KR101629999B1 - 무손실 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무손실 부호화를 이용하여 비디오를 부호화/복호화하는 방법 및 장치에 관한 기술이 개시된다. 본 발명에 따른 무손실 비디오 부호화 방법은 화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하는 단계와, 화면내 예측 방향에 상응하여 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하는 단계 및 예측값을 참조하여 수행되는 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

무손실 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR LOSSLESS VIDEO CODING/DECODING}
본 발명은 비디오의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무손실 부호화를 이용하여 비디오를 부호화/복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에는 스마트폰과 스마트TV의 등장으로 인하여 유·무선 통신 네트워크를 통한 동영상 데이트의 이용이 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 동영상 데이터는 일반 텍스트 데이터에 비하여 정보 전달 능력이 뛰어난 반면에 용량이 매우 크기 때문에 제한된 대역폭을 가진 네트워크 채널에서 데이터를 전송하거나 재생 및 저장하는데 어려움이 존재한다. 또한, 어플리케이션의 요구에 따라서 방대한 동영상 정보가 적절히 처리되어야 하므로, 동영상을 처리하기 위한 시스템 또한 높은 사양이 요구된다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 동영상 데이터를 작은 정보로 압축시키는 기술인 동영상 부호화 알고리즘이 활발히 연구되어 오고 있다. 동영상 데이터는 시간적 (temporal), 공간적(spatial), 통계적(statistical) 중복성을 가지는 것을 특징으로 한다. 시간적 중복성은 연속되는 프레임간의 중복성을 의미하며, 연속되는 프레임의 화소들은 매우 높은 상관도를 가진다. 공간적 중복성은 프레임 내에 존재하는 중복성을 의미하며, 하나의 화소의 밝기 값은 이웃하는 화소들의 밝기 값과 높은 상관도를 가진다. 마지막으로, 통계적 중복성은 부호화된 데이터들 간의 중복성을 의미하는데, 화소들의 밝기 값의 확률 분포에 의한 중복성을 말한다. 동영상 부호화를 위하여, 상기 3가지 중복성을 제거함으로써 방대한 양의 동영상 데이터를 보다 작은 양의 데이터로 압축할 수 있다.
비디오의 부호화에는 손실 부호화(Loss Coding)와 무손실 부호화(Lossless Coding)가 있다. H.264/AVC는 손실 부호화뿐만 아니라 무손실 부호화도 지원하며, 특히 무손실 부호화는 H.264/AVC FRExt(Fidelity Range Extension) 표준화에서 좀 더 효율적인 무손실 부호화 기술이 채택되었다. FRExt에서 채택된 무손실 부호화 기술은 데이터의 손실을 피하기 위하여 단순히 변환과 양자화를 수행하지 않는 방법으로 이루어졌다. 즉, 화면내 예측(Intra Prediction)과 화면간 예측(Inter Prediction)을 통하여 구해진 잔차(residual) 신호들을 변환, 양자화하지 않고 바로 엔트로피 부호화(Entropy) 부호화함으로써 무손실 압축을 수행할 수 있다.
특히, 공간적 중복 정보는 화면내 예측이나 변환 부호화(Transform Coding) 방법을 이용하여 효과적으로 줄일 수 있다.
여기서, 화면내 예측은 현재 블록의 예측값을 결정하기 위해 이전에 부호화를 수행하여 복원된 이웃하는 블록의 경계 화소를 사용한다. 그러나, 이러한 화면내 예측 방법은 참조 화소와 현재 화소 사이의 거리가 멀어짐에 따라 예측 오류가 증가하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 화면내 예측에 있어서 화소의 예측 효율을 높여 부호화 효율을 향상시키는 무손실 비디오 부호화 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 화면내 예측에 있어서 화소의 예측 효율을 높여 무손실 비디오 부호화한 비트스트림을 복호화하는 무손실 비디오 복호화 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무손실 비디오 부호화 방법은, 화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하는 단계와, 화면내 예측 방향에 상응하여 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하는 단계 및 예측값을 참조하여 수행되는 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하는 단계를 포함한다.
여기에서, 예측값은 이전 차이값에 화소의 연속성에 기반하는 가중치를 곱하여 산출되고, 보정된 차이값은 차이값에서 예측값을 감하여 산출될 수 있다.
여기에서, 제 1 화소 라인은 화면내 예측의 대상이 되는 화면내 예측블록을 지나고 제 1 화소 라인사이에 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두고 있어, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 차이값을 산출할 수 있다.
