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KR0185848B1 - 호환 부호화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산여현 변환기(DCT:21); 간축부(30); 저해상도 감산기(31); 저해상도 벡터양자화기(VQ:32); 저해상도 역벡터 양자화기(IVQ:33); 저해상도 가산기(34); 움직임 보상부(MC2:35); 보간부(29); 보간부(29)의 출력을 입력받아 움직임보상된 고해상도와 저주파부분을 비교하여 차이가 없으면 움직임 보상된 고해상도의 영상 데이타로 보간된 영상신호를 출력하는 판단부(28); 제1 감산기(22); 제2 감산기(23); 고해상도 벡터양자화기(VQ:24); 고해상도 역벡터 양자화기(IVQ:25); 가산기(26); 및 고해상도 움직임 보상부(MCI:27)로 구성되어 영상신호의 압축 효율을 향상시킨다.

Description

호환 부호화기
제1도는 종래의 호환 부호화기를 도시한 블럭도이고,
제2도는 본 발명에 따른 호환 부호화기를 도시한 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,12 : 프레임 메모리 11 : 다운 샘플러
13 : 부호화기 14 : 벡터양자화 복호기
15 : 업 샘플러 16,22,23 : 감산기
17,21 : 이산여현 변환기 18 : 양자화기
19 : 가변장 부호기 24,32 : 벡터양자화기
25,33 : 역벡터양자화기 27,35 : 움직임 보상부
28 : 판단부 29 : 보간부
30 : 간축부
본 발명은 영상신호를 고해상도의 영상신호와 저해상도의 영상신호로 분리하여 부호화하는 호환 부호화(compatible encoder)기술에 관한 것으로, 특히 움직임 보상에 의해 압축율을 증가시킨 호환 부호화기에 관한 것이다.
일반적으로 디지탈 영상부호화 기술로는 변환부호화와, 벡터양자화, 대역분할부호화, 예측부호화 및 엔트로피 부호화 등이 널리 알려져 있고 국제표준화기구에 의해 정지영상 및 동영상의 부호화를 위한 표준을 제정하면서 상기 부호기술들을 연구하여 보다 개선된 부호기술을 얻기 위한 노력이 계속되고 있다.
한편, 상기 부호화 기술과는 다른 이유로 호환 부호기술이 널리 연구되는 바, 호환 부호화(compatible coding)란 기존의 TV기술과 차후의 고선명(HD)TV간의 호환성을 갖기 위해 사용되는 기술이다.
여기서, 호환성이란 높은 해상도를 가진 영상의 압축정보를 주어진 해상도의 영상으로 복호할 수 있는 능력을 의미하며, 이러한 호환성은 다시 상방(upward) 호환성과 하방(downward) 호환성으로 구분된다. 상방(upward) 호환성은 고해상도의 수신기가 저해상도의 부호기에 의해 전송된 비트열을 복호한 후, 이를 표본 늘림(up sampling)하여 화면에 재생하거나 저해상도 신호의 크기 만큼을 화면 일부에 재생하는 것이다. 그리고 하방(downward) 호환성은 저해상도의 수신기가 고해상도의 부호기에 의해서 전송된 비트열 중 필요한 일부분을 복호하여 재생하는 것을 말한다.
또한, 해상도와 화질을 기준으로 호환성을 구분하면 해상도의 호환성과 화질의 호환성으로 나눌 수 있는데, 해상도의 호환성은 고해상도의 수신기와 저해상도의 수신기가 같은 비트열을 받아서 각각의 해상도에 맞는 일부 비트열만을 복호하여 영상을 재생할 수 있는 능력을 말하며, 화질의 호환성은 같은 해상도의 수신기가 전송망의 상태가 좋을 때는 전송된 비트열을 모두 복호하여 고화질의 영상을 재생하며 전송망의 상태가 좋지 않을 때는 일부만을 복호하여 기본적인 화질의 영상을 재생할 수 있는 능력이다.
