KR101670954B1 - 대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 - Google Patents

대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 Download PDF

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Abstract

대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 가 개시된다. 영상 부호화 장치는, 입력 영상에 대한 복수의 실제 영상을 생성하고, 하나의 실제 영상을 통해 다른 실제 영상을 예측할 수 있는 차분 영상을 생성함으로써, 입력 영상을 부호화하기 전에 효율적으로 데이터량을 줄일 수 있다.
영상, UHDTV, 3D TV, 부호화, 복호화, 예측 필터링, 대용량

Description

대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 {IMAGE ENCODING APPARATUS AND IMAGE DECODING APPARATUS FOR TRANMITTING EFFECTIVELY LARGE VOLUME IMAGE}
본 발명의 일실시예에 따른 장치 및 방법은 영상을 부호화하고 복호화하는 것으로, 보다 자세하게는 대용량의 영상을 효율적으로 전송할 수 있는 영상 부호화 장치 및 방법, 그리고, 영상 복호화 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 영상 기술이 발전하면서 UHDTV(Ultra High Definition TV), 3D TV(3 Dimension TV)에 대한 연구가 활발이 이루어지고 있다. 이미 여러 나라에서 고해상도 TV인 HDTV를 중심으로 다양한 방송 서비스가 제공되고 있지만, 좀더 큰 화면에서 더욱 깨끗하고 자연스러운 영상을 원하는 소비자들의 욕구를 만족하기 위해 HDTV 이후의 차세대 방송 서비스인 UHDTV를 위한 준비 작업이 진행 중이다. 또한, 대화형 및 실감 컨텐츠의 이용을 요구하는 소비자가 증가함에 따라 3D 영상 처리 기술의 한 분야인 복수 시점 영상 기술을 이용한 3D TV서비스의 요구도 증가하고 있다.
이러한 소비자 요구의 변화에 따라 UHDTV 및 3D TV의 중요성이 커지고 있지 만, HD 화면의 16배 크기에 해당하는 UHDTV와 한 시점에 대해 2장 이상의 영상이 필요한 3D TV로 인해 데이터량이 증가함으로써, 종래의 영상 압축 방법으로 부호화할 때 문제점이 발생하고 있다. UHDTV와 3D TV 서비스의 성공적인 진행을 위해서는 대용량의 영상 데이터를 효율적으로 부호화하고 복호화하는 방법이 요구된다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치는 입력 영상을 복수의 영역으로 분리하여 상기 복수의 영역 중 서로 다른 영역을 각각 포함하는 복수의 실제 영상을 생성하는 영상 분리부, 상기 복수의 실제 영상 각각을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 각각 서로 다른 실제 영상에 대한 예측 영상을 생성하는 영상 필터부, 상기 예측 영상 및 상기 예측 영상과 대응하는 실제 영상간의 연산을 통해 상기 복수의 실제 영상 각각에 대응하는 차분 영상을 생성하는 영상 연산부, 상기 차분 영상의 데이터 크기에 따라 적어도 하나의 차분 영상을 선택하는 영상 선택부 및 상기 복수의 실제 영상 중 대응되는 차분 영상이 선택되지 않은 실제 영상, 상기 선택된 차분 영상 및 상기 예측 필터의 필터 계수를 부호화하는 영상 부호화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치는 부호화된 입력 영상에 대해 실제 영상, 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하는 영상 복호화부, 상기 차분 영상에 대응하는 실제 영상을 확인하고, 확인된 실제 영상을 상기 필터 계수를 이용하여 상기 예측 필터에서 예측 필터링하여 예측 영상을 생성하는 영상 필터부, 상기 예측 영상과 상기 차분 영상을 이용하여 합산 영상을 생성하는 영상 연산부 및 상기 실제 영상 및 상기 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 영상 조합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법은 입력 영상을 복수의 영역으 로 분리하여 상기 복수의 영역 중 서로 다른 영역을 각각 포함하는 복수의 실제 영상을 생성하는 단계, 상기 복수의 실제 영상 각각을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 각각 서로 다른 실제 영상에 대한 예측 영상을 생성하는 단계, 상기 예측 영상 및 상기 예측 영상과 대응하는 실제 영상간의 연산을 통해 상기 복수의 실제 영상 각각에 대응하는 차분 영상을 생성하는 단계, 상기 차분 영상의 데이터 크기에 따라 적어도 하나의 차분 영상을 선택하는 단계 및 상기 복수의 실제 영상 중 대응되는 차분 영상이 선택되지 않은 실제 영상, 상기 선택된 차분 영상 및 상기 예측 필터의 필터 계수를 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 방법은 부호화된 입력 영상에 대해 실제 영상, 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하는 단계, 상기 차분 영상에 대응하는 실제 영상을 확인하고, 확인된 실제 영상을 상기 필터 계수를 이용하여 상기 예측 필터에서 예측 필터링하여 예측 영상을 생성하는 단계, 상기 예측 영상과 상기 차분 영상을 이용하여 합산 영상을 생성하는 단계 및 상기 실제 영상 및 상기 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 영상에 대한 복수의 실제 영상을 생성하고, 하나의 실제 영상을 통해 다른 실제 영상을 예측할 수 있는 차분 영상을 생성하여 데이터량을 줄임으로써, 대용량의 영상을 효율적으로 부호화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 하나의 실제 영상을 예측 필터링하여 다른 실제 영상에 대한 예측 영상을 생성하고, 다른 실제 영상에서 예측 영상을 제외한 차분 영상을 생성하여 부호화함으로써, 대용량의 영상을 효율적으로 부호화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 일부 영역만 부호화된 입력 영상을 복호화하고, 예측 필터를 통해 일부 영역의 영상을 예측 필터링하여 다른 영역의 영상을 생성함으로써 대용량의 영상을 효율적으로 복원할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법은 영상 부호화 장치에 의해 수행될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 방법은 영상 복호화 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 부호화 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 영상 분리부(110), 영상 필터부(120), 영상 연산부(130), 영상 선택부(140) 및 영상 부호화부(150)를 포함할 수 있다.
