KR100750145B1 - 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력 영상의 방향성에 기초하여 선택된 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측을 수행하는 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 영상의 인트라 에측 부호화 방법 및 장치는 입력 블록을 주파수 변환한 다음, 주파수 변환된 입력 블록의 계수들을 이용하여 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단하고, 판단된 화소들의 방향성과 유사한 방향을 갖는 인트라 예측 모드 후보에 따라서만 인트라 예측을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for intra prediction of image}
도 1은 H.264 표준안에 따른 휘도 성분의 16×16 인트라 예측 모드를 나타낸 도면이다.
도 2는 H.264 표준안에 따른 휘도 성분의 4×4 인트라 예측 모드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 장치가 적용되는 영상 부호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3의 본 발명에 따른 인트라 예측부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법 및 장치에서 이용되는 주파수 변환된 블록 계수의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법 및 장치에서 입력 블록의 방향성을 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따라서 도 5의 인트라 예측 모드 후보 선택부에서 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 과정의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 9는 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 장치가 적용되는 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명은 영상의 인트라 예측에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 입력 영상의 방향성에 기초하여 선택된 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측을 수행함으로써 인트라 예측의 복잡도를 감소시키고 부호화 속도를 향상시키기 위한 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
영상 신호의 압축 표준 중 하나인 H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding) 는 다중 참조 움직임 보상(multiple reference motion compensation), 루프 필터링(loop filtering), 가변 블록 크기 움직임 보상(variable block size motion compensation), CABAC과 같은 엔트로피 코딩 등 압축 효율을 증가시키기 위한 다양한 기술을 채택하고 있다.
H.264 표준안에 따르면, 영상을 부호화하기 위해서 하나의 픽처를 매크로 블록으로 나눈다. 그리고, 인터 예측(inter prediction) 및 인트라 예측(intra prediction)에서 이용가능한 모든 부호화 모드에서 각각의 매크로 블록을 부호화한 다음, 매크로 블록의 부호화에 소요되는 비트율(bit-rate)과 원 매크로 블록과 복 호화된 매크로 블록과의 왜곡(distortion) 정도에 따라 부호화 모드를 하나 정해 매크로 블록을 부호화한다.
인트라 예측은 현재 픽처의 블록을 부호화하기 위해서 참조 픽처를 참조하는 것이 아니라, 부호화하고자 하는 현재 블록과 공간적으로 인접한 화소값을 이용하여 부호화하고자 하는 현재 블록에 대한 예측값을 계산한 후, 이 예측값과 실제 화소값의 차를 부호화하는 것을 말한다. 여기서, 인트라 예측 모드는 크게 휘도 성분의 4×4 인트라 예측 모드, 8×8 인트라 예측 모드(high profile의 경우), 16×16 인트라 예측 모드 및 색차 성분에 대한 인트라 예측 모드로 나뉜다.
도 1은 H.264 표준안에 따른 휘도 성분의 16×16 인트라 예측 모드를 나타낸 도면이고, 도 2는 H.264 표준안에 따른 휘도 성분의 4×4 인트라 예측 모드를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 16×16 인트라 예측 모드는 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 플레인(plane) 모드의 총 4개의 모드로 나누어진다. 또한, 도 2를 참조하면, 4×4 인트라 예측 모드는 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 대각선 좌하측(Diagonal Down-left) 모드, 대각선 우하측(Diagonal Down-right) 모드, 수직 우측(Vertical right) 모드, 수직 좌측(Vertical left) 모드, 수평 상측(Horizontal-up) 모드 및 수평 하측(Horizontal-down) 모드의 총 9개의 모드로 나누어진다.
