KR101767950B1 - 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치와 방법, 및 그것을 이용한 영상 부호화/복호화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 비디오 부호화에 있어 컬러 플레인(color plane)간의 상관 관계를 이용해서 예측 화면을 만들 시 주변 블록을 이용하여 컬러 플레인간의 최적 상관 파라미터를 추출하는, 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 기술에 관한 것으로, 현재 플레인의 부호화 할 제 1 블록에 대응하는 복원된 이전 플레인의 제 2 블록에 대하여, 상기 제 2 블록의 주변 블록 중에서 그 제 2 블록과의 화소값의 차가 가장 작은 제 3 블록을 탐색하는 주변 블록 탐색부 상기 제 3 블록 및 그 제 3 블록에 대응하는 상기 현재 플레인의 복원된 제 4 블록에 근거하여, 상기 제 3 블록과 상기 제 4 블록간의 상관 파라미터를 산출하는 상관 파라미터 산출부 및 상기 제 2 블록 및 상기 산출된 상관 파라미터에 근거하여 상기 제 1 블록을 예측하는 예측부를 포함할 수 있다.

Description

예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치와 방법, 및 그것을 이용한 영상 부호화/복호화 장치 및 방법{Apparatus and Method for extracting correlation parameters between color planes to make prediction image in video codec, and Video Encoding/Decoding Apparatus and Method using the same}
본 발명의 실시예는 영상 데이터 압축기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비디오 부호화에 있어 컬러 플레인(color plane)간의 상관 관계를 이용해서 예측 화면을 만들 시 주변 블록을 이용하여 컬러 플레인간의 최적 상관 파라미터를 추출하는, 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치와 방법, 및 그것을 이용한 영상 부호화/복호화 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로, 현재 모든 칼라 비디오의 입력 및 출력은 RGB 형태로 이루어지고 있다. 즉 R(빨강), G(녹색), B (파랑)에 의해 모든 색을 표현할 수 있게 된다. 그러나 RGB 형식은 각각의 칼라 채널 간에 상관도가 높아 RGB 형식으로 비디오를 부호화할경우 압축률이 낮다는 문제가 있다. 따라서 현재 일반적인 상용 애플리케이션에서는 비디오의 저장, 전송 및 압축 등에서 RGB형식이 아닌 YCbCr 형식으로 된 비디오 형식을 사용하고 있다. 현재 RGB에서 YCbCr로 변환하기 위한 방법이 ITU 나 SMPTE 같은 국제 표준 그룹에 정의되어있다. YCbCr에서 Y는 휘도 성분을 Cb,Cr은 색차 성분이고, 각각의 칼라 채널간의 상관도는 상당히 제거되어 있다.
현재 대부분의 상용 애플리케이션에서는 단순히 YCbCr 형식으로 변환한 것뿐만 아니라 4:2:0 형식으로 신호를 사용한다. 도 1은 YCbCr 4:4:4 형식을 나타내는 도면이고, 도 2는 YCbCr 4:4:2 형식을 나타내는 도면이며, 도 3은 YCbCr 4:2:0 형식을 나타내는 도면이다. 4:2:0 형식이란 색차 신호, 즉 Cb, Cr의 정보를 도 3과 같이 가로 및 세로로 1/2만큼씩 서브샘플링(subsampling)하여 색차 신호의 정보를 1/4로 줄이는 것이다. 이것은 사람이 색차 신호보다 휘도 신호에 대해 더욱 민감한 점을 이용한 것이다. 따라서 현재 대부분의 비디오 코덱은, MPEG-2/4, H.263, H.264/MPEG-4 AVC 등은 기본적으로 YCbCr 4:2:0 형식의 비디오 입력에 대하여 부/복호화를 하도록 되어 있다.
하지만 이런 경우 원래 영상대비 부호화된 영상의 색차 신호의 손실이 크게 발생하게된다. 그래서 프로페셔널 어플리케이션(professional application) 영역인 디지털시네마나, 의료영상, UHDTV에서는 YCbCr 4:2:0이 아닌 RGB 4:4:4 혹은YCbCr 4:4:4 형식을 사용하게 된다.