영상 분리부(110)는 입력 영상을 복수의 영역으로 분리하여 상기 복수의 영역 중 서로 다른 영역을 각각 포함하는 복수의 실제 영상을 생성한다. 이때, 영상 분리부(110)는 입력 영상의 픽셀값에 대한 분산 및 엣지 정보 중 적어도 하나를 통해 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향을 결정하는 상관관계 검사부(미도시) 및 상관관계가 높은 방향에 따라 입력 영상을 복수의 영역으로 분리하고, 복수의 영역 중 입력 영상에서 서로 인접한 영역이 각각 서로 다른 실제 영상에 포함되도록 복수의 실제 영상을 생성하는 필드 추출부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 영상의 픽셀값들이 수직 또는 수평 방향으로 상관관계가 높은 경우, 상관관계 검사부는 상관관계가 높은 방향을 수직 또는 수평 방향으로 결정할 수 있다. 또한, 필드 추출부는 입력 영상을 픽셀 단위로 수직 또는 수평 방향으로 분리하여 홀수 열 또는 행 영역과 짝수 열 또는 행 영역을 각각 포함하는 두 개의 실제 영상을 생성할 수 있다.
이와 같이, 입력 영상을 통해 복수의 실제 영상을 생성하는 방법에 대해서는 도 5, 도 7 및 도 8을 통해 더욱 자세히 설명한다. 이후의 예에서는 설명의 편의상 입력 영상이 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함하는 홀수 영상 및 짝수 열 또는 행을 포함하는 짝수 영상의 두 개의 실제 영상으로 분리된 것으로 간주한다. 즉, 이러한 입력 영상은 세 개 이상의 실제 영상으로 분리될 수도 있다.
영상 필터부(120)는 복수의 실제 영상 각각을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 각각 서로 다른 실제 영상에 대한 예측 영상을 생성한다. 예를 들어, 영상 분리부(110)에서 입력 영상을 분리하여 홀수 영상 및 짝수 영상을 생성한 경우, 영상 필터부(120)는 상기 홀수 영상을 예측 필터링하여 상기 짝수 영상에 대한 예측 짝수 영상을, 상기 짝수 영상을 예측 필터링하여 상기 홀수 영상에 대한 예측 홀수 영상을 상기 예측 영상으로서 각각 생성할 수 있다. 이때, 영상 필터부(120)는 각 각의 실제 영상을 가장 잘 예측할 수 있는 예측 필터(predictive filter)의 필터 계수를 구하고, 필터 계수가 적용된 예측 필터를 적용하여 실제 영상 각각에 대한 예측 영상을 생성할 수 있다.
영상 연산부(130)는 예측 영상 및 예측 영상과 대응하는 실제 영상간의 연산을 통해 복수의 실제 영상 각각에 대응하는 차분 영상을 생성한다. 이때, 영상 연산부(130)는 예측 영상과 실제 영상에 대해, 입력 영상에서 서로 대응되는 픽셀의 픽셀값을 이용하여 상기 차분 영상을 생성할 수 있다. 즉, 영상 연산부(130)는 예측 영상의 픽셀값들과 예측 영상에 대응하는 실제 영상의 픽셀값들간에 서로 대응되는 픽셀들의 픽셀값들간에 차분한 결과를 상기 차분 영상으로써 생성할 수 있다. 이 경우, 홀수 영상을 통해 생성된 예측 짝수 영상이 짝수 영상과 완전히 동일한 경우, 짝수 영상과 홀수 영상간의 연산 결과는 0이 될 수 있다. 즉, 예측 필터의 성능이 우수할수록 차분 영상의 데이터량이 감소할 수 있고, 복호화 시 제1 실제 영상을 이용하여 제2 실제 영상을 거의 완벽하게 복원할 수 있게 된다.
또한, 영상 연산부(130)는 복수의 실제 영상간에 서로 다른 영상에 대한 차분 영상을 생성할 수 있다. 즉, 복수의 실제 영상으로서 홀수 영상 및 짝수 영상이 생성되고, 홀수 영상을 통해 예측 홀수 영상이, 짝수 영상을 통해 예측 짝수 영상이 생성되었다고 가정하자. 이때, 영상 연산부(130)는 홀수 영상과 예측 홀수 영상간의 연산을 통해 차분 홀수 영상을, 짝수 영상과 예측 짝수 영상간의 연산을 통해 차분 짝수 영상을 각각 생성할 수 있다.
