KR101379187B1 - 블록 변환을 이용한 인트라 예측 방법 및 장치와 그를이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

블록 변환을 이용한 인트라 예측 방법 및 장치와 그를이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블록 변환을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 영상을 부호화하는 장치에 있어서, 영상의 현재 블록의 각 화소를 현재 블록을 부호화하기 전에 부호화되고 결정된 예측 방향으로 각 화소와 가장 인접한 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 예측하여 영상을 부호화하되, 현재 블록은 L X M 크기의 블록이며, L의 값과 M의 값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 블록 내의 화소를 공간 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측할 수 있어, 블록의 예측 정확도를 높여 압축 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그를 통해 영상을 효율적으로 부호화하거나 복호화할 수 있다.
영상, 부호화, 복호화, 인트라, 예측, 정사각형, 직사각형, 재배열

Description

블록 변환을 이용한 인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치{Image Encoding/Decoding Method and Apparatus Using Block Transformation}
본 발명은 블록 변환을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 영상의 현재 블록을 주변 블록으로부터 예측하고 영상을 부호화하고 복호화하는 데 있어서, 현재 블록의 모든 화소를 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측하고 영상을 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
MPEG(Moving Picture Experts Group)과 VCEG(Video Coding Experts Group)은 기존의 MPEG-4 Part 2와 H.263 표준안보다 우수하고 뛰어난 비디오 압축 기술을 개발하였다. 이 새로운 표준안은 H.264/AVC(Advanced video Coding)이라 하며, MPEG-4 Part 10 AVC와 ITU-T Recommendation H.264로 공동으로 발표되었다. 이러한 H.264/AVC(이하 'H.264'라 약칭함)에서는 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Part2 Visual 등 기존의 동영상 부호화와 관련된 국제 표준과는 다른 방법인 공간 예측 부호화(Spatial Predictive Coding) 방법을 사용한다.
기존의 동영상 부호화 방법에서는 이산 코사인 변환 영역(DCT Domain: Discrete Cosine Transform Domain)에서 변환된 계수(Coefficient)값에 대한 "인트라 예측(Intra Prediction)"을 사용함으로써 부호화 효율 증대를 추구하며, 그로 인해 저역 전송 비트율 대의 주관적 화질을 열화시키는 결과를 초래하였다. 하지만, H.264에서는 변환 영역(Transform Domain)이 아닌 공간 영역(Spatial Domain)에서의 공간적 인트라 예측(Spatial Intra Prediction)을 기반으로 하는 부호화 방법을 채택하고 있다.
기존의 공간적 인트라 예측을 기반으로 하는 부호화 방법을 사용하는 부호화기(Encoder)는 이미 부호화가 완료되어 재생된 이전 블록의 정보로부터 현재 부호화하고자 하는 블록 정보를 예측하고 부호화하고자 하는 실제 블록 정보의 차이(Difference) 정보만을 부호화해서 복호화기(Decoder)로 전송한다. 이때, 블록 정보를 예측하는 데 필요한 파라미터를 복호화기로 전송하거나, 부호화기와 복호화기를 동기화시켜 예측에 필요한 파라미터를 공유하도록 함으로써 복호화기가 블록 정보를 예측하도록 할 수도 있다. 복호화기는 이미 복호화가 완료되어 재생된 주변 블록의 정보를 예측하고, 부호화기로부터 전송된 오차 정보와 예측된 주변 블록의 정보의 합을 구하여 원하는 현재 복호화하고자 하는 블록의 정보를 생성하여 재생한다. 이때도 역시 부호화기로부터 예측에 필요한 파라미터가 전송되었다면, 복호화기는 해당 파라미터를 이용하여 주변 블록의 정보를 예측하는데 이용한다.
한편, 인트라 예측에는 인트라 4×4 예측, 인트라 16×16 예측 및 인트라 8×8 예측 등이 있는데, 각 인트라 예측에는 복수 개의 예측 모드를 포함하고 있다.
도 1은 통상적인 9 가지의 4×4 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 인트라 4×4 예측에는, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 대각선 왼쪽(Diagonal down-left) 모드, 대각선 오른쪽(Diagonal down-right), 수직 오른쪽(Vertical-right) 모드, 수평 아래쪽(Horizontal-down) 모드, 수직 왼쪽(Vertical-left) 및 수평 위쪽(Horizontal-up) 모드를 포함하는 9 가지의 예측 모드가 있다.
도 2는 통상적인 4 가지 16×16 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도이다.
도 2를 참조하면, 인트라 16×16 예측에는, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC 모드 및 플래인(Plane) 모드를 포함하는 4 가지의 예측 모드가 있다. 인트라 8×8 예측도 인트라 16×16 예측과 유사하게 4 가지의 예측 모드가 있다.
도 1 및 도 2를 통해 전술한 모든 인트라 예측 모드는 현재 블록 주변에 있는 이미 부호화 또는 복호화된 화소들로부터 예측 화소값을 생성하여 현재 블록을 예측한다. 통상적으로 H.264에서 인트라 예측은 정사각형 형태의 블록 단위로 이루어지며, 인트라 예측을 위한 예측 블록의 크기는 인트라 16 X 16 예측, 인트라 8 X 8 예측, 인트라 4 X 4 예측에서 각각 16 X 16, 8 X 8, 4 X 4이다.
이와 같이, N X N의 크기의 정사각형 형태의 블록 단위로 인트라 예측을 수행하는 이유는 인트라 예측 후에 발생하는 잔차 신호를 압축하기 위한 이산 코사인 변환(DCT: Discrete Cosine Transform, 이하 'DCT 변환'이라 칭함)과 양자화(Quantization)이 정사각형 블록 단위(4 X 4, 8 X 8)로 이루어지기 때문이다. 하 지만, 이와 같이 정사각형 블록 단위로 인트라 예측을 수행하는 경우, 예측되는 화소가 공간적으로 멀리 떨어진 화소로부터 예측되기 때문에 예측의 정확성이 떨어져 압축 효율을 저하하는 문제점이 있다.
도 3은 통상적인 인트라 16 X 16 예측에 사용되는 인접 화소와 현재 블록의 화소를 나타낸 예시도이다.