이를 지원하기 위해서 H.264/AVC AMD에서는 High 4:4:4 Intra/Predictive profiles로 RGB영역에서의 신호처리를 지원하고 있는데 하기의 2가지 방식이 지원된다. 첫째, RGB 신호을 처리할 때 그린(GREEN) 색차 신호의 부호화 시에 결정된 인트라/인터(intra/inter) 모드(mode)를 블루(BLUE)와 레드(RED)에도 적용하는 공통(common)모드의 방식과, 둘째, RGB 각각을 따로 독립적으로 처리하는 독립(independent) 모드의 방식이 지원된다. 하지만 앞에서 설명했듯이 이럴 경우 RGB간의 높은 상관 관계로 인해 부호화된 영상의 압축율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, RGB영역은 기본적으로 서로 색차 신호간에 높은 상관 관계가 존재하므로 이를 제거해서 부호기의 효율을 높이고자 하는 연구가 진행되어 왔다.
[문헌 1]에서는 각각의 R,G,B 신호간에 선형 관계를 보이는 점에 착안하여 G의 신호를 이용하여 R과 B의 신호를 예측하였다. 선형 모델의 기울기와 오프셋(offset)값은 부호기에서 복호기로 전송되며 복호화기에서는 전송된 기울기와 오프셋을 이용하여 G의 신호를 이용하여 R과 B를 예측한다. 이 방법은 예측 효율은 높일 수 있었지만, 각 매크로블록마다 기울기와 오프셋 값을 전송해야 하므로 부가 정보에 대한 정보량이 많아 그 성능이 제한적이다.
이를 해결하기 위해서 [문헌 2]에서는 매 블록마다 기울기와 오프셋을 이미 복원된 그린과 레드, 블루에서 추정하여 기울기와 오프셋 값을 전송할 필요가 없게 하였다. 즉, 복호화기에서 영상의 왼쪽과 위쪽 영역의 샘플 값을 통해서 기울기와 오프셋을 추정함으로써 채널 간에 상관 관계를 알려주기 위한 부가 정보를 제거하여 부호화 효율을 높였다.
또한, [문헌3]에서는 현재 추정하는 블루와 레드 신호의 예측 영상을 만드는데 있어서, 유사한 픽셀이 복호화 완료된 인접영역에 있을 때 높은 큰 가중치 값을 적용하고 유사도가 낮은 인접 픽셀은 낮은 가중치 값을 적용하는 방법도 연구되었다. 이때 추정하는 영상과 복호화가 완료된 영상간의 유사도를 결정하는 기준은 이미 부호화 완료된 Green 신호를 통해서이다.
[문헌 1] Byung Cheol Song, Yun Gu Lee, and Nak Hoon Kim"Block Adaptive Inter-Color Compensation Algorithm for RGB 4:4:4 Video Coding,"IEEE CVST., vol. 18, no.10, pp. 1447-1451, Oct, 2008.
[문헌 2] Y.-H. Kim, S.-Y. Jung, B.H. Choi and J.K.Park, "High Fidelity RGB Video coding Using Adaptive Inter-Plane Weighted Prediction," IEEE CVST., vol. 19, No.7, pp1051~1056, July, 2009.
[문헌 3] S.H. Lee, J.W. Moon, J.W. Byun and N.I. Cho, "A New Intra Prediction Method Using Channel Correlations for The H.264/AVC Intra Coding," Picture coding Symposium 2009. march, 2009.
이와 같이, 기존 연구에서는 부호화가 완료된 Green의 신호를 Blue와 Red를 부호화하기 위한 예측 화면을 만드는데 사용함으로써 부호화 이득을 얻었다.
그러나, 추정하고자 하는 영상 내부에 여러 가지의 경계와 색깔이 있고 인접 영역에서도 역시 여러 색깔과 경계가 있는 경우, 기존의 기술과 같이 인접한 모든 화소를 이용해서 최소의 에러를 갖는 파라미터를 추출하면, 현재 블록을 추정하는데 부정확한 화소도 사용될 수 있으므로 추출된 파라미터의 정확도가 떨어져서 정확한 추정 영상을 만들어 내지 못하는 문제가 발생하였다.
