KR101249346B1 - 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치, 상기 방법을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치, 상기 방법을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부와, 상기 현재 블록의 각 화소에서의 화소값에서 상기 예측 블록의 각 화소에서의 화소값을 감산하여 잔차 신호를 갖는 잔차 블록(Residual Block)을 생성하는 감산부와, 상기 잔차 블록의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 변환부와, 상기 변환된 잔차 블록을 양자화(Quantization) 하는 양자화부와, 상기 양자화된 잔차 블록의 양자화 계수들을 부호화함으로써 부호화 데이터를 생성하는 부호화부를 포함하며, 상기 부호화부는 상기 양자화부에 의해 양자화(Quantization)된 계수가 0인 경우 0으로, 그 외의 값인 경우에는 1로 이진화하는 이진화부와, 상기 이진화 된 계수를 저장하는 양자화 계수 배열 저장부와, 상기 양자화 계수 배열 저장부에 저장된 계수를 내림차순 정렬하는 양자화 계수 배열 정렬부와, 상기 정렬된 계수의 순서에 따라 매크로블록마다의 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 부호화하는 양자화 계수 탐색부를 포함한다.
본 발명에 따른 영상 부호화/복호화 장치를 이용하면, 양자화 계수 탐색을 가변적으로 수행하여 압축 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치, 상기 방법을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체 {METHOD AND APPARATUS FOR VIDEO CODING/DECODING USING ADAPTIVE QUANTIZATION COEFFICIENT SCANNING, AND COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM HAVING A PROGRAM RECORDED THEREON TO IMPLEMENT ITS METHOD}
본 발명은 영상 부호화/복호화 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 양자화 계수 탐색 방법을 효율적으로 개선하여 압축 효율을 향상시키는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 장치에 관한 것이다.
ISO/IEC JTC1/SC29/WG11(MPEG, Moving Picture Experts Group)과 ITU-TSG16 Q.6(VCEG, Video Coding Experts Group)의 전문가들이 연합하여 연합 비디오팀(JVT, Joint Video Team)을 구성하여 기존의 MPEG-4 Part 2와 H.263 표준안보다 더욱 우수하고 뛰어난 비디오 압출 기술을 기발하였으며, 이 기술은 2003년 5월에 H.264/AVC(Advanced Video Coding) 및 MPEG-4 Part 10: AVC라는 명칭으로 공동 발표되었다. 이후, H.264/AVC는 다양한 모바일 TV의 표준과 차세대 DVD 저장 방식으로 채택되고 있으며, 일반 사용자에게 HD 급의 고해상도 영상 서비스를 가능하게 하였다.
H.264/AVC 표준은 기존의 비디오 부호화 표준들과 마찬가지로, 이미 부호화된 화면으로부터 물체의 움직임을 추정하여 예측 신호를 구하고, 예측 오류를 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform)을 수행하여 그 계수를 양자화하여 부호화한다. 즉, H.264/AVC 표준은 움직임 보상(Motion Compensation)과 이산 코사인 변환 방법을 모두 사용하는 혼합 부호화(Hybrid Coding) 방식이다. 하지만, H.264/AVC 표준에서는 압축 효율을 높이기 위하여 기존 표준에 비해 작은 블록 크기인 4×4 블록 단위까지 움직임 보상과 이산 코산인 변환을 수행하며, 주관적인 화질을 향상시키기 위해 복원된 화면의 블록 경계에 생기는 왜곡을 억제하는 디블록킹(Deblocking) 필터를 사용한다. 또한, 이산 코사인 변환된 계수를 양자화 한 후의 신호를 엔트로피(Entropy) 부호화할 때 주변의 정보에 따라 적응적으로 부호 표를 선택하는 방식을 사용하여 영상의 특성에 맞게 부호화하여 압축 효율을 향상시킨다.
하지만, H.264/AVC 압축 표준에서 사용되는 지그재그 탐색(Zig-zag Scanning) 방법에 의하면 이산 코사인 변환된 계수를 양자화 한 후의 신호 탐색순서가 고정되기 때문에, 부호화 할 때 선택되는 양자화 계수 사이에 '0'이 존재할 확률이 높다. 따라서, 양자화 계수 값(level)들 사이에 '0'의 개수가 많아져서 압축 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 양자화 계수를 적응적으로 탐색하여 기존의 방식보다 압축 성능을 향상 시킬 수 있는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 장치, 상기 방법을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치는 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부와, 상기 현재 블록의 각 화소에서의 화소값에서 상기 예측 블록의 각 화소에서의 화소값을 감산하여 잔차 신호를 갖는 잔차 블록(Residual Block)을 생성하는 감산부와, 상기 잔차 블록의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 변환부와, 상기 변환된 잔차 블록을 양자화(Quantization) 하는 양자화부와, 상기 양자화된 잔차 블록의 양자화 계수들을 부호화함으로써 부호화 데이터를 생성하는 부호화부를 포함하며, 상기 부호화부는 상기 양자화부에 의해 양자화(Quantization)된 계수가 0인 경우 0으로, 그 외의 값인 경우에는 1로 이진화하는 이진화부와, 상기 이진화 된 계수를 저장하는 양자화 계수 배열 저장부와, 상기 양자화 계수 배열 저장부에 저장된 계수를 내림차순 정렬하는 양자화 계수 배열 정렬부와, 상기 정렬된 계수의 순서에 따라 매크로블록마다의 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 부호화하는 양자화 계수 탐색부를 포함한다.
