KR102101491B1 - 인트라 예측을 이용한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

인트라 예측을 이용한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

인트라 예측의 정확도를 향상시켜 부호화/복호화 효율을 향상시키는 방법 및 장치가 개시된다. 비디오 복호화 방법은, 수신한 비트스트림을 복호화하여 현재 화소에 대한 잔차값과 인트라 예측 정보를 포함하는 복원 정보를 생성하는 단계와, 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성하는 단계와, 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용하여 제2 예측값을 생성하는 단계와, 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성하는 단계를 포함한다. Planar 모드를 적용함에 있어, 보다 상관 관계가 높은 참조 화소를 이용하거나 현재 블록의 방향성에 기반한 가중치를 적용함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

인트라 예측을 이용한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VIDEO CODING/DECODING USING INTRA PREDICTION}
본 발명은 비디오의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인트라 예측의 정확도를 향상시켜 부호화/복호화 효율을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에는 스마트폰과 스마트TV의 등장으로 인하여 유·무선 통신 네트워크를 통한 동영상 데이터의 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.
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, 인트라 예측(Intra Prediction)과 인터 예측(Inter Prediction)을 통하여 구해진 잔차(residual) 신호들을 변환, 양자화하지 않고 바로 엔트로피 부호화(Entropy) 부호화함으로써 무손실 압축을 수행할 수 있다.
또한, 종래의 H.264/AVC와 비교하여 약 2 배 이상의 압축 효율을 갖는 것으로 알려져 있는 차세대 비디오 압축 표준 기술로 HEVC(High Efficiency Video Coding)에 대한 표준화가 최근에 완료되었다.
HEVC는 쿼드트리(quadtree) 구조를 가진 코딩 유닛(CU: Coding Unit), 예측 유닛(PU: Prediction Unit), 변환 유닛(TU: Transform Unit)을 정의하고 있으며, 샘플 적응적 오프셋(SAO: Sample Adaptive Offset), 디블록킹 필터(Deblocking filter)와 같은 추가적인 인루프 필터를 적용하고 있다. 또한, 기존의 인트라 예측(intra prediction) 및 인터 예측(inter prediction)을 개선하여 압축 부호화 효율을 향상시키고 있다.
인트라 예측에서는 현재 부호화하고자 하는 화소 주위의 화소를 직접 또는 여러 화소를 사용하여 필터링 등을 거쳐 생성된 값을 현재 화소에 대한 예측값으로 사용하여 부호화를 수행한다. 또한, 예측을 통해 생성된 값과 현재 화소값과의 차이값을 그 이외의 추가 정보(인트라 예측 모드에 대한 정보, 예컨대, DC 모드, 수직 방향 모드 또는 수평 방향 모드 등)를 같이 전송하여 부호화를 진행한다.
그러나, HEVC에 따른 Planar 모드의 경우, 현재 화소가 현재 블록의 내부로 갈수록 참조 화소와의 거리가 멀어져 예측의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 인트라 예측의 정확도를 높여 부호화 효율을 향상시키는 인트라 예측 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 인트라 예측의 정확도를 높여 부호화된 비디오를 복호화하는 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 인트라 예측의 정확도를 높여 부호화된 비디오를 복호화하는 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법은, 현재 화소를 포함하는 현재 블록에 대한 인트라 예측에 있어서, 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성하는 단계와, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용하여 제2 예측값을 생성하는 단계와, 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR), 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 및 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소 중 어느 하나이고, 상기 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB), 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 및 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소 중 어느 하나일 수 있다.
여기에서, 상기 제1 참조 화소는 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소이고, 상기 제2 참조 화소는 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소일 수 있다.
여기에서, 상기 인트라 예측 방법은, 현재 블록을 적어도 두 개의 영역으로 구획하고, 구획된 영역 별로 순차적인 인트라 예측을 수행할 수 있다.
여기에서, 상기 제1 예측값을 생성하는 단계는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제1 예측값을 생성하고, 제2 예측값을 생성하는 단계는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제2 예측값을 생성할 수 있다.
여기에서, 가중치는 현재 블록의 방향성에 기반하여 결정될 수 있다.
여기에서, 현재 블록의 방향성은, 수평의 방향성 및 수직의 방향성으로 구분될 수 있다.
