KR102199463B1 - 스캔 순서를 고려한 영상의 변환 방법 및 그 장치, 및 역변환 방법 및 그 장치 - Google Patents

스캔 순서를 고려한 영상의 변환 방법 및 그 장치, 및 역변환 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 변환하기 위한 스캔 순서(scan order)를 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일하게 결정하고, 스캔 순서에 따라 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정하며, 변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행하는 영상을 부호화하는 방법이 개시된다.

Description

스캔 순서를 고려한 영상의 변환 방법 및 그 장치, 및 역변환 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMAGE TRANSFORM, AND METHOD AND APPARATUS FOR IMAGE INVERSE TRANSFORM BASED ON SCAN ORDER}
본 발명은 스캔 순서를 고려하여 서브 블록을 변환하는 영상의 변환 방법 및 그 장치, 및 역변환 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
고해상도 또는 고화질 영상 컨텐트를 재생, 저장할 수 있는 하드웨어의 개발 및 보급에 따라, 고해상도 또는 고화질 영상 컨텐트를 효과적으로 부호화하거나 복호화하는 영상 코덱의 필요성이 증대하고 있다. 기존의 영상 코덱에 따르면, 영상은 소정 크기의 부호화 단위에 기반하여 제한된 부호화 방식에 따라 부호화되고 있다.
주파수 변환을 이용하여 공간 영역의 영상은 주파수 영역의 계수들로 변환된다. 영상 코덱은, 주파수 변환의 빠른 연산을 위해 영상을 소정 크기의 블록들로 분할하고, 블록마다 DCT 변환을 수행하여, 블록 단위의 주파수 계수들을 부호화한다. 공간 영역의 영상에 비해 주파수 영역의 계수들이, 압축하기 쉬운 형태를 가진다. 특히 영상 코덱의 인터 예측 또는 인트라 예측을 통해 공간 영역의 영상 화소값은 예측 오차로 표현되므로, 예측 오차에 대해 주파수 변환이 수행되면 많은 데이터가 0으로 변환될 수 있다. 영상 코덱은 연속적으로 반복적으로 발생하는 데이터를 작은 크기의 데이터로 치환함으로써, 데이터량을 절감하고 있다.
개시된 실시예에 따른 영상을 부호화하는 방법은, 변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 변환하기 위한 스캔 순서(scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일하게 결정하는 단계; 상기 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정하는 단계; 및 상기 변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 스캔 순서는 역방향 스캔 순서(reverse scan order)이며, 수평(horizontal) 스캔 순서, 수직(vertical) 스캔 순서 및 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 변환 매트릭스는 제 1 변환 매트릭스 및 상기 제 1 변환 매트릭스의 전치(transpose) 행렬인 제 2 변환 매트릭스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스캔 순서가 수평 스캔 순서인 경우상기 변환할 서브 블록에 대해 상기 제 1 변환 매트릭스를 먼저 적용하고, 상기 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인 경우상기 변환할 서브 블록에 대해 상기 제 2 변환 매트릭스를 먼저 적용할 수 있다.
또한, 상기 변환을 수행하는 단계는 상기 변환 이후 파이프라인(pipeline) 형태로 수행되는 양자화 및 율-왜곡 비용(RD Cost) 계산의 처리 단위와 동일한 처리 단위로 변환을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 서브 블록의 크기는 4×4 이고, 상기 변환 블록의 크기는 4×4 보다 크거나 같을 수 있다.
개시된 실시예에 따른 영상을 복호화하는 방법은, 역변환 불록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 역변환하기 위한 스캔 순서(scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일하게 결정하는 단계; 상기 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 역변환할 서브 블록을 결정하는 단계; 및 상기 역변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 스캔 순서는 역방향 스캔 순서(reverse scan order)이며, 수평(horizontal) 스캔 순서, 수직(vertical) 스캔 순서 및 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 역변환 매트릭스는 제 1 역변환 매트릭스 및 상기 제 1 역변환 매트릭스의 전치(transpose) 행렬인 제 2 역변환 매트릭스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스캔 순서가 수평 스캔 순서인 경우상기 역변환할 서브 블록에 대해 상기 제 1 변환 매트릭스를 먼저 적용하고, 상기 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인 경우상기 역변환할 서브 블록에 대해 상기 제 2 변환 매트릭스를 먼저 적용할 수 있다.
또한, 상기 역변환을 수행하는 단계는 상기 역변환 이전에 파이프라인(pipeline) 형태로 수행되는 역양자화의 처리 단위와 동일한 처리 단위로 역변환을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 서브 블록의 크기는 4×4 이고, 상기 역변환 블록의 크기는 4×4 보다 크거나 같을 수 있다.
개시된 실시예에 따른 영상 부호화 장치는, 변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 변환하기 위한 스캔 순서(scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일하게 결정하고, 상기 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정하는 변환 순서 결정부; 및 상기 변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행하는 변환 수행부를 포함한다.
개시된 실시예에 따른 영상 복호화 장치는, 역변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 역변환하기 위한 스캔 순서(scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일하게 결정하고, 상기 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 역변환할 서브 블록을 결정하는 역변환 순서 결정부; 및 상기 역변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환을 수행하는 역변환 수행부를 포함한다.
개시된 실시예에 따른 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 상기 영상을 부호화하는 방법을 구현하기 위한 것일 수 있다.
개시된 실시예에 따른 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 상기 영상을 복호화하는 방법을 구현하기 위한 것일 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 1b는 일 실시예에 따른 영상을 부호화하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2b는 일 실시예에 따른 영상을 복호화하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따라 서브 블록 단위로 변환을 수행함에 있어서 역방향 스캔 순서를 이용함을 나타내기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 서브 블록을 역방향 스캔 순서로 변환하는 경우 레이턴시가 절감됨을 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 서브 블록에 대해 제 1 변환 및 제 2 변환 매트릭스를 연산하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따라 서브 블록을 변환함에 있어서 제 1 변환 및 제 2 변환 매트릭스를 적용 순서에 따라 연산함을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다양한 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 8은 다양한 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 9는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 12는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 13은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 14는 다양한 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 15는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 16, 17 및 18은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 19는 표 1의 부호화 정보 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 20은 다양한 실시예에 따른 프로그램이 저장된 디스크의 물리적 구조를 예시한다.
도 21은 디스크를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브를 도시한다.
도 22는 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)의 전체적 구조를 도시한다.
도 23 및 24 는, 다양한 실시예에 따른 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법이 적용되는 휴대폰의 외부구조와 내부구조를 도시한다.
도 25는 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다.
도 26은 다양한 실시예에 따른 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
본 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예"라는 것은 적어도 하나의 실시 예에 포함되는 실시예와 함께 설명된 특별한 특성, 구조, 특징 등을 의미하는 것이다. 그러므로, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에 등장하는 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 어구의 등장은 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 6를 참조하여, 다양한 실시예에 따른 서브 블록 단위의 변환(transform)을 수행함에 있어서 스캔 순서(scan order)를 고려한 영상의 부호화 기법 및 영상의 복호화 기법을 설명한다.
나아가, 도 7 내지 도 26을 참조하여, 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 영상 부호화 기법 및 영상 복호화 기법이 개시된다. 이하, '영상'은 영상의 정지영상이거나 동영상, 즉 영상 그 자체를 나타낼 수 있다.
먼저, 도 1a 내지 도 6을 참조하여, 서브 블록 단위를 변환 시 스캔 순서를 고려한 영상의 부호화 기법 및 영상의 복호화 기법이 개시된다.