일 예로 도 2의 모드 0, 즉 수직 모드에 따라 4×4 크기의 현재 블록을 예측 부호화하는 동작을 설명한다. 먼저 4×4 크기의 현재 블록의 위쪽에 인접한 화소 A 내지 D의 화소값을 4×4 현재 블록의 화소값으로 예측한다. 즉, 화소 A의 값을 4×4 현재 블록의 첫 번째 열에 포함된 4개의 화소값으로, 화소 B의 값을 4×4 현재 블록의 두 번째 열에 포함된 4개의 화소값으로, 화소 C의 값을 4×4 현재 블록의 세 번째 열에 포함된 4개의 화소값으로, 화소 D의 값을 4×4 현재 블록의 네 번째 열에 포함된 4개의 화소값으로 예측한다. 다음, 상기 화소 A 내지 D를 이용하여 예측된 4×4 현재 블록과 원래의 4×4 현재 블록에 포함된 화소의 실제값을 감산하여 차이값을 구한 후 그 차이값을 부호화한다.
H.264 표준안에 따른 영상의 부호화시에, 상기 4×4 인트라 예측 모드 및 16×16 인트라 예측 모드의 총 13가지 모드로 현재 매크로 블록을 부호화해 본 다음, 그 중 율-왜곡 코스트(rate-distortion cost, 이하 "RD 코스트"라 함)가 가장 작은 모드로 인트라 부호화를 수행한다. 구체적으로는, 현재 매크로 블록에 대해서 4가지의 16×16 인트라 예측 모드를 수행하여 RD 코스트가 가장 작은 16×16 인트라 예측 모드를 선택하고, 4×4 서브 블록에 대해서 차례대로 상기 9가지의 4×4 인트라 예측 모드를 수행하여 각각의 서브 블록 별로 RD 코스트가 가장 작은 모드를 선택한다. 그리고, 상기 선택된 16×16 인트라 예측 모드의 RD 코스트와, 각각의 서브 블록들의 RD 코스트를 합한 4×4 인트라 예측 모드의 RD 코스트를 비교하여 최종적으로 RD 코스트가 가장 작은 인트라 예측 모드를 선택한다. 따라서, 종래 기술에 따른 인트라 예측 방식은 인트라 예측 모드 하나를 결정하기 위하여 동일한 크기의 연산을 수백 번 수행하여 압축 효율은 증가하지만 복잡도 및 연산량이 증가 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 소정 크기의 블록별로 미리 정해진 모든 인트라 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하지 않고, 입력 블록의 특성으로부터 결정된 소정의 인트라 예측 모드들에 대해서만 인트라 예측을 수행함으로써 인트라 예측시의 복잡도 및 연산량을 감소시키는 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명인 영상의 인트라 예측 부호화 방법은 입력 블록을 주파수 변환하는 단계; 상기 주파수 변환된 입력 블록의 계수들을 이용하여 상기 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단하는 단계; 상기 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 소정의 인트라 예측 모드들 중 인트라 예측을 수행할 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 인트라 예측 모드 후보에 따라서 상기 입력 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 장치는, 입력 블록을 주파수 변환하는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부에서 주파수 변환된 입력 블록의 계수들을 이용하여 상기 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단하는 방향성 판단부; 상기 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 소정의 인트라 예측 모드들 중 인트라 예 측을 수행할 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 인트라 예측 모드 후보 선택부; 및 상기 선택된 인트라 예측 모드 후보에 따라서 상기 입력 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 인트라 예측 수행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 방법은, 주파수 변환된 입력 블록의 계수들로부터 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 선택된 소정의 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측 부호화된 비트 스트림을 수신하는 단계; 상기 수신된 비트스트림의 헤더에 구비된 인트라 예측 모드 정보를 이용하여 복호화할 현재 블록의 인트라 예측 모드를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 인트라 예측 모드에 따라 인트라 예측 복호화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 장치는, 주파수 변환된 입력 블록의 계수들로부터 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 선택된 소정의 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측 부호화된 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림의 헤더에 구비된 인트라 예측 모드에 따라 인트라 예측 복호화하는 인트라 예측 수행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 장치가 적용되는 영상 부호화 장치를 나타낸 블록도이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 H.264 표준안에 따른 영상 부호화 장치에 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 장치가 적용되는 경우를 중심으로 설명하지만, 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 장치는 인트라 예측을 이용하는 다른 방식의 압축 방식에도 적용될 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 영상 부호화 장치(300)는 움직임 추정부(302), 움직임 보상부(304), 인트라 예측부(330), 변환부(308), 양자화부(310), 재정렬부(312), 엔트로피 코딩부(314), 역양자화부(316), 역변환부(318), 필터(320) 및 프레임 메모리(322)를 구비한다. 여기서, 상기 인트라 예측부(330)는 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 장치에 대응된다.