소문자 a0부터 p15까지의 256 개의 화소는 현재 블록의 화소들이고, 대문자 A부터 AF까지의 32 개의 화소는 현재 블록이 압축되기 전에 이미 압축된 주변 블록의 인접 화소들이다. 도 3에서 수직 방향으로 인트라 예측을 수행하는 경우, 첫 번째 열의 화소 a0~a15는 화소 A로부터 예측되고, 두 번째 열의 화소 b0~b15는 화소 B로부터 예측된다. 나머지 화소 c0~p15는 각각 상위에 있는 화소 C~P로부터 예측된다. 이때 a0~p0 화소는 예측 방향에서 공간적으로 가장 인접한 인접 화소 A~P로부터 예측되지만, a1~p1 화소는 인접 화소 A~P로부터 두 화소만큼 공간적으로 떨어져 있고, a15~p15 화소는 인접 화소 A~P로부터 열여섯 화소만큼이나 떨어져 있어 인트라 예측의 정확성이 떨어지며 그로 인해 압축 효율이 저하되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 영상의 현재 블록을 주변 블록으로부터 예측하고 영상을 부호화하고 복호화하는 데 있어서, 현재 블록의 모든 화소 를 예측 방향에 따라 가장 인접한 화소로부터 예측하고 영상을 부호화 및 복호화하는데 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 입력 영상을 부호화하는 장치에 있어서, 결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부; 입력 영상으로부터 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 생성하는 직사각형 블록 변형부; 직사각형의 현재 블록과 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성하는 감산부; 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 재배열부; 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환부; 변환된 잔차 블록을 양자화하는 양자화부; 및 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호화하는 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 입력 영상을 부호화하는 방법에 있어서, 결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측 단계; 입력 영상으로부터 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 생성하는 직사각형 블록 변형 단계; 직사각형의 현재 블록과 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성하는 감산 단계; 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 재배열 단계; 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환 단계; 변환된 잔차 블록을 양자화하는 양자화 단계; 및 양자화된 잔차 블록을 비트스 트림으로 부호화하는 부호화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 복호화하는 장치에 있어서, 비트스트림을 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화부; 추출된 잔차 블록을 역 양자화하는 역 양자화부; 역 양자화된 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환부; 역 변환된 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열하는 역 재배열부; 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부; 직사각형의 예측 블록과 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 직사각형의 현재 블록을 생성하는 가산부; 및 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원하는 직사각형 블록 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 복호화하는 방법에 있어서, 비트스트림을 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화 단계; 추출된 잔차 블록을 역 양자화하는 역 양자화 단계; 역 양자화된 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환 단계; 역 변환된 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열하는 역 재배열 단계; 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측 단계; 직사각형의 예측 블록과 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 직사각형의 현재 블록을 생성하는 가산 단계; 및 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원하는 직사각형 블록 복원 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 부호화하는 장치에 있어서, 영상의 현재 블록의 각 화소를 현재 블록을 부호화하기 전에 부호화되고 결정된 예측 방향으로 각 화소와 가장 인접한 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 예측하여 영상을 부호화하되, 현재 블록은 L X M 크기의 블록이며, L의 값과 M의 값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 복호화하는 장치에 있어서, 영상의 현재 블록의 각 화소를 현재 블록을 복호화하기 전에 부호화되고 결정된 예측 방향으로 각 화소와 가장 인접한 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 예측하여 영상을 복호화되, 현재 블록은 L X M 크기의 블록이며, L의 값과 M의 값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 영상의 현재 블록을 주변 블록으로부터 예측하고 영상을 부호화하고 복호화하는 데 있어서, 블록 내의 화소를 공간 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측할 수 있어, 블록의 예측 정확도를 높여 압축 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그를 통해 영상을 효율적으로 부호화하거나 복호화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(400)는 영상을 부호화하는 장치로서, 영상의 현재 블록의 각 화소를 현재 블록을 부호화하기 전에 부호화되고 결정된 예측 방향으로 각 화소와 가장 인접한 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 예측하여 영상을 부호화하며, 직사각형 블록 변형부(410), 인트라 예측부(420), 감산기(430), 재배열부(440), 변환부(450), 양자화부(460) 및 부호화부(470)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 현재 블록은 L X M 크기의 블록이며, L의 값과 M의 값은 같지 않다.
이러한 영상 부호화 장치(400)는 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 플레이스테이션 포터블(PSP: PlayStation Portable), 이동통신 단말기(Mobile Communication Terminal) 등일 수 있으며, 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 부호화하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모 리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미한다.
직사각형 블록 변형부(410)는 입력 영상으로부터 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 생성한다.
여기서, 예측 방향이란 인트라 예측을 위한 다양한 인트라 예측 모드(즉, 인트라 8×8 예측과 인트라 16 X 16 예측 각각에서의 4 가지의 예측 모드)에 따른 예측 방향으로서, 인트라 예측부(420)에서 여러 가지 예측 방향 중에서 영상의 특성에 맞는 예측 방향을 선택함으로써 최적의 예측 모드를 선택한다. 따라서, 직사각형 블록 변형부(410)는 인트라 예측부(420)로부터 예측 방향에 대한 정보를 수신하여 그 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 생성할 수 있다.
또한, 직사각형의 현재 블록이란 현재 부호화하고자 하는 블록이 직사각형 형태로 구성된 것을 의미한다. 즉, 통상적인 부호화에서는 4 X 4 크기와 같은 N X N 크기의 블록 단위로 이산 코사인 변환(DCT: Discrete Cosine Transform, 이하 'DCT 변환'이라 칭함)을 수행하고 양자화하기 때문에, 현재 블록의 화소값들을 예측할 때에도 현재 블록을 N X N 크기의 정사각형 형태로 구성한다. 하지만, 이 경우 예측 방향에 따라 예측하고자 하는 현재 화소와 먼 거리에 있는 인접 화소들을 이용하여 현재 블록의 화소값들을 예측하기 때문에, 예측의 효율을 저하하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 16 X 1 크기, 1 X 16 크기, 8 X 2 크기, 2 X 8 크기와 같은 L X M 크기(단, L ≠ M)의 직사각형 형태로 현재 블록을 예측하여 현재 화소의 화소값을 가장 근접한 인접 화소로 예측함으로써 예측의 효율을 향상시 킨다. 이와 같이, L X M 크기의 직사각형 형태로 예측된 현재 블록 즉, 직사각형의 예측 블록은 전술한 직사각형 블록 변형부(410)에서 입력 영상으로부터 변형된 직사각형의 현재 블록으로부터 감산기(430)에 의해 감산되어 직사각형의 잔차 블록으로 생성되며, 다시 직사각형의 잔차 블록이 재배열부(440)에 의해 N X N 크기의 정사각형의 잔차 블록으로 재배열되어 N X N 크기의 블록 단위로 DCT 변환을 수행하는 변환부(450)를 이용하여 주파수 영역으로 변환될 수 있다.
