KR0179104B1

KR0179104B1 - 지상채널 에이치디티브이 방송과 양립하는 위성채널 에이치디티브이 시스템

Info

Publication number: KR0179104B1
Application number: KR1019950067247A
Authority: KR
Inventors: 박희복
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1999-05-01
Anticipated expiration: 2015-12-29
Also published as: KR970057862A

Abstract

본 발명은 위성채널 HDTV 방송 시스템이 지상채널 방송 시스템과 양립성을 가지면서 원하는 화질을 얻을 수 있도록 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템과 관한 것으로, 특히 위성 채널 대역중 지상채널 전송과 동일한 데이타를 보낼 수 있는 대역을 빼고 남는 대역을 이용하여 위성채널 전송시만의 화질 개선을 위한 데이타를 전송함으로써, 위성채널과 지상채널의 HDTV 시스템이 서로 양립하면서도 위성채널의 주파수 대역의 낭비를 초래하지 않고 동시에 원하는 화질을 얻을 수 있다. 또한, 전송의 부호화 및 복호화는 채널이 다르기 때문에 다르게 구성하지만 비데오/오디오 부호화 및 복호화는 지상방송이나 위성방송이나 상관없이 사용할 수 있기 때문에 비데오 부호화 및 복호화에서 양립할 수 있는 것은 부호화에 드는 시간적 손실을 줄일 수 있고, 비트 스트림만 저장하거나 이동해도 되므로 대용량의 원화상을 저장하는데 드는 비용을 절감할 수 있게 된다.

Description

지상채널 에이치디티브이(HDTV) 방송과 양립하는 위성채널 에이치디티브이(HDTV)시스템

제1도는 일반적인 엠펙 2(MPEG 2) 부호화 장치를 나타낸 블럭도.

제2도는 일반적인 MPEG2 복호화 장치를 나타낸 블럭도.

제3도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화 장치의 일실시예를 나타낸 블럭도.

제4도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화 장치의 일실시예를 나타낸 블럭도.

제5도는 상기 제3도의 제2부호화기의 일실시예를 나타낸 상세블럭도.

제6도는 상기 제4도의 제2복호화기의 일실시예를 나타낸 상세블럭도.

제7도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화 장치의 다른 실시예를 나타낸 블럭도.

제8도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화 장치의 다른 실시예를 나타낸 블럭도.

제9도는 본 발명에 따른 위성 채널 HDTV 시스템의 트랜스포트층을 나타낸 블럭도.

제10도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 시스템의 트랜스포트층을 나타낸 블럭도.

제11도는 본 발명에 따른 위성 방송 수신시의 수신기의 일실시예를 나타낸 블럭도.

제12도는 본 발명에 따른 지상 방송 수신시의 수신기의 일실시예를 나타낸 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,31 : 제1부호화기 11,33,71 : 감산기

12,51 : DCT부 13,72 : 양자화부

14,73 : VLC부 15,23,83 : 역양자화부

16,24 : IDCT부 17,25,43,84 : 가산기

18,26 : 프레임 메모리 19 : 움직임 추정부

19-5,27 : 움직임 보상부 20,41 : 제1복호화기

21,81 : 채널버퍼 22,82 : VLD 부

32 : 복호화기 33 : 차영상 생성부

34,70 : 제2부호화기 42,80 : 제2복호화기

본 발명은 지상 채널 고화질 텔레비전(High Definition Television ; HDTV) 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템에 관한 것으로서, 특히 위성채널 HDTV 방송 시스템이 지상채널 방송 시스템과 양립성을 가지면서 원하는 화질을 얻을 수 있도록 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템에 관한 것이다.

즉, 미국 HDTV 지상방송 규격은 GA(Grand Alliance) HDTV 시스템이 채택될 예정이다. GA HDTV 지상채널 시스템은 대역폭을 현재의 NTSC 방송 대역폭과 동일한 6㎒를 사용하고 전송방식은 부호화된 8-잔류측파대(Vestigial Side Band ; VSB)를 사용한다.

이때, roll-off-factor, 동기를 위한 신호, 그리고 오류정정을 위한 추가 비트를 제외한 순수 데이타의 비트율은 약 20Mbps이다.

이 순수 데이타에는 비데오, 오디오, 보조 데이타의 성분들이 들어있는데, 거의 대부분이 비데오 데이타라고 할 수 있다. 이 비트율은 유효화소수가 1080×1920인 고정세 화면이나 움직임이 심한 물체를 가지는 화면을 전송할때는 매우 민감한 비트율로서 자세히 볼 경우 데이타 압축/복원에 의한 결점이 상당히 눈에 보이게 된다.

그러나, 지상채널은 NTSC 방송과 동시방송을 해야하는 관계로 6㎒ 대역폭 이상이 허용되지 않으므로 이러한 문제점을 감수해야만 한다.

한편, 위성채널의 경우는 NTSC 방송과 전혀 무관하며, 한 중계기가 허용하는 범위내의 주파수 대역을 사용할 수 있다.

일반적으로 위성의 한 중계기는 허용하는 대역폭이 약 30㎒ 정도이고 위성에서 사용하는 전송방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 주로 사용한다.