인터 예측을 위해 현재 픽처의 매크로 블록의 예측값을 참조 픽처에서 찾는 것은 움직임 추정부(302)에서 수행된다. 움직임 보상부(304)는 1/2 화소 또는 1/4 화소 단위로 참조 블록이 찾아진 경우에는 이들 중간 화소값을 계산하여 참조 블록 데이터 값을 정한다. 이와 같이, 인터 예측은 움직임 추정부(302)와 움직임 보상부(304)에서 수행된다.
인트라 예측부(330)는 현재 블록의 예측 블록을 현재 픽처 내에서 찾는 인트라 예측을 수행한다. 특히, 본 발명에 따른 인트라 예측부(330)는 후술되는 바와 같이, 소정 크기의 입력 블록을 주파수 영역으로 변환한 다음 상기 주파수 변환된 입력 블록의 계수들 중 상기 입력 블록의 방향성에 영향을 주는 계수들을 선택하고, 상기 선택된 계수들로부터 상기 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단한다. 또한, 상기 인트라 예측부(330)는 상기 판단된 입력 블록 화소들의 방향성과 가장 유사한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드 후보들에 대해서만 인트라 예측을 수행함으로써, 종래 입력 블록의 특성에 상관없이 모든 인트라 예측 모드들에 대해서 인트라 예측을 수행하는 경우에 비하여 부호화 속도를 향상시키는 한편 복잡도를 감소시킨다.
인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되어 현재 입력 블록에 대응되는 예측 블록이 형성되면, 상기 예측 블록과 현재 입력 블록 사이의 잔차(residual)를 계산하고, 상기 변환부(308) 및 상기 양자화부(310)는 각각 상기 잔차를 변환 및 양자화한다. 양자화된 잔차는 엔트로피 코딩부(314)에서 부호화하기 위하여 재정렬부(312)를 거친다. 또한, 인터 예측에 사용될 참조 픽처를 얻기 위하여 양자화된 픽처를 역양자화부(316)와 역변환부(318)를 거쳐 현재 픽처를 복원한다. 이렇게 복원된 현재 픽처는 디블록킹 필터링을 수행하는 필터(320)를 거친 후, 프레임 메모리(322)에 저장되었다가 다음 픽처에 대하여 인터 예측을 수행하는데 사용된다.
도 4는 도 3의 본 발명에 따른 인트라 예측부(330)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 상기 인트라 예측부(330)는 주파수 변환부(331), 방향성 판단부(332), 인트라 예측 모드 후보 선택부(333) 및 인트라 예측 수행부(334)를 포함한다.
상기 주파수 변환부(331)는 소정 크기의 입력 블록에 대한 주파수 변환을 수행한다. 일 실시예로서, 상기 주파수 변환부(331)는 이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform, 이하 "DCT 변환"이라 함)을 이용하여 상기 입력 블록을 주파수 변환한다. 널리 알려진 바와 같이, DCT 변환은 입력 영상을 2차원 주파수 성분으로 분해하는 변환 과정이다. N×N 입력 블록의 i번째 행(i=0,1,2,..., N-1) 및 j 번째 열(j=0,1,2,..., N-1)의 화소를 f(i,j), 상기 주파수 변환된 입력 블록의 u번째 행(u=0,1,2,..., N-1) 및 v번째 열(v=0,1,2,..., N-1)의 DCT 계수를 F(u,v)라고 나타내면, F(u,v)는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112005072564171-pat00001
여기서,
Figure 112005072564171-pat00002
(u,v가 0인 경우),
Figure 112005072564171-pat00003
(u,v가 0이 아닌 경우)이다.