본 발명의 실시예는 전술한 문제점을 효율적으로 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 주변 블록 중 현재 블록과 유사도가 가장 높은 특정 블록을 이용하여 컬러 플레인간의 최적 상관 파라미터를 추출함으로써 최적의 예측을 수행할 수 있도록 하는, 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치와 방법, 및 그것을 이용한 영상 부호화/복호화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치는, 현재 플레인의 부호화 할 제 1 블록에 대응하는 복원된 이전 플레인의 제 2 블록에 대하여, 제 2 블록의 주변 블록 중에서 그 제 2 블록과의 화소값의 차가 가장 작은 제 3 블록을 탐색하는 주변 블록 탐색부; 제 3 블록 및 그 제 3 블록에 대응하는 현재 플레인의 복원된 제 4 블록에 근거하여, 제 3 블록과 제 4 블록간의 상관 파라미터를 산출하는 상관 파라미터 산출부; 및 제 2 블록 및 산출된 상관 파라미터에 근거하여 제 1 블록을 예측하는 예측부를 포함할 수 있다.
주변 블록 탐색부는 SAD(Sum of Absolute Difference) 방식에 따라 제 3 블록을 탐색할 수 있고, 상관 파라미터 산출부는 MSE(Mean Square Error) 방식에 따라 제 3 블록과 제 4 블록간의 MSE값을 최소화는 파라미터를 상관 파라미터로 산출할 수 있다.
또한, 상관 파라미터 산출부는 하기 수학식에 따라 상관 파라미터를 산출하되, 상관 파라미터는 선형 파라미터로서 계수
Figure 112010075338214-pat00001
와 상수
Figure 112010075338214-pat00002
를 포함하고, 하기 수학식에서 M과 N은 해당 블록의 X와 Y축의 화소수, G'(i-m*, j-n*)는 제 3 블록의 화소값, B'(i-m*, j-n*)는 제 4 블록의 화소값을 나타낼 수 있다.
Figure 112010075338214-pat00003
Figure 112010075338214-pat00004
또한, 예측부는 하기 수학식에 따라 제 1 블록의 예측 블록을 구하되, 하기 수학식에서
Figure 112010075338214-pat00005
는 제 2 블록의 화소값이고,
Figure 112010075338214-pat00006
는 예측 블록의 화소값을 나타낼 수 있다.
Figure 112010075338214-pat00007
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법은, 현재 플레인의 부호화 할 제 1 블록에 대응하는 복원된 이전 플레인의 제 2 블록을 탐색하는 단계; 제 2 블록의 주변 블록 중에서 그 제 2 블록과의 화소값의 차가 가장 작은 제 3 블록을 탐색하는 단계; 제 3 블록 및 그 제 3 블록에 대응하는 현재 플레인의 복원된 제 4 블록을 탐색하는 단계; 제 3 블록과 제 4 블록간의 상관 파라미터를 산출하는 단계; 및 제 2 블록 및 산출된 상관 파라미터에 근거하여 제 1 블록을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 제 3 블록은 SAD(Sum of Absolute Difference) 방식에 따라 탐색할 수 있고, 상관 파라미터는 MSE(Mean Square Error) 방식에 따라 제 3 블록과 제 4 블록간의 MSE값을 최소화하는 파라미터로 산출할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법이 프로그램으로 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호화 장치는, 기본 플레인에 대하여 인트라 예측하는 인트라 예측기; 주변 블록과 기본 플레인을 입력으로 하여 컬러 플레인간의 상관 파라미터를 추출하는 인터 플레인 예측기; 인트라 예측기 및 인터 플레인 예측기에 의해 수행된 예측 중 최적의 예측을 선택하며, 예측된 신호와 원신호의 차이인 잔여신호를 변환하는 변환기; 변환기에 의해 변환된 잔여신호를 양자화하는 양자화기; 및 양자화기에 의해 양자화된 신호를 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상 복호화 장치는, 입력되는 비트스트림으로부터 엔트로피 신호를 복호화하는 엔트로피 복호기; 복호된 엔트로피 신호를 역양자화하는 역양자화기; 역양자화된 신호를 역변환하여 잔여신호를 생성하는 역변환기; 비트스트림으로부터 추출된 신호에 기초하여 인트라 예측 또는 인터 플레인 예측을 수행하는 예측기; 및 예측기에 의해 수행된 예측 영상에 잔여신호를 가산하여 복호 영상을 생성하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 