상기 본 발명의 목적에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 장치는 부호화 데이터를 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화부와, 상기 잔차 블록을 역양자화하는 역양자화부와, 상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환하는 역변환부와, 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부와, 상기 역변환된 잔차 블록과 상기 예측 블록을 가산하여 상기 현재 블록을 복원하는 가산부와, 상기 예측부와 상기 가산부 사이에 존재하여 상기 복원된 현재 블록을 디블록킹 필터링하는 필터부를 포함하며, 상기 복호화부는 상기 부호화 데이터로부터 양자화 계수열을 추출하는 양자화 계수 추출부와, 상기 추출된 양자화 계수열을 역스캐닝하여 양자화 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 잔차 블록 생성부를 포함한다.
상기 본 발명의 목적에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 방법은 현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성하는 단계와, 상기 현재 블록으로부터 상기 예측 블록을 감산하여 잔차 블록을 생성하는 단계와, 상기 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 잔차 블록을 양자화하는 단계와, 상기 양자화된 잔차 블록을 부호화하여 부호화 데이터를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 부호화 데이터를 생성하는 단계는, 현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서를 불러오는 단계와, 현재 영상 프레임의 N번째 매크로블록에 대하여 이산 코사인 변환 및 양자화를 수행하는 단계와, 상기 양자화 수행을 통해 생성된 양자화 계수를 축적한 4×4 배열에 현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서 정보배열을 더하고 저장하는 단계와, 상기 저장된 양자화 계수를 내림차순 정렬하여 다음 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계와, 상기 불러온 양자화 계수 탐색순서에 따라 현재 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수를 탐색하여 부호화를 종료하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 목적에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 방법은 부호화 데이터를 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화 단계와, 상기 잔차 블록을 역양자화하는 단계와, 상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환하는 단계와, 현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성하는 단계와, 상기 역변환된 잔차 블록과 상기 예측 블록을 가산하여 상기 현재 블록을 복원하는 단계와, 상기 복원된 현재 블록을 디블로킹 필터링하는 단계를 포함하며, 상기 복호화 단계는, 현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서를 불러오는 단계와, 상기 탐색순서에 따라 부호화 정보를 4×4 배열에 이차원으로 배치하는 단계와, 상기 4×4 배열에 이차원으로 배치한 계수 정보를 4×4 배열에 축적/저장하는 단계와, 상기 축적/저장된 계수 정보를 내림차순으로 정렬함으로써 탐색순서를 갱신하는 단계와, 현재 프레임의 N번째 매크로블록에 대하여 이산 코사인 역변환 및 역양자화하는 단계와, 상기 역양자화된 계수를 복원 영상에 가산하는 단계와, 복호화를 종료하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 목적에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 컴퓨터에, 상기 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다.
본 발명에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치, 상기 방법을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 이용하면, 양자화 계수 탐색을 가변적으로 수행할 수 있을 뿐 아니라, 종래보다 향상된 압축 성능을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치에서의 부호화부의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 복호화 장치에서의 복호화부의 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상 복호화 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 영상 부호화 방법에서의 부호화 단계에 있어서의 세부 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 영상 복호화 방법에서의 복호화 단계에 있어서의 세부 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법에서의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 종래 발명에 따른 양자화 계수의 탐색 방법 중 지그재그 스캐닝을 나타낸 도면이다.
도 11은 다양한 화면간 예측 모드에 대한 예시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 매크로블록별 양자화 계수 탐색 방법의 갱신에 대한 실시예이다.
도 13은 본 발명에 따라 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 적용하는 방법에 대한 실시예이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치는 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부(110)와, 상기 현재 블록의 각 화소에서의 화소값에서 상기 예측 블록의 각 화소에서의 화소값을 감산하여 잔차 신호를 갖는 잔차 블록(Residual Block)을 생성하는 감산부(120)와, 상기 잔차 블록의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 변환부(130)와, 상기 변환된 잔차 블록을 양자화(Quantization) 하는 양자화부(140)와, 상기 양자화된 잔차 블록의 양자화 계수들을 부호화함으로써 부호화 데이터를 생성하는 부호화부(150)를 포함한다.