영상을 코딩함에 있어서, 임의의 크기의 변환 블록(변환 유닛; TU) 내의 계수들에 대한 변환, 양자화 및 레이트(rate) 계산을 수행할 수 있다. 여기서, 레이트 계산의 의미는 주어진 목표 비트율로 입력 영상을 압축하기 위해 양자화된 변환 계수의 비트열을 엔트로피 부호화한다는 의미를 포함할 수 있다. 그리고, 변환 블록 내 계수들에 대한 변환, 양자화 및 레이트 계산의 수행 순서는 임의적일 수 있다. 그러나, 일반적으로 영상 코딩 표준의 신택스 테이블(Syntax Table)에서 정의된 순서로 계수들의 레이트를 계산하지 않을 경우 코딩 성능이 저하되는 문제점이 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 부호화 장치는 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일한 스캔 순서에 따라 서브 블록에 대한 변환을 수행하고 변환된 계수를 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일한 스캔 순서로 출력시킴으로써 레지듀얼 인코딩 시의 레이턴시를 줄일 수 있다. 다양한 실시예에 따른 영상 복호화 장치는 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일한 스캔 순서에 따라 파싱된 계수들로 구성된 서브 블록에 대해 역양자화 순서와 동일한 스캔 순서로 역변환함으로써 레지듀얼 디코딩 시의 레이턴시를 줄일 수 있다.
이하, 도 1a-1b를 참조하여 다양한 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)의 동작을 설명하고, 도 2a-2b를 참조하여 다양한 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)의 동작을 설명한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 1a를 참조하면, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는 변환 순서 결정부(11) 및 변환 수행부(12)를 포함한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는 슬라이스, 픽쳐 등의 단위로 영상들을 입력 받아, 각각의 영상을 블록들로 구획하여 블록별로 부호화한다. 블록의 타입은 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 임의의 기하학적 형태일 수도 있다. 일정한 크기의 데이터 단위로 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에 따른 블록은, 트리구조에 따른 부호화단위들 중에서는, 최대부호화단위(Largest Coding Unit; LCU), 부호화 단위(Coding Unit; CU), 예측 단위(Prediction Unit) 또는 변환 단위(Transform Unit) 등일 수 있다. 트리구조에 따른 부호화단위들에 기초한 비디오 부복호화 방식은, 도 7 내지 26을 참조하여 후술한다.
영상 부호화 장치(10)는 예측 대상 블록의 화소들에 대해 예측을 수행한 후, 예측 블록과 대상 블록의 레지듀얼에 대하여 변환을 수행한다. 변환 순서 결정부(11)는 레지듀얼에 대한 변환을 어떤 스캔 순서로 수행할지를 결정한다. 구체적으로, 변환 순서 결정부(11)는 변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록에 대한 스캔 순서를 결정할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 서브 블록에 대한 스캔 순서는 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일한 스캔 순서일 수 있다. 또한, 변환 순서 결정부(11)는 스캔 순서에 따라 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정할 수 있다. 또한, 변환 수행부(12)는 변환을 수행할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행할 수 있다. 여기서, 영상 코딩 표준에서 정의된 신택스 테이블에 따르면 변환 매트릭스는 2차원 변환(separable transform)의 형태로 존재할 수 있으므로, 하나 이상의 변환 매트릭스는 제 1 변환 매트릭스와 제 1 변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 변환 매트릭스를 포함할 수 있다. 한편, 변환 매트릭스가 1차원 변환(non-separable transform)의 형태로 존재할 경우, 변환 매트릭스는 단일 매트릭스의 형태로 존재할 수 있다.
변환 블록 또는 서브 블록의 레지듀얼 데이터는 공간적 픽셀 도메인 내에 상주하는 샘플 차분 값들의 2차원(2D) 어레이로 정렬될 수 있다. 변환은 레지듀얼 샘플 값들을 변환 도메인, 예컨대 주파수 도메인 내의 변환 계수들의 2차원 어레이로 변환한다. 일 실시예에 따라, 영상 부호화 장치(10)는 서브 블록 단위로 변환을 수행할 수 있다.
영상 부호화 장치(10)는 서브 블록을 변환하기 위해, 스캐닝 프로세스를 수행하여 블록 내의 하나 이상의 서브 블록을 특정 스캔 순서에 따라 순차적으로 변환할 수 있다. 양호한 압축을 달성하기 위해, 하나 이상의 서브 블록은, 예를 들어, 이산 코사인 변환(DCT), 정수 변환, 카루넨-뢰베(Karhunen-Loeve; K-L) 변환, 또는 다른 변환을 사용하여 변환될 수 있다.
서브 블록을 변환하기 위한 스캔 순서는 반드시 영상 코딩 표준의 신택스 테이블에서 정의된 순서를 따라야 하는 것은 아니다. “transform_unit” 신택스를 예로 들어 설명하면, “transform_unit” 신택스는 해당 변환 블록의 양자화된 변환 계수를 시그널링하는 신택스 요소인 “residual_coding”을 호출할 수 있으며, “residual_coding” 신택스는 “last_sig_coeff”의 위치 정보를 시그널링할 수 있다. “last_sig_coeff”는 변환 블록을 특정한 스캐닝 순서로 스캔하였을 때, 가장 마지막에 위치하는 0이 아닌 양자화 레벨을 의미한다. 이 때, 스캐닝 순서는 해당 변환 블록에 적용된 예측 모드에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 화면 간 예측 모드인 경우 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서(6010)가 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 예측 모드가 세로 방향 예측인 인트라 예측의 경우 수직 스캔 순서(6030)가 사용될 수 있으며, 예측 모드가 가로 방향 예측인 인트라 예측의 경우 수평 스캔 순서(6020)가 사용될 수 있다. 이와 같이, 신택스 테이블에서 정의된 “last_sig_coeff”는 변환 블록을 업라이트 스캔 순서(6010), 수평 스캔 순서(6020) 및 수직 스캔 순서(6030) 중 하나의 스캔 순서를 이용할 수 있다. 또한, 위에서 언급된 업라이트 스캔 순서(6010), 수평 스캔 순서(6020) 및 수직 스캔 순서(6030)는 역방향 스캔 순서라고 통칭할 수 있다. 그러나, 신택스 테이블에서 정의된 순서(즉, 역방향 스캔 순서)와 다른 순서로 변환 블록의 레이트를 계산하면 코딩 성능이 저하될 수 있다. 이와 관련해서는 아래에서 후술하기로 한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는 코딩 성능의 손실을 최소화하기 위하여, 변환 이후 파이프라인 형태로 수행되는 양자화, 레이트 계산 및 율-왜곡 비용 계산의 처리 단위와 동일한 처리 단위로 변환을 수행하도록 함으로써, 레지듀얼 코딩 전체에 필요한 버퍼(buffer)의 양을 최소화할 수 있다. 여기서, 변환이 수행되는 단위는 예시적으로 4×4 픽셀을 포함하는 서브 블록 단위일 수 있으나, 변환이 수행되는 단위는 픽셀 단위일 수도 있으며, 4×4 서브 블록보다 큰 단위인 8×8 또는 그 이상의 블록 단위일 수도 있다.
일반적으로 양자화 및 레이트의 계산은 변환 블록의 크기에 따라 연산 처리량이 비례하기 때문에 동일한 단위로 파이프라인을 설계하는 것이 용이하다. 또한, 하나의 변환 블록 내에서 양자화의 수행 순서가 연산의 결과에 영향을 주지 않기 때문에 양자화의 수행 순서를 레이트의 계산과 동일한 역방향 스캔 순서로 하는 것이 용이하다.
그러나, 변환을 수행함에 있어서는, 변환 블록의 크기가 커짐에 따라 연산의 처리량이 기하급수적으로 커지는 문제점과 변환의 수행 순서에 따라 연산의 처리량이 달라지는 문제점을 갖는다. 이에 따라, 불필요한 계산을 하지 않기 위해 중간 계산 결과를 재사용하는 방법이 제안되고 있다. 하지만, 변환의 수행 순서가 레이트의 계산 순서와 상이하면 중간 계산 결과를 재사용하기 어렵고 중복 계산 과정이 발생하므로 연산의 처리량이 최적화될 수 없다. 따라서, 변환은 한 라인씩(line-by-line)의 단위로 수행될 수도 있다.
