KR101138393B1 - 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치가 개시된다. 그 부호화 장치는, 적어도 두 가지의 컬러 영상 성분으로 이루어지는 원 영상을 부호화하는 장치에 있어서, 인터(Inter) 모드인 경우, 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀 생성하는 레지듀생성부; 상기 레지듀생성부의 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화하는 레지듀 컬러 예측부; 인트라(Intra) 모드인 경우, 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화 하는 인트라 컬러 예측부; 및 상기 레지듀 컬러 예측부 또는 인트라 컬러 예측부의 결과 값을 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러영상 및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치에 의하면, 컬러영상 또는 비디오 데이터를 기존의 컬러 변환하는 과정 없이 효과적으로 직접 압축할 수 있다. 또한 부호화 모드에 따라서 달라지는 컬러 성분간의 중복되는 정보를 영상성분 간의 상관성을 이용하여 제거함으로써 부호화 효율을 높일 수 있다.

Description

부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치{Apparatus and method for encoding/decoding of color image and video using different prediction among color components according to coding modes}
도 1은 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치의 구성에 대한 보다 구체적인 실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 데이터를 부호화 방법에 대한 일실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 부호화된 컬러 영상 및 비디오 데이터를 복호화하는 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 부 호화된 컬러 영상 및 비디오에 대한 컬러영상 및 비디오 복호화 방법을 흐름도로 도시한 것이다.
본 발명은 영상 부호화 및 복호화에 관한 것으로서, 특히 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러영상 및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 압축의 경우 압축률을 높이기 위해 R-G-B, X-Y-Z 등의 컬러 영상 형식을 압축에 적합한 형식인 Y-Cr-Cb 등의 영상 형식으로 변환한다. 그러나 Y-Cr-Cb로 변환할 때 근본적으로 영상의 품질이 손실된다. 그리고 일반적으로 Y-Cr-Cb 영상을 압축할 때 압축효율을 위해 Cr 및 Cb 성분을 4배만큼 크기를 줄여 부호화하게 된다. 따라서 Y-Cr-Cb 영상을 부호화할 때는 고품질의 영상 복원이 어렵다. 그 한 예로서, 최근 표준화가 진행 중인 VC-1 표준화 기술을 들을 수 있다.
또 다른 한가지 문제점으로는 이러한 Y-Cr-Cb로 변환 손실을 줄이기 위해 R-G-B 컬러 성분을 기존의 Y-Cr-Cb 부호화기에서 각각의 성분을 독립적으로 부호화하면 R-G-B 성분 상호간에 남아 있는 상관관계(correlation)를 이용하지 못하므로 부호화 효율이 떨어진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 컬러 영상 또는 비디오 데이터를 기 존의 컬러 변환하는 과정 없이 효과적으로 직접 압축하기 위해, 영상성분 간의 상관성을 이용하여 컬러 성분간의 중복성을 감소시킴으로써 부호화 효율을 높이고, 부호화 모드에 따라서 달라지는 각 색상 성분간의 중복되는 정보를 제거하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 부호화된 컬러 영상 및 비디오 데이터에 대한 컬러영상 및 비디오 복호화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치는, 적어도 두 가지의 컬러 영상 성분으로 이루어지는 원 영상을 부호화하는 장치에 있어서, 인터(Inter) 모드인 경우, 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀 생성하는 레지듀생성부; 상기 레지듀생성부의 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화하는 레지듀 컬러 예측부; 인트라(Intra) 모드인 경우, 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화 하는 인트라 컬러 예측부; 및 상기 레지듀 컬러 예측부 또는 인트라 컬러 예측부의 결과 값을 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 인트라 컬러 예측부과 레지듀 컬러 예측부는 서로 다른 예측 방법을 사용하는 것이 바람직하 다. 또한 상기 인트라 컬러예측부과 레지듀 컬러예측부는 동일한 예측 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 레지듀 컬러 예측부는 YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 레지듀 컬러 예측부는 R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것이 바람직하다.