상기 방향성 판단부(332)는 상기 주파수 변환된 입력 블록의 계수들을 이용하여 상기 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단한다.
도 5는 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법 및 장치에서 이용되는 주파수 변환된 블록 계수의 특징을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법 및 장치에서 입력 블록의 방향성을 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 4×4 입력 블록(50)에 대하여 DCT 변환을 수행하여 출력되는 주파수 변환된 블록(55)의 최좌상측 DCT 계수 F(0,0)은 입력 블록의 직류(Direct Current:DC) 성분을 갖고, 상기 F(0,0)을 제외한 나머지 DCT 계수들은 오른쪽 및 아래로 갈수록 높은 주파수를 갖는 입력 블록의 교류(Alternative Current:AC) 성분을 갖는다. 상기 직류 성분은 입력 블록의 화소값 평균을 나타내 며, 상기 교류 성분은 상기 입력 블록 내부에 구비된 에지(edge) 등의 영향을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 상기 에지는 객체의 경계 부분과 같이, 입력 블록 내부의 화소들 사이의 화소값 차이로 인해 생긴다. 도 6에서는 에지에 의하여 입력 블록(60)이 두 영역(61,62)으로 분리되어 전체적으로 우상측(또는 좌하측) 방향성을 갖는 경우를 도시하고 있다.
이와 같이, 입력 블록 내부의 화소들의 방향성은 에지 부분에 많은 영향을 받고, 에지 부분은 주파수 변환된 블록 계수들의 교류 성분에 영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 방향성 판단부(332)는 저주파의 계수들이 아닌 입력 블록의 에지 부분에 영향을 많이 받는 교류 성분의 계수들로부터 에지 방향을 추측하고, 상기 에지 방향을 통해 입력 블록의 방향성을 판단한다. 특히, 상기 방향성 판단부(332)는 상기 주파수 변환부(331)에서 DCT 변환된 블록의 계수들 중 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들과 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율을 이용하여 방향성을 판단한다. 상기 가로 방향의 에지 정보는 상기 DCT 변환된 블록의 최우상측 계수 및 상기 최우상측 계수에 인접한 계수들에 반영되며, 상기 세로 방향의 에지 정보는 최좌상측 계수 및 상기 최좌하측 계수에 인접한 계수들에 반영된다. 도 6에서, 입력 블록(60)의 수직 방향(y축 방향)과 에지가 이루는 각을 θ라고 하면, 상기 방향성 판단부(332)는 상기 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들과 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 상기 θ를 계산할 수 있다.
예를 들어, 상기 방향성 판단부(332)는 상기 도 5의 주파수 변환된 블록(55) 의 DCT 계수들 중에서 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들(56), 즉 F(0,2), F(0.3), F(1,3)과 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들(57), 즉 F(2,0), F(3,0), F(3,1)을 이용하여 다음의 수학식 2와 같이 상기 입력 블록(50) 내부의 화소들의 방향성을 나타내는 각도 θ를 계산한다.
Figure 112005072564171-pat00004
상기 수학식 2에서,
Figure 112005072564171-pat00005
은 상기 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들(57)과 상기 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들(56) 사이의 에너지 크기 비율을 가리키며, 상기 에너지 크기 비율의 역탄젠트값은 상기 입력 블록(50)의 방향성을 나타내는 각도 θ를 나타내게 된다.