또한, 직사각형 블록 변형부(410)는 전술한 바와 같이 입력 영상으로부터 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 생성하는데, 정해진 인트라 블록이 16 X 16 블록이고 예측 방향이 수직 방향인 경우, 직사각형의 현재 블록의 각 화소들이 수직 방향으로 가장 인접한 인접 화소로부터 예측될 수 있도록 입력 영상에서 16 X 1 크기를 갖는 직사각형 형태('행'의 형태)의 블록을 생성하며, 정해진 인트라 블록이 16 X 16 블록이고 예측 방향이 수평 방향인 경우, 직사각형의 현재 블록의 각 화소들이 수평 방향으로 가장 인접한 인접 화소로부터 예측될 수 있도록 입력 영상에서 1 X 16 크기를 갖는 직사각형 형태('열'의 형태)의 블록을 생성한다.
또한, 직사각형 블록 변형부(410)는 정해진 인트라 블록이 8 X 8 블록이고 예측 방향이 수직 방향인 경우, 직사각형의 현재 블록의 각 화소들이 수직 방향으로 가장 인접한 인접 화소로부터 예측될 수 있도록 입력 영상에서 8 X 2 크기를 갖는 직사각형 형태('2 행'의 형태)의 블록을 생성하며, 정해진 인트라 블록이 8 X 8 블록이고 예측 방향이 수평 방향인 경우, 직사각형의 현재 블록의 각 화소들이 수평 방향으로 가장 인접한 인접 화소로부터 예측될 수 있도록 입력 영상에서 2 X 8 크기를 갖는 직사각형 형태('2 열'의 형태)의 블록을 생성한다. 여기서, 정해진 인트라 블록이 8 X 8 블록인 경우 2 X 8 또는 8 X 2 크기의 '2 열' 형태로 생성되는 것은 총 화소의 수가 16 개가 되어 재배열부(440)에서 4 X 4 크기와 같은 N X N 크기로 재배열되어 변환부(450)와 양자화부(460)에서 N X N 크기의 블록으로 변환되고 양자화될 수 있도록 하기 위함이다.
정리하면, 본 발명에서의 직사각형의 블록(즉, 직사각형의 현재 블록, 직사각형의 예측 블록 및 직사각형의 잔차 블록)은 L X M 크기의 블록이되, L의 값과 M의 값은 같지 않으며, L의 값과 M의 값은 전술한 예측 방향에 따라 결정될 수 있다. 즉, 예측 방향이 수직 방향인 경우, L의 값은 M의 값보다 클 수 있으며(예를 들면, 16 X 1, 8 X 2), 예측 방향이 수평인 경우, L의 값은 M의 값보다 작을 수 있다(예를 들면, 1 X 16, 2 X 8).
인트라 예측부(420)는 결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성한다. 여기서, 인트라 예측부(420)는 정해진 크기의 인트라 블록에 대한 여러 가지의 예측 모드에 대해 예측을 수행하고 최소 비용이 소요되는 예측 모드를 최적의 예측 모드로 결정함으로써 예측 방향을 결정할 수 있는데, 반드시 이에 한정되지 않고 결정된 예측 방향에 대한 정보를 획득하여 획득된 예측 방향에 따라 예측할 수도 있다. 이 경우 전술한 직사각형 블록 변형부(410)도 인트라 예측부(420)가 아닌 다른 장치로부터 결정된 예측 방향에 대한 정보를 획득할 수 있다.
예측 방향을 파악한 인트라 예측부(420)는 현재 선택된 직사각형의 현재 블 록을 부호화하기 이전에 이미 부호화되고 현재 블록과 예측 방향으로 인접하는 하나 이상의 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록의 각 화소를 예측한다. 즉, 인트라 예측부(420)는 전술한 직사각형 블록 변형부(410)와 같이 예측하고자 하는 직사각형의 현재 블록의 화소들을 선택하고, 직사각형의 현재 블록을 부호화하기 전에 이미 부호화된 주변의 직사각형의 주변 블록 중에서 직사각형의 현재 블록과 예측 방향으로 인접한 직사각형의 주변 블록에 포함된 하나 이상의 인접 화소들을 이용하여 직사각형의 현재 블록의 화소들을 예측한다.
여기서, 예측 방향으로 인접하단 것은 직사각형의 현재 블록이 '행'의 형태라면 '행'의 위와 아래에 위치하면서 현재 블록과 인접한 것을 말하며, 그 인접한 두 개의 블록들 중에서 이미 부호화된 블록의 화소가 인접 화소가 된다. 또한, 예측 방향으로 인접하단 것은 직사각형의 현재 블록이 '열'의 형태라면 '열'의 왼쪽과 오른쪽에 위치하면서 현재 블록과 인접한 것을 말하며, 그 인접한 두 개의 블록들 중에서 이미 부호화된 블록의 화소가 인접 화소가 된다.
감산부(430)는 직사각형의 현재 블록과 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성한다. 즉, 감산부(430)는 직사각형 블록 변형부(410)로부터 전달되는 직사각형의 현재 블록의 각 화소의 원 화소값(Original Pixel Value)과 인트라 예측부(420)로부터 전달되는 직사각형의 예측 블록의 각 화소의 예측 화소값(Predicted Pixel Value)을 감산하여 화소값의 차이의 잔차 신호(Residual Signal)를 직사각형의 잔차 블록으로 생성한다.
재배열부(440)는 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열 한다. 즉, 재배열부(440)는 변환부(450)에서 N X N 크기의 정사각형 형태의 블록으로 DCT 변환 등을 수행할 수 있도록 감산부(430)에서 생성한 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열한다. 재배열부(440)가 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 과정에 대해서는 후술하는 과정에서 도 8 내지 도 11을 통해 상세히 설명한다.
변환부(450)는 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환한다. 여기서, 변환부(450)는 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 데 있어서, DCT 변환을 이용할 수도 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 DCT 변환을 개량 및 변형한 변환 기법 등의 시간 축의 화상 신호를 주파수축으로 변환하는 다양한 변환 기법을 이용하여 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환할 수 있다.
양자화부(460)는 변환부(450)에서 변환된 잔차 블록을 양자화(Quantization)한다. 본 발명의 일 실시예에서는 직사각형의 현재 블록을 이전에 부호화된 인접 화소들을 이용하여 예측함으로써 현재 블록의 각 화소들이 가장 인접한 화소로부터 예측될 수 있도록 하지만, 변환부(450)와 양자화부(460)는 통상적인 H.264에서의 변환과 같이 16 개의 화소(4 X 4 화소) 단위로 주파수 영역으로의 변환과 양자화를 수행할 수 있다. 이는 재배열부(440)가 직사각형의 잔차 블록을 변환부(450)와 양자화부(460)에서 변환과 양자화를 수행할 수 있는 블록 크기와 블록 형태인 N X N 크기의 정사각형의 잔차 블록으로 변환하기 때문이다.
