KR970010949B1 - 동영상 부호화 장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

동영상 부호화 장치

제 1 도는 종래의 동영상 부호화 장치를 나타낸 블록도.

제 2 도는 제 1 도에 도시된 프레임 데이타 블록에서 각 프레임마다 매크로 블록(macro block)을 수평방향으로 순차적으로 전송하는 실시예를 나타낸 도면.

제 3 도는 본 발명에 따른 동영상 부호화 장치를 나타낸 블록도.

제 4 도는 제 3 도에 도시된 강제 인트라 선택부의 상세한 알고리즘을 도시한 도면.

제 5 도는 제 3 도에 도시된 프레임 데이타 블록에서 각 프레임마다 매크로 블록을 랜덤한 순서로 발생시켜 보내는 실시예를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 프레임 데이타 입력부 12 : 감산기

14 : 이산 코사인 변환부 16 : 양자화부

18 : 가변 길이 코드화부 20 : 역양자화부

22 : 역 이산 코사인 변환부 24 : 가산기

26 : 프레임 지연부 28 : 움직임 추정부

30 : 움직임 보상부 32 : 인트라/인터 선택부

33 : 강제 인트라 선택부 34,36 : 스위칭부

401 : 위치 발생부 402 : 시드 결정부

403 : 랜덤 번호 발생부 404 : 판단부

본 발명은 동영상 부호화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 한 프레임마다 1/11 프레임에 해당하는 매크로 블록을 랜덤하게 발생시켜 전송함으로써 복잡한 영상으로 화면 전환(Scene Change)이나 오버랩(Overlap) 등이 되는 경우에도 화질을 향상시키는 동영상 부호화 장치에 관한 것이다.

제 1 도에는 종래의 동영상 부호화 장치의 블록도가 도시된다.

도시된 바와 같이 종래의 동영상 부호화 장치는 프레임 데이타를 출력하는 프레임 데이타 입력부(10), 상기 프레임 데이타 입력부(10)로부터의 현재 원신호와 움직임이 보상된 프레임간의 예측 화상 신호를 감산하여 프레임간의 차신호를 출력하는 감산기(12), 상기 감산기(12)로 부터의 시간영역의 영상신호를 코사인 함수를 이용한 직교 변환의 하나인 이산 코사인 변화를 이용하여 주파수 영역의 변환계수로 변환함으로써 공간적 상관성을 제거하는 이산 코사인 변환부(Discrete Cosine Transform ; 이하, DCT라 칭함.)(14), 상기 DCT부(14)로부터의 변환계수로 입력되는 영상신호를 유한한 갯수의 값으로 근사화시키는 양자화부(16), 상기 양자화부(18)로부터의 양자화된 신호를 입력받아, 정보원에 포함된 각 부호의 발생빈도가 높은 것은 짧은 길이의 부호로 빈도가 낮은 것은 긴 길이의 부호로 표시하는 가변 길이 부호화부(18), 상기 양자화부(18)의 출력을 역 양자화하는 역 양자화부(20), 상기 역양자화부(20)의 출력을 역 이산 코사인 변환하는 역 DCT부(22), 상기 역 DCT부(22)로부터의 복원된 신호와 움직임이 보상된 프레임간의 예측 화상 신호를 가산하는 가산기(24), 상기 가산기(24)의 출력을 소정의 프레임 시간동안 지연시키는 프레임 지연부(26), 상기 프레임 지연부(26)에 저장된 이전 프레임 및 상기 프레임 데이타 입력부(10)로부터의 현재 원신호를 이용하여 움직임 추정하는 움직임 추정(Motion Estimation)부(28), 상기 움직임 추정부(28)로부터의 추정된 움직임만큼 이전 프레임의 신호를 움직임 벡터만큼 이동보상하는 움직임 보상(Motion Compensation)부(30), 인트라 모드 및 인터모드로 코딩할 것인가를 선택하는 인트라/인터 선택부(32), 상기 인트라/인터 선택부(32)로부터 모드 결정에 따라 인터모드 선택 신호가 출력되면, 온되어 상기 움직임 보상부(30)의 출력을 감산부(12)로 제공하는 제1스위칭부(34), 상기 인트라/인터 선택부(32)에서 인트라 모드 선택 신호가 출력되면 온되어 상기 움직임 보상부(30)의 출력을 상기 가산기(24)로 제공하는 제2스위칭부(36)로 구성된다.

전술한 바와 같이 구성되는 종래기술의 동영상 부호화 장치에서, 프레임 데이타 입력부(10)로부터의 현재 원신호는 감산기(12)에서 제1스위칭부(34)를 통해 입력되는 움직임이 보상된 프레임간의 예측 화상 신호를 감산하여 프레임간의 차신호를 출력한다.