기본 플레인에 대하여 인트라 예측하는 단계; 주변 블록과 기본 플레인을 입력으로 하여 컬러 플레인간의 상관 파라미터를 추출하여 인터 플레인 예측하는 단계; 인트라 예측 및 인터 플레인 예측에 의해 수행된 예측 중 최적의 예측을 선택하며, 예측된 신호와 원신호의 차이인 잔여신호를 변환하는 단계; 변환단계에 의해 변환된 잔여신호를 양자화하는 단계; 및 양자화기에 의해 양자화된 신호를 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상 복호화 방법은, 입력되는 비트스트림으로부터 엔트로피 신호를 복호화하는 단계; 복호된 엔트로피 신호를 역양자화하는 단계; 역양자화된 신호를 역변환하여 잔여신호를 생성하는 단계; 비트스트림으로부터 추출된 신호에 기초하여 인트라 예측 또는 인터 플레인 예측을 수행하는 단계; 및 예측 수행단계에 의해 수행된 예측 영상에 잔여신호를 가산하여 복호 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 측면에 의하면, 주변 블록 중 현재 블록과 유사도가 가장 높은 특정 블록을 이용하여 컬러 플레인간의 최적 상관 파라미터를 추출하고, 그 최적 상관 파라미터를 근거로 현재 블록에 대한 최적 예측을 수행하므로, 파라미터의 정확도를 높이고 그 결과 정확한 추정 영상을 만들며 부가 정보를 줄여 코딩 효율을 향상할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따라 RGB 및 YCbCr 4:4:4의 입력 영상을 코딩 할 경우에는, 주변 블록 중 현재 블록과 가장 유사한 최적 블록을 선택해서 정확한 예측 화면을 생성하므로 압축율을 향상하고 화질열화의 감소시키며, 또한 SAD를 이용한 간단한 검색을 통해서 최적 블록을 찾고 색차간의 예측을 수행하므로 부가 정보의 추가 없이 보다 효율적인인트라 예측(INTRA Prediction)을 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 각각 YCbCr 4:4:4, 4:2:2, 및 4:2:0 형식을 나타내는 도면이다.
도 4는 기본 플레인을 부호화하는 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 인터플레인 예측을 포함한 부호기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 기본 플레인을 복호화하는 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 인터플레인 예측을 포함한 복호기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 현재 블레인과 복원된 플레인의 관계를 나타내는 도면다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 탐색 방향과 영역을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4는 기본 플레인을 부호화하는 장치를 개략적으로 도시한 블록도로서, 기본 플레인(또는 복원된 이전 플레인이라고도 한다)을 부호화하는 장치는 인트라 예측기(410), 변환기(420), 양자화기(430), 엔트로피 부호화기(440) 등을 포함하여 구성되며, 다른 플레인과 상관없이 독립적으로 부호화된다. 도 4의 기본 플레인 부호기를 이용하여 기본 플레인을 생성한 다음, 이를 이용하여 기본 플레인 이외의 플레인은 도 5의 인터 플레인 예측을 포함한 부호기를 이용하여 부호를 수행한다.
도 5는 인터플레인 예측을 포함한 부호기를 개략적으로 도시한 블록도로서, 인트라 예측기(510), 인터 플레인 예측기(520), 변환기(530), 양자화기(540), 엔트로피 부호화기(550) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 인터 플레인 예측기(520)는 본 발명에서 제안한 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치를 포함하며, 주변 블록과 기본 플레인을 입력으로 한다. 도 5에서, 부호기는 인트라 예측과 인터 플레인 예측을 수행한 후, 이 중 적절한 예측 방법으로 현재 블록의 예측을 수행한다. 인트라 예측과 인터 플레인 예측 중, 어느 것을 사용하였는지는 시그널링(signaling) 되어 전송된다. 그 후 예측된 신호와 원 신호의 차이인 잔여신호가 변환기(530), 양자화기(540) 및 엔트로피 부호기(550)에 의해 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화되어 최종 출력 스트림을 생성하게 된다.
복호화는 전술한 부호기의 역으로 영상을 복원할 수 있다.
