KR101693416B1 - 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 - Google Patents

영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 Download PDF

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Abstract

영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치가 개시된다. 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법은 영상을 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위를 기반으로 병렬처리 방식을 적응적으로 적용함으로써, 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치{METHOD FOR IMAGE ENCODING AND IMAGE DECODING, AND APPARATUS FOR IMAGE ENCODING AND IMAGE DECODING}
본 발명은 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 병렬 처리를 이용한 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 해상도를 지원하는 방송 시스템이 국내뿐만 아니라 세계적으로 확대되고 있다. 이에 많은 사용자들이 보다 높은 해상도를 가진 고화질의 영상을 재생할 수 있는 HD TV 에 관심이 높아지고 있다. 또한, 최근에는 HD TV와 더불어 HD TV의 4배 이상의 해상도를 지원하는 UHD(Ultra High Definition)에 대한 관심이 증대되면서, 보다 높은 해상도를 가진 고화질 영상에 대한 압축 기술이 요구되고 있다.
특히 최근의 사용자들은 영상 디스플레이 화면의 대형화와 더불어 고해상도 영상을 고효율로 압축하는 방법을 요구하였다. 이에 따라, JCT-VC(Joint Collaborative Team On Video Coding)은 기존 AVC/H.264 코덱보다 50% 압축 성능이 향상된 HEVC(High Efficiency Video Coding)로 명명한 차세대 코덱 표준화 작업을 2013년에 완료하였다.
HEVC의 압축 성능은 향상되었으나 영상 부호화기의 복잡도는 크게 증가하였다. 또한, 4K와 같은 고해상도 영상 혹은 프레임 레이트(frame rate)를 높인 대용량 영상을 HEVC로 부호화하여 방송 서비스에서 활용하기 위해서는 고속 HEVC 영상 부호화 장치가 필수적이다. 이러한 고속 영상 부호화 장치를 구현하기 위해서는 효과적인 병렬처리가 중요하다. 특히 영상 부호화 장치가 사용될 응용분야마다 요구되는 성능 및 운영될 하드웨어 플랫폼이 다르기 때문에 적응적으로 병렬처리가 가능한 부호화 방법이 필요하다.
본 발명은 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법과 상기 방법을 이용한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치에 관한 것으로, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치의 병렬처리 방식을 적응적으로 적용함으로써, 고해상도 영상을 고속으로 영상 부호화 및 영상 복호화할 수 있는 장치와 방법을 제공한다.
영상 부호화 장치가 수행하는 영상 부호화 방법에 있어서, 영상 부호화 방법은 가용할 수 있는 프로세서의 개수를 확인하는 단계, 상기 확인된 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 복수의 타일로 분할하는 단계 및 상기 분할된 복수의 타일들을 병렬적으로 각각이 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치가 수행하는 영상 부호화 방법에 있어서, 영상 부호화 방법은 GOP(Group of picture)에 대응하는 복수의 프레임들을 식별하는 단계, 상기 복수의 프레임들의 참조 관계를 이용하여 GOP 레벨을 판단하는 단계, 상기 판단된 GOP 레벨에서 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간에 서로 참조하지 않도록 처리하는 단계 및 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별로 병렬 부호화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치가 수행하는 영상 부호화 방법에 있어서, 영상 부호화 방법은 GOP에 대응하는 복수의 프레임들을 식별하는 단계, 상기 식별된 복수의 프레임들의 GOP 레벨 중 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임 간에 참조하지 않도록 처리하는 단계, 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 따라 상기 동일한 GOP 레벨에 속하는 프레임들을 복수의 타일들로 분할하는 단계 및 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별 및 복수의 타일별로 병렬 부호화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치가 수행하는 영상 부호화 방법에 있어서, 영상 부호화 방법은 영상을 구성하는 복수의 프레임들을 식별하는 단계 및 타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식을 적응적으로 조합하여 영상을 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 타일 단위로 부호화하는 단계는 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 복수의 타일로 분할하고, 상기 분할된 복수의 타일들을 타일 단위로 병렬 부호화할 수 있다.
상기 프레임 단위로 부호화하는 단계는 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간에 서로 참조하지 않도록 처리하고, 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별로 병렬 부호화할 수 있다.
