KR20010046670A - 모션벡터 결정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터 압축시스템의 모션벡터 결정에 관한 것으로, 블럭 매칭법을 채용한 데이터 압축 시스템에서 보다 정확하게 모션 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 이전 프레임 서치영역내의 각 포인트에서 구해진 현재 프레임 블럭 화소들과 이전 프레임 화소간의 차분 절대치의 합(SAD)들을 비교하고, 상기 비교결과 차분 절대치의 합(SAD)이 최소인 포인트가 하나인 경우 이를 모션벡터로 출력한다. 만약 상기 차분 절대치의 합(SAD)이 복수개인 경우에는 그 중 상기 차분 절대치의 최대값을 비교하여 최대값이 가장 작은 포인트를 모션벡터로 출력함으로써 정확하게 모션벡터를 결정할 수 있다.

Description

모션 벡터 결정장치 및 방법{MOTION VECTOR DECISION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 데이터 압축시스템에 관한 것으로, 특히 블록 매칭법을 사용하여 모션 벡터를 결정함에 있어 정확하게 모션 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

데이터 압축 시스템에서 프레임간 차(difference) 성분을 이용한 데이터 압축방법이 사용되고 있다. 프레임간 차 성분을 최소화하기 위해서, 현재 프레임의 소정 좌표에 있는 블럭을 기준으로 이전(previous) 프레임상에서 가장 근사한 블럭의 위치를 찾게 된다. 이러한 방법을 일반적으로 블럭 매칭(block matching)법이라고 한다.

블럭 매칭법을 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 우선 도 1은 블럭 매칭법으로 모션 벡터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 프레임 예시도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에서 현재 프레임(N번째 프레임)의 매크로 블럭과 이전 프레임(N-1번째 프레임)의 서치 영역 데이터(search area data)를 예시한 것이다.

블럭 매칭법은 도 1에서와 같이 현재 프레임(N번째 프레임)에서의 매크로 블럭(DCT블럭을 기준으로 하는 경우도 있음)을 기준으로 이전 프레임(N-1번째 프레임)의 서치 영역내에서 상기 현재 매크로 블럭과 가장 유사한 블럭을 찾는다. 가장 유사한 블럭을 찾는 방법은 이전 프레임의 서치영역내의 화소와 현재 프레임의 블럭을 이루는 화소간의 차를 구하여, 그 차 각각을 더한후 그 값이 가장 작은 위치의 값을 구하는 방법으로 구현된다. 이를 수식화하면 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다. 참고적으로 도 2에서 (a)는 이전 프레임의 서치영역내의 화소를 표시한 것이며, (b)는 현재 프레임의 블럭을 이루는 화소를 표시한 것이다. 즉, P와 C는 각각 이전(P) 프레임과 현재(C) 프레임에서의 화소를 나타낸 것이며, 도 2에서 H는 0,1,2,3,4가 되고, V 역시 0,1,2,3,4가 된다. 그리고 X와 Y는 각각 1이 된다.

H:수평방향으로의 서치 영역 범위,

V:수직방향으로의 서치 영역 범위,

X:매크로 블럭의 수평 방향 길이,

Y:매크로 블럭의 수직 방향 길이.

SAD: 절대값 차분의 합(Sum of Absolute Difference),

ABS: 절대치(ABSolute)

상술한 바와 같은 블럭 매칭법을 사용하여 모션 벡터를 결정하는 경우 최소값을 가지는 SAD값이 하나가 존재할 경우에는 문제가 되지 않으나, 만약 2개 이상이 발생할 경우에는 어느 값을 선택해야 할지에 대한 정보와 방법이 없으므로, 먼저 검색된 포인트를 유지한다던지 아니면, 계속 발생되는 포인트로 이동을 한다던지 하는 방법을 사용했다. 이러한 경우 어떤 기준이 되는 정보에 의존하는 것이 아니기 때문에 경우에 따라서는 모션 벡터의 선택을 최적으로 할 수도 있지만, 그 반대로 최적의 모션 벡터가 선택되지 않을 수도 있다. 이는 곧 데이터 압축효율을 저하시킬 수 있는 요인으로 작용할 수 있으며, 압축 복원된 영상의 화질 저하는 물론, 모션 벡터 결정시간을 지연시킬 수 있는 요인으로 작용할 수도 있다.

따라서 본 발명의 목적은 블럭 매칭법을 채용한 데이터 압축 시스템에서 보다 정확하게 모션 벡터를 결정하여 출력할 수 있는 모션 벡터 결정장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프레임간의 상관성을 이용한 데이터 압축 시스템에서 압축효율을 증가시킬 수 있도록 모션 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 영상신호 압축시스템의 모션 벡터 결정장치에 있어서,

현재 프레임내의 화소와 이전 프레임내의 화소간의 차를 구하여 출력하는 감산부와,

상기 화소간의 차를 절대값화하여 차분 절대치로 출력하는 절대치부와,

상기 이전 프레임의 서치 영역내 각 포인트에서 상기 차분 절대치를 누적하여 차분 절대치의 합(SAD)으로 출력하는 누산기와,

각 포인트에서 상기 절대치부로부터 출력되는 차분 절대치중 가장 큰 값을 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)으로 출력하는 최대치 선택부와,

상기 누산기와 최대치 선택부로부터 각각 입력되는 차분 절대치의 합(SAD)과 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 검색 비교하여 최소값을 가지는 포인트를 모션 벡터를 선택결정하는 모션벡터 선택부로 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 블럭 매칭법으로 모션 벡터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 프레임 예시도.