그러나, 한 라인씩의 단위로 변환을 수행한다면 변환 계수의 생성 순서와 레이트를 계산하는 순서가 상이하기 때문에, 코딩 성능 저하를 없애도록 변환 및 양자화의 결과를 저장(buffering)하기 위한 버퍼(buffer)가 필요해진다. 바꾸어 말하면, 레이트의 계산 순서와 동일한 순서로 계수를 생성할 수 있다면 변환 및 양자화의 결과를 저장하기 위한 버퍼의 양을 줄이거나 없앨 수 있다.
파이프라인의 수행 단위 또한 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 구성할 수 있다. 변환, 양자화 및 레이트 계산의 수행 단위가 동일하지 않으면 레지듀얼 코딩 단계에서 각 모듈의 처리량을 달성하기 위해 버퍼를 삽입해야 한다. 그러나 만약 파이프라인의 수행 단위가 동일하다면 각 모듈의 처리량을 달성하기 위해 더 적은 수의 버퍼가 필요하게 된다.
이처럼, 본원 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는 서브 블록에 대한 양자화 또는 레이트 계산 순서와 동일한 스캔 순서에 따라 서브 블록에 대해 변환을 수행함으로써, 코딩 성능의 손실을 최소화할 수 있고, 변환 이후 파이프라인 형태로 수행되는 양자화 및 율-왜곡 비용 계산의 처리 단위와 동일한 처리 단위로 변환을 수행하도록 함으로써, 레지듀얼 코딩에 필요한 버퍼(buffer)의 양을 최소화할 수 있다.
도 1b는 일 실시예에 따른 영상을 부호화하는 방법의 흐름도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)에 의해 수행되는 영상을 부호화하는 방법은, 변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 변환하기 위한 스캔 순서를 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일하게 결정하는 단계(S1001), 스캔 순서에 따라 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정하는 단계(S1002), 및 변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행하는 단계(S1003)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 영상 코딩 표준에서 정의된 신택스 테이블에 따르면 변환 매트릭스는 2차원 변환(separable transform)의 형태로 존재할 수 있으므로, 하나 이상의 변환 매트릭스는 제 1 변환 매트릭스와 제 1 변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 변환 매트릭스를 포함할 수 있다. 그리고, 변환을 수행하기 위한 연산은 변환의 대상이 되는 변환 블록(레지듀얼 매트릭스 X)에 제 1 변환 매트릭스 A와 제 1 변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 변환 매트릭스 AT를 곱하여 이루어질 수 있다. 즉, 변환이 수행된 블록 Y는 다음과 같은 관계식으로 정의될 수 있다.
Figure 112015084584650-pat00001
또한, 영상 부호화 장치(10)는 변환 연산을 수행함에 있어서, 제 1 변환 매트릭스와 제 2 변환 매트릭스 중 먼저 연산을 수행할 변환 매트릭스를 스캔 순서에 따라 결정할 수 있다. 구체적으로, 계산량의 측면에서 어떤 변환 매트릭스를 먼저 적용하는 것이 유리한지를 판단하여 적용 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 변환 블록 내의 서브 블록들에 대해 변환을 수행하는 순서가 역방향 스캔 순서를 따른다고 가정하면, 역방향 스캔 순서는 수평 스캔 순서, 수직 스캔 순서 및 업라이트 스캔 순서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는, 역방향 스캔 순서가 수평 스캔 순서인 경우, 제 1 변환 매트릭스를 먼저 적용하여 중간 변환 매트릭스를 획득하고, 획득한 중간 변환 매트릭스에 제 2 변환 매트릭스를 적용하여 변환이 수행된 블록 Y를 획득할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는, 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인 경우, 제 2 변환 매트릭스를 먼저 적용하여 중간 변환 매트릭스를 획득하고, 획득한 중간 변환 매트릭스에 제 1 변환 매트릭스를 적용하여 변환이 수행된 블록 Y를 획득할 수 있다.
스캔 순서에 따라 변환의 연산 순서를 달리하는 경우 부호화의 효율이 향상될 수 있다. 변환 블록에 대한 변환을 수행하는 과정에서 중간 변환 매트릭스가 생성될 수 있다. 중간 변환 매트릭스는 스캔 순서가 역방향 스캔 순서인 경우, 역방향 스캔 순서가 수평 스캔 순서, 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인지 여부에 따라서 도출 과정이 서로 상이할 수 있다. 이처럼, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는 변환 수행 과정에서 스캔 순서를 고려하여 생성한 중간 변환 매트릭스를 이용함으로써 변환하기를 원하는 서브 블록의 변환 계수를 먼저 구할 수 있으므로 부호화의 효율을 향상시킬 수 있다. 중간 변환 매트릭스가 도출되는 상세한 과정에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2a를 참조하면, 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)는 역변환 순서 결정부(21) 및 역변환 수행부(22)를 포함한다.
일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)는, 영상 복호화를 통해 영상을 복원하기 위해, 내부에 탑재된 영상 디코딩 프로세서 또는 외부 영상 디코딩 프로세서와 연계하여 작동함으로써, 영상 복호화 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)의 내부 영상 디코딩 프로세서는, 별개의 프로세서로서 기본적인 영상 복호화 동작을 구현할 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치(20) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 영상 디코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 영상 복호화 동작을 구현하는 경우도 포함할 수도 있다. 영상 복호화 장치(20)는 비트스트림을 복호화하여 현재 블록에 관한 레지듀얼을 획득한다. 블록의 타입은 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 임의의 기하학적 형태일 수도 있다. 일정한 크기의 데이터 단위로 제한되는 것은 아니다.
역변환 순서 결정부(21)는 파싱된 계수들로 구성된 역변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 역변환하기 위한 스캔 순서를 하나 이상의 결정할 수 있다. 이 때, 스캔 순서는 하나 이상의 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일한 스캔 순서로 결정될 수 있다. 또한, 역변환 순서 결정부(21)는 스캔 순서에 따라 하나 이상의 서브 블록 중 역변환할 서브 블록을 결정할 수 있다. 또한, 역변환 수행부(22)는 역변환을 수행할 서브 블록에 대해 하나 이상의 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환을 수행할 수 있다.
여기서, 영상 코딩 표준에서 정의된 신택스 테이블에 따르면 역변환 매트릭스는 2차원 역변환(separable inverse transform)의 형태로 존재할 수 있으므로, 하나 이상의 역변환 매트릭스는 제 1 역변환 매트릭스와 제 1 역변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 역변환 매트릭스를 포함할 수 있다. 한편, 역변환 매트릭스가 1차원 역변환(non-separable inverse transform)의 형태로 존재할 경우, 역변환 매트릭스는 단일 매트릭스의 형태로 존재할 수 있다.
영상 복호화 장치(20)는 서브 블록을 역변환하기 위해, 스캐닝 프로세스를 수행하여 블록 내의 하나 이상의 서브 블록을 특정 스캔 순서에 따라 순차적으로 역변환할 수 있다. 양호한 압축을 달성하기 위해, 하나 이상의 서브 블록은, 예를 들어, 이산 코사인 역변환, 정수 역변환, 카루넨-뢰베(Karhunen-Loeve; K-L) 역변환, 또는 다른 역변환을 사용하여 역변환될 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)는 코딩 성능의 손실을 최소화하기 위하여, 역변환 이전에 파이프라인 형태로 수행되는 역양자화의 처리 단위와 동일한 처리 단위로 역변환을 수행하도록 함으로써, 필요한 버퍼(buffer)의 양을 최소화할 수 있다. 여기서, 역변환이 수행되는 단위는 예시적으로 4×4 픽셀을 포함하는 서브 블록 단위일 수 있으나, 픽셀 단위일 수도 있으며, 4×4 서브 블록보다 큰 단위인 8×8 또는 그 이상의 블록 단위일 수도 있다.