도 6은 기본 플레인의 복호기를 개략적으로 도시한 도면로서 엔트로피 복호기(610), 역양자화기(620), 역변환기(630), 인트라 예측기(640) 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 다른 플레인과 상관없이 독립적으로 복호화된다. 도 6의 기본 플레인 복호기를 이용하여 기본 플레인을 생성한 다음, 이를 이용하여 기본 플레인 이외의 플레인은 도 7의 인터 플레인 예측을 포함한 복호기를 이용하여 복호를 수행한다.
도 7은 인터플레인 예측을 포함한 복호기를 개략적으로 도시한 도면으로서, 엔트로피 복호기(710), 역양자화기(720), 역변환기(730), 인트라 예측기(740), 인터 플레인 예측기(750) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 인터 플레인 예측기(750)는 본 발명에서 제안한 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치를 포함하며, 주변 블록과 기본 플레인을 입력으로 한다. 도 7에서, 복호기는 인트라 예측과 인터 플레인 예측 중, 입력 스트림에서 시그널링된 예측 방법으로 예측을 수행하게 된다. 그 후 예측 영상과, 복호된 잔여영상을 더하여 최종 복호 영상을 생성하게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치의 블록도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 주변 블록 탐색부(810), 상관 파라미터 산출부(830), 및 예측부(850)를 포함한다.
주변 블록 탐색부(810)는 현재 플레인(예를 들어, 도 10의 (B) 참조)의 부호화 할 제 1 블록(예를 들어, 도 10의 Y 블록)에 대응하는 복원된 이전 플레인(또는 기본 플레인 이라 칭함)(예를 들어, 도 6의 (A) 참조)의 제 2 블록(예를 들어, 도 10의 X 블록)에 대하여, 제 2 블록(X)의 주변 블록 중에서 그 제 2 블록과의 화소값의 차가 가장 작은 제 3 블록(예를 들어, 도 10의 X'블록)을 탐색한 후, 그 제 3 블록(X')에 대응하는 현재 플레인의 복원된 제 4 블록(예를 들어 도 10의 Y'블록)을 탐색한다.
본 실시예에 따르면, 제 2 블록(X)의 주변 블록은 도 11의 (A)(B)(C)에 해칭된 블록으로 도시된 바와 같은데, 도 11(A)와 같이 부호화 단위가 16X16 단위 블록인 경우에 해당하는 16X16 블록의 좌측, 상단 및 우상단에 인접한 다수개의 4X4 블록이 주변 블록으로 설정될 수 있고, 도 11(B)와 같이 부호화 단위가 8X8 단위 블록인 경우에 해당하는 8X8 블록의 좌측 및 상단에 인접한 5개의 4X4 블록이 주변 블록으로 설정될 수 있으며, 도 11(C)와 같이 부호화 단위가 4X4 단위 블록인 경우에 해당하는 4X4 블록의 좌측, 좌상단 및 상단에 인접한 3개의 4X4 블록이 주변 블록으로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 주변 블록 탐색부(810)는 도 11과 같이 설정된 주변 블록을 예를 들어 좌하단->좌상단->우상단 방향으로 SAD(Sum of Absolute Difference) 방식에 근거하여 순차 탐색할 수 있고, 이 탐색 결과 SAD 값이 가장 작은 제 3 블록(X')을 찾을 수 있다.
상관 파라미터 산출부(830)는 제 3 블록(X') 및 이에 대응하는 제 4 블록(Y')에 근거하여, 제 3 블록(X')과 제 4 블록(Y')간의 상관 파라미터를 산출하되, 예를 들어 MSE(Mean Square Error) 방식에 따라 제 3 블록(X')과 제 4 블록(Y')간의 MSE값을 최소화는 파라미터를 상관 파라미터로 산출할 수 있다.
예측부(850)는 제 2 블록(X) 및 상관 파라미터 산출부(830)에 의해 산출된 상관 파라미터에 근거하여 제 1 블록(Y)의 예측 블록을 생성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법의 흐름도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 주변 블록 탐색 단계(S910), 상관 파라미터 산출 단계(S930), 및 예측 단계(S950)를 포함하며, 도 4의 장치에 일 예로서 적용되므로 그 장치의 동작과 병행하여 설명한다.