여기에서, 제 2 화소 라인은 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격에 위치하고, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 차이값에 기반한 예측값을 산출할 수 있다.
여기에서, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하고, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 차이값에 기반한 예측값을 참조하여 수행되는 제 2 화소 라인에 위치한 화소 사이의 차이값에 대한 보정을 통하여 보정된 차이값을 산출하고 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무손실 비디오 복호화 방법은, 화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하고, 화면내 예측 방향에 상응하여 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하며, 예측값을 참조하여 수행되는 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하여 생성된 비트스트림을 수신하는 단계 및 수신한 비트스트림을 복호화하여 복원된 차이값과 화면내 예측정보에 기반하여 복원영상을 생성하는 복호화 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무손실 비디오 복호화 장치는, 화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하고, 화면내 예측 방향에 상응하여 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하며, 예측값을 참조하여 수행되는 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하여 생성된 비트스트림을 수신하고, 비트스트림을 복호화하여 복원된 차이값과 화면내 예측정보를 생성하는 엔트로피 복호부와, 화면내 예측정보에 기반한 화면내 예측을 통하여 예측 화소를 생성하는 화면내 예측부 및 예측 화소에 복원된 차이값을 가산하여 복원영상을 생성하는 가산부를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 무손실 비디오 부호화 방법을 이용할 경우에는 화면내 예측에서 주변 화소의 변화도를 참조하여 현재 예측하고자 하는 화소의 예측 효율을 높여줌으로써 부호화 효율을 향상시킬 수 있다
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 무손실 비디오 복호화 방법을 이용할 경우에는 화면내 예측에 있어서 화소의 예측 효율을 높여 무손실 비디오 부호화한 비트스트림을 복호화할 수 있다.
도 1은 현재 블록과 이에 인접하는 화소를 나타내는 개념도이다.
도 2는 부분적으로 변화하는 현재 블록과 이에 인접하는 화소를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화면내 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화면내 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화면내 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무손실 부호화 장치를 설명하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무손실 복호화 장치를 설명하는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 후술할 영상 부호화 장치(Video Encoding Apparatus), 영상 복호화 장치(Video Decoding Apparatus)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), 무선 통신 단말기(Wireless Communication Terminal), 스마트폰(Smart Phone), TV 응용 서버와 서비스 서버 등 서버 단말기일 수 있으며, 각종 기기 또 등과 같은 사용자 단말기이거나 는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 부호화하거나 복호화하거나 부호화 또는 복호화를 위해 화면간 또는 화면내 예측하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미할 수 있다.
또한, 영상 부호화 장치에 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) 등과 같은 다양한 통신 인터페이스를 통해 영상 복호화 장치로 전송되어 영상 복호화 장치에서 복호화되어 영상으로 복원되고 재생될 수 있다.
통상적으로 동영상은 일련의 픽처(Picture)로 구성될 수 있으며, 각 픽처들은 프레임 또는 블록(Block)과 같은 소정의 영역으로 분할될 수 있다.
또한, 현재 표준화가 진행되고 있는 HEVC(High Efficiency Video Coding)는 부호화 단위(CU: Coding Unit), 예측 단위(PU: Prediction Unit), 변환 단위(TU: Transform Unit)의 개념을 정의하고 있다. 부화화 단위는 기존의 매크로블록(Macroblock)과 유사하나 가변적으로 부호화 단위의 크기를 조절하면서 부호화를 수행할 수 있도록 한다. 예측 단위는 더 이상 분할되지 않는 부호화 단위에서 결정되며 예측 종류(Prediction Type)와 예측 단위 분할(PU splitting) 과정을 통하여 결정될 수 있다. 변환 단위는 변환과 양자화를 위한 변환 단위로 예측 단위의 크기보다 클 수 있지만 부호화 단위보다는 클 수 없다. 따라서, 본 발명에 있어 블록은 유닛과 동등한 의미로 이해될 수 있다.