상기 IDR 주기 단위로 부호화하는 단계는 영상을 구성하는 복수의 프레임들에서 IDR 주기 단위로 병렬 부호화할 수 있다.
상기 IDR 주기 단위는 IDR 프레임을 시작으로 하고 다음 IDR 프레임 시작 전까지의 프레임을 IDR 주기 단위로 할 수 있다.
영상 복호화 장치가 수행하는 영상 복호화 방법에 있어서, 영상 복호화 방법은 영상을 수신하는 단계 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 단계를 포함하고, 상기 영상은 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 기초하여 프레임이 복수의 타일로 분할되고, 상기 분할된 복수의 타일들이 타일 단위로 병렬 부호화될 수 있다.
영상 복호화 장치가 수행하는 영상 복호화 방법에 있어서, 영상 복호화 방법은 영상을 수신하는 단계 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 단계를 포함하고, 상기 영상은 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간은 서로 참조하지 않도록 처리되고, 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들은 레벨별로 병렬 부호화될 수 있다.
영상 복호화 장치가 수행하는 영상 복호화 방법에 있어서, 영상 복호화 방법은 영상을 수신하는 단계 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 단계를 포함하고, 상기 영상은 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임 간은 참조하지 않도록 처리되고, 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 따라 상기 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들은 복수의 타일들로 분할되어, 상기 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들이 레벨별 및 복수의 타일별로 병렬 부호화될 수 있다.
영상 복호화 장치가 수행하는 영상 복호화 방법에 있어서, 영상 복호화 방법은 영상을 수신하는 단계 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 단계를 포함하고, 상기 영상은 영상을 구성하는 복수의 프레임들이 타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식의 조합을 통해 부호화될 수 있다.
영상 부호화 장치는 가용할 수 있는 프로세서의 개수를 확인하는 확인부, 상기 확인된 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 복수의 타일로 분할하는 분할부 및 상기 분할된 복수의 타일들을 병렬적으로 각각이 부호화하는 부호화부를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치는 GOP(Group of picture)에 대응하는 복수의 프레임들을 식별하는 식별부, 상기 복수의 프레임들의 참조 관계를 이용하여 GOP 레벨을 판단하는 판단부, 상기 판단된 GOP 레벨에서 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간에 서로 참조하지 않도록 처리하는 처리부 및 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별로 병렬 부호화를 수행하는 부호화부를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치는 GOP에 대응하는 복수의 프레임들을 식별하는 식별부, 상기 식별된 복수의 프레임들의 GOP 레벨 중 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임 간에 참조하지 않도록 처리하는 처리부, 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 따라 상기 동일한 GOP 레벨에 속하는 프레임들을 복수의 타일들로 분할하는 분할부 및 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별 및 복수의 타일별로 병렬 부호화를 수행하는 부호화부를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치는 영상을 구성하는 복수의 프레임들을 식별하는 식별부 및 타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식을 적응적으로 조합하여 영상을 부호화하는 부호화부를 포함할 수 있다.
영상 복호화 장치는 영상을 수신하는 수신부 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 복호화부를 포함하고, 상기 영상은 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 기초하여 프레임이 복수의 타일로 분할되고, 상기 분할된 복수의 타일들이 타일 단위로 병렬 부호화될 수 있다.
영상 복호화 장치는 영상을 수신하는 수신부 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 복호화부를 포함하고, 상기 영상은 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간은 서로 참조하지 않도록 처리되고, 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들은 레벨별로 병렬 부호화될 수 있다.
영상 복호화 장치는 영상을 수신하는 수신부 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 복호화부를 포함하고, 상기 영상은 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임 간은 참조하지 않도록 처리되고, 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 따라 상기 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들은 복수의 타일들로 분할되어, 상기 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들이 레벨별 및 복수의 타일별로 병렬 부호화될 수 있다.
영상 복호화 장치는 영상을 수신하는 수신부 및 상기 수신된 영상을 복호화하는 복호화부를 포함하고, 상기 영상은 영상을 구성하는 복수의 프레임들이 타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식의 조합을 통해 부호화될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치는 여러 단위의 병렬처리 방식을 적응적으로 적용함으로써, 고해상도 영상을 고속으로 영상 부호화 및 영상 복호화할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 영상 부호화 장치를 도시화한 것이다.