영상 선택부(140)는 차분 영상의 데이터 크기에 따라 적어도 하나의 차분 영상을 선택한다. 즉, 상술한 예에서 영상 선택부(140)는 상기 차분 홀수 영상과 차분 짝수 영상 중 데이터 크기가 작은 차분 영상을 선택할 수 있다.
영상 부호화부(150)는 복수의 실제 영상 중 대응되는 차분 영상이 선택되지 않은 실제 영상, 선택된 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화한다. 즉, 영상 부호화부(150)에서는 입력 영상 전체를 부호화하는 것이 아니라, 실제 영상 중 일부의 영상과 나머지 실제 영상에 대한 차분 영상 그리고 필터 계수를 부호화할 수 있다.
예를 들어, 영상 부호화부(150)는 차분 홀수 영상이 선택되는 경우 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있고, 차분 짝수 영상이 선택되는 경우, 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
이때, 차분 영상은 실제 영상에서 예측 영상을 차분한 영상으로, 실제 영상보다 데이터의 크기가 작고, 필터 계수의 경우 영상들에 비해 데이터의 크기가 매우 작기 때문에 전체적으로 부호화하여 전송될 데이터의 양을 줄일 수 있다. 예를 들어, 예측 필터의 성능이 매우 좋아 예측 필터와 실제 영상이 서로 완전히 동일하여 제1 실제 영상 또는 제2 실제 영상의 차분 영상의 크기가 0이 되는 경우에는 제1 실제 영상 또는 제2 실제 영상과 필터 계수만을 부호화하면 되기 때문에 부호화할 데이터의 양을 절반으로 줄일 수 있다.
이때, 영상 부호화부(150)는 상관관계가 높은 방향이 어느 방향인지를 나타내는 분리 인덱스 및 복수의 실제 영상 각각을 지시하는 영상 인덱스를 더 부호화 할 수도 있다. 이러한 분리 인덱스 및 영상 인덱스는 본 실시예에 따른 영상 복호화 장치에서 입력 영상이 어떠한 방향으로 분리되었는지 또한, 어떠한 실제 영상에 대한 차분 영상이 부호화되었는지를 확인하는데 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 복호화 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 영상 복호화부(210), 영상 필터부(220), 영상 연산부(230) 및 영상 조합부(240)를 포함할 수 있다.
영상 복호화부(210)는 부호화된 입력 영상에 대해 실제 영상, 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화한다. 즉, 영상 복호화부(210)는 도 1을 통해 설명한 영상 부호화 장치(100)에서 부호화된 데이터를 복호화할 수 있다. 도 1의 예를 계속 이용하면, 영상 복호화부(210)는 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하거나, 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화할 수 있다. 즉, 실제 영상은 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함하는 홀수 영상 및 짝수 열 또는 행을 포함하는 짝수 영상 중 하나를 포함할 수 있고, 차분 영상은 실제 영상이 홀수 영상을 포함하는 경우 차분 짝수 영상을, 실제 영상이 짝수 영상을 포함하는 경우 차분 홀수 영상을 포함할 수 있다.
이때, 도 1을 통해 설명한 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상의 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향이 어느 방향인지를 나타내는 분리 인덱스 및 복수의 실제 영상 각각을 지시하는 영상 인덱스를 더 부호화할 수 있고, 영상 복호화부(210)는 이러한 분리 인덱스와 영상 인덱스를 더 복호화할 수 있다. 즉, 영상 복호화 장 치(200)는 분리 인덱스를 통해 입력 영상이 어떠한 방향으로 분리되었는지를 확인할 수 있고, 영상 인덱스를 통해 복수의 실제 영상 중 어떠한 영상들이 부호화되었는지를 확인할 수 있다. 예를 들어, 복수의 실제 영상을 나타내는 영상 인덱스가 {1, 2, 3, 4}와 같이 표현되고, {1, 3}과 같이 표현되는 영상 인덱스가 부호화되었다면, 영상 복호화 장치(200)는 복호화된 {1, 3}을 통해 '1' 및 '3'에 해당하는 실제 영상이 복호화되고, '2', '4'에 해당하는 차분 영상이 복호화 되었음을 확인할 수 있다. 이때, '1'에 해당하는 실제 영상의 예측 영상과 '2'에 해당하는 차분 영상이 서로 인접한 영상으로서 대응되는 것으로 판단할 수 있다.
예측 필터의 성능이 뛰어날수록 홀수 영상을 통해 짝수 영상을, 또는 짝수 영상을 통해 홀수 영상을 정확하게 예측할 수 있다. 다시 말해서, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 차분 영상은 0에 가까워지고, 영상 부호화 장치(100)를 통해 생성된 차분 영상이 0에 가까운 경우, 하나의 실제 영상을 통해 다른 실제 영상을 획득할 수 있게 되어, 부호화/복호화 및 전송되는 데이터의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 즉, 두 개의 실제 영역이 생성된 입력 영상에 대해 차분 영상이 0인 경우, 홀수 영상 및 짝수 영상 중 하나와 필터 계수만을 부호화해 전송하더라도 수신측에서 입력 영상 전체를 생성할 수 있게 된다.
