KR100677552B1 - 루프 필터링 방법 및 루프 필터 - Google Patents

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Abstract

루프 필터링 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명은, 루프 필터링 방법에 있어서, a)코딩 유형을 나타내는 코딩 유형 정보, 모션 벡터 및 기준 프레임을 식별하는 기준 프레임 정보에 기초하여 블로킹 효과 세기를 계산하는 단계; b)상기 블로킹 효과 세기에 기초하여 필터링의 수단을 결정하는 단계; 및 c)상기 결정된 필터링 수단을 이용하여 필터링을 수행하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 고선명 TV 의 이미지의 특징에 따라서 루프 필터링의 수행여부 또는 수행되는 루프 필터링의 세기를 조절함으로써 HDTV의 화질을 최대한 양질로 재생할 수 있다.

Description

루프 필터링 방법 및 루프 필터{Method and Apparatus for loop filtering}
도 1 은 비디오 인코더의 내부 구조를 나타내는 도면.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프 필터링 방법을 나타내는 도면.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 루프 필터링 방법을 나타내는 도면.
도 4 는 도 3의 단계 310의 과정을 설명하는 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 루프 필터링 장치를 나타내는 도면.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프 필터링 장치를 나타내는 도면.
도 7 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 루프 필터링 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 비디오 코딩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 루프 필터링 방법 및 루프 필터에 관한 것이다.
비디오 코딩에 있어서, 이미지는 블록으로 나누어 처리된다. 이 때 블로킹 효과(Blocking Effect) 및 링잉 효과(Ringing Effect)가 DCT 변환 및 양자화 이후에 발생하며, 그 정도는 각 블록마다 상이하다.
블로킹 효과로 인해 발생하는 전형적인 문제점은 그리드 노이즈(grid noise) 및 스테어케이스 노이즈(staircase noise)이다. 이러한 노이즈들은 이미지의 에지를 뚜렷하게 만들고, 심지어는 블록 영역까지도 나타나게 한다. 링잉 효과는 이미지의 왼쪽 상부로부터 오른쪽 하부에 걸쳐서 루프 효과(loop effect)를 야기할 수 있으며, 이는 복수의 디스플레이된 이미지가 마치 서로 오버랩된 것처럼 보이게 한다.
블로킹 효과의 발생은 주로 양자화가 블록-단위로 처리됨에 기인한 양자화 에러에 의해 발생되며, 이것은 하나의 블록 영역내에 서로 상이한 이미지 내용을 가지는 2개의 상이한 형태 즉 그리드 노이즈 및 스테어케이스 노이즈의 형태로 나타난다.
스케어케이스 노이즈는 이미지의 강한(strong) 에지에 나타난다. 이산 코사인 변환(DCT)의 수많은 고주파 계수들이 0 으로 양자화되기 때문에, 강한 에지는 변환 필드에서 완벽하게 디지털 포맷으로 변환될 수는 없다. 또한 비디오 코딩에 있어서 이미지는 블록을 단위로 처리되기 때문에, 블록 경계에서의 강한 에지의 연속성은 더 이상 보장되지 않는다. 그러므로, 톱니 노이즈(sawtooth noise)가 이미지의 강한 에지에서 발생하며, 이 노이즈는 스테어케이스라고 불리우는 부자연스러운 데이터 블록의 에지의 출현을 야기시킨다.
그리드 노이즈는 이미지의 편평한(flat) 영역에 나타난다. 휘도가 점차적으로 증가하거나 감소하는 이미지의 편평한 영역에서, 라운딩 오프(rounding off)가 양자화 과정동안 수행되기 때문에, DCT 변환 영역에서의 직류 계수(DC Coefficient)는 인접한 양자화 레벨의 결정 임계값을 초과할 수 있고, 이는 두 인접한 블록간의 휘도의 갑작스런 변화를 재구성될 이미지에 나타나게 함으로써, 결국 그리드 노이즈라고 불리우는 가시적으로 스트립형태의 프로파일의 출현을 야기시킨다.
블로킹 효과 및 링잉 효과를 제거하기 위해, 이미지가 인코딩되기 이전 혹은 해당 이미지가 그다음 프레임의 기준 프레임으로서 저장되기 이전에, 해당 이미지에 대한 블로킹 효과를 제거하기 위한 과정이 필요하다.
루프 필터의 목적은 이미지 인코딩에 있어서 블로킹 효과 및 링잉 효과를 감소시키는 것이다. 루프 필터는 블로킹 효과를 감소시키고, 링잉 효과를 부분적으로 제거할 수 있다. 루프 필터는 블록 경계의 양 측면상에 있는 인접한 픽셀들간의 픽셀 값에 대한 스무드 필터링(smoonth filtering)을 수행함으로써 이러한 목적을 달성한다. 이러한 루프 필터링 알고리즘은 가장 최근 국제 표준인 H.264에 통합되었다.
