KR950009680B1 - 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더

제1도는 일반적인 HDTV, MPEG 규격의 영상 압축/신장 시스템 구성도.

제2도는 종래의 병렬처리법에 의한 이미지 프레임 구성도.

제3a도는 종래의 병렬처리법에 의한 영상 엔코더부 블록구성도, b도는 종래의 병렬처리법에 의한 영상 디코더부 블록구성도.

제4도는 본 발명의 영상 디코더 블록구성도.

제5a도 내지 5d도는 본 발명 동작설명을 위한 HDTV 영상 데이타 구성도.

제6도는 본 발명의 영상 디코더 실시예 블록구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 변환부호화 수단 8 : 이동보상수단

9 : 가산수단

본 발명은 HDTV, MPEG 규격의 영상 압축/신장 시스템에서 이동보상(Motion Compensation) 영상신호 처리를 위한 영상 디코더에 관한 것으로 특히, 영상신호를 처리함에 있어 1프레임 화면 전체를 대상으로 하는 신호처리와 단위화면을 대상으로 하는 병렬 신호처리를 구분하여 수행하므로서 저속의 클럭에 의한 안정적인 영상 디코드가 가능하도록 한 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더에 관한 것이다.

일반적으로 HDTV, MPEG 규격의 영상 압축/신장 시스템에서는 제1도를 참조하면, 원래의 영상 데이타를 영상 엔코더부(1)에서 영상압축된 데이타로 변환하여 VLC 엔코더(2)에 공급하고 VLC엔코더(2)에서 가변장 부호로 변환시킨 후 전송부(3)를 통해 공중선이나 케이블 등의 적절한 전송매체로 송신하며, 수신부(4)에서는 수신데이타를 복조하여 VLC디코더(5)에 공급하고, VLC디코더(5)는 입력데이타를 FLC(Fixed Length Code)로 변환시켜 영상 디코더부(6)에 공급하며, 영상 디코더부(6)는 입력데이타를 원래의 영상데이타로 복원시켜 표시부로 출력시키게 된다. 이와같은 영상신호 처리에 있어, 신호처리에 요구되는 클록주파수가 영상대역폭 30MHz의 HDTV 신호의 경우 75MHz 이상의 샘플링 주파수로 양자화되고, 이후의 엔코드/디코드 동작에서는 이와같은 고주파수의 신호를 연속하여 처리 가능해야 영상신호의 실시간 처리가 가능하게 되므로 이를 위하여 화면분할에 의한 병렬처리법을 적용하고 있다.

즉, 제2도를 참조하면 1프레임의 이미지를 n개의 부화면(P1 내지 Pn)(Subpicture)으로 분할하고 각각의 부화면을 개별, 전담처리하는 n개의 엔코더(또는 디코더)로 병렬신호 처리한 후 이 출력을 합하여 1화면에 대한 신호처리를 완료하는 것이며, 이와같은 화면분할에 의한 병렬처리법을 적용한 엔코더부(1) 및 디코더부(6)는 제3a도 및 b도에 도시된 바와같다.

제3a도는 영상 엔코더부(1)를 나타낸 것으로 샘플링된 원래의 영상데이타(샘플링 주파수 ; fs)를 멀티플렉서(1A)에서 제2도의 n개 화면 각각에 대응하는 영상데이타로 구분하여 부화면(P1 내지 Pn) 순서로 엔코더(1B1 내지 1Bn)에 공급하고, 각각의 엔코더(1B1 내지 1Bn)는 1화면분의 데이타가 입력되는 시간동안 각각의 부화면(P1 내지 Pn)을 1개씩 전담하여 처리하고, 처리된 각 부화면 영상데이타는 디멀티플렉서(1C)에서 합해져서 1화면분의 감축된 영상데이타를 출력하게 된다.