주변 블록 탐색 단계( S910 )
도 10의 (B)와 같은 레드 또는 블루 플레인 중 하나를 부호화 할 현재 플레인이라 하고, 도 10의 (A)와 같은 그린 플레인을 부호화 후 복원된 이전 플레인으로서의 기본 플레인이라 할 경우, 주변 블록 탐색부(810)는 현재 플레인의 부호화 할 제 1 블록(Y)에 대응하는 복원된 이전 플레인의 제 2 블록(X)을 탐색하고, 제 2 블록(X)의 주변 블록(도 11이 해칭 블록) 중에서 그 제 2 블록(X)과의 화소값의 차가 가장 작은제 3 블록(예를 들어 X'라 가정)을 SAD(Sum of Absolute Difference) 방식에 따라 탐색하고, 그 제 3 블록(X')에 대응하는 현재 플레인의 복원된 제 4 블록(Y')을 탐색한다.
상관 파라미터 산출 단계( S930 )
이어 상관 파라미터 산출부(830)는 제 3 블록(X')의 화소값 및 제 4 블록(Y')의 화소값에 근거하여, 제 3 블록(X')과 제 4 블록(Y')간의 선형적 상관 파라미터를 산출하는데, 일 예로 MSE(Mean Square Error) 방식에 따라 제 3 블록(X')과 제 4 블록(Y')간의 MSE값을 최소화는 파라미터를 상관 파라미터로 산출할 수 있다.
예측 단계( S950 )
마지막으로, 예측부(450)는 제 2 블록(X) 및 상관 파라미터 산출부(830)에 의해 산출된 상관 파라미터에 근거하여 제 1 블록(Y)의 예측 블록을 생성한다.
이어, 도 8의 장치의 구체적인 작용에 대해 이에 대응하는 도 9의 방법의 구제적인 과정과 함께 병행하여 설명한다.
본 발명의 실시예는 기본 플레인을 부호화 하고 난 뒤에 다른 플레인을부호화하는데 있어서, 기본 플레인을 기반으로 선형 변환해서 다른 플레인의 예측 화면(또는 영상, 또는 블록이라 칭함)을 만들 때, 그 선형 변환 시 필요한 상관 파라미터를 추출하는데 적용한다. 일반적으로 기본 플레인은 그린(Green) 플레인이고 다른 플레인은 레드(red)와 블루(blue) 플레인이다. 본 발명의 실시예에 적용되는 위와 같은 예측 방식을 인터 플레인 프리딕션(Inter plane prediction) 혹은 인터 컬러 프리딕션(Inter color prediction) 이라고 한다. 이후 설명의 편의상 본 발명의 실시예에 대해 그린, 블루, 및 레드의 순서로 부호화하는 경우를 일 예로 설명하되, 순서는 이에 한정되지 않고 바뀔 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 그린 플레인을이용하여 블루와 레드 신호를 예측하기 위해 블록 단위로 예측을 수행한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 현재 플레인의 블록 Y를 기본 플레인의 블록 X로 예측하려 할 경우, 예측 화면은 예측부(850) 또는 예측 단계(S950)에서 다음의 식 (1)에 근거하여 구해진다.
Figure 112010075338214-pat00008
식(1)
Figure 112010075338214-pat00009
은 X를 이용하여 선형 예측된 예측 화면의 값으로,
Figure 112010075338214-pat00010
블록을 예측하기 위해 사용된다.
본 실시예에서, 기본 플레인이 그린 플레인이고 예측할려는 플레인이 블루 플레인이라 하면, 식 (1)은 다음의 식(2)와 같이 다시 표현될 수 있다.
Figure 112010075338214-pat00011
식(2)
Figure 112010075338214-pat00012
는 복원된 그린 플레인의 화소 값을 나타하며, i,j 는 화소의 위치를 나타낸다.
Figure 112010075338214-pat00013
은 예측된 블루 플레인의 화소값을 의미한다.