상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 상기 방향성 판단부(332)에서 판단된 방향성에 기초하여 소정의 인트라 예측 모드들 중 실제로 인트라 예측을 수행할 인트라 예측 모드 후보들을 선택한다. 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 입력 블록의 크기에 따라 미리 정해진 소정의 인트라 예측 모드들 중에서 상기 판단된 방향성과 가장 유사한 방향을 갖는 인트라 예측 모드 후보를 선택하고, 상기 인트라 예측 수행부(334)는 상기 선택된 인트라 예측 모드에 따라서만 실제로 인트라 예측을 수행한다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따라서 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)에서 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 과정의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 7a를 참조하면, 전술한 바와 같이 H.264 표준안에 따른 4×4 인트라 예측 모드들은 모드 0 내지 8까지 총 9가지 인트라 예측 모드를 갖는다. 상기 방향성 판단부(332)에서 판단된 입력 블록의 방향성이 도시된 바와 같이 모드 3과 모드 7중 모드 3에 더 가깝다고 하면 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 상기 모드 3만을 실제로 인트라 예측을 수행할 인트라 예측 모드 후보로 선택할 수 있다. 그리고, 상기 인트라 예측 수행부(334)는 상기 선택된 모드 3에 따라서 인트라 예측을 수행한다.
또한, 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 서로 인접한 인트라 예측 모드들 사이에 위치하는 경우 오직 하나의 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 대신에, 서로 인접한 인트라 예측 모드 모두를 인트라 예측 모드 후보로 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 7b를 참조하면, 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 판단된 방향성이 모드 8과 모드 1의 중간 영역에 위치한 경우 상기 모드 8과 모드 1 양자 모두를 인트라 예측 모드 후보로 선택한다. 여기서, 중간 영역이란 서로 인접한 모드들 사이를 각도상으로 3개의 영역으로 나누었을 때 그 중간 부분을 가리키는 것으로, 상기 3개의 영역은 서로 동일한 각도를 갖도록 하거나 좀 더 압축 효율을 높이고 싶은 경우는 중간 영역의 크기를 크게 설정하여 어느 하나의 인트라 예측 모드가 아닌 2개의 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측이 수행될 수 있도록 한다. 물론, 이와 같은 경우에도 종래 9개의 인트라 예측 모드 모두에 대해서 인트라 예측을 수행하는 경우에 비하여 더욱 빠른 부호화를 달성할 수 있을 것이다.
한편, 전술한 바와 같이 입력 블록의 방향성에만 의존하여 인트라 예측 모드를 선택하는 경우 직류(DC) 모드를 선택할 수 없다. 따라서, 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 주파수 변환된 입력 블록의 전체 에너지 분포에서 직류 성분 에너지의 크기를 제외한 교류 성분 에너지가 갖는 비율(DDC)을 계산하고, 상기 비율이 소정의 임계값 미만인 경우에는 직류 모드를 인트라 예측 모드 후보로 선택할 수 있다. 구체적으로, 입력 블록의 크기를 m×n, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 u(u=0,1,2,...,m)번째 행, v(v=0,1,2,...n)번째 열의 계수를 F(u,v)라고 할 때, 입력 블록의 전체 에너지 분포에서 직류 성분 에너지를 제외한 교류 성분 에너지가 차지하는 비율(DDC)은 다음의 수학식 3을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112005072564171-pat00006
전체적으로 평탄한 화소값을 갖는 입력 블록과 같이 입력 블록 전체에서 교류 성분이 차지하는 에너지가 작은 경우에는 소정 방향에 따른 인트라 예측을 수행하는 경우에 비하여 입력 블록 전체의 평균값을 통해 예측 블록을 형성하는 직류 모드를 선택하는 것이 바람직하므로 전술한 바와 같이 상기 인트라 예측 모드 후보 선택부(333)는 상기 수학식 3을 통해 직류 모드 여부를 별도로 판단할 수 있다.
상기 인트라 예측 수행부(334)는 상기 선택된 인트라 예측 모드 후보들에 대해서만 인트라 예측을 수행함으로써, 종래 입력 블록의 특성에 상관없이 모든 인트라 예측 모드들에 대해서 인트라 예측을 수행하는 경우에 비하여 부호화 속도를 향상시키는 한편 복잡도를 감소시킨다.