따라서 이 경우 엔코더(1B1 내지 1Bn)는 1화면분의 데이타가 입력되는 시간동안 부화면 1개씩만 담당하여 처리하게 되므로 fs/n로 저감된 클럭주파수에 의한 영상데이타를 가능해지게 된다. 한편, 디코더부(6)에서는 제3b도에서와 같이 감축된 영상데이타를 입력받아 멀티플렉서(6A), 디코더(6B1 내지 6Bn), 디멀티플렉서(6C)를 통해 엔코더부와 역과정의 신호처리를 수행하므로서 원래의 영상데이타로 복원된 영상데이타를 출력하게 된다.

따라서 이 경우에도 디코더(6B1 내지 6Bn)는 1화면분의 영상데이타가 입력되는 시간동안 부화면 1개씩만 담당하여 처리하게 되므로 fs/n로 저감된 클록주파수에 의한 영상데이타 처리가 가능해지게 된다.

그러나 이와같은 종래의 화면분할에 의한 병렬처리 디코더(또는 엔코더)에 의하면 이동보상이 수행되는 영상신호 처리의 경우 영상의 움직임이 각각의 부화면을 경계로 하는 부분에서 발생되면 부화면 경계부분에서 다량의 처리에러가 발생되고, 따라서 화질저하가 초래되는 문제점이 있다.

다른 한편으로 부화면의 경계부분을 중첩시켜 처리하므로서 경계부분에 대한 화질저하를 극복하는 경우도 있으나 이는 중첩부분의 처리에 수반되는 제어상의 난점과 회로구성의 복잡함 등의 문제점이 있다.

본 발명은 영상신호를 변환부호화 수단과 이동보상수단으로 구분하여 변환부호화 수단에서는 영상블록 단위로 병렬 처리함과 동시에 이동보상수단에서는 원래의 고속 클록으로 화면전체에 대한 이동보상 처리하므로서 부화면 경계부분에서의 이동보상 에러와 화면분할 및 중첩 병렬처리시의 제어상의 난점 등을 해소하며, 이에따른 화질향상 및 회로구성의 간소화를 도모할 수 있도록 한 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더를 제공함을 목적으로 하며, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 그에 따른 영상신호 처리동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 제4도를 참조하면 본 발명의 디코더는 양자화 계수를 입력받아 매크로 블록단위의 영상데이타를 대상으로 이동보상 처리하여 저감된 주파수로 병렬처리를 수행하는 변환부호화수단(7)과, 이동벡터정보를 입력받아 프레임 영상데이타를 대상으로 이동보상 처리하여 출력하는 이동보상수단(8)과, 상기 변환부호화수단(7) 및 이동보상수단(8)의 출력 영상데이타를 가산하여 원래의 영상데이타로 복원시켜 출력하는 가산수단(9)으로 구성된다.

