KR101379255B1 - 미분 방정식을 이용한 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및장치 - Google Patents

미분 방정식을 이용한 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 영상의 부호화 방법은 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식의 경계값을 결정하고, 미분 방정식 및 결정된 경계값을 이용하여 현재 블록을 예측 부호화함으로써, 보다 정확하게 현재 블록을 예측할 수 있어 부호화의 압축률을 향상시킨다.
인트라, 예측, 부호화, 편미분

Description

미분 방정식을 이용한 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for encoding and decoding based on intra prediction using differential equation}

도 1은 종래 기술에 따른 16×16 인트라 예측 모드를 나타낸다.

도 2는 종래 기술에 따른 4×4 인트라 예측 모드를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 인트라 예측 장치를 포함하는 영상 부호화 장치를 도시한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편미분 방정식의 경계값을 도시한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 보간법을 이용하여 경계값을 예측하는 방법을 도시한다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 도시한다.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편미분 방정식의 해를 구하는 방법을 도시한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법의 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 장치를 포함하는 영상 복호화 장치를 도시한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측부를 도시한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법의 흐름도이다.

본 발명은 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 현재 블록을 보다 정확하게 예측하여 부호화의 압축률을 높일 수 있는 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.

MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video coding)와 같은 영상 압축 방식에서는 영상을 부호화하기 위해서 하나의 픽처를 매크로 블록으로 나눈다. 그리고, 인터 예측(inter prediction) 및 인트라 예측(intra prediction)을 이용해 각각의 매크로 블록을 부호화한다. 그런 다음, 부호화된 매크로 블록의 데이터 크기 및 원본 매크로 블록의 왜곡 정도를 고려하여 최적의 부호화 모드를 선택하고 매크로 블록을 부호화한다.

이 중에서 인트라 예측은 현재 픽처(picture)의 블록을 부호화하기 위해서 참조 픽처를 참조하는 것이 아니라, 부호화하려는 현재 블록과 공간적으로 인접한 픽셀값을 이용하여 부호화를 수행한다. 우선, 인접한 픽셀값을 이용하여 부호화하려는 현재 블록에 대한 예측값을 계산한다. 다음으로 예측값과 원본 현재 블록의 픽셀값의 차만을 부호화한다. 여기서, 인트라 예측 모드들은 크게 휘도 성분의 4×4 인트라 예측 모드, 8×8 인트라 예측모드, 16×16 인트라 예측 모드 및 색차 성분의 인트라 예측 모드로 나뉜다.

도 1은 종래 기술에 따른 16×16 인트라 예측 모드를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 16×16 인트라 예측 모드에는 수직(vertical) 모드, 수평(horizontal) 모드, DC(direct current) 모드, 플레인(plane) 모드의 총 네가지의 모드가 존재한다.

도 2는 종래 기술에 따른 4×4 인트라 예측 모드를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 4×4 인트라 예측 모드에는 수직(vertical) 모드, 수평(horizontal) 모드, DC(direct current) 모드, 대각선 왼쪽(diagonal down-left) 모드, 대각선 오른쪽(diagonal down-right) 모드, 수직 오른쪽(vertical right) 모드, 수직 왼쪽(vertical left) 모드, 수평 위쪽(horizontal-up) 모드 및 수평 아래쪽(horizontal-down) 모드의 총 9개의 모드가 존재한다.

각각의 모드에 인덱싱(indexing)된 예측 모드 번호들은 각각의 모드가 이용되는 빈도수에 따라 결정된 번호이다. 확률적으로 0번 모드인 수직 모드가 대상 블록에 대해 인트라 예측을 수행할 때 가장 많이 쓰이는 모드이며, 8번인 수평 위쪽(horizontal-up) 모드가 가장 적게 쓰이는 모드이다.