상기 인트라 컬러 예측부는 YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 인트라 컬러 예측부는 R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법은, 적어도 두 가지의 컬러 영상 성분으로 이루어지는 원 영상을 부호화하는 방법에 있어서, 인터 모드인 경우, 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀 생성하는 단계; 상기 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화하는 단계; 인트라 모드인 경우, 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행하는 단계; 및 상기 인터모드에서의 레지듀 컬러 예측 결과 값 또는 인트라모드에서의 컬러성분간 예측 결과 값을 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 인트라 컬러 예측과 레지듀 컬러 예측은 서로 다른 예측 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 인트라 컬러예측과 레지듀 컬러예측은 동일한 예측 방법을 사용할 수 있다. 상기 레지듀 컬러 예측은 YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼 서 부호화하는 것이 바람직하다. 상기 인트라 컬러 예측은 YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것이 바람직하다.
상술한 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 부호화된 컬러 영상 및 비디오 데이터에 대한 컬러영상 및 비디오 복호화 장치는, 적어도 두 가지의 컬러영상 성분으로 이루어지는 원 영상에 대해 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 압축한 비트열을 복호화하는 장치에 있어서, 상기 비트열을 엔트로피 복호화하는 엔트로피 복호화부; 인터 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화부에서 복원된 데이터로부터 각 컬러 성분의 레지듀 데이터를 복원하는 레지듀 컬러 보상부; 이전 영상으로부터 예측 영상을 얻어 현재 영상의 화소 값을 예측하는 움직임 예측부; 상기 레지듀 컬러 보상부에서 복원된 레지듀와 움직임 예측부에서 얻은 예측 영상으로부터 영상을 복원하는 원영상 생성부; 및 인트라 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화부에서 복원된 데이터로부터 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원하는 인트라 컬러 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 인트라 컬러 보상부과 레지듀 컬러 보상부는 서로 다른 예측 보상 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 인트라 컬러 보상부과 레지듀 컬러 보상부는 동일한 예측 방법을 사용할 수도 있다. 상기 레지듀 컬러 보상부는 YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 레지듀 컬러 보상부는 R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원하는 것이 바람직하다. 상기 인트라 컬러 보상부는 YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 인트라 컬러 보상부는 R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더하여 원영상을 복원하는 것이 바람직하다.
상술한 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 부호화된 컬러 영상 및 비디오 데이터에 대한 컬러영상 및 비디오 복호화 방법은, 적어도 두 가지의 컬러영상 성분으로 이루어지는 원 영상에 대해 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 압축한 비트열을 복호화하는 방법에 있어서, 상기 비트열을 엔트로피 복호화하는 단계; 인터 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화된 데이터로부터 각 컬러 성분의 레지듀 데이터를 복원하는 단계; 이전 영상으로부터 예측 영상을 얻어 현재 영상의 화소 값을 예측하는 단계; 상기 레지듀 컬러 보상된 레지듀와 움직임 예측된 영상으로부터 영상을 복원하는 단계; 및 인트라 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화된 데이터로부터 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 인트라 컬러 보상과 레지듀 컬러 보상은 서로 다른 예측 보상 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 인트라 컬러 보상과 레지듀 컬러 보상은 동일한 예측 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 레지듀 컬러 보상은 YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원하는 것이 바람직하다. 상기 인트라 컬러 보상은 YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 기재된 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로서, 그 부호화 장치는 레지듀 생성부(120), 레지듀 컬러 예측부(130), 인트라 컬러 예측부(100) 및 엔트로피 부호화부(150)를 포함하여 이루어진다. 또한 인트라 압축부(110), 인터 압축부(140)을 더 구비함이 바람직하다.
본 발명에서의 원 컬러 영상은 적어도 두 가지의 컬러영상 성분으로 이루어지며, R-G-B 형식, Y-Cb-Cr 형식, X-Y-Z 형식의 영상 중 어느 하나임이 바람직하다.