부호화부(470)는 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호화한다. 또한, 부호화부(470)는 양자화된 잔차 블록뿐만 아니라 인트라 예측부(420)에서 결정한 예측 모드 또는 예측 방향에 대한 정보를 잔차 블록과 함께 비트스트림으로 부호화할 수 있다. 이러한 부호화 기술로서는 엔트로피 부호화(Entropy Encoding) 기술이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정하지 않고 다른 다양한 부호화 기술이 사용될 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
영상 부호화 장치(400)는 영상을 부호화할 때, 부호화된 데이터의 양을 줄여 부호화 효율을 높이기 위해 부호화하고자 하는 현재 블록의 원 화소값과 이전에 부호화된 주변 블록에 의해 예측된 현재 블록의 예측 화소값의 차이(즉, 잔차 신호)를 부호화한다.
여기서, 현재 블록의 예측 화소값을 예측하는 데 있어서, 예측되는 화소가 가장 인접한 화소로부터 예측되어 예측의 정확도를 향상시키고 그를 통해 압축 효율을 향상시키기 위해, 영상 부호화 장치(400)는 결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성하고(S510), 입력 영상으로부터 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 생성한다(S520).
직사각형의 예측 블록과 직사각형의 현재 블록이 생성되면, 영상 부호화 장치(400)는 직사각형의 현재 블록과 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성하고(S530), 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열한다(S540).
잔차 블록이 정사각형으로 재배열되면 영상 부호화 장치(400)는 재배열된 정사각형의 잔차 블록을 DCT 변환 또는 그와 유사한 변환을 이용하여 주파수 영역으로 변환하고(S550), 변환된 잔차 블록을 양자화한 후(S560), 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호한다(S570). 영상 부호화 장치(400)는 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호화할 때, 예측 모드에 따른 예측 방향에 대한 정보를 잔차 블록과 함께 비트스트림에 부호화할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 영상 부호화 장치(400)에 의해 비트스트림으로 부호화된 영상은 실시간 또는 비실시간으로 인터넷, 근거리 무선 통신망, 무선랜망, 와이브로망, 이동통신망 등의 유무선 통신망 등을 통하거나 케이블, 범용 직렬 버스(USB: Universal Serial Bus) 등의 통신 인터페이스를 통해 영상 복호화 장치로 전송되어 영상 복호화 장치에서 복호화되어 영상으로 복원되고 재생될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(600)는 영상을 복호화하는 장치로서, 영상의 현재 블록의 각 화소를 현재 블록을 복호화하기 전에 부호화되고 결정된 예측 방향으로 각 화소와 가장 인접한 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 예측하여 영상을 복호화하며, 복호화부(610), 역 양자화부(620), 역 변환부(630), 역 재배열부(640), 가산부(650), 인트라 예측부(660) 및 직사각형 블록 복원부(670)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 현재 블록은 L X M 크기의 블록이며, L의 값과 M의 값은 같지 않다.
이러한 영상 복호화 장치(600)는 도 4를 통해 전술한 영상 부호화 장치(400)와 같이, 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 플레이스테이션 포터블(PSP: PlayStation Portable), 이동통신 단말기(Mobile Communication Terminal) 등일 수 있으며, 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 복호화하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미한다.
복호화부(610)는 비트스트림을 복호화하여 정사각형의 잔차 블록을 추출한다. 즉, 복호화부(610)는 영상 부호화 장치(400)에 의해 부호화된 영상인 비트스트림을 복호화하여 영상의 현재 블록에 대한 화소 정보를 포함하고 있는 정사각형의 잔차 블록을 추출한다.
여기서, 복호화부(610)는 영상 부호화 장치(400)로부터 수신한 비트스트림을 복호화하여 잔차 블록을 추출할 때, 비트스트림 내에 잔차 블록 이외에 인트라 예측을 위한 예측 모드에 대한 정보 또는 예측 방향에 대한 정보가 포함된 경우에는 예측 모드에 대한 정보 또는 예측 방향에 대한 정보도 추출할 수 있다. 즉, 영상 부호화 장치(400)와 영상 복호화 장치(600)는 인트라 예측을 위한 예측 방향을 서로 동기화하여 현재 블록을 예측하거나(즉, 미리 예측 방향을 결정하여 기 결정된 예측 방향에 따라 인트라 예측을 수행함) 영상 부호화 장치(400)가 영상을 부호화할 때 인트라 예측을 위한 예측 방향에 대한 정보를 함께 비트스트림으로 부호화하 고 영상 복호화 장치(600)가 영상을 복호화할 때 비트스트림으로부터 예측 방향에 대한 정보를 추출하여 예측 방향에 대한 정보를 파악할 수도 있다.
역 양자화부(620)는 복호화부(610)에 의해 비트스트림으로부터 추출된 정사각형의 잔차 블록을 역 양자화(De-quantization)한다. 역 변환부(630)는 역 양자화부(620)에 의해 역 양자화된 정사각형의 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환(Inverse Trasformation)한다.
역 재배열부(640)는 역 변환부(630)에서 역 변환된 정사각형의 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열한다. 즉, 역 재배열부(640)는 역 변환부(630)로부터 역 변환된 정사각형의 잔차 블록을 수신하면 예측 방향을 확인하여, 예측 방향에 따라 정사각형의 잔차 블록을 직사각형으로 변환하는 데 필요한 직사각형 형태의 블록의 크기를 결정한다. 예를 들어, 예측 방향이 수직 방향인 경우에는 직사각형 형태의 블록(L X M)의 크기가 16 X 1 또는 8 X 2와 같이 L > M인 블록으로 결정할 수 있고, 예측 방향이 수평 방향인 경우에는 직사각형 형태의 블록(L X M)의 크기가 1 X 16 또는 2 X 8과 같이 L < M인 블록으로 결정할 수도 있다.