그러나, 이러한 종래의 루프 필터링은 블록 경계에서의 이미지의 특징(특징적 에지등)을 고려하지 않고 수행되기 때문에, 해상도가 높고 비트레이트가 높은 고선명 디지털 TV 에는 적절하지 않다. 즉 고선명 디지털 TV 는 블록 경계에서의 변화가 심하고, 또한 경우에 따라서는 루프 필터링이 수행되지 않거나, 수행되더라도 약하게 수행되어야 하는경우가 있는데 종래의 루프 필터링 방법은 이러한 점을 전혀 고려하지 않는다.
특히 2002년부터, 중국은 그 자신의 국제 비디오 및 오디오 코딩 표준을 설 계하기 시작했고, 이러한 표준은 현재 논의되고 있는 고선명 디지털 TV (HDTV)의 비디오 코딩 표준을 포함하기 때문에, 종래의 루프 필터링 방법은 중국 디지털 오디오 및 비디오 표준(China Digital Audio and Video Coding Standard) 코더에는 적합하지 않다.
따라서 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고선명 TV 의 이미지의 특징에 따라서 루프 필터링의 수행여부 또는 수행되는 루프 필터링의 세기를 조절함으로써 HDTV의 화질을 최대한 좋은 화질로 재생할 수 있는 루프 필터링 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 루프 필터링 방법에 있어서, a)코딩 유형을 나타내는 코딩 유형 정보, 모션 벡터 및 기준 프레임을 식별하는 기준 프레임 정보에 기초하여 블로킹 효과 세기를 계산하는 단계; b)상기 블로킹 효과 세기에 기초하여 필터링의 수단을 결정하는 단계; 및 c)상기 결정된 필터링 수단을 이용하여 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명은, 루프 필터링 방법에 있어서, a)블록 경계의 양 측면에서 인접한 픽셀들사이의 픽셀 차이값을 계산하는 단계; b)상기 픽셀 차이값이 임계값보다 큰 지를 검사하는 단계; 및 c)상기 픽셀 차이값이 상기 임계값보다 큰 경우에만 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 임계값은 블록 경계면에 특징적 에지가 존재하게 되는지 여부에 기초하여 사용자에 의해 결정된다.
또한 본 발명은, 루프 필터링 장치에 있어서, a)코딩 유형을 나타내는 코딩 유형 정보, 모션 벡터 및 기준 프레임을 식별하는 기준 프레임 정보에 기초하여 블로킹 효과 세기를 계산하는 블로킹 효과 세기 계산부; b)상기 블로킹 효과 세기에 기초하여 필터링 유형을 선택하는 선택부; 및 c)상기 선택된 필터링 유형의 필터링을 수행하는 필터링부를 포함한다.
또한 본 발명은, 루프 필터링 장치에 있어서, a)블록 경계의 양 측면에서 인접한 픽셀들사이의 픽셀 차이값을 계산하는 픽셀 차이값 계산부; b)상기 픽셀 차이값이 임계값보다 큰 지를 검사함으로서 필터링 여부 결정 신호를 생성하는 필터링 결정부; 및 c)상기 필터링 여부 결정 신호이 제 1 유형인 경우에만 루프 필터링을 수행하는 필터링부를 포함하고, 상기 임계값은 블록 경계면에 특징적 에지가 존재하게 되는지 여부에 기초하여 사용자에 의해 결정된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 비디오 인코더의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
루프 필터링 방법 및 루프 필터의 각각의 과정을 좀더 명확히 설명하기 위해, 전체 비디오 인코더에서의 루프 필터의 위치와 역할을 우선 설명한다.
도 1 에 나타난 바와 같이, 비디오 신호가 감산기(100), 제 1 스위치(105) 및 예측 인코더(145)로 입력된다.
감산기(100)는 입력된 비디오 신호(102)로부터 순방향 예측값(104)(즉, 이동 추정 에러 신호)을 감산함으로써 예측 에러(106)를 생성한 후, 제 1 스위치(105)로 제공한다.
제 1 스위치(105)는 코딩 제어기(120)의 스위치 제어 신호(122)에 따라 순방향 예측값(104) 또는 원래 비디오 신호(102)중 어느하나를 선택하여 DCT 변환기(110)에 제공한다.
DCT 변환기(110)는 DCT 변환을 수행함으로써 DCT 변환된 신호 즉 변환 계수(112)을 생성한다.
양자화기(115)는 변환 계수(112)를 양자화함으로써 변환 계수의 레벨(117)을 생성한다. 변환 계수의 레벨(117)는 전송 채널을 통해 수신단의 디코더로 전송되어 디코딩과정을 거친 후 재생된다.
인코더내에서, 변환 계수의 레벨(117)는 역양자화기(125) 및 IDCT 변환기(130)로 다시 입력된다.
IDCT 변환기(130)의 출력(132) 및 제 2 스위치(150)에 의해 변환된 순방향 예측값(104)는 합산기(135)에 의해 합산됨으로써, 인루프(in-loop) 비디오 신호(137)로 복원된다. 인루프 비디오 신호(137)는 루프 필터(140)로 입력된다.