상기 레지듀 생성부(120)는 인터(Inter) 모드인 경우, 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀 생성한다.
상기 레지듀 컬러 예측부(130)는 상기 레지듀 생성부의 시간적 레지듀를 레 지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화한다.
상기 인트라 컬러 예측부(100)는 인트라(Intra) 모드인 경우, 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화한다.
상기 엔트로피 부호화부(150)는 상기 레지듀 컬러 예측부(130) 또는 인트라 컬러 예측부(100)의 결과 값을 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성한다.
상기 인터압축부(140)는 상기 레지듀 컬러 예측부(130)의 결과 값을 주파수 공간 변환하여 양자화하여 상기 엔트로피 부호화부(150)로 출력한다.
상기 인트라 압축부(110)는 상기 인트라 컬러 예측부(100)의 결과 값을 주파수 공간 변환, 양자화 및 DC/AC 계수 예측하여 상기 엔트로피 부호화부(150)로 출력한다.
상기 인트라 컬러 예측부(100)과 레지듀 컬러 예측부(130)는 서로 다른 예측 방법을 사용할 수도 있고, 동일한 예측 방법을 사용할 수도 있다.
또한 상기 인트라 컬러예측부(100)는 YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하거나 R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화할 수 있다.
상기 레지듀 컬러 예측부(130)도 인트라 컬러예측부(100)과 마찬가지로 YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하거나 R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치의 구성에 대한 보다 구체적인 실시예를 블록도로 도시 한 것이다.
도 2에 도시된 부호화 장치는 기존의 비디오 부호화 기술 즉 최근 표준화가 진행 중인 SMPTE (The Society of Motion Picture and Television Engineers)의 VC-1 비디오 압축 표준화 기술("Proposed SMPTE Standard for Television: VC-1 Compressed Video Bitstream Format and Decoding Process", SMPTE42M, FCD, 2005)에 의한 부호화 장치의 블록도에 본 발명의 특징이라 할 수 있는 인트라 컬러 예측부(205), 레지듀 컬러 예측부(240), 레지듀 컬러 보상부(275) 및 인트라 컬러 보상부(286)를 부가한 것이다. 여기서는 G, R, B 성분으로 이루어지는 컬러 영상을 직접 부호화한다.
상기 부호화 장치는 현재영상 저장부(Fn, 200), 이전영상 저장부(F'n-1, 225), 움직임 예측영상 생성부(10), 인트라(Intra) 압축 부호화부(20), 인터(Inter) 압축 부호화부(30), 인트라(Intra) 역압축 부호화부(50), 인터(Inter) 역압축 부호화부(40), 레지듀 생성부(238), 원영상 생성부(270), 엔트로피 부호화부(255), 루프 필터(265), 중복 변환부(Overlap smooth)(284), 인트라 컬러 예측부(205), 레지듀 컬러 예측부(240), 레지듀 컬러 보상부(275) 및 인트라 컬러 보상부(286)를 포함하여 이루어진다.
상기 현재영상 저장부(200)는 컬러 원영상을 받아들여 저장한다.
상기 이전영상 저장부(225)는 복호화된 세 성분의 이전 컬러영상을 저장한다. 부호화기는 부호화 효율을 높이기 위해 이전 프레임과 현재 프레임 간에 블록 단위로 움직임을 추정하여 시간 예측을 하는 인터(inter) 방식과 현재 프레임에서 공간적으로 인접해 있는 블록에서 예측하는 변환계수 예측을 사용하는 인트라(intra) 방식을 사용한다.
상기 움직임 예측영상 생성부(10)는 움직임 추정부(230)와 움직임예측부(235)로 이루어진다. 상기 움직임 추정부(230)는 이전 프레임과 현재 프레임 간에 블록 단위로 움직임을 추정한다. 상기 움직임 예측부(235)는 상기 움직임 추정부로부터 생성된 움직임 벡터에 해당하는 블록을 출력한다.