예측부(850) 또는 예측 단계(S950)에서 식(2)를 근거로 예측을 하기 위해서는 선형적 상관 파라미터
Figure 112010075338214-pat00014
와
Figure 112010075338214-pat00015
가 필요하다. 이 상관 파라미터들은 부호화단에서 직접 전송하는게 아니라, 주변 블록 탐색부(810) 또는 주변 블록탐색 단계(S910)에서는 현재 블루 플레인의 현재 블록에 대해 복원된 주변 블록의 화소 및 이에 대응하는 그린 플레인의 복원된 주변 블록의 화소를 이용하여 이 두 개의 상관 파라미터를 찾는다.
즉, 주변 블록 탐색부(810) 또는 주변 블록 탐색단계(S910)에서는 이 두 개의 상관 파라미터를 찾기 위해 현재 부호화 하고자 하는 블루 블록(Y)의 대응 위치에 있는 그린 블록(X)과 가장 유사한 블록을 인접 영역의 주변 블록들(도 11 참조) 중에서 탐색한다. 탐색 시, 다음의 식(3)과 같이 현재 움직임 탐색에서 사용되는 SAD를 적용하나, 이에 한정되지 않는다.
Figure 112010075338214-pat00016
식(3)
식(3)에서 G'(x,y)는 X 블록의 화소값을 나타내고, G'(x-m,y-n)은 X 블록에서 m,n만큼 변경된 주변 블록의 화소값을 나타낸다.
상관 파라미터 산출부(830) 또는 상관 파라미터 산출 단계(S530)에서는 주변 블록 중에서 가장 SAD가 낮은 블록을 찾아 이를 최적의 상관 파라미터를 찾기 위한 블록(이후, X'블록이라고 가정함)으로 결정하고, 이 결정된 X'블록과 이에 대응하는 Y'블록의 위치에서 그린과 블루 사이의 상관 관계를 이용하여 상관 파라미터
Figure 112010075338214-pat00017
와
Figure 112010075338214-pat00018
를 산출한다. 다음의 식 (4)에서
Figure 112010075338214-pat00019
와
Figure 112010075338214-pat00020
는 최적 위치를 갖는 좌표 즉, X' 블록의 화소 좌표를 나타내는 것으로, 상관 파라미터 산출부(430) 또는 상관 파라미터 산출 단계(S930)에서 산출된다.
Figure 112010075338214-pat00021
식(4)
상관 파라미터 산출부(830) 또는 상관 파라미터 산출 단계(S930)에서는 탐색된 블록에 기반하여 상관 파라미터를 산출하며, 이는 다음의 식(5) 및 식(6)에 의해 얻어진다. 이 상관 파라미터는 평균제곱오차(MSE: Mean squre error) 관점에서 X'블록과 Y'블록간의 MSE값이 최소화되게 하는 파라미터이다. 식(5)(6)에서, M과 N은 해당블록의 X와 Y축의 화소수, G'(i-m*,j-n*)는 X' 블록의 화소값, B'(i-m*, j-n*)는 Y' 블록의 화소값을 나타낸다.
Figure 112010075338214-pat00022
식(5)
Figure 112010075338214-pat00023
식(6)
예측부(850) 또는 예측 단계(S950)에서는 미리 복호화 된 그린에서 블루를 예측하는데, 상관 파라미터 산출부(430) 또는 상관 파라미터 산출 단계(S930)에서 얻어진 상관 파라미터
Figure 112010075338214-pat00024
와
Figure 112010075338214-pat00025
를 식(2)에 대입하여 예측 영상
Figure 112010075338214-pat00026
를 만들어 낸다.
본 발명의 실시예에서, 유사한 블록을 탐색하는 주변 블록의 영역은 일 예로 도 11에 도시된 바와 같다. 영상을 부호화 하는데 사용되는 16X16, 8X8, 4X4 크기의 블록에 대해서 연산량의증가를 막기 위해서 탐색 영역은 예를 들어 4X4 블록 단위로 최소화 한다. 즉 부호화 하는 영역의 좌측, 상단, 우상단 등의 영역에서 검색하는 최소블록 단위 정도의 4X4 블록의 영역에서만 화소 단위로 이동하면서 유사 블록을 찾아낸다.
상술된 방법과 동일한 방법을 적용하여 레드 플레인도 부호화 한다. 다만, 블루 플레인을 부호화 할 때는 사용 가능한 색차 정보가 그린 플레인만 있었지만, 레드 플레인 정보를 부호화 할 때에는 블루 플레인도 부호화가끝나있으므로, 이 블루 플레인 정보를 상술된 인터 플레인 프리딕션(inter plane prediction) 시에 사용가능 하다.