루프 필터(140)는 인루프 비디오 신호(137)에 대해 스무드 필터링을 수행함으로써 노이즈-필터링된 신호(142)를 생성한다. 양자화에 의해 발생하는 왜곡은 예측 인코더의 메모리내에 누적되는데 특히 고주파 성분은 예측 효율을 저하시켜 시각적으로 화질 열화를 증가시킨다. 루프 필터는 이 왜곡을 감소시킨다. 루프 필터는 저역 통과 필터이며 블록단위로 필터링을 수행한다. 다만 루프 필터링은 사용자의 선택에 의해 매크로블록단위로 수행시킬 수도 있고 아닐수도 있다. 노이즈-필터 링된 신호(142)는 블로킹 효과 및 링잉 효과가 제거된 신호이다.
예측 인코더(145)는 노이즈-필터링된 신호(142)를 수신하고 순방향 예측의 추정(estimation)을 수행함으로써, 순방향 예측값(104)를 생성한다.
순방향 예측값(104)는 감산기(100) 및 제 2 스위치(150)에 제공된다.
제 2 스위치(150)는 코딩 제어기(120)의 스위치 제어 신호(122)에 의해 제어된다.
코딩 제어기(120)는, 제 2 스위치(150)에서 처리되는 신호가 인트라 코딩 방식이 아닌 인터 코딩 방식으로 합산기(135)에 제공되도록, 제 2 스위치(150)을 제어한다.
코딩 제어기(120)는 비디오 코딩 정보(122)을 생성하고, 비디오 코딩 정보(122)는 변환 계수의 레벨(117)과 함께 수신단측의 디코더로 전송된다. 비디오 코딩 정보(122)는 코딩 유형(인터 코딩 및 인트라 코딩)을 식별하는 코딩 유형 식별 플래그 비트 P, 양자화 특성 지정 정보 qz , 전송/비전송 식별 플래그 t를 포함한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프 필터링 방법을 나타낸다.
이하에서, 블록은 8*8 픽셀로 이루어진 블록을 나타낸다.
단계 210에서, 해당 블록의 코딩 유형 즉 매크로블록의 유형을 나타내는 코딩 유형 정보, 해당 매크로블록내의 블록(8*8)의 모션 벡터 및 기준 프레임을 식별하는 기준 프레임 정보에 기초하여 블로킹 효과 세기를 계산한다.
블로킹 효과 세기는 이하의 방법에 의해 계산된다.
① 만약 경계의 한쪽측에 있는 2개의 8*8블록중에서 하나 또는 두 개의 블록이 인트라 예측 매크로블록이라면(즉 코딩 유형 정보가 인트라 코딩을 나타낸다면), 블로킹 효과 세기는 2 이다.
② 위의 경우가 아니고, 이하의 두 개의 임의의 조건중 어느 하나가 만족된다면, 블로킹 효과 세기는 1 이다.
a. 두 블록의 기준 프레임(reference frame)는 상이하다. 여기서 기준 프레임이란 인터 코딩의 기준이 되는 이미지 프레임을 나타낸다.
b. 두 블록의 기준 프레임은 동일하다. 하지만 두 모션 벡터의 구성요소(component)의 차이값은 완전한 하나의 픽셀값보다 크다.
③ 위의 어느 경우도 아니라면, 블로킹 효과 세기는 0 이다.
단계 220에서, 블로킹 효과 세기에 기초하여 필터링 수단을 결정한다.
만약 블로킹 효과 세기가 2이면(이는 블로킹 효과가 뚜렷함(distinct)을 나타낸다), 강한 필터링 즉 평균 필터링(average filtering)이 수행되어야 한다. 만약 블로킹 효과가 1 이면(이는 블로킹 효과가 뚜렷하지 않음을 나타낸다), 약한 필터링 즉 차분 필터링(differential filtering)만이 필요하다. 만약 블록킹 효과 세기가 0 이면(이것은 블록킹 효과가 없음을 나타낸다), 아무런 필터링도 수행되지 않는다.
단계 230에서, 단계 220에서 선택한 필터링 수단을 이용하여 필터링을 수행한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 루프 필터링 방법을 나타내는 도면이 다.
단계 310에서, 블록 경계상의 픽셀 차이값에 기초하여 블록 경계에 이미지의 특징적 에지가 존재하는지 결정한다.
특징적 에지(charateristic edge)란 이미지루프 필터링이 수행되면 루프 필터링이 수행하는 스무드 필터링에 의해 블록 경계에서 이미지의 화질 왜곡이 발생할 가능성이 있는 이미지의 일부분, 즉 강한 에지(strong edge)를 의미한다. 화질 왜곡의 방지를 위해, 특징적 에지가 존재하는 블록 경계에서는 루프 필터링을 수행하지 않는 것이 바람직하다.
단계 310 은 이하 단계를 포함한다.
단계 312에서, 블록 경계의 양 측면에서 인접한 픽셀들사이의 픽셀 차이값을 계산한다. 픽셀 차이값은 휘도등의 픽셀값의 차이값을 나타낸다.
