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KR100870048B1 - 데이터 스트림을 코딩하는 방법과 인코더, 데이터 스트림을 디코딩하는 방법과 디코더, 송신기, 수신기 및 저장 매체 - Google Patents

데이터 스트림을 코딩하는 방법과 인코더, 데이터 스트림을 디코딩하는 방법과 디코더, 송신기, 수신기 및 저장 매체 Download PDF

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KR100870048B1
KR100870048B1 KR1020027003297A KR20027003297A KR100870048B1 KR 100870048 B1 KR100870048 B1 KR 100870048B1 KR 1020027003297 A KR1020027003297 A KR 1020027003297A KR 20027003297 A KR20027003297 A KR 20027003297A KR 100870048 B1 KR100870048 B1 KR 100870048B1
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

데이터 스트림의 코딩이 제공되는데, 상기 데이터 스트림은 사전 결정된 서로 다른 마커 세트 중에서 하나의 마커를 포함하고, 상기 마커는 상기 데이터 스트림의 정해진 부분의 시작을 나타내며, 여기서, 상기 마커는 상기 마커 보다 채널 에러에 대해서 더 높은 로버스트니스을 갖는 워드, 예컨대 의사-잡음 워드로 표시된다. 유리하게도, 마커를 나타내고 있는 워드는 사전 결정된 워드 세트로부터 획득되는데, 사전 결정된 워드 세트 내의 각각의 워드는 사전 결정된 마커 세트 내의 정해진 마커에 대응한다. 또한, 디코딩이 제공되는데, 여기서 정해진 워드의 위치는 사전 결정된 워드 세트로부터 획득되는 워드와 수신된 데이터 스트림을 상관시킴으로써 결정되고, 정해진 워드는 상기 결정된 위치에 있는 워드에 의해서 표시되는 마커를 획득하기 위해 디코딩된다.

Description

데이터 스트림을 코딩하는 방법과 인코더, 데이터 스트림을 디코딩하는 방법과 디코더, 송신기, 수신기 및 저장 매체{METHOD OF CODING A DATA STREAM AND AN ENCODER, METHOD OF DECODING A DATA STREAM AND A DECODER, A TRANSMITTER, A RECEIVER, A STORAGE MEDIUM}
본 발명은 데이터 스트림의 코딩 및 디코딩에 관한 것이다.
본 발명은 또한 데이터 스트림의 송신 및 수신에 관한 것이다.
M. 부다가비(M. Budagavi), W. 라비너 헤인젤맨(W. Rabiner Heinzelman), J. 웹(J. Webb), R. 탈루리(R. Talluri)에 의해서 2000년 1월, 'IEEE 신호 처리 매거진'에 기재된 "DSP 칩을 통한 무선 MPEG-4 비디오 통신(Wireless MPEG-4 Video Communication on DSP Chips)"이란 기사가 참조된다. 이 기사에서는, 압축된 비트스트림을 더욱 강하게 만들 목적으로, MPEG-4 비디오 압축 표준이 에러의 검출, 억제(containment), 및 은폐(concealment)를 가능케 하기 위해서 간단한 프로파일에 수 개의 에러 복구 툴(error resilience tools)을 포함하고 있다는 것을 나타내고 있다. 이것들은 비트 에러가 10-3보다 작은 비율(rate)로 발생할 때 상기 비트 에러를 제거(combat)하기 위한 강력한 소스-코딩 기술이지만, 오늘날의 무선 채널은 훨씬 더 큰 비트 에러율(BER)을 가질 수 있다. 이동 무선 채널 상의 열악한 상황(harsh condition)이 송신기와 수신기 사이의 움직임 및 주변 지역의 변화로 인한 다중경로 페이딩으로부터 발생한다. 다중경로 페이딩은 긴 에러 버스트(burst)의 형태로 나타낸다. 그러므로, 일부 형태의 인터리빙 및 채널 코딩이 그러한 채널 상황을 개선시키기 위해서 요구된다. 소스 및 채널 코딩의 결합을 사용함으로써, MPEG-4의 간단한 프로파일 비디오 압축을 이용하여 에러가 발생하기 쉬운 무선 채널을 통해 용인가능한 비쥬얼 품질(visual quality)을 획득하는 것이 또한 가능하다. MPEG-4 압축 비트스트림 구조가 비트스트림의 중요한 부분에서 보다 적은 에러가 발생하도록 보장하기 위해서 결합 소스-채널 코딩 형태인 부등 에러 보호(unequal error protection)를 사용하는 것에 기여한다.
본 발명의 목적은 개선된 데이터 송신을 제공하는데 있다. 이를 위해서, 본 발명은 독립항에서 정의된 바와 같이 코딩, 디코딩, 송신, 수신, 데이터 스트림 및 저장 매체를 제공한다. 종속항에서는 유리한 실시예가 정의된다.
본 발명은 특히 MPEG-4 비디오의 무선 송신 분야에 유리하다. 본 발명자는, MPEG-4 시작 코드가 채널 에러에 대해서 강력하지 않기 때문에 채널 에러가 있는 경우에는 동기 손실이 발생한다는 것을 알았다. 본 발명은 더욱 강력한 시작 코드를 제공함으로써, 수신 데이터 스트림의 더욱 양호한 동기를 가져온다.