도 2b는 일 실시예에 따른 영상을 복호화하는 방법의 흐름도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)에 의해 수행되는 영상을 복호화하는 방법은, 역변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 역변환하기 위한 스캔 순서를 하나 이상의 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일하게 결정하는 단계(S2001), 역방향 스캔 순서에 따라 하나 이상의 서브 블록 중 역변환할 서브 블록을 결정하는 단계(S2002), 및 역변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환을 수행하는 단계(S2003)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 영상 코딩 표준에서 정의된 신택스 테이블에 따르면 역변환 매트릭스는 2차원 역변환(separable inverse transform)의 형태로 존재할 수 있으므로, 하나 이상의 역변환 매트릭스는 제 1 역변환 매트릭스와 제 1 역변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 역변환 매트릭스를 포함할 수 있다. 그리고, 역변환을 수행하기 위한 연산은 역변환의 대상이 되는 블록 Y 에 제 1 역변환 매트릭스 B와 제 1 역변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 역변환 매트릭스 BT를 곱하여 이루어질 수 있다. 즉, 역변환된 블록 X는 다음과 같은 관계식으로 정의될 수 있다.
Figure 112015084584650-pat00002
또한, 영상 복호화 장치(20)는 역변환 연산을 수행함에 있어서, 제 1 역변환 매트릭스와 제 2 역변환 매트릭스 중 먼저 연산을 수행할 역변환 매트릭스를 스캔 순서에 따라 결정할 수 있다. 구체적으로, 계산량의 측면에서 어떤 역변환 매트릭스를 먼저 적용하는 것이 유리한지를 판단하여 적용 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 역변환 블록 내의 서브 블록들에 대해 역변환을 수행하는 순서가 역방향 스캔 순서를 따른다고 가정하면, 역방향 스캔 순서는 수평 스캔 순서, 수직 스캔 순서 및 업라이트 스캔 순서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)는, 역방향 스캔 순서가 수평 스캔 순서인 경우, 제 1 역변환 매트릭스를 먼저 적용하여 중간 역변환 매트릭스를 획득하고, 획득한 중간 역변환 매트릭스에 제 2 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환된 블록 X를 획득할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치는, 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인 경우, 제 2 역변환 매트릭스를 먼저 적용하여 중간 역변환 매트릭스를 획득하고, 획득한 중간 역변환 매트릭스에 제 1 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환된 블록 X를 획득할 수 있다.
또한, 스캔 순서에 따라 역변환의 연산 순서를 달리하는 경우 복호화의 효율이 향상될 수 있다. 역변환 블록에 대한 역변환을 수행하는 과정에서 중간 역변환 매트릭스가 생성될 수 있다. 중간 역변환 매트릭스는 스캔 순서가 역방향 스캔 순서인 경우, 역방향 스캔 순서가 수평 스캔 순서, 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인지 여부에 따라서 도출 과정이 서로 상이할 수 있다. 이처럼, 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)는 역변환 수행 과정에서 스캔 순서를 고려하여 생성한 중간 역변환 매트릭스를 이용함으로써 역변환하기를 원하는 서브 블록의 역변환 계수를 먼저 구할 수 있으므로 복호화의 효율을 향상시킬 수 있다. 중간 역변환 매트릭스는 도 1b에 대한 설명에서 언급한 중간 변환 매트릭스와 대응되어 도출될 수 있다. 따라서, 중간 역변환 매트릭스가 도출되는 상세한 과정은 도 5의 중간 변환 매트릭스가 도출되는 과정에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따라 서브 블록 단위로 변환을 수행함에 있어서 역방향 스캔 순서를 이용함을 나타내기 위한 도면이다.
도 3에 예시된 변환 블록(3000)은 32×32의 픽셀 단위를 가지지만, 본원의 일 실시예에 따른 변환 블록(3000)은 반드시 32×32일 필요는 없으며, 32×32보다 작거나 클 수도 있다. 또한, 변환 블록(3000) 내의 서브 블록들은 4×4 픽셀 단위를 갖는 것으로 예시되었으나, 역시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3에 예시된 역방향 스캔 순서는 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서를 나타낸다. 업라이트 스캔 순서에 의해 서브 블록에 대한 변환을 수행할 경우, 도 3의 화살표 방향에 따라, SB(n), SB(n-1), SB(n-2), …, SB(2), SB(1), SB(0) 순으로 서브 블록을 스캔하고, 이에 따라 각 서브 블록을 순차적으로 변환할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따라 서브 블록을 역방향 스캔 순서로 변환하는 경우 레이턴시가 절감됨을 나타내기 위한 도면이다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는 서브 블록 또는 임의의 크기의 변환 블록 내의 계수들에 대해 변환, 양자화 및 레이트 계산(레지듀얼 코딩)을 수행할 수 있다. 이 때, 각 계수들에 대한 변환, 양자화 및 레이트(rate) 계산의 수행 순서는 임의적일 수 있다. 레이트를 계산하는 순서로서, 예를 들어, 영상 코딩 표준의 신택스 테이블(Syntax Table)에서 정의된 “residual_coding”신택스가 호출될 수 있다. “residual_coding” 신택스는 “last_sig_coeff”의 위치 정보를 시그널링할 수 있으며, “last_sig_coeff”는 변환 블록을 특정한 스캐닝 순서로 스캔하였을 때, 가장 마지막에 위치하는 0이 아닌 양자화 레벨을 의미한다. 이 때, 스캐닝 순서는 해당 변환 블록에 적용된 예측 모드에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 화면 간 예측 모드인 경우 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서(6010)가 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 예측 모드가 세로 방향 예측인 인트라 예측의 경우 수직 스캔 순서(6030)가 사용될 수 있으며, 예측 모드가 가로 방향 예측인 인트라 예측의 경우 수평 스캔 순서(6020)가 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 역방향이 아닌 스캔 순서를 이용하여 서브 블록에 대해 변환(4010)을 수행할 경우, 역방향 스캔 순서로 수행되는 양자화 및 레이트 계산(4020)과 그 순서가 상이하므로, 변환(4010)이 모두 수행된 다음에야 비로소 변환된 계수를 양자화 및 레이트 계산(4020)의 최초 입력으로 사용할 수 있다.
반면에, 본원의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)가 역방향 스캔 순서를 이용하여 서브 블록에 대해 변환(4030)을 수행한다면, 역방향 스캔 순서로 수행되는 양자화 및 레이트 계산(4040)과 그 순서가 동일하므로, 변환(4030)이 수행되는 과정 중간에서 변환된 계수를 양자화 및 레이트 계산(4040)의 입력으로 사용할 수 있게 된다. 이와 같이, 역방향 스캔 순서를 이용하여 변환을 수행할 경우, 변환을 양자화 및 레이트 계산과 파이프라인 형태로 수행할 수 있게 된다. 그리고, 이와 같이 파이프라인 형태로 변환, 양자화 및 레이트 계산을 수행할 경우 전체 레이턴시(latency)가 절감되는 효과를 얻을 수 있으며, 나아가 버퍼의 개수를 최소화시켜 하드웨어 구현에 있어서 유리한 효과를 달성할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 서브 블록에 대해 제 1 변환 및 제 2 변환 매트릭스를 적용하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
변환을 수행하기 위한 연산은 변환 블록 X에 제 1 변환 매트릭스 A 와 제 1 변환 매트릭스 A의 전치 행렬인 제 2 변환 매트릭스 AT를 곱하는 것으로 이루어진다. 예를 들어, 변환 블록 내에서 x번째 행, y번째 열에 위치한 서브 블록을 서브 블록(x,y)라고 하기로 한다. 서브 블록(x,y)에 대한 변환을 수행할 경우, 변환 블록 X에 제 1 변환 매트릭스 A를 적용하여 중간 변환 매트릭스를 생성하고 x번째 행의 서브 블록들의 데이터(5010)를 계산할 수 있다. 그 후, 생성된 중간 변환 매트릭스의 x번째 행의 서브 블록들의 데이터(5010)를 제 2 변환 매트릭스 AT의 y번째 열의 서브 블록들의 데이터(5020)와 곱함으로써 변환된 서브 블록(x,y)를 구할 수 있다(5030). 여기서, 중간 변환 매트릭스의 x번째 행의 서브 블록들의 데이터(5010)는 추후 변환하기를 원하는 위치의 서브 블록에 대한 변환 시 사용될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 서브 블록을 변환함에 있어서 제 1 변환 및 제 2 변환 매트릭스를 연산 순서에 따라 적용함을 설명하기 위한 도면이다.