상기 레지듀 생성부(238)는 움직임 예측영상 생성부(10)에서 예측된 영상과 현재 프레임의 해당 블록과의 차에 해당하는 레지듀를 생성한다.
인터(Inter) 압축 부호화부(30)는 상기 레지듀 생성부(238)에서 생성된 레지듀를 압축하여 부호화하며, 주파수 공간 변환부(245)와 양자화부(250)로 이루어진다.
상기 주파수 공간 변환부(245)는 상기 레지듀 생성부(238)에서 생성된 레지듀 데이터를 압축한다. 상기 양자화부(250)는 상기 주파수 공간 변환부(245)에서 압축된 데이터를 양자화한다.
인트라(Intra) 압축 부호화부(20)는 상기 현재 영상 저장부(200)에서 저장된 컬러 원영상을 인트라(Intra) 방법으로 압축하며 주파수 공간 변환부(210), 양자화부(215), DC/AC 계수 예측부(220)로 이루어진다.
상기 주파수 공간 변환부(210)는 이산 코사인 변환(DCT)과 같은 변환을 이용하여 상기 현재영상 저장부(200)에서 나온 영상을 블록 단위로 압축한다. 상기 양자화부(215)는 상기 주파수 공간 변환부(210)에서 압축된 데이터를 양자화한다.
DC/AC 계수 예측부(220)는 현재 프레임의 변환계수 블럭과 공간적으로 근접한 변환계수로부터 예측 방향을 추정하여 예측을 수행한다.
상기 엔트로피 부호화부(255)는 인트라 압축 부호화부(20)와 인터압축 부호화부(30)에서 부호화된 데이터를 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성한다.
그리고 인터(Inter) 역압축 부호화부(40)는 역주파수 공간 변환부(280) 및 역양자화부(282)로 이루어진다. 역양자화부(282)는 양자화된 데이터를 역양자화 한다. 역주파수 공간 변환부(280)는 상기 역양자화된 데이터를 역 주파수 공간 변환하여 레지듀 영상을 복원한다.
원영상 생성부(270)를 통해 움직임 추정부(130)와 움직임 예측부(235)에서 사용된 인터 예측 방식을 통해 예측된 블럭 값에 더해진다. 루프 필터(265)는 블럭 효과를 줄여 주는 루프필터를 거쳐 복호화기에서 복원되어질 영상 F'n 을 생성한다.
인트라(Intra )역압축 부호화부(50)는 역주파수 공간 변환부(188), 역양자화부(190) 및 DC/AC 계수 예측부(292)로 이루어진다.
상기 인트라 컬러 예측부(205)는 원영상을 입력으로 받아서 인트라(Intra) 모드인 경우 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행하여 압축한다.
상기 레지듀 컬러 예측부(240)는 레지듀 생성부(138)에서 생성된 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화한다.
상기 레지듀 컬러 보상부(275)는 인터 모드인 경우 엔트로피 복호화된 데이터로부터 각 컬러 성분의 레지듀 데이터를 복원한다.
상기 인트라 컬러 보상부(286)는 인트라 모드인 경우 역주파수 공간 변환부(188)로부터 나온 영상의 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원한다.
도 3은 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 데이터를 부호화 방법에 대한 일실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
먼저, 부호화가 인트라모드인지 인터모드인지 체크한다.(300단계)
인터 모드인 경우 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀 생성한다.(320단계) 그리고 나서 상기 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화한 후(340단계), 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성한다.(380단계)
상기 인터모드인 경우를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 인터(Inter) 모드인 경우 먼저 G 성분(G plane)은 기존의 부호화기와 마찬가지로 시간적으로 인접한 영상 값을 이용하여 예측한 값을 빼서 G값의 레지듀 정보를 얻는다. 이 레지듀 값은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005038531098-pat00001
R 성분 및 B 성분은 먼저 G 성분과 마찬가지로 각 컬러 평면 내에서 움직임 예측(135)을 한다. 여기서 나온 레지듀는 다음 수학식 2 및 수학식 3과 같다.