본 발명의 제 1 양상에 따라, 데이터 스트림은 사전 결정된 적어도 두 개의 서로 다른 마커(marker) 세트 중에서 적어도 하나의 마커를 포함하는데, 상기 마커는 데이터 스트림의 정해진 부분의 시작을 나타내고, 여기서 상기 적어도 하나의 마커는 적어도 하나의 마커 보다 채널 에러에 대해 더 큰 로버스트니스을 갖는 워드(higher-robustness word)로 표시된다. 워드는 각각의 마커 보다 더 큰 상관 특성을 갖는 워드일 수 있고, 바람직하게는 의사-잡음 워드이다. 마커를 나타내기 위해서 더 큰 상관 특성을 갖는 워드를 사용하는 것은 송신 에러에 대항해서 이러한 마커의 송신을 더욱 강력하게 만든다.
존 G. 프로키스(John G. Proakis)는 '맥그로-힐(McGraw-Hill)'(1989년, 801 내지 817쪽)의 '디지털 통신'(제 2판)에서 디지털 통신을 위한 확산-스펙트럼 신호를 발표하였다. 디지털 정보의 송신에 사용되는 확산-스펙트럼 신호는 그것들의 대역폭(W)이 초당 비트의 정보율(R) 보다 훨씬 크다는 특성을 특징으로 한다. 즉, 확산-스펙트럼 신호에 대한 대역폭 확장 인자(Be=W/R)는 '1' 보다 훨씬 크다. 확산-스펙트럼 신호에 있어서 고유한 큰 중복은 일부 라디오(radio) 및 위성 채널을 통한 디지털 정보의 송신에 있어 봉착하는 심각한 간섭 레벨을 극복하는데 필요하다. 프로키스는 송신단의 입력단 및 수신단의 출력단에서 이진 정보 시퀀스를 갖는 확산-스펙트럼 디지털 통신 시스템을 발표하였다. 채널 인코더 및 디코더와 변조기 및 복조기는 기본 요소이다. 이러한 요소 외에도, 두 개의 동일한 의사-랜덤 패턴 생성기(pseudo-random pattern generator)가 있는데, 그 중 제 1 의사-랜덤 패턴 생성기는 송신단에서 변조기와 인터페이스하고, 제 2 의사-랜덤 패턴 생성기는 수신단에서 복조기와 인터페이스한다. 상기 생성기는 의사-랜덤 또는 의사-잡음(PN) 이진 값 시퀀스를 생성하는데, 상기 시퀀스는 변조기에서 송신 신호 상에 인가되고 복조기에서 수신 신호로부터 제거된다. 수신기에서 생성된 PN 시퀀스와 인입 수신 신호에 포함된 PN 시퀀스의 동기가 수신 신호를 복조시키기 위해서 필요하다. 처음에는, 정보의 송신에 앞서, 고정된 의사-랜덤 비트 패턴을 송신함으로써 동기가 이루어질 수 있는데, 수신기는 간섭의 존재시에 거의 확실하게 인지할 것이다. 생성기의 시간 동기가 이루어진 이후에, 정보의 송신이 시작될 수 있다. PN 시퀀스의 생성은 831 내지 836 쪽에서 더 상세히 설명되어 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 사전 결정된 마커 세트 중에서 일부 마커를 나타냄으로써, 사전 결정된 마커 세트에 대응하는 제한된 워드 세트가 요구된다. 그러므로, 본 발명은 수신기에 유리한 검출을 제공하는데, 그 이유는 수신기가 단지 제한된 세트 중에서 워드가 데이터 스트림에서 발생하는지를 충분히 정확하게 검사하여야 하기 때문이고, 여기서 제한된 워드 세트는 사전 결정된 마커 세트에 대응한다. 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서, 정해진 워드는 사전 결정된 워드 세트로부터 획득된 워드와 수신된 데이터 스트림을 상관시킴으로써 바람직하게 검출된다. 만약 사전 결정된 세트 중 정해진 워드와 수신된 데이터 스트림의 상관값이 정해진 임계값보다 큰 값을 산출한다면, 정해진 워드는 상기 워드의 위치에 있는 대응하는 마커를 얻기 위해 디코딩된다. 워드는 대응하는 '본래' 마커로 바람직하게 대체된다. 이것은 '본래'/변하지 않은 마커가 수신기에서 채널 디코딩 이후에 MPEG-4 데이터 스트림에 존재한다는 장점을 갖는다. 그러므로, 본 발명의 이 실시예는 시작 코드를 워드로 확실하게 대체함으로써 유리한 에러 보호를 제공한다.
바람직하게, 데이터 스트림 내의 데이터 패킷은 확산-스펙트럼 코딩과는 다른 채널 코딩 메커니즘에 따라 코딩된다. 유리하게, 그러한 채널 코딩 메커니즘은 비례적인 부등 에러 보호나 길이 필드 삽입을 포함하는데, 두 대안 모두는 아래에서 설명된다.