이와 같이 호환 부호화 기법에 의해 호환성을 부여함에 의해 얻는 잇점을 첫째, 낮은 가격의 수신기로도 고해상도의 신호에 해당하는 서비스를 처리할 수 있다는 점으로, 그 결과 여러가지 수신기를 동시에 지원하는 방송이 가능하여 서비스 향상의 중간단계에서 유용하다. 그 대표적인 예로서, HDTV분야에서 TV와의 호환성을 들 수 있다.
둘째, 전체적인 비트열 중에서 일부만을 이용할 수 있다는 점으로서, cable전송망에서는 여러가지 전송율의 서비스에 연결할 수 있어 사용자가 비용에 따라 서비스를 선택할 수 있는 점을 들 수 있다.
또한, 호환 부호화의 다른 잇점은 그레이스풀 디그레데이션(graceful degradation)이라고 하는 것으로서, 이것은 전송망의 상태가 나쁠 때에도 기본적인 화질의 영상 제공을 보증하는 것으로, 디지탈 방송에서 종종 볼 수 있는 영상의 손실을 그대로 방치하는 대신에 전송 데이타중 저해상도 부분에서 효율적인 오류정정부호를 하여 이에 해당하는 저해상도의 영상신호를 HDTV에서 받아 볼 수 있게 하는 것이다. 즉, ATM망에서 저해상도에 해당하는 신호를 높은 우선순위의 셀에 보내는 경우가 이에 해당한다고 볼 수 있다.
이와 같이 영상신호의 호환부호화라 하는 것은 두가지 이상의 표준 또는 포맷의 영상신호를 동일한 채널을 통해서 전송 및 수신할 수 있는 기능을 의미하고, 이렇게 함으로써 상이한 수신기를 가진 사용자들에게 동일한 서비스를 제공할 수 있게 된다. 즉, HDTV방송을 도입할 경우에 초기에는 고가의 HDTV 수상기를 모든 사용자들이 구입할 수 없으므로, HDTV로 제공되는 서비스를 일반 디지탈 TV로도 제공받을 수 있도록 하는 기능이다.
이와 같은 호환 부호화를 구현하는 종래의 기술은 본 발명자가 특허 출원95-제7350호로 선출원한 바 있으며, 상기 선출원한 호환 부호화기는 제1도에 도시된 바와 같이 입력영상을 저장하는 제1 프레임 메모리(10)와; 상기 제1 프레임 메모리의 입력영상을 하향 샘플링(down sampling)하여 저해상도 영상신호로 만드는 다운 샘플러(11); 상기 저해상도 영상신호를 저장하는 제2 프레임 메모리(12); 상기 제2 프레임 메모리(12)의 저해상도 영상을 PTS 벡터양자화하여 저해상도 영상시퀀스를 출력하는 PTS VQ 부호기(13); 상기 PTS VQ 부호기(13)의 부호화된 시퀀스를 복호하는 PTS VQ 복호기(14); 상기 PTS VQ 복호기(14)의 출력을 상향 샘플링하여 확대하는 업 샘플러(15); 상기 제1프레임 메모리(10)의 입력영상신호로부터 상기 업 샘플러(15)의 출력을 감산하는 감산기(16); 상기 감산기(16)의 차 영상을 이산여현 변환하는 이산여현 변환기(17); 상기 이산여현변환기(17)의 출력을 양자화하는 양자화기(18); 및 상기 양자화기(18)의 출력을 가변장 부호화하는 가변장 부호기(19)로 구성되어 있다.
이와 같은 종래의 호환 부호기에서는 입력된 영상신호는 제1 프레임 메모리(10)에 일단 저장되고, 저해상도 영상시퀀스를 구하기 위하여 다운 샘플러(11)에 의해 저해상도 영상신호로 변환된 후 PTS VQ 부호기(13)에 의해 부호화된다.