단계 314에서, 단계 312에서 계산한 픽셀 차이값이 임계값보다 큰 지를 검사함으로써 특징적 에지가 존재하는지 결정한다. 만약 크다면 특징적 에지가 존재하는 것으로 결정하고, 그렇지 않다면 특징적 에지가 존재하지 않는 것으로 결정한다.
픽셀 차이값의 계산은 소정의 1차원의 선형 수학적 연산자를 이용하여 수행된다. 이 연산자의 대상은 도 4 에 나타난 바와 같은 1차원 필터링 윈도우이다. 이 연산의 구현에서, 하나의 블록 경계의 반대측 측면 상에 있는 픽셀 한 쌍(도 4의 R0 및 L0) 및 해당 블록 내의 픽셀 두 쌍(도 4의 L0 및 L1, R0 및 R1) 이 설정된다.
소정의 임계값은 사용자에 의해 결정되어 2개의 임계값 맵, 즉 제 1 임계값 맵 (즉 α 맵) 및 제 2 임계값 맵 (즉 β 맵)에 각각 기록된다. 제 1 임계값 맵은 블록 경계의 두 측면상에 있는 두 개의 픽셀의 차이값의 임계값인 제 1 임계값을 기록하고, 제 2 임계값 맵은 하나의 블록내의 두 픽셀사이의 차이값의 임계값인 제 2 임계값을 기록한다. 이들 맵은 2개의 1차원 어레이를 가지며, 각각의 어레이의 길이는 양자화 스텝의 범위를 나타낸다. 어레이 길이의 디폴트 값은 64이다.
임계값 맵의 값은 블록 양자화를 위한 양자화 스텝 QP 에 의존한다. 즉 임계값 맵의 인덱스 값은 양자화 스텝 QP 이다.
변형된 실시예에서, 한편, 필터링 강도의 조정을 용이하게 하기 위해, 2개의 필터링 오프셋 OS 이 수동으로 설정된다. 다시 말하면 이 실시예에서, 임계값 맵의 인덱스 값은 양자화 스텝 QP 및 필터링 조정 오프셋 OS 의 합이다. 필터링 조정 오프셋의 디폴트 값은 0 이다.
다시 말하면, 두 개의 임계값 맵(즉 α 맵 및 β 맵)에서, 양자화 스텝 QP 와 필터링 조정 오프셋 OS 을 사용하여 획득한 두 개의 임계값(즉 α 값 및 β 값)은 각각의 임계값 맵의 인덱스 값 indexA 및 indexB 를 생성하기 위한 한정 수단(restraint)으로 사용된다. 필터링 수단의 선택시에, 해당 α값 및 β값은 α맵 및 β맵으로부터 추출되고, α값 및 β값는 필터링 결정을 위한 임계값이 된다.
단계 320에서, 특징적 에지가 존재한다면 루프 필터링을 수행하고, 그렇지 않다면 루프 필터링을 수행하지 않는다.
도 4 는 도 3의 단계 310의 과정을 설명하는 도면이다.
도면 부호 410은 8*8의 현재 필터링될 블록의 인접한 블록, 도면 부호 420은 8*8의 현재 필터링될 블록, 도면 부호 430은 필터링 윈도우, 도면 부호 440 은 블록 경계를 나타낸다.
도 4 는 수평 방향에 대한 단계 310을 설명하지만 수직 방향에 대하여도 동일한 원리가 적용가능하다.
제 1 차이값 C1, 제 2 차이값 C2 및 제 3 차이값 C3 은 이하 수학식 1 내지 3 에 의해 생성된다.
[수학식 1]
C1=R0-L0
[수학식 2]
C2=R0-R1
[수학식 3]
C3=L0-L1
여기서, R0,R1,L0,L1 은 각각 픽셀 P_R0,P_R1,P_L0,P_L1의 픽셀값이다.
즉, 제 1 차이값 C1 은 픽셀값 R0 로부터 픽셀값 L0를 감산함으로써 획득되고(C1=R0-L0), 제 2 차이값 C2 는 픽셀값 R0 으로부터 픽셀값 R1을 감산함으로써 획득되고(C2=R0-R1), 제 3 차이값 C3 는 픽셀값 L0 으로부터 픽셀값 L1을 감산함으로써 획득된다(C3=L0-L1).
만약 제 1 차이값 C1 이 α값 보다 작고(C1<α), 제 2 차이값 C2 가 β값 보다 작고(C2<β), 제 3 차이값 C3 가 β값 보다 작다면(C3<β), 특징적 에지는 블록 경계에 위치하지 않는 것으로 간주될 수 있고, 필터링은 수행되어도 된다. 만약 그렇지 않다면, 아무런 필터링도 수행되면 안된다.
평균 필터링은 블록 경계상에 있는 픽셀 두 쌍(모두 4개의 픽셀)에 새로운 값을 할당함으로써 픽셀값을 조정한다. 픽셀 값의 조정은 윈도우 필터링 공식에 의해 실현되고, 윈도우 필터링 공식에 있어서의 주변 픽셀의 픽셀값으로 입력되는 에지 입력값은 도 4에 나타난 8개의 픽셀 모두에 의해 결정된다.
