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KR100282307B1 - 디지탈 티브이 수신 디코더 장치 - Google Patents

디지탈 티브이 수신 디코더 장치 Download PDF

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KR100282307B1
KR100282307B1 KR1019980005292A KR19980005292A KR100282307B1 KR 100282307 B1 KR100282307 B1 KR 100282307B1 KR 1019980005292 A KR1019980005292 A KR 1019980005292A KR 19980005292 A KR19980005292 A KR 19980005292A KR 100282307 B1 KR100282307 B1 KR 100282307B1
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Abstract

본 발명은 영상신호를 압축하여 전송하고, 이 전송된 압축영상신호를 수신기의 디코더에서 복호화하여 디스플레이하는 디지탈 티브이 수신기(Digital TV Receiver)의 영상 디코더 장치에 관한 것이다
본 발명의 디지탈 티브이 수신 디코더 장치는, 모든 픽쳐를 8*4로 다운샘플링하고, B픽쳐는 수직 다운샘플링을 수행하여 4*4로 만든다음 디스플레이 사이즈(Aspect Ratio)에 맞게 종횡비변환을 수행하여 메모리에 저장하고, 이때 모든 픽쳐에 대하여 비트엔코딩(bit encoding)하여 저장하며, 저장된 신호의 복원시에는 비트 디코딩(bit decoding)을 수행하며 I,P픽쳐의 경우는 디스플레이 사이즈에 맞게 종횡비 변환을 수행함으로써, SDTV(standard definition television)에서 HD(high definition)급 영상을 수신할 때 메모리를 절감하면서 동시에 고화질을 확보할 수 있도록 하였다.

Description

디지탈 티브이 수신 디코더 장치
본 발명은 영상신호를 압축하여 전송하고, 이 전송된 압축영상신호를 수신기의 디코더에서 복호화하여 디스플레이하는 디지탈 티브이 수신기(Digital TV Receiver)의 영상 디코더 장치에 관한 것이다
실시예로서 본 발명은 MPEG영상신호를 수신하여 이 수신된 영상신호를 복호화하는 디지탈 티브이 디코더에 있어서, SDTV수신기를 이용해서 HD급 영상을 수신하기 위한 디코더 장치로서, B프레임 픽쳐는 디스플레이 사이즈에 맞게 줄여서 메모리에 저장하고, 또 비트 엔코딩(bit encoding)하여 저장하며, 출력시에는 디코딩 및, 화면 종횡비에 맞게 종횡비 변환을 수행하여 디스플레이 출력을 수행함으로써, 메모리의 크기를 줄이면서 영상의 화질을 최선으로 유지할 수 있도록 한 디지탈 티브이 수신 디코더 장치에 관한 것이다.
디지탈 티브이 수신기는 MPEG2로 압축전송된 영상신호를 복호기에서 복호화하여 화면에 디스플레이 한다.
통상적으로, 디지탈 티브이 수신기는 선명도/영상재현성능(화질)에 영향을 주는 요소를 고려하는 화소(pel = picture element)의 수에 따라 HDTV급과 SDTV급으로 대별되며, HDTV의 경우는 예를 들면 최대 1920pels/1080lines의 성능을 갖추고, SDTV의 경우는 예를 들면 640pels/480lines을 갖추고 있다.
이하, 도1 내지 도4에 나타낸 화소단위들은 본 발명의 설명을 위하여 한 예로써 제시하며 이 것에 제한되지 않는다.
도1은 디지탈 TV수신기에서 디코더의 일예를 나타내며, 1화소를 8비트로 표현하고, 1매크로블록(macro block)은 16*16 화소의 데이타 구조를 가지며, 움직임벡터 정보를 포함하는 각 급에 상당하는 수준의 비트스트림(bit stream)을 처리한다.
도1에서, VLD(Variable Length Decoder)(1)는 입력된 비트 스트림 데이타를 가변장 복호화하고, IDCT(2)는 가변장 복호화된 데이타를 역 이산코사인변환(Inverse Discrete Cosine Transform)하여 복호화하고, 가산기(3)에서는 복호화된 데이타에 움직임 추정보상부(4)의 움직임 보상된 정보를 이용해서 복원된 영상을 프레임 메모리(5)에 저장하고, 이렇게 하여 복원된 원영상신호는 디스플레이수단으로 출력(Video out)된다.