도 2는 일실시예에 따른 영상 복호화 장치를 도시화한 것이다.
도 3은 일실시예에 따른 GOP 내 프레임들의 레벨을 결정하는 방법을 도시화한 것이다.
도 4는 일실시예에 따른 타일 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
도 5는 일실시예에 따른 프레임 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
도 6은 일실시예에 따른 타일 단위 및 프레임 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
도 7은 일실시예에 따른 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
도 8은 일실시예에 따른 여러 단위로 조합하여 병렬 부호화를 실시하였을 때 시간 별 발생하는 쓰레드 수를 도시화한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 영상 부호화 장치를 도시화한 것이다.
영상 부호화 장치(100)는 프로세서 개수 확인부(110), 프레임 분할부(120), 프레임 식별부(130), GOP 레벨 판단부(140), 처리부(150) 및 부호화부(160)로 구성될 수 있다. 프로세서 개수 확인부(110)는 영상 부호화 장치(100)에서 부호화를 수행하는데 사용될 수 있는 프로세서의 개수를 확인할 수 있다. 프로세서는 기존의 CPU(Central Processing Unit:중앙처리장치) 및 그래픽 처리를 위한 고성능 처리장치로 그래픽카드의 핵심 장치인 GPU(Graphics Processing Unit)를 포함할 수 있다. 종래 단순히 PC에 부착된 그래픽카드는 단순히 CPU의 연산 결과를 그림이나 글자 신호로 변환하여 모니터 화면으로 출력하는 어댑터와 같은 역할을 수행하였다. 그러나 최근 GPU는 단순한 그래픽 작업 외에도 영상의 부호화, 암호 해독 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 GPU는 하나의 기판에 2개 이상의 GPU를 동시에 탑재하여 성능을 높이는 멀티 GPU 환경을 구현할 수 있다. 따라서, 프로세서 개수 확인부(110)는 영상 부호화 장치(100)가 부호화를 수행하는데 사용될 수 있는 프로세서로 CPU와 GPU의 개수를 확인할 수 있다.
프레임 분할부(120)는 영상을 구성하는 각각의 프레임에 대하여 부호화를 수행할 때, 프레임을 타일 단위로 분할할 수 있다. 이때, 타일은 프레임을 분할하여 획득한 최소 단위를 의미한다. 프레임 분할부(120)가 영상을 구성하는 각각의 프레임을 타일 단위로 분할할 때 2가지 경우의 수가 존재할 수 있다. 먼저, 영상 부호화 장치(100)가 부호화를 수행할 때, 영상을 타일 단위로 병렬 부호화를 수행하는 경우이다. 이 경우 프레임 분할부(120)는 프로세서 개수 확인부(110)를 통해 획득한 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 병렬로 처리할 수 있는 최대 프레임 분할 개수를 확인하여 분할할 수 있다. 다음으로, 영상 부호화 장치(100)가 부호화를 수행할 때, 영상을 타일 단위 및 프레임 단위로 병렬 부호화를 수행하는 경우이다. 이 경우 프레임 분할부(120)는 GOP 레벨에 따라 병렬로 처리될 수 있는 프레임의 수와 프로세서 개수 확인부(110)를 통해 획득한 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 병렬로 처리할 수 있는 최대 프레임 분할 개수를 확인하여 분할할 수 있다.
프레임 식별부(130)는 영상을 구성하는 각각의 프레임에 대하여 부호화를 수행할 때, 각각의 프레임을 참조 관계에 기초하여 식별할 수 있다. 예를 들어, GOP 내에는 3가지 종류의 프레임이 존재할 수 있다. I-frame(Intra coded Frame), P-frame(Predictive coded Frame) 및 B-frame(Bipredictive coded Frame)이 그 예이다. 여기서 I-frame은 프레임 내의 영상 부호화를 말하며, 하나의 프레임으로부터 압축되어 독립적으로 복원이 가능한 프레임을 의미한다. P-frame은 프레임 간 순방향 예측 영상 부호화를 말하며, I-frame 또는 다른 P-frame을 참조하여 압축되어 독립적으로는 복원이 불가능한 프레임을 의미한다. B-frame은 프레임 간 순방향 예측 영상 부호화 및 프레임 간 역방향 예측 영상 부호화를 모두 수행할 수 있다. B-frame은 앞과 뒤의 I-frame 또는 P-frame을 참조하여 압축되며 독립적으로는 복원이 불가능한 프레임을 의미한다.