DCT부(14)는 코사인 함수를 이용한 직교변환의 하나인 DCT부를 이용하여 입력되는 시간 영역의 영상신호를 주파수 영역의 변환계수로 변환함으로써, 공간적 상관성을 제거한다.

양자화부(16)는 상기 DCT부(14)로부터의 변환계수로서 입력되는 영상신호를 유한한 갯수의 값으로 근사화시키는 것으로서, 양자화는 입력신호에 따라 스칼라 양자화와 벡터 양자화로 구분할 수 있으며, 부호기 배치에 따라 균일 양자화와 비균일 양자화로 나눌 수 있다.

VLC(18)는 정보원에 포함된 각 부호의 발생 빈도가 높은것은 짧은 길이의 부호로 할당하고, 빈도가 낮은것은 긴 길이의 부호로 표시하는 부호기로서, 동일한 길이로 부호를 할당하는 방식에 비해 부호 길이의 평균치를 줄일 수 있으며, 대표적인 가변길이 부호로는 허프만 부호가 있다.

한편, 상기 양자화부(16)의 출력은 상기 DCT부(18)로 입력됨과 동시에 역 양자화부(20)에 입력되어 역 양자화된 후 역 DCT부(22)에서 역 이산 코사인 변환되어 복호화된 후 가산기(24)로 입력된다.

상기 가산기(24)는 상기 역 DCT부(22)의 출력과 제2스위칭부(36)를 통해 제공되는 움직임이 보상된 프레임간의 예측 화상 신호를 가산한다.

그리고, 상기 가산기(24)의 출력은 프레임 메모리로 구성된 프레임 지연부(26)로 입력되어 소정의 프레임 시간만큼 지연된 후 움직임 추정부(28)와 움직임 보상부(30)로 입력된다. 이때, 상기 움직임 추정부(28)는 상기 프레임 데이타 입력부(10)로부터의 현재 영상신호와 프레임 지연부(26)로부터의 이전 영상 신호를 비교하여 그 결과를 움직임 보상부(30)로 출력한다. 움직임 보상부(30)는, 상기 블록(28)에서 추정된 움직임만큼 이전 프레임의 신호를 움직임 벡터 만큼 이동시킨다.

한편, 인트라/인터 선택부(32)는 영상에 따라 인트라프레임으로 코딩할 것인지 인터프레임으로 코딩할 것인지를 선택한다. 즉, 원 신호의 분산(Variance)과 움직임 보상 오차의 분산을 비교하여 인트라 또는 인터 선택 신호를 출력한다. 이때, 상기 인트라/인터 선택부(32)는 각 프레임마다 1/11 프레임에 해당하는 매크로 블록을 인트라 프레임으로 전송하도록 인트라 선택 신호를 제1스위칭부(34)로 출력하고, 제1스위칭부(34)는 상기 인트라/인터 선택부(32)의 인터 선택 신호에 의해 온으로 스위칭되어 움직임 보상부(30)로부터의 보상된 영상신호를 감산기(12)로 제공한다. 그리고, 제2스위칭부(36)는 상기 인트라/인터 선택부(32)의 인트라 선택 신호에 의해 온으로 스위칭되어 상기 움직임 보상부(30)의 출력을 가산기(24)로 제공한다.

제 2 도를 참조하면, 제 1 도에 도시된 인트라/인터 선택부(32)가 각 프레임마다 1/11 프레임에 해당하는 매크로 블록을 11 프레임의 주기로 리프레쉬가 이루어지도록 인트라 프레임으로 영상 프레임을 순차적으로 출력하는 것을 설명하기 위한 방법이 도시된다. 동 도면에서는, 예를들어, 한 프레임의 사이즈는 1408×960이고, 하나의 매크로 블록의 사이즈는 32×16의 크기로 이루어지며, 하나의 프레임에는, 수평 방향으로 분리되는 60개의 슬라이스(slice)가 있고, 각 슬라이스당 44개의 매크로 블록으로 구성되는 것으로 가정한다. 전술한 바와 같은 방법에 의해 순차적 강제 인트라 모드가 선택되는 경우,11 프레임 주기마다 제1프레임의 모든 슬라이스의 1 내지 4번째 매크로 블록, 제2프레임의 모든 슬라이스의 5 내지 8번째 매크로 블록, 그리고 마지막으로 제11프레임의 모든 슬라이스의 41 내지 44번째 매크로 블록을 순차적으로 출력한다. 이러한 순차적 인트라 모드에서 11개 프레임의 모든 매크로 블록들을 합성하면 완전한 1개의 프레임이 될 것이다.