예를 들어, 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 픽셀 A 내지 D의 픽셀값을 4×4 현재 블록의 픽셀값으로 예측한다. 즉, 픽셀 A의 값을 4×4 현재 블록의 첫 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로, 픽셀 B의 값을 4×4 현재 블록의 두 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로, 픽셀 C의 값을 4×4 현재 블록의 세 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로 예측하고, 픽셀 D의 값을 4×4 현재 블록의 네 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로 예측한다. 다음으로 픽셀 A 내지 D를 이용하여 예측된 4×4 현재 블록의 예측값과 원본 4×4 현재 블록에 포함된 픽셀의 실제값을 감산하여 차이값을 구한 후 그 차이값을 부호화하여 현재 블록에 대한 비트스트림을 생성한다.

H.264 표준안에 따르면 영상을 부호화함에 있어 상기 4×4 인트라 예측 모드 및 16×16 인트라 예측 모드의 총 13가지 모드로 현재 블록을 부호화하고, 그 중 최적의 모드에 따라 현재 블록에 대한 비트스트림을 생성한다.

도 1 및 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 인트라 예측 방법에서는 현재 블록에 인접한 픽셀 즉, 좌측, 상부 및 좌측 상부 중 적어도 하나에 포함되어 있는 픽셀들을 이용하여 현재 블록을 예측한다.

그러나, 현재 블록에 포함된 픽셀들의 픽셀값들이 도 1 및 도 2에 도시된 인트라 예측 방향을 따라 상관성을 가지지 않는 경우에는 도 1 및 도 2에 도시된 방법에 따라 인트라 예측을 수행하면, 현재 블록의 레지듀(residue)가 크게 되므로 영상 압축의 효율이 떨어진다. 따라서, 보다 정확한 방법으로 현재 블록의 픽셀값을 예측할 수 있는 방법 및 장치가 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 현재 블록의 픽셀값들의 특성을 나타내는 미분 방정식을 이용하여 현재 블록을 보다 정확하게 예측하기 위한 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공하는데 있고, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 영상의 부호화 방법은 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식의 경계값을 결정하는 단계; 상기 미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계; 및 상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 경계값을 결정하는 단계는 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록에 인접한 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 예측하는 단계; 및 상기 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값 및 상기 예측된 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 상기 편미분 방정식의 경계값으로 결정하는 단계를 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 영상의 부호화 장치는 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식의 경계값을 결정하는 경계값결정부; 상기 미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 예측부; 및 상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 부호화부를 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 영상의 복호화 방법은 현재 블록에 대한 데이터를 포함하고 있는 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록이 소정의 미분 방정식을 이용하여 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 추출하는 단계; 상기 정보에 따라 상기 소정의 미분 방정식 을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계; 및 상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 복원하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 예측하는 단계는 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 편미분 방정식의 경계값을 결정하는 단계; 및 상기 편미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계를 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 영상의 복호화 장치는 현재 블록에 대한 데이터를 포함하고 있는 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록이 소정의 미분 방정식을 이용하여 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 추출하는 복호화부; 상기 정보에 따라 상기 소정의 미분 방정식을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 예측부; 및 상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 복원하는 복원부를 포함한다.

본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 미분 방정식은 편미분 방정식(partial differential equation)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 편미분 방정식은 타원형 편미분 방정식(elliptic partial differential equation) 또는 쌍곡형 편미분 방정식(hyperbolic partial differential equation)인 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 상기된 영상 부호화 및 복호화 방법들을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치를 도시한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 부호화 장치(300)는 경계값결정부(310), 예측부(320), 부호화부(330) 및 프레임메모리(340)을 포함한다. 여기서, 경계값결정부(310) 및 예측부(320)가 본 발명에 따른 인트라 예측을 수행하는 장치에 대응된다.

영상 부호화 장치(300)는 현재 블록에 대하여 인트라 예측을 수행함에 있어, 종래 인트라 예측 방법 이외에 새로운 모드의 인트라 예측 방법을 제공한다. 현재 블록의 특성에 따라 현재 블록의 인트라 예측에 적용될 미분 방정식을 선택하고, 선택된 미분 방정식의 해를 구함으로써 현재 블록을 예측한다. 이하에서는 편의상 현재 블록의 인트라 예측에 적용될 미분 방정식으로 편미분 방정식을 예로 들어 설명한다.