GOP 레벨 판단부(140)는 프레임 식별부(130)에서 식별된 각각의 프레임들을 이용하여 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단할 수 있다. GOP 내 프레임들의 레벨은 GOP 내 프레임의 개수, GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계 및 각 레벨별 프레임 개수를 이용하여 결정할 수 있다.
예를 들어, GOP 레벨 판단부(140)는 GOP 내 프레임들 중 해당 프레임을 부호화하기 위하여 필요한 참조 프레임이 많을수록 높은 레벨로 설정할 수 있다. 또한, GOP 내 프레임들 중 해당 프레임을 부호화하기 위하여 필요한 참조 프레임이 적을수록 낮은 레벨로 설정할 수 있다.
처리부(150)는 GOP 레벨 판단부(140)에서 판단된 GOP 레벨에서 동일한 레벨에 대응하는 프레임들 간에 서로 참조하지 않도록 처리할 수 있다.
부호화부(160)는 영상을 구성하는 각각의 프레임에 대하여 부호화를 수행할 때, 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위의 각각의 단위에 대하여 영상을 병렬 처리하여 부호화할 수 있다. 또한, 부호화부(160)는 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위의 다양한 단위를 적응적으로 조합하여 병렬 처리함으로써 영상을 부호화할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 영상 복호화 장치를 도시화한 것이다.
영상 복호화 장치(200)는 영상 수신부(210) 및 복호화부(220)로 구성될 수 있다. 영상 수신부(210)는 부호화된 영상을 수신할 수 있다. 이때, 부호화 된 영상은, 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 기초하여 프레임이 복수의 타일로 분할되고, 상기 분할된 복수의 타일들이 타일 단위로 병렬 부호화된 영상일 수 있다. 또는, 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간은 서로 참조하지 않도록 처리되고, 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들은 레벨별로 병렬 부호화된 영상일 수 있다. 다른 경우에 부호화 된 영상은 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임 간은 참조하지 않도록 처리되고, 가용할 수 있는 프로세서의 개수에 따라 상기 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들은 복수의 타일들로 분할되어, 상기 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들이 레벨별 및 복수의 타일별로 병렬 부호화된 영상일 수 있다. 마지막으로 부호화 된 영상은 영상을 구성하는 복수의 프레임들이 타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식의 조합을 통해 부호화된 영상일 수 있다.
복호화부(220)는 영상을 구성하는 각각의 프레임에 대하여 복호화를 수행할 때, 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위의 각각의 단위에 대하여 영상을 병렬 처리하여 복호화할 수 있다. 또한, 복호화부(220)는 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위의 다양한 단위를 적응적으로 조합하여 병렬 처리함으로써 영상을 복호화할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 GOP 내 프레임들의 레벨을 결정하는 방법을 도시화한 것이다.
영상 부호화 장치(100)는 GOP 내 프레임들의 레벨을 결정할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 GOP 내 프레임의 개수, GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계 및 각 레벨별 프레임 개수를 이용하여 GOP 내 프레임들의 레벨을 결정할 수 있다.
이때, 상기 GOP 내 프레임의 개수, GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계 및 각 레벨별 프레임 개수는 사용자에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 도 3과 같이 8개의 프레임을 포함하는 GOP를 생성할 수 있다. 그리고 도 3과 같이 GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계를 결정할 수 있다. 또한, GOP 레벨0에 해당하는 프레임은 1개, GOP 레벨1에 해당하는 프레임도 1개, GOP 레벨2에 해당하는 프레임은 2개, 마지막으로 GOP 레벨3에 해당하는 프레임은 4개로 설정할 수 있다.
영상 부호화 장치(100) 내의 GOP 레벨 판단부(140)는 상기 사용자가 결정한 GOP 내 프레임의 개수, GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계 및 각 레벨별 프레임 개수를 이용하여 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단할 수 있다. 즉, 도 3처럼 해당 프레임을 부호화하기 위하여 필요한 참조 프레임이 많을수록 높은 레벨로 설정할 수 있다. 또는 해당 프레임을 부호화하기 위하여 필요한 참조 프레임이 적을수록 낮은 레벨로 설정할 수 있다.