Figure 112005038531098-pat00002
여기서 Rp 및 Bp는 R 및 B 성분을 시간적으로 인접한 영상 값으로 예측한 것이다.
각 컬러 성분의 레지듀 간의 중복되는 정보를 제거하기 위해서 레지듀 컬러 예측을 수행한다. 레지듀 변환 시에는 손실이 발생하지 않아야 한다. 예를 들어 간단한 방법으로 △G를 예측자로 사용하여 △R 및 △B에서 △G를 빼서 예측하는 방법이 있다. 이 방법을 예측 수식 및 보상 수식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112005038531098-pat00004
여기서 △2R, △2G 및 △2B는 예측된 레지듀 신호이다.
그리고, 각 성분 간의 중복을 보다 효율적으로 제거하기 위해 각 색상 성분 간의 상관도(correlation)을 고려하여 만든 색상 예측 식을 적용할 수 있다. 다음 은 YCoCg("YCoCg-R: A Color Space with RGB Reversibility and Low Dynamic Range", ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 and ITU-T SG16 Q.6 Document JVT-I014r3, SanDiego, September, 2003) 변환식 및 역변환식이다.
Figure 112005038531098-pat00005
그리고 다음은 위의 YCoCg 변환식 및 역변환식을 레지듀 변환 및 역변환에 적용한 경우이다.
Figure 112005038531098-pat00006
YCoCg 변환을 리프팅(lifting) 방법을 사용하여 개선한 것이 YCoCg-R("YCoCg-R: A Color Space with RGB Reversibility and Low Dynamic Range", ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 and ITU-T SG16 Q.6 Document JVT-I014r3, SanDiego, September, 2003)인데, 변환 및 역변환 식은 다음과 같다.
Figure 112005038531098-pat00007
이러한 변환식도 마찬가지로 레지듀 변환식에 적용할 수 있다.
만일 인트라 모드인 경우, 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행한 후(360단계), 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성한다.(380단계) 상기 인트라 컬러 예측과 레지듀 컬러 예측은 서로 다른 예측 방법을 사용할 수도 있고, 동일한 예측 방법을 사용할 수도 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 인트라(Intra) 모드인 경우에는 레지듀 영상을 생성하지 않고 인트라 컬러 예측 과정을 거쳐서 원영상의 각 색상 성분간의 중복되는 정보를 제거한다. 여기서 사용되는 컬러 예측 방법은 상술한 방법 중 어느 하나가 될 수 있고 또는 다른 방법을 사용하는 것도 가능하다. 인트라 컬러 예측 방법은 인터 모드의 레지듀 컬러 예측 방법과 동일한 방법일 수도 있고 또 다른 방법일 수도 있다. 원영상은 R-G-B 형식, X-Y-Z 형식, 또 다른 형식의 영상 중 어느 하나일 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 부호화된 컬러 영상 및 비디오 데이터를 복호화하는 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것이다. 상기 컬러영상 및 비디오 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(400), 레지듀 컬러 보상부(420), 움직임 예측부(440), 원영상 생성부(430) 및 인트라 컬러 보상부(410)를 포함하여 이루어진다.