도 4에 나타난 바와 같이, 평균 필터링에 사용되는 필터링 윈도우(430)는, 블록 경계의 두 측면상에있는 픽셀 두 쌍(L1,L0,R0 및 R1)을 포함한다. 평균 필터링에서 예를 들면 픽셀 P_R0 의 새로운 픽셀값 R0' 는 이하수학식과 같이 계산된다.
[수학식 4]
R0'=1/4(R1+2R0+L0)
여기서, R1,R0,L0 는 각각 P_R1,P_R0,P_L0 의 픽셀값이다.
새로운 픽셀값 L1',L0' 및 R1'의 계산에 있어서도, 수학식 4와 동일한 가중 계수가 사용된다. 즉 L0'=1/4(R0+2*L0+L1), R1'=1/4(R0+L0+2*R1) 및 L1'=1/4(R0+L0+2*L1) 이다.
차분 필터링은 4개의 픽셀의 픽셀값 조정을 수행하는데, 이러한 조정은, 소정의 차이값을 원래의 픽셀값에 합산하거나 감산함으로써 수행되고, 이 때 소정의 차이값은 시각적으로 블로킹 효과를 제거할 수 있을 정도로 두 개의 픽셀값의 차이값이 감소되도록 결정된다.
차분 필터링은 블록 경계에서의 두 픽셀 쌍을 또한 처리한다. 차분 필터링은 먼저 소정의 1차원 픽셀에 대하여 평균 필터링을 수행한 후, 두 개의 인접한 픽셀에 소정의 조정값을 가산하거나 감산함으로써 수행된다. 이 때 조정값은 1차원의 필터링 윈도우를 이용하여 계산되며, 이 필터링 윈도우의 가중 계수는 (1,-3,3,-1)이다. 그 후, 전술한 차이값은 하나의 픽셀 쌍중 하나의 픽셀에 가산되고, 이 픽셀 쌍의 다른 픽셀로부터 감산된다.
예를 들면, R0 및 L0를 계산하는 공식은 이하 수학식 5 내지 7 과 같다.
[수학식 5]
delta = [{(+1)l1 + (-3)l0 +(+3)r0 +(-1)r1} + 4] >>3
= ((r0-l0)*3 + (l1-r1) + 4) >> 3
[수학식 6]
l0' = l0 + delta
[수학식 7]
r0' = r0 - delta
여기서, l0' , r0' 는 조정 후의 픽셀값, l0, r0 는 조정 전의 픽셀값, delta 은 조정값을 나타낸다.
평균 필터링 및 차분 필터링은 수평 방향에 먼저 수행된후 수직 방향에 수행됨으로써 수직 및 수평 방향 모두에 대하여 수행된다.
평균 필터링 및 차분 필터링의 더욱 상세한 내용은 당업자에 의해 공지되어 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 루프 필터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 루프 필터링 장치(500)는 필터링 결정기(510) 및 필터링 수행기(520)를 포함한다.
필터링 결정기(510)는 코딩 유형 정보(512), 모센 벡터(514), 기준 프레임에 관한 정보인 기준 프레임 정보(515) 및 이미지 프레임(516)을 수신하여 해당 이미지에 대하여 수행되어야 할 필터링수단을 특정하는 필터링 수단 선택 신호(522)를 생성한다.
필터링 수행기(520)는 필터링 수단 선택 신호(522)에 기초하여 필터링 수단을 결정하고, 결정된 필터링 수단을 이용하여 이미지 프레임(516)을 필터링한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프 필터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 6 의 필터링 결정기(610)는 블로킹 효과 세기 결정부(618)를 포함하고, 필터링 수행기(620)는 선택부(630), 평균 필터부(640) 및 차분 필터부(650)를 포함한다.
블로킹 효과 세기 결정부(618)는 해당 블록의 코딩 유형을 식별하는 즉 해당 블록이 속한 매크로블록의 유형을 나타내는 코딩 유형 정보(612), 해당 매크로블록내의 블록의 모션 벡터(614) 및 기준 프레임에 관한 정보인 기준 프레임 정보(615)에 기초하여 블로킹 효과 세기(619)를 계산한다.
블로킹 효과 세기(619)는 이하의 방법에 의해 계산된다.
① 만약 경계의 한쪽측에 있는 2개의 8*8블록중에서 하나 또는 두 개의 블록이 인트라 예측 매크로블록이라면, 블로킹 효과 세기는 2 이다.
② 위의 경우가 아니고, 이하의 두 개의 임의의 조건중 어느 하나가 만족된다면, 블로킹 효과 세기는 1 이다.
a. 두 블록의 기준 프레임(reference frame)는 상이하다. 여기서 기준 프레임이란 인터 코딩의 기준이 되는 이미지 프레임을 나타낸다.
b. 두 블록의 기준 프레임은 동일하다. 하지만 두 모션 벡터의 구성요소(component)의 차이값은 완전한 하나의 픽셀값보다 크다.
