KR100282389B1 - 에이치디티브이 비디오 디코더의 메모리 제어 방법 - Google Patents

Abstract

HDTV 비디오 디코더의 메모리 인터페이스에 관한 것으로서, 특히 비디오 비트스트림 라이트 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 움직임 보상 버퍼, 저장 버퍼, 디스플레이 버퍼로부터 오는 요구 신호를 받고 각각에 대하여 승인을 보내며, 상기 비트스트림 라이트 버퍼, 디스플레이 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 스토아 버퍼, 움직임 보상부 버퍼 순서로 응답하는 우선권을 줌으로써, 메모리 억세스를 효율적으로 수행하여 외부 메모리와의 인터페이싱 속도가 빨라지므로 디코딩을 고속으로 수행할 수 있으며, 또한 프레임 메모리로 SDRAM 할당시 위, 아래 슬라이스가 서로 다른 뱅크 어드레스를 가지도록 하며, 움직임 보상을 위한 데이터를 SDRAM으로부터 읽어올 때 두 슬라이스에 걸쳐 있는 데이터를 SDRAM의 인터리빙 억세스 방법에 의해 읽음으로써, 메모리 억세스 효율을 높여 HDTV 디코딩을 하기 위해 필요한 속도를 얻을 수 있다.

Description

에이치디티브이 비디오 디코더의 메모리 제어 방법

본 발명은 HDTV 비디오 디코더의 메모리 인터페이스에 관한 것으로서, 특히 HDTV 비디오 디코딩에 필요한 메모리의 억세스 제어를 위한 메모리 제어 방법에 관한 것이다.

최근 디지털 TV 방송에 관한 관심이 높아지고 있으며, 고화질의 선명한 화면을 가정에서 TV 수신기로 볼 수 있도록 비디오 데이터를 압축하여 송신하고자 하는 노력이 기울여지고 있다. 비디오 신호를 압축하기 위하여 사용되는 알고리즘으로는 MPEG2가 주로 사용되며, 압축율도 1/40에서 1/60정도로 매우 크다. 이러한 알고리즘 덕분에 기존에 다루기조차 힘들었던 고화질의 디지털 데이터를 일반 방송 채널로 전송하여 가정에서 즐길 수 있도록 하려는 연구가 계속되고 있다. 따라서, 디지털 TV 수신기는 이렇게 압축되어 수신된 데이터를 원래의 고화질의 비디오 데이터로 복원하여야 하는 비디오 디코더가 필요하다.

특히, 고화질의 비디오 신호를 디코딩하기 위해서는 일반 화질의 비디오 디코더보다 5에서 6배정도의 데이터 처리속도가 필요하며 사용되는 메모리의 양도 많아지게 된다.

도 1은 종래의 비디오 디코더의 구성 블록도로서, 비디오 신호의 데이터 양이 초당 15MByte 정도인 일반 해상도의 비디오 신호를 처리하기 위한 디코더이다.

즉, 엔코더에서 전송된 입력 비디오 비트스트림은 가변 길이 디코더(Variable Length Decoder;VLD)(11)에서 가변길이 디코딩되어 움직임 벡터, 양자화 값, DCT 계수로 분리된다.

상기 VLD(11)의 출력중 DCT 계수에 해당하는 값이 역스캔(Inverse Scan;IS)부(12)와 역양자화(Inverse Quantizer;IQ)부(13)를 통과하여 역 이산 여현 변환(Inverse Discrete Cosine Transform;IDCT)부(14)로 입력된다.