도 8은 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8을 참조하면, 단계 810에서 DCT 등의 주파수 변환 알고리즘을 이용하여 소정 크기의 입력 블록을 주파수 영역으로 변환한다.
단계 820에서 상기 주파수 변환된 입력 블록의 계수들 중에서 가로 방향의 에지 정보 및 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 상기 입력 블록에 포함된 에지 방향을 판단하여 입력 블록 내부 화소들의 방향성을 판단한다. 전술한 바와 같이, DCT 변환된 입력 블록의 계수들 중 최우상측 계수 및 상기 최우상측 계수에 인접한 계수들은 입력 블록의 가로 방향의 에지 정보를 포함하게 되고, 최좌하측 계수 및 상기 최좌하측 계수에 인접한 계수들은 입력 블록의 세로 방향의 에지 정보를 포함한다. 따라서, 상기 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 입력블록의 방향성을 판단할 수 있다.
단계 830에서, 상기 판단된 방향성과 가장 유사한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드 후보를 선택한다. H.264 표준안과 같은 영상 압축 표준안에서는 입력 블 록의 크기에 따라 미리 규정된 복수 개의 인트라 예측 모드들을 구비하고 있으며, 본 발명에서는 상기 복수 개의 인트라 예측 모드들 중에서 상기 판단된 방향성과 가장 유사한 방향성을 갖는 적어도 1개 이상의 인트라 예측 모드 후보를 선택한다.
단계 840에서, 이용 가능한 모든 인트라 예측 모드들에 따라 인트라 예측을 수행하지 않고, 상기 선택된 인트라 예측 모드 후보들에 따라서만 인트라 예측을 수행한다. 이를 통해, 종래에 비하여 인트라 예측 부호화의 속도를 향상시킬 수 있으며, 인트라 예측시의 연산 복잡도를 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 결정된 인트라 예측 모드 정보는 최종적으로 비트스트림의 헤더에 모드 정보로서 포함되어 복호화기로 전송되고 상기 비트스트림을 수신한 복호화부에서는 상기 모드 정보로부터 인트라 예측 모드를 판단하여 인트라 예측 복호화를 수행하게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 장치가 적용되는 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면 영상 복호화 장치(900)는 엔트로피 디코더(910), 재정렬부(920), 역양자화부(930), 역변환부(940), 움직임 보상부(950), 인트라 예측부(960) 및 필터(970)를 구비한다. 여기서, 인트라 예측부(960)는 본 발명에 따른 인트라 예측 복호화 장치에 대응된다.
상기 엔트로피 디코더(910) 및 재정렬부(920)는 압축된 비트스트림을 수신하여 엔트로피 복호화를 수행하여 인트라 예측 모드 정보 및 양자화된 계수 정보 등을 추출한다. 상기 역양자화부(930) 및 역변환부(940)는 추출된 인트라 예측 모드 정보 및 양자화된 계수에 대한 역양자화 및 역변환을 수행하여 변환 계수들, 움직임 벡터 정보, 헤더 정보 및 인트라 예측 모드 정보 등을 추출한다. 상기 움직임 보상부(950) 및 인트라 예측부(960)는 각각 복호화된 헤더 정보를 사용하여 부호화된 픽처 타입에 따라서 예측 블록을 생성하며, 상기 예측 블록은 오차값을 나타내는 D'n에 더해져서 uF'n이 생성된다. 상기 uF'n는 필터(970)를 거쳐 복원된 픽처 F'n이 생성된다.
도 10은 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
단계 1010에서, 상기 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 방법에 따라 부호화된 비트스트림을 수신하고, 상기 비트스트림의 헤더에 구비된 인트라 예측 모드 정보를 이용하여 복호화할 현재 입력 블록의 인트라 예측 모드를 결정한다.