각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 예측부(110)에서는 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성한다. 즉, 예측부는 화면내 예측(Intra Prediction) 또는 화면간 예측(Inter Prediction) 등을 이용하여 영상에서 부호화하고자 하는 현재 블록(Current Block)을 예측함으로써, 예측 화소값(Predicted Pixel Value)을 각 화소의 화소값으로 갖는 예측 블록(Predicted Block)을 생성한다.
다음으로, 상기 감산부(120)는 현재 블록에서 상기 예측 블록을 감산하여 잔차 블록(Residual Block)을 생성한다. 즉, 상기 감산부는 현재 블록의 각 화소의 원 화소값(Original Pixel Value)과 상기 예측 블록의 각 화소의 예측 화소값의 차이값을 계산하여 잔차 신호(Residual Signal)를 갖는 잔차 블록을 생성한다.
다음으로, 상기 변환부(130)는 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환한다. 즉, 변환부는 상기 감산부(120)에 의해 생성된 잔차 블록의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 생성한다. 여기서, 상기 변환부(130)는 하다마드 변환(Hadamard Transform), 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform) 등과 같이 공간 영역의 화상 신호를 주파수 영역으로 변환하는 다양한 변환 기법을 이용하여 상기 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환할 수 있으며, 이때 주파수 영역으로 변환된 잔차 신호가 주파수 계수가 된다.
다음으로, 상기 양자화부(140)는 상기 변환부(130)에 의해 주파수 영역으로 변환된 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 양자화한다. 여기서, 상기 양자화부는 변환된 잔차 블록을 데드존 균일 경계 양자화(DZUTQ: Dead Zone Uniform Threshold Quantization) 또는 양자화 가중치 매트릭스(Quantization Weighted Matrix) 등 다양한 양자화 기법을 이용하여 상기 잔차 블록을 양자화 할 수 있다.
다음으로, 상기 부호화부(150)는 상기 양자화부(140)에 의해 양자화된 잔차 블록의 양자화 계수들을 부호화하여 부호화 데이터를 생성한다. 이러한 부호화 기술로서는 엔트로피 부호화(Entropy Encoding) 기술이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 그 외 다른 다양한 부호화 기술이 다양하게 사용 가능하다. 이하, 상기 부호화부(150)의 세부적인 구성을 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치에서의 부호화부(150)의 세부 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 부호화부(150)는 양자화 계수 탐색방법을 적응적으로 결정하기 위하여 상기 양자화부에 의해 양자화(Quantization)된 계수가 0인 경우 0으로, 그 외의 값인 경우에는 1로 이진화하는 이진화부(151)와, 상기 이진화된 계수를 저장하는 양자화 계수 배열 저장부(152)와, 상기 양자화 계수 배열 저장부(152)에 저장된 계수를 내림차순 정렬하는 양자화 계수 배열 정렬부(153)와, 상기 정렬된 계수의 순서에 따라 매크로블록마다의 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 부호화하는 양자화 계수 탐색부(154)를 포함하도록 구성할 수 있다. 여기서, 상기 양자화 계수 탐색부(154)는 현재 매크로블록에 대하여 최종 모드가 선택되었는지를 판단하는 최종 모드 판단부와, 상기 최종 모드 판단부에서 최종 모드가 선택된 것으로 판단된 경우 상기 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 갱신부와, 상기 매크로블록의 프레임이 최종 프레임인지 여부를 판단하는 최종 프레임 판단부를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 최종 프레임 판단부에서는 상기 매크로블록을 포함한 프레임이 영상의 최종 프레임인지 판단하여 최종 프레임이 아닌 경우 다음 프레임에 대하여 양자화 계수 탐색을 반복하고, 최종 프레임인 경우에는 양자화 계수 탐색을 종료하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 부호화부(150)는 양자화 계수들을 부호화한 비트열뿐만 아니라 부호화된 비트열을 복호화하는 데 필요한 다양한 정보들을 부호화 데이터에 포함시킬 수 있다. 즉, 부호화 데이터는 부호화된 블록 형태(CBP, Coded Block Pattern), 델타 양자화 계수(Delta Quantization Parameter) 및 양자화 계수가 부호화된 비트열이 포함되는 제1 필드와 예측에 필요한 정보(예를 들어, 화면내 예측의 경우 화면내 예측 모드, 화면간 예측의 경우 움직임 벡터 등)를 위한 비트가 포함되는 제2 필드를 포함할 수 있다.