변환을 수행하기 위한 연산은 변환의 대상이 되는 변환 블록(레지듀얼 매트릭스 X)에 제 1 변환 매트릭스 A와 제 1 변환 매트릭스의 전치 행렬인 제 2 변환 매트릭스 AT를 곱하여 이루어질 수 있다 (수학식 1 참조). 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는, 스캔 순서에 기초하여 변환 블록에 먼저 적용할 변환 매트릭스를 제 1 변환 매트릭스 및 제 2 변환 매트릭스 중에서 결정할 수 있다. 예를 들어, 변환 블록에 대해 변환을 수행하는 순서가 역방향 스캔 순서를 따른다고 가정하면, 역방향 스캔 순서는 수평 스캔 순서(6020), 수직 스캔 순서(6030) 및 업라이트 스캔 순서(6010)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는, 역방향 스캔 순서가 수평 스캔 순서(6020)인 경우, 변환 블록 X에 제 1 변환 매트릭스를 먼저 적용하여 중간 변환 매트릭스 Y`를 획득하고, 획득한 중간 변환 매트릭스 Y`에 제 2 변환 매트릭스를 적용하여 변환이 수행된 블록 Y를 획득할 수 있다 (수학식 3 참조). 또한, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)는, 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서(6030) 또는 업라이트 스캔 순서(6010)인 경우, 변환 블록 X에 제 2 변환 매트릭스를 먼저 적용하여 중간 변환 매트릭스 Y``를 획득하고, 획득한 중간 변환 매트릭스 Y``에 제 1 변환 매트릭스를 적용하여 변환이 수행된 블록 Y를 획득할 수 있다 (수학식 4 참조).
Figure 112015084584650-pat00003
Figure 112015084584650-pat00004

Figure 112015084584650-pat00005
Figure 112015084584650-pat00006

이처럼, 역방향 스캔 순서가 수평 스캔 순서(6020), 수직 스캔 순서(6030) 또는 업라이트 스캔 순서(6010)인지 여부에 따라 제 1 변환 매트릭스 및 제 2 변환 매트릭스의 연산 순서를 바꿈으로써, 변환하기를 원하는 서브 블록의 변환 계수를 먼저 구할 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10) 및 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(20)에서, 영상이 분할되는 블록들이 최대부호화단위들로 분할되고, 최대부호화단위마다 트리 구조의 부호화 단위들을 기초로 부복호화될 수 있음은 전술한 바와 같다. 이하 도 7 내지 도 26을 참조하여, 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 영상 부호화 기법 및 영상 복호화 기법의 실시예가 개시된다.
도 7 은 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화 장치(100)의 블록도를 도시한다. 도 7에 도시된 영상 부호화 장치(100)는 전술한 도 1a의 영상 부호화 장치(10)와 대응될 수 있으며, 영상 부호화 장치(10)에 포함된 변환 순서 결정부(11) 및 변환 수행부(12)는 부호화 단위 결정부(120) 내에 일부로서 포함되어 그 기능을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 예측을 수반하는 영상 부호화 장치(100)는 최대부호화단위 분할부(110), 부호화 단위 결정부(120) 및 출력부(130)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 예측을 수반하는 영상 부호화 장치(100)는 '영상 부호화 장치(100)'로 축약하여 지칭한다.
최대부호화단위 분할부(110)는 영상의 현재 픽처를 위한 최대 크기의 부호화 단위인 최대부호화단위에 기반하여 현재 픽처를 구획할 수 있다. 현재 픽처가 최대부호화단위보다 크다면, 현재 픽처의 영상은 적어도 하나의 최대부호화단위로 분할될 수 있다. 일 실시예에 따른 최대부호화단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 2의 자승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 영상은 적어도 하나의 최대부호화단위별로 부호화 단위 결정부(120)로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위는 최대 크기 및 심도로 특징지어질 수 있다. 심도란 최대부호화단위로부터 부호화 단위가 공간적으로 분할한 횟수를 나타내며, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위는 최대부호화단위로부터 최소 부호화 단위까지 분할될 수 있다. 최대부호화단위의 심도가 최상위 심도이며 최소 부호화 단위가 최하위 부호화 단위로 정의될 수 있다. 최대부호화단위는 심도가 깊어짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, 상위 심도의 부호화 단위는 복수 개의 하위 심도의 부호화 단위를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 현재 픽처의 영상을 최대부호화단위로 분할하며, 각각의 최대부호화단위는 심도별로 분할되는 부호화 단위들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대부호화단위는 심도별로 분할되므로, 최대부호화단위에 포함된 공간 영역(spatial domain)의 영상이 심도에 따라 계층적으로 분류될 수 있다.
최대부호화단위의 높이 및 너비를 계층적으로 분할할 수 있는 총 횟수를 제한하는 최대 심도 및 부호화 단위의 최대 크기가 미리 설정되어 있을 수 있다.
부호화 단위 결정부(120)는, 심도마다 최대부호화단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 픽처의 최대부호화단위마다 심도별 부호화 단위로 영상을 부호화하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여 심도로 결정한다. 결정된 심도 및 최대부호화단위별 영상은 출력부(130)로 출력된다.
최대부호화단위 내의 영상은 최대 심도 이하의 적어도 하나의 심도에 따라 심도별 부호화 단위에 기반하여 부호화되고, 각각의 심도별 부호화 단위에 기반한 부호화 결과가 비교된다. 심도별 부호화 단위의 부호화 오차의 비교 결과 부호화 오차가 가장 작은 심도가 선택될 수 있다. 각각의 최대화 부호화 단위마다 적어도 하나의 심도가 결정될 수 있다.
최대부호화단위의 크기는 심도가 깊어짐에 따라 부호화 단위가 계층적으로 분할되어 분할되며 부호화 단위의 개수는 증가한다. 또한, 하나의 최대부호화단위에 포함되는 동일한 심도의 부호화 단위들이라 하더라도, 각각의 데이터에 대한 부호화 오차를 측정하고 하위 심도로의 분할 여부가 결정된다. 따라서, 하나의 최대부호화단위에 포함되는 데이터라 하더라도 위치에 따라 심도별 부호화 오차가 다르므로 위치에 따라 심도가 달리 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 최대부호화단위에 대해 심도가 하나 이상 설정될 수 있으며, 최대부호화단위의 데이터는 하나 이상의 심도의 부호화 단위에 따라 구획될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 최대부호화단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 결정될 수 있다. 일 실시예에 따른 '트리 구조에 따른 부호화 단위들'은, 현재 최대부호화단위에 포함되는 모든 심도별 부호화 단위들 중, 심도로 결정된 심도의 부호화 단위들을 포함한다. 심도의 부호화 단위는, 최대부호화단위 내에서 동일 영역에서는 심도에 따라 계층적으로 결정되고, 다른 영역들에 대해서는 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 현재 영역에 대한 심도는, 다른 영역에 대한 심도와 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 심도는 최대부호화단위로부터 최소 부호화 단위까지의 분할 횟수와 관련된 지표이다. 일 실시예에 따른 제 1 최대 심도는, 최대부호화단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 제 2 최대 심도는 최대부호화단위로부터 최소 부호화 단위까지의 심도 레벨의 총 개수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 최대부호화단위의 심도가 0이라고 할 때, 최대부호화단위가 1회 분할된 부호화 단위의 심도는 1로 설정되고, 2회 분할된 부호화 단위의 심도가 2로 설정될 수 있다. 이 경우, 최대부호화단위로부터 4회 분할된 부호화 단위가 최소 부호화 단위라면, 심도 0, 1, 2, 3 및 4의 심도 레벨이 존재하므로 제 1 최대 심도는 4, 제 2 최대 심도는 5로 설정될 수 있다.