이때, 상기 VLD(11)에서는 DCT 계수가 런-레벨로 디코딩된다. 하나의 DCT 블록은 8x8의 계수들로 이루어져 있는데 이들 중 0이 아닌 계수들만 코드속에 들어 있으므로 VLD(11)의 출력은 0이 아닌 계수들의 크기, 즉 레벨과 이 계수들 사이에 0이 얼마나 삽입되어 있는지에 대한 런이 출력된다. 따라서, 런-레벨 디코딩에 의해 런-레벨 쌓은 연속되는 64개의 DCT 계수로 변환된 후 역 스캔부(12)로 출력된다. 즉, 8x8 계수의 디코딩 순서는 런 레벨 코드의 효율을 높이기 위해서 낮은 주파수 성분부터 전송될 수 있도록 지그-재그 스캔 방식으로 이루어지므로 역 스캔부(12)는 이를 라스터 스캔(Raster Scan) 방식으로 바꾸어 준다.

그리고, IQ부(13)는 상기 역 스캔부(12)에서 역스캔되어 출력되는 64개의 DCT 계수를 양자화 값에 따라 역 양자화하여 IDCT부(14)로 출력한다.

상기 IDCT부(14)는 역 양자화된 DCT 계수에 대해 IDCT를 수행하여 움직임 보상부(16)로 출력하고, 상기 움직임 보상부(16)는 상기 IDCT된 영상 신호와 VCD(11)에서 분리된 움직임 벡터를 이용하여 완전한 영상으로 복원한 후 디스플레이부(16)로 출력한다.

상기 디스플레이부(16)는 픽쳐 타입에 따라 데이터를 재배열하여 출력하기도 하고 그대로 출력하기도 한다.

이때, MPEG2를 기본으로 하고 있는 HDTV 비디오 디코더 시스템은 외부 메모리를 사용하는데, 상기 외부 메모리는 비트 스트림을 일시 저장하기 위한 버퍼와 2개 이상의 프레임 메모리로 구성된다. 그리고, 상기 프레임 메모리는 통상 DRAM을 사용한다. 이때, 하나의 IC에 디코더를 구성하기 위해서는 가능한 하나의 메모리를 사용하여야 핀 수를 줄일 수 있고 메모리의 남는 부분을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 하나의 메모리를 여러 용도로 사용하기 위해서는 여러 종류의 메모리 엑세스 요구를 처리해주어야 한다.

비디오 디코더의 경우 메모리의 역할은 비트 스트림의 쓰기와 읽기, 움직임 보상을 위하여 필요한 데이터의 읽기, 디코딩된 데이터의 쓰기 및 디스플레이될 데이터의 읽기로 크게 나누어질 수 있다. 이를 위해 도 1의 각 블록들은 데이터를 임시 저장함에 의해 버스에서의 데이터 충돌을 방지하기 위하여 선입선출(First Input First Output;FIFO)(17,18~20)를 두고 메모리 제어부(21)를 통해 데이터를 주고 받는다.

이때, 각 블록에서 요구하는 신호는 모두 비디오 디코딩을 하기 위해 필요한 메모리 억세스이므로 이를 잘 제어해주어야 디코딩 효율을 높일 수 있다. 이를 위해 시간을 분할하여 각각의 억세스를 수행해준다.

그러나, 상기된 도 1의 일반적인 비디오 디코더는 적은 데이터를 처리하기에는 적합하나 많은 양의 데이터를 처리해야 하는 HDTV 비디오 디코더에서는 처리속도가 부족하게 되어 적합하지 않다.

즉, MPEG 2 MP@HL의 비디오 데이터를 디코딩하기 위해서는 데이터 양이 6배 정도 증가하므로 초당 93M 바이트 이상의 데이터를 처리해야 하고 각 구성 요소들도 도 1의 일반 비디오 디코더보다 6배정도 빨라야 하며, 사용되는 메모리의 크기와 데이터의 전송 속도도 그만큼 빨라져야 한다.

도 2는 이를 해결하기 위하여 외부 메모리를 DRAM 대신 고속의 메모리 억세스가 가능한 SDRAM(Synchronous DRAM)을 사용한 경우로서, SDRAM은 인터리빙 방법을 사용하여 파이프라인 식으로 리드와 라이트를 거의 동시에 수행함에 의해 데이터의 입/출력을 DRAM보다 고속으로 처리한다.