한편, 부호화된 저해상도 영상시퀀스는 PTS VQ복호기(14)에 의해 다시 복호된 후 업 샘플러(15)에서 보간에 의해 확대된다. 감산기(16)는 상기 확대된 영상신호를 원래의 입력영상신호에서 감산하여 차 영상신호를 구하고, 이 차 영상신호가 이산여현 변환기(DCT)(17), 양자화기(Q)(18), 가변장 부호화기(VLC)(19)를 통해 부호화되어 고해상도 영상시퀀스로서 출력된다.
그런데 상기와 같은 종래의 호환 부호화기는 움직임 보상부분이 적용되지 않아 부호화 효율이 낮으며, 고해상도 영상시퀀스를 생성하는 부분에서 데이타량이 많아지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 움직임 보상을 구현하고, 보간된 영상과 움직임 보상된 고해상도 영상을 비교하는 판단부를 추가하여 부호화 효율을 개선시킨 호환 부호화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 프레임 메모리에 저장된 영상 데이타를 입력받아 이산여현 변환하는 이산여현 변환기; 상기 이산여현 변환기의 출력을 입력받아 다운 샘플링하는 간축부; 상기 간축부의 출력을 입력받아 움직임 보상된 저해상도 영상신호와 감산하는 저해상도 감산기; 상기 감산기의 출력을 벡터 양자화하여 저해상도 영상시퀀스를 형성하는 저해상도 벡터양자화기; 상기 저해상도 벡터양자화기의 출력을 입력받아 역 벡터양자화하는 저해상도 역벡터 양자화기; 상기 저해상도 역벡터 양자화기의 출력을 움직임 보상된 출력과 가산하는 저해상도 가산기; 상기 저해상도 가산기의 출력을 입력받아 움직임 보상하는 저해상도 움직임 보상부; 상기 움직임 보상된 저해상도의 출력을 입력받아 보간하여 원영상의 크기로 재생하는 보간부; 상기 보간부의 출력을 입력받아 움직임 보상된 고해상도와 저주파 부분을 비교하여 차이가 없으면 움직임 보상된 고해상도의 영상데이타로 보간된 영상신호를 출력하는 판단부; 상기 이산여현 변환기의 출력영상과 판단부의 출력영상을 감산하는 제1 감산기; 상기 제1 감산기의 출력을 움직임 보상된 고해상도 영상신호와 감산하는 제2 감산기; 상기 제2 감산기의 출력을 벡터양자화하여 고해상도 영상시퀀스를 출력하는 고해상도 벡터양자화기; 상기 고해상도 벡터양자화기의 출력을 역벡터 양자화하는 고해상도 역벡터양자화기; 상기 고해상도 역벡터양자화기의 출력과 움직임 보상된 영상신호를 가산하는 고해상도 가산기; 및 상기 고해상도 가산기의 출력을 입력받아 움직임 보상하는 고해상도 움직임 보상부로 구성된 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 고해상도의 영상시퀀스를 생성하기 위하여 입력영상에서 저해상도의 영상시퀀스를 감산함에 있어서, 판단부에서 저해상도의 보간된 영상데이타와 고해상도의 움직임 보상된 영상을 비교하여 보간된 영상을 보상한 후, 제1 감산기에서 입력된 영상으로부터 감산하므로써 고해상도 영상시퀀스부분에서 발생되는 데이타량을 감소시키도록 한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 호환 부호기는 제2도에 도시된 바와 같이, 프레임 메모리에 저장된 영상 데이타를 입력받아 이산여현 변환하는 이산여현 변환기(DCT:21); 상기 이산여현 변환기(21)의 출력을 입력받아 다운 샘플링하는 간축부(30); 상기 간축부(30)의 출력을 입력받아 움직임 보상된 저해상도 영상신호와 감산하는 저해상도 감산기(31); 상기 저해상도 감산기(31)의 출력을 벡터 양자화하여 저해상도 영상시퀀스를 형성하는 저해상도 벡터양자화기(VQ:32); 상기 저해상도 벡터양자화기(32)의 출력을 입력받아 역 벡터양자화하는 저해상도 