상기 엔트로피 복호화부(400)는 상기 비트열을 엔트로피 복호화한다. 상기 레지듀 컬러 보상부(420)는 인터 모드인 경우 상기 엔트로피 복호화부(400)에서 복원된 데이터로부터 각 컬러 성분의 레지듀 데이터를 복원한다. 상기 움직이 예측부(440)는 이전 영상으로부터 예측 영상을 얻어 현재 영상의 화소 값을 예측한다. 상기 원영상 생성부(430)는 상기 레지듀 컬러 보상부(420)에서 복원된 레지듀와 움직임 예측부(440)에서 얻은 예측 영상으로부터 영상을 복원한다. 상기 인트라 컬러 보상부(410)는 인트라 모드인 경우 상기 엔트로피 복호화부(400)에서 복원된 데이터로부터 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원한다. 상기 인트라 컬러 보상부(410)과 레지듀 컬러 보상부(420)는 서로 다른 예측 보상 방법을 사용할 수도 있고, 동일한 예측 방법을 사용할 수도 있다. 상기 레지듀 컬러 보상부(420)는 YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나 R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원할 수도 있다. 마찬가지로 상기 인트라 컬러 보상부(410)도 YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나 R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한 것으로서, 도 2에 도시된 종래의 비디오 부호화 기술 (SMPTE의 VC-1 표준 기술)을 이용한 부호화 장치에 상응하는 복호화 장치의 블록도에 본 발명의 특징이라 할 수 있는 레지듀 컬러 보상부(510) 및 인트라 컬러 보상부(540)를 부가한 것이다. 여기서는 G, R, B 성분으로 이루어지는 컬러 영상을 직접 부호화한다.
상기 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(560), 복원영상 저장부(Fn, 525), 이전영상 저장부(F'n-1, 500), 원영상 생성부(508), 인트라(Intra) 역압축 복호화부(80), 인터(Intra) 역압축 복호화부(70), 루프필터(530), 중복변환부(Overlap smooth)(535)와 움직임 예측부(505)로 이루어진다.
상기 복호화 장치는 도 1의 부호화 과정을 거쳐 압축된 비트열로부터 영상을 복원하는 역할을 한다. 압축된 데이터는 엔트로피 복호화(560)한 다음에 인터(Inter) 모드인 경우 먼저 역양자화부(520)와 역주파수 공간 변환부(515)를 거쳐 원영상 생성부(215)에서 복원된 원영상을 생성한다. 그리고 인트라(Intra) 모드인 경우에는 DC/AC 계수 예측부(555), 역양자화부(550)과 역주파수 공간 변환부(545)를 순차적으로 수행한다.
그리고 본 발명의 특징이라 할 수 있는 상기 레지듀 컬러 보상부(510)는 레지듀 데이타에 대한 보상하는 과정을 수행한다. 마찬가지로 상기 인트라(Intra) 컬러 보상부(540)는 역주파수공간변환부(515)로부터 나온 영상정보를 복호화한다.
도 6은 본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 상기 복호화 방법은 부호화 방법의 역순으로 진행된다. 도 6을 참조하면, 상기 비트열을 엔트로피 복호화한다.(600단계)
비트열을 엔트로피 복호화한 후에 인터모드인지 인트라 모드인지 체크하여 (610단계), 인터 모드인 경우에는 레지듀 컬러 보상을 수행하여 각 색상 성분의 레지듀 신호를 복원하고 각 성분의 레지듀 신호는 시간 예측 보상을 수행하여 복원된 영상을 얻는다. 즉 인터 모드인 경우 상기 엔트로피 복호화된 데이터로부터 각 컬러 성분의 레지듀 데이터를 복원한다.(620단계) 그리고 나서 이전 영상으로부터 예측 영상을 얻어 현재 영상의 화소 값을 예측하여 상기 레지듀 컬러 보상된 레지듀와 움직임 예측된 영상으로부터 영상을 복원한다.(630단계)
한편, 비트열을 엔트로피 복호화한 후에 인트라 모드인 경우에는 인트라 컬러 보상을 수행한다. 즉 인트라 모드인 경우 상기 엔트로피 복호화된 데이터로부터 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원한다.(640단계) 상기 인트라 컬러 보상과 레지듀 컬러 보상은 서로 다른 예측 보상 방법을 사용할 수도 있고, 동일한 예측 방법을 사용할 수도 있다. 상기 레지듀 컬러 보상은 수학식 5에 의한 YCoCg 역변환식 또는 수학식 6 및 7에 의한 YCoCg-R 역변환식을 사용할 수 있다. 또는 수학식 4에 의한 R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원할 수 있다. 마찬가지로 상기 인트라 컬러 보상은 상기 YCoCg 역변환식 또는 상기 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원할 수 있다.