여기서, 예측 방향이 수직 방향이어서 L > M인 것으로 결정한 경우, 16 X 1 크기를 갖는 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열할지 또는 8 X 2 크기를 갖는 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열할지 여부와 예측 방향이 수평 방향이어서 L < M인 것으로 결정한 경우, 1 X 16 크기를 갖는 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열할지 또는 2 X 8 크기를 갖는 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열할지 여부는 영 상 부호화 장치(400)와 영상 복호화 장치(600) 간의 동기화된 정보에 의해 결정될 수 있다. 즉, 영상 부호화 장치(400)와 영상 복호화 장치(600) 간에 현재 블록 또는 현재 프레임에 대해서는 인트라 16 X 16 예측을 수행하는 것으로 동기화된 경우에는 16 X 1(수직 방향인 경우) 또는 1 X 16(수평 방향인 경우) 크기를 갖는 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열하고, 영상 부호화 장치(400)와 영상 복호화 장치(600) 간에 현재 블록 또는 현재 프레임에 대해서는 8 X 8 인트라 예측을 수행하는 것으로 동기화된 경우에는 8 X 2(수직 방향인 경우) 또는 2 X 8(수평 방향인 경우) 크기를 갖는 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열할 수 있다.
또한, 예측 방향은 복호화부(610)가 비트스트림으로부터 추출한 예측 방향에 대한 정보를 이용하여 결정될 수도 있으며, 영상 복호화 장치(600)와 영상 부호화 장치(400) 간에 동기된 예측 방향 또는 예측 모드에 따라 결정될 수 있으며, 역 재배열부(640)는 이러한 예측 방향에 대한 정보를 복호화부(610)로부터 획득할 수도 있지만, 이 정보를 저장하는 다른 장치로부터 획득할 수도 있을 것이다.
가산부(650)는 인트라 예측부(660)에서 생성한 직사각형의 예측 블록과 역 재배열부(640)에서 생성한 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 직사각형의 현재 블록을 생성한다.
인트라 예측부(660)는 전술한 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성한다. 즉, 인트라 예측부(660)는 복호화부(610)에서 비트스트림으로부터 추출된 예측 방향에 대한 정보 또는 영상 부호화 장치(400)와 동기화된 정보 중 하나인 예측 방향에 대 한 정보를 획득하여 예측 방향을 파악하고 파악된 예측 방향에 따라 예측할 현재 블록의 크기와 형태(즉, 16 X 1, 1 X 16, 8 X 2, 2 X 8 등 중 어느 크기와 형태)를 특정하고 특정된 현재 블록의 각 화소값을 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소의 화소값을 이용하여 예측한다. 여기서, 하나 이상의 인접 화소란 전술한 바와 같이 특정된 직사각형의 현재 블록을 복호화하기 이전에 이미 복호화되고 직사각형의 현재 블록과 예측 방향으로 인접하는 하나 이상의 화소를 말한다.
직사각형 블록 복원부(670)는 전술한 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원한다. 즉, 가산부(650)로부터 출력되는 현재 블록은 인트라 예측부(660)에서 예측한 예측 블록과 역 재배열부(640)에서 직사각형으로 역 재배열된 잔차 블록을 더한 직사각형 형태의 블록이므로, 이를 예측 방향에 따라 현재 블록을 복호화하기 직전에 이미 복호화된 이전의 직사각형의 복호화 블록에 예측 방향으로 직사각형의 현재 블록을 추가하여 출력 영상을 복원한다. 예를 들어, 예측 방향이 수직 방향인 경우, 현재 블록이 복호화되기 직전에 복호화된 이전의 직사각형의 복호화 블록과 현재 블록 모두 '행'의 형태를 갖는 16 X 1 또는 8 X 2 크기의 직사각형 블록이므로, 현재 복호화된 현재 블록을 직전에 복호화된 복호화 블록의 아래 '행'으로 추가함으로써, 출력 영상을 복원한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
유무선 통신망 또는 케이블 등을 통해 영상에 대한 비트스트림을 수신하여 저장한 영상 복호화 장치(600)는 사용자의 선택 또는 실행 중인 다른 프로그램의 알고리즘에 따라 영상을 재생하기 위해, 영상을 복호화하여 복원한다.
이를 위해, 영상 복호화 장치(600)는 비트스트림을 복호화하여 영상의 현재 블록의 화소값에 대한 정보를 나타내는 정사각형의 잔차 블록을 추출한다(S710). 정사각형의 잔차 블록이 추출되면 영상 복호화 장치(600)는 추출된 잔차 블록을 역 양자화하고(S720), 역 양자화된 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환하며(S730), 시간 영역으로 역 변환된 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열한다(S740).
영상 복호화 장치(600)는 역 재배열된 직사각형의 잔차 블록을 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성하며(S750), 직사각형의 예측 블록과 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 직사각형의 현재 블록을 생성하며(S760), 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원한다(S770).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 16 X 16 예측에 대한 직사각형의 현재 블록을 나타낸 예시도이다.
영상 부호화 장치(400)의 직사각형 블록 변형부(410)는 입력 영상을 수신하면 인트라 예측부(420)에 의해 결정되거나 기 결정된 예측 방향을 획득하여 예측 방향에 따라 입력 영상으로부터 직사각형의 현재 블록을 생성한다. 또한, 영상 복호화 장치(600)의 직사각형 블록 복원부(670)는 예측 방향에 따라 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원한다. 도 8에서는 인트라 16 X 16 예측에서 예측 방향이 수직 방향인 경우의 직사각형의 현재 블록을 도시하였다.
대문자 A~P로 표기된 각 화소는 이미 부호화 또는 복호화된 인접 화소이고, 소문자로 표기된 ax~px (x=0,1,2,..,15)는 인트라 16 X 16 예측에서 16 X 16 크기의 매크로 블록의 각 화소를 나타낸다. 통상적인 인트라 16 X 16 예측에서는 예측 방향이 수직 방향인 경우, a1은 가장 인접한 인접 화소 A로부터 예측될 수 있지만, a15는 아주 멀리 떨어진 인접 화소 A로부터 예측된다. 따라서, a15에 대한 예측 화소값은 그 예측 정확도가 저하된다.
하지만, 본 발명에서는 영상 부호화 장치(400)의 인트라 예측부(420) 및 영상 복호화 장치(600)의 인트라 예측부(660)는 ax~px (x=0,1,2,..,15) 화소를 갖는 16 X 16 크기의 블록이 아닌 a0~p0 화소를 갖는 16 X 1 크기의 직사각형의 현재 블록(810)을 이전에 부호화 또는 복호화되고 현재 블록(810)의 각 화소와 가장 인접한 화소(A~P)를 갖는 주변의 부호화 블록 또는 복호화 블록(820)을 이용하여 예측한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 16 X 1 크기의 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8에 도시한 직사각형의 현재 블록(810)의 각 화소 a0~p0의 화소값을 주변의 부호화 블록(820)의 각 화소 A~P의 화소값으로 예측하면 도 9에 도시한 바와 같은 직사각형의 잔차 블록(910)을 얻을 수 있다(r0 = a0의 원 화소값 - a0의 예측 화소값).
