KR101383612B1 - 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법, 상기 방법의 실시를 위한 장치, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 전술한 방법에서, 동작 보상을 위해 선행 시간 분할 단계의 동작 평가의 결과가 이용된다.
비디오 시퀀스, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품, 동작 보상

Description

비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법{Method for the compression of data in a video sequence}
본 발명은 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법, 상기 방법의 실시를 위한 장치, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
비디오 데이터의 전송과 처리시 소위 데이터 압축 방법이 사용되고, 상기 방법에 의해 예컨대 중복 데이터(redundant data)가 통합됨으로써 데이터 볼륨(data volume)이 감소되므로, 비디오 데이터는 더 신속하게 전송될 수 있다.
현재의 비디오 코딩 방식에서 동작 보상은 압축력에서 중요한 팩터이다. 그러나, 동작 보상시 실행된 동작 평가, 즉 비디오 시퀀스의 동작 파라미터의 결정은 매우 계산 집약적이고, 코딩하는 동안 많은 시간이 소요되는 것이 고려되어야 한다.
예컨대 MPEG-1/2/4 및 H.264/AVC와 같은 여러 비디오 코딩 표준은 소위 블록에 기초한 동작 보상을 이용하고, 상기 동작 보상시 개별 이미지는 사각형으로 세분된 화소 영역으로 분할되고, 기준 이미지로부터 변위된 블록은 각각의 분할에 대한 예측으로 이용된다. 코더는 변위만, 즉 각각의 범위에 대한 이동 또는 동작 벡터, 및 실제 코딩된 영역과 예측 사이의 차이인 구조 편차를 코딩한다.
동작 보상된 시간 필터 또는 계층적 양방향 예측 이미지(b-slices)에 기초한 스케일러블 비디오코딩(scalable video coding)시 다양한 시간 및 공간 분해 단계에서 동작 파라미터의 상관관계가 예상될 수 있다.
신속한 동작 평가를 위한 알고리즘은, 압축 계수가 최소로 감소됨에도 불구하고 연산 단계의 개수를 현저히 감소시킬 수 있다. 동영상 벡터 탐색에 비해 상기 알고리즘은 테스트될 동작 벡터 세트를 감소시키므로, 탐색 패턴을 절약할 수 있다. 최상의 벡터 후보를 중심으로 하는 탐색 패턴이 적용될 수 있다.
전형적인 비디오 시퀀스에서 움직이는 대상은 종종 동작 보상의 최대 블록 크기 또는 매크로 블록 크기보다 큰 이미지 영역들을 커버한다. 따라서, 공간적으로 인접한 동작 벡터들은 종종 큰 의존성을 갖고, 이러한 사실은 비디오 코딩 시스템에서 흔히 이용된다. 즉, 현재의 동작 벡터와 할당된 예측 동작 벡터(MVP:motion vector predictor) 사이의 차이만 코딩되고, 상기 예측 동작 벡터는 공간적으로 인접한 인과적 벡터로부터 도출된다.
또한, 시간적으로 인접한 벡터들 사이의 상관관계는 개별 장면(scene) 내에서 천천히 변화하는 컨텐츠에 의해 평가될 수 있다. 동작 평가를 위한 여러 방법들은 초기 벡터로서 예측 동작 벡터를 사용하므로, 탐색 알고리즘은 상기 예측 동작 벡터를 중심으로 한다. 다른 방법은 예측 동작 벡터와 거기에서 도출된 벡터로 이루어진 한 세트의 후보만 사용되는 것이다.
본 발명은 동작 보상을 위해 선행 시간 분해 단계의 동작 평가의 결과가 사용되는 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법에 관한 것이다. 다음 분해 단계에 대한 벡터 후보를 예측하기 위해, 상기 결과가 이용되는데, 그 이유는 특히 이미지들 사이의 시간적 간격이 크면, 동작 평가를 위한 알고리즘의 연산 과정이 너무 복잡하기 때문이고, 이는 예컨대 스케일러블 비디오 코딩의 경우이다. 따라서, 예측적 동작 평가 알고리즘이 사용되고, 상기 알고리즘은 동작 보상된 시간 필터 또는 개방 계층적, 양방향 예측 이미지 사용에 기초하여, 특히 스케일러블 비디오 코딩시 나타나는 동작 상관관계를 이용한다.
제안된 알고리즘은 동작 평가 단계의 연산 용량을 현저히 감소시킨다. 객관적 및 시각적 품질은 공지된 다양하고 완전한 탐색 알고리즘의 품질에 상응한다.
실시예에서, 알고리즘은 매크로 블록의 각각의(하위) 분할의 전향 및 후향 예측을 위한 (정확한) 전체 화소 동작 벡터의 후보 세트를 포함한다. 동작 벡터 후보의 연산은 현재 이미지 또는 먼저 평가된 이미지 벡터 필드의 벡터를 액세스해야 한다. 전체 화소 후보 세트(S)의 개별 후보들은 하기와 같이 선택된다:
0-벡터 후보들
여러 장면들은 카메라 동작 또는 배경 동작을 포함하지 않거나 소수만 포함한다. 따라서 후향 0-벡터(0, 0)는 후보 세트에 추가된다.