이와 같이, 상기 인트라/인터 선택부(32)는 각 프레임마다 1/11 프레임에 해당하는 매크로 블록을 인트라(Intra) 프레임으로 수직 또는 수평으로 순차적으로 강제적으로 보내는데, 복잡한 영상으로 화면전환이나, 오버랩 등이 있는 경우, 인트라 모드의 순차적 진행이 보이게 되어 화질을 저하시킨다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 한 프레임마다 1/11 프레임에 해당하는 매크로 블록을 랜덤하게 전송함으로써 복잡한 영상으로 화면 전환이나 오버랩 등이 있는 경우, 강제 인트라 모드의 순차적 진행이 눈에 띄지 않도록 하여 화질을 향상하는 동영상 부호화 회로를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동영상 부호화 회로의 특징은, 현재 원신호와 움직임 보상된 이전 신호를 비교하여 전송되는 프레임을 인트라 프레임으로 코딩할 것인지 인터프레임으로 코딩할 것인지를 선택하는 인트라/인터 선택부가 구비된 동영상 부호화회로로, 상기 인트라/인터 선택부의 전단에 매 프레임마다 1/11에 해당하는 매크로 블록을 랜덤한 순서로 발생시켜 전송하는 강제 인트라 선택 수단을 더 포함하는데 있다.

이하, 본 발명에 따른 동영상 부호화 회로의 바람직한 일실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명 한다.

제 3 도는 본 발명에 따른 동영상 부호화 장치의 블록도를 도시한다.

본 발명의 동영상 부호화 장치는 전술한 종래의 인트라/인터 선택부(32)와 제1, 제2스위칭부(34),(36)사이에 강제(force) 인트라 선택부(33)를 더 구비하여 이루어지는 것으로서, 강제 인트라 선택부(33)를 제외한 나머지 회로의 동작은 종래와 동일하게 이루어지므로 생략한다.

제 4 도는 상기 제 3 도의 강제 인트라 선택부(33)의 상세 블록도로서, 프레임의 수(Frame-no), 슬라이스수직 위치(Slice Vertical Position : SVP), 매크로 블록 수평 위치(Macro Block Horizotal Position : MHP)를 발생시키는 위치 발생부(401)와, 랜덤번호의 시드(Seed)를 결정하는 시드 결정부(402)와, 하나의 랜덤 번호를 발생시키는 랜덤 번호 발생부(403)와, 강제 인트라로 할것인지를 판단하는 판단부 (404)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 인트라/인터 선택부(32)에서 동적인 영상인지 정적인 영상인지에 따라 인트라 모드로 코딩할 것인지 또는 인터 모드로 코딩할 것인지를 선택한다. 즉, 현재의 원신호의 분산(Variance)과 예측된 움직임 보상오차의 분산을 비교하여 다음과 같은 방법에 의해 선택된다.

그런데, 이런 판정을 거치지 않고 무조건 인트라 모드 전송하는 경우가 바로 강제 인트라 방식이다. 이 강제 인트라 모드로 전송하는 이유는, 첫째, 파워 온(power on)이나 채널 변경시에 빠른 시간내 영상을 복구하기 위해서, 둘째, DCT, 역 DCT의 부정합(mismatch)에 의한 에러의 누적을 막기 위해서이다.

따라서, 이러한 강제 인트라를 전송하기 위해 인트라/인터 선택부(32)의 출력단에 제 3 도와 같은 강제 인트라 선택부(33)를 구성시켜, 제 5 도와 같이 랜덤한 강제 인트라 선택을 하도록 한다.

제 5 도에서 한 프레임은 n개의 슬라이스로 구성되고, 하나의 슬라이스는 M개의 매크로 블록으로 구성된다. 도시된 바와 같이, 화상 복잡도에 의해 인트라/인터 선택부(32)에서 11개의 프레임에 대하여 각기 상이한 11개의 랜덤한 패턴대로 매 프레임마다 소정 갯수의 블록을 선택하여 출력되게 한다. 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 11개의 랜덤한 패턴을 생성하여 매크로 블록을 랜덤하게 전송하는 경우, 11개 프레임에 포함된 모든 매크로 블록을 합하면 하나의 완전한 프레임이 되도록 구현되며, 따라서 11개의 랜덤한 패턴에서 중복되는 매크로 블록은 없어야 하고, 한 프레임에서 모자라는 매크로 블록 부분도 없어야 한다.

제 4 도에는 제 3 도의 인트라/인터 선택부(32)의 상세구성이 도시된다. 인트라/인터 선택부(32)는 위치 발생부(401), 시드 결정부(402), 랜덤 발생부(403), 판별부(404) 를 포함한다.