상기의 HDTV수신기는 HD급 데이타를 수신하여 복호화하므로 SD급 데이타를 수신하여 복호화하는데 전혀 장애를 받지 않는다.
상기의 SDTV수신기는 SD급 데이타를 수신하여 복호화하므로 SD급 데이타를 수신하여 복호화하는데 전혀 장애를 받지 않지만, 호환성의 관점에서 HD급 데이타를 수신하여 처리(복호화/디스플레이)할 수 있어야 한다.
이 것을 위해서 SD급 TV수신기의 디코더장치는 HD급 데이타에 대한 SD급 수신을 위한 '데이타 처리'를 수행하게 된다.
이러한 데이타 처리 과정을 우리는 다운샘플링(downsampling)-즉, 필터링/데시메이션(filtering/decimation)-을 통해서 확보하고 있다.
도2는 종래에 SD급 TV수신기에서 HD급 데이타를 수신하여 복호화하고 디스플레이하기 위한 디코더장치의 다운샘플링 방법의 간단한 예를 보이고 있다.
도2는 8*8크기의 데이타를 4*4로 줄이는 기법이다.
8*8크기의 데이타블록(21)을 IDCT/다운샘플러(22)에서 수직으로는 8pels에 대하여 역이산코사인변환하고 또 수평으로는 4pels에 대하여 역이산코사인변환을 수행함으로써 8*8의 크기를 8*4크기로 줄인다.
도2에서는 데이타 블록(21)의 상위단으로부터 흑점으로 표시된 바와같이 32개의 DCT계수들을 선택하여 이 것을 8*4 크기의 역이산코사인변환함으로써 다운샘플링된 이미지 데이타를 구하였다.
선택된 계수(selected coefficient)를 제외한 제거된 계수(discarded coefficient)는 백색점(공란)으로 나타내었다.
여기서 선택된 계수의 갯수나, 계수를 선택하는 방법은 이외에도 여러가지가 있다.
8*4로 다운샘플링된 이미지 데이타는 가산기(23)를 거쳐서 프레임 메모리(24)에 저장된다(또는 필드 메모리일 수도 있다).
프레임 메모리(24)의 이미지 데이타는 다운 샘플링된 이미지 데이타에 적응하는 움직임 벡터정보(motion vectors)처리를 위해서, 업샘플러(25)에 의하여 8*8로 수평방향의 업샘플링(upsampling)되고, 업샘플링된 이미지 데이타는 움직임 보상예측기(26)에서 움직임 벡터(Motion Vectors)에 의해서 움직임 보상처리되고, 이 보상된 정보는 8*8크기이므로 다운샘플러(27)에서 다시 8*4크기로 수평 방향의 다운샘플링이 행해진 다음, 이 8*4의 다운샘플링 움직임처리정보가 가산기(23)에 가해짐으로써, 최종적으로 우리가 원하는-8*8이 8*4로 다운샘플링된-영상을 얻어서 출력(video out)한다.
출력시에는 프레임 메모리(24)의 출력값을 수직방향으로 다운샘플러(28)에서 다운샘플링하여 4*4로 줄이고, 이 것을 하면 종횡비에 맞게 종횡비 변환부(29)에서 종횡비 변환(Aspect Ratio Conversion)을 수행하여 최종적인 영상출력이 이루어지도록 한다.
종래의 SD급 디지탈 TV수신기의 디코더는 다음과 같은 문제점을 가진다.
HD급 데이타를 수평방향으로 단순하게 2:1 다운샘플링하는 것에 의하기 때문에 프레임 메모리가 HD급 복호기에 비해 1/2로 밖에 줄지않는다.
그런데 HD급 복호기가 9,180kByte 메모리를 요구하므로 기존 SD급 복호기는 그 것의 절반인 4,590kByte가 요구되어 4MByte DRAM을 사용하여 구현하는 것이 불가능하다.
이 것은, MPEG2에서 I,P,B픽쳐에 대한 고려 즉, 앵커 프레임(Anchor Frame)여부에 대한 고려없이 저장하기 때문이다.
즉, 재현영상의 화질에 큰 영향을 주는 픽쳐와 그렇지 않은 픽쳐에 대한 고려없이 일률적인 다운샘플링을 수행하기 때문이다.