도 10은 종래 발명에 따른 양자화 계수의 탐색 방법 중 지그재그 스캐닝(Zig-Zag Scanning)을 나타낸 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이 지그재그 스캐닝은 블록에 있는 숫자의 순서대로 양자화 계수를 탐색하는 방법이다. 상기 부호화부(150)에서는 부호화 데이터를 생성하기 위하여 지그재그 스캐닝을 사용하여 잔차 블록의 정보를 1차원 정보로 만들어 부호화한다. 즉, 부호화부(150)는 영상의 각 매크로블록마다 동일한 양자화 계수 탐색방법을 이용하여 부호화하는 것이 아니라, 영상의 각 매크로블록별로 양자화 계수 탐색방법을 적응적으로 결정하여 부호화한 것으로서, 이는 비디오 영상 특성 중 하나인 시간적인 중복성을 양자화 계수 탐색에 사용한 것이다. 시간적인 중복성이 있다는 것은 이전 프레임과 현재 프레임의 영상 특성이 비슷하다는 것이고, 이는 이산 코사인 변환 후의 잔차 블록 패턴이 비슷하게 되는 것을 의미한다. 즉, 잔차 블록에서 '0'이 아닌 계수 값이 나타나는 위치가 비슷하게 된다. 이에 따라, 상기 잔차 블록에서의 '0'의 위치 정보들이 축적되고, 축적된 크기에 따라 양자화 계수를 탐색하면 부호화에 따른 압축 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 부호화부(150)에서는 처음 영상에 대해서만 지그재그 스캐닝을 사용하여 복호화기에서 부호화 데이터를 복호할 수 있게 하고, 두 번째 영상부터는 매크로블록별로 양자화 계수 탐색방법을 적응적으로 결정하여 부호화한다.
도 2는 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 장치는 부호화 데이터를 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화부(210)와, 상기 잔차 블록을 역양자화하는 역양자화부(220)와, 상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환하는 역변환부(230)와, 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부(250)와, 상기 역변환된 잔차 블록과 상기 예측 블록을 가산하여 상기 현재 블록을 복원하는 가산부(240)와, 상기 예측부(250)와 상기 가산부(240) 사이에 존재하여 상기 복원된 현재 블록을 디블록킹 필터링하는 필터부(260)를 포함한다.
각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 복호화부(210)에서는 부호화 데이터를 복호화하여 양자화 계수열을 추출하고, 상기 추출된 양자화 계수열에 대하여 역 지그재그 스캔 등의 다양한 역 스캐닝 방식을 사용하여 양자화 계수를 갖는 잔차 블록을 생성한다. 이때, 상기 복호화부(210)는 부호화 데이터에 포함된 제1 필드에서 부호화된 잔차 블록을 추출하여 복호화할 수 있고, 부호화 데이터에 포함된 제2 필드에서 예측에 필요한 정보를 추출할 수 있다. 또한, 상기 복호화부(210)는 상기 추출된 예측에 필요한 정보를 상기 예측부(250)로 전달하여, 상기 예측부(250)에서 상기 부호화 장치의 예측부(110)와 동일한 방식으로 현재 블록을 예측하도록 할 수 있다.
이하, 상기 복호화부(210)의 세부적인 구성에 대하여 살펴보도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 복호화 장치에서의 복호화부(210)의 세부 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 복호화부(210)는 상기 부호화 데이터로부터 양자화 계수열을 추출하는 양자화 계수 추출부(211)와, 상기 추출된 양자화 계수열을 역스캐닝하여 양자화 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 잔차 블록 생성부(212)를 포함하도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 복호화부(210)는 상기 부호화부(150)에서의 양자화 계수 탐색 순서와 동일하게 현재 매크로블록의 양자화 계수를 탐색하기 위하여, 부호화 데이터의 양자화 계수가 0인 경우 0으로, 그 외의 값인 경우에는 1로 이진화하는 이진화부와, 상기 이진화 된 계수를 저장하는 양자화 계수 배열 저장부와, 상기 양자화 계수 배열 저장부에 저장된 계수를 내림차순 정렬하는 양자화 계수 배열 정렬부와, 상기 정렬된 계수의 순서에 따라 매크로블록마다의 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 부호화하는 양자화 계수 탐색부를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
다음으로, 상기 역양자화부(220)는 상기 양자화부(140)에 의해 양자화된 잔차 블록을 역양자화(Inverse Quantization)하여 역양자화된 잔차 블록을 생성한다. 구체적으로, 상기 역양자화부(220)는 상기 양자화부(140)에 의해 양자화된 잔차 블록의 양자화 주파수 계수를 역양자화하여 상기 역양자화된 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 생성한다.
다음으로, 상기 역변환부(230)는 상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환(Inverse Transform)하여 역변환된 잔차 블록을 생성한다. 구체적으로, 상기 역변환부(230)는 상기 역양자화된 잔차 블록의 역양자화 주파수 계수를 공간 영역으로 역변환하여 화소값을 갖는 역변환된 잔차 블록을 생성한다.