도 9를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예에 따른 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 기록 매체는 본 발명의 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, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 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 포함할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예는, 영상데이터 압축 기술 분야, 특히 인터 플레인 프리딕션(inter plane prediction) 시에 적용되어, 주변 블록 중 현재 블록과 유사도가 가장 높은 특정 블록을 이용하여 컬러 플레인간의 최적 상관 파라미터를 추출하고, 그 최적 상관 파라미터를 근거로 현재 블록에 대한 최적 예측을 수행하므로, 파라미터의 정확도를 높이고 그 결과 정확한 추정 영상을 만들며 부가 정보를 줄여 코딩 효율을 향상하는 매우 유용한 발명이다.
810: 주변 블록 탐색부
830: 상관 파라미터 산출부
850: 예측부

Claims (15)

  1. 현재 플레인의 부호화 할 제 1 블록의 위치에 대응하는 위치를 갖는 복원된 이전 플레인의 제 2 블록에 대하여, 상기 제 2 블록의 주변 블록 중에서 그 제 2 블록과의 화소값의 차가 가장 작은 제 3 블록을 탐색하는 주변 블록 탐색부;
    상기 제 3 블록 및 그 제 3 블록의 위치에 대응하는 위치를 갖는 상기 현재 플레인의 복원된 제 4 블록에 근거하여, 상기 제 3 블록과 상기 제 4 블록간의 상관 파라미터를 산출하는 상관 파라미터 산출부; 및
    상기 제 2 블록 및 상기 산출된 상관 파라미터에 근거하여 상기 제 1 블록을 예측하는 예측부;
    를 포함하며,
    상기 제 2 블록의 위치는 상기 제 1 블록의 위치에 대한 정보로부터 결정되며, 상기 제 4 블록의 위치는 상기 제 3 블록의 위치에 대한 정보로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 블록 탐색부는 SAD(Sum of Absolute Difference) 방식에 따라 상기 제 3 블록을 탐색하는 것을 특징으로 하는 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 파라미터 산출부는 MSE(Mean Square Error) 방식에 따라 상기 제 3 블록과 상기 제 4 블록간의 MSE값을 최소화하는 파라미터를 상기 상관 파라미터로 산출하는 것을 특징으로 하는 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 현재 플레인의 부호화 할 제 1 블록의 위치에 대응하는 위치를 갖는 복원된 이전 플레인의 제 2 블록을 탐색하는 단계;
    상기 제 2 블록의 주변 블록 중에서 그 제 2 블록과의 화소값의 차가 가장 작은 제 3 블록을 탐색하는 단계;
    상기 제 3 블록 및 그 제 3 블록의 위치에 대응하는 위치를 갖는 상기 현재 플레인의 복원된 제 4 블록을 탐색하는 단계;
    상기 제 3 블록과 상기 제 4 블록간의 상관 파라미터를 산출하는 단계; 및
    상기 제 2 블록 및 상기 산출된 상관 파라미터에 근거하여 상기 제 1 블록을 예측하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제 2 블록의 위치는 상기 제 1 블록의 위치에 대한 정보로부터 결정되며, 상기 제 4 블록의 위치는 상기 제 3 블록의 위치에 대한 정보로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 블록은 SAD(Sum of Absolute Difference) 방식에 따라 탐색하는 것을 특징으로 하는 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 상관 파라미터는 MSE(Mean Square Error) 방식에 따라 상기 제 3 블록과 상기 제 4 블록간의 MSE값을 최소화하는 파라미터로 산출하는 것을 특징으로 하는 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 6 항의 상기 예측을 위한 컬러 플레인간의 상관 파라미터 추출 방법이 프로그램으로 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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Y. S. Kim, et al. RGB Video coding using the matched neighbourhood block in the inter-color plane. IEICE Electronics Express. Dec. 2009, Vol.6, No.24, pp.1715-1720
김양수 외 2명. 인접블록의 상관관계에 기반한 RGB video coding 개선 알고리즘. 전기학회논문지. 2009년 12월. 제58권 제12호, pp.2538-2541

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