또한, 현재 블록 또는 현재 화소를 부호화하거나 복호화하는데 참조되는 블록 또는 화소를 참조 블록(Reference Block) 또는 참조 화소(Reference Pixel)라고 한다. 또한, 이하에 기재된 "픽처(picture)"이라는 용어는 영상(image), 프레임(frame) 등과 같은 동등한 의미를 갖는 다른 용어로 대치되어 사용될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 현재 블록과 이에 인접하는 화소를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 4×4블록인 현재 블록과 현재 블록에 이웃한 블록의 인접 화소를 나타낸다. 현재 블록의 화면내 예측 모드 방향이 수평(horizontal)이라고 하면, q0로부터 p0가 예측이 되고, p0로부터 p1이 예측이 되며, p1로부터 p2가 예측될 수 있다. 예컨대, 화소간의 차이값인 예측 오차는 p0-q0, p1-q0, p2-q0, p3-q0와 같이 산출되는 것이 아니라, p0-q0, p1-p0, p2-p1, p3-p2와 같이 산출될 수 있다. 여기서, 예측 오차는 r0= p0-q0, r1= p1-p0, r2= p2-p1와 같이 나타낼 수 있다.
즉, 무손실 비디오 부호화 및 복호화에 있어서, 복호화 장치로 전송되는 예측 오차는 r0= p0-q0, r1= p1-p0, r2= p2-p1와 같이 될 수 있으며, 영상의 복원은 p0의 경우 q0+r0, p1의 경우 q0+r0+r1, p2의 경우 q0+r0+r1+r2, p3의 경우 q0+r0+r1+r2+r3와 같이 수행될 수 있다.
따라서, 화면내 예측 방향에 따른 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하는 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값에 의하여 예측 오차가 산출될 수 있다. 여기서, 화소 라인은 화면내 예측 모드에 따른 방향과 동일한 방향성을 가진 화소들의 연결선으로 볼 수 있다.
도 2는 부분적으로 변화하는 현재 블록과 이에 인접하는 화소를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 화면내 예측의 대상이 되는 화면내 예측블록이 전체적으로 수평 방향의 방향성을 띄고 있으나 부분적으로 변화하는 영역을 포함하고 있다. 이러한 경우 수평 방향의 화소 라인에 위치하는 화소 사이의 차이값에 기반하여 예측 오차를 산출할 경우, 차이값이 큰 영역이 발생하여 전체적으로 비트가 증가하여 부호화 효율을 낮출 수 있다.
예를 들어, 예측블록내에서 위로부터 첫번째 화소 라인과 두번째 화소 라인의 경우, 화면내 예측 방향(수평 방향)에 따른 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하는 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값이 크게 발생하여 부호화 효율을 낮출 수 있다. 즉, 예측블록내에서 위로부터 세번째 화소 라인과 네번째 화소 라인의 경우와 비교하였을 때, 예측블록내에서 위로부터 첫번째 화소 라인과 두번째 화소 라인의 경우 현재 화소와 그 이전 화소 간의 큰 차이값을 발생시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화면내 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 화면내 예측 모드에 따른 예측 방향이 수평 방향일 경우를 기준으로 설명한다.
화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하고, 화면내 예측 방향에 상응하여 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하여, 예측값을 참조하여 수행되는 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 즉, 예측 오차의 추가적인 예측을 통해 차이값을 줄여보는 과정을 수행하는 것이다. 이를 통하여, 무손실 비디오 부호화에 있어서, 예측 오차인 현재 화소와 그 이전 화소사이의 차이값을 작게하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 화면내 예측 방향이 수평 방향일 경우, 화면내 예측블록내에서 위로부터 첫번째 화소 라인에 위치한 현재 화소와 그 이전 화소사이의 차이값(A)은 화면내 예측블록의 바로 위의 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 차이값(a)을 예측값으로 하여 보정될 수 있다. 또한, 차이값(A)에서 예측값(a)을 감하는 보정을 통하여 보정된 차이값(A-a)이 산출될 수 있다.
즉, 화면내 예측블록내에서 위로부터 첫번째 화소 라인과 화면내 예측블록의 바로 위의 화소 라인을 구성하는 화소들은 유사한 패턴에 따라 변화할 수 있기 때문에 추가적인 예측을 통해 차이값(A)을 줄이는 보정이 수행될 수 있고, 이를 통하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 추가적으로 이전 라인(제 2 화소 라인)에 위치한 화소들간의 차이값(a)을 예측값으로 그대로 사용할 수도 있고 그 차이값(a)에 가중치를 곱해주어 생성된 값(a*)을 차이값(A)에 대한 예측값(a*)으로 사용할 수도 있으며, 가중치는 화소의 연속성에 기반하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 도3에서 화면내 예측블록내에서 위로부터 두번째 화소 라인과 세번째 화소 라인를 구성하는 화소들은 유사한 패턴에 따라 변화하지 않는다. 즉, 화면내 예측블록내에서 위로부터 세번째 화소 라인을 제 1 화소 라인으로 하고, 화면내 예측블록내에서 위로부터 두번째 화소 라인을 제 2 화소 라인으로 하여, 제 2 화소 라인에 위치한 화소들간의 차이값(a)을 제 1 화소 라인에 위치한 현재 화소와 이전 화소의 차이값(A)의 예측값으로 할 경우 비트가 오히려 증가할 수 있다. 이러한 경우, 제 2 화소 라인에 위치한 화소들간의 차이값(a)에 가중치를 곱해준 값(a*)을 예측값으로 사용함으로써 이를 조정할 수 있다. 이때 가중치는 1보다 커서 예측값(a*)을 더 크게 할 수도 있고, 1보다 작아서 예측값(a*)을 더 작게할 수도 있다.