다음으로, 상기 가산부(240)는 상기 예측부(250)에 의해 예측된 예측 블록과 상기 역변환부(230)에 의해 역변환된 잔차 블록을 가산하여 현재 블록을 복원하고 복원된 현재 블록을 상기 예측부(250)로 출력한다.
또한, 상기 필터부(260)는 상기 예측부(250)와 상기 가산부(240) 사이에 존재하며, 상기 가산부(240)에 의해 복원된 현재 블록을 디블로킹 필터링(Deblocking Filtering)한다. 여기서, 디블로킹 필터링이란 영상을 블록 단위로 부호화하면서 발생하는 블록 왜곡을 감소시키는 작업을 말하며, 블록 경계와 매크로블록 경계에 디블로킹 필터를 적용하거나, 매크로블록 경계에만 디블로킹 필터를 적용하거나, 또는 디블로킹 필터를 적용하지 않는 방법 중 하나의 방법을 선택적으로 적용하도록 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법의 개략적인 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 방법은 현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성하는 단계(S510)와, 상기 현재 블록으로부터 상기 예측 블록을 감산하여 잔차 블록을 생성하는 단계(S520)와, 상기 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 단계(S530)와, 상기 주파수 영역으로 변환된 잔차 블록을 양자화하는 단계(S540)와, 상기 양자화된 잔차 블록을 부호화하여 부호화 데이터를 생성하는 단계(S550)를 포함한다. 각 단계에 대한 구체적인 흐름은 상기 설명한 영상 부호화 장치에서의 설명과 동일하므로 생략하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 영상 부호화 방법에서의 부호화 단계에 있어서의 세부 흐름도이다. 매크로블록에서 어떠한 순서로 영상이 부호화되는지에 대하여 상세하게 살펴보기 위하여 도 7의 세부 흐름도를 참조하도록 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 영상 부호화 방법에서의 부호화 데이터를 생성하는 단계(S550)는 탐색순서를 검색하는 단계(S551)와, 이산 코사인 변환 및 양자화 단계(S552)와, 양자화 계수를 탐색하는 단계(S553)와, 양자화 계수를 저장하는 단계(S554)와, 탐색순서를 갱신하는 단계(S556)와, 부호화를 종료하는 단계(S555)를 포함한다. 각 단계에 대하여 구체적으로 살펴보면, 탐색순서를 검색하는 단계(S551)에서는 현재 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 탐색순서를 검색하여 4×4 배열의 탐색순서 정보배열을 불러오게 된다. 그리고, 이산 코사인 변환 및 양자화 단계(S552)에서는 현재 프레임의 N번째 매크로블록에 대하여 이산 코사인 변환 및 양자화를 수행하여, 양자화된 계수를 부호화한다. 그리고, 양자화 계수를 저장하는 단계(S554)에서는 상기 생성된 양자화 계수를 4×4 배열에 이진화하여 축적하고, 상기 양자화 계수가 축적된 배열에 상기 4×4 배열의 탐색순서 정보배열을 더하여 저장한다. 그리고, 상기 저장된 양자화 계수를 내림차순으로 일차원 정렬함으로써, 다음 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신(S556)하게 된다. 또한, 양자화 계수를 탐색하는 단계(S553)에서는, 상기 탐색순서를 검색하는 단계(S551)에서 검색된 탐색순서에 따라 현재 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수를 탐색하게 되고, 이러한 과정을 거치는 것에 의하여 현재 프레임의 N번째 매크로블록의 부호화가 종료(S555)된다.
도 6은 본 발명에 따른 영상 복호화 방법의 개략적인 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 방법은 부호화 데이터를 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화 단계(S610)와, 상기 잔차 블록을 역양자화하는 단계(S620)와, 상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환하는 단계(S630)와, 현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성하는 단계(S640)와, 상기 역변환된 잔차 블록과 상기 예측 블록을 가산하여 상기 현재 블록을 복원하는 단계(S650)와, 상기 복원된 현재 블록을 디블로킹 필터링하는 단계(S660)를 포함한다. 각 단계에 대한 구체적인 흐름은 상기 설명한 영상 복호화 장치에서의 설명과 동일하므로 생략하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 영상 복호화 방법에서의 복호화 단계에 있어서의 세부 흐름도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 영상 복호화 방법에서의 복호화 단계(S610)는 탐색순서를 불러오는 단계(S611)와, 부호화 정보를 배치하는 단계(S612)와, 배치값을 축적/저장하는 단계(S614)와, 탐색순서를 갱신하는 단계(S616)와, 이산 코사인 역변환 및 역양자화 단계(S613)와, 가산 단계(S615)와, 복호화 종료 단계(S617)를 포함한다. 각 단계에 대하여 구체적으로 살펴보면, 탐색순서를 불러오는 단계(S611)에서는 현재 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 불러온다. 그리고, 부호화 정보를 배치하는 단계(S612)에서는 상기 양자화 계수 탐색순서에 따라 부호화 정보를 4×4 배열에 이차원으로 배치한다. 다음으로, 상기 4×4 배열에 이차원으로 배치한 계수 정보를 4×4 배열에 축적/저장(S614)하고, 이를 내림차순으로 정렬하는 것에 의하여 다음 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신(S616)하게 된다. 또한, 현재 프레임의 N번째 매크로블록에 대하여 이산 코사인 역변환 및 역양자화를 수행(S613)하고, 상기 역양자화된 매크로블록의 계수를 복원된 영상에 가산(S615)하는 것에 의하여 복호화를 종료(S617)한다.