③ 위의 어느 경우도 아니라면, 블로킹 효과 세기는 0 이다.
선택부(630)는 매크로 블록의 세기(619)에 기초하여 평균 필터부(640), 차분 필터부(650)중에서 하나의 필터링 수단을 선택한 후 선택된 필터링 수단으로 이미지 프레임(616)을 전송한다. 이미지 프레임(616)는 8*8 블록내에 속한 픽셀들의 픽셀값을 포함한다. 아무런 필터링 수단이 선택되지 않은 경우에는 이미지 프레임(616)은 필터링 없이 출력된다.
필터링 수단은 다음과 같은 기준에 의해 선택된다.
만약 블로킹 효과 세기가 2이면(이는 블로킹 효과가 뚜렷함(distinct)을 나타낸다), 강한 필터링 즉 평균 필터링(average filtering)이 수행되어야 한다. 만약 블로킹 효과가 1 이면(이는 블로킹 효과가 뚜렷하지 않음을 나타낸다), 약한 필터링 즉 차분 필터링(differential filtering)만이 필요하다. 만약 블록킹 효과 세 기가 0 이면(이것은 블록킹 효과가 없음을 나타낸다), 아무런 필터링도 수행되지 않는다.
평균 필터부(640)는 이미지 프레임(616)에 대하여 평균 필터링을 수행함으로서 출력 신호(622)를 생성하고, 차분 필터부(650)는 이미지 프레임(616)에 대하여차분 필터링을 수행함으로써 출력 신호(622)를 생성한다.
도 7 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 루프 필터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 7 의 필터링 결정기(710)는 제 1 입계값 맵(720), 제 2 임계값 맵(730), 픽셀 차이값 계산부(740) 및 필터링 결정부(750)을 포함하고, 필터링 수행기(760)는 선택부(770), 필터링 수단(780)을 포함한다.
픽셀 차이값 계산부(740)는 이미지 프레임(712)을 수신하여 픽셀 차이값(742)를 생성하여 필터링 결정부(750)로 전송한다. 픽셀 차이값(742)은 제 1 픽셀 차이값, 제 2 픽셀 차이값 및 제 3 픽셀 차이값을 포함한다. 제 1 픽셀 차이값은 인접한 서로다른 블록내의 픽셀 사이의 픽셀값의 차이값이고, 제 2 및 제 3 픽셀 차이값은 동일한 블록내의 픽셀 사이의 픽셀값의 차이값이다. 제 1 내지 제 3 픽셀 차이값에 관하여는 수학식 1 내지 3을 참고하라.
실시예에 따라서, 픽셀 차이값은 3개의 유형이 존재한다. 하나는 그레디언트 연산자 (1,-1)을 사용하여 블록 경계의 양 측면에 있는 하나의 픽셀 쌍에 대하여 그레디언트(gradient) 연산을 수행한 결과값이고, 다른 두 개의 픽셀 차이값은 그레디언트 연산자 (1,-1)을 사용하여 하나의 블록내의 픽셀 두 쌍에 대한 그레디언 트 연산을 수행한 후의 결과값이다. 수평 방향에 대한 필터링이 수행될 때, 그레디언트 연산은 수평 방향에 있는 픽셀에 대하여 수행되고, 수직 방향에 대한 필터링이 수행될 때, 그레디언트 연산은 수직 방향에 있는 픽셀에 대하여 수행된다. 예를 들면 제 1 차이값 C1 은 블록 경계의 양측면에 있는 픽셀들에 대하여 감산 연산을 수행한 후, 그 감산된 값의 절대값을 취함으로써 획득되고, 제 2 차이값 C2 및 제 3 차이값 C3 는 하나의 블록내에 있는 픽셀들에 대하여 감산 연산을 수행한 후, 그 감산된 값의 절대값을 취함으로써 획득된다.
제 1 임계값 맵(720)는 인접한 서로다른 블록내 픽셀 사이의 픽셀값의 차이값에 대한 임계값을 포함하고, 제 2 임계값 맵(730)는 블록내 픽셀 사이의 픽셀값의 차이값에 대한 임계값을 포함한다. 제 1 임계값 맵(720) 및 제 2 임계값 맵(730)의 어레이 값은 양자화 스텝이다. 제 1 임계값 및 제 2 임계값은 사용자에 의해 결정된다.
변형된 실시예에서, 제 1 임계값 맵 및 제 2 임계값 맵은 필터링 조정 오프셋을 고려하여 생성된다. 즉 임계값 맵의 인덱스 값은 양자화 스텝이 아니라 양자화스텝에 필터링 조정 오프셋을 합산한 값이다. 이 경우의 임계값 맵은 다음 과정을 통해 결정된다. 1)블록 경계의 양측면상에 있는 두 개의 블록의 양자화 스텝들을 평균함으로써 평균 양자화 스텝을 발견하는 단계, 2)소정의 필터링 조정 오프셋을 이 평균 양자화 스텝에 합산함으로써 인덱스 값을 생성하는 단계 및 3)이러한 인덱스 값에 먼저 사용자에 의해 결정된 임계값들을 대응시킴으로써 임계값 맵을 생성하는 단계.