공간 벡터 후보들
현재 이미지 내에서 공간적으로 인접한 분할 또는 섹션에 의해 예측 방향마다 3개까지의 후보가 도출된다. 먼저 현재 동작 벡터의 차분 코딩에 사용되고 공지된 방식으로 도출되는 예측 동작 벡터가 평가되고, 이는 예컨대 "Joint final draft international standard(FDIS) of joint video specification(ITU-T rec. H.264/ISO/IEC 14496-10 AVC)"(JVT 7차 회의, Document JVT-G050, 파타야, 태국, 2003년 3월, ITU-T, ISO/IEC, 토마스 비간트 및 게리 설리반)에 기술되어 있다.
동작 벡터들이 이용 가능한 경우에, 상기 동작 벡터들은 예측 동작 벡터의 연산시 사용된 동작 벡터로부터 얻은 좌측 인접자와 우측 상부 인접자의 분할에 포함된다. 인접자가 우측 상부에 존재하지 않으면, 그대신 좌측 상부 인접자가 사용된다.
시간 벡터 후보
전향 및 후향 평가를 위한 시간 벡터 후보들은 먼저 결정된 동작 벡터의 이용 가능성에 기초하여 다양한 방식으로 도출된다. 후향 동작 벡터 후보들은 현재 이미지의 반전된 전향 동작 벡터 후보들로부터 도출된다. 따라서 인과성(causality) 제한에 의해 현재 매크로 블록의 상부 또는 좌측의 동작 벡터만 사용된다. 현재 매크로 블록과 관련해서 좌측 및 우측 상부 매크로 블록의 먼저 저장된 2개의 동작 벡터들은 시간 벡터 후보들로 선택된다. 전향 동작 벡터의 경우에는 상황이 다른데, 그 이유는 이전 이미지의 이미 평가된 동작 벡터 필드의 각각의 전향 동작 벡터가 후보로서 사용될 수 있기 때문이다. 선택된 전향 후보들은 저장된 동작 필드의 반전된 동작 팩터이고, 공존 매크로 블록 하부의 좌우의 인접자로부터 얻어진다.
시간 중간층 벡터 후보
시간 중간층-벡터 후보(ILC:interlayer candidate)는 벡터 예측을 개선하기 위해 제공된다. 이는 특히 동작 보상된 시간 필터와 관련된 경우 또는 개방 계층적, 양방향 예측 이미지의 경우이다. 각각의 시간 분해 단계에서 동작 보상된 이미지들 간의 시간 간격은 2배가 된다. 이는 동작 평가를 위한 증가된 동작 벡터 탐색 범위를 필요로 할 것이다. 그러나, 후속 단계에서의 동작을 예측하기 위해, 선행 단계들의 동작 팩터는 조합하는 것이 가능하다. 시간층(1) 후보는 선행하는 시간 분해 단계(1-1)의 전향 및 후향 동작 벡터를 갖는 하나의 쌍에 의해 계산된다.
예측 동작 벡터에 대한 후보를 제외한 모든 후보들은 선행 이미지 평가 결과로부터 직접 도출되기 때문에, 시퀀스에서 변하는 동작에 대한 조정 방법이 바람직하다. 따라서, 벡터 세트(S)는 상기 세트(S)의 각각의 벡터를 우연적으로 선택된 벡터(ri)에 추가함으로써 제공되고, 이는 최종적인 벡터 세트(Sfinal)가 된다:
Sfinal = {v1, ...vn,v1 + r1, ...vn + rn }.
실시예에서, 동작 벡터에 대한 최상의 후보는 최종 벡터 세트의 모든 명확한 벡터에 대한 비용 함수의 최소화에 의해 결정된다. 최상의 동작 벡터 후보를 찾기 위한 탐색 패턴에 후속하여 전체 화소 세분화가 실시될 수 있다.
먼저 주변 8개의 1/2화소 위치를 평가한 후에 최상의 1/2화소 후보들 주변의 8개의 1/4화소 위치를 테스트함으로써 하위 화소 세분화가 실시될 수 있다.
코딩 모드의 선택을 위해, 2개의 단방향 모드 및 양방향 모드의 데이터레이트-상 왜곡-비의 값들이 비교될 수 있고, 이 경우 2개의 최상의 단방향 동작 벡터들이 추가의 양방향 세분화 없이 사용된다.
또한, 전술한 방법의 실시를 위해 형성된 장치가 제안된다. 상기 장치는 일반적으로 계산 유닛을 포함한다.
또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상응하는 계산 유닛에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실시하기 위한 프로그램 코딩 수단을 가진 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상응하는 계산 유닛에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실시하기 위한, 컴퓨터 판독 가능한 데이터 매체에 저장된 프로그램 코딩 수단을 가진 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 발명의 다른 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부된 도면에 제시된다.