따라서, 영상 부호화 장치(100) 내 GOP 레벨 판단부(140)는 I 프레임으로 부호화가 완성되는 B0는 참조 프레임이 적기 때문에 가장 낮은 GOP 레벨 0으로 결정할 수 있다. 반면에 B0 프레임, B1 프레임 및 B2 프레임을 모두 사용하여야 부호화가 완성되는 b3 프레임은 참조 프레임이 많기 때문에 가장 높은 GOP 레벨 3으로 결정할 수 있다.
도 4은 일실시예에 따른 타일 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
영상 부호화 장치(100)는 영상을 구성하는 프레임들을 타일 단위로 분할하여 병렬 처리함으로써 부호화 할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 부호화를 수행하는데 사용될 수 있는 프로세서의 개수를 확인할 수 있다. 상기 프로세서는 부호화를 수행하는데 사용될 수 있는 프로세서로 CPU와 GPU를 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치(100)는 확인된 프로세서의 개수에 기초하여 영상 부호화 장치(100)가 병렬로 처리할 수 있는 최대 프레임 분할 개수를 확인하여 프레임을 분할 할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 타일 단위로 분할된 프레임을 병렬 처리하여 부호화함으로써, 영상의 부호화 속도 및 효율을 높일 수 있다.
타일 단위 병렬 부호화의 경우, 부호화에 사용될 수 있는 프로세서를 이용하여 여러 개의 타일을 동시에 부호화한다는 점에서 일반적으로 프레임 단위로 부호화하는 방법에 비해 영상의 부호화 속도가 증가할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 타일 단위 병렬 부호화뿐만 아니라 프레임 단위 병렬 부호화 방법을 함께 제공함으로써, 보다 높은 효율의 부호화 방법을 제공한다.
도 5는 일실시예에 따른 프레임 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
영상 부호화 장치(100)는 영상을 구성하는 프레임들을 병렬 처리하여 부호화 할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 영상을 구성하는 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단하여 동일한 레벨에 대응하는 프레임들은 병렬로 부호화 할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)가 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단함에 있어서, GOP 내의 프레임의 개수, GOP 내의 프레임들 각각의 참조 관계 및 각 레벨별 프레임 개수를 이용할 수 있다. 예를 들어, GOP 레벨 판단부(140)는 GOP 내 프레임들 중 해당 프레임을 부호화하기 위하여 필요한 참조 프레임이 많을수록 높은 레벨로 설정할 수 있다. 또한, GOP 내 프레임들 중 해당 프레임을 부호화하기 위하여 필요한 참조 프레임이 적을수록 낮은 레벨로 설정할 수 있다.
영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 판단부(140)에서 판단된 GOP 내 프레임들 중 낮은 레벨을 가지는 프레임에서 높은 레벨을 가지는 프레임 순서로 부호화를 수행할 수 있다. 또한, 동일한 레벨을 가지는 프레임들은 병렬 처리하여 부호화를 진행할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 판단부(140)에서 판단된 GOP 내 프레임들의 레벨에서 동일한 레벨에 대응하는 프레임들 간은 서로 참조하지 않도록 처리할 수 있다.
도 5의 예를 보면 알 수 있듯이, 영상 부호화 장치(100)는 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단함에 있어서, 참조 관계가 가장 약한 b-프레임을 가장 높은 레벨인 레벨 3으로 설정하고, 참조 관계가 b-프레임 보다 강한 B-프레임을 레벨 2로 설정하였다. 영상 부호화 장치(100)는 낮은 레벨에서 높은 레벨을 가지는 GOP 내 프레임들을 레벨별로 부호화 하고, 동일한 레벨에 대응하는 프레임들은 병렬 처리하여 부호화하였다.
도 6는 일실시예에 따른 타일 단위 및 프레임 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
영상 부호화 장치(100)는 영상을 구성하는 프레임들을 병렬 처리하여 부호화함과 동시에 각각의 프레임들은 타일 단위로 분할하여 병렬 처리함으로써 부호화 할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 영상을 구성하는 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단하여 동일한 레벨에 대응하는 프레임들은 병렬로 부호화 할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 GOP 내 프레임들의 레벨을 판단함에 있어서, 각각의 프레임들 간의 참조 관계를 이용할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 판단부(140)에서 판단된 GOP 내 프레임들 중 낮은 레벨을 가지는 프레임에서 높은 레벨을 가지는 프레임 순서로 부호화를 수행하며, 동일한 레벨을 가지는 프레임들은 병렬 처리 방식으로 부호화를 진행할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 판단부(140)에서 판단된 GOP 레벨에서 동일한 레벨에 대응하는 프레임들 간에 서로 참조하지 않도록 처리할 수 있다.