필터링 결정부(750)는 제 1 임계값(722), 제 2 임계값(732) 및 픽셀 차이값(742)에 기초하여 필터링 여부 결정 신호(714)를 생성한다. 필터링 여부 결정 신호는 필터링이 수행될지 여부를 결정하는 신호로서, 특징적 에지가 블록 경계에 존재하는지 여부를 의미한다.
예를 들면, 필터링 결정부(750)는 만약 제 1 차이값 C1 이 제 1 임계값(α값) 보다 작고(C1<α), 제 2 차이값 C2 가 제 2 임계값(β값) 보다 작고(C2<β), 제 3 차이값 C3 가 제 2 임계값(β값) 보다 작다면(C3<β), 필터링 여부 결정 신호(714)= 1을 생성하고, 그렇지 않다면, 필터링 여부 결정 신호는(714)= 0을 생성한다. 여기서 필터링 여부 결정 신호=1 의 의미는 필터링이 수행됨을 의미한다.
선택부(770)는 필터링 여부 결정 신호(714)에 기초하여 이미지 프레임(712)를 필터링 수단(780)에 전송할지 아니면 필터링 수단에 전송하지않고 바로 이미지 프레임(712)를 바로 출력 신호(782)로 출력할지 여부를 선택한다. 예를 들면 필터링 여부 결정 신호가 1 이면 선택부(770)는 이미지 프레임(712)를 필터링 수단(780)으로 전송한다.
필터링부(780)는 선택부(770)로부터 이미지 프레임(712)를 수신하여 필터링을 수행함으로써 출력 신호(782)를 생성한다.
본 발명에 따른 비디오 인코더와 관련하여 상세한 구현 과정이 기술되었다. 본 발명에 따른 루프 필터(140)는 인코더 또는 디코더 둘다에 사용가능하다. 인코더 및 디코더를 위한 본 발명의 상세 구현은 특히 8*8 블록에 목적을 두고 있으며, 국제 표준의 응용예로서 AVS 인코더 및 디코더에 적용가능하다. 본 발명은 또한 H.263 및 MPEG4 에 적용가능하다.
한편, 본 발명에 따른 루프 필터링 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 루프 필터링 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
전술한 바와같이 본 발명에 의하면, 블로킹 효과의 세기 또는 픽셀 차이값에 에 따라 루프 필터링의 여부를 선택하거나 필터링의 강도를 선택함으로써, 고주파 계수의 양자화 오류로 인한 블로킹 효과를 효과적으로 제거할 수 있다.
즉 본 발명에 의해, 비디오 인코딩후의 블로킹 효과는 효과적으로 제거될 수 있고, 이미지의 품질이 증가된다. 실험적으로, 의사 신호대 잡음비 PSNR 이 평균 0.2dB 증가되었다. 본 발명은 HDTV를 위한 AVS 코더에 안정적으로 적용가능하다.

Claims (19)

  1. 루프 필터링 방법에 있어서,
    a)코딩 유형을 나타내는 코딩 유형 정보, 모션 벡터 및 기준 프레임을 식별하는 기준 프레임 정보에 기초하여 블로킹 효과 세기를 계산하는 단계;
    b)상기 블로킹 효과 세기에 기초하여 필터링의 수단을 결정하는 단계; 및
    c)상기 결정된 필터링 수단을 이용하여 필터링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 a)단계는,
    a1)만약 블록 경계의 한쪽측면에 있는 각각의 블록중에서 하나 또는 두 개의 블록의 코딩 유형이 인트라 코딩이라면, 블로킹 효과 세기를 제 1 유형으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 a)단계는,
    a21)블록 경계의 한쪽측면에 있는 각각의 블록중에서 하나 또는 두 개의 블록의 코딩 유형이 인터 코딩이고, 상기 두 블록의 기준프레임이 상이하다면, 상기 블로킹 효과 세기를 제 2 유형으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 a)단계는,
    a22)블록 경계의 한쪽측면에 있는 각각의 블록중에서 하나 또는 두 개의 블록의 코딩 유형이 인터 코딩이고, 상기 두 블록의 기준 프레임이 상이하고, 상기 블록의 두 모션 벡터의 구성요소의 차이값이 완전한 하나의 픽셀값보다 크다면, 상기 블로킹 효과 세기를 제 2 유형으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 a)단계는,
    a3)상기 제 2 항 내지 4 항의 어느 경우도 아닌 경우에는, 상기 블로킹 효과 세기를 제 3 유형으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 b)단계는,
    b1)평균 필터링 수단 또는 차분 필터링 수단 중 어느하나를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 c)단계는,
    b21)상기 블로킹 효과 세기가 상기 제 1 유형인 경우에는 평균 필터링 수단을 필터링 수단으로 선택하는 단계;
    b22)상기 블로킹 효과 세기가 상기 제 2 유형인 경우에는 차분 필터링 수단 을 필터링 수단으로 선택하는 단계; 및
    b3)상기 블로킹 효과 세기가 상기 제 3 유형인 경우에는 아무런 필터링도 수행하지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 루프 필터링 방법에 있어서,
    a)블록 경계의 양 측면에서 인접한 픽셀들사이의 픽셀 차이값을 계산하는 단계;