역벡터 양자화기(IVQ:33); 상기 저해상도 역벡터 양자화기(33)의 출력을 움직임 보상된 출력과 가산하는 저해상도 가산기(34); 상기 저해상도 가산기(34)의 출력을 입력받아 움직임 보상하는 저해상도 움직임 보상부(MC2:35); 상기 움직임 보상된 저해상도의 출력을 입력받아 보간하여 원영상의 크기로 재생하는 보간부(29); 상기 보간부(29)의 출력을 입력받아 움직임 보상된 고해상도와 저주파부분을 비교하여 차이가 없으면 움직임 보상된 고해상도의 영상 데이타로 보간된 영상신호를 출력하는 판단부(28); 상기 이산여현 변환기(21)의 출력영상에서 상기 판단부(28)의 출력을 감산하는 제1 감산기(22); 상기 제1 감산기(22)의 출력에서 움직임 보상된 고해상도 영상신호를 감산하는 제2 감산기(23); 상기 제2 감산기(23)의 출력을 벡터양자화하여 고해상도 영상시퀀스를 출력하는 고해상도 벡터양자화기(VQ:24); 상기 고해상도 벡터양자화기(24)의 출력을 역벡터 양자화하는 고해상도 역벡터 양자화기(IVQ:25); 상기 고해상도 역벡터양자화기(25)의 출력과 움직임 보상된 영상신호를 가산하는 고해상도 가산기(26); 및 상기 고해상도 가산기(26)의 출력을 입력받아 움직임 보상하는 고해상도 움직임 보상부(MCI:27)로 구성되어 있다.
또한, 상기 저해상도 움직임 보상부(35)와 고해상도 움직임 보상부(27)는 가산기(34 또는 26)의 출력을 입력받아 이전 프레임의 영상을 저장하고 있는 프레임 메모리, 상기 프레임 메모리의 이전 영상과 새로 입력된 현 프레임의 영상을 비교하여 움직임 벡터를 추정하는 움직임 벡터추정기; 상기 추정된 움직임 벡터에 의해 이전 영상을 움직임 보상하는 움직임 보상기로 구성된다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 장치가 동작하는 것을 살펴본다.
이산여현 변환기(21)는 프레임 메모리로부터 8×8 블럭의 영상 데이타를 추출하여 이산여현 변환한다. 이상여현 변환된 출력은 8×8 블럭의 이산여현 변수계수값으로 블럭의 좌상단부터 블럭의 우하단까지 주파수 성분별로 배열된다.
간축부(30)는 이산여현변환된 원래의 영상신호에서 주요부분을 샘플링하여 데이타량이 작은 기본적인 영상데이타를 형성하고, 저해상도 감산기(31)는 간축부(30)의 현재 프레임 영상과 움직임 보상된 이전 프레임 영상의 차를 출력한다. 저해상도 벡터양자화기(32)는 저해상도 감산기(31)의 출력을 입력벡터로 구성하여 내장된 코드북의 코드벡터와 비교한 후, 비교결과 왜곡치가 가장 작은 코드벡터의 인덱스를 선택하여 부호화된 저해상도 영상시퀀스로서 출력한다. 이와 같이 벡터양자화된 저해상도 영상시퀀스는 가변길이 부호화기에 의해 더욱 압축율을 높힐 수도 있다.
벡터양자화된 저해상도의 영상시퀀스는 저해상도 역벡터양자화기(33)에서 다시 재생하고, 저해상도 가산기(34)에서 이전 프레임의 영상데이타와 가산되어 저해상도 움직임 보상부(35)로 입력된다. 저해상도 움직임 보상부(35)는 움직임 벡터를 추출하고 이에 따라 보상된 영상을 저해상도 감산기(31)와, 저해상도 가산기(34) 및 보간부(29)로 출력한다.
보간부(29)는 움직임 보상된 저해상도 영상데이타를 보간하여 원래 영상의 크기로 재생하고, 판단부(28)는 보간된 영상신호와 움직임 보상된 고해상도의 영상신호의 저주파 부분(예컨대, 8×8블럭 중 좌상단의 4×4블럭 부분)을 비교하여 소정 기준오차 범위안에서 일치하면 움직임 보상된 영상으로 보간된 영상을 보상하여 출력하고, 제1 감산기(22)는 이산여현 변환기(21)의 출력에서 판단부(28)의 출력을 감산하여 고해상도용 영상데이타를 형성한다.