유리하게도, 송신기 측에서는, 각각의 마커가 사전 결정된 워드 세트로부터 획득된 각각의 워드로 대체되는데, 워드 세트 내의 각 워드는 사전 결정된 마커 세트 내의 정해진 마커를 나타낸다. 상기 마커를 대응하는 워드로 대체함으로써, 빠르고 유리한 코딩이 제공된다. 워드는 룩-업 테이블로부터 빠르고 쉽게 획득될 수 있다. 마커가 상기 마커 상에 인가된 의사-잡음 시퀀스와 코딩될 때 발생할 수 있는 코딩 에러는 회피된다.
비록 마커를 사전 결정된 워드 세트로부터 획득된 각각의 새로운 워드로 대체하는 것이 유리할 지라도, 더 높은 상관 특성을 갖는 워드는 대안적으로 변조기에서 마커 상에 고정된 의사-잡음 시퀀스를 인가함으로써 획득될 수 있다. 이러한 실시예에서는, 복조기에서 워드로부터 고정된 의사-잡음 시퀀스를 제거함으로써, 본래의 마커를 디코더에서 획득하는 것이 가능하다.
본 발명의 앞서 설명된 양상 및 다른 양상은 이후에 설명된 실시예로부터 자명해질 것이고 또한 그와 관련하여 설명될 것이다.
도 1은 MPEG-4 비트스트림에서의 데이터 분할을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보호 구성을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시작 코드 대체를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시작 코드 대체, 부등 에러 보호 및 길이 필드 삽입을 나타내는 도면.
도 5는 시작 코드 검출 및 대체를 위한 수단을 포함하고 있는, 본 발명의 실시예에 따른 송신기를 나타내는 도면.
도 6은 대체된 시작 코드 검출 및 교체(replacement)를 위한 수단을 포함하고 있는, 본 발명의 실시예에 따른 수신기를 나타내는 도면.
도 7은 시작 코드 검출 및 대체를 위한 수단과 길이 필드 판독을 위한 수단을 포함하고 있는, 본 발명의 실시예에 따른 송신기를 나타내는 도면.
도 8은 대체된 시작 코드 검출 및 교체를 위한 수단과 길이 필드 판독을 위한 수단을 포함하고 있는, 본 발명의 실시예에 따른 수신기를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비례적인 부등 에러 검출을 나타내는 도면.
도면들은 단순히 본 발명을 이해하는데 필요한 상기 요소들을 나타낸다.
압축, 및 특히 예측 코딩과 가변 길이 코딩(VLC : Variable Length Coding)의 사용으로 인해, MPEG-4 비트스트림은 에러에 매우 민감하다. R. 탈루리(R. Talluri)에 의해서 "ISO MPEG-4 표준에 따른 에러-복구 비디오 코딩(Error-resilient video coding in the ISO MPEG-4 standard)"이란 제목으로 IEEE 통신 매거진(vol.36, no.6, 1988년 6월)에 기재된 기사에서는 ISO MPEG-4 표준으로 표준화되는 비디오 코딩 기술의 에러 복구 양상이 설명되어 있다. 잡음이 있는 무선 채널을 통한 압축 비디오 데이터의 통신을 가능케 하기 위해 ISO MPEG-4 표준에서 채택 된 특정 툴(tool)이 상세하게 제공된다. 그러한 기술은 재동기 전략, 데이터 분할, 가역(reversible) 가변 길이 코드, 및 헤더 확장 코드를 포함한다.
그러한 툴은 MPEG-4 비트스트림에 로버스트니스(robustness)을 추가하는 것을 돕는다. 재동기 마커를 사용함으로써, MPEG-4 비트스트림은 결국 거의 동일한 길이를 갖는 패킷들로 구성된다. 그러한 툴에 상관없이, MPEG-4가 무선 채널을 통해 송신될 때 획득가능한 수신 품질은 여전히 나쁘다. 그러나, 에러 복구 툴은 채널 코딩 레벨에서 이용되는 경우에는 수신된 비디오 품질의 더 나은 개선을 유도한다. 특히, 데이터 분할 툴은 부등 에러 보호(UEP : Unequal Error Protection)를 수행하기 위해서 유용하게 사용될 수 있는데, 각각의 패킷에 포함된 정보 비트는 세 개의 분할 구획으로 분리되고, 각각의 구획은 채널 에러에 대해서 서로 다른 민감도를 갖는다. I 프레임에 대해서 도 1에 도시된 바와 같이, 구획들은 헤더(HI) 및, DC 마커(DCM)로 분리된 DC DCT 계수와 AC 계수로 구성된다. P 프레임에 관해서는, 구획은 헤더(HP) 및, 움직임 마커(mm)로 분리되는 움직임 구획(m)과 텍스츄어 구획(tp : texture partition)으로 구성된다.
무선 채널 및 애플리케이션 둘 모두의 특징을 고려하는 적절한 기술이 설명된다. 특히, 채널 에러에 대한 소스 비트의 다른 민감도에 관한 정보는 UEP를 통해 사용되어야 한다. 이 기술은 에러에 대한 소스 비트의 인지된 민감도에 따라 에러 보호를 수행하는데 있는데, 더 큰 민감도 비트가 더 높은 보호(더 낮은 비율 코드에 대응함)로 보호되고, 덜 중요한 비트에 대해서는 더 낮은 보호(즉, 더 높은 비율 코드)가 사용된다. 전형적인 순방향 에러 정정(FEC : Forward Error Correction)에 비해서, UEP는 소스의 특징을 사용함으로써 주어진 동일한 비트율로 더 높은 비디오 품질이 인지되는 것이 달성될 수 있다.