영상 필터부(220)는 차분 영상에 대응하는 실제 영상을 확인하고, 확인된 실제 영상을 필터 계수를 이용하여 예측 필터에서 예측 필터링하여 예측 영상을 생성한다. 예를 들어, 영상 필터부(220)는 실제 영상이 홀수 영상을 포함하는 경우 홀수 영상을 예측 필터링하여 예측 짝수 영상을 예측 영상으로서 생성할 수 있다. 또한, 영상 필터부(220)는 실제 영상이 짝수 영상을 포함하는 경우 짝수 영상을 예측 필터링하여 예측 홀수 영상을 예측 영상으로서 생성할 수 있다.
영상 연산부(230)는 예측 영상과 차분 영상을 이용하여 합산 영상을 생성한다. 일례로, 영상 연산부(230)는 예측 짝수 영상의 픽셀값과 차분 짝수 영상의 픽셀값간의 합산을 통해 합산 영상을 생성하거나 예측 홀수 영상의 픽셀값과 차분 홀수 영상의 픽셀값간의 합산을 통해 합산 영상을 생성할 수 있다. 즉, 이러한 합산 영상은 원래의 홀수 영상 또는 원래의 짝수 영상을 의미할 수 있다.
영상 조합부(240)는 실제 영상 및 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성한다. 즉, 일례로, 영상 복호화부(210)에서 홀수 영상, 짝수 영상에 대한 차분 영상 및 필터 계수를 복호화한 경우, 영상 필터부(220)는 차분 영상을 통해 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다. 이때, 영상 연산부(230)는 예측 짝수 영상과 차분 영상간의 연산을 통해 합산 영상으로서, 짝수 영상을 생성할 수 있다. 이때, 영상 조합부(240)는 홀수 영상과 짝수 영상을 조합함으로써, 원래의 입력 영상을 생성할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 입력 영상을 부호화하는 과정을 도시한 도면이다. 도 3에서는 입력 영상을 픽셀 단위로 홀수 열 영역과 짝수 열 영역으로 분리한 경우를 가정하여 설명한다. 본 실시예에 따른 영상 부호화 장치에 입력 영상이 입력되면, 영상 분리부(110)는 픽셀 단위로 입력 영상을 홀수 열 영역과 짝수 열 영역으로 분리하고, 홀수 열 영역을 포함하는 홀수 영상과 짝수 열 영역을 포함하는 짝수 열 영역을 생성할 수 있다. 이때, 영상 분리부(110)는 입력 영상의 픽 셀값들의 상관관계가 높은 방향이 수직 방향임을 나타내는 분리 인덱스를 함께 생성할 수도 있다.
이때, 영상 필터부(120)는 홀수 영상과 짝수 영상 각각에 예측 필터를 적용하여 예측 필터링함으로써 예측 홀수 영상과 예측 짝수 영상을 예측 영상으로서 생성할 수 있다. 이때, 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록 예측 홀수 영상은 홀수 영상과, 예측 짝수 영상은 짝수 영상과 각각 거의 동일하게 될 수 있다.
예측 홀수 영상과 예측 짝수 영상이 생성된 이후, 영상 연산부(130)는 홀수 영상과 예측 홀수 영상을 차분하여 차분 홀수 영상을, 짝수 영상과 예측 짝수 영상을 차분하여 차분 짝수 영상을 각각 생성할 수 있다. 이 때, 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록, 차분 홀수 영상 또는 차분 짝수 영상이 거의 0에 가까운 값을 가질 수 있다.
이 후, 영상 선택부(140)는 데이터의 크기에 따라 차분 홀수 영상 및 차분 짝수 영상 중 하나를 선택할 수 있고, 영상 부호화부(150)는 영상 선택부(140)에서 선택된 차분 영상에 따라 부호화될 데이터를 결정하여 부호화할 수 있다. 예를 들어, 영상 선택부(140)에서 차분 홀수 영상이 선택된 경우, 영상 부호화부(150)는 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다. 이와는 반대로, 영상 선택부(140)에서 차분 짝수 영상이 선택된 경우, 영상 부호화부(150)는 홀수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
이 때, 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록 차분 홀수 영상 또는 차분 짝수 영상이 거의 0에 가까운 값을 갖게 된다. 즉, 차분 홀수 영상 또는 차분 짝수 영상의 값이 작을수록 부호화되는 입력 영상의 데이터가 효율적으로 감소될 수 있다.