도 2에서도 마찬가지로 버스에서의 데이터 충돌을 방지하기 위하여 각 디코딩 블록들은 데이터를 임시 저장하기 위한 버퍼(21-25)를 두고 데이터를 주고 받는 데 일반적으로 매크로 블록 단위로 필요한 메모리 억세스 순서를 도 3과 같이 정하여 처리하여 준다.

그러나 압축된 비트 스트림은 항상 일정한 방법으로 압축된 것이 아니라 그 매크로 블록의 성질에 맞게 압축되어 있으므로 각 블록에서 필요한 데이터의 양이 다르므로 일정한 시간으로 할당하여 주면 필요없이 메모리 억세스가 수행되므로 비효율적이다.

또한, SDRAM 억세스시 반드시 필요한 SDRAM의 로우 및 컬럼 어드레스를 선택하기 위한 시간을 줄이기 위해 한번에 가능한 많은 양의 데이터를 억세스하여야 한다.

그러나, 외부 메모리를 프레임 메모리로 사용하는 HDTV 디코더인 경우 움직임 보상을 위해서 읽어와야 할 데이터의 단위가 작을 뿐만 아니라 그 어드레스가 연속적이 아니고 랜덤하다. 일반적으로 SDRAM을 억세스하기 위해서는 로우 어드레스를 선택한 후 컬럼 어드레스를 바꾸어 가면서 데이터를 억세스하는데 컬럼은 랜덤하게 바꿀 수 있으나 로우 어드레스를 바꾸기 위해서는 데이터를 억세스하지 못하고 기다리는 시간이 필요하다. 그래서 가능하면 하나의 로우에서 데이터를 억세스하기 위해 메모리의 할당을 하게 된다.

그러므로, HDTV 디코더인 경우 이를 위해서 데이터를 매크로블록 단위로 저장을 한다. 그러나 SDRAM의 하나의 로우에는 수평쪽으로 같은 위치에 있는 매크로 블록을 저정하기에는 매우 작으므로 인접한 매크로 블록이라도 다른 로우에 위치할 수 있다.

이때는 이 두 매크로 블록에 걸쳐져 있는 데이터를 가져오기 위해서는 로우 어드레스를 두 번 선택하여야 하므로 메모리의 억세스 효율이 떨어진다. 또한, 도 4와 같이 3개의 로우 위치에 매크로 블록이 위치할 수도 있다. 이때에는 로우 어드레스를 3번 바꾸어 데이터를 읽어내야 하므로 억세스 효율은 더 멀어지게 된다.

이를 위해서 도 5와 같이 각 로우의 경계에 있는 부분의 매크로 블록을 2개의 로우에 반복해서 저장하는 방법이 있다("Architecture and Memory Requirements for stand-alond and hierarchical MPEG2 HDTV-Decoders with Synchronous DRAMs", IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Vo. 1. 1995, pp609-612). 이것은 경계부분의 매크로 블록을 읽을 때에도 하나의 로우에서 읽어내게 되므로 메모리 억세스 효율을 높일 수 있다.

그러나, 이러한 방법을 쓰더라도 억세스하고자 하는 데이터가 아래 위의 매크로 블록에 걸쳐져 있을 때는 다시 로우 어드레스를 바꾸어야 하므로 역시 억세스 효율이 떨어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 메모리를 사용하여 비디오 디코더를 구성할 때 필요로 하는 메모리의 억세스 속도를 높이기 위해 여러 블록에서 요구하는 메모리 요구를 효율적으로 관리하는 HDTV 비디오 디코더의 메모리 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 움직임 보상을 위한 메모리 억세스시 로우 어드레스 변경에 최소한의 시간이 걸리도록 메모리를 할당하는 메모리 제어 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 HDTV 비디오 디코더의 메모리 제어 방법에서 SDRAM 제어기는 비디오 비트스트림 라이트 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 움직임 보상 보퍼, 저장 버퍼, 디스플레이 버퍼로부터 오는 요구 신호를 받고 각각에 대하여 승인을 보내며, 비트스트림 라이트 버퍼, 디스플레이 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 스토아 버퍼, 움직임 보상부 버퍼 순서로 응답하는 우선권을 줌을 특징으로 한다.