이와 동시에 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨에 따라 병렬로 처리될 수 있는 프레임의 수와 프로세서 개수 확인부(110)를 통해 획득한 프로세서의 개수에 기초하여 병렬로 처리할 수 있는 최대 프레임 분할 개수를 확인하여 프레임을 분할할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 영상을 프레임 단위로 병렬 처리하여 부호화함과 동시에 상기 확인된 최대 프레임 분할 개수에 의해 분할된 타일들을 병렬 처리하여 부호화할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위 병렬 부호화의 예를 도시화한 것이다.
영상 부호화 장치(100)는 도 5의 예에서와 같이 영상을 타일 단위 및 프레임 단위로 동시에 부호화할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 이와 함께 IDR 주기 단위로 영상을 부호화함으로써 보다 높은 효율로 영상을 부호화할 수 있다. 이때, IDR 주기 단위는 IDR 프레임을 시작으로 하고 다음 IDR 프레임 시작 전까지의 프레임의 집합을 의미한다.
영상 부호화 장치(100)는 영상을 구성하는 프레임들을 IDR 주기 단위로 구분하고, 각각의 IDR 주기 단위를 병렬 처리하여 부호화 할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 각각의 IDR 주기 내의 프레임들 중 동일한 레벨을 가지는 프레임들은 병렬 처리하여 부호화 할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치(100)는 각각의 프레임들을 분할하여, 분할된 프레임을 구성하는 타일들을 병렬 처리함으로써 부호화 할 수 있다. 이처럼 영상 부호화 장치(100)는 영상을 부호화함에 있어서, 영상 부호화 장치(100)의 성능에 따라 타일 단위, 프레임 단위, IDR 주기 단위를 적응적으로 조합하여 병렬 처리함으로써 보다 높은 효율로 영상을 부호화 할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 여러 단위로 조합하여 병렬 부호화를 실시하였을 때 시간 별 발생하는 쓰레드 수를 도시화한 것이다.
도 8은 영상 부호화 장치(100)가 영상을 부호화할 때, 영상 부호화 장치(100)의 성능을 고려하지 않았을 경우 발생할 수 있는 시간 별 발생 쓰레드 수를 나타낸 그래프이다. 도 8의 (a)를 보면 알 수 있듯이, 영상 부호화 장치(100)의 성능을 고려하지 않는 경우, 하나의 IDR 주기 단위에 대하여 타일 단위 및 프레임 단위를 조합하여 병렬화를 수행하면 시간이 지날수록 발생하는 쓰레드 수는 늘어난다. 여기에 도 8의 (b)에서와 같이 IDR 주기 단위의 병렬화가 늘어나면 시간이 지날수록 발생하는 쓰레드 수는 급격하게 늘어나게 된다.
따라서, 본 발명에서는 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위의 여러 단위를 조합하여 부호화를 수행하더라도 시간에 따라 발생할 수 있는 쓰레드 수의 불균형을 해소하는 방법을 제공한다. 이는 GOP 레벨에 따라 병렬로 처리될 수 있는 프레임의 수와 프로세서 개수 확인부(110)를 통해 획득한 프로세서의 개수에 기초하여 병렬로 처리할 수 있는 최대 프레임 분할 개수를 확인함으로써 가능하다.
즉, 도 6의 예를 가지고 설명하면, 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 3에 해당하는 프레임 수가 4개인 것을 확인할 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 3에 해당하는 프레임 4개를 병렬 처리 방식으로 부호화함에 있어, 각각의 프레임은 프로세서 개수 확인부(110)를 통해 획득한 프로세서의 개수에 기초하여 결정된 최대 프레임 분할 개수 N에 의해 N/4로 분할 될 수 있다. 마찬가지 방식으로 GOP 레벨 2에 해당하는 프레임 수는 2이다. 따라서, 영상 부호화 장치(100)는 GOP 레벨 2에 해당하는 프레임 2개를 병렬 처리 방식으로 부호화함에 있어, 각각의 프레임은 프로세서 개수 확인부(110)를 통해 획득한 프로세서의 개수에 기초하여 결정된 최대 프레임 분할 개수 N에 의해 N/2로 분할 될 수 있다.