수평과 수직방향으로 다운샘플링함에 따라 잡음성분에 대한 총체적인 디코딩과정이 이루어져서 소위 에러 드리프팅(error drifting)이라고 불리는 문제를 야기한다.
영상재현에 가장 큰 영향을 주는 I픽쳐나 P픽쳐와 그렇지 않은 B픽쳐가 동일한 비중을 가지고 다운샘플링되기 때문이다.
본 발명은 I,P픽쳐와 B픽쳐를 구분하여 다운샘플링과 비트 엔코딩 및 디코딩, 그리고 화면 종횡비에 적합한 디스플레이 사이즈로의 변환을 수행함으로써 SDTV에서 종래에 비하여 적은 프레임 메모리를 요구하도록 한다.
구체적으로는 약 3MByte의 프레임 메모리를 요구함으로써 4MByte DRAM만 사용하여 전체 시스템을 만들 수 있게한다.
본 발명은 앵커 프레임이 아닌 B픽쳐에 대해서는 화면 종횡비에 맞게 디스플레이 사이즈를 줄이고 또 비트 엔코딩을 수행하여 필요한 메모리 용량을 줄이고, I,P픽쳐에 대해서는 비트 엔코딩을 수행하여 필요한 메모리 용량을 줄인다.
또한, 디스플레이시에는 비트 디코딩후에 I,P픽쳐에 대해서 화면 종횡비에 맞게 종횡비 변환을 수행하여 출력함으로써, 메모리 용량을 줄이면서도 높은 화질을 확보할 수 있도록 한 디지탈 티브이 수신 디코더 장치를 제공한다.
도1은 디지탈 티브이 수신기 디코더의 블럭 구성도
도2는 디지탈 티브이 수신기 디코더에서 종래의 다운샘플링 기술을 나타낸 도면
도3은 본 발명의 디지탈 티브이 수신 디코더 장치의 블럭 구성도
도4는 본 발명에 적용한 비트엔코딩의 한예를 나타낸 도면
도3은 상기의 본 발명 디지탈 티브이 수신 디코더 장치의 일 실시예이며, I,P,B픽쳐를 8*4로 다운샘플링하고, B픽쳐는 4*4로 다운샘플링 및 종횡비 변환과 비트 엔코딩을 수행하여 메모리에 저장하고, I,P픽쳐는 비트 엔코딩을 수행하여 메모리에 앵커프레임으로 저장하며, B픽쳐는 비트 디코딩하고 I,P픽쳐는 비트 디코딩 후에 4*4로 다운샘플링 및 종횡비 변환하여 상기 비트 디코딩된 B픽쳐와 함께 출력하는 실시예이다.
이 실시예에서 제시되고 있는 다운샘플링비, 화소수(pels)들은 한가지 예를 제시한 것이며 이에 제한되지는 않는다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명의 디지탈 티브이 수신 디코더 장치의 구성 및 작용을 설명한다.
8*8사이즈의 입력 데이타(I,P,B픽쳐)에 대한 DCT계수를 입력으로 하여 역이산코사인변환(IDCT) 및 필터링과 수평 다운샘플링을 수행하여 8*4사이즈 데이타로 출력하는 IDCT/다운샘플링수단(31)과, 상기 8*4데이타와 움직임보상정보를 가산하여 출력하는 가산수단(32)과, 상기 가산수단(32)에서 출력된 8*4데이타의 I,P픽쳐및 B픽쳐에 따른 스위칭수단(33)과, 상기 스위칭수단(33)에서 선택된 B픽쳐에 대하여 디스플레이 사이즈 변환을 수행하기 위한 수직 다운샘플링수단(34a)과 종횡비 변환수단(34b) 및 비트 엔코딩수단(34c)을 포함하는 디스플레이 사이즈 변환수단(34)과, 상기 스위칭수단(33)에서 선택된 I,P픽쳐에 대하여 비트엔코딩을 수행하는 비트 엔코딩수단(35)과, 상기 비트 엔코딩된 I,P픽쳐정보가 저장되는 앵커 프레임 메모리(36a) 및 B픽쳐정보가 저장되는 B프레임 메모리(36b)를 포함하는 기억수단(36)과, 상기 앵커 프레임 메모리(36a) 출력을 비트 디코딩하는 비트 디코딩수단(37)과, 상기 비트 디코딩된 정보를 수평방향으로 업샘플링하여 8*8사이즈로 변환하는 수평 업샘플링수단(38)과, 상기 수평 업샘플링수단(38)의 출력을 입력받아 움직임 베터정보로부터 움직임 보상 및 예측을 수행하는 움직임 보상예측수단(39)과, 상기 움직임 보상예측수단(39)의 출력을 수평방향으로 다운샘플링하여 8*4사이즈로 변환하여 가산수단(32)에 공급하는 수평 다운샘플링수단(40)과, 상기 B프레임 메모리(36b)의 출력을 비트 디코딩하여 B프레임정보를 출력하는 비트 디코딩수단(41)과, 상기 비트 디코딩수단(37)의 출력을 수직방향으로 다운샘플링하여 4*4로 변환하는 수직 다운샘플링수단(42)과, 상기 수직 다운샘플링수단(42)의 출력을 종횡비 변환하여 I,P프레임정보를 출력하는 종횡비 변환수단(43)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 도3 내지 도4를 참조하여 본 발명의 작용을 설명한다.