본 발명의 외부 프레임 메모리로 SDRAM 할당시 위, 아래 슬라이스가 서로 다른 맹크 어드레스를 가지도록 하며, 움직임 보상을 위한 데이터를 SDRAM으로부터 읽어올 때 두 슬라이스에 걸쳐 있는 데이터를 SDRAM의 인터리빙 억세스 방법에 의해 읽어오도록 신호를 발생함을 특징으로 한다.

제1도는 일반적인 비디오 디코더의 구성 블록도.

제2도는 외부 메모리로 SDRAM을 사용한 경우의 버퍼와 메모리의 관계를 보인 구성 블록도.

제3도는 제2도에서 메모리 제어부의 처리 순서를 나타낸 도면.

제4도는 움직임 보상 데이터가 다수의 로우 어드레스에 위치하는 경우를 보인 도면.

제5도는 매크로블록 반복 저장에 의해 움직임 보상 데이터가 두 개의 로우 어드레스에 위치하는 경우를 보인 도면.

제6도는 본 발명에 따른 메모리 제어기의 메모리 요구 신호에 대한 처리 상태를 보인 플로우챠트.

제7도는 본 발명에 따른 SDRAM의 메모리 맵 상태를 보인 도면.

제8도는 서로 다른 뱅크 위치에 슬라이스가 할당되는 경우를 보인 도면.

제9도는 듀얼 뱅크에서 각 블록을 읽을 때의 메모리 인터페이스 타이밍도.

제10도는 싱글 뱅크에서 각 블록을 읽을 때의 메모리 인터페이스 타이밍도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

21 : 비트스트림 버퍼 22 : VLD 버퍼

23 : MC 버퍼 24 : 저장 버퍼

25 : 디스플레이 버퍼 26 : SDRAM 제어부

27 : SDRAM

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 메모리 제어기가 여러 디코딩 블록으로부터 메모리 요구를 받았을 때 어느 요구를 먼저 처리해야 하는지에 대한 플로우챠트로서, 도 2에서 SDRAM 제어부(26)로 입력되는 각 블록의 리드/라이트 요구 신호에 대한 처리를 보여주고 있다.

즉, 도 2에서 비트스트림 버퍼(21)는 VLD를 하기전에 가변 레이트를 고정 레이트로 변환하기 위해 비트 스트림을 라이트하기 위한 요구 신호를 SDRAM 제어부(26)로 보내며, 또한 VLD를 위해 VLD 버퍼(22)로부터 SDRAM(27)에 저장된 비트스트림을 리드하기 위한 요구 신호를 SDRAM 제어부(26)로 보낸다. MC 버퍼(23)는 움직임 보상을 위해 필요한 메모리 요구 신호를 보내고, 저장 버퍼(24)는 디코딩된 매크로블록을 저장하기 위한 요구 신호를 보내며, 디스플레이 버퍼(25)는 디스플레이에 필요한 메모리 요구 신호를 보낸다. 이들 요구신호를 받아서 처리할 때 이들 중 어느 하나만 요구를 하면 그것에 대해 처리를 해주지만 여러개의 요구를 동시에 받게 되었을 경우 어느 것을 먼저 처리하느냐에 따라서 전체적인 처리 속도가 빨라질 수도 있고 느려질 수도 있다.