만약, 8비트 화소로 구성된 영상(이 경우에 화소가 가질 수 있는 최대값은 255)에서 가중치를 1/255로 하면, 제 2 화소 라인에 위치한 화소들간의 차이값(a)에 가중치를 곱해준 값(a*)은 거의 0에 가깝게 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화면내 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 화소 라인은 실선으로, 제 2 화소 라인은 점선으로 구별되어 표시될 수 있다. 즉, 제 1 화소 라이들은 화면내 예측의 대상이 되는 화면내 예측블록을 지나고 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두어 위치할 수 있고, 제 2 화소 라인들은 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격에 위치할 수 있다. 예컨대, 화면내 예측블록내에서 제 1 화소 라인은 위로부터 홀수 번째 라인이 되고, 제 2 화소 라인은 위로부터 짝수 번째 라인이 될 수 있다.
먼저, 화면내 예측 방향(수평)에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하여 이를 엔트로피 부호화할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두고 위치하는 제 1 화소 라인에 위치하는 화소간의 차이값은 예측값으로 보정하지 않고 그대로 엔트로피 부호화하여 전송할 수 있다.
다음으로, 제 2 화소 라인에 위치하는 화소간의 차이값은 제 1 화소 라인에 위치하는 화소간의 차이값을 예측값으로 보정될 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하고, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 차이값에 기반한 예측값을 참조하여 수행되는 제 2 화소 라인에 위치한 화소 사이의 차이값에 대한 보정을 통하여 보정된 차이값을 산출하고 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다.
예를 들어, 홀수 번째 화소 라인의 경우 예측값에 의한 보정을 수행하기 않고, 짝수 번째 화소 라인의 경우 홀수 번째 화소 라인에서 산출되는 차이값에 기반한 예측값을 참조하여 보정을 수행하고, 보정을 통하여 산출된 보정된 차이값을 예측 오차로 활용할 수 있다.
또한, 제 2 화소 라인을 기준으로 위에 위치하는 제 1 화소 라인 또는 아래 위치하는 제 1 화소 라인에서 산출된 화소간의 차이값을 예측값으로 활용할 수도 있다. 즉, 위에 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값을 a, 아래 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값을 b라 하고 , 기준이 되는 제 2 화소 라인에서의 차이값을 A라 할 경우, 기준이 되는 제 2 화소 라인에서의 차이값(A)은 a 또는 b를 예측값으로 하여 보정될 수 있다. 이 경우, 차이값(A)을 줄이기 위하여 a와 b중에서 A와 차이값이 작은 값을 예측값으로 활용할 수 있고, a와 b 중에서 어느 값이 선택되었는지에 대한 정보를 추가하여 복호화 장치로 전송함으로써 복호화 장치에서 어떤 제 1 화소 라인의 차이값을 예측값으로 사용하였는지 알 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 위에 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값이 12, 아래 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값이 25, 기준이 되는 제 2 화소 라인에서의 차이값이 14일 경우에, 기준이 되는 제 2 화소 라인에서의 차이값의 예측값으로 위에 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값을 활용할 수 있다. 이러한 경우, 위에 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값을 예측값으로 선택하였다는 정보와 보정된 차이값인 2를 부호화하여 복호화 장치로 전송할 수 있다.