제안된 구성에서, 세 개의 구획은 해당 정보의 주관적인 중요도에 따라 다른 코드율로 보호된다. 헤더에 포함된 정보는 패킷의 연속적인 디코딩을 위해 중요하고, 따라서 상기 정보는 확실하게 보호되어야 한다. 인트라 프레임(intra frame)에 대해서, DC 계수는 AC 계수 보다 더 높은 주관적인 중요도를 갖고, 따라서 DC 계수는 AC 계수 보다 더 높게 보호되어야 한다. 예측 프레임에 관한 한, 움직임 데이터는 텍스츄어 데이터 보다 더욱 잘 보호되어야 하는데, 그 이유는 움직임 정보가 정확하게 수신되는 경우에는 텍스츄어 정보가 부분적으로 재구성될 수 있기 때문이다.
제안된 UEP 구현은 다른 타입의 프레임에 대한 다른 중요도를 또한 고려한다: 즉, MPEG-4 표준에서 인트라, 예측 및 역방향 예측 프레임이 고려되는데, 여기서 인트라 프레임은 다른 것들과 무관하게 코딩되고, 예측 프레임은 연속적인 프레임으로부터의 정보를 이용한다.
인트라 프레임의 정확한 수신이 후속하는 예측 프레임의 움직임 보상을 수행하는데 있어 중요하고, 따라서 더 낮은 평균 채널 코딩율(즉, 더 높은 보호)이 인트라 프레임에 관련되어야 하는 반면에, 예측 프레임은 더 높은 평균율(즉, 더 낮은 보호)로 코딩될 수 있다. 도 2는 설명된 보호 구성을 개략적으로 나타내고 있다.
UEP가 인지되는 비트의 중요도에 따라 선택되어진 비율로 비율 호환 천공 컨 볼루션(RCPC : Rate Compatible Punctured Convolutional) 코드를 통해 수행될 수 있다. 이 경우에, 고려되는 코드는 동일한 "모체(mother)" 코드를 천공함으로써 획득된다. 그 때는 하나의 코더 및 하나의 디코더만이 전체 비트스트림의 코딩 및 디코딩을 수행하기 위해 요구된다. 그와 같은 비율 호환 천공 컨볼루션 코드는 J. 하게나우어(J. Hagenauer)에 의해서 'IEEE Trans.Commun'(vol.36, no.4, 389 내지 400쪽, 1988년 4월)에 "비율-호환 천공 컨볼루션 코드(RCPC 코드) 및 그것들의 애플리케이션"이란 제목으로 기재된 기사로부터 알려져 있다.
다른 평균 코드율이 다른 프레임의 보호를 위해 고려되고(I 프레임은 더 높은 보호/더 낮은 비율로 코딩되고, 더 낮은 보호/더 높은 평균 비율이 P 프레임을 위해 고려된다), 각각의 프레임에 대해서 MPEG-4 표준에 추가된 데이터 분할 툴이 사용되는데, 이는 가장 중요한 구획에 대한 더 확실한 보호를 제공하기 위함이다. 프레임은 정확히 수신되지 않은 경우에는 재송신될 수 있다.
MPEG-4 코딩 비트-스트림은 비디오 객체(VO : Video Objects), 비디오 객체 층(VOL : Video Object Layers), 비디오 객체 플레인 그룹(GOV : Groups of Video Object Planes), 비디오 객체 플레인(VOP : Video Object Planes), 및 패킷으로 구성된다. 동기를 허용하기 위해서, 비트스트림의 각 부분의 시작은 해당 시작 코드로 표시된다. 시작 코드는 임의의 합법적인 가변 길이 코드 워드 시퀀스로부터 인지가능한 고유의 워드이다. H1은 VO에 대한 시작 코드를 나타내고, H2는 VOL에 대한 시작 코드를 나타내고, H3은 GOV에 대한 시작 코드를 나타내고, H4는 VOP에 대한 시작 코드를 나타내며, H5는 패킷 시작 코드(재동기)를 나타낸다.
첫 번째로 중요한 문제점은 바로 MPEG-4 시작 코드가 에러에 대해 강하지 않아서, 시작 코드의 단일 에러가 잘못된 검출을 야기함으로써 동기 손실이 발생할 수 있다는 점이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명은 몇 가지 유리한 해결책을 제안한다. 만약 에러가 발생하면, 시작 코드 에뮬레이션(start code emulation)뿐만 아니라 잘못된 검출도 가능하다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 양상에 따른 시작 코드 대체가 제안된다.