여기에서, 상기 최종 예측값을 생성하는 단계는, 제1 예측값과 제2 예측값을 평균하여 최종 예측값을 생성할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비디오 복호화 방법은, 수신한 비트스트림을 복호화하여 현재 화소에 대한 잔차값과 인트라 예측 정보를 포함하는 복원 정보를 생성하는 단계와, 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성하는 단계와, 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용하여 제2 예측값을 생성하는 단계와, 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 비디오 복호화 방법은, 최종 예측값에 현재 화소에 대한 잔차값을 가산하여 복원 영상을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비디오 복호화 장치는, 수신한 비트스트림을 복호화하여 현재 화소에 대한 잔차값과 인트라 예측 정보를 포함하는 복원 정보를 생성하는 엔트로피 복호화부와, 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성하고, 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용하여 제2 예측값을 생성하며, 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성하는 인트라 예측부를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 인트라 예측을 이용한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치는 보다 상관 관계가 높은 참조 화소를 이용한 인트라 예측을 수행함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, Planar 모드를 적용함에 있어, 현재 블록의 방향성에 기반한 가중치를 적용함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 HEVC 표준에 따른 인트라 예측 모드를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 HEVC 표준에 따른 Planar 모드를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 수행하는 비디오 부호화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 수행하는 비디오 복호화 장치를 설명하기 위한 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, HEVC(High Efficiency Video Coding) 표준은 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 HEVC 표준에 따른 인트라 예측 모드를 설명하는 개념도이고, 도 2는 HEVC 표준에 따른 Planar 모드를 설명하기 위한 개념도이다.
*도 1을 참조하면, HEVC 표준은 35개의 인트라 예측 모드를 제공한다. 예측 모드의 개수가 증가함에 따라 모드 정보를 전송하기 위한 오버헤드 비트가 늘어나지만, 다양한 예측 모드를 사용함으로써 더욱 정확한 예측을 수행하여 예측 오류를 줄일 수 있다.
0번 모드는 Planar 모드, 1번 모드는 DC 모드, 2번 내지 34번 모드는 방향성 모드(angular mode)를 나타낸다. 각각의 인트라 예측 모드를 간략히 설명하면 다음과 같다.
Planar 모드는 시각적으로 부드러운 영상을 효율적으로 부호화하도록 설계된 방법으로 화소값이 점진적으로 변화하는 영역을 예측하는데 효율적이고, DC 모드는 현재 예측 블록의 주변 화소들의 평균값을 예측값으로 사용한다.
또한, Angular mode는 수직, 수평 방향을 포함해 총 33개의 방향성에 기반하여 예측을 수행한다. 수직 모드(Vertical mode) 또는 수평 모드(Horizontal mode)는 수직 또는 수평 방향으로 주변 화소값을 복사하여 예측값으로 사용한다. 한편, 수직 및 수평 모드 이외의 방향성 예측 모드는 45도를 32개로 구획한 방향으로 인트라 예측을 수행하며, 원심(10)을 기준으로 동일한 각도로 나뉘기 때문에 각 예측 방향에 따른 화소는 등간격이 아니므로 선형 보간을 통하여 예측값을 생성한다.
도 2를 참조한 Planar 모드에 따르면, 먼저, 현재 블록의 우측 상단에 위치하는 화소(TR)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소를 이용하여 제1 예측값을 얻을 수 있다. 또한, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소를 이용하여 제2 예측값을 얻을 수 있다. 그리고, 제1 예측값과 제2 예측값의 평균값을 현재 화소의 예측값으로 결정할 수 있다.
도 2에서, 어두운 영역에 해당하는 화소는 현재 블록에 인접한 화소를 의미할 수 있다. 즉, 현재 블록은 밝은 영역의 8×8 사이즈 블록으로 나타낼 수 있다. 다만, 현재 블록의 사이즈는 8×8 에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 현재 화소는 현재 블록에 포함되고, 부호화/복호화의 대상이 되는 화소를 의미할 수 있다.
그러나, Planar 모드는 현재 블록의 우측 상단에 위치하는 화소(TR)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소로부터 거리가 멀고, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소로부터 거리가 먼 현재 화소의 경우 예측의 정확도가 떨어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
HEVC에 따른 Planar 모드는 도 2에 표시된 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)를 참조 화소로 사용한다.