위치 발생부(401)에서는 프레임의 수(Frame-no), 몇 번째 슬라이스인지를 나타내는 슬라이스 수직 위치(SVP) 및 몇 번째 매크로 블록인지를 나타내는 매크로 블록 수평 위치(MHP)를 검출하여 시드 결정부(402)로 출력한다.

시드 결정부(402)에서는 프레임의 수를 11로 나눈값에 1을 더한 후 다시 상기 위치 발생부(401)의 슬라이스 수평 위치값을 승산하여 랜덤 번호의 시드를 결정한다. 이것은 하기 식(1)로서 표현될 수 있다.

그리고, 랜덤 발생부(403)에는 각각의 매크로블록을 지정하는 상이한 랜덤 번호들을 가지고 있다. 랜덤 발생부(403)에서 시드는 랜덤번호를 순차적으로 선택하는데 사용되며 이렇게 선택된 랜덤 번호는 판별부(404)로 출력된다(no=RAND). 이 때, 랜덤 번호(no)는 1과 랜덤 번호 최대값(RAND-MAX) 사이에 있게 되며, 시드값이 발생될때마다 선택된 랜덤번호는 초기화된다.

한편, 판별부(404)에서는 강제 인트라를 선택할 것인지를 판단하는 것으로, 랜덤 번호 최대값을 11로 나눈값(RAND-MAX/11)을 다시 상기 랜덤 번호 발생부(403)에서 발생시킨 랜덤 번호(no)로 나눈 결과를 프레임의 수(Frame-no)를 11로 나눈 결과 값과 비교하여 두 값이 같으면 강제 인트라를 선택하고, 같지 않으면 강제 인트라를 선택하지 않는다.

즉, no/mod=Frame-no/11 (2)

여기서,no/mod는 랜덤 번호(no)가 1~RAND-MAX를 11개로 나눈 것의 어느 부분에 속하는가를 나타내게 된다.

Frame-no/11를 l1 프레임마다 강제 인트라가 발생되어야 하기 때문에 나머지 연산자를 취하여 11 프레임마다 똑같은 상황이 되도록 한다.

따라서, no/mod=Frame-no/11이 같게 되면 강제 인트라를 선택한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 동영상 부호화 장치에 의하면, 매 프레임마다 1/11에 해당하는 매크로 블록을 랜덤하게 흩어놓은 상태에서 전송함으로써 순차적 전송에서 볼 수 있는 강제 인트라의 흐름을 막아 복잡한 영상으로 화면 전환이나, 오버랩 등이 되는 경우에도 강제 인트라가 눈에 띄지 않게 되어 고품질의 화질을 얻을 수 있는 잇점이 있다.

Claims (3)

1. 입력되는 영상 프레임을 인트라 프레임으로 코딩할 것인지 인터 프레임으로 코딩할 것인지를 선택하는 인트라/인터 선택수단(32)을 포함하는 동영상부호화 장치에 있어서, 상기 인트라/인터 선택수단(32)의 전단에 매 프레임마다 1/11에 해당하는 매크로 블록(macro block)을 랜덤(random)한 순서로 발생시켜 전송하는 강제 인트라 선택 수단(33)을 더 포함하며, 상기 강제 인트라 선택 수단(33)은, 상기 프레임의 프레임 수(Frame-no), 몇 번째 슬라이스인지를 나타내는 슬라이스 수직 위치(SVP) 및 몇 번째 매크로 블록인지를 나타내는 매크로 블록 수평 위치(MHP)를 출력하는 위치 발생부(401)와, 상기 위치 발생부(401)의 프레임의 수(Frame-no)를 11로 나눈 값에 1을 더한 후 다시 상기 위치 발생부(401)의 슬라이스 수평 위치(SVP)를 곱하여 랜덤 번호의 시드(Seed)를 다음 식과 같이 결정하는 시드 결정부(402)와,

   각각의 매크로 블록을 지정하는 상이한 랜덤 번호를 가지고 있으며, 상기 시드값이 지정하는 하나의 랜덤번호(no)를 발생시키는 랜덤 번호 발생부(403)와, 상기 랜덤 번호(no)가 랜덤 번호 최대값(RAND-MAX)을 11개로 나눈 것의 어느 부분에 속하는가를 결정하여 11 프레임마다 강제 인트라를 발생시키는 판단부(404)로 구성되는 동영상 부호화 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 랜덤 번호 발생부는, 랜덤 번호(no)가 1과 랜덤 번호 최대값(RAND-MAX) 사이에 있음을 특징으로 하는 동영상 부호화 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 판단부(404)는, 다음과 같은 식 (2)을 만족하면 강제 인트라를 선택함을 특징으로 하는 동영상 부호화 장치