시작 코드 대체
제안된 구성에 있어서, 시작 코드는 MPEG-4 코딩(도 3 및 4 참조) 이후에 의사-잡음 워드로 대체되는데, 상기 의사-잡음 워드는 높은 상관 특성을 갖는 시퀀스{예컨대, 골드 시퀀스(Gold sequences)}이다. 이러한 새로운 시작 코드는 무선 시작 코드(Wireless Start Code)로 표기된다. 특히, VO, VOL, VOP, GOV 시작 코드 및 재동기 마커에 대한 대체가 수행된다. 도 3은 마커(H1...H5)를 포함하는 코딩된 데이터스트림(S)을 나타내고 있다. 이러한 마커는 무선 송신에 적합한 데이터 스트림(WS)을 획득하기 위해서 채널 에러에 대해 더 높은 로버스트니스을 갖는 마커(WH1...WH5)로 대체된다. 데이터 스트림(WS)은 수신기에서 데이터 스트림(RS)으로서 수신되는데, 상기 데이터 스트림(RS)은 WS와 유사하지만 채널 에러를 가질 수 있다. 마커(WH1...WH5)는 WH1R...WH5R로서 수신된다. 마커(워드)(WH1R...WH5R)는 WH1...WH5와 유사하지만, 채널 에러를 가질 수 있다. 이러한 마커는 높은 상관 특성을 갖기 때문에, 따라서 상기 마커들은 H1...H5와 같은 마커들로 각각 대체되는 WH1...WH5인 것으로 인지된다. 도 3 및 4에서 데이터 스트림(S)은 MPEG-4 비트스트림을 고려한 GOV 시작 코드(H3)를 포함하지 않는다. MPEG-4 비트스트림에서는 VOL 시작 코드(H2) 이후에 어떠한 GOV 시작 코드(H3)도 존재하지 않는데, 그 이유는 VOL 시작 코드(H2)가 GOV의 처음을 또한 나타내기 때문이다.
수신기 측에서는, 채널 디코딩 처리에 앞서 이러한 무선 시작 코드(WH1...WH5)의 위치가 상관성을 통해 추정되는데, 시작 코드를 놓칠 확률과 시작 코드 에뮬레이션 확률 사이에 절충(trade-off)이 이루어짐으로써, 상관성을 위한 적당한 임계치 및 무선 시작 코드 길이의 선택이 그에 따라서 수행된다. 검출이 수행될 때, 무선 시작 코드(WH1...WH5)는 본래의 시작 코드 세트로부터의 대응하는 시작 코드(H1...H5)로 대체된다. 이로써 설명되어진 대체는 MPEG-4 디코더(도 6 및 8)에 일반적이다.
두 번째로 중요한 문제점은, 사용되는 가변 길이 코딩과 각 패킷에 정수 개의 매크로-블록을 구비해야 하는 요건으로 인해서, MPEG-4 패킷은 정확하게 동일한 길이를 갖지 않고 구획은 여러 다른 패킷에서 각기 다른 길이를 갖는다는 점이다. 이것은, 고정된 UEP 구성이 사용될 수 없으며, 정확한 코드율로의 디코딩을 수행하기 위해 수신기는 채널 디코딩 레벨의 비트스트림 구조를 알아야 한다는 것을 의미한다. 패킷은, 구획과 같이, 동일한 길이를 갖지 않기 때문에, UEP 구성이 각 패킷에 대해서 다이내믹하게 변해야 하고, 구획 길이의 인지(knowledge)가 요구된다. 이러한 문제에 관한 한, UEP를 수행하기 위한 두 가지의 대안적인 해결책인 비례적인 UEP 및 상기 UEP와 결합하는 길이 필드 삽입이 제안된다.
도 9는 비례적인 부등 에러 보호의 구성을 나타낸다. 수신기가 각 필드의 길이를 알지 못하기 때문에, (가변적인) 패킷 길이가 제공되는 비례적인 구성이 사용된다. 패킷 길이는 두 개의 적절한 시작 코드(그 중 적어도 하나는 패킷 시작 코드임)를 수신함으로써 바람직하게 결정된다. 패킷 버퍼를 채우기 위해서 한 패킷의 지연이 그러한 구성에 의해서 유도된다. 비트스트림의 특징을 고려한 각각의 구획에 대해서 백분율 길이가 선택된다. R1, R2, R3의 비율로 보호되는 백분율 길이를 갖는 세 개의 구획(P1, P2, P3)이 제공된다면, I 패킷에 대한 평균 비율은 다음과 같이 주어진다:
Figure 112002007234518-pct00001
마찬가지로, P 패킷에 대한 평균 비율은 다음과 같이 주어진다:
Figure 112002007234518-pct00002
그 결과, 코딩된 패킷의 길이는 다음과 같이 주어진다:
I 프레임에 대해서,
Figure 112002007234518-pct00003
이고,
P 프레임에 대해서,
Figure 112002007234518-pct00004
여기서, M은 컨볼루션 코드가 고려되는 경우의 코드의 메모리이다. 코드의 메모리(M)에 있어서, 컨볼루션 코드는 인코더가 메모리를 포함하고 또한 상기 인코더가, 임의의 정해진 시간 유닛에서, 그 시간 유닛에서의 입력뿐만 아니라 메모리(M)의 이전 입력 블록에 따라 출력한다는 점에서 블록 코드와 다른데, 여기서 M은 코드의 메모리이다. 메모리(M) 컨볼루션 인코더는 인코딩된 심볼을 형성하기 위해서 모듈로-2에 추가되는 선택된 스테이지 출력을 구비하는 M-스테이지 이동 레지스터로 구성된다. 컨볼루션 코더는 순차 회로이기 때문에, 그것의 동작은 상태도로 설명될 수 있다. 상기 인코더의 상태는 자신의 이동 레지스터 컨텐트로 정의되고, 따라서 상기 인코더는 2M 개의 상태를 가정할 수 있다. 그 밖의 동일 길이를 갖는 비트스트림의 마지막 비트를 보호하기 위해서, 인코더가 알려진 상태(전형적으로 "0" 상태)로 다시 수렴하도록 M 종지 비트(M tail bit)가 비트스트림에 추가되어야 한다. 실제로, 만약 컨볼루션 코드가 고려된다면, 패킷은 트레일스(trellis)의 적합한 종료를 허용하기 위해서 M "0" 비트를 이동 레지스터로 이동시킴으로써 종료된다. 종지 비트는 더 높은 비율로 코딩된다. 총 평균 비율을 계산하기 위해서, I 프레임과 P 프레임 사이의 평균이 계산되어야 하고, 시작 코드 대체에 의해 유도되는 오버헤드가 또한 고려되어야 한다.