즉, 도 6을 보면, 먼저 비트스트림 라이트 요구가 있는지를 체크한다(단계 601). 비트 스트림 라이트 요구가 있으면 SDRAM 제어부(26)는 승인 신호를 출력한 후 SDRAM(27)에 입력되는 비트스트림을 라이트하고(단계 602), 비트 스트림 라이트 요구가 없으면 디스플레이 리드 요구가 있는지를 체크한다(단계 603). 디스플레이 리드 요구가 있으면 승인 신호를 출력한 후 SDRAM(27)으로부터 디스플레이에 필요한 데이터를 리드하고(단계 604), 디스플레이 리드 요구가 없으면 비트 스트림 리드 요구가 있는지를 체크한다(단계 605). 비트 스트림 리드 요구가 있으면 승인 신호를 출력한 후 SDRAM(27)으로부터 VLD에 필요한 데이터를 리드하고(단계 606), 비트 스트림 리드 요구가 없으면 움직임 보상된 데이터의 저장 요구가 있는지를 체크한다(단계 607). 저장 요구가 있으면 승인 신호를 출력한 후 SDRAM(27)에 움직임 보상된 데이터를 저장하고(단계 608), 저장 요구가 없으면 움직임 보상을 위한 리드 요구가 있는지를 체크한다(단계 609). 움직임 보상을 위한 리드 요구가 있으면 승인 신호를 출력한 후 SDRAM(27)으로부터 움직임 보상에 필요한 데이터를 리드한다(단계 610).

이와 같이, 본 발명에서는 동시에 메모리 요구 신호가 입력되었을 경우에 가장 시급한 것에 우선권을 주고 그 다음에는 발생 빈도가 낮은 요구 신호에 대해서 우선권을 주었다.

즉, 비디오 디코더는 입력되는 비트스트림을 받아서 메모리에 저장한 후 읽어서 디코딩을 한다. 그리고 입력되는 비트스트림은 멈출수가 없기 때문에 이것에 대한 처리를 제시간에 해주지 않으면 데이터의 손실을 가져오므로 메모리 요구중에 가장 우선권을 주어야 한다. 한편, 움직임 보상을 위한 데이터뿐만 아니라 디스플레이될 데이터를 위한 메모리 요구도 병행하는데, 이때 디스플레이될 데이터는 일정한 주기로 출력되어야 하므로 그 다음의 우선권을 주었고 비디오 비트스트림을 읽어서 디코딩하는 VLD 블록에서 필요한 데이터는 압축되어 있는 데이터이므로 양이 크지가 않으므로 가끔씩 발생하게 되므로 그 다음 우선권을 주었다. 그리고 가장 우선권이 낮은 메모리 요구는 움직임 보상을 위해 필요한 메모리 요구이다. 움직임 보상을 위해 사용되는 데이터는 데이터 양이 많고 자주 발생하며 조금 지연되어도 큰 문제가 없으므로 우선권이 제일 낮다.

이와 같이 우선권을 부여함으로써 메모리 요구를 처리 못함으로 인하여 발생하는 디코딩 속도의 저하등의 문제를 해결할 수 있다.

한편, SDRAM은 도 7과 같이 내부에 두 개의 뱅크로 이루어져 있으며, 각 뱅크는 독립적으로 액티브할 수 있다. 따라서, 하나의 뱅크에서 두 개의 로우 어드레스에 해당하는 데이터를 억세스하는 것보다 2개의 뱅크에 있는 데이터를 억세스할 때 사용되는 시간이 적게 걸린다. 이를 이용하여 움직임 보상을 위해 필요한 데이터가 프레임상에서 위 아래 슬라이스 상에 위치할 때 이를 읽어오는 시간을 단축할 수 있다.

도 8은 도 7과 같이 메모리 맵을 구성하였을 때 움직임 보상을 위해 읽어오는 데이터의 메모리 상의 위치를 나타낸 것으로 수평방향으로는 같은 로우 어드레스에 위치하고 수직 방향으로는 서로 다른 뱅크 어드레스에 위치하므로 위 아래 블록을 읽을 때 SDRAM의 인터리빙 방법을 사용하여 읽으면 위아래 블록을 독립적으로 읽는 것보다 시간이 줄어든다.