이때, roll-off-factor, 오류정정비트, 동기비트, 오디오 비트, 그리고, 여러 보조 데이타등을 제외하고 순수 비디오 데이타만을 전송하는데는 약 30Mbps의 비트를 사용할 수가 있다.

이 정도의 비트율이면 아무리 고정세 화면이나 움직임이 심한 화면일지라도 데이타의 압축/복원에 의한 결점이 거의 눈에 보이지 않는다. 즉, 위성채널을 통한 HDTV시스템이 진정한 고정세나 고화질의 의미를 가질 수 있다.

그러나, 지상채널로 전송할 때는 비트율이 맞지 않기 때문에 전송을 할 수가 없고 지상채널을 통하여 전송하기 위해서는 원래의 비데오 데이타에서 다시 부호화를 해야 한다.

그런데, 이 경우 비데오 데이타를 부호화하는 작업은 매우 복잡하고 시간도 많이 걸리므로 비용이 많이 증가할 뿐만 아니라 원래의 비데오 데이타가 부호화된 비트 스트림의 데이타량보다 약 50배정도 많으므로 저장 매체를 위한 비용증가를 초래하게 된다.

위와같은 이유로 현재 논의되고 있는 위성채널 HDTV 시스템은 2가지로 들 수 있다. 첫째는 지상채널 시스템과 양립할 수 있도록 위성채널 비데오 데이타 비트율을 지상 채널 비데오 데이타 비트율과 동일하게 하여 전송하고 나머지 대역은 다른 목적의 데이타를 전송하는데 사용하도록 하는 것이고, 둘째는 지상채널 시스템과의 양립은 전혀 고려하지 않고 비트율을 충분히 크게 하여 위성 채널 HDTV 데이타를 전송하는 것이다.

종래의 HDTV 비데오 부호화와 복호화는 MPEG2의 신택스를 사용하는데 위의 두가지 경우에 대한 비데오 부호화 및 복호화의 일실시예를 제1도 및 제2도에 도시하였다.

이때, 부호화 과정에서 시간 중복성(Temporal Redundancy)을 줄이기 위해서 블럭 단위의 움직임 추정(Motion Estimation) 및 움직임 보상(Motion Compensation)을 이용하고, 공간 중복성(Spatial Redundancy)을 줄이기 위해 이산여현변환(Discrete Cosine Transform ; DCT) 압축 기법을 이용한다.

즉, 감산기(11)에서 원 화상(Original Image)과 움직임 보상(Motion Compensation) 된 화상과의 차이를 출력하면 DCT부(12)에서는 데이타의 중복성을 제거하기 위하여 영상을 공간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환한다. 이때, 영상 데이타는 변화가 적으므로 낮은 주파수 특히 DC 성분이 큰 값을 갖게 되고 높은 주파수 성분은 상대적으로 매우 작은 값을 갖게 된다.

한편, 양자화부(13)는 상기 DCT부(12)를 거쳐 나온 데이타를 제한된 비트수로 표시하여 데이타량을 절감한다. 즉, 상기 DCT부(12)의 출력을 양자화하면 공간 주파수의 수평 방향이나 수직 방향이나 저역 성분은 크고 고역 성분이 거의 제로가 된다.

그리고, 가변길이코딩(Veriable Length Coding ; VLC)부(14)에서는 데이타의 출현 빈도가 높은 데이타에 짧은 부호길이, 출현 빈도가 낮은 데이타에 긴 부호 길이를 할당함으로써 전체 비트수를 삭감한 후 20 또는 30 Mbps의 비트율로 비트 스트림을 전송한다.

한편, 움직임 보상 및 화상 저장을 위해 상기 양자화부(13)의 출력은 역양자화부(15) 및 IDCT(16)를 거쳐 상기 감산기(11)에서 출력되는 차이 화상과 거의 동일한 화상으로 복원된다.

이때, 상기 복원된 화상과 움직임 보상된 화상을 가산기(17)에서 가산하면 원 화상이 된다.

한편, 프레임간에는 장면이 바뀌지 않는한 많은 변화가 일어나지 않으므로 프레임간의 차이만을 전송하면 더욱 더 적은 비트가 필요할 것이고, 이것을 위해 부호화기와 복호화기에는 이전 화상을 저장하는 프레임 메모리가 필요하다.

따라서, 상기 가산기(17)에서 출력되는 원 화상은 프레임 메모리(18)에 저장되면서 이전 화상이 되고, 움직임 추정부(19)는 현재 입력되는 원 화상과 프레임 메모리(18)에 저장된 이전 화상을 비교하여 움직임 정보 즉, 물체의 움직임 방향과 크기(Motion Vector ; MV)를 구한다.

이때, 상기 움직임 정보(MV)는 최대의 부호화 효율을 얻기 위해서 VLC(14)에서 데이타의 출현 빈도에 따라 보호 길이가 변화된 후 변환계수 정보와 함께 전송된다.

한편, 움직임 보상부(20)는 상기 움직임 추정부(19)에서 출력되는 움직임 정보를 이용하여 프레임 메모리(18)에서 출력되는 이전 화상에 움직임 보상을 하여 원 화상을 예측한다.