도 9는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법에서의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 방법의 흐름도이고, 도 11은 다양한 화면간 예측 모드에 대한 예시도이다. 본 발명에 따른 영상 부호화 방법은 기본적으로 영상 부호화 모드가 화면간 예측 모드일 경우에 사용되며, 화면내 예측 모드일 경우에도 동일하게 사용되어 질 수 있다. 다만, 동일한 방법으로 사용되므로, 이하에는 화면간 예측 모드일 경우에 대하여 서술하도록 한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계는 현재 매크로블록에 대하여 화면간 예측을 수행하는 단계(S910)와, 상기 화면간 예측을 통하여 최종 모드가 선택되었는지를 판단하는 단계(S920)와, 상기 화면간 예측을 통하여 최종 모드가 선택된 경우 상기 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계(S930)와, 상기 매크로블록의 프레임이 최종 프레임인지 여부를 판단하는 단계(S940)를 포함한다. 각 단계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 화면간 예측을 수행하는 단계(S910)에서는 도 11에 도시된 바와 같은, 여러 종류의 화면 예측 모드에 따른 화면간 예측을 수행한다. 화면간 예측을 수행한 이후, 최종 모드인지 여부를 판단하는 단계(S920)에서는 상기 화면간 예측 수행을 통하여 최종 모드가 선택되었는지 여부를 판단한다. 상기 최종 모드의 선택 여부 판단에 따라, 최종 모드가 선택되지 않은 것으로 판단된 경우에는 상기 화면간 예측을 수행하는 단계(S910)를 다시 수행하며, 최종 모드가 선택된 것으로 판단된 경우에는 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계(S930)에서 4×4 버퍼에 상기 최종 모드의 양자화 계수를 축적하고, 상기 축적된 정보를 이용하여 해당하는 16×16 매크로블록에 대한 양자화 계수 탐색순서를 갱신한다. 그리고, 최종 프레임인지 여부를 판단하는 단계(S940)에서는 상기 매크로블록을 포함한 프레임이 영상의 최종 프레임인지 판단하여 최종 프레임이 아닌 경우 상기의 과정을 다음 프레임에 대하여 반복하고, 최종 프레임인 경우에는 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계를 종료한다.
도 12는 본 발명에 따른 매크로블록별 양자화 계수 탐색 방법의 갱신에 대한 실시예이다. 도 12에 도시된 바와 같이, M번째 프레임의 N번째 매크로블록에서 최종모드가 결정되고, 양자화 계수 탐색방법이 갱신되면, 상기 갱신된 양자화 계수 탐색방법이 M+1번째 프레임의 N번째 매크로블록 양자화 계수 탐색방법이 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 매크로블록별 양자화 계수 탐색 방법의 갱신은, 현재 프레임의 매크로블록에 해당하는 양자화 계수 탐색 방법이 부호화를 거쳐 갱신되도록 하고, 상기 갱신된 방법이 다음 프레임의 매크로블록의 양자화 계수 탐색방법에 사용되도록 하는 것에 그 핵심이 있다.
도 13은 종래 발명에 따라 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 적용하는 방법에 대한 실시예이다. 도 13에서는, 구체적으로, 최종모드가 16×16 모드로 결정되었을 경우, 양자화 계수를 4×4 버퍼에 저장하고 내림차순으로 정렬하여 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 사용하고 있다. 이는 종래 방법에 따른 양자화 계수 탐색순서와 상이하다. 도 13에 나타나는 양자화 계수 탐색방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, M번째 프레임의 N번째 매크로블록 내의 n번째 4×4 잔차 블록을 Rn으로 정의하면, Rn은 지그재그 스캐닝 순서로 정렬된 1차원 벡터로서 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure 112011007739800-pat00001
여기서,
Figure 112011007739800-pat00002
는 지그재그 스캐닝을 통해 정렬된 i번째 위치의 계수 값을 의미한다.
본 발명에서는 각 위치에서 발생한 '0'이 아닌 계수의 발생 빈도를 누적한다. 1번째 블록부터 n번째 블록까지의 '0'이 아닌 계수의 발생 빈도를 누적하여 저장하기 위한 벡터 An은 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure 112011007739800-pat00003
여기서,
Figure 112011007739800-pat00004
은 n번째 블록까지 i번째 계수 값에서 0이 아닌 계수가 발생한 빈도를 나타낸다.