도 9에 도시한 바와 같은 직사각형의 잔차 블록(910)이 생성되면 재배열부(440)는 변환부(450)에서 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환할 수 있도록 16 X 1 크기의 직사각형의 잔차 블록(910)을 4 X 4 크기의 정사각형의 잔차 블록(920)으로 재배열한다. 여기서, 16 X 1 크기의 직사각형의 잔차 블록(910)은 4 X 1 크기의 4 개의 직사각형의 잔차 블록(912 내지 918)로 구분될 수 있는데, 재배열부(440)는 4 X 1 크기의 4 개의 직사각형의 잔차 블록(912 내지 918)을 각각 다른 행으로 배열함으로써 4 X 4 크기의 정사각형의 잔차 블록(920)을 생성할 수 있다.
즉, 직사각형의 잔차 블록(910)에서 첫 번째 잔차 블록(912)이 정사각형의 잔차 블록(920)의 첫 번째 행을 구성하고, 직사각형의 잔차 블록(910)의 두 번째 잔차 블록(914)이 정사각형의 잔차 블록(920)의 두 번째 행을 구성하며, 직사각형의 잔차 블록(910)의 세 번째 잔차 블록(916)이 정사각형의 잔차 블록(920)의 세 번째 행을 구성하며, 직사각형의 잔차 블록(910)의 네 번째 잔차 블록(918)이 정사각형의 잔차 블록(920)의 네 번째 행을 구성한다.
재배열부(440)에 의해 전술한 바와 같이 정사각형으로 재배열된 잔차 블록(920)은 변환부(450)에 의해 주파수 영역으로 변환되고 양자화부(460)에 의해 양자화된 후 부호화부(470)에 의해 비트스트림으로 부호화된다.
영상 복호화 장치(600)에서는 복호화부(610)가 영상 부호화 장치(400)로부터 수신한 비트스트림으로부터 정사각형의 잔차 블록을 추출하고, 역 양자화부(620)에서 정사각형의 잔차 블록을 역 양자화하고 역 변환부(630)에서 정사각형의 잔차 블록을 역 변환하여 역 재배열부(640)에서 정사각형의 잔차 블록을 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열한다.
즉, 역 재배열부(640)는 도 9에 도시된 정사각형의 잔차 블록(920)을 다시 직사각형의 잔차 블록(910)으로 재배열하는데, 전술한 부호화 과정의 역으로 정사각형의 잔차 블록(920)의 첫 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(910)의 첫 번째 잔차 블록(912)으로, 정사각형의 잔차 블록(920)의 두 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(910)의 두 번째 잔차 블록(914)으로, 정사각형의 잔차 블록(920)의 세 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(910)의 세 번째 잔차 블록(916)으로, 정사각형의 잔차 블록(920)의 네 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(910)의 네 번째 잔차 블록(918)으로 구성한다.
역 재배열부(640)에 의해 직사각형의 잔차 블록(910)이 복원되면, 영상 복호화 장치(600)의 인트라 예측부(660)는 복원된 직사각형의 잔차 블록(910)에 대응하는 직사각형의 현재 블록을 특정하고 특정된 직사각형의 현재 블록의 각 화소의 화소값을 이전에 복호화되고 예측 방향인 수직 방향으로 현재 블록과 인접해 있는 인접 화소 A~P를 이용하여 예측하며, 가산부(650)는 예측된 직사각형의 예측 블록과 복원된 직사각형의 잔차 블록을 더하여 직사각형의 현재 블록(810)을 생성한다.
이와 같은 방식으로, 부호화되거나 복호화된 직사각형의 현재 블록 즉, 인트라 16 X 16 예측을 위한 16 X 16 블록의 첫 번째 행의 화소 a0~p0 화소로부터 두 번째 행의 화소 a1~p1을 예측하여(두 번째 행의 화소 a1~p1 의 예측기(Predictor)로서 복원된 a0~p0 화소들을 사용) 두 번째 행의 화소 a1~p1 을 예측하여 부호화하거나 복 호화한다. 세 번째 행의 화소도 같은 방법으로 두 번째 행의 화소로부터 예측하여 복원할 수 있다. 동일한 방법을 모든 행에 적용하여 인트라 16 X 16 예측의 매크로 블록 내의 모든 화소를 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측하여 압축/복원이 가능하다.
예측 방향이 수평 방향인 경우에도 예측 방향이 수직 방향인 경우와 유사한 방법으로 모든 화소를 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측하여 압축/복원할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9를 통해서는 인트라 16 X 16 예측의 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 인트라 8×8 예측에도 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 8 X 8 예측에 대한 직사각형의 현재 블록을 나타낸 예시도이다.
도 8에서는 인트라 8 X 8 예측에서 예측 방향이 수평 방향인 경우의 직사각형의 현재 블록을 도시하였다.
대문자 A~H로 표기된 각 화소는 이미 부호화 또는 복호화된 인접 화소이고, 소문자로 표기된 a0~h7화소는 인트라 8 X 8 예측에서 8 X 8 크기의 매크로 블록의 각 화소를 나타낸다. 통상적인 인트라 8 X 8 예측에서는 예측 방향이 수직 방향인 경우, a0은 가장 인접한 인접 화소 A로부터 예측될 수 있지만, a7는 아주 멀리 떨어진 인접 화소 A로부터 예측된다. 따라서, a7에 대한 예측 화소값은 그 예측 정확도가 저하된다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에서는 영상 부호화 장치(400)의 인트라 예측부(420) 및 영상 복호화 장치(600)의 인트라 예측부(660)는 8 X 8 크기의 블록이 아닌 a0~h1 화소를 갖는 8 X 2 크기의 직사각형의 현재 블록(1010)을 이전에 부호화 또는 복호화되고 현재 블록(810)의 각 화소와 가장 인접한 화소(A~H)를 갖는 주변의 부호화 블록 또는 복호화 블록(1020)을 이용하여 예측한다.
직사각형의 현재 블록(1010)을 예측할 때, 현재 블록(1010)의 첫 번째 행과 두 번째 행의 화소 a0~h0와 a1~h1은 각각 화소 A~H로부터 예측되며, 그를 통해 직사각형의 현재 블록(1010)의 예측 화소값이 결정된다. 직사각형의 현재 블록(1010)의 각 화소의 원 화소값과 직사각형의 현재 블록(1010)의 각 화소의 예측 화소값을 감산하면 도 11과 같은 직사각형의 잔차 블록을 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 8 X 2 크기의 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
직사각형의 잔차 블록(1110)이 생성되면 재배열부(440)는 변환부(450)에서 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환할 수 있도록 8 X 2 크기의 직사각형의 잔차 블록(1110)을 4 X 4 크기의 정사각형의 잔차 블록(1120)으로 재배열한다. 여기서, 8 X 2 크기의 직사각형의 잔차 블록(1110)은 4 X 1 크기의 4 개의 직사각형의 잔차 블록(1112 내지 1118)로 구분될 수 있는데, 재배열부(440)는 4 X 1 크기의 4 개의 직사각형의 잔차 블록(1112 내지 1118)을 각각 다른 행으로 배열함으로써 4 X 4 크기의 정사각형의 잔차 블록(1120)을 생성할 수 있다.