이때, 상기 움직임 보상부(20)에서 보상이 정확하게 이루어졌다면 상기 감산기(11)의 출력은 제로가 되지만 노이즈등에 의해 원 화상과 움직임 보상된 화상 사이에는 약간의 차이가 발생한다.

한편, 상기 제1도의 부호화기의 VLC(14)에서 전송되는 비트 스트림은 채널 버퍼(21)를 통해 VLD(Variable Length Decoding)(22)로 입력되어 가변길이 디코딩된 후 역양자화부(23)와 IDCT(24) 과정을 거쳐 원 화상과 움직임 보상된 화상과의 차이 화상으로 복원된다.

이때, 움직임 보상부(27)는 상기 VLD(22)에서 출력되는 움직임 정보(MV)를 이용하여 프레임 메모리(26)에서 출력되는 이전화상에 움직임 보상을 하여 원 화상을 예측하고 가산기(25)에서는 상기 IDCT(24)에서 출력되는 차이 화상과 움직임 보상부(27)에서 출력되는 예측 화상을 가산하여 원 화상으로 복원한다.

동시에 상기 복원된 원 화상은 프레임 메모리(26)를 업데이트하기 위해 상기 프레임 메모리(26)로 출력된다.

그러나, 상기된 제1도의 부호화기와 제2도의 복호화기는 전술한 바와 같이 지상채널 시스템과 양립할 수 있도록 위성채널 비데오 비트율을 지상채널 비데오 데이타 비트율과 동일하게 하면 화질을 원하는 만큼 좋게 할 수가 없으며, 비트율을 충분히 크게 하여 위성채널 HDTV 데이타를 전송하면 화질을 원하는 만큼 충분히 좋게 할 수는 있으나 지상채널 시스템과는 양립하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 위성채널 대역중 지상채널 전송과 동일한 데이타를 보낼 수 있는 대역을 빼고 남는 대역을 이용하여 위성채널 전송시만의 화질 개선을 위한 데이타를 전송함으로써, 위성채널과 지상채널의 HDTV 시스템이 서로 양립하면서도 위성채널의 주파수 대역의 낭비를 초래하지 않고 동시에 화질을 얻을 수 있도록 하는 지상채널 HDTV 방송과 양립하는 위성채널 HDTV 시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지상채널 HDTV 방송과 양립하는 위성채널 HDTV 시스템의 부호화기의 특징은, 원래의 화상을 MPEG2 부호화 알고리즘을 이용하여 20Mbps 비트율로 부호화하여 주 비트 스트림으로 전송하는 제1부호화기와, 상기 제1부호화기에서 부호화된 화상을 MPEG2 복호화 알고리즘을 이용하여 복호화하는 복호화기와, 원 화상과 상기 복호화기에서 복호된 화상과의 차이를 추출하여 차이 화상을 생성하는 차이화상 생성수단과, 상기 차이화상 생성수단에서 출력되는 차이 화상을 10Mbps 비트율로 부호화하여 추가 비트 스트림으로 전송하는 제2부호화기로 구성되는점에 있다.

본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화기의 다른 특징은, 원래의 화상을 MPEG2 부호화 알고리즘을 이용하여 20Mbps 비트율로 부호화하여 주 비트 스트림으로 전송하는 제1부호화기와, 상기 제1부호화기에서 DCT된 화상과 IDCT된 화상과의 차이를 추출하여 양자화에 의해 손실된 부분을 보상하기 위한 차이 화상을 생성하고 생성된 차이 화상을 10Mbps 비트율로 부호화하여 추가 비트 스트림으로 전송하는 제2부호화기로 구성되는 점에 있다.

본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화기의 특징은, 20Mbps 비트율로 전송되는 주 비트 스트림을 MPEG2 복호화 알고리즘을 이용하여 복호하는 제1복호화기와, 10Mbps 비트율로 전송되는 추가 비트 스트림을 특수 복호화하는 제2복호화기와, 상기 제1복호화기에서 복호된 화상과 제2복호화기에서 복호된 화상을 더하여 원래의 화상으로 복원하는 원 화상 복원수단으로 구성되는 점에 있다.

본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화기의 다른 특징은, 20Mbps 비트율로 전송되는 주 비트 스트림을 VLD 및 역양자화 과정을 거쳐 복원하는 제1복호화기와, 10Mbps 비트율로 전송되는 추가 비트 스트림을 VLD 및 역양자화 과정을 거쳐 복원하는 제2복호화기와, 상기 제1복호화기에서 역양자화된 화상과 제2복호화기에서 역양자화된 화상을 더하는 화상 복원수단으로 구성되고, 상기 제1복호화기는 상기 화상복원 수단에서 출력되는 화상에 IDCT를 수행한 후 움직임 보상된 화상을 더하여 최초의 원 화상으로 복원하는데 있다.

이하, 본 발명에 따른 지상채널 HDTV 방송과 양립하는 위성채널 HDTV 시스템의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화 장치의 일실시예를 나타낸 블럭도로서, 원래의 화상을 지상채널 비데오 데이타 비트율인 20Mbps로 부호화하여 주 비트 스트림(비트 스트림 1)을 출력하는 제1부호화기(31)와, 상기 제1부호화기(31)에서 부호화된 화상을 복호화하는 복호화기(33)와, 원 화상에서 상기 복호화기(33)의 출력을 감산하여 차이 화상을 생성하는 감산기(34)와, 상기 감산기(34)에서 출력되는 차이 화상을 10Mbps 비트율로 특수 부호화(Spesial Encoding)하여 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)을 출력하는 제2부호화기(35)로 구성된다.