본 발명은 매크로블록 내의 마지막 n번째 4×4 블록이 부호화될 때까지, 상기 An은 수학식 3과 같이 갱신된다.
Figure 112011007739800-pat00005
본 발명에서는 다음 영상 프레임인 M+1번째 프레임의 N번째 위치에 있는 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 결정하기 위하여 n이 매크로블록의 마지막 4×4 블록을 가리키면,
Figure 112011007739800-pat00006
을 내림차순 정렬한다.
Figure 112011007739800-pat00007
부터
Figure 112011007739800-pat00008
까지의 값 중, 가장 큰
Figure 112011007739800-pat00009
의 인덱스 i가 본 발명에서 가장 먼저 정렬될 계수
Figure 112011007739800-pat00010
의 인덱스를 가리킨다. 상기와 같은 방법으로 양자화 계수 탐색순서를 적응적으로 갱신하여 적용하는 것이 가능하다.
나아가, 컴퓨터에, 상기 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치, 상기 방법을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 이용하면, 양자화 계수 탐색을 가변적으로 수행할 수 있을 뿐 아니라, 종래보다 향상된 압축 성능을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용이 가능함은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 예측부 120 : 감산부
130 : 변환부 140 : 양자화부
150 : 부호화부 151 : 이진화부
152 : 양자화 계수 배열 저장부 153 : 양자화 계수 배열 정렬부
154 : 양자화 계수 탐색부 210 : 복호화부
211 : 양자화 계수 추출부 212 : 잔차 블록 생성부
220 : 역양자화부 230 : 역변환부
240 : 가산부 250 : 예측부
260 : 필터부

Claims (12)

  1. 영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부;
    상기 현재 블록의 각 화소에서의 화소값에서 상기 예측 블록의 각 화소에서의 화소값을 감산하여 잔차 신호를 갖는 잔차 블록(Residual Block)을 생성하는 감산부;
    상기 잔차 블록의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하여 주파수 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 변환부;
    상기 변환된 잔차 블록을 양자화(Quantization) 하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 잔차 블록의 양자화 계수들을 부호화함으로써 부호화 데이터를 생성하는 부호화부를 포함하며,
    상기 부호화부는
    상기 양자화부에 의해 양자화(Quantization)된 계수가 0인 경우 0으로, 그 외의 값인 경우에는 1로 이진화하는 이진화부;
    상기 이진화 된 계수를 저장하는 양자화 계수 배열 저장부;
    상기 양자화 계수 배열 저장부에 저장된 계수를 내림차순 정렬하는 양자화 계수 배열 정렬부; 및
    상기 정렬된 계수의 순서에 따라 매크로블록마다의 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 부호화하는 양자화 계수 탐색부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자화 계수 탐색부는
    현재 매크로블록에 대하여 최종 모드가 선택되었는지를 판단하는 최종 모드 판단부;
    상기 최종 모드 판단부에서 최종 모드가 선택된 것으로 판단된 경우 상기 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 갱신부; 및
    상기 매크로블록의 프레임이 최종 프레임인지 여부를 판단하는 최종 프레임 판단부를 포함하며,
    상기 최종 프레임 판단부에서는 상기 매크로블록을 포함한 프레임이 영상의 최종 프레임인지 판단하여 최종 프레임이 아닌 경우 다음 프레임에 대하여 양자화 계수 탐색을 반복하고, 최종 프레임인 경우에는 양자화 계수 탐색을 종료하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부호화부에서는 엔트로피 부호화(Entropy Encoding) 기술을 사용하여 부호화 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부호화부에서는 부호화된 블록 형태(CBP, Coded Block Pattern), 델타 양자화 계수(Delta Quantization Parameter) 및 양자화 계수가 부호화된 비트열이 포함되는 제1 필드와 예측에 필요한 정보를 위한 비트가 포함되는 제2 필드를 부호화 데이터에 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 장치.