IDCT/다운샘플링수단(31)은 입력된 DCT계수를 역이산코사인변환하고, 또 수평방향으로 다운샘플링을 수행하여 8*8크기를 8*4로 줄인다.
여기서 다운샘플링은 I,P,B픽쳐 모두에 대하여 수행하고 이 8*4데이타를 가산수단(32)에 입력한다.
이하 본 발명에서 다운 샘플링방법(업샘플링 또한 같다)은 이미 알려진 다양한 방법을 통해서 이루어진다.
위와같이 하여 8*8 I,P,B픽쳐에 대한 8*4수평 다운샘플링을 수행한 결과는 가산수단(32)에 가해진다.
가산수단(32)의 출력은 스위칭수단(33)에 의해서 I,P픽쳐와 B픽쳐가 선택된다.
B픽쳐에 대해서는 디스플레이 사이즈 변환수단(34)을 거치면서 수직 다운샘플링과 종횡비 변환 및 비트 엔코딩이 이루어진다.
즉, 8*8의 B픽쳐는 수직 다운샘플링수단(34a)에 의해서 수직 방향의 다운샘플링이 수행되어 4*4로 줄이고, 이 것은 다시 디스플레이 사이즈에 맞게 종횡비 변환수단(34b)에 의해서 화면 종횡비 변환이 이루어지며, 종횡비 변환이 이루어진 B픽쳐 정보는 비트 엔코딩수단(34c)을 거쳐서 비트 저감이 이루어진 후에 기억수단(36)의 B프레임 메모리(36b)에 저장된다.
비트 엔코딩수단(34c)에 의한 비트 저감의 작용을 도4에 나타내었으며, 이 작용은 I,P픽쳐에 대한 비트 엔코딩수단(35)에도 적용되고, 비트 디코딩은 엔코딩의 역과정에 해당한다.
도4에서 보는 바와같이, 기억수단의 용량제한을 고려해서 인접 화소의 상관성을 이용하여 비트량을 줄인다.
즉, 비트량은 8*4를 기본으로 하여, 수평(또는 수직)방향으로 인접 화소의 상관성을 고려하여 14비트로 줄인다.
비트수를 줄이는 방법의 일예로서, DPCM을 들 수 있다.
화소(decoded image pels)(400)의 수평(또는 수직) 화소p1,p2,p3,p4(401)에 대해서 p1(원래의 값),p2-p1(인접화소 차값) 및 p3(원래의 값),p4-p3(인접화소 차값)(402)으로 상기 다운샘플링 데이타를 부호화(coding)하는데, p1은 8비트값으로, p2-p1은 6비트값으로, p3은 8비트값으로, p4-p3는 6비트값으로 비균일 양자화(non-uniform quantization)기법으로 부호화한다(403).
부호화된 결과(404)는 해당 메모리(405)에 저장되는데 이 메모리는 도3에서 앵커 프레임 메모리이거나 B프레임 메모리일 수 있다.
위와같이 비트 저감된 데이타는 B프레임 메모리(36b)에 저장되며, 영상복원(재현)을 위해서 비트 디코딩수단(41)에 의해서 상기 복호화의 역과정을 통해 디코딩된다.