이와 비교하여, 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예에 따라 변형된 Planar 모드는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소를 참조 화소로 사용할 수 있다. 또한, 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소를 참조 화소로 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 T1 내지 Tn에 위치한 화소들 중에 하나를 참조 화소로 결정하거나, T1 내지 Tn에 필터링을 적용하여 생성된 화소를 참조 화소로 결정할 수 있다.
여기서, 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 또는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소를 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)로 정의할 수 있다. 더 나아가, 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)를 포함하는 개념일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라 변형된 Planar 모드는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소를 참조 화소로 사용할 수 있다. 또한, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(TR)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소를 참조 화소로 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 L1 내지 Ln에 위치한 화소들 중에 하나를 참조 화소로 결정하거나, L1 내지 Ln에 필터링을 적용하여 생성된 화소를 참조 화소로 결정할 수 있다.
여기서, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 또는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소를 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)로 정의할 수 있다. 더 나아가, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)를 포함하는 개념일 수 있다.
따라서, 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)의 개념을 사용하여 후술하는 실시예들을 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4 및 도 5에서 현재 블록은 밝은 영역의 8×8 사이즈 블록으로 나타날 수 있다. 다만, 현재 블록의 사이즈는 8×8 에 한정되는 것은 아니다.
*도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 변형된 Planar 모드에 따른 인트라 예측을 설명한다. 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소인 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소인 제2 참조 화소를 이용하여 생성할 수 있다. 예컨대, 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용한 보간을 수행하여 제1 예측값을 생성하고, 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용한 보간을 수행하여 제2 예측값을 생성할 수 있다.
한편, 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 예측값과 제2 예측값을 평균하여 최종 예측값을 생성할 수 있다.
먼저, 도 4a를 보면, 현재 블록에서 좌측 상단에 위치한 현재 화소에 대해서 인트라 예측을 수행할 수 있다. 즉, 현재 블록에서 좌측 상단에 위치한 현재 화소부터 인트라 예측을 시작할 수 있다.
여기서, 현재 블록에 포함되고 인트라 예측의 시작점이 되는 현재 화소는 기존의 Planar 모드와 동일한 방법에 의해 인트라 예측이 수행될 수 있다. 즉, 제1 참조 화소와 제2 참조 화소는 현재 블록에 인접한 블록에 포함되는 화소일 수 있다.
도 4b 및 도 4c를 보면, 인트라 예측의 방향은 수평 방향으로 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 최 상측에 위치한 열(row)에 포함되는 현재 화소에 대한 인트라 예측이 완료된 후에 다음(아래쪽 방향) 열(row)에 대한 인트라 예측이 수행될 수 있다. 즉, 래스터 스캔 방향(raster scan order)으로 인트라 예측이 수행될 수 있다.
다음으로, 도 5a를 보면, 현재 블록에서 좌측 상단에 위치한 현재 화소에 대해서 인트라 예측을 수행할 수 있다. 즉, 현재 블록에서 좌측 상단에 위치한 현재 화소부터 인트라 예측을 시작할 수 있다.
여기서, 현재 블록에 포함되고 인트라 예측의 시작점이 되는 현재 화소는 기존의 Planar 모드와 동일한 방법에 의해 인트라 예측이 수행될 수 있다. 즉, 제1 참조 화소와 제2 참조 화소는 현재 블록에 인접한 블록에 포함되는 화소일 수 있다.
도 5b 및 도 5c를 보면, 인트라 예측의 방향은 수직 방향으로 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 최 좌측에 위치하는 행(column)에 포함되는 현재 화소에 대한 인트라 예측이 완료된 후에 다음(오른쪽 방향) 행(column)에 대한 인트라 예측이 수행될 수 있다.