최대부호화단위의 예측 부호화 및 변환이 수행될 수 있다. 예측 부호화 및 변환도 마찬가지로, 최대부호화단위마다, 최대 심도 이하의 심도마다 심도별 부호화 단위를 기반으로 수행된다.
최대부호화단위가 심도별로 분할될 때마다 심도별 부호화 단위의 개수가 증가하므로, 심도가 깊어짐에 따라 생성되는 모든 심도별 부호화 단위에 대해 예측 부호화 및 변환을 포함한 부호화가 수행되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 최대부호화단위 중 현재 심도의 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화 및 변환을 설명하겠다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는, 영상의 부호화를 위한 데이터 단위의 크기 또는 형태를 다양하게 선택할 수 있다. 영상의 부호화를 위해서는 예측 부호화, 변환, 엔트로피 부호화 등의 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 데이터 단위가 사용될 수도 있으며, 단계별로 데이터 단위가 변경될 수도 있다.
예를 들어 영상 부호화 장치(100)는, 영상의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위의 영상의 예측 부호화를 수행하기 위해, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 선택할 수 있다.
최대부호화단위의 예측 부호화를 위해서는, 일 실시예에 따른 심도의 부호화 단위, 즉 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 부호화 단위로부터 예측을 위한 파티션 안 예측 단위를 결정한다. 예측 단위는 부호화 단위 및 부호화 단위의 높이 및 너비 중 적어도 하나가 분할된 파티션을 포함할 수 있다. 파티션은 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 형태의 데이터 단위이고, 부호화 단위와 동일한 크기의 파티션일 수 있다.
예를 들어, 크기 2Nx2N(단, N은 양의 정수)의 부호화 단위가 더 이상 분할되지 않는 경우, 크기 2Nx2N의 예측 단위가 되며, 파티션의 크기는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 일 실시예에 따른 파티션 모드는 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션들뿐만 아니라, 1:n 또는 n:1과 같이 비대칭적 비율로 분할된 파티션들, 기하학적인 타입로 분할된 파티션들, 임의적 형태의 파티션들 등을 선택적으로 포함할 수도 있다.
예측 단위의 예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어 인트라 모드 및 인터 모드는, 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 크기의 파티션에 대해서 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 파티션에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 이내의 하나의 예측 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는, 영상의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 기반으로 부호화 단위의 영상의 변환을 수행할 수 있다. 부호화 단위의 변환을 위해서는, 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 변환 단위를 기반으로 변환이 수행될 수 있다. 예를 들어 변환 단위는, 인트라 모드를 위한 데이터 단위 및 인터 모드를 위한 변환 단위를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위와 유사한 방식으로, 부호화 단위 내의 변환 단위도 재귀적으로 더 작은 크기의 변환 단위로 분할되면서, 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위에 따라 구획될 수 있다.
일 실시예에 따른 변환 단위에 대해서도, 부호화 단위의 높이 및 너비가 분할하여 변환 단위에 이르기까지의 분할 횟수를 나타내는 변환 심도가 설정될 수 있다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위의 변환 단위의 크기가 2Nx2N이라면 변환 심도 0, 변환 단위의 크기가 NxN이라면 변환 심도 1, 변환 단위의 크기가 N/2xN/2이라면 변환 심도 2로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위에 대해서도 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위가 설정될 수 있다.
심도별 부호화 정보는, 심도 뿐만 아니라 예측 관련 정보 및 변환 관련 정보가 필요하다. 따라서, 부호화 단위 결정부(120)는 최소 부호화 오차를 발생시킨 심도 뿐만 아니라, 예측 단위를 파티션으로 분할한 파티션 모드, 예측 단위별 예측 모드, 변환을 위한 변환 단위의 크기 등을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최대부호화단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 예측단위/파티션, 및 변환 단위의 결정 방식에 대해서는, 도 7 내지 19을 참조하여 상세히 후술한다.
부호화 단위 결정부(120)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(130)는, 부호화 단위 결정부(120)에서 결정된 적어도 하나의 심도에 기초하여 부호화된 최대부호화단위의 영상 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다.
부호화된 영상은 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다.
심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 심도 정보, 예측 단위의 파티션 모드 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다.
심도 정보는, 현재 심도로 부호화하지 않고 하위 심도의 부호화 단위로 부호화할지 여부를 나타내는 심도별 분할 정보를 이용하여 정의될 수 있다. 현재 부호화 단위의 현재 심도가 심도라면, 현재 부호화 단위는 현재 심도의 부호화 단위로 부호화되므로 현재 심도의 분할 정보는 더 이상 하위 심도로 분할되지 않도록 정의될 수 있다. 반대로, 현재 부호화 단위의 현재 심도가 심도가 아니라면 하위 심도의 부호화 단위를 이용한 부호화를 시도해보아야 하므로, 현재 심도의 분할 정보는 하위 심도의 부호화 단위로 분할되도록 정의될 수 있다.
현재 심도가 심도가 아니라면, 하위 심도의 부호화 단위로 분할된 부호화 단위에 대해 부호화가 수행된다. 현재 심도의 부호화 단위 내에 하위 심도의 부호화 단위가 하나 이상 존재하므로, 각각의 하위 심도의 부호화 단위마다 반복적으로 부호화가 수행되어, 동일한 심도의 부호화 단위마다 재귀적(recursive) 부호화가 수행될 수 있다.
하나의 최대부호화단위 안에 트리 구조의 부호화 단위들이 결정되며 심도의 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대부호화단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다. 또한, 최대부호화단위의 데이터는 심도에 따라 계층적으로 구획되어 위치 별로 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 분할정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 출력부(130)는, 최대부호화단위에 포함되어 있는 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 적어도 하나에 대해, 해당 분할 정보를 할당될 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위이다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최대부호화단위에 포함되는 모든 부호화 단위, 예측 단위, 파티션 단위 및 변환 단위 내에 포함될 수 있는 최대 크기의 정사각 데이터 단위일 수 있다.
예를 들어 출력부(130)를 통해 출력되는 부호화 정보는, 심도별 부호화 단위별 부호화 정보와 예측 단위별 부호화 정보로 분류될 수 있다. 심도별 부호화 단위별 부호화 정보는, 예측 모드 정보, 파티션 크기 정보를 포함할 수 있다. 예측 단위별로 전송되는 부호화 정보는 인터 모드의 추정 방향에 관한 정보, 인터 모드의 참조 영상 인덱스에 관한 정보, 움직임 벡터에 관한 정보, 인트라 모드의 크로마 성분에 관한 정보, 인트라 모드의 보간 방식에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
픽처, 슬라이스 또는 GOP별로 정의되는 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 최대 심도에 관한 정보는 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등에 삽입될 수 있다.
또한 현재 영상에 대해 허용되는 변환 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 변환 단위의 최소 크기에 관한 정보도, 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등을 통해 출력될 수 있다. 출력부(130)는, 도 1a 내지 14를 참조하여 전술한 관련된 SAO 파라미터를 부호화하여 출력할 수 있다.