본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러영상 및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치에 의하면, 컬러영상 또는 비디오 데이터를 기존의 컬러 변환하는 과정 없이 효과적으로 직접 압축할 수 있다.
또한 부호화 모드에 따라서 달라지는 컬러 성분간의 중복되는 정보를 영상성분 간의 상관성을 이용하여 제거함으로써 부호화 효율을 높일 수 있다.

Claims (29)

  1. 적어도 두 가지의 컬러 영상 성분으로 이루어지는 원 영상을 부호화하는 장치에 있어서,
    인터(Inter) 모드인 경우, 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀를 생성하는 레지듀생성부;
    컬러 성분간 중복정보를 제거하기 위하여 컬러성분 간의 상관성을 고려하면서 상기 레지듀생성부의 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화하는 레지듀 컬러 예측부;
    상기 레지듀 컬러 예측부의 결과값에 대하여 주파수 공간 변환 및 양자화를 수행하는 인터 압축부;
    인트라(Intra) 모드인 경우, 원영상의 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화 하는 인트라 컬러 예측부;
    상기 인트라 컬러 예측부의 결과값에 대하여 주파수 공간 변환, 양자화 및 DC/AC 계수 예측을 수행하는 인트라 압축부; 및
    상기 인터 압축부 또는 인트라 압축부의 결과 값을 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성하는 엔트로피 부호화부를 포함하고, 상기 인트라 모드에서 원영상으로부터 컬러 성분간 중복정보는 레지듀를 생성하지 않고 제거되는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인트라 컬러 예측부과 레지듀 컬러 예측부는 서로 다른 예측 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인트라 컬러예측부과 레지듀 컬러예측부는 동일한 예측 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치
  4. 제1항에 있어서, 상기 원영상은
    R-G-B 형식, Y-Cb-Cr 형식, X-Y-Z 형식의 영상 중 어느 하나임을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레지듀 컬러 예측부는
    YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 레지듀 컬러 예측부는
    R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 인트라 컬러 예측부는
    YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 인트라 컬러 예측부는
    R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 장치.
  10. 삭제
  11. 적어도 두 가지의 컬러 영상 성분으로 이루어지는 원 영상을 부호화하는 방법에 있어서,
    인터 모드인 경우, 각 컬러 성분의 이전 영상과 현재 영상 사이에 소정의 크기의 블록 단위로 움직임을 추정하여 얻어진 예측 영상과 현재 영상의 차를 구해 시간적 레지듀를 생성하는 단계;
    컬러 성분간 중복정보를 제거하기 위하여 컬러성분 간의 상관성을 고려하면서 상기 시간적 레지듀를 레지듀 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화하는 단계;
    부호화된 시간적 레지듀에 대하여 주파수 공간 변환 및 양자화를 수행하여 압축하는 단계;
    인트라 모드인 경우, 원영상을 컬러 성분간 예측을 수행하여 부호화하는 단계;
    부호화된 원영상에 대하여 주파수 공간 변환, 양자화 및 DC/AC 계수 예측을 수행하여 압축하는 단계; 및
    상기 인터모드에서의 압축 데이터의 결과 값 또는 인트라모드에서의 압축 데이터의 결과 값을 엔트로피 부호화하여 비트열을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 인트라 모드에서 원영상으로부터 컬러 성분간 중복정보는 레지듀를 생성하지 않고 제거되는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 인트라 컬러 예측과 레지듀 컬러 예측은
    서로 다른 예측 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 인트라 컬러예측과 레지듀 컬러예측은
    동일한 예측 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 원영상은
    R-G-B 형식, Y-Cb-Cr 형식, X-Y-Z 형식의 영상 중 어느 하나임을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 레지듀 컬러 예측은
    YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 인트라 컬러 예측은
    YCoCg 변환식 또는 YCoCg-R 변환식를 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값에서 G 성분의 레지듀의 값을 빼서 부호화하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 부호화 방법.