도 4 및 도 5의 실시예에 따르면, 현재 블록에서 좌측 상단에 위치하는 현재 화소로부터 인트라 예측이 시작되는 것으로 설명하였으나, 현재 블록에서 다른 위치에 있는 현재 화소로부터 인트라 예측이 시작될 수 있음은 물론이다. 또한, 수평 방향 또는 수직 방향으로 순차적인 인트라 예측이 수행되는 실시예를 기재하였으나, 대각 방향으로 순차적인 인트라 예측이 수행될 수 있음은 물론이다. 여기서, 대각 방향은 업-라이트 대각(Up-right digonal) 방향을 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소 및 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소를 참조 화소로 활용함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인트라 예측을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 현재 블록을 적어도 두 개의 영역으로 구획하여 Planar 모드를 수행할 수 있다. 즉, 제1 영역(10)에 대한 인트라 예측을 수행한 후, 제2 영역(20)에 대한 인트라 예측을 수행할 수 있다. 인트라 예측이 완료된 제1 영역에 위치한 화소를 참조 화소로 이용할 수 있으므로, 인트라 예측의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 현재 블록의 최 하측에 위치한 열(row)와 현재 블록의 최 우측에 위치하는 행(column)에 대해 인트라 예측을 먼저 수행하고, 나머지 영역(20)에 대한 인트라 예측이 수행될 수 있다.
이러한 경우, 현재 블록에서 좌측 상단에 위치한 현재 화소가 아닌 다른 위치에 있는 현재 화소부터 인트라 예측이 시작될 수 있다. 예컨대, 현재 블록에서 우측 하단에 위치한 현재 화소로부터 인트라 예측이 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 도 6과 같이 현재 블록을 구획하여 순차적으로 인트라 예측을 수행함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다. 다만, 본 발명은 현재 블록을 다양한 영역으로 구획하여 인트라 예측을 순차적으로 수행할 수 있으며, 도 6에 따른 구획에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 따른 Planar 모드에 따른 인트라 예측은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019098585368-pat00001
수학식 1에서 x, y는 화소의 좌표값을 나타내고, nTbS은 블록의 크기를 나타낼 수 있다. 또한, p[x][y]는 x,y 좌표에 위치한 화소의 화소값을 나타낼 수 있으며, predSamples[x][y]는 예측된 화소값을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제1 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제2 예측값을 생성할 수 있다.
한편, 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 예측값과 제2 예측값을 평균하여 최종 예측값을 생성할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR), 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB) 및 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소 각각에 대하여 가중치가 적용될 수 있다. 여기서, 각각에 적용되는 가중치는 서로 같거나 다를 수 있다.
또한, 각각의 가중치는 현재 블록의 방향성에 기반하여 결정될 수 있으며, 현재 블록의 방향성은 수평의 방향성 및 수직의 방향성으로 구분될 수 있다.
예를 들어, 현재 블록에 대한 인트라 예측의 최적 모드를 구하기 위해 예측을 진행할 때 현재 블록의 방향성을 확인할 수 있다. 이 때, Planar mode를 사용하여 예측을 할 경우 이전에 구한 현재 블록의 방향 패턴에 따라 적절한 가중치를 부여하여 예측값을 생성할 수 있다.
다만, 현재 블록의 방향성은 수평의 방향성 및 수직의 방향성에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따라 참조 화소에 가중치가 적용되어 변형된 Planar 모드는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019098585368-pat00002
수학식 2에서 ωA, ωB, ωC, ωD는 가중치를 나타낼 수 있다. 따라서, ωA, ωB, ωC, ωD는 현재 블록의 방향성에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 방향성이 수평의 방향성을 갖는 경우, ωA, ωB가 ωC, ωD보다 클 수 있다. 또한, 현재 블록의 방향성이 수평의 방향성을 갖는 경우, ωA, ωB가 ωC, ωD보다 작을 수 있다.
한편, 가중치는 부호화 장치에서 설정하는 것이 가능하며, 다양한 단위에서 설정할 수 있다. 즉, 가중치는 블록 단위로 다르게 둘 수도, 픽쳐 단위로 같게 두는 등의 다양한 경우가 가능하다. 가중치에 대한 정보는 부호화 장치와 복호화 장치가 서로 약속 하에 설정할 수도 있다. 또한, 부호화 장치에서 시퀀스, 픽쳐, 블록 등의 단위로 가중치에 대한 정보를 복호화 장치로 보낼 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 수행하는 비디오 부호화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 수행하는 비디오 부호화 장치는 감산기(110), 엔트로피 부호화부(120), 가산기(130), 인터 예측부(140), 인트라 예측부(150)를 포함한다.