본 발명의 이러한 양상은 각각의 패킷 구획에 따라 가변적인 패킷 길이를 갖는 각각의 사전 결정된 백분율을 갖는다. 백분율은, 데이터 스트림의 특징을 고려하여, 패킷의 제 1 구획이 적어도 제 1 본래 패킷 구획(예컨대, 헤더)을 포함하고 제 1 및 제 2 구획의 합이 적어도 제 1 본래 패킷 구획과 제 2 본래 패킷 구획을 포함하며, 이후 계속 그런 방식을 따르도록 바람직하게 결정된다.
길이 필드 삽입
두 번째 중요한 문제에 대한 두 번째 해결책은 "W-코딩된" MPEG-4 비트스트림(WS)에 길이 필드를 삽입하는 것으로, 상기 "W-코딩된" MPEG-4 비트스트림은 제안된 구성으로 코딩된 MPEG-4 비트스트림이다. 도 4는 제안된 삽입을 나타낸다. 보호되거나 보호되어온 구획의 길이에 대한 정보가 데이터 스트림, 예컨대 재동기 마커 이후의 각 패킷에 추가된 필드(lf)에 포함된다. 특정의 강한 에러 보호가 길이 필드를 위해서 선택되는데, 그 이유는 그것이 포함하고 있는 정보가 후속하는 디코딩에 중요하기 때문이다. 수신기 측에서는, 재동기 마커의 검출 이후에, 길이 정보가 판독되어 디코딩된다(도 8). 다음으로, UEP는 각 구획의 길이를 인지함으로써 수행될 수 있다. 이 경우에, 만약 l1, l2, l3이 채널 인코딩 이전의 세 구획의 길이라면, 길이 필드를 포함하는 코딩된 패킷의 길이는 다음과 같을 것이다:
Figure 112002007234518-pct00005
바람직하게는, 길이 필드(lf)는 채널 인코딩 이후의 패킷 구획의 길이, 즉
Figure 112002007234518-pct00006
을 포함하는데, 그 이유는 이 길이가 채널 디코더에 제공되는 패킷 구획의 길이이기 때문이다.
길이 정보가 판독된 이후에, 길이 필드가 비트스트림으로부터 삭제된다. 즉 길이 필드는 MPEG-4 디코더에 공급된 비트스트림에 삽입되지 않는다(도 8). 본래의 시작 코드를 "무선" 코드로 대체하는 것에 대해 도시된 바와 같이, 따라서 이러한 변경은 또한 MPEG-4 디코더에 일반적이다.
비록 위에서 설명된 바와 같은 길이 필드 삽입이 시작 코드 대체와 협력하여 적용된다면, 길이 필드 삽입이 본 발명 자체로서 해석될 수 있다.
채널 코딩 레벨에서, 본 발명에 따른 두 가지 유리한 실시예가 다음과 같이 제안된다:
1. 비례적인 부등 에러 보호(P-UEP)와 결합된 시작 코드 대체, 및
2. 길이 필드 삽입 및 UEP와 결합된 시작 코드 대체.
유리한 실시예의 설명
다음에는, 유리한 실시예의 설명이 프레임과 부합하는 VOP의 간단한 경우에 대해서 제공된다.
도 5 내지 도 8에서 점선은 제어선을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 송신기(1)를 나타내는데, 상기 제 1 송신기는 시작 코드(H1...H5)의 검출을 위한 시작 코드 검출기(12)를 포함한다. 검출된 시작 코드는 의사-잡음 워드 생성기(13)에 의해 대응하는 의사-잡음 워드(WH1...WH5)로 대체된다. 의사-잡음 워드(WH1...WH5)는 송신될 데이터 스트림(WS)에 의사-잡음 워드를 포함시키는 멀티플렉서(14)에 제공된다.
데이터 스트림(S)이 패킷 버퍼(10)에서 수신된다. 마커(H1...H5) 사이에 존 재하는 데이터 스트림(S)의 패킷은 채널 코딩 패킷을 획득하기 위해서 채널 코더(11)에서 인코딩된 채널이다. 이러한 채널 코딩 패킷은 멀티플렉서에 공급되고 송신될 데이터 스트림(WS)에 포함된다. 송신 데이터 스트림은 예컨대 무선 송신을 위해 안테나에 제공되거나 저장 매체(15)에 제공된다.