경계값결정부(310)는 현재 블록의 인트라 예측에 이용될 미분 방정식 즉, 편미분 방정식의 경계값을 결정한다. 프레임메모리(340)에 저장되어 있는 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 편미분 방정식의 경계값을 결정한다. 도 4 및 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편미분 방정식의 경계값을 도시한다.

도 4를 참조하면, 현재 픽처(400)는 현재 블록(430) 이전에 이미 부호화된 영역(410)과 아직 부호화되지 않은 영역(420)으로 나뉜다. 현재 블록을 4×4 크기 의 블록으로 가정했을 때, 현재 블록의 상부 및 좌측에 인접한 픽셀들(450 및 460)은 현재 픽처(400) 중 이미 부호화된 영역(410)에 포함된 픽셀들로써 이미 픽셀값이 부호화되어 있는 픽셀들이다.

경계값결정부(310)는 현재 블록에 인접한 픽셀들(450, 460, 470 및 480)을 현재 블록의 인트라 예측에 이용될 편미분 방정식의 경계값으로 결정한다.

예측부(320)가 현재 블록(430)의 인트라 예측에 이용하는 편미분 방정식이 쌍곡형 편미분 방정식(hyperbolic partial differential equation)이면, 경계값결정부(310)는 현재 블록에 인접한 픽셀들 중 이전에 부호화된 영역(410)에 포함된 픽셀들(450 및 460)의 픽셀값만을 경계값으로 결정한다.

그러나, 예측부(320)가 현재 블록(430)의 인트라 예측에 이용하는 편미분 방정식이 타원형 편미분 방정식(elliptic partial differential equation)이면, 현재 블록에 인접한 픽셀들 중 아직 부호화되지 않은 영역(420)에 포함된 픽셀들(470 및 480)의 픽셀값도 이용하여야 한다.

그런데, 현재 블록에 인접한 픽셀들 중 아직 부호화되지 않은 영역(420)에 포함되어 있는 픽셀들의 픽셀값을 이용하여 현재 블록을 인트라 예측하면, 복호화하는 측에서는 아직 복호화되지 않은 영역의 픽셀들을 이용하여 현재 블록을 인트라 예측하여야 하기 때문에 복호화를 수행할 수 없다.

따라서, 경계값결정부(310)는 현재 블록(430)에 인접한 픽셀들 중 이전에 부호화된 영역(410)에 포함된 픽셀들(450 및 460)을 이용하여 아직 부호화되지 않은 영역(420)의 픽셀들(470 및 480)을 예측하고, 예측된 값을 편미분 방정식의 경계값 으로 결정한다.

아직 부호화되지 않은 영역(420)의 픽셀들(470 및 480)의 픽셀값으로 이전에 부호화된 영역(410)에 포함된 픽셀들(450 및 460)을 그대로 복사하여 이용할 수 있다. 현재 블록(430)의 좌측에 인접한 픽셀들(460)의 픽셀값을 그대로 복사하여 우측에 인접한 픽셀들(470)의 픽셀값으로 이용할 수 있고, 상부에 인접한 픽셀들(450)의 픽셀값을 그대로 복사하여 하부에 인접한 픽셀들(480)의 픽셀값으로 이용할 수도 있다.

또한, 종래 기술에 따른 인트라 예측 방법을 이용하여 아직 부호화되지 않은 영역(420)의 픽셀들(470 및 480)의 픽셀값을 예측할 수도 있다. 예를 들어, 현재 블록 이전에 부호화된 영역(420)에 포함된 픽셀들(450 및 460)의 픽셀값의 평균을 구하여, 아직 부호화되지 않은 영역(420)의 픽셀들(470 및 480)의 픽셀값으로 이용할 수도 있다.

바람직하게는 선형 보간을 이용하여 아직 부호화되지 않은 영역(420)의 픽셀들(470 및 480)의 픽셀값을 예측한다. 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 보간법을 이용하여 경계값을 예측하는 방법을 도시한다. 각각의 픽셀이 인접한 2 개의 픽셀들을 이용하여 선형 보간을 수행하는 방법을 예로 들어 설명한다.