*손실 부호화 장치의 경우 변환과 양자화를 거쳐 엔트로피 부호화가 수행되나, 무손실 부호화의 경우 바로 엔트로피 부호화가 수행될 수 있다. 입력 영상이 들어오면 인트라 예측 또는 인터 예측을 통해 얻어진 잔차값을 엔트로피 부호화부로 전송할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치(100)는 무손실 부호화 장치에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측부(150)는, 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 인트라 예측부(150)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용하여 제2 예측값을 생성할 수 있다. 여기서, 제1 참조 화소는 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소이고, 제2 참조 화소는 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 상기 현재 화소에 인접한 화소일 수 있다.
여기서, 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR), 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 및 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB), 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 및 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소 중 어느 하나일 수 있다.
인트라 예측부(150)는 현재 블록을 적어도 두 개의 영역으로 구획하고, 구획된 영역 별로 순차적인 인트라 예측을 수행할 수 있다.
더 나아가, 인트라 예측부(150)는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제1 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 인트라 예측부(150)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제2 예측값을 생성할 수 있다.
여기서, 가중치는 현재 블록의 방향성에 기반하여 결정될 수 있으며, 현재 블록의 방향성은 수평의 방향성 및 수직의 방향성으로 구분될 수 있다.
결과적으로, 인트라 예측부(150)는 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 예측값과 제2 예측값을 평균하여 최종 예측값을 생성할 수 있다.
감산기(110)는 최종 예측값과 현재 화소의 화소값의 차이값을 잔차값으로 생성할 수 있다.
또한, 부호화 장치(100)는 시퀀스, 픽처, 블록 등의 단위로 가중치에 대한 정보를 복호화 장치로 보낼 수 있다.
이외에 무손실 부호화 장치는 손실 부호화 장치와 유사하므로 간단히 설명한다. 엔트로피 부호화부(120)는 잔차 영상에 대해 엔트로피 부호화를 수행하고, 가산기(130)는 잔차 영상과 예측 영상을 더하여 복원 영상을 생성하며, 인터 예측부(140)는 움직임 추정을 통한 화면간 예측을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 수행하는 비디오 복호화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(210), 가산기(220), 인트라 예측부(230) 및 인터 예측부(240)를 포함한다.
손실 복호화 장치의 경우 엔트로피 복호화를 수행한 후 역양자화와 역변환이 수행되나, 무손실 복호화의 경우 역양자화와 역변환이 수행되지 않을 수 있다. 즉, 비트스트림을 복호화하여 현재 화소에 대한 잔차값을 얻고, 현재 화소에 대한 잔차값에 최종 예측값을 가산함으로써 복원 영상을 생성할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치는 무손실 복호화 장치에 한정되는 것은 아니다.
엔트로피 복호화부(210)는 수신한 비트스트림을 복호화하여 현재 화소에 대한 잔차값 및 인트라 예측 정보를 포함하는 복원 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 인트라 예측 정보는 본 발명의 실시예에 따라 변형된 Planar 모드에 대한 정보를 포함할 수 있다.
인트라 예측부(230)는 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)와 제1 참조 화소를 이용하여 제1 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 인트라 예측부(230)는 인트라 예측 정보에 기반하여 현재 화소를 포함하는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)와 제2 참조 화소를 이용하여 제2 예측값을 생성할 수 있다.
여기서, 현재 블록의 우측 상단의 화소(T)는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR), 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 및 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 동일한 수평 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 현재 블록의 좌측 하단의 화소(L)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB), 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들 중 선택된 화소 및 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 동일한 수직 라인에 위치한 화소들에 필터링을 수행하여 생성된 화소 중 어느 하나일 수 있다.
인트라 예측부(230)는 현재 블록을 적어도 두 개의 영역으로 구획하고, 구획된 영역 별로 순차적인 인트라 예측을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 참조 화소는 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소이고, 제2 참조 화소는 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 화소에 인접한 화소일 수 있다.
더 나아가, 인트라 예측부(230)는 현재 블록의 우측 상단의 화소(TR)와 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제1 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 인트라 예측부(230)는 현재 블록의 좌측 하단의 화소(LB)와 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 현재 블록에 인접한 화소에 가중치를 각각 적용하여 제2 예측값을 생성할 수 있다.