제2 감산기(23)는 현재 프레임의 고해상도 영상 데이타에서 움직임 보상된 이전 프레임의 영상데이타를 감산하고, 고해상도 벡터양자화기(24)는 제2 감산기(23)의 출력을 입력받아 입력벡터를 구성하여 내장된 코드북의 코드벡터와 비교한 후, 비교결과 왜곡치가 가장 작은 코드벡터의 인덱스를 선택하여 부호화된 고해상도 영상시퀀스로서 출력한다. 이와 같이 벡터양자화된 고해상도 영상시퀀스는 미도시된 가변길이 부호화기에 의해 더욱 압축율을 높힐 수도 있다.
벡터 양자화된 고해상도의 영상시퀀스는 고해상도 역 벡터양자화기(25)에서 다시 재생되고, 고해상도 가산기(26)에서 이전 프레임의 영상 데이타와 가산되어 고해상도 움직임 보상부(27)로 입력된다. 고해상도 움직임 보상부(27)는 움직임 벡터를 추출하고 이에 따라 보상된 영상을 제2 감산기(23)와 고해상도 가산기(26) 및 판단부(28)로 출력한다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따라 호환 부호화기를 구현함에 있어서, 움직임 보상된 영상을 입력영상에 감산하여 처리하므로써 발생되는 데이타량을 감소시켜 압축효율을 향상시킬 수 있고, 특히 저해상도의 영상신호를 보간한 후 고해상도의 움직임 보상된 영상과 비교하여 이산여현 변환된 출력에서 감산하므로써 고해상도 부분에서 압축효율을 개선시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 프레임 메모리에 저장된 영상 데이타를 입력받아 이산여현 변환하는 이산여현 변환기(21); 상기 이산여현 변환기(21)의 출력을 입력받아 다운 샘플링하는 간축부(30); 상기 간축부(30)의 출력을 입력받아 움직임 보상된 저해상도 영상신호와 감산하는 저해상도 감산기(31); 상기 저해상도 감산기(31)의 출력을 벡터 양자화하여 저해상도 영상시퀀스를 형성하는 저해상도 벡터양자화기(32); 상기 저해상도 벡터양자화기(32)의 출력을 입력받아 역 벡터양자화하는 저해상도 역벡터 양자화기(33); 상기 저해상도 역벡터 양자화기(33)의 출력을 움직임 보상된 출력과 가산하는 저해상도 가산기(34); 상기 저해상도 가산기(34)의 출력을 입력받아 움직임 보상하는 저해상도 움직임 보상부(35); 상기 움직임 보상된 저해상도의 출력을 입력받아 보간하여 원영상의 크기로 재생하는 보간부(29); 상기 보간부(29)의 출력을 입력받아 움직임 보상된 고해상도와 저주파부분을 비교하여 차이가 없으면 움직임 보상된 고해상도의 영상 데이타로 보간된 영상신호를 출력하는 판단부(28); 상기 이산여현 변환기(21)의 출력영상과 판단부(28)의 출력영상을 감산하는 제1 감산기(22); 상기 제1 감산기(22)의 출력을 움직임 보상된 고해상도 영상신호와 감산하는 제2 감산기(23); 상기 제2 감산기(33)의 출력을 벡터양자화하여 고해상도 영상시퀀스를 출력하는 고해상도 벡터양자화기(24); 상기 고해상도 벡터양자화기(25)의 출력을 역벡터 양자화하는 고해상도 역벡터 양자화기(25); 상기 고해상도 역벡터양자화기(25)의 출력과 움직임 보상된 영상신호를 가산하는 고해상도 가산기(26); 및 상기 고해상도 가산기(26)의 출력을 입력받아 움직임 보상하는 고해상도 움직임 보상부(27)로 구성되는 호환 부호화기.
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