또한 다른 실시예로, 위에 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값(a)과 아래 위치하는 제 1 화소 라인에서의 차이값(b)의 차이인 |a-b|값이 미리 설정한 임계값(TH)보다 작은 경우, 선택 정보를 보내주는 것이 오히려 부호화 효율을 감소시킬 수 있다. 따라서, |a-b| <TH 인 경우 미리 설정한 정보(a 또는 b를 선택)를 사용하여 예측을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예는 화면내 예측 방향이 수평(horizontal)인 경우를 기준으로 설명하였으나, 다른 방향성을 가진 화면내 예측 모드에도 적용될 수 있다. 또한, 상술한 가중치 또는 선택 정보 등은 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등을 통하여 전송되어 사용되거나, 부호화 장치와 복호화 장치가 서로 약속 바에 따를 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화면내 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 다른 화면내 예측 방향(대각 우하향: diagonal down right)을 가진 경우를 예시한다. 도 5에서 제 1 화소 라인은 실선으로, 제 2 화소 라인은 점선으로 구별되어 표시될 수 있다. 즉, 제 1 화소 라이들은 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두어 위치할 수 있고, 제 2 화소 라인들은 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격에 위치할 수 있다. 예컨대, 화면내 예측블록내에서 제 1 화소 라인은 위로부터 홀수 번째 라인이 되고, 제 2 화소 라인은 위로부터 짝수 번째 라인이 될 수 있다.
먼저, 화면내 예측 방향(diagonal down right)에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하여 이를 엔트로피 부호화할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두고 위치하는 제 1 화소 라인에 위치하는 화소간의 차이값은 예측값으로 보정하지 않고 그대로 엔트로피 부호화하여 전송할 수 있다.
다음으로, 제 2 화소 라인에 위치하는 화소간의 차이값은 제 1 화소 라인에 위치하는 화소간의 차이값을 예측값으로 보정될 수 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 실시예는 화면내 예측 방향이 대각 우하향(diagonal down right)인 경우에도 적용될 수 있고, 다른 방향성을 가진 화면내 예측 모드에도 적용될 수 있다. 또한, 현재 표준화가 진행 중인 HEVC에 따른 화면내 예측 방법인 임의의 방향성을 갖는 인트라(ADI: Arbitrary Direction Intra), Planar 예측, Angular 예측에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무손실 부호화 장치를 설명하는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치(100)는 감산기(110), 엔트로피 부호화부(120), 가산기(130), 움직임 보상부(140), 화면내 예측부(150), 움직임 예측부(160) 및 필터부(170)를 포함한다.
손실 부호화 장치의 경우 변환과 양자화를 거쳐 엔트로피 부호화가 수행되나, 무손실 부호화의 경우 바로 엔트로피 부호화가 수행될 수 있다. 입력 영상이 들어오면 화면내 예측 또는 화면간 예측을 통해 얻어진 잔차블록(차이값)을 엔트로피 부호화부로 전송할 수 있다. 이외에 무손실 부호화 장치는 손실 부호화 장치와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치(100)는 화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 화면내 예측 방향에 상응하여 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출할 수 있다.
부호화 장치(100)는 화면내 예측 방향에 상응하여 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출할 수 있다.
또한, 부호화 장치(100)는 예측값을 참조하여 수행되는 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하여 비트스트림을 생성할 수 있다. 부호화된 비트스트림은 차이값에 대한 정보인 예측 오차와 화면내 예측 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 화면내 예측정보는 블록의 크기, 화면내 예측모드, 예측값에 대한 정보(선택정보) 등을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치(100)는 무손실 비디오 부호화에 있어서, 예측 오차인 현재 화소와 그 이전 화소사이의 차이값을 작게하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무손실 복호화 장치를 설명하는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호화부(210), 가산기(220), 필터부(230), 화면내 예측부(240) 및 움직임 보상부(250)를 포함한다. 손실 복호화 장치의 경우 엔트로피 복호화를 거쳐 역양자화와 역변환이 수행되나, 무손실 부호화 장치의 경우 역양자화와 역변환이 수행되지 않는다. 이외에 무손실 복호화 장치는 손실 복호화 장치와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
엔트로피 복호화부(210)는 상술한 무손실 비디오 부호화 방법 또는 무손실 비디오 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 수신하고 복호화하여 복원된 차이값과 화면내 예측정보를 생성할 수 있다.
화면내 예측부(240)는 화면내 예측정보에 기반한 화면내 예측을 통하여 예측 화소를 생성할 수 있다.