단계 1020에서, 상기 결정된 인트라 예측 모드 정보에 따라 인트라 예측을 수행하여 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 생성하고, 상기 예측 블록과 상기 비트스트림에 포함된 잔차값을 더하여 현재 블록을 복원한다.
본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있 으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 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 바와 같은 본 발명에 따르면, 인트라 예측의 연산량을 감소시켜 실시간 영상 압축에서의 압축 성능을 유지하며 연산 속도를 향상시켜 영상의 실시간 처리 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 실시간 인터넷 스트리밍 서비스에서 영상 부호화 시에 인트라 예측 속도를 향상시킴으로써 효율적인 스트리밍 서비스를 구현할 수 있다.

Claims (24)

  1. 영상의 인트라 예측 부호화 방법에 있어서,
    입력 블록을 주파수 변환하는 단계;
    상기 주파수 변환된 입력 블록의 계수들 중 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들과 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 계산된 상기 입력 블록 내부의 에지 방향을 이용하여 상기 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단하는 단계;
    상기 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 소정의 인트라 예측 모드들 중 인트라 예측을 수행할 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 인트라 예측 모드 후보에 따라서 상기 입력 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들은 상기 주파수 변환된 입력 블록의 최우상측 계수 및 상기 최우상측 계수에 인접한 계수들을 포함하고, 상기 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들은 상기 주파수 변환된 입력 블록의 최좌하측 계수 및 상기 최좌하측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 변환은,
    이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform:DCT)인 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 에너지 크기의 비율을 R, 상기 입력 블록의 수직 방향과 상기 입력 블록 내부의 에지 방향이 이루는 각을 θ라 할 때,
    R={(세로 방향의 외곽선 정보를 갖는 계수들 각각의 제곱의 합)/(세로 방향의 외곽선 정보를 갖는 계수들 각각의 제곱의 합)}; 및
    θ=tan-1R 인 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 입력 블록의 크기를 4×4, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 u(u=0,1,2,3)번째 행, v(v=0,1,2,3)번째 열의 계수를 F(u,v)라고 할 때, 상기 입력 블록의 수직 방향과 상기 입력 블록 내부의 에지 방향이 이루는 각(θ)은 다음의 수학식;
    Figure 112005072564171-pat00007
    을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 단계는,
    상기 판단된 방향성과 가장 유사한 방향을 갖는 인트라 예측 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 단계는,
    상기 판단된 방향성이 서로 인접한 상기 소정의 인트라 모드들의 중간 영역에 위치한 경우, 상기 서로 인접한 소정의 인트라 모드 모두를 인트라 예측 모드 후보로 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 단계는,
    상기 주파수 변환된 입력 블록의 전체 에너지 분포에서 직류 성분 에너지의 크기를 제외한 교류 성분 에너지가 갖는 비율을 계산하고, 상기 비율이 소정의 임계값 미만인 경우에는 직류 모드를 인트라 예측 모드 후보로 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 입력 블록의 크기를 m×n, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 u(u=0,1,2,...,m)번째 행, v(v=0,1,2,...n)번째 열의 계수를 F(u,v)라고 할 때, 상기 비율(DDC)은 다음의 수학식;
    Figure 112005072564171-pat00008
    을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 소정의 인트라 예측 모드는 H.264 표준안에 따른 인트라 예측 모드인 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 방법.