한편, 상기 변환부호화수단(7)은 매크로 블록의 양자화 계수(QC1 내지 QC4)를 각각 역양자화시키는 역양자화기(7A)(7B)(7C)(7D)와 역양자화된 신호의 부호화 역변환을 수행하여 복원하는 역변환기(7E)(7F)(7G)(7H)와, 복원된 매크로 블록의 영상데이타가 클록 및 픽셀데이타 타이밍 일치되도록 리드/라이트되는 FIFO메모리(7I)(7J)(7K)(7L)와, 메모리 데이타 출력을 위한 멀티플렉서(7M)로 구성되고, 상기 이동보상수단(8)은 현재 처리되고 있는 매크로 블록의 플레임내 어드레스를 제공하는 매크로 카운터(8A)와, 상기 매크로 카운터(8A) 출력 및 이동벡터(MV) 정보를 입력받아 이동보상에 필요한 이전 프레임 어드레스를 제공하는 리드 어드레스 발생기(8B)와, 상기 매크로 블록 카운터(8A) 출력으로부터 현재 처리되고 있는 프레임 라이트 어드레스를 제공하는 라이트 어드레스 발생기(8C)와, 상기 리드 또는 라이트 어드레스를 매 프레임마다 전환 제어하는 어드레스 스위칭수단(8D)과, 1프레임의 영상데이타가 교대로 리드/라이트되는 프레임메모리(8E)(8F)와, 메모리 데이타의 입/출력경로를 제어하는 데이타 스위칭수단(8G)으로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명 디코더에 의한 영상신호 처리동작은 제4도를 참조하면 변환부호화수단(7)은 매크로 블록(Marco Block)의 영상데이타를 1/4블록단위로 4부분으로 분할하여 각각의 블록에 대해 4병렬 처리하므로서 저감된 클록주파수(fs/4)에서 안정적으로 이동보상 처리를 수행하게 되고, 이동보상수단(8)은 1프레임 영상데이타 전체를 대상으로 하여 매크로 블록단위로 고속주파수(fs)의 영상데이타 처리를 수행하므로서 화면전체에 대한 이동보상 처리를 수행한다. 이는 HDTV 영상에서의 데이타 구조에 준하는 것으로 제5도를 참조하여 설명하면 HDTV 영상데이타는 영상데이타의 최소단위인 픽셀(Pixel)(화소)로부터 수평×수직=8×8=64개 픽셀로 (a)와 같이 1블록이 구성되고, 2×2=4개 블록으로 (b)와 같이 1매크로 블록이 구성되고 매크로 블록을 이미지 사이즈에 따라 적절한 숫자로 모아서 (c)와 같이 1슬라이스(Slice)가 구성되고 슬라이스의 집합으로 (d)와 같이 이미지 프레임이 구성되어 일반적인 HDTV 영상데이타가 구성된다.

한편, HDTV, MPEG 규격의 영상 압축/신장 시스템에서는 압축률을 높이기 위해서 이동보상법을 적용하는바, 이때 데이타 처리의 기본정보로서 이동벡터(Motion Vector) 정보를 매크로 블록단위로 전송해주고 있으며, 변환부호화(Transform Coding) 기법을 적용하여 DCT(Discrete Cosine Transform)를 이용한 데이타 처리를 수행한다.

따라서 본 발명은 변환부호화수단(7)에서는 매크로 블록을 단위블록(4개)으로 분할하여 각 단위블록에 대해 병렬처리하므로서 fs/4의 클록주파수에서 데이타 처리하고, 이동보상수단(8)에서는 화면전체에 대한 이동보상이 이루어지도록 데이타 처리하는 것이다.

이를 제4도 및 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

송신측(엔코더부)에서 양자화 및 DCT되어 전송되어온 영상데이타의 매크로 블록을 구성하는 4개 블록에 대한 양자화계수(Quantized Coefficient)(QC1 내지 QC4)를 각각 역양자화기(7A 내지 7D)와 역변환기(7E 내지 7H)를 통해 복원한 후 FIFO메모리(7I 내지 7L)에 공급한다.

이때 역양자화 및 IDCT는 fs/4로 저감된 주파수에서 처리하게 된다.

한편, FIFO메모리(7I 내지 7L)는 입력된 영상데이타를 fs/4의 주파수 클록에 의하여 라이트하고, fs의 주파수 클록에 의하여 리드하므로서 전단에서 fs/4의 속도로 처리된 영상데이타와 fs의 속도로 출력되는 이동보상되는 영상데이타의 타이밍을 일치시켜줌과 동시에 각 역변환기(7E 내지 7H)에서 출력되는 픽셀데이타의 순서를 이동보상된 데이타의 순서와 일치시켜 준다.

이와같이 하여 멀티플렉서(7M)로 출력되는 영상데이타는 가산수단(9)의 입력단(B)에 공급되어 이동보상수단(8)의 출력데이타와 가산 처리된다.

즉, 매크로 블록주파수(fM)를 클록으로 하고 매 프레임마다의 프레임 시작신호(SOF ; Start Of Frame)에 의하여 리세트되는 매크로 카운터(8A)의 카운트 동작에 따라 그 출력값이 리드 어드레스 발생기(8B)와 라이트 어드레스 발생기(8C)에 공급된다.