또한, 영상 부호화부(150)는 입력 영상의 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향이 수직 방향임을 나타내는 분리 인덱스를 더 부호화할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부호화된 영상을 복호화하는 과정을 도시한 도면이다. 도 4에서는 본 실시예에 따른 영상 부호화 장치에서 입력 영상으로부터 홀수 영상 및 짝수 영상이 복수의 실제 영상으로 생성되고 홀수 영상, 짝수 영상에 대한 차분 영상인 차분 짝수 영상 및 필터 계수가 부호화된 경우를 가정하여 설명한다. 본 실시예에 따른 영상 복호화 장치에 부호화된 영상이 입력되면, 영상 복호화부(210)는 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 필터 계수를 복호화할 수 있다. 이때, 홀수 영상은 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함할 수 있다. 이러한 열 또는 행은 영상 복호화부(210)에서 더 복호화될 수 있는 분리 인덱스를 통해 확인될 수 있다.
영상 필터부(220)는 홀수 영상을 필터 계수를 이용하여 예측 필터에서 예측 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성한다. 이때, 영상 연산부(230)는 예측 홀수 영상과 차분 짝수 영상을 이용하여 합산 영상을 생성할 수 있다.
이때, 영상 조합부(240)는 홀수 영상과 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다. 즉, 합산 영상은 짝수 영상과 동일하고 홀수 영상과 짝수 영상을 다시 조합함으로써, 원래의 입력 영상을 얻을 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 입력 영상으로부터 두 개의 실제 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 입력 영상(510)이 홀수 열 영역과 짝수 열 영역의 복수의 영역(520)으로 분리된 모습을 나타낸다. 또한, 도 5는 홀수 열 영역을 모아 홀수 영상(530)이 생성되고, 짝수 열 영역을 모아 짝수 영상(540)이 생성된 모습을 나타낸다. 이와는 다르게, 입력 영상(510)의 픽셀값들의 상관관계가 수평 방향으로 높다면, 입력 영상(510)은 홀수 행 영역과 짝수 행 영역으로 분리될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 차분 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 홀수 영상(530)이 예측 필터를 통해 필터링되어 예측 짝수 영상(610)이 생성되고, 예측 짝수 영상(610)과 짝수 영상(540)간의 차분을 통해 차분 짝수 영상(620)이 생성된 모습을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 입력 영상으로부터 세 개의 실제 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 입력 영상(710)의 픽셀값들의 상관관계가 상단부에서는 수직 방향으로 매우 높으나 하단부에서는 특정 방향과 관계없이 거의 상관관계가 없는 경우, 입력 영상(710)이 도 7에 나타난 복수의 영역(720)으로 분리되고, 세 개의 실제 영상(721)으로 분리된 모습을 나타낸다. 즉, 입력 영상(710)의 상단부는 두 개의 실제 영상으로 분리된 반면, 하단부는 그대로 하나의 실제 영상으로 분리되었다. 이 경우, 상단부의 두 개의 실제 영상간에만 필터링 및 차분이 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 입력 영상으로부터 복수개의 실제 영 상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 입력 영상(810)이 상관관계에 따라 12 개의 영역(820)으로 분리되고, 필요에 따라 4 개의 실제 영상(821) 또는 두 개의 실제 영상(822)으로 각각 분리된 모습을 나타낸다.
즉, 도 5, 도 7 및 도 8을 통해 설명한 바와 같이, 입력 영상은 입력 영상의 픽셀값에 대한 분산 및 엣지 정보 중 적어도 하나를 통해 결정되는 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향 또는 필요에 따라 다양하게 복수의 영역으로 분리될 수 있고, 복수의 영역을 다양하게 조합하여 복수개의 실제 영상을 생성하는 것이 가능해진다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 본 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도 9에서는 영상 부호화 장치에 의해 각각의 단계가 수행되는 과정을 설명함으로써, 영상 부호화 방법을 설명한다.
단계(S901)에서 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상을 복수의 영역으로 분리하여 상기 복수의 영역 중 서로 다른 영역을 각각 포함하는 복수의 실제 영상을 생성한다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상의 픽셀값에 대한 분산 및 엣지 정보 중 적어도 하나를 통해 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향을 결정할 수 있다. 또한, 상관관계가 높은 방향에 따라 입력 영상을 복수의 영역으로 분리하고, 복수의 영역 중 입력 영상에서 서로 인접한 영역이 각각 서로 다른 실제 영상에 포함되도록 복수의 실제 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 입력 영상의 픽셀값들이 수직 또는 수평 방향으로 상관관계가 높은 경우, 상관관계 검사부는 상관관계가 높은 방향을 수직 또는 수평 방향으로 결정할 수 있다. 또한, 필드 추출부는 입력 영상을 픽셀 단위로 수직 또는 수평 방향으로 분리하여 홀수 열 또는 행 영역과 짝수 열 또는 행 영역을 각각 포함하는 두 개의 실제 영상을 생성할 수 있다.
이후의 예에서는 설명의 편의상 입력 영상이 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함하는 홀수 영상 및 짝수 열 또는 행을 포함하는 짝수 영상의 두 개의 실제 영상으로 분리된 것으로 간주한다. 즉, 이러한 입력 영상은 세 개 이상의 실제 영상으로 분리될 수도 있다.