여기서, 가중치는 현재 블록의 방향성에 기반하여 결정될 수 있으며, 현재 블록의 방향성은 수평의 방향성 및 수직의 방향성으로 구분될 수 있다.
결과적으로, 인트라 예측부(230)는 제1 예측값과 제2 예측값을 이용하여 현재 화소에 대한 최종 예측값을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 예측값과 제2 예측값을 평균하여 최종 예측값을 생성할 수 있다.
또한, 가산기(220)는 잔차 영상과 예측 영상을 더하여 복원 영상을 생성할 수 있다. 즉, 가산기(220)는 최종 예측값에 현재 화소에 대한 잔차값을 가산하여 복원 영상을 생성할 수 있다.
한편, 인터 예측부(240)는 움직임 추정을 통한 화면간 예측을 수행할 수 있다.
이외에 무손실 복호화 장치는 무손실 부호화 장치와 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치 및 복호화 장치는 도 3 및 도 4에 대한 설명에 따른 인트라 예측을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측을 이용한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치는 보다 상관 관계가 높은 참조 화소를 이용한 인트라 예측을 수행함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, Planar 모드를 적용함에 있어, 현재 블록의 방향성에 기반한 가중치를 적용함으로써 인트라 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 인트라 예측의 정확도를 향상시킴으로써 부화화/복호화 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, 240: 인터 예측부 150, 230: 인트라 예측부
200: 복호화 장치

Claims (7)

  1. 현재 블록에 포함된 현재 화소에 대한 화면 내 예측 방법에 있어서,
    상기 현재 블록을 2개의 영역으로 구획하는 단계;
    상기 현재 블록의 제1 영역에 대한 화면내 예측을 수행하는 단계; 및
    상기 화면내 예측이 완료된 제1 영역을 이용하여, 상기 현재 블록의 제2 영역에 대한 화면내 예측을 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 영역에 대한 화면내 예측을 수행하는 단계는,
    상기 제1 영역에 속한 상기 현재 화소와 동일한 수평 라인에 속하고 상기 제1 영역의 주변 화소현재 블록에 인접한 화소를 제1 참조 화소로 획득하는 단계;
    상기 현재 화소와 동일한 수직 라인에 속하고 상기 제1 영역의 주변 화소현재 블록에 인접한 화소를 제2 참조 화소로 획득하는 단계;
    상기 제1 참조 화소와 상기 제2 참조 화소에 가중치를 적용하는 단계; 및
    상기 가중치가 적용된 제1 참조 화소와 제2 참조 화소를 이용하여, 상기 현재 화소에 대한 예측값을 획득하는 단계를 포함하되,
    상기 현재 블록은 2개의 영역으로 구획되고,
    상기 현재 블록의 제1 영역에 대한 화면 내 예측이 수행된 후, 상기 현재 블록의 제2 영역에 대한 화면 내 예측을 수행되는, 화면 내 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가중치는, 상기 제1 참조 화소에 적용되는 제1 가중치와 상기 제2 참조 화소에 적용되는 제2 가중치를 포함하는, 화면 내 예측 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 현재 화소에 대한 예측값을 획득하는 단계는,
    상기 제1 참조 화소 및 상기 제1 영역현재 블록의 우측 상단으로 인접한 화소를 이용하여 제1 예측값을 획득하는 단계를 포함하는, 화면 내 예측 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 현재 화소에 대한 예측값을 획득하는 단계는,
    상기 제2 참조 화소 및 상기 제1 영역현재 블록의 좌측 하단으로 인접한 화소를 이용하여 제2 예측값을 획득하는 단계를 더 포함하는, 화면 내 예측 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 현재 화소에 대한 예측값은, 상기 제1 예측값과 상기 제2 예측값을 이용하여 획득되는, 화면 내 예측 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가중치는, 상기 현재 블록의 방향성 또는 상기 현재 화소의 위치 중 적어도 하나를 고려하여 결정되는, 화면 내 예측 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 현재 블록의 방향성이 수평 방향성을 갖는 경우, 상기 제1 참조 화소에 적용되는 제1 가중치는 상기 제2 참조 화소에 적용되는 제2 가중치보다 작은, 화면 내 예측 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Planar mode experiments and results, Joint Collaborative Team on Video Coding of ITU-T SG16 WP3 and ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, JCTVC-E321 (2011.03.20.)*

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