이때, 상기 제1부호화기(31)는 제1도와 같은 MPEG2 부호화기를 사용할 수 있고, 복호화기(33)는 제2도와 같은 MPEG2 복호화기를 사용할 수 있다.

또한, 추가 비트 스트림을 위한 제2부호화기(34)는 차이 화상을 부호화하는데, 이 차이 화상은 제1부호화기(31)와 복호화기(32)에서 이미 움직임 보상이 행하여진 화상이다. 따라서, 화상부호 및 복호에서 하드웨어가 가장 복잡한 움직임 추정이나 움직임 보상 과정이 필요없고 단지 화면내 부호화 알고리즘만 수행하면 된다.

이때, 화면내 부호화 방법에는 간단하게는 현재의 입력 신호와 이전의 신호에 의한 예측 신호간의 차이를 양자화하여 변조 및 전송하는 차분 펄스부호 변조(Differential Pulse Code Modulation ; DPCM)나 DPCM에서 입력되는 신호의 특성에 따라 예측 변수들을 조정하여 오차 신호의 분산을 최소화하면서 양자화하는 적응 차분 펄스부호 변조(Adaptive DPCM ; ADPCM) 등을 이용하거나 제5도와 같이 DCT(51), 양자화부(52), VLC(53)로 구성되는 부호화기를 이용한다.

여기서, 제5도와 같이 DCT와 VLC를 결합한 부호화 장치는 MPEG2 알고리즘의 일부분으로서, 일반적으로 좀 복잡하지만 효율이 매우 좋다.

제4도는 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화 장치의 일실시예를 나타낸 블럭도로서, 상기 제3도에서 20Mbps의 전송율로 전송되는 주 비트스트림(비트 스트림 1)을 상기 제2도와 같은 MPEG2 복호화기를 이용하여 디코딩하는 제1복호화기(41)와, 10Mbps의 전송율로 전송되는 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)을 특수 복호화(Special Decoding)하여 디코딩하는 제2복호화기(42)와, 상기 제1복호화기(41)와 제2복호화기(42)의 출력을 가산하여 최초의 원 화상으로 복원하는 가산기(43)로 구성된다.

이때, 상기 추가 비트 스트림을 복호화하는 복호화 장치도 부호화 장치와 마찬가지로 그것에 적합한 복호기를 이용하여 간단하게 구성할 수 있다.

따라서, 상기 제2복호화기는 제6도에서와 같이 일반적으로 좀 복잡하지만 효율이 좋은 VLD(61), 역양자화부(62), IDCT(63)로 구성된 복호기를 이용할 수 있다.

이와같이 구성된 본 발명은 MPEG2의 신택스를 그대로 따르면서 방송하는 것이므로 방송시 특수한 이론이 필요한 것이 아니고 단지 종래의 하드웨어에 비해 간단하게 추가된 부분이 필요하며, 종래의 비데오 부호화와 복호화에 비해 기본적인 흐름은 동일하나 위성 채널 대역중 지상채널 전송과 동일한 데이타를 보낼 수 있는 대역을 빼고 남는 대역을 이용하여 위성채널 전송시만의 화질 개선을 위한 데이타를 전송한다.

즉, 원 화상(Original Image)은 제1부호화기(31)에서 MPEG2 엔코딩에 의해 지상채널 비데오 데이타 비트율인 20Mbps로 부호화되어 지상채널 전송과 동일한 20Mbps 전송율의 주 비트 스트림(비트 스트림 1)으로 전송됨과 동시에 복호화기(32)에서 MPEG2 디코딩에 의해 복원된다.

이때, 감산기(33)는 원 화상에서 상기 MPEG2 디코딩된 화상을 감산하여 차이 화상을 생성한다.

상기 생성된 차이 화상은 제2부호화기(34)에서 차이화상 부호화에 적합한 부호화 알고리즘을 이용하여 10Mbps의 비트율로 부호화된다. 그리고, 부호화된 데이타를 MPEG2 트랜스포트층에 맞도록 10Mbps 전송율의 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)으로 만든 후 이 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)에 주 비트 스트림(비트 스트림 1)과 함께 하나의 프로그램 ID(Program Identifier ; PID)를 주어 추가로 전송한다.

수신부에서는 20Mbps 비트율로 전송되는 주 비트 스트림이 제1복호화기(41)에서 MPEG2 디코딩에 의해 복호화되고, 10Mbps 비트율로 전송되는 추가 비트 스트림이 제2복호화기(42)에서 추가 비트 스트림에 적합한 복호화 알고리즘에 의해 복호화된다.

이때, 가산기(43)는 상기 제1,제2복호화기(41,42)에서 복호화된 두 화상을 더하여 최종 원하는 화상을 얻는다.