도 5의 채널 코딩은 위에서 설명된 바와 같은 P-UEP를 사용하여 유리하게 수행되지만, 다른 채널 코딩 메커니즘이 대안적으로 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제 2 송신기(2)를 나타내고 있는데, 상기 제 2 송신기(2)는 도 5의 송신기와 유사하지만 길이 필드 삽입을 수행하도록 장착된다. 이에 관하여, 제 2 송신기는 특히 도 4와 관련하여 설명된 방식으로 송신 데이터 스트림(WS')에 길이 필드(lf)를 포함시키기 위해서 멀티플렉서(14)에 길이 필드(lf)를 제공하는 길이 필드 삽입 유닛(20)을 포함한다. 이 실시예에서, 길이 필드 삽입 유닛(20)은 시작 코드 검출 유닛(12)에 의해 제어된다.
도 6 및 8은 도 5 및 7과 유사한 실시예에 의해서 송신되는 데이터 스트림(WS 및 WS')을 수신하기 위한 수신기(3 및 4)를 각각 나타내고 있다. 시작 코드 검출기(32)(예컨대, 의사-잡음 워드 검출기)에서는 시작 코드를 나타내는 의사-잡음 워드를 검출하기 위해서 각각의 허용된 의사-잡음 워드(즉, 마커에 대응하는 사전 결정된 의사-잡음 워드 세트로부터의 의사-잡음 워드)와 해당 비트스트림 부분 사이의 상관성 평가가 수행된다. 그 상관성은 대응하는 임계치(th)와 비교된다. 의사-잡음 워드가 검출되었을 때, 비트스트림 내의 비트 표시자는 적절한 수의 비트를 이동시키고, 대응하는 MPEG-4 시작 코드(H1...H5)가 시작 코드 생성기(33) 에 의해 제공되는데, 상기 시작 코드는 MPEG-4 디코더에 공급될 비트스트림(S')를 배열하는 작업을 수행하는 멀티플렉서(34)에 삽입된다. 만약 GOV 시작 코드나 VOP 시작 코드 중 어느 하나가 검출된다면, VOP 표시자는 자신의 상태를 바꾼다.
만약 재동기 마커가 검출된다면, 패킷 버퍼(30)는 초기화되고, 다음 시작 코드가 검출될 때까지 후속하는 비트가 버퍼를 채운다. 버퍼가 N 비트를 포함할 때까지 어떠한 상관성 평가도 수행되지 않는데, 여기서 N은 패킷의 최소 길이이다. 그 다음 시작 코드가 검출되었을 때, 버퍼(30)는 하나의 패킷을 포함하고, 길이 필드(lf)에 포함된 길이 정보(도 8)나 백분율(도 6) 중 어느 하나와 VOP 표시자 정보에 따라서 채널 디코더(31) 내의 버퍼에 있는 비트에 대해 채널 디코딩이 수행된다. 상기 구성에 사용되는 비율은 바람직하게는 고정되며 채널 인코더(11)에서 사용되는 것과 동일하다. 가변적인 비율의 경우에, 비율은 송신기 내의 채널 인코더(11)로부터 수신되어야 한다. 채널-디코딩된 패킷은 MPEG-4 디코더에 공급될 비트스트림을 배열하는 멀티플렉서(34)에 삽입된다. 만약 RCPC 코드가 사용된다면, 디코딩에 앞서 천공해제(de-puncturing)가 수행된다는 것이 주지되어야 한다. 이 경우에는, 이어서 패킷이 모체 코드 비율로 디코딩된다.
비록 도 5 내지 8에는 도시되지 않았지만, 데이터 스트림은 송신에 앞서 송신기 내의 변조기에 의해 변조될 수 있고, 그 결과 디코딩이 수행되기 전에 수신기에서 복조기에 의해 복조될 수 있다.
위에서 언급된 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 예시를 하고 있는 것이며, 당업자들은 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있을 것이라는 것이 주지되어야 한다. 청구항에서, 괄호 사이에 있는 참조 기호는 청구 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. '포함하는'이란 용어는 청구항에 기재된 요소나 단계 이외의 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 수 개의 별도 요소를 포함하는 하드웨어나 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터에 의해서 구현될 수 있다. 수 개의 수단을 열거하는 디바이스 청구항에서, 이러한 수단들 중 일부는 하나의 하드웨어 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정 수단이 서로 다른 종속항에서 언급되고 있다는 단순한 사실은 이러한 수단의 결합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.
요약하면, 데이터 스트림의 코딩이 제공되는데, 상기 데이터 스트림은 사전 결정된 적어도 두 개의 서로 다른 마커 세트 중에서 적어도 하나의 마커를 포함하고, 상기 마커는 데이터 스트림의 정해진 부분의 시작을 나타내며, 여기서, 적어도 하나의 마커는 상기 적어도 하나의 마커 보다 채널 에러에 대해서 더 높은 로버스트니스을 갖는 워드, 예컨대 의사-잡음 워드로 표시된다. 유리하게도, 적어도 하나의 마커를 나타내는 워드는 사전 결정된 워드 세트로부터 획득되는데, 사전 결정된 워드 세트 내의 각각의 워드는 사전 결정된 마커 세트 내의 정해진 마커에 대응한다.