영상 부호화 장치(100)는 상기의 방법을 이용하여 타일 단위, 프레임 단위 및 IDR 주기 단위의 여러 단위를 적응적으로 병렬 처리함에 있어 일정한 수의 쓰레드를 유지하여 주어진 환경하에서 높은 효율을 가지는 병렬부호화 방법을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 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. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100 : 영상 부호화 장치
110 : 프로세서 개수 확인부
120 : 프레임 분할부
130 : 프레임 식별부
140 : GOP 레벨 판단부
150 : 처리부
160 : 부호화부
200 : 영상 복호화 장치
210 : 영상 수신부
220 : 복호화부

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 영상을 구성하는 복수의 프레임들을 식별하는 단계; 및
    타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식을 적응적으로 조합하여 영상을 부호화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 프레임 단위로 부호화하는 단계는,
    상기 식별된 복수의 프레임들 각각에 대해서 사용자가 결정한 GOP 내 프레임의 개수, GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계, 부호화 순서 및 부호화시 참조할 수 있는 프레임 개수를 이용하여 GOP 내 프레임들의 GOP 레벨을 판단하는 단계;
    상기 판단된 GOP 내 프레임들의 GOP 레벨 중 낮은 GOP 레벨을 가지는 프레임에서 높은 GOP 레벨을 가지는 프레임 순으로 부호화하는 단계
    를 포함하며,
    상기 판단된 GOP 내 프레임들의 GOP 레벨 중 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간은 서로 참조하지 않도록 처리하고, 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별로 병렬 부호화하는 영상 부호화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 타일 단위로 부호화하는 단계는,
    가용할 수 있는 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 복수의 타일로 분할하고, 상기 분할된 복수의 타일들을 타일 단위로 병렬 부호화하는 영상 부호화 방법.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 IDR 주기 단위로 부호화하는 단계는,
    영상을 구성하는 복수의 프레임들에서 IDR 주기 단위로 병렬 부호화하는 영상 부호화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 IDR 주기 단위는,
    IDR 프레임을 시작으로 하고 다음 IDR 프레임 시작 전까지의 프레임을 IDR 주기 단위로 하는 영상 부호화 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 영상을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 영상을 복호화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 영상은,
    영상을 구성하는 복수의 프레임들이 타일 단위, 프레임 단위, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기 단위 중 적어도 하나의 단위에 기초한 병렬 부호화 방식의 조합을 통해 부호화되며,
    상기 프레임 단위로 부호화된 영상은,
    영상을 구성하는 복수의 프레임들 각각에 대해서 사용자가 결정한 GOP 내 프레임의 개수, GOP 내 프레임들 각각의 참조 관계, 부호화 순서 및 부호화시 참조할 수 있는 프레임 개수를 이용하여 GOP 내 프레임들의 GOP 레벨이 판단되고, 상기 판단된 GOP 내 프레임들의 GOP 레벨 중 낮은 GOP 레벨을 가지는 프레임에서 높은 GOP 레벨을 가지는 프레임 순으로 부호화되며, 상기 판단된 GOP 내 프레임들의 GOP 레벨 중 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들 간은 서로 참조하지 않도록 처리하고, 상기 처리된 동일한 GOP 레벨에 대응하는 프레임들을 레벨별로 병렬 부호화된 영상 복호화 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 타일 단위로 복호화하는 단계는,
    가용할 수 있는 프로세서의 개수에 기초하여 프레임을 복수의 타일로 분할하고, 상기 분할된 복수의 타일들을 타일 단위로 병렬 복호화하는 영상 복호화 방법.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 IDR 주기 단위로 복호화하는 단계는,
    영상을 구성하는 복수의 프레임들에서 IDR 주기 단위로 병렬 복호화하는 영상 복호화 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 IDR 주기 단위는,
    IDR 프레임을 시작으로 하고 다음 IDR 프레임 시작 전까지의 프레임을 IDR 주기 단위로 하는 영상 복호화 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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