이때, 차이 화상은 이미 움직임 보상이 행하여진 화상이기 때문에 간단하게 화면내 부호화 알고리즘만 수행하여 부호화할 수 있다. 즉, 차이 화상은 DPCM이나 ADPCM 또는 제5도와 같이 DCT(51), 양자화부(52), VLC(53) 과정을 순차적으로 수행하여 부호화하고, 제6도와 같이 VLD(61), 역양자화부(62), IDCT(63) 과정을 순차적으로 수행하여 복호할 수 있다.

한편, 제7도는 본 발명에 따른 지상채널 HDTV 방송과 양립하는 위성채널 HDTV 시스템의 부호화 장치의 다른 실시예를 나타낸 블럭도로서, 원 화상을 MPEG2 엔코딩에 의해 지상채널 비데오 데이타 비트율 20Mbps로 부호화하여 주 비트 스트림(비트 스트림 1)으로 출력하는 제1부호화기(10)와, 상기 제1부호화기(10)에서 DCT된 화상과 IDCT된 화상과의 차이 화상을 생성하여 10Mbps 비트율로 부호화함에 의해 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)으로 출력하는 제2부호화기(70)로 구성된다.

이때, 상기 제1부호화기(10)는 상기 제1도와 동일한 MPEG2 엔코딩 블록으로서, 동일한 블럭은 같은 부호를 사용하고 구성 설명은 생략한다.

그리고, 제2부호화기(70)는 상기 제1부호화기(10)의 DCT부(12)에서 DCT된 화상과 IDCT부(16)에서 역 DCT된 화상과의 차이를 검출하여 차이화상을 생성하는 감산기(71)와, 상기 감산기(71)의 출력을 제한된 비트수로 표시하는 양자화부(72)와, 상기 양자화부(72)의 출력 데이타의 출현빈도에 따라 부호 길이를 할당하는 VLC(73)로 구성된다.

제8도는 본 발명에 따른 지상채널 HDTV 방송과 양립하는 위성채널 HDTV 시스템의 복호화 장치의 다른 실시예를 나타낸 블럭도로서, 20Mbps의 전송율로 전송되는 주비트 스트림(비트 스트림 1)을 VLD 및 역양자화 과정을 거쳐 복원하는 제1복호화기(20)와, 10Mbps의 전송율로 전송되는 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)을 VLD 및 역양자화 과정을 거쳐 복원하는 제2복호화기(80)와, 상기 제1복호화기(20)에서 역양자화된 화상과 제2복호화기(80)에서 역양자화된 화상을 가산하여 상기 제1복호화기(20) IDCT(24)로 출력하는 가산기(84)로 구성된다.

따라서, 상기 제1복호화기(20)는 상기 가산기(84)에서 출력되는 원 화상에 역 DCT를 수행한 후 움직임 보상된 화상을 더하여 최초의 원 화상으로 복원한다.

이때, 상기 제1복호화기(20)는 상기 제2도의 MPEG2 디코딩 블록과 동일한 구성으로서, 동일한 블럭은 동일 부호를 사용하고 구성설명은 생략한다.

그리고, 제2복호화기(80)는 추가 비트 스트림을 일시 저장하는 채널 버퍼(81)와, 상기 채널 버퍼(81)를 통해 출력되는 추가 비트 스트림을 가변길이 디코딩하는 VLD(82)와, 상기 VLD(82)에서 출력되는 데이타를 역양자하여 상기 가산기(84)로 출력하는 역양자화부(83)로 구성된다.

이와같이 구성된 채 제7도 및 제8도는 종래의 비데오 부호화와 복호화에 비해 기본적인 흐름은 동일하나 위성채널 대역중 지상채널 전송과 동일한 데이타를 보낼 수 있는 대역을 빼고 남는 대역을 이용하여 위성채널 전송시만의 화질 개선을 위한 데이타를 추가로 전송한다.

비데오 압축에서 원화상과 부호화된 화상이 서로 다른 것은 양자화에 의한 손실때문이다. 즉, 양자화에 의하여 생긴 손실이 없으면 이론적으로 부호화된 화상과 원화상을 동일하다. 그러므로, 추가로 전송하는 데이타는 양자화에 의해 발생한 손실부분을 적절하게 잘 보상하도록 해주면 된다.

따라서, 제7도의 제2부호화기(70)는 양자화에 의한 손실 부분을 적당한 비트율로 부호화한다. 이때, 부호화 방법은 DCT 가 되어있는 상태에서 양자화와 VLC를 이용하여 간단하게 구성할 수 있는데, 그 이유는 2가지가 있다.

첫째는 보내려고 하는 성분이 이미 움직임 보상이 이루어진 성분이므로 부호화 성능은 좋지만 구성이 매우 복잡한 프레임간 부호화가 필요가 없기 때문이다. 둘째는 프레임내 부호화로서는 DCT 영역내에서 부호화하는 것이 매우 좋은 부호화 방법이고 수신부에서 DCT 계수 상태에서 더하여 같이 처리할 수 있으므로 추가되는 하드웨어가 매우 간단해지기 때문이다.

그리고나서, 추가로 부호화된 데이타를 데이타를 MPEG2 트랜스포트층에 맞도록 제2부호화기(70)에서 추가 비트스트림을 만들고 이 비트스트림을 주 비트스트림과 함께 하나의 PID(Program Identifier)를 주어 추가로 전송한다.