  5. 부호화 데이터를 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화부;
    상기 잔차 블록을 역양자화하는 역양자화부;
    상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환하는 역변환부;
    영상의 현재 블록을 예측하여 예측 화소값을 각 화소의 화소값으로 가지는 예측 블록을 생성하는 예측부;
    상기 역변환된 잔차 블록과 상기 예측 블록을 가산하여 상기 현재 블록을 복원하는 가산부; 및
    상기 예측부와 상기 가산부 사이에 존재하여 상기 복원된 현재 블록을 디블록킹 필터링하는 필터부를 포함하며,
    상기 복호화부는
    상기 부호화 데이터로부터 양자화 계수열을 추출하는 양자화 계수 추출부; 및
    상기 추출된 양자화 계수열을 역스캐닝하여 양자화 계수를 갖는 잔차 블록을 생성하는 잔차 블록 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복호화부는
    상기 부호화 데이터의 양자화 계수가 0인 경우 0으로, 그 외의 값인 경우에는 1로 이진화하는 이진화부;
    상기 이진화 된 계수를 저장하는 양자화 계수 배열 저장부;
    상기 양자화 계수 배열 저장부에 저장된 계수를 내림차순 정렬하는 양자화 계수 배열 정렬부; 및
    상기 정렬된 계수의 순서에 따라 매크로블록마다의 양자화 계수 탐색순서를 가변적으로 복호화하는 양자화 계수 탐색부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 양자화 계수 탐색부는
    현재 매크로블록에 대하여 최종 모드가 선택되었는지를 판단하는 최종 모드 판단부;
    상기 최종 모드 판단부에서 최종 모드가 선택된 것으로 판단된 경우 상기 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 갱신부; 및
    상기 매크로블록의 프레임이 최종 프레임인지 여부를 판단하는 최종 프레임 판단부를 포함하며,
    상기 최종 프레임 판단부에서는 상기 매크로블록을 포함한 프레임이 영상의 최종 프레임인지 판단하여 최종 프레임이 아닌 경우 다음 프레임에 대하여 양자화 계수 탐색을 반복하고, 최종 프레임인 경우에는 양자화 계수 탐색을 종료하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 필터부는 블록 경계와 매크로블록 경계에 디블로킹 필터를 적용하거나, 매크로블록 경계에만 디블로킹 필터를 적용하거나, 또는 디블로킹 필터를 적용하지 않는 방법 중 하나의 방법을 선택적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 장치.
  9. 현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성하는 단계;
    상기 현재 블록으로부터 상기 예측 블록을 감산하여 잔차 블록을 생성하는 단계;
    상기 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 단계;
    상기 변환된 잔차 블록을 양자화하는 단계; 및
    상기 양자화된 잔차 블록을 부호화하여 부호화 데이터를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 부호화 데이터를 생성하는 단계는,
    현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서를 불러오는 단계;
    현재 영상 프레임의 N번째 매크로블록에 대하여 이산 코사인 변환 및 양자화를 수행하는 단계;
    상기 양자화 수행을 통해 생성된 양자화 계수를 축적한 4×4 배열에 현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서 정보배열을 더하고 저장하는 단계;
    상기 저장된 양자화 계수를 내림차순 정렬하여 다음 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계; 및
    상기 현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서에 따라 현재 프레임의 N번째 매크로블록의 양자화 계수를 탐색하여 부호화를 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계는
    a) 현재 매크로블록에 대하여 화면간 예측을 수행하는 단계와,
    b) 상기 화면간 예측을 통하여 최종 모드가 선택되었는지를 판단하는 단계와,
    c) 상기 화면간 예측을 통하여 최종 모드가 선택된 경우 상기 매크로블록의 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계와,
    d) 상기 매크로블록의 프레임이 최종 프레임인지 여부를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 최종 프레임인지 여부를 판단하는 단계에서는 상기 매크로블록을 포함한 프레임이 영상의 최종 프레임인지 판단하여 최종 프레임이 아닌 경우 상기 a)에서 d)까지의 과정을 다음 프레임에 대하여 반복하고, 최종 프레임인 경우에는 양자화 계수 탐색순서를 갱신하는 단계를 종료하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 부호화 방법.
  11. 부호화 데이터를 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화 단계;
    상기 잔차 블록을 역양자화하는 단계;
    상기 역양자화된 잔차 블록을 역변환하는 단계;
    현재 블록을 예측하여 예측 블록을 생성하는 단계;
    상기 역변환된 잔차 블록과 상기 예측 블록을 가산하여 상기 현재 블록을 복원하는 단계; 및
    상기 복원된 현재 블록을 디블로킹 필터링하는 단계를 포함하며,
    상기 복호화 단계는,
    현재 영상 프레임의 직전 프레임에서의 N번째 매크로블록의 갱신된 양자화 계수 탐색순서를 불러오는 단계와,
    상기 탐색순서에 따라 부호화 정보를 4×4 배열에 이차원으로 배치하는 단계와,
    상기 4×4 배열에 이차원으로 배치한 계수 정보를 4×4 배열에 축적/저장하는 단계와,
    상기 축적/저장된 계수 정보를 내림차순으로 정렬함으로써 탐색순서를 갱신하는 단계와,
    현재 프레임의 N번째 매크로블록에 대하여 이산 코사인 역변환 및 역양자화하는 단계와,
    상기 역양자화된 계수를 복원 영상에 가산하는 단계와,
    복호화를 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 양자화 계수 탐색을 이용한 영상 복호화 방법.
  12. 삭제
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