즉, 직사각형의 잔차 블록(1110)에서 첫 번째 잔차 블록(1112)이 정사각형의 잔차 블록(1120)의 첫 번째 행을 구성하고, 직사각형의 잔차 블록(1110)의 두 번째 잔차 블록(1114)이 정사각형의 잔차 블록(1120)의 두 번째 행을 구성하며, 직사각형의 잔차 블록(1110)의 세 번째 잔차 블록(1116)이 정사각형의 잔차 블록(1120)의 세 번째 행을 구성하며, 직사각형의 잔차 블록(1110)의 네 번째 잔차 블록(1118)이 정사각형의 잔차 블록(1120)의 네 번째 행을 구성한다.
재배열부(440)에 의해 전술한 바와 같이 정사각형으로 재배열된 잔차 블록(1120)은 변환부(450)에 의해 주파수 영역으로 변환되고 양자화부(460)에 의해 양자화된 후 부호화부(470)에 의해 비트스트림으로 부호화된다.
영상 복호화 장치(600)에서는 복호화부(610)가 영상 부호화 장치(400)로부터 수신한 비트스트림으로부터 정사각형의 잔차 블록을 추출하고, 역 양자화부(620)에서 정사각형의 잔차 블록을 역 양자화하고 역 변환부(630)에서 정사각형의 잔차 블록을 역 변환하여 역 재배열부(640)에서 정사각형의 잔차 블록을 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열한다.
즉, 역 재배열부(640)는 도 11에 도시된 정사각형의 잔차 블록(1120)을 다시 직사각형의 잔차 블록(1110)으로 재배열하는데, 전술한 부호화 과정의 역으로 정사각형의 잔차 블록(1120)의 첫 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(1110)의 첫 번째 잔차 블록(1112)으로, 정사각형의 잔차 블록(1120)의 두 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(1110)의 두 번째 잔차 블록(1114)으로, 정사각형의 잔차 블록(1120)의 세 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(1110)의 세 번째 잔차 블록(1116)으로, 정사각형의 잔차 블록(1120)의 네 번째 행을 직사각형의 잔차 블록(1110)의 네 번째 잔차 블록(1118)으로 구성한다.
역 재배열부(640)에 의해 직사각형의 잔차 블록(1110)이 복원되면, 영상 복호화 장치(600)의 인트라 예측부(660)는 복원된 직사각형의 잔차 블록(1110)에 대한 직사각형의 현재 블록을 예측 방향에 따라 8 X 2 크기의 직사각형으로 특정하고 특정된 직사각형의 현재 블록의 각 화소의 화소값을 이전에 복호화되고 예측 방향인 수직 방향으로 현재 블록과 인접해 있는 인접 화소 A~H를 이용하여 예측하며, 가산부(650)는 예측된 직사각형의 예측 블록과 복원된 직사각형의 잔차 블록을 더하여 직사각형의 현재 블록(1010)을 생성한다.
이와 같은 방식으로, 복원된 직사각형의 현재 블록 즉, 인트라 8 X 8 예측을 위한 8 X 8 블록의 두 번째 행의 화소 a1~h1 화소로부터 세 번째 행과 네 번째 행의 화소 a2~h3을 예측하여(세 번째 행과 네 번째 행의 화소 a2~h3의 예측기(Predictor)로서 복원된 a1~h1 화소들을 사용) 세 번째 행과 네 번째 행의 화소 a2~h3 을 복원한다. 다섯 번째 행과 여섯 번째 행의 화소도 같은 방법으로 네 번째 행의 화소로부터 예측하여 복원할 수 있다. 동일한 방법을 모든 행에 적용하여 매크로 블록 내의 모든 화소를 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측하여 압축/복원이 가능하다.
예측 방향이 수평 방향인 경우에도 예측 방향이 수직 방향인 경우와 유사한 방법으로 모든 화소를 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측하여 압축/복원 할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 종래의 방법과 본 발명에 따른 율-왜곡 곡선을 나타낸 예시도이다.
도 12a 및 도 12b에는 본 발명의 실시예에 따라 직사각형 형태로 블록을 구성하여 가장 인접한 화소로부터 현재 블록의 각 화소값을 예측한 경우의 압축 성능을 확인하기 위한 실험 결과를 도시하였다. 실험의 구체적인 조건은 표 1과 같으며, 실험 결과는 각 영상을 인트라 프레임으로만 2 장씩 압축하였을 때의 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112008044554273-pat00001
정사각형 형태로 블록을 예측하는 통상적인 H.264와 본 발명의 실시예에 따라 직사각형 형태로 블록을 예측하고 정사각형 형태로 블록을 재배열하여 부호화하였을 때의 율-왜곡 곡선(R-D Curve: Rate-Distortion Curve)을 비교하였다. 실험에서는 통상적인 H.264에서 사용하는 디블로킹 필터(Deblocking Filter)가 정사각형 블록 형태로 고정되어 있어 본 발명의 실시예에서는 적절히 동작하지 않으므로, 통상적인 H.264에서의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법 모두에서 디블로킹 필터를 사용하지 않았다. 실험 결과는 표 2와 같다.