그러면, 제8도와 같은 수신부에서는 주 비트 스트림(비트 스트림 1)은 원래의 MPEG2 복호기 즉, 제1복호화기(20)에서 복호화하고, 추가로 전송된 비트 스트림(비트 스트림 2)은 제2복호화기(80)에서 송신부의 역작용으로 VLD와 역양자화를 순서대로 수행하여 복호화한 후 상기 제1복호화기(20)에서 복호된 화상과 IDCT 전에 더한다. IDCT 이후의 신호처리는 별도의 하드웨어가 필요없고 기존의 것과 동일하게 신호처리를 하면 된다.

즉, 제1부호화기(10)의 감산기(11)에서 원 화상(Original Image)과 움직임 부상된 화상과의 차이를 출력하면 DCT부(12)에서는 데이타의 중복성을 제거하기 위하여 영상을 공간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환한다. 이때 영상 데이타는 변화가 적으므로 낮은 주파수 특히 DC 성분이 큰 값을 갖게 되고 높은 주파수 성분은 상대적으로 매우 작은 값을 갖게 된다.

그리고, VLC부(14)에서는 데이타의 출현 빈도가 높은 데이타에 짧은 부호길이 출현 빈도가 낮은 데이타에 긴 부호 길이를 할당함으로써 전체 비트수를 삭감한 후 20Mbps의 비트율로 주 비트 스트림(비트 스트림 1)을 전송한다.

한편, 움직임 보상 및 화상 저장을 위해 상기 양자화부(13)의 출력은 역양자화부(15) 및 IDCT(16)를 거쳐 상기 감산기(11)에서 출력되는 차이 화상으로 복원된다.

이때, 상기 복원된 차이 화상과 움직임 보상된 화상을 가산기(17)에서 가산하면 원화상이 된다.

따라서, 상기 가산기(17)에서 출력되는 원 화상은 프레임 메모리(18)에 저장되면서 이전 화상이 되고, 움직임 추정부(19)는 현재 입력되는 원 화상과 프레임 메모리(18)에 저장된 이전 화상을 비교하여 움직임 정보(MV)를 구한다.

이때, 상기 움직임 정보(MV)는 최대의 부호화 효율을 얻기 위해서 VLC(14)에서 데이타의 출현 빈도에 따라 부호 길이가 변화된 후 변환계수 정보와 함께 전송된다.

한편, 제2부호화기(70)의 감산기(71)는 상기 DCT부(12)에서 DCT된 화상과 IDCT부(16)에서 IDCT된 화상과의 차이를 양자화부(72)로 출력하고, 양자화부(72)는 상기 가산기(71)에서 출력되는 차이화상의 데이타를 제한된 비트수로 표시하여 데이타량을 절감한 후 VLC(73)로 출력한다.

상기 VLC부(73)에서는 데이타의 출현 빈도가 높은 데이타에 짧은 부호길이, 출현 빈도가 낮은 데이타에 긴 부호 길이를 할당함으로써 전체 비트수를 삭감한 후 10Mbps의 비트율로 추가 비트 스트림(비트 스트림 2)을 전송한다.

한편, 상기 제7도의 제1부호화기(10)의 VLC(14)를 통해 20Mbps로 전송되는 주 비트 스트림은 제1복호화기(20)의 채널 버퍼(21)를 통해 VLD(22)로 입력되어 가변길이 디코딩된 후 역양자화부(23)에서 역양자화된다.

그리고, 상기 제7도의 제2부호화기(70)의 VLC(73)를 통해 10Mbps로 전송되는 추가 비트 스트림은 제2복호화기(80)의 채널 버퍼(81)를 통해 VLD(82)로 입력되어 가변길이 디코딩된 후 역양자화부(83)에서 역양자화된다.

이때, 가산기(84)는 상기 제1복호화기(20)의 역양자화부(23)에서 역양자화된 데이타와 제2복호화기(80)의 역양자화부(83)에서 역양자화된 데이타를 가산하여 원 화상과 움직임 부상된 화상과의 차이 화상으로 복원한다.

이때, 제1복호화기(20)의 움직임 보상부(27)는 상기 VLD(22)에서 출력되는 움직임 정보(MV)를 이용하여 프레임 메모리(26)에서 출력되는 이전화상에 움직임 보상을 하여 원 화상을 예측하고 가산기(25)에서는 상기 IDCT(24)에서 출력되는 차이 화상과 움직임 보상부(27)에서 출력되는 예측 화상을 가산하여 원 화상으로 복원한다.

그리고, 본 발명은 트랜스포트층에서 기본 비트스트림을 섞을 때 위성과 지상채널에 대하여 각각 다르게 한다. 즉, 위성채널 HDTV 방송신호는 4가지의 기본 비트스트림을 가지는데, 주 화상 부호화된 비트스트림(비트 스트림 1), 추가 부호화된 비트 스트림(비트 스트림 2), 오디오 비트 스트림, 그리고 방송신호 콘트롤을 위한 데이타 비트 스트림이다.

이들은 각각의 PID를 가지며 수신기에는 각각의 비트 스트림을 별도로 혹은 연관시켜 복호화할 수 있다.