이에따라 리드 어드레스 발생기(8B)는 이동벡터정보(MV)와 매크로 카운트값을 이용하여 프레임 메모리(8E)(8F)의 리드 어드레스를 발생시키고, 라이트 어드레스 발생기(8C)는 매크로 카운트값을 이용하여 프레임 메모리(8E)(8F)의 라이트 어드레스를 발생시킨다.

어드레스 발생기(8B)(8C)에서 출력되는 어드레스값은 어드레스 스위칭수단(8D)의 전환에 따라 프레임 메모리(8E)(8C)에 교대로 공급되어 저장 및 해독 어드레스를 제공하고, 프레임 메모리(8E)(8F)에서 리드되는 영상데이타는 데이타 스위칭수단(8G)의 전환에 따라 가산수단(9)의 입력단(A)에 공급된다.

즉, 스위칭수단(8D)(8G)은 프레임 시작신호(SOF)가 입력될 때마다 스위칭 전환되어 임의의 프레임에서는 스위치(S1)는 리드 어드레스 발생기(8B) 측으로, 스위치(S2)는 라이트 어드레스 발생기(8C) 측으로, 스위치(S3)는 프레임 메모리(8E) 측으로(데이타 출력단(Do)), 스위치(S4)는 프레임 메모리(8F) 측으로(데이타 입력단(Di)) 각각 전환된다.

따라서 이 경우에는 프레임 메모리(8E)에 저장된 이전 프레임의 영상데이타가 리드되어 가산수단(9)의 입력단(A)에 공급되어 상기 변환부호화수단(7)의 출력데이타와 fs의 속도로 가산되어 출력단(A+B)을 통해 표시부에 공급되는 한편 프레임 메모리(8F)의 데이타 입력단(Di)으로 공급되어 프레임 메모리(8F)에 저장된다.

다음 프레임에서는 스위치(S1 내지 S4)들이 타단으로 전환되므로서 프레임 메모리(8F)에서 리드된 데이타가 가산수단(9)에 공급되고 가산수단(9)의 출력은 프레임 메모리(8E)에 저장되며, 이와 같은 동작이 매영상 프레임마다 반복된다.

제6도는 본 발명의 실시예로서 HDTV보다 낮은 MPEG 규격 등의 영상 압축/신장 시스템에서는 변환부호화 속도가 fs/2로 낮아져도 수용 가능하므로 변환부호화수단(7)은 1/2로 분할하여 양자화계수(QC1)(QC2) 및 양자화계수(QC3)(QC4)를 각각 한쌍으로 하여 데이타 처리를 수행하여도 무방한 경우이며, 이에 의한 매크로 블록단위의 데이타 처리동작은 상기 제4도의 경우와 동일하게 역양자화기(7A')(7B'), 역변환기(7E')(7F'), FIFO메모리(7I')(7J'), 멀티플렉서(7M')로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 영상 압축/신장부를 저속의 클록에 의한 처리와 고속의 클록에 의한 처리를 병행하므로서 분할된 화면의 경계부분에서 발생되는 이동보상 에러를 배제시킬 수 있고 이에따른 화질향상과 안정된 동작특성을 확보할 수 있으며, 저속도의 회로소자 채용이 가능하여 시스템 설계와 제작상에 편리를 기하고 원가절감을 기대할 수 있게 된 효과가 있다.