Figure 112008044554273-pat00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 블록 기반으로 예측하고 부호화하고 복호화하는 방식과 통상적인 정사각형 블록 기반으로 예측하고 부호화하고 복호화하는 방식을 함께 사용하였을 때, 다양한 실험 영상에서 비트율을 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 12a 및 도 12b에 도시한 컨테이너(Container) 영상과 아이스(Ice) 영상의 R-D 곡선을 비교해 보면, 통상적인 H.264 방법과 비교할 때 뚜렷한 성능 향상을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 영상의 현재 블록을 주변 블록으로부터 예측하고 영상을 부호화하고 복호화하는 데 있어서, 현재 블록의 모든 화소를 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측하고 영상을 부호화 및 복호화하는 분야에 적용되어, 블록 내의 화소를 공간 예측 방향으로 가장 인접한 화소로부터 예측할 수 있어, 블록의 예측 정확도를 높여 압축 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그를 통해 영상을 효율적으로 부호화하거나 복호화할 수 있는 효과를 발생하는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 도 1은 통상적인 9 가지의 4×4 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도,
도 2는 통상적인 4 가지 16×16 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도
도 3은 통상적인 인트라 16 X 16 예측에 사용되는 인접 화소와 현재 블록의 화소를 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 16 X 16 예측에 대한 직사각형의 현재 블록을 나타낸 예시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 16 X 1 크기의 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 과정을 설명하기 위한 예시도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 8 X 8 예측에 대한 직사각형의 현재 블록을 나타낸 예시도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 8 X 2 크기의 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 과정을 설명하기 위한 예시도,
도 12a 및 도 12b는 종래의 방법과 본 발명에 따른 율-왜곡 곡선을 나타낸 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
400: 영상 부호화 장치 410: 직사각형 블록 변형부
420: 인트라 예측부 430: 감산부
440: 재배열부 450: 변환부
460: 양자화부 470: 부호화부
600: 영상 복호화 장치 610: 복호화부
620: 역 양자화부 630: 역 변환부
640: 역 재배열부 650: 가산부
660: 인트라 예측부 670: 직사각형 블록 복원부

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 입력 영상을 부호화하는 장치에 있어서,
    결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부;
    상기 입력 영상으로부터 상기 예측 방향에 따라 상기 직사각형의 현재 블록을 생성하는 직사각형 블록 변형부;
    상기 직사각형의 현재 블록과 상기 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성하는 감산부;
    상기 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 재배열부;
    상기 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환부;
    상기 변환된 잔차 블록을 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호화하는 부호화부
    를 포함하고,
    상기 직사각형의 현재 블록, 상기 직사각형의 예측 블록 및 상기 직사각형의 잔차 블록은 L X M 크기의 블록이되, 상기 L의 값과 상기 M의 값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 L의 값과 상기 M의 값은 상기 예측 방향에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 예측 방향이 수직 방향인 경우, 상기 L의 값은 상기 M의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 예측 방향이 수평인 경우, 상기 L의 값은 상기 M의 값보다 작은 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  6. 입력 영상을 부호화하는 장치에 있어서,
    결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하고 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부;
    상기 입력 영상으로부터 상기 예측 방향에 따라 상기 직사각형의 현재 블록을 생성하는 직사각형 블록 변형부;
    상기 직사각형의 현재 블록과 상기 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성하는 감산부;
    상기 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 재배열부;
    상기 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환부;
    상기 변환된 잔차 블록을 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호화하는 부호화부
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 인접 화소는,
    상기 직사각형의 현재 블록을 부호화하기 이전에 부호화되고 상기 직사각형의 현재 블록과 상기 예측 방향으로 인접하는 하나 이상의 화소인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  7. 입력 영상을 부호화하는 방법에 있어서,
    결정된 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측 단계;
    상기 입력 영상으로부터 상기 예측 방향에 따라 상기 직사각형의 현재 블록을 생성하는 직사각형 블록 변형 단계;
    상기 직사각형의 현재 블록과 상기 직사각형의 예측 블록을 감산하여 직사각형의 잔차 블록을 생성하는 감산 단계;
    상기 직사각형의 잔차 블록을 정사각형의 잔차 블록으로 재배열하는 재배열 단계;
    상기 정사각형의 잔차 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환 단계;
    상기 변환된 잔차 블록을 양자화하는 양자화 단계; 및
    상기 양자화된 잔차 블록을 비트스트림으로 부호화하는 부호화 단계
    를 포함하고,
    상기 직사각형의 현재 블록, 상기 직사각형의 예측 블록 및 상기 직사각형의 잔차 블록은 L X M 크기의 블록이되, 상기 L의 값과 상기 M의 값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  8. 삭제
  9. 영상을 복호화하는 장치에 있어서,
    비트스트림을 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화부;
    상기 추출된 잔차 블록을 역 양자화하는 역 양자화부;
    상기 역 양자화된 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환부;
    상기 역 변환된 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열하는 역 재배열부;
    상기 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부;
    상기 직사각형의 예측 블록과 상기 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 상기 직사각형의 현재 블록을 생성하는 가산부; 및
    상기 예측 방향에 따라 상기 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원하는 직사각형 블록 복원부
    를 포함하고,
    상기 직사각형의 현재 블록, 상기 직사각형의 예측 블록 및 상기 직사각형의 잔차 블록은 L X M 크기의 블록이되, 상기 L의 값과 상기 M의 값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 L의 값과 상기 M의 값은 상기 예측 방향에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 예측 방향이 수직 방향인 경우, 상기 L의 값은 상기 M의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 예측 방향이 수평인 경우, 상기 L의 값은 상기 M의 값보다 작은 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  13. 영상을 복호화하는 장치에 있어서,
    비트스트림을 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화부;
    상기 추출된 잔차 블록을 역 양자화하는 역 양자화부;
    상기 역 양자화된 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환부;
    상기 역 변환된 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열하는 역 재배열부;
    상기 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부;
    상기 직사각형의 예측 블록과 상기 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 상기 직사각형의 현재 블록을 생성하는 가산부; 및
    상기 예측 방향에 따라 상기 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원하는 직사각형 블록 복원부
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 인접 화소는,
    상기 직사각형의 현재 블록을 복호화하기 이전에 복호화되고 상기 직사각형의 현재 블록과 상기 예측 방향으로 인접하는 하나 이상의 화소인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  14. 영상을 복호화하는 방법에 있어서,
    비트스트림을 복호화하여 잔차 블록을 추출하는 복호화 단계;
    상기 추출된 잔차 블록을 역 양자화하는 역 양자화 단계;
    상기 역 양자화된 잔차 블록을 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환 단계;
    상기 역 변환된 잔차 블록을 예측 방향에 따라 직사각형의 잔차 블록으로 역 재배열하는 역 재배열 단계;
    상기 예측 방향에 따라 하나 이상의 인접 화소를 이용하여 직사각형의 현재 블록을 예측하여 직사각형의 예측 블록을 생성하는 인트라 예측 단계;
    상기 직사각형의 예측 블록과 상기 직사각형의 잔차 블록을 가산하여 상기 직사각형의 현재 블록을 생성하는 가산 단계; 및
    상기 예측 방향에 따라 상기 직사각형의 현재 블록을 이용하여 출력 영상을 복원하는 직사각형 블록 복원 단계
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 인접 화소는,
    상기 직사각형의 현재 블록을 복호화하기 이전에 복호화되고 상기 직사각형의 현재 블록과 상기 예측 방향으로 인접하는 하나 이상의 화소인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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