이때, 위성채널의 전송은 제9도에서와 같이 위 4가지 기본 비트스트림을 멀티플렉서(101)에서 모두 합하여 비트율이 30Mbps가 되고 이것을 30㎒ 위성 전송채널(102)을 통해 전송하면, 디멀티플렉서(103)에서 원래 데이타인 주 비트스트림, 추가 비트 스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트 스트림으로 복구한다.

한편, 지상채널 전송은 위 4가지 비트스트림중에 3가지는 동일하게 전송하고 추가 부호화된 비트 스트림(비트 스트림 2)는 전송하지 않는다.

그래서, 지상채널 전송시는 제10도와 같이 3가지 기본 비트스트림을 멀티플렉서(104)에서 모두 합하여 비트율이 약 20Mbps가 되고 이것을 6㎒ 지상 전송채널(105)을 통해 전송하면, 디멀티플렉서(106)에서 원래 데이타인 주 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림으로 복구한다.

한편, 제11도는 본 발명에 따른 위성 방송 수신시의 수신기의 일실시예를 나타낸 블럭도로서, 주 비트스트림, 추가 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림이 섞여서 위성 방송이 30Mbps의 비트율로 30㎒ 위성 전송채널(111)을 통해 전송되면 주 비트스트림, 추가 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림으로 복조하는 트랜스포트 복조기(112)와, 상기 트랜스포트 복조기(112)에서 복조된 주 비트스트림, 추가 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림을 복호하여 고화질로 재생하는 고화질 복호기(113)로 구성되거나, 또는 상기 트랜스포트 복조기(112)와, 상기 트랜스포트 복조기(112)에서 복조된 주 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림을 복호하여 일반화질로 재생하는 일반화질 복호기(113)로 구성된다.

여기서, 고화질 복호기(113)는 추가로 부호화된 비트 스트림을 복호할 수 있는 회로를 포함하고 있으므로, 주 비트스트림과 추가 비트스트림을 모두 복호할 수 있어 그 만큼 화상이 선명해지고 부호화되기 전의 원화상과 거의 동일한 고화질로 재생할 수 있다. 그러나, 일반화질 복호기(114)는 추가 부호화된 비트 스트림을 복호하는 회로가 없기 때문에 지상채널 복호기와 동일한 일반화질로 재생된다.

제12도는 본 발명에 따른 지상 방송 수신시의 수신기의 일실시예를 나타낸 블럭도로서, 주 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림이 섞여서 지상 방송인 20Mbps의 비트율로 6㎒ 위성 전송채널(121)을 통해 전송되면 주 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림으로 복구하는 트랜스포트 복조기(122)와, 상기 트랜스포트 복조기(112)에서 복조된 주 비트스트림, 오디오 비트스트림, 데이타 비트스트림을 복호하여 재생하는 고화질 복호기(113), 또는 일반화질 복호기(114)로 구성된다.

즉, 지상방송에는 추가로 부호화된 비트 스트림이 없으므로 고화질 복호기(113)나 일반화질 복호기(114)에서 재생된 화상이 같다.

이때, 위성방송 수신기의 트랜스포트 복조기(112)와 지상방송 수신기의 트랜스포트 복조기(122)는 기능이 동일한데 단지 속도만 달리할 수 있다.

여기서, 속도가 빠른 것은 속도가 낮은 것의 기능을 포함할 수가 있는데, 일반적으로 30Mbps의 비트스트림은 충분히 포함되도록 설계가 된다.

따라서, 속도가 30Mbps 이상되는 트랜스포트 복조기를 포함하는 수신기는 지상방송이든 위성방송이든 수신을 할 수가 있으며, 위성방송에 대해서는 수상기의 비용에 따라 수신되는 화질이 다를뿐이다.

단, 전송은 위성과 지상채널에서 서로 다를 수밖에 없으므로 다른 하드웨어를 사용하여야 한다.

즉, 지상 방송 또는 위성 방송에 상관없이 동일한 비데오/오디오 부호가 및 복호기를 사용하여 부호 및 복호할 수 있다.

이와같이 위상채널 HDTV 시스템을 지상채널 HDTV 시스템과 양립하도록 구성함으로써 한번의 부호화를 통하여 발생하는 비트스트림을 위성 및 지상 채널을 통하여 전송할 수 있게 한다.

즉, 전송의 부호화 및 복호화는 채널이 다른 이상 어차피 다를 수밖에 없지만 비데오/오디오 부호화 및 복호화는 지상방송이나 위성방송이나 상관없이 사용할 수 있게 할 수 있다.

이때, HDTV는 각 부분을 모듈화할 수 있어 전체적으로는 완전히 양립할 수는 없지만 같은 부분이 많으면 서로 다른 부분은 교체가 가능하도록 설계를 할 수 있으므로 양립의 의미를 지닌다고 볼 수 있다.