Claims (4)

1. 동화상의 처리를 위하여 수신기측에서 입력된 동화상 프레임 정보를 역양자화 및 역변환(IDCT)하여 원래의 신호로 복호화하고, 이동벡터 정보를 입력받아 상기 수신된 프레임 동화상 정보의 이동보상을 실행하는 동화상 신호 복호화 장치에 있어서, 상기의 수신되는 영상데이타를 매크로 블록(Macro Block) 단위로 입력받고, 상기 매크로 블록을 기 설정된 수의 블록으로 나눈 다음, 상기 나누어진 각각의 블록에 대해 저감된 클록 주파수로 병렬 처리하여 변환부호화를 수행하는 변환부호화수단(7)과 ; 상기 수신되는 이동 벡터 정보를 입력받아 상기의 1프레임 영상데이타 전체를 대상으로 하여, 매 매크로 블록단위로 영상의 이동보상을 상기 저감되지 않은 원래의 클록 주파수로 수행하는 이동보상수단(8)과 ; 상기 변환부호화수단(7) 및 이동보상수단(8)의 출력 영상데이타를 가산하여 원래의 영상데이타로 복원시켜 출력하는 가산수단(9)으로 구성된 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더.
2. 제1항에 있어서, 상기 변환부호화수단(7)은 매크로 블록을 4분할한 다음 그 각각의 블록에 대해 역양자화시키는 역양자화기(7A)(7B)(7C)(7D)와, 상기 역양자화기 (7A)(7B)(7C)(7D) 각각에서 역양자화된 신호의 부호화 역변환(IDCT)을 수행하여 복원하는 역변환기(7E)(7F)(7G)(7H)와, 상기 역변환기(7E)(7F)(7G)(7H) 각각에서 복원된 매크로 블록의 영상데이타가 클록 및 픽셀 데이타 타이밍 일치되도록 리드/라이트되는 FIFO메모리(7I)(7J)(7K)(7L)와, 상기 FIFO메모리(7I)(7J)(7K)(7L)의 메모리 데이타 출력을 위한 멀티플렉서(7M)로 구성된 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더.
3. 제1항에 있어서, 상기 이동보상수단(8)은 현재 처리되고 있는 매크로 블록의 프레임내 어드레스를 제공하는 매크로 카운터(8A)와, 상기 매크로 카운터(8A) 출력 및 이동 벡터(MV)정보를 입력받아 이동보상에 필요한 이전 프레임 어드레스를 제공하는 리드 어드레스 발생기(8B)와, 상기 매크로 블록 카운터(8A) 출력으로부터 현재 처리되고 있는 프레임 라이트 어드레스를 제공하는 라이트 어드레스 발생기(8C)와, 상기 리드 어드레스 발생기(8B)에서 출력되는 리드 어드레스 또는, 상기 라이트 어드레스 발생기(8C)에서 출력되는 라이트 어드레스를 매프레임마다 전환 제어하여 프레임 메모리(8E)(8F)에 공급하는 어드레스 스위칭수단(8D)과, 상기의 가산수단(9)에서 출력되는 영상데이타가 상기의 라이트 어드레스 지정을 받아 라이트되고, 또한 이동보상된 영상데이타가 상기의 리드 어드레스 지정을 받아 리드되어 가산수단(9)에 제공되는 동작이 교대로 이루어지는 프레임 메모리(8E)(8F)와, 상기 프레임 메모리(8E)(8F)에서 리드되는 데이타 또는 라이트되는 데이타와 상기 가산수단(9)의 입력 또는 출력 사이의 입/출력 경로를 제어하는 데이타 스위칭수단(8G)으로 구성된 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더.
4. 제1항에 있어서, 상기 변환부호화수단(7)은, 매크로 블록중 2개의 블록을 한쌍으로 2분할하여 각각의 양자화 계수(QC1, QC2)(QC3, QC4)에 대한 역양자화를 실행하는 역양자화기 (7A')(7B')와, 상기 역양자화기 (7A')(7B')의 역양자화 신호의 복원을 위한 부호화역변환(IDCT)을 수행하는 역변환기(7E')(7F')와, 상기 역변환기(7E')(7F')에서 복원된 매크로 블록의 영상데이타가 클록 및 픽셀 타이밍 일치되도록 리드/라이트 되는 FIFO메모리(7I')(7J')와 상기 FIFO메모리(7I')(7J')의 메모리 데이타 출력을 위한 멀티플렉서(7M')로 구성된 영상 압축/신장 시스템의 영상 디코더.