전술한 그리고 하기에서 설명될 특징들은 주어진 조합으로 뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 자체로, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예가 도면에 개략적으로 도시되고 하기에서 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 2개의 상이한 후보 할당 방식을 도시한 도면.
도 2는 동작 평가를 위한 상이한 정보 소스를 이용한 동작 벡터 세트의 형성 을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개략도.
도 1에는 시간 중간층에 대한 후보의 다양한 할당 방식이 도시된다. 도면 상부에는 벡터 세트(s1-1 2t-2)에 대한 제 1 범위(10), 벡터 세트(s1-1 2t-1)에 대한 제 2 범위(12) 및 벡터 세트(s1-1 2t)에 대한 제 3 범위(14)가 도시된다. 도면 하부에는 벡터 세트(s1 t-1)에 대한 제 4 범위(16)와 벡터 세트(s1 t)에 대한 제 5 범위(18)가 도시된다.
상부 도면에 따라, 블록(20)에 대한 벡터 후보는 벡터(21;vfwd)에 의해 범위(10)로부터 그리고 벡터(22;vbwd)에 의해 범위(14)로부터 결정된다. 시간층(1)에 대한 후보는 선행하는 시간 분해 단계(1-1)로부터 전향 및 후향 동작 벡터의 저장된 쌍에 의해 결정된다.
하부 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 기본적으로 2개의 후보 할당 방식이 이용될 수 있다. 이것은, 각각 공존(co-located) 블록에 후보들의 할당에 의해 벡터(23;vfwd,col)로 그리고 동작 궤도를 따르는 블록에 후보의 할당에 의해 벡터(24;vfwd,trj)로 이루어질 수 있다. s1-1 2t 에서 블록은 결정된 vbwd의 래퍼런싱 범위 를 최대로 오버랩하고, s1 t에서 상기 블록의 공존 블록에 vfwd, trj이 후보로서 할당된다.
도 2는 신속하고 효율적인 동작 평가를 위한 다양한 정보 소스를 이용한 동작 벡터 후보 세트(30)의 형성을 도시한다. 다양한 정보 소스들은 낮은 해상도를 갖는 현재 범위(32), 가능한 상이한 시간층에서 빼낸 먼저 코딩된 범위(34), 및 더 높은 공간 해상도를 갖는 현재 범위(36)이다. 제 1 파선(38)은 더 높은 공간 해상도에 대해 스케일링하여 리스트(30)에 벡터(40)를 기재하는 것을 도시한다. 현재 범위(36) 내의 블록(42)은 현재 매크로 블록(42)을 도시한다.
도 3에는 도면부호 50으로 표시된 본 발명에 따른 장치의 실시예가 도시된다. 상기 장치(50)는 계산 유닛(52), 메모리 장치(54) 및 입/출력 유닛(56)을 포함하고, 상기 입/출력 유닛은 데이터 라인(58)을 통해 서로 연결된다.
계산 유닛(52)에서 데이터 압축 방법이 실행되고, 이때 압축될 데이터 또는 비디오 시퀀스는 입/출력 유닛(56)을 통해 수신되고, 압축 후에는 다시 전달될 수 있다. 계산 유닛(52)은 압축된 데이터를 압축 해제하기 위해 제공될 수 있다.

Claims (11)

  1. 동작 보상을 위해, 비디오 시퀀스의 동작 파라미터를 결정하는, 선행하는 시간 분해 단계의 동작 평가의 결과가 다음 시간 분해 단계를 위한 벡터 후보를 예측하는데 사용되는 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법으로서, 전체 화소 동작 벡터의 후보 세트(30)를 포함하는 예측 알고리즘이 동작 평가를 위해 사용되고, 전체 화소 후보 세트의 개별 후보들이 선택되는, 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 시퀀스에서 변하는 동작에 대한 조정 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비용 함수를 최소화함으로써 동작 벡터에 대한 후보가 결정되는 것을 특징으로 하는 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 코딩 모드의 선택을 위해 데이터 레이트-상 왜곡-비가 이용되는 것을 특징으로 하는 비디오 시퀀스에서 데이터 압축 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법의 실시를 위해 형성된 비디오 시퀀스의 데이터 압축 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 실시하기 위해 형성된 비디오 시퀀스에서 데이터를 압축하는 장치에 있어서, 상기 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 유닛(52)을 포함하는, 상기 비디오 시퀀스의 데이터 압축 장치.
  7. 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 또는 상응하는 계산 유닛(52), 특히 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 실시하기 위해 형성된 비디오 시퀀스의 데이터 압축 장치(50), 또는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 유닛(52)을 포함하도록 형성된 비디오 시퀀스의 데이터 압축 장치(50)에서 실행될 때, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법의 모든 단계를 실시하기 위한 프로그램 코딩 수단을 가지는, 상기 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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