즉, 도 10은 싱글 뱅크를 이용하는 경우로서, 하나의 뱅크에 있는 데이터를 읽을 때는 데이터를 읽어올 때 사용되는 클럭의 수가 읽고자 하는 데이터의 양에 8클럭이 더 소요되므로 같은 뱅크에 있는 다른 로우의 데이터를 읽을 때는 읽어오고자 하는 데이터의 양에 16클럭이 추가된다. 그러나, 도 9와 같이 서로 다른 뱅크에 있는 두 개의 블록 데이터를 읽어올 때는 듀얼 뱅크 억세스 방법에 의해서 읽게 되어 읽고자 하는 데이터의 양에 9클럭만 더해지게 된다. 따라서, 7클럭의 시간을 절약하게 되므로 억세스 시간을 줄일 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 HDTV 비디오 디코더의 메모리 제어 장치에 의하면, 비트스트림 라이트 버퍼, 디스플레이 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 스토아 버퍼, 움직임 보상부 버퍼 순서로 응답하는 우선권을 줌으로써, 메모리 엑세스를 효율적으로 수행하여 외부 메모리와의 인터페이싱 속도가 빨라지므로 디코딩을 고속으로 수행할 수 있다.

또한, 프레임 메모리로 SDRAM 할당시 위, 아래 슬라이스가 서로 다른 뱅크 어드레스를 가지도록 하며, 움직임 보상을 위한 데이터를 SDRAM으로부터 읽어올 때 두 슬라이스에 걸쳐 있는 데이터를 SDRAM의 인터리빙 억세스 방법에 의해 읽음으로써, 메모리 억세스 효율을 높여 HDTV 디코딩을 하기 위해 필요한 속도를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 HDTV 및 디지털 TV 수신기의 IC를 설계하는데 사용되면 큰 효과를 볼 수 있다.

Claims (3)

1. 입력되는 비디오 비트 스트림의 디코딩을 위해 비디오 비트스트림 라이트 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 움직임 보상을 위한 움직임 보상 버퍼, 디코딩된 데이터 저장을 위한 저장 버퍼, 디스플레이를 위한 디스플레이 버퍼를 구비하여 필요할 때마다 외부 메모리로 데이터의 리드 또는 라이트 요구 신호를 출력하는 에이치디티브이 비디오 디코더의 메모리 제어 방법에 있어서, 상기 비디오 비트 스트림 라이트 버퍼, 비트 스트림 리드 버퍼, 움직임 보상 버퍼, 저장 버퍼, 디스플레이 버퍼 중 어느 하나로부터 리드 또는 라이트 요구 신호가 입력되면 해당 버퍼에 승인을 보내고, 상기 비디오 비트스트림 라이트 버퍼, 비트 스트림 리드 버퍼, 움직임 보상 버퍼, 저장 버퍼, 디스플레이 버퍼 중 적어도 두 개 이상의 버퍼로부터 동시에 리드 또는 라이트 요구 신호가 입력되면 비트스트림 라이트 버퍼, 디스플레이 버퍼, 비트스트림 리드 버퍼, 저장 버퍼, 움직임 보상 버퍼의 순서로 승인을 보내는 것을 특징으로 하는 에이치디티브이 비디오 디코더의 메모리 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 외부 메모리로 동기 디램(SDRM) 할당시 위, 아래 슬라이스가 서로 다른 뱅크 어드레스를 가지도록 할당함을 특징으로 하는 에이치디티브이 비디오 디코더의 메모리 제어 방법.
3. 제2항에 있어서, 움직임 보상을 위한 데이터를 상기 SDRM으로부터 읽어올 때 두 슬라이스에 걸려 있는 데이터를 SDRAM의 인터리빙 억세스 방법에 의해 읽어오는 것을 특징으로 하는 에이치디티브이 비디오 디코더의 메모리 제어 방법.

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