단계(S902)에서 영상 부호화 장치(100)는 복수의 실제 영상 각각을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 각각 서로 다른 실제 영상에 대한 예측 영상을 생성한다. 예를 들어, 입력 영상을 분리하여 홀수 영상 및 짝수 영상을 생성한 경우, 영상 부호화 장치(100)는 상기 홀수 영상을 예측 필터링하여 상기 짝수 영상에 대한 예측 짝수 영상을, 상기 짝수 영상을 예측 필터링하여 상기 홀수 영상에 대한 예측 홀수 영상을 상기 예측 영상으로서 각각 생성할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 각각의 실제 영상을 가장 잘 예측할 수 있는 예측 필터의 필터 계수를 구하고, 필터 계수가 적용된 예측 필터를 적용하여 실제 영상 각각에 대한 예측 영상을 생성할 수 있다.
단계(S903)에서 영상 부호화 장치(100)는 예측 영상 및 예측 영상과 대응하는 실제 영상간의 연산을 통해 복수의 실제 영상 각각에 대응하는 차분 영상을 생성한다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 예측 영상과 실제 영상에 대해, 입력 영상에서 서로 대응되는 픽셀의 픽셀값을 이용하여 상기 차분 영상을 생성할 수 있 다. 즉, 영상 부호화 장치(100)는 예측 영상의 픽셀값들과 예측 영상에 대응하는 실제 영상의 픽셀값들간에 서로 대응되는 픽셀들의 픽셀값들간에 차분한 결과를 상기 차분 영상으로써 생성할 수 있다. 이 경우, 홀수 영상을 통해 생성된 예측 짝수 영상이 짝수 영상과 완전히 동일한 경우, 짝수 영상과 홀수 영상간의 연산 결과는 0이 될 수 있다. 즉, 예측 필터의 성능이 우수할수록 차분 영상의 데이터량이 감소할 수 있고, 복호화 시 제1 실제 영상을 이용하여 제2 실제 영상을 거의 완벽하게 복원할 수 있게 된다.
또한, 영상 부호화 장치(100)는 복수의 실제 영상간에 서로 다른 영상에 대한 차분 영상을 생성할 수 있다. 즉, 복수의 실제 영상으로서 홀수 영상 및 짝수 영상이 생성되고, 홀수 영상을 통해 예측 홀수 영상이, 짝수 영상을 통해 예측 짝수 영상이 생성되었다고 가정하자. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 홀수 영상과 예측 홀수 영상간의 연산을 통해 차분 홀수 영상을, 짝수 영상과 예측 짝수 영상간의 연산을 통해 차분 짝수 영상을 각각 생성할 수 있다.
단계(S904)에서 영상 부호화 장치(100)는 차분 영상의 데이터 크기에 따라 적어도 하나의 차분 영상을 선택한다. 즉, 상술한 예에서 영상 부호화 장치(100)는 상기 차분 홀수 영상과 차분 짝수 영상 중 데이터 크기가 작은 차분 영상을 선택할 수 있다.
단계(S905)에서 영상 부호화 장치(100)는 복수의 실제 영상 중 대응되는 차분 영상이 선택되지 않은 실제 영상, 선택된 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화한다. 즉, 영상 부호화 장치(100)에서는 입력 영상 전체를 부호화하는 것이 아니라, 실제 영상 중 일부의 영상과 나머지 실제 영상에 대한 차분 영상 그리고 필터 계수를 부호화할 수 있다.
예를 들어, 영상 부호화 장치(100)는 차분 홀수 영상이 선택되는 경우 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있고, 차분 짝수 영상이 선택되는 경우, 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
이때, 차분 영상은 실제 영상에서 예측 영상을 차분한 영상으로, 실제 영상보다 데이터의 크기가 작고, 필터 계수의 경우 영상들에 비해 데이터의 크기가 매우 작기 때문에 전체적으로 부호화하여 전송될 데이터의 양을 줄일 수 있다. 예를 들어, 예측 필터의 성능이 매우 좋아 예측 필터와 실제 영상이 서로 완전히 동일하여 제1 실제 영상 또는 제2 실제 영상의 차분 영상의 크기가 0이 되는 경우에는 제1 실제 영상 또는 제2 실제 영상과 필터 계수만을 부호화하면 되기 때문에 부호화할 데이터의 양을 절반으로 줄일 수 있다.
이때, 영상 부호화 장치(100)는 상관관계가 높은 방향이 어느 방향인지를 나타내는 분리 인덱스 및 복수의 실제 영상 각각을 지시하는 영상 인덱스를 더 부호화할 수도 있다. 이러한 분리 인덱스 및 영상 인덱스는 본 실시예에 따른 영상 복호화 장치에서 입력 영상이 어떠한 방향으로 분리되었는지 또한, 어떠한 실제 영상에 대한 차분 영상이 부호화되었는지를 확인하는데 이용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 영상 복호화 방법은 본 실시예에 따른 영상 복호화 장 치(200)를 통해 수행될 수 있다. 도 10에서는 영상 복호화 장치(200)를 통해 각각의 단계가 수행되는 과정을 설명함으로써 영상 복호화 방법을 설명한다.