영상 부호화 장치(100)의 가장 간단한 형태의 실시예에 따르면, 심도별 부호화 단위는 한 계층 상위 심도의 부호화 단위의 높이 및 너비를 반분한 크기의 부호화 단위이다. 즉, 현재 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, 하위 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다. 또한, 2Nx2N 크기의 현재 부호화 단위는 NxN 크기의 하위 심도 부호화 단위를 최대 4개 포함할 수 있다.
따라서, 영상 부호화 장치(100)는 현재 픽처의 특성을 고려하여 결정된 최대부호화단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대부호화단위마다 최적의 형태 및 크기의 부호화 단위를 결정하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최대부호화단위마다 다양한 예측 모드, 변환 방식 등으로 부호화할 수 있으므로, 다양한 영상 크기의 부호화 단위의 영상 특성을 고려하여 최적의 부호화 모드가 결정될 수 있다.
따라서, 영상의 해상도가 매우 높거나 데이터량이 매우 큰 영상을 기존 매크로블록 단위로 부호화한다면, 픽처당 매크로블록의 수가 과도하게 많아진다. 이에 따라, 매크로블록마다 생성되는 압축 정보도 많아지므로 압축 정보의 전송 부담이 커지고 데이터 압축 효율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 7의 영상 부호화 장치(100)는, 도 1a 및 6을 참조하여 전술한 영상 부호화 장치(10,30)의 동작을 수행할 수 있다.
도 8 은 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화 장치(200)의 블록도를 도시한다. 도 8에 도시된 영상 복호화 장치(200)는 전술한 도 2a의 영상 복호화 장치(20)와 대응될 수 있으며, 영상 복호화 장치(200)에 포함된 영상 데이터 복호화부(230)는 영상 복호화 장치(20)에 포함된 역변환 순서 결정부(21) 및 역변환 수행부(22)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 예측을 수반하는 영상 복호화 장치(200)는 수신부(210), 영상 및 부호화 정보 추출부(220) 및 영상 복호화부(230)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 예측을 수반하는 영상 복호화 장치(200)는 '영상 복호화 장치(200)'로 축약하여 지칭한다.
일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)의 복호화 동작을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 15 및 영상 부호화 장치(100)를 참조하여 전술한 바와 동일하다.
수신부(210)는 부호화된 영상에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱한다. 영상 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대부호화단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상을 추출하여 영상 복호화부(230)로 출력한다. 영상 및 부호화 정보 추출부(220)는 현재 픽처에 대한 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트로부터 현재 픽처의 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대부호화단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 분할 정보 및 부호화 정보를 추출한다. 추출된 분할 정보 및 부호화 정보는 영상 복호화부(230)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상을 최대부호화단위로 분할하여, 영상 복호화부(230)가 최대부호화단위마다 영상을 복호화하도록 할 수 있다.
최대부호화단위별 분할 정보 및 부호화 정보분할 정보 및 부호화 정보는, 하나 이상의 분할 정보에 대해 설정될 수 있으며, 심도별 부호화 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 모드모드 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 분할 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 최종 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
영상 및 부호화 정보 추출부(220)가 추출한 최대부호화단위별 분할 정보 및 부호화 정보는, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)와 같이 부호화단에서, 최대부호화단위별 심도별 부호화 단위마다 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시키는 것으로 결정된 분할 정보 및 부호화 정보이다. 따라서, 영상 복호화 장치(200)는 최소 부호화 오차를 발생시키는 부호화 방식에 따라 데이터를 복호화하여 영상을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 분할 정보 및 부호화 정보는, 해당 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 할당되어 있을 수 있으므로, 영상 및 부호화 정보 추출부(220)는 소정 데이터 단위별로 분할 정보 및 부호화 정보를 추출할 수 있다. 소정 데이터 단위별로, 해당 최대부호화단위의 분할 정보 및 부호화 정보가 기록되어 있다면, 동일한 분할 정보 및 부호화 정보를 갖고 있는 소정 데이터 단위들은 동일한 최대부호화단위에 포함되는 데이터 단위로 유추될 수 있다.
영상 복호화부(230)는 최대부호화단위별 분할 정보 및 부호화 정보에 기초하여 각각의 최대부호화단위의 영상을 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 영상 복호화부(230)는, 최대부호화단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 가운데 각각의 부호화 단위마다, 판독된 파티션 모드, 예측 모드, 변환 단위에 기초하여 부호화된 영상을 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 예측 과정, 및 역변환 과정을 포함할 수 있다.
영상 복호화부(230)는, 심도별 부호화 단위의 예측 단위의 파티션 모드 정보 및 예측 모드 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 파티션 및 예측 모드에 따라 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 영상 복호화부(230)는, 최대부호화단위별 역변환을 위해, 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 변환 단위 정보를 판독하여, 부호화 단위마다 변환 단위에 기초한 역변환을 수행할 수 있다. 역변환을 통해, 부호화 단위의 공간 영역의 화소값이 복원할 수 있다.
영상 복호화부(230)는 심도별 분할 정보를 이용하여 현재 최대부호화단위의 최종 심도를 결정할 수 있다. 만약, 분할 정보가 현재 심도에서 더 이상 분할되지 않음을 나타내고 있다면 현재 심도가 최종 심도다. 따라서, 영상 복호화부(230)는 현재 최대부호화단위의 영상에 대해 현재 심도의 부호화 단위를 예측 단위의 파티션 모드, 예측 모드 및 변환 단위 분할 정보를 이용하여 복호화할 수 있다.
즉, 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 설정되어 있는 부호화 정보를 관찰하여, 동일한 분할 정보를 포함한 부호화 정보를 보유하고 있는 데이터 단위가 모여, 영상 복호화부(230)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다. 이런 식으로 결정된 부호화 단위마다 부호화 모드에 대한 정보를 획득하여 현재 부호화 단위의 복호화가 수행될 수 있다.
나아가, 도 8의 영상 복호화 장치(200)는, 도 2a를 참조하여 전술한 영상 복호화 장치(20,40)의 동작을 수행할 수 있다.
도 9는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
영상(310)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 영상(320)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 영상(330)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 17에 도시된 최대 심도는, 최대부호화단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상 뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 영상(330)에 비해, 해상도가 높은 영상(310, 320)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
영상(310)의 최대 심도는 2이므로, 영상(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대부호화단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 영상(330)의 최대 심도는 1이므로, 영상(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
영상(320)의 최대 심도는 3이므로, 영상(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대부호화단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부(400)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(400)는, 영상 부호화 장치(100)의 픽처 부호화부(120)에서 영상을 부호화하는데 거치는 작업들을 수행한다. 즉, 인트라 예측부(420)는 현재 영상(405) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 예측 단위별로 인트라 예측을 수행하고, 인터 예측부(415)는 인터 모드의 부호화 단위에 대해 예측단위별로 현재 영상(405) 및 복원 픽처 버퍼(410)에서 획득된 참조 영상을 이용하여 인터 예측을 수행한다. 현재 영상(405)은 최대부호화 단위로 분할된 후 순차적으로 인코딩이 수행될 수 있다. 이때, 최대 부호화 단위가 트리 구조로 분할될 부호화 단위에 대해 인코딩을 수행될 수 있다.