또한, 디코딩이 제공되는데, 여기서 정해진 워드의 위치는 사전 결정된 워드 세트로부터 획득된 워드와 수신된 데이터 스트림을 상관시킴으로써 결정되고, 정해진 워드는 사전 결정된 위치에 있는 워드에 의해서 표시되는 마커를 획득하기 위해서 디코딩된다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 데이터 스트림을 코딩 및 디코딩하는 것과 데이터 스트림의 송신 및 수신에 이용가능하다.

Claims (14)

  1. 데이터 스트림을 코딩하는 방법으로서,
    상기 데이터 스트림은 사전 결정된 서로 다른 마커(marker) 세트 중에서 하나의 마커를 포함하고, 상기 마커는 상기 데이터 스트림의 정해진 부분의 시작을 나타내며, 상기 방법은,
    채널 에러에 대한 로버스트니스(robustness)가 상기 마커보다 더 높은 워드로 상기 마커를 대체하는 단계와;
    상기 워드를 갖는 상기 데이터 스트림을 출력하는 단계를
    포함하는, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 워드는 의사-잡음 워드인, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 워드는 사전 결정된 서로 다른 워드 세트로부터 획득되고, 상기 사전 결정된 워드 세트 내의 각각의 워드는 상기 사전 결정된 마커 세트 내의 정해진 마커에 대응하는, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 다른 채널 코딩 메커니즘에 따라 상기 데이터 스트림의 상기 정해진 부분을 다른 채널로 코딩하는 단계를 포함하는, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 다른 채널로 코딩하는 단계는 상기 데이터 스트림의 상기 정해진 부분의 각 구획(partition)을 서로 다른 에러 보호율로 코딩하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 각 구획의 각각의 길이는 상기 데이터 스트림의 상기 정해진 부분의 길이에 대한 각각의 사전 결정된 백분율로 결정되는, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 다른 채널로 코딩하는 단계는 상기 데이터 스트림의 상기 정해진 부분의 각 구획을 서로 다른 에러 보호율로 코딩하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 각 구획의 각각의 길이에 대한 정보가 상기 데이터 스트림에 포함되는, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 데이터 스트림은 MPEG-4 데이터 스트림이고, 상기 사전 결정된 마크 세트는 비디오 객체 시작 코드, 비디오 객체 층 시작 코드, 비디오 객체 플레인(plane) 시작 코드, 비디오 객체 플레인 그룹, 및 재동기 마커를 포함하는, 데이터 스트림을 코딩하는 방법.
  8. 데이터 스트림을 디코딩하는 방법으로서,
    수신된 데이터 스트림은 상기 데이터 스트림의 각 부분의 시작을 나타내는 마커를 각각 대체하는 워드를 포함하고, 채널 에러에 대해 상기 워드가 상기 마커보다 더 높은 로버스트니스를 가지며, 상기 방법은,
    워드의 위치를 결정하는 단계와;
    상기 워드를 상기 결정된 위치에 있는 상기 마커로 교체하는 단계를
    포함하는, 데이터 스트림을 디코딩하는 방법.
  9. 데이터 스트림을 코딩하기 위한 인코더로서,
    상기 데이터 스트림은 사전 결정된 서로 다른 마커 세트 중에서 하나의 마커를 포함하고, 상기 마커는 상기 데이터 스트림의 정해진 부분의 시작을 나타내며, 상기 인코더는,
    채널 에러에 대한 로버스트니스(robustness)가 상기 마커보다 더 높은 워드로 상기 마커를 대체하기 위한 수단과;
    상기 워드를 갖는 상기 데이터 스트림을 출력하기 위한 수단을
    포함하는, 데이터 스트림을 코딩하기 위한 인코더.
  10. 데이터 스트림을 디코딩하기 위한 디코더로서,
    수신된 데이터 스트림은 상기 데이터 스트림의 각 부분의 시작을 나타내는 마커를 각각 대체하는 워드를 포함하고, 채널 에러에 대해 상기 워드가 상기 마커보다 더 높은 로버스트니스를 가지며, 상기 디코더는,
    워드의 위치를 결정하기 위한 수단과;
    상기 워드를 상기 결정된 위치에 있는 상기 마커로 교체하기 위한 수단을
    포함하는, 데이터 스트림을 디코딩하기 위한 디코더.
  11. 데이터 스트림을 송신하기 위한 송신기로서, 상기 송신기는,
    제 9항에 기재된 인코더와;
    상기 데이터 스트림을 송신하기 위한 안테나 수단을
    포함하는, 송신기.
  12. 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신기로서, 상기 수신기는,
    상기 데이터 스트림을 송신하기 위한 안테나 수단과;
    제 10항에 기재된 디코더를
    포함하는, 수신기.
  13. 데이터 스트림이 저장되어 있는 저장 매체로서, 상기 데이터 스트림은 상기 데이터 스트림의 각 부분의 시작을 나타내는 마커를 각각 대체하는 워드를 포함하는데, 채널 에러에 대해 상기 워드가 상기 마커보다 채널 에러에 대해서 더 높은 로버스트니스를 갖는, 저장 매체.
  14. 삭제
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