도 5를 참조하면, 현재 블록(430)의 아직 부호화되지 않은 영역(420)에 포함된 픽셀들(470 및 480)은 현재 블록(430)의 이전에 부호화된 영역(410)에 포함된 픽셀들(450 및 460)으로부터 선형 보간법을 이용하여 예측한다.

현재 블록에 포함된 픽셀들(501 내지 504) 중 좌측 상부에 위치한 픽셀(501)을 상부에 인접한 픽셀(451) 및 좌측에 인접한 픽셀(461)의 픽셀값을 이용하여 예측한다. 두 픽셀(451 및 461)의 픽셀값의 평균값을 예측값으로 이용할 수 있고, 두 픽셀(451 및 461)에 서로 다른 가중치를 두고, 평균을 계산하여 예측값을 생성할 수 있다.

다음 픽셀(502)은 상부에 인접한 픽셀(452)의 픽셀값 및 이전에 예측된 픽셀(501)의 예측값을 이용하여 예측한다. 이러한 예측을 한 행에 대하여 반복하여 현재 블록의 좌측에 인접한 픽셀(471)을 현재 블록에 포함된 픽셀(504)의 예측값 및 상부에 인접한 픽셀(455)의 픽셀값을 이용하여 예측한다.

경계값의 예측을 반복하여 아직 부호화되지 않은 영역(420)의 픽셀들(470 및 480)의 픽셀값이 모두 예측되면, 이전에 부호화된 영역(410)의 픽셀들(450 및 460)의 픽셀값과 함께 예측된 픽셀값을 편미분 방정식의 경계값으로 결정한다.

다시 도 3을 참조하면, 경계값결정부(310)가 쌍곡형 편미분 방정식 또는 타원형 편미분 방정식에 대하여 경계값들을 결정하면, 예측부(320)는 편미분 방정식 및 결정된 경계값을 이용하여 현재 블록을 인트라 예측한다. 도 6a 및 6b를 참조하여 상세히 설명한다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 도시한다.

예측부(320)는 현재 블록의 인트라 예측에 이용될 편미분 방정식을 다음 수학식 1과 같이 선택한다.

Figure 112007026848234-pat00001

여기서 L은 편미분 방정식의 편미분 연산자이고, u(x, y)는 편미분 방정식의 해(solution)로써 본 발명에서는 현재 블록의 예측값을 구하기 위한 2차원 함수를 의미하며, f(x, y)는 x, y에 대한 함수로써 f(x, y)가 '0'이면 수학식 1의 편미분 방정식은 제차(homogeneous) 방정식이 된다. L 및 f(x, y)는 현재 블록의 인트라 예측을 어떠한 모델의 편미분 방정식을 이용하여 예측하느냐에 따라 달라진다.

L이 타원형 편미분 방정식의 라플라스 연산자 즉,

Figure 112007026848234-pat00002
인 경우를 예로 들어 설명한다. L이 라플라스 연산자라고 할 때, 수학식 1의 편미분 방정식은 다음 수학식 2와 같이 된다.

Figure 112007026848234-pat00003

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편미분 방정식의 해를 구하는 방법을 도시한다. 수학식 2의 편미분 방정식의 해를 수치 해석을 이용해 구하는 경우를 예로 들어 설명한다.

수치 해석적 편미분 방정식의 풀이 방법에서는 u(x, y)를 일정 간격의 격자로 구분하고, 구분된 격자들에서의 u(x, y)의 값을 구함으로써 편미분 방정식의 해 를 구한다. 이 때, 미분 연산자들은 다음과 같이 근사될 수 있다.

Figure 112007026848234-pat00004

Figure 112007026848234-pat00005

여기서, h는 도 6b에 도시된 격자들의 간격을 의미하고, i=1, 2, ... , N-1 이고, j=1, 2, ... , M-1이다. 4×4 크기의 블록을 인트라 예측하는 경우를 가정하면, M=N=5 이다. 도 6b에 도시된 격자들의 간격을 '1'이라고 가정하면, 수학식 2의 편미분 방정식은 다음과 같이 근사된다.

Figure 112007026848234-pat00006

수학식 2의 편미분 방정식이 선형 대수 방정식으로 바뀌었으며, 이에 따라 반복법(iteration method)를 이용하여 도 6b의 각각의 격자에서의 값들을 구한다.