그리고 비데오 부호화 및 복호화에서 양립할 수 있는 것은 부호화에 드는 시간적 손실을 줄일 수 있고, 비트 스트림만 저장하거나 이동해도 되므로 대용량의 원화상을 저장하는데 드는 비용을 절감할 수 있게 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템에 의하면, 위성 채널 대역중 지상채널 전송과 동일한 데이타를 보낼 수 있는 대역을 빼고 남는 대역을 이용하여 위성채널 전송시만의 화질 개선을 위한 데이타를 전송함으로써, 위성채널과 지상채널의 HDTV 시스템이 서로 양립하면서도 위성채널의 주파수 대역의 낭비를 초래하지 않고 동시에 원하는 화질을 얻을 수 있다. 또한, 전송의 부호화 및 복호하는 채널이 다르기 때문에 다르게 구성하지만 비데오/오디오 부호화 및 복호화는 지상방송이나 위성방송이나 상관없이 사용할 수 있기 때문에 비데오 부호화 및 복호화에서 양립할 수 있는 것은 부호화에 드는 시간적 손실을 줄일 수 있고, 비트 스트림만 저장하거나 이동해도 되므로 대용량의 원화상을 저장하는데 드는 비용을 절감할 수 있게 된다.

Claims

원래의 화상을 엠펙2(MPEG2) 부호화 알고리즘을 이용하여 지상채널 비데오 데이타 비트율로 부호화하여 주 비트 스트림으로 전송하는 제1부호화기와, 상기 제1부호화기에서 부호화된 화상을 엠펙2 복호화 알고리즘을 이용하여 복호화하는 복호화기와, 원 화상과 상기 복호화기에서 복호된 화상과의 차이를 추출하여 차이 화상을 생성하는 차이화상 생성수단과, 상기 차이화상 생성수단에서 출력되는 차이 화상을 위성채널 비데오 데이타 비트율에서 지상채널 비데오 데이타 비트율을 뺀 비트율로 부호화하여 추가 비트 스트림으로 전송하는 제2부호화기로 구성되는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화기.
제1항에 있어서, 상기 제1부호화기는 현재의 입력 신호와 이전의 신호에 의한 예측 신호간의 차이를 양자화하여 변조 및 존송하는 차분 펄스코드 변조(DPCM) 방식으로 차이 화상을 부호화함을 특징으로 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화기.
제1항에 있어서, 상기 제2부호화기는 차분펄스 코드변조(DPCM)에서 입력되는 신호의 특성에 따라 예측 변수들을 조정하여 오차신호의 분산을 최소화하면서 양자화하는 적응차분펄스 코드변조(ADPCM) 방식으로 차이 화상을 부호화함을 특징으로 하는 지상채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화기.
제1항에 있어서, 상기 제2부호화기는 이산여현변환(DCT), 양자화, 및 가변길이코딩(VLC) 과정을 순차적으로 수행하여 차이 화상을 부호화함을 특징으로 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화기.
위성채널 비데오 데이타 비트율로 전송되는 주 비트 스트림을 엠펙 2 복호화 알고리즘을 이용하여 복호하는 제1복호화기와, 위성채널 비데오 데이타 비트율에서 지상채널 비데오 데이타 비트율을 뺀 비트율로 전송되는 추가 비트 스트림을 특수 복호화하는 제2복호화기와, 상기 제1복호화기에서 복호된 화상과 제2복호화기에서 복호된 화상을 더하여 원래의 화상으로 복원하는 원 화상 복원수단으로 구성되는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 HDTV 시스템의 복호화기.
제5항에 있어서, 상기 제2복호화기는 가변길이디코딩(VLD), 역양자화, 역이산여현변환(IDCT) 과정을 순차적으로 수행하여 전송되는 추가 비트 스트림을 복호화함을 특징으로 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화기.
원래의 화상을 엠펙 2 부호화 알고리즘을 이용하여 지상채널 비데오 데이타 비트율로 부호화하여 주 비트 스트림으로 전송하는 제1부호화기와, 상기 제1부호화기에서 이산여현변환된 화상과 역이산여현변환된 화상과의 차이를 추출하여 양자화에 의해 손실된 부분을 보상하기 위한 차이 화상을 생성하고 생성된 차이 화상을 위성채널 비데오 데이타 비트율에서 지상채널 비데오 데이타 비트율을 뺀 비트율로 부호화하여 추가 비트 스트림으로 전송하는 제2부호화기로 구성되는 지상 채널 HDTV 시스템의 부호화기.
상기 7항에 있어서, 상기 제2부호화기는 양자와 및 가변길이 코딩(VLC) 과정을 거쳐 차이 화상을 부호화함을 특징으로 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 부호화기.
위성채널 비데오 데이타 비트율로 전송되는 주 비트 스트림을 가변길이디코딩(VLD) 및 역양자화 과정을 거쳐 복원하는 제1복호화기와, 위성채널 비데오 데이타 비트율에서 지상채널 비데오 데이타 비트율을 뺀 비트율로 전송되는 추가 비트 스트림을 가변길이디코딩(VLD) 및 역양자화 과정을 거쳐 복원하는 제2복호화기와, 상기 제1복호화기에서 역양자화된 화상과 제2복호화기에서 역양자화된 화상을 더하는 화상 복원수단으로 구성되고, 상기 제1복호화기는 상기 화상복원 수단에서 출력되는 화상에 역이산여현변환을 수행한 후 움직임 보상된 화상을 더하여 최초의 원 화상으로 복원함을 특징으로 하는 지상 채널 HDTV 방송과 양립하는 위성 채널 HDTV 시스템의 복호화기.