단계(S1001)에서 영상 복호화 장치(200)는 부호화된 입력 영상에 대해 실제 영상, 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화한다. 즉, 영상 복호화 장치(200)는 도 9를 통해 설명한 영상 부호화 장치(100)에서 부호화된 데이터를 복호화할 수 있다. 도 9의 예를 계속 이용하면, 영상 복호화 장치(200)는 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하거나, 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화할 수 있다. 즉, 실제 영상은 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함하는 홀수 영상 및 짝수 열 또는 행을 포함하는 짝수 영상 중 하나를 포함할 수 있고, 차분 영상은 실제 영상이 홀수 영상을 포함하는 경우 차분 짝수 영상을, 실제 영상이 짝수 영상을 포함하는 경우 차분 홀수 영상을 포함할 수 있다.
이때, 도 1을 통해 설명한 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상의 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향이 어느 방향인지를 나타내는 분리 인덱스 및 복수의 실제 영상 각각을 지시하는 영상 인덱스를 더 부호화할 수 있고, 영상 복호화 장치(200)는 이러한 분리 인덱스와 영상 인덱스를 더 복호화할 수 있다. 즉, 영상 복호화 장치(200)는 분리 인덱스를 통해 입력 영상이 어떠한 방향으로 분리되었는지를 확인할 수 있고, 영상 인덱스를 통해 복수의 실제 영상 중 어떠한 영상들이 부호화되었는지를 확인할 수 있다. 예를 들어, 복수의 실제 영상을 나타내는 영상 인덱스가 {1, 2, 3, 4}와 같이 표현되고, {1, 3}과 같이 표현되는 영상 인덱스가 부호화되었 다면, 영상 복호화 장치(200)는 복호화된 {1, 3}을 통해 '1' 및 '3'에 해당하는 실제 영상이 복호화되고, '2', '4'에 해당하는 차분 영상이 복호화 되었음을 확인할 수 있다. 이때, '1'에 해당하는 실제 영상의 예측 영상과 '2'에 해당하는 차분 영상이 서로 인접한 영상으로서 대응되는 것으로 판단할 수 있다.
예측 필터의 성능이 뛰어날수록 홀수 영상을 통해 짝수 영상을, 또는 짝수 영상을 통해 홀수 영상을 정확하게 예측할 수 있다. 다시 말해서, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 차분 영상은 0에 가까워지고, 영상 부호화 장치(100)를 통해 생성된 차분 영상이 0에 가까운 경우, 하나의 실제 영상을 통해 다른 실제 영상을 획득할 수 있게 되어, 부호화/복호화 및 전송되는 데이터의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 즉, 두 개의 실제 영역이 생성된 입력 영상에 대해 차분 영상이 0인 경우, 홀수 영상 및 짝수 영상 중 하나와 필터 계수만을 부호화하여 전송하더라도 수신측에서 입력 영상 전체를 생성할 수 있게 된다.
단계(S1002)에서 영상 복호화 장치(200)는 차분 영상에 대응하는 실제 영상을 확인하고, 확인된 실제 영상을 필터 계수를 이용하여 예측 필터에서 예측 필터링하여 예측 영상을 생성한다. 예를 들어, 영상 복호화 장치(200)는 실제 영상이 홀수 영상을 포함하는 경우 홀수 영상을 예측 필터링하여 예측 짝수 영상을 예측 영상으로서 생성할 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치(200)는 실제 영상이 짝수 영상을 포함하는 경우 짝수 영상을 예측 필터링하여 예측 홀수 영상을 예측 영상으로서 생성할 수 있다.
단계(S1003)에서 영상 복호화 장치(200)는 예측 영상과 차분 영상을 이용하 여 합산 영상을 생성한다. 일례로, 영상 복호화 장치(200)는 예측 짝수 영상의 픽셀값과 차분 짝수 영상의 픽셀값간의 합산을 통해 합산 영상을 생성하거나 예측 홀수 영상의 픽셀값과 차분 홀수 영상의 픽셀값간의 합산을 통해 합산 영상을 생성할 수 있다. 즉, 이러한 합산 영상은 원래의 홀수 영상 또는 원래의 짝수 영상을 의미할 수 있다.
단계(S1004)에서 영상 복호화 장치(200)는 실제 영상 및 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성한다. 즉, 일례로, 홀수 영상, 짝수 영상에 대한 차분 영상 및 필터 계수가 복호화된 경우, 영상 복호화 장치(200)는 차분 영상을 통해 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다. 이때, 영상 복호화 장치(200)는 예측 짝수 영상과 차분 영상간의 연산을 통해 합산 영상으로서, 짝수 영상을 생성할 수 있다. 이때, 영상 복호화 장치(200)는 홀수 영상과 짝수 영상을 조합함으로써, 원래의 입력 영상을 생성할 수 있게 된다.