반복법을 이용해 편미분 방정식의 해를 구하는 방법에는 Gauss-Seidel법, SOR(successive over relaxation)법, ADI(Alternating Direction Implicit)법 등이 있으며, 이를 이용해 편미분 방정식의 해를 구하는 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 구현할 수 있다.

도 6b에서 경계값들 즉, 현재 블록에 인접한 픽셀들(451 내지 454, 461 내지 464, 471 내지 474 및 481 내지 484)의 값들은 이미 경계값결정부(310)에서 결정되었으므로, 결정된 경계값들 및 편미분 방정식을 이용해서 각각의 격자 즉, 픽셀 위치에서의 예측값을 구한다.

이상 도 6b에서는 타원형 편미분 방정식을 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법에 대해서 설명하였으나, 본 발명에 따른 인트라 예측 방법은 이에 한정되지 아니하며, 쌍곡형 편미분 방정식을 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법도 본 발명에 따른 인트라 예측 방법의 범위에 속한다.

쌍곡형 편미분 방정식을 이용하여 현재 블록을 예측하는 경우에는 전술한 바와 같이 현재 블록(430)에 인접한 픽셀들 중 이전에 부호화된 영역(410)에 포함되어 있는 픽셀들(450 및 460)의 픽셀값을 경계값으로 결정하고 편미분 방정식의 해를 구한다. 쌍곡형 편미분 방정식의 해를 구하는 과정은 'Gursa 문제'라고 불리는 파동 방정식의 경계값 문제를 해결하는 과정으로 정의된다.

다시 도 3을 참조하면, 부호화부(330)는 예측부(320)에서의 예측 결과에 기초하여 현재 블록을 부호화한다. 예측부(320)의 예측 결과 현재 블록의 예측값들을 포함하는 예측 블록이 생성되고, 원본 현재 블록에서 예측 블록을 감산한 레지듀얼(residual) 블록을 부호화한다.

각각의 픽셀에 대한 레지듀얼 값을 포함하는 레지듀얼 블록을 이산 코사인 변환(DCT : discrete cosine transform)하여 주파수 영역으로 변환한다. 변환 결과 생성된 이산 코사인 변환 계수들을 양자화하고, 엔트로피 부호화하여 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 생성한다. 현재 블록에 소정의 미분 방 정식 바람직하게는 소정의 편미분 방정식에 의해 인트라 예측 부호화되었음을 나타내는 정보도 함께 부호화한다.

부호화된 레지듀얼 블록은 다음 블록의 예측에 이용하기 위해 다시 역양자화 및 역이산 코사인 변환되어 복원된다. 복원된 레지듀얼 블록은 예측부(320)에서 생성된 예측 블록과 다시 가산된 후에 다음 블록의 예측에 이용하기 위해 프레임메모리(340)에 저장된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 부호화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 단계 710에서 영상 부호화 장치는 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식의 경계값을 결정한다.

현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식으로 쌍곡형 편미분 방정식이라면, 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값을 그대로 편미분 방정식의 경계값으로 결정한다.

그러나, 미분 방정식이 타원형 편미분 방정식이라면, 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값을 이용하여 현재 블록에 인접한 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 예측한다. 바람직하게는 선형 보간법을 이용해 부호화되지 않은 픽셀들을 예측함은 전술하였다. 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값이 모두 예측되면, 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값 및 예측된 픽셀값들을 모두 편미분 방정식의 경계값으로 결정한다.

단계 720에서 영상 부호화 장치는 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식을 선택하고 단계 710에서 결정된 경계값에 기초하여 선택된 미분 방정식의 해를 구함으로써 현재 블록을 예측한다.

단계 730에서 영상 부호화 장치는 단계 720의 예측 결과에 기초하여 현재 블록을 부호화한다. 단계 720의 예측 결과 생성된 예측 블록을 원본 현재 블록에서 감산하여 레지듀얼 블록을 생성한다. 생성된 레지듀얼 블록을 이산 코사인 변환하여 주파수 영역으로 변환하고, 변환 결과 생성된 이산 코사인 변환 계수를 양자화하고 엔트로피 부호화한다.