도 2는 도 1에서 현재 프레임(N번째 프레임)의 매크로 블럭과 이전 프레임(N-1번째 프레임)의 서치 영역 데이터(search area data) 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모션 벡터 결정장치의 구성도.

도 4는 도 3에서 모션 벡터 선택부(140)의 동작 흐름도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모션 벡터 결정장치 및 방법에 따른 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모션 벡터 결정장치의 구성도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에서 모션 벡터 선택부(140)의 동작 흐름도를 도시한 것이다.

우선 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 모션 벡터 결정장치는 크게 감산부(100), 절대치부(110), 누산기(120), 최대치 선택부(130) 및 모션 벡터 선택부(140)로 이루어진다. 상기 감산부(100)는 현재 프레임의 매크로 블럭을 구성하는 화소()와 이전 프레임에서의 서치 영역중 임의 포인트에서의 상기 블럭에 대응하는 화소()간의 차를 구하여 출력한다. 상기 각 포인트라함은 m ×n 화소크기를 가지는 이전 프레임의 서치영역내에서 i ×j 크기를 가지는 현재 프레임의 블럭이 수평, 수직으로 시프트할 수 있는 위치 포인트를 지시한다. 즉, 도 2의 예에서는 현재 프레임의 블럭과 이전 프레임의 서치영역 크기를 고려해 볼때 25(5 ×5)개의 포인트가 발생하게 된다.

한편 절대치부(110)는 상기 감산부(100)에서 출력되는 화소간의 차를 절대값화하여 최대치 선택부(130) 및 누산기(120)로 출력한다. 이하 상기 절대치부(110)로부터 출력되는 값을 차분 절대치라 정의하고 누산기(120)의 출력을 차분 절대치의 합(SAD)이라 정의하기로 한다. 즉, 상기 누산기(120)는 컨트롤러(도시하지 않았음)로부터 블럭 리셋신호가 입력될때 까지 상기 차분 절대치를 누적하고, 상기 블럭 리셋신호 입력시 차분 절대치의 합(SAD)을 출력한다. 그리고 상기 최대치 선택부(130)는 상기 절대치부(110)로부터 출력되는 차분 절대치중 가장 큰 값을 내부 레지스터에 저장하고 블럭 리셋신호 입력시 차분 절대치의 최대값 MAX_DIFF를 출력한다. 즉, 상기 최대치 선택부(130)는 각 포인트에서 매크로 블럭내 각 화소(현재 프레임과 이전 프레임간)의 차이값을 입력으로 받아들여 한 블럭동안의 차이값중 최대값을 출력하게 되는 것이다.

한편 모션 벡터 선택부(140)는 한 블럭의 모든 서치 포인트에 대한 차분 절대치의 합(SAD)과 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 각각 상기 누산기(120)와 최대치 선택부(130)로부터 입력받아 차분 절대치의 합(SAD)중에서 최소값을 찾고, 만약 최소값이 복수개이면 해당 포인트에서의 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 비교하여 최소값을 가지는 포인트를 모션벡터(MV)로 출력한다. 이와 같이 하는 이유는 상기 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)은 각 포인트의 변화(variance)를 나타내는 값이므로, 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)값이 보다 작은 쪽으로 모션 벡터를 선택하게 되면 변화가 작은 쪽 블럭의 발생 비트량이 적을 확률이 높아지기 때문이다.

상술한 바와 같은 모션 벡터 선택부(140)의 동작을 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명해 보면,

우션 모션 벡터 선택부(140)는 200단계에서 최소 차분 절대치의 합 MIN_SAD와 차분 절대치의 최대값 MAX_DIFF를 이미 설정된 초기값으로 초기화시킨다. 이러한 초기화단계는 서치 영역 리셋신호 입력시마다 수행된다. 이후 210단계에서 모션 벡터 선택부(140)는 각 포인트에서의 차분 절대치의 합(SAD)과 차분 절대치의 최대값 MAX_DIFF를 입력받아 220단계에서 우선적으로 상기 최소 차분 절대치의 합 MIN_SAD와 입력된 차분 절대치의 합(SAD)이 동일한가를 비교한다. 비교결과 최소 차분 절대치의 합 MIN_SAD가 상기 차분 절대치의 합(SAD) 보다 크다고 230단계에서 판명되면 250단계로 진행하여 상기 입력된 차분 절대치의 합(SAD)을 새로운 MIN_SAD로 설정한후 210단계로 되돌아간다.