  17. 적어도 두 가지의 컬러영상 성분으로 이루어지는 원 영상에 대해 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 압축한 비트열을 복호화하는 장치에 있어서,
    상기 비트열을 엔트로피 복호화하는 엔트로피 복호화부;
    인터 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화부에서 복원된 데이터에 대하여 역양자화 및 역주파수 공간변환을 수행하는 인터 역압축 복호화부;
    상기 인터 역압축 복호화부의 결과값으로부터 각 컬러 성분의 시간적 레지듀 데이터를 복원하는 레지듀 컬러 보상부;
    이전 영상으로부터 예측 영상을 얻어 현재 영상의 화소 값을 예측하는 움직임 예측부;
    상기 레지듀 컬러 보상부에서 복원된 레지듀와 움직임 예측부에서 얻은 예측 영상으로부터 원영상을 복원하는 원영상 생성부;
    인트라 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화부에서 복원된 데이터에 대하여 DC/AC 계수 예측, 역양자화 및 역주파수 공간변환을 수행하는 인트라 역압축 복호화부;
    상기 인트라 역압축 복호화부의 결과값으로부터 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원하는 인트라 컬러 보상부를 포함하고, 상기 인트라 모드에서 원영상으로부터 컬러 성분간 중복정보는 레지듀를 생성하지 않고 제거되는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 인트라 컬러 보상부과 레지듀 컬러 보상부는 서로 다른 예측 보상 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 인트라 컬러 보상부과 레지듀 컬러 보상부는 동일한 예측 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 레지듀 컬러 보상부는
    YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 레지듀 컬러 보상부는
    R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 인트라 컬러 보상부는
    YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 인트라 컬러 보상부는
    R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더하여 원영상을 복원하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 장치.
  24. 적어도 두 가지의 컬러영상 성분으로 이루어지는 원 영상에 대해 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용하여 압축한 비트열을 복호화하는 방법에 있어서,
    상기 비트열을 엔트로피 복호화하는 단계;
    인터 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화된 데이터에 대하여 역양자화 및 역주파수 공간변환을 수행하여 역압축하는 단계;
    상기 역압축된 데이터로부터 각 컬러 성분의 시간적 레지듀 데이터를 복원하는 단계;
    이전 영상으로부터 예측 영상을 얻어 현재 영상의 화소 값을 예측하는 단계;
    상기 복원된 각 컬러 성분의 시간적 레지듀 데이터와 상기 이전 영상으로부터 얻어진 예측 영상으로부터 원영상을 복원하는 단계;
    인트라 모드인 경우, 상기 엔트로피 복호화된 데이터에 대하여 DC/AC 계수 예측, 역양자화 및 역주파수 공간변환을 수행하여 역압축을 수행하는 단계; 및
    인트라 모드인 경우, 상기 역압축된 데이터로부터 각 컬러 성분을 보상하여 원영상을 복원하는 단계를 포함하고, 상기 인트라 모드에서 원영상으로부터 컬러 성분간 중복정보는 레지듀를 생성하지 않고 제거되는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 인트라 컬러 보상과 레지듀 컬러 보상은 서로 다른 예측 보상 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 인트라 컬러 보상과 레지듀 컬러 보상은 동일한 예측 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 레지듀 컬러 보상은
    YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 인트라 컬러 보상은
    YCoCg 역변환식 또는 YCoCg-R 역변환식을 사용하거나 사용하거나, R 및 B 성분의 레지듀의 값과 G 성분의 레지듀의 값을 더해서 레지듀를 복원하는 것을 특징으로 하는, 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상 및 비디오 복호화 방법.
  29. 제11항 내지 제16항, 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 기재된 발명을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1020050064502A 2005-07-15 2005-07-15 부호화 모드에 따른 컬러 성분간 예측을 이용한 컬러 영상및 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치 KR101138393B1 (ko)

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