현재 블록이 소정의 미분 방정식에 의해 인트라 예측 부호화되었음을 나타내는 정보도 함께 부호화한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 도시한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 복호화 장치(800)는 복호화부(810), 예측부(820), 복원부(830) 및 프레임메모리(840)을 포함한다. 여기서 예측부(820)가 본 발명에 따른 인트라 예측을 수행하는 장치에 대응된다.

복호화부(810)는 현재 블록에 대한 데이터를 포함하고 있는 비트스트림을 수신하고, 수신된 비트스트림으로부터 현재 블록이 소정의 미분 방정식을 이용하여 인트라 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 추출한다. 이하에서는 영상 복호화 장치와 관련하여 소정의 미분 방정식으로써 편미분 방정식을 예로 들어 설명한다.

현재 블록에 대한 데이터는 현재 블록의 레지듀얼 블록에 대한 데이터 및 현재 블록이 소정의 편미분 방정식을 이용해 인트라 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 포함한다. 레지듀얼 블록에 대한 데이터는 비트스트림에서 추출하여 엔트로피 복호화, 역양자화 및 역이산 코사인 변환하여 복호화한다.

예측부(820)는 복호화부(810)에서 추출한 정보에 따라 소정의 편미분 방정식을 이용해 현재 블록을 예측한다. 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측부를 도시한다.

도 9를 참조하면 본 발명에 따른 영상 복호화 장치(800)의 예측부(820)는 경계값결정부(910) 및 예측수행부(920)을 포함한다.

경계값결정부(910)는 현재 블록의 인트라 예측에 이용할 편미분 방정식의 경계값을 결정한다. 편미분 방정식이 쌍곡형 편미분 방정식인 경우에는 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값을 그대로 편미분 방정식의 경계값으로 결정한다.

그러나, 만약 편미분 방정식이 타원형 편미분 방정식인 경우에는 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값으로부터 현재 블록에 인접한 아직 복호화되지 않은 영역에 포함된 픽셀들의 픽셀값을 예측하여 경계값으로 이용한다. 도 4 및 도 5와 관련하여 전술한 경계값을 예측하는 방법이 복호화 과정에서도 그대로 대칭적으로 이용될 수 있다.

아직 복호화되지 않은 영역의 픽셀들의 픽셀값이 모두 예측되면, 예측된 픽셀값들 및 이전에 복호화된 영역의 픽셀들의 픽셀값을 타원형 편미분 방정식의 경계값으로 결정한다.

예측수행부(920)는 경계값결정부(910)에서 결정된 경계값에 기초하여 현재 블록을 인트라 예측한다. 경계값에 기초하여 현재 블록의 인트라 예측에 이용되는 편미분 방정식의 해를 구하여 현재 블록을 예측한다.

다시 도 8을 참조하면, 복원부(830)는 예측부(820)의 인트라 예측 결과에 기초하여 현재 블록을 복원한다. 예측부(820)에서 편미분 방정식을 이용하여 예측한 현재 블록의 예측 블록과 복호화부(810)에서 복호화된 레지듀얼 블록을 가산하여 현재 블록을 복원한다.

복원된 현재 블록은 프레임메모리(840)에 저장되어 다음 블록의 예측에 이용된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 복호화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 단계 1010에서 본 발명에 따른 영상 복호화 장치는 현재 블록에 대한 데이터를 포함하고 있는 비트스트림을 수신하고, 수신된 비트스트림으로부터 현재 블록이 소정의 미분 방정식을 이용하여 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 추출한다. 레지듀얼 블록에 대한 데이터도 비트스트림에서 추출하여 엔트로피 복호화, 역양자화 및 역이산 코사인 변환하여 복호화한다. 여기서, 미분 방정식은 바람직하게는 편미분 방정식일 수 있다.

단계 1020에서 영상 복호화 장치는 단계 1010에서 추출한 정보에 따라 소정의 미분 방정식을 이용하여 현재 블록을 예측한다. 편미분 방정식의 경우 편미분 방정식의 경계값을 먼저 결정하고, 결정된 경계값에 기초하여 편미분 방정식의 해를 구함으로써 현재 블록을 인트라 예측한다.