또한 스위칭수단(33)의 선택에 의해서 I,P픽쳐도 비트 엔코딩수단(35)을 통해서 비트 저감되고 이것은 앵커프레임메모리(36a)에 저장되며, 영상 복원을 위해서 비트 디코딩수단(37)에 의해서 디코딩된다.
디코딩된 8*4데이타는 움직임보상을 위해서 움직임 벡터정보(Motion Vectors)를 입력으로 하는 수평 업샘플링수단(38)에서 수평방향으로 업샘플링되어 8*8데이타로 출력된다.
이 업샘플링된 8*8데이타는 움직임 보상예측수단(39)에 입력되어 움직임 벡터정보에 의해서 움직임 보상되고, 움직임 보상된 정보는 8*8크기로 수평 다운샘플링수단(40)에 입력된다.
수평 다운샘플링수단(40)은 입력된 8*8움직임 보상정보를 8*4로 수평 다운샘플링하여 상기 가산수단(32)에 공급함으로써, IDCT/다운샘플링수단(31)에 의해서 8*4로 다운샘플링된 I,P,B 픽쳐데이타(크기)에 맞는 움직임 보상된 I,P,B픽쳐신호를 출력하도록 한다.
위와같은 과정을 반복하여 I,P,B 프레임의 데이타 처리가 이루어지며, 앵커 프레임 메모리(36a)로부터 출력되어 비트 디코딩된 8*4데이타는 수직 다운샘플링수단(42)을 거치면서 4*4크기로 수직 다운샘플링되고(4*4로 다운샘플링되는 B픽쳐와 매칭시키기 위해서) 또 종횡비 변환수단(43)에 의해서 디스플레이 사이즈에 맞게 I,P픽쳐의 종횡비 변환이 이루어져서 상기 B픽쳐 정보와 함께 최종적인 영상신호로서 출력(Video Out)된다.
본 발명에 의하면 MPEG2를 이용하는 SDTV수신기에서 HD급 영상을 수신하여 처리할때 앵커 프레임(I,P)과 B프레임을 다른 방식으로 저장하고, 또한, 비트 저감 기법을 도입함으로써 메모리의 크기를 줄이면서도 화질은 향상시킨 SDTV를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 블록단위의 입력 데이타에 대하여 소정의 비율로 다운샘플링을 수행하는 수단과, 이 다운샘플링된 결과를 제 1 군의 데이타와 제 2 군의 데이타로 구분하여 제 1 군의 데이타에 대해서는 다운샘플링을 더 수행한 다음 디스플레이 사이즈에 적합한 화면 종횡비 변환을 수행하는 수단과, 상기 변환된 제 1 군의 데이타와 함께 제 2 군의 데이타를 기억하는 수단과, 상기 기억된 제 2 군의 데이타는 재생시에 상기 제 1 군의 데이타와 대응하도록 다운샘플링 및 화면 종횡비 변환을 더 수행하여 상기 제 1 군 및 제 2 군의 데이타를 디스플레이하는 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 티브이 수신 디코더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다운 샘플링된 제 1 군의 데이타 및 제 2 군의 데이타에 대하여 메모리 용량을 고려한 비트저감을 수행하여 기억시키고 재생시에는 비트 디코딩을 수행하여 출력함을 특징으로 하는 디지탈 티브이 수신 디코더 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 군의 데이타와 제 2 군의 데이타를 선택적으로 구분하는 스위칭수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지탈 티브이 수신 디코더 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블록단위로 입력되는 데이타는 8*8이고, 이 것을 8*4로 다운샘플링하며, 제 1 군의 데이타에 대해서는 4*4다운샘플링하여 종횡비 변환과 기억 및 재생을 수행하고, 제 2 군의 데이타에 대해서는 8*4다운샘플링결과를 기억 및 재생하고 재생시에는 4*4로 다운샘플링을 수행하는 것을 특징으로 하는 디지탈 티브이 수신 디코더 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블록단위 입력 데이타는 I,P,B픽쳐이고 제 1 군의 데이타는 B픽쳐이며, 제 2 군의 데이타는 I,P픽쳐인 것을 특징으로 하는 디지탈 티브이 수신 디코더 장치.
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