이와 같이 서치영역내의 각 포인트에서 입력되는 차분 절대치의 합(SAD)이 이전에 설정된 최소 차분 절대치의 합 MIN_SAD 보다 크다면 모션 벡터 선택부(140)는 210,220,230단계 및 260단계를 순차 수행하여 차분 절대치의 합(SAD)이 최소인 포인트를 모션 벡터(MV)로 출력한다.

그러나 만약 220단계에서 입력된 차분 절대치의 합(SAD)이 이전에 설정된 최소 차분 절대치의 합 MIN_DIFF과 동일한 것으로 판명되면, 모션벡터 선택부(140)는 240단계로 진행하여 현재 포인트에서 입력된 차분 절대치의 최대값 MAX_DIFF과 이전 포인트에서 최소값으로 설정된 차분 절대치의 최대값 MIN_MAX_DIFF을 비교한다. 비교결과 이전 포인트에서 설정된 차분 절대치의 최대값 MIN_MAX_DIFF가 현재 포인트에서 입력된 차분 절대치의 최대값 MAX_DIFF 보다 크다면, 모션 벡터 선택부(140)는 250단계로 진행하여 현재 포인트에서 입력된 차분 절대치의 최대값 MAX_DIFF을 최소 차분 절대치의 최대값 MIN_MAX_DIFF로 설정한후 210단계로 되돌아간다.

이에 따라 모션 벡터 선택부(140)에서는 차분 절대치의 합(SAD)중에서 우선적으로 최소값을 찾고, 만약 최소값이 복수개이면 해당 포인트에서의 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 비교하여 최소값을 가지는 포인트를 모션벡터(MV)로 출력하게 되는 것이다.

한편 본 발명의 실시예에서는 최소 차분 절대치의 합 MIN_SAD과 최소 차분 절대치의 최대값(MIN_MAX_DIFF)을 미리 설정된 값으로 가정하였으나, 이러한 가정없이 최초 포인트에서 입력되는 값을 최소값들로 설정한후 이후에 입력되는 값들과 순차 비교하여 모션 벡터를 결정할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 서치영역내에서 최소값을 가지는 차분 절대치의 합(SAD)이 여러 개 존재할 경우에도 화소간의 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 이용하여 최적의 모션 벡터를 결정할 수 있기 때문에 데이터 압축 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있으며, 최적의 모션 벡터 결정에 기인하여 복원되는 영상데이터의 화질 저하를 방지할 수 있는 장점도 있다.

Claims (4)

1. 데이터 압축시스템의 모션 벡터 결정장치에 있어서,

   현재 프레임내의 화소와 이전 프레임내의 화소간의 차를 구하여 출력하는 감산부와,

   상기 화소간의 차를 절대값화하여 차분 절대치로 출력하는 절대치부와,

   상기 이전 프레임의 서치 영역내 각 포인트에서 상기 차분 절대치를 누적하여 차분 절대치의 합(SAD)으로 출력하는 누산기와,

   각 포인트에서 상기 절대치부로부터 출력되는 차분 절대치중 가장 큰 값을 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)으로 출력하는 최대치 선택부와,

   상기 누산기와 최대치 선택부로부터 각각 입력되는 차분 절대치의 합(SAD)과 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 검색 비교하여 최소값을 가지는 포인트를 모션 벡터로 선택결정하는 모션벡터 선택부로 구성함을 특징으로 하는 모션벡터 결정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 모션벡터 선택부는;

   상기 차분 절대치의 합(SAD)을 검색하여 상기 서치 영역내에서 차분 절대치의 합(SAD)이 최소인 포인트를 찾고, 상기 차분 절대치의 합이 최소인 포인트가 복수개이면 상기 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)이 최소인 포인트를 모션벡터로 출력함을 특징으로 하는 모션벡터 결정장치.
3. 모션벡터 결정방법에 있어서,

   이전 프레임 서치영역내의 각 포인트에서 구해진 현재 프레임 블럭 화소들과 이전 프레임 화소간의 차분 절대치의 합(SAD)들을 비교하는 제1과정과,

   상기 비교결과 차분 절대치의 합(SAD)이 최소인 포인트가 하나인 경우 이를 모션벡터로 출력하는 제2과정과,

   상기 비교결과 상기 차분 절대치의 합(SAD)이 복수개인 경우 그 중 상기 차분 절대치의 최대값을 비교하여 최대값이 가장 작은 포인트를 모션벡터로 출력하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 모션벡터 결정방법.
4. 데이터 압축시스템의 모션벡터 결정방법에 있어서,

   현재 프레임내의 화소와 이전 프레임내의 화소간의 차를 절대값화하는 제1과정과,

   상기 이전 프레임의 서치 영역내 각 포인트마다 상기 차분 절대치를 누적하여 차분 절대치의 합(SADS)으로 설정하는 제2과정과,

   상기 각 포인트에서 상기 차분 절대치중 가장 큰 값을 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)으로 설정하는 제3과정과,

   상기 서치 영역내 각 포인트에서 설정된 차분 절대치의 합(SAD)과 차분 절대치의 최대값(MAX_DIFF)을 검색 비교하여 최소값을 가지는 포인트를 모션 벡터로 선택결정하여 출력하는 제4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 모션벡터 결정방법.