도 9 및 도 10에서 설명되지 않은 부분은 도 1 내지 도 8의 설명을 참고할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법 또는 영상 복호화 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가 능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 부호화 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 복호화 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 입력 영상을 부호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부호화된 영상을 복호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 입력 영상으로부터 두 개의 실제 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 차분 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 입력 영상으로부터 세 개의 실제 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 입력 영상으로부터 복수개의 실제 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도 이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 영상 부호화 장치
110: 영상 분리부
120: 영상 필터부
130: 영상 연산부
140: 영상 선택부
150: 영상 부호화부

Claims (10)

  1. 입력 영상을 복수의 영역으로 분리하여 상기 복수의 영역 중 서로 다른 영역을 각각 포함하는 복수의 실제 영상을 생성하는 영상 분리부;
    상기 복수의 실제 영상 각각을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 각각 서로 다른 실제 영상에 대한 예측 영상을 생성하는 영상 필터부;
    상기 예측 영상 및 상기 예측 영상과 대응하는 실제 영상간의 연산을 통해 상기 복수의 실제 영상 각각에 대응하는 차분 영상을 생성하는 영상 연산부;
    상기 차분 영상의 데이터 크기에 따라 적어도 하나의 차분 영상을 선택하는 영상 선택부; 및
    상기 복수의 실제 영상 중 대응되는 차분 영상이 선택되지 않은 실제 영상, 상기 선택된 차분 영상 및 상기 예측 필터의 필터 계수를 부호화하는 영상 부호화부
    를 포함하는 영상 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 분리부는,
    상기 입력 영상의 픽셀값에 대한 분산 및 엣지 정보 중 적어도 하나를 통해 상기 픽셀값들의 상관관계가 높은 방향을 결정하는 상관관계 검사부; 및
    상기 상관관계가 높은 방향에 따라 상기 입력 영상을 상기 복수의 영역으로 분리하고, 상기 복수의 영역 중 상기 입력 영상에서 서로 인접한 영역이 각각 서로 다른 실제 영상에 포함되도록 상기 복수의 실제 영상을 생성하는 필드 추출부
    를 포함하는, 영상 부호화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영상 부호화부는,
    상기 상관관계가 높은 방향이 어느 방향인지를 나타내는 분리 인덱스 및 상기 복수의 실제 영상 각각을 지시하는 영상 인덱스를 더 부호화하는, 영상 부호화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 실제 영상은 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함하는 홀수 영상 및 짝수 열 또는 행을 포함하는 짝수 영상을 포함하고,
    상기 영상 필터부는,
    상기 홀수 영상을 예측 필터링하여 상기 짝수 영상에 대한 예측 짝수 영상을, 상기 짝수 영상을 예측 필터링하여 상기 홀수 영상에 대한 예측 홀수 영상을 상기 예측 영상으로서 각각 생성하는, 영상 부호화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 영상 연산부는,
    상기 홀수 영상의 픽셀값과 상기 예측 홀수 영상의 픽셀값간의 차분을 통해 차분 홀수 영상을, 상기 짝수 영상의 픽셀값과 상기 예측 짝수 영상의 픽셀값간의 차분을 통해 차분 짝수 영상을 상기 차분 영상으로서 각각 생성하고,
    상기 영상 선택부는,
    상기 차분 홀수 영상의 데이터 크기 및 상기 차분 짝수 영상의 데이터 크기에 따라 상기 차분 홀수 영상 및 상기 차분 짝수 영상 중 하나를 선택하는, 영상 부호화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영상 부호화부는,
    상기 차분 홀수 영상이 선택되는 경우 상기 짝수 영상, 상기 차분 홀수 영상 및 상기 예측 필터의 필터 계수를 부호화하고, 상기 차분 짝수 영상이 선택되는 경우, 상기 홀수 영상, 상기 차분 짝수 영상 및 상기 예측 필터의 필터 계수를 부호화하는, 영상 부호화 장치.
  7. 부호화된 입력 영상에 대해 실제 영상, 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하는 영상 복호화부;
    상기 차분 영상에 대응하는 실제 영상을 확인하고, 확인된 실제 영상을 상기 필터 계수를 이용하여 상기 예측 필터에서 예측 필터링하여 예측 영상을 생성하는 영상 필터부;
    상기 예측 영상과 상기 차분 영상을 이용하여 합산 영상을 생성하는 영상 연 산부; 및
    상기 실제 영상 및 상기 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 영상 조합부
    를 포함하는 영상 복호화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실제 영상은 픽셀 단위의 홀수 열 또는 행을 포함하는 홀수 영상 및 짝수 열 또는 행을 포함하는 짝수 영상 중 하나를 포함하고,
    상기 차분 영상은 상기 실제 영상이 상기 홀수 영상을 포함하는 경우 차분 짝수 영상을, 상기 실제 영상이 상기 짝수 영상을 포함하는 경우 차분 홀수 영상을 포함하는, 영상 복호화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 영상 필터부는,
    상기 실제 영상이 상기 홀수 영상을 포함하는 경우 상기 홀수 영상을 예측 필터링하여 예측 짝수 영상을 상기 예측 영상으로서 생성하고, 상기 짝수 영상을 포함하는 경우 상기 짝수 영상을 예측 필터링하여 예측 홀수 영상을 상기 예측 영상으로서 생성하는, 영상 복호화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상 연산부는,
    상기 예측 짝수 영상의 픽셀값과 상기 차분 짝수 영상의 픽셀값간의 합산을 통해 상기 합산 영상을 생성하거나 상기 예측 홀수 영상의 픽셀값과 상기 차분 홀수 영상의 픽셀값간의 합산을 통해 상기 합산 영상을 생성하는, 영상 복호화 장치.
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