쌍곡형 편미분 방정식과 타원형 편미분 방정식의 경계값이 서로 상이함은 전술하였다.

단계 1030에서 영상 복호화 장치는 단계 1020의 예측 결과에 기초하여 현재 블록을 복원한다. 단계 1020의 예측 결과 생성된 예측 블록과 단계 1010에서 복호화된 레지듀얼 블록을 가산하여 현재 블록을 복원한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은 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. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 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.

본 발명에 따르면, 현재 블록의 특성에 맞는 미분 방정식을 이용하여 현재 블록을 인트라 예측하게 되어 예측의 정확도가 향상되며, 정확도가 향상됨에 따라 영상 부호화의 압축률이 향상된다.

Claims (25)

  1. 영상의 부호화 방법에 있어서,
    현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식의 경계값을 결정하는 단계;
    상기 미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계; 및
    상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 미분 방정식은
    편미분 방정식(partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    타원형 편미분 방정식(elliptic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 경계값을 결정하는 단계는
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록에 인접한 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 예측하는 단계; 및
    상기 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값 및 상기 예측된 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 상기 편미분 방정식의 경계값으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 타원형 편미분 방정식은
    라플라스 연산자(Laplacian operator)에 의한 타원형 편미분 방정식인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    쌍곡형 편미분 방정식(hyperbolic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  7. 영상의 부호화 장치에 있어서,
    현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 미분 방정식의 경계값을 결정하는 경계값결정부;
    상기 미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 예측부; 및
    상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 미분 방정식은
    편미분 방정식(partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    타원형 편미분 방정식(elliptic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 경계값결정부는
    현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록에 인접한 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 예측하고, 상기 이전에 부호화된 픽셀들의 픽셀값 및 상기 예측된 아직 부호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 상기 편미분 방정식의 경계값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 타원형 편미분 방정식은
    라플라스 연산자(Laplacian operator)에 의한 타원형 편미분 방정식인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    쌍곡형 편미분 방정식(hyperbolic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  13. 영상의 복호화 방법에 있어서,
    현재 블록에 대한 데이터를 포함하고 있는 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록이 소정의 미분 방정식을 이용하여 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 추출하는 단계;
    상기 정보에 따라 상기 소정의 미분 방정식을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계; 및
    상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 미분 방정식은
    편미분 방정식(partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 예측하는 단계는
    현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 편미분 방정식의 경계값을 결정하는 단계; 및
    상기 편미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예 측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    타원형 편미분 방정식(elliptic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 경계값을 결정하는 단계는
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록에 인접한 아직 복호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 예측하는 단계; 및
    상기 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값 및 상기 예측된 아직 복호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 상기 편미분 방정식의 경계값으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    쌍곡형 편미분 방정식(Hyperbolic Partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  19. 영상의 복호화 장치에 있어서,
    현재 블록에 대한 데이터를 포함하고 있는 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록이 소정의 미분 방정식을 이용하여 예측 부호화되었음을 나타내는 정보를 추출하는 복호화부;
    상기 정보에 따라 상기 소정의 미분 방정식을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 예측부; 및
    상기 예측 결과에 기초하여 상기 현재 블록을 복원하는 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 미분 방정식은
    편미분 방정식(partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 예측부는
    현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록의 예측에 이용될 편미분 방정식의 경계값을 결정하는 경계값결정부; 및
    상기 편미분 방정식 및 상기 결정된 경계값을 이용하여 상기 현재 블록을 예측하는 예측수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    타원형 편미분 방정식(elliptic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 경계값결정부는
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값에 기초하여 상기 현재 블록에 인접한 아직 복호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 예측하고, 상기 이전에 복호화된 픽셀들의 픽셀값 및 상기 예측된 아직 복호화되지 않은 픽셀들의 픽셀값을 상기 편미분 방정식의 경계값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 편미분 방정식은
    쌍곡형 편미분 방정식(hyperbolic partial differential equation)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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