  12. 영상의 인트라 예측 부호화 장치에 있어서,
    입력 블록을 주파수 변환하는 주파수 변환부;
    상기 주파수 변환부에서 주파수 변환된 입력 블록의 계수들을 이용하여 상기 입력 블록에 구비된 화소들의 방향성을 판단하는 방향성 판단부;
    상기 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 소정의 인트라 예측 모드들 중 인트라 예측을 수행할 인트라 예측 모드 후보를 선택하는 인트라 예측 모드 후보 선택부; 및
    상기 선택된 인트라 예측 모드 후보에 따라서 상기 입력 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 인트라 예측 수행부를 포함하며,
    상기 방향성 판단부는 상기 주파수 변환된 입력 블록의 최우상측 계수 및 상기 최우상측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들과, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 최좌하측 계수 및 상기 최좌하측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 계산된 상기 입력 블록 내부의 에지방향으로부터 상기 화소들의 방향성을 판단하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 주파수 변환부는,
    이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform:DCT)을 이용하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 에너지 크기의 비율을 R, 상기 입력 블록의 수직 방향과 상기 입력 블록 내부의 에지 방향이 이루는 각을 θ라 할 때,
    R={(세로 방향의 외곽선 정보를 갖는 계수들 각각의 제곱의 합)/(세로 방향의 외곽선 정보를 갖는 계수들 각각의 제곱의 합)}; 및
    θ=tan-1R 인 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 입력 블록의 크기를 4×4, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 u(u=0,1,2,3)번째 행, v(v=0,1,2,3)번째 열의 계수를 F(u,v)라고 할 때,
    상기 방향성 판단부는 다음의 수학식;
    Figure 112005072564171-pat00009
    을 통해 상기 입력 블록의 수직 방향과 상기 입력 블록 내부의 에지 방향이 이루는 각(θ)을 계산하여 상기 방향성을 판단하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 인트라 예측 모드 후보 선택부는,
    상기 판단된 방향성과 가장 유사한 방향을 갖는 인트라 예측 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 인트라 예측 모드 후보 선택부는,
    상기 판단된 방향성이 서로 인접한 상기 소정의 인트라 모드들의 중간 영역에 위치한 경우, 상기 서로 인접한 소정의 인트라 모드 모두를 인트라 예측 모드 후보로 선택하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 인트라 예측 모드 후보 선택부는,
    상기 주파수 변환된 입력 블록의 전체 에너지 분포에서 직류 성분 에너지의 크기를 제외한 교류 성분 에너지가 갖는 비율을 계산하고, 상기 비율이 소정의 임계값 미만인 경우에는 직류 모드를 인트라 예측 모드 후보로 선택하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 입력 블록의 크기를 m×n, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 u(u=0,1,2,...,m)번째 행, v(v=0,1,2,...n)번째 열의 계수를 F(u,v)라고 할 때,
    상기 인트라 예측 모드 후보 선택부는 다음의 수학식;
    Figure 112005072564171-pat00010
    을 통해 상기 비율(DDC)을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  22. 제 12항에 있어서,
    상기 소정의 인트라 예측 모드는 H.264 표준안에 따른 인트라 예측 모드인 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 부호화 장치.
  23. 영상의 인트라 예측 복호화 방법에 있어서,
    주파수 변환된 입력 블록의 최우상측 계수 및 상기 최우상측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들과, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 최좌하측 계수 및 상기 최좌하측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 계산된 상기 입력 블록 내부의 에지 방향으로부터 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 선택된 소정의 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측 부호화된 비트 스트림을 수신하는 단계;
    상기 수신된 비트스트림의 헤더에 구비된 인트라 예측 모드 정보를 이용하여 복호화할 현재 블록의 인트라 예측 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 인트라 예측 모드에 따라 인트라 예측 복호화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 복호화 방법.
  24. 영상의 인트라 예측 복호화 장치에 있어서,
    주파수 변환된 입력 블록의 최우상측 계수 및 상기 최우상측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 가로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들과, 상기 주파수 변환된 입력 블록의 최좌하측 계수 및 상기 최좌하측 계수에 인접한 계수들을 포함하는 세로 방향의 에지 정보를 갖는 계수들 사이의 에너지 크기의 비율로부터 계산된 상기 입력 블록 내부의 에지 방향으로부터 판단된 화소들의 방향성에 기초하여 선택된 소정의 인트라 예측 모드에 따라서 인트라 예측 부호화된 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림의 헤더에 구비된 인트라 예측 모드에 따라 인트라 예측 복호화하는 인트라 예측 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 인트라 예측 복호화 장치.
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