가산부(220)는 예측 화소에 복원된 차이값을 가산하여 복원영상을 생성할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 무손실 비디오 부호화 및 복호화 기술에 따르면, 화면내 예측에서 주변 화소의 변화도를 참조하여 현재 예측하고자 하는 화소의 예측 효율을 높여줌으로써 부호화 효율을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 부호화 장치 110: 감산기
120: 엔트로피 부호화부 130, 220: 가산기
140, 250: 움직임 보상부 150, 240: 화면내 예측부
160: 움직임 예측부 170, 230: 필터부
200: 복호화 장치 210: 엔트로피 복호화부

Claims (13)

  1. 비디오의 부호화 방법에 있어서,
    화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 상기 화면내 예측 방향에 상응하여 상기 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하는 단계;
    상기 화면내 예측 방향에 상응하여 상기 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 상기 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 상기 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하는 단계; 및
    상기 예측값을 참조하여 수행되는 상기 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하는 단계를 포함하는 무손실 비디오 부호화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 예측값은,
    상기 이전 차이값에 화소의 연속성에 기반하는 가중치를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 부호화 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보정된 차이값은,
    상기 차이값에서 상기 예측값을 감하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 부호화 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 차이값을 산출하는 단계에 있어서,
    상기 제 1 화소 라인은 화면내 예측의 대상이 되는 화면내 예측블록을 지나고 상기 제 1 화소 라인사이에 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두고 있어, 상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 상기 차이값을 산출하는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 부호화 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 예측값을 산출하는 단계에 있어서,
    상기 제 2 화소 라인은 상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격에 위치하고,
    상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 상기 차이값에 기반한 예측값을 산출하는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 부호화 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 상기 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하고,
    상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 상기 차이값에 기반한 예측값을 참조하여 수행되는 상기 제 2 화소 라인에 위치한 화소 사이의 차이값에 대한 보정을 통하여 상기 보정된 차이값을 산출하고 상기 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 부호화 방법.
  7. 비디오의 복호화 방법에 있어서,
    화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 상기 화면내 예측 방향에 상응하여 상기 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하고, 상기 화면내 예측 방향에 상응하여 상기 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 상기 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 상기 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하며, 상기 예측값을 참조하여 수행되는 상기 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하여 생성된 비트스트림을 수신하는 단계; 및
    상기 수신한 비트스트림을 복호화하여 복원된 차이값과 화면내 예측정보에 기반하여 복원영상을 생성하는 복호화 단계를 포함하는 무손실 비디오 복호화 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 예측값은 상기 이전 차이값에 화소의 연속성에 기반하는 가중치를 곱하여 산출되며,
    상기 보정된 차이값은 상기 차이값에서 상기 예측값을 감하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 복호화 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 화소 라인은 화면내 예측의 대상이 되는 화면내 예측블록을 지나고 상기 제 1 화소 라인사이에 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격을 두고 있어, 상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 상기 차이값을 산출하며,
    상기 제 2 화소 라인은 상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격에 위치하고, 상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 상기 차이값에 기반하는 상기 예측값을 산출하는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 복호화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 비트스트림은,
    상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 상기 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하고,
    상기 적어도 하나의 화소 라인에 상응하는 간격마다 산출되는 상기 차이값에 기반한 예측값을 참조하여 상기 제 2 화소 라인에 위치한 화소 사이의 차이값에 대한 보정을 통하여 상기 보정된 차이값을 산출하고 상기 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하여 생성되는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 복호화 방법.
  11. 비디오의 복호화 장치에 있어서,
    화면내 예측 방향에 따른 제 1 화소 라인에 위치하는 현재 화소와 상기 화면내 예측 방향에 상응하여 상기 현재 화소의 이전에 위치한 이전 화소사이의 차이값을 산출하고, 상기 화면내 예측 방향에 상응하여 상기 제 1 화소 라인의 이전에 위치하는 제 2 화소 라인에 위치하고 상기 현재 화소에 대응되는 현재 예측 화소와 상기 이전 화소에 대응되는 이전 예측 화소사이의 이전 차이값에 기반한 예측값을 산출하며, 상기 예측값을 참조하여 수행되는 상기 차이값의 보정을 통하여 산출되는 보정된 차이값에 엔트로피 부호화를 수행하여 생성된 비트스트림을 수신하고, 상기 비트스트림을 복호화하여 복원된 차이값과 화면내 예측정보를 생성하는 엔트로피 복호화부;
    상기 화면내 예측정보에 기반한 화면내 예측을 통하여 예측 화소를 생성하는 화면내 예측부; 및
    상기 예측 화소에 상기 복원된 차이값을 가산하여 복원영상을 생성하는 가산부를 포함하는 무손실 비디오 복호화 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 예측값은 상기 이전 차이값에 화소의 연속성에 기반하는 가중치를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 복호화 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 보정된 차이값은 상기 차이값에서 상기 예측값을 감하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무손실 비디오 복호화 장치.
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