    b)상기 픽셀 차이값이 임계값보다 큰 지를 검사하는 단계; 및
    c)상기 픽셀 차이값이 상기 임계값보다 큰 경우에만 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 임계값은 블록 경계면에 특징적 에지가 존재하게 되는지 여부에 기초하여 사용자에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 a)단계는,
    a1)상기 블록 경계의 서로 다른 두 측변에 존재하는 픽셀들 사이의 픽셀 차이값인 제 1 차이값을 계산하는 단계; 및
    a2)상기 블록 경계의 동일한 측변에 존재하는 픽셀들 사이의 픽셀 차이값인 제 2 차이값을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 임계값은, 블록 경계의 서로 다른 두 측면상에 있는 두 개의 픽셀의 차이값의 임계값인 제 1 임계값 및 하나의 블록내의 두 픽셀사이의 차이값의 임계값인 제 2 임계값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 루프 필터링 장치에 있어서,
    a)코딩 유형을 나타내는 코딩 유형 정보, 모션 벡터 및 기준 프레임을 식별하는 기준 프레임 정보에 기초하여 블로킹 효과 세기를 계산하는 블로킹 효과 세기 계산부;
    b)상기 블로킹 효과 세기에 기초하여 필터링 유형을 선택하는 선택부; 및
    c)상기 선택된 필터링 유형의 필터링을 수행하는 필터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 필터링부는 평균 필터링을 수행하는 평균 필터링 부 또는 차분 필터링을 수행하는 차분 필터링부 중 어느하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 a)블로킹 효과 세기 계산부는,
    a1)만약 블록 경계의 한쪽측면에 있는 각각의 블록중에서 하나 또는 두 개의 블록의 코딩 유형이 인트라 코딩이라면, 블로킹 효과 세기를 제 1 유형으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 a)블로킹 효과 세기 계산부는,
    a21)블록 경계의 한쪽측면에 있는 각각의 블록중에서 하나 또는 두 개의 블록의 코딩 유형이 인터 코딩이고, 상기 두 블록의 기준프레임이 상이하다면, 상기 블로킹 효과 세기를 제 2 유형으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 a)블로킹 효과 세기 계산부는,
    a22)블록 경계의 한쪽측면에 있는 각각의 블록중에서 하나 또는 두 개의 블록의 코딩 유형이 인터 코딩이고, 상기 두 블록의 기준 프레임이 상이하고, 상기 블록의 두 모션 벡터의 구성요소의 차이값이 완전한 하나의 픽셀값보다 크다면, 상기 블로킹 효과 세기를 제 2 유형으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 a)블로킹 효과 세기 계산부는,
    a3)상기 제 12 항 내지 14 항의 어느 경우도 아닌 경우에는, 상기 블로킹 효과 세기를 제 3 유형으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 b)선택부는,
    b21)상기 블로킹 효과 세기가 상기 제 1 유형인 경우에는 평균 필터링 수단을 필터링 수단으로 선택하고,
    b22)상기 블로킹 효과 세기가 상기 제 2 유형인 경우에는 차분 필터링 수단을 필터링 수단으로 선택하고,
    b23)상기 블로킹 효과 세기가 상기 제 3 유형인 경우에는 아무런 필터링도 선택하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 루프 필터링 장치에 있어서,
    a)블록 경계의 양 측면에서 인접한 픽셀들사이의 픽셀 차이값을 계산하는 픽셀 차이값 계산부;
    b)상기 픽셀 차이값이 임계값보다 큰 지를 검사함으로서 필터링 여부 결정 신호를 생성하는 필터링 결정부; 및
    c)상기 필터링 여부 결정 신호이 제 1 유형인 경우에만 루프 필터링을 수행하는 필터링부를 포함하고,
    상기 임계값은 블록 경계면에 특징적 에지가 존재하게 되는지 여부에 기초하여 사용자에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 a)픽셀 차이값 계산부는,
    a1)상기 블록 경계의 서로 다른 두 측변에 존재하는 픽셀들 사이의 픽셀 차이값인 제 1 차이값을 계산하고,
    a2)상기 블록 경계의 동일한 측변에 존재하는 픽셀들 사이의 픽셀 차이값인 제 2 차이값을 계산하고,
    상기 임계값은, 블록 경계의 서로 다른 두 측면상에 있는 두 개의 픽셀의 차이값의 임계값인 제 1 임계값 및 하나의 블록내의 두 픽셀사이의 차이값의 임계값인 제 2 임계값을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 1 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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