인트라 예측부(420) 또는 인터 예측부(415)로부터 출력된 각 모드의 부호화 단위에 대한 예측 데이터를 현재 영상(405)의 인코딩되는 부호화 단위에 대한 데이터로부터 빼줌으로써 레지듀 데이터를 생성하고, 레지듀 데이터는 변환부(425) 및 양자화부(430)를 거쳐 변환 단위별로 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화부(445), 역변환부(450)을 통해 공간 영역의 레지듀 데이터로 복원된다. 복원된 공간 영역의 레지듀 데이터는 인트라 예측부(420) 또는 인터 예측부(415)로부터 출력된 각 모드의 부호화 단위에 대한 예측 데이터와 더해짐으로써 현재 영상(405)의 부호화 단위에 대한 공간 영역의 데이터로 복원된다. 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(455) 및 SAO 수행부(460)를 거쳐 복원 영상으로 생성된다. 생성된 복원 영상은 복원 픽쳐 버퍼(410)에 저장된다. 복원 픽처 버퍼(410)에 저장된 복원 영상들은 다른 영상의 인터예측을 위한 참조 영상으로 이용될 수 있다. 변환부(425) 및 양자화부(430)에서 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(435)를 거쳐 비트스트림(440)으로 출력될 수 있다. 레지듀 데이터 변환부(425)는 도 1a의 변환 순서 결정부(11) 및 변환 수행부(12)와 대응될 수 있으며, 역변환부(450)는 도 2a의 역변환 순서 결정부(21) 및 역변환 수행부(22)와 대응될 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(400)가 영상 부호화 장치(100)에 적용되기 위해서, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인터 예측부(415), 인트라 예측부(420), 변환부(425), 양자화부(430), 엔트로피 부호화부(435), 역양자화부(445), 역변환부(450), 디블로킹부(455) 및 SAO 수행부(460)가 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행할 수 있다.
특히, 인트라 예측부(420)및 인터예측부(415) 는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 모드 및 예측 모드를 결정하며, 변환부(425)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 쿼드 트리에 따른 변환 단위의 분할 여부를 결정할 수 있다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부(500)의 블록도를 도시한다.
엔트로피 복호화부(515)는 비트스트림(505)으로부터 복호화 대상인 부호화된 영상 및 복호화를 위해 필요한 부호화 정보를 파싱한다. 부호화된 영상은 양자화된 변환계수로서, 역양자화부(520) 및 역변환부(525)는 양자화된 변환 계수로부터 레지듀 데이터를 복원한다. 역변환부(525)는 도 2a의 역변환 순서 결정부(21) 및 역변환 수행부(22)와 대응될 수 있다.
인트라 예측부(540)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 예측 단위 별로 인트라 예측을 수행한다. 인터 예측부(535)는 현재 영상 중 인터 모드의 부호화 단위에 대해 예측 단위 별로 복원 픽처 버퍼(530)에서 획득된 참조 영상을 이용하여 인터 예측을 수행한다.
인트라 예측부(540) 또는 인터 예측부(535)를 거친 각 모드의 부호화 단위에 대한 예측 데이터와 레지듀 데이터가 더해짐으로써 현재 영상(405)의 부호화 단위에 대한 공간 영역의 데이터가 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(545) 및 샘플 보상부(550)를 거쳐 복원 영상(560)으로 출력될 수 있다. 또한, 복원 픽쳐 버퍼(530)에 저장된 복원 영상들은 참조 영상으로서 출력될 수 있다.
영상 복호화 장치(200)의 픽처 복호화부(230)에서 영상을 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(500)의 엔트로피 복호화부(515) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
영상 복호화부(500)가 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)에 적용되기 위해서, 영상 복호화부(500)의 구성 요소들인 엔트로피 복호화부(515), 역양자화부(520), 역변환부(525), 인트라 예측부(540), 인터 예측부(535), 디블로킹부(545) 및 샘플 보상부(550)가 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반하여 작업을 수행할 수 있다.
특히, 인트라 예측부(540)및 인터 예측부(535)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위마다 파티션 모드 및 예측 모드를 결정하며, 역변환부(525)는 부호화 단위마다 쿼드 트리구조에 따른 변환단위의 분할 여부를 결정할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 4인 경우를 도시하고 있다. 이 때, 최대 심도는 최대부호화단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(610)는 부호화 단위의 계층 구조(600) 중 최대부호화단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2a의 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640)가 존재한다. 크기 4x4인 심도 3의 부호화 단위(640)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(610)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(610)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(610), 크기 64x32의 파티션들(612), 크기 32x64의 파티션들(614), 크기 32x32의 파티션들(616)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(620), 크기 32x16의 파티션들(622), 크기 16x32의 파티션들(624), 크기 16x16의 파티션들(626)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(630), 크기 16x8의 파티션들(632), 크기 8x16의 파티션들(634), 크기 8x8의 파티션들(636)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(640), 크기 8x4의 파티션들(642), 크기 4x8의 파티션들(644), 크기 4x4의 파티션들(646)로 분할될 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)는, 최대부호화단위(610)의 최종 심도를 결정하기 위해, 최대부호화단위(610)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대부호화단위(610) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대부호화단위(610)의 최종 심도 및 파티션 모드모드로 선택될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)는, 최대부호화단위마다 최대부호화단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)에서, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(710)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 최종 심도의 부호화 단위마다 파티션 모드에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 모드에 대한 정보(800)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 타입에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806), 크기 NxN의 파티션(808) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 모드에 관한 정보(800)는 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806) 및 크기 NxN의 파티션(808) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(810)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(810)를 통해, 파티션 모드에 관한 정보(800)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(812), 인터 모드(814) 및 스킵 모드(816) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(820)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(822), 제 2 인트라 변환 단위 크기(824), 제 1 인터 변환 단위 크기(826), 제 2 인트라 변환 단위 크기(828) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)의 영상 및 부호화 정보 추출부(210)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 모드에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(900)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(910)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 모드(912), 2N_0xN_0 크기의 파티션 모드(914), N_0x2N_0 크기의 파티션 모드(916), N_0xN_0 크기의 파티션 모드(918)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(912, 914, 916, 918)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 모드는 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 모드마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 모드(912, 914, 916) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 모드(918)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(920), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 모드의 부호화 단위들(930)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(930)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(940)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 모드(942), 크기 2N_1xN_1의 파티션 모드(944), 크기 N_1x2N_1의 파티션 모드(946), 크기 N_1xN_1의 파티션 모드(948)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 모드(948)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(950), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(960)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 부호화 단위는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(970)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(980)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(990)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 모드(992), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 모드(994), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 모드(996), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 모드(998)을 포함할 수 있다.
파티션 모드 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 모드가 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 모드(998)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대부호화단위(900)에 대한 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 모드는 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(952)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(999)은, 현재 최대부호화단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는 부호화 단위(900)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 심도를 결정하고, 해당 파티션 모드 및 예측 모드가 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 심도로 결정될 수 있다. 심도, 및 예측 단위의 파티션 모드 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)의 영상 및 부호화 정보 추출부(220)는 부호화 단위(900)에 대한 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(912)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 16, 17 및 18는 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(1010)는, 최대부호화단위에 대해 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)가 결정한 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(1060)는 부호화 단위(1010) 중 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(1070)는 각각의 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(1010)은 최대부호화단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(1012, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(1014, 1016, 1018, 1028, 1050, 1052)은 심도가 2, 부호화 단위들(1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, 1048)은 심도가 3, 부호화 단위들(1040, 1042, 1044, 1046)은 심도가 4이다.
예측 단위들(1060) 중 일부 파티션(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(1014, 1022, 1050, 1054)은 2NxN의 파티션 모드며, 파티션(1016, 1048, 1052)은 Nx2N의 파티션 모드, 파티션(1032)은 NxN의 파티션 모드다. 심도별 부호화 단위들(1010)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(1070) 중 일부(1052)의 영상에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 변환 또는 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 예측 단위들(1060) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 다른 영상 복호화 장치(200)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대부호화단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 재귀적 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 구성될 수 있다. 부호화 정보는 부호화 단위에 대한 분할 정보, 파티션 모드 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위 크기 정보를 포함할 수 있다. 이하 표 1은, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
분할 정보 0 (현재 심도 d의 크기 2Nx2N의 부호화 단위에 대한 부호화) 분할 정보 1
예측 모드 파티션 모드 변환 단위 크기 하위 심도 d+1의 부호화 단위들마다 반복적 부호화
인트라
인터

스킵 (2Nx2N만)		 대칭형 파티션 모드 비대칭형 파티션 모드 변환 단위 분할 정보 0 변환 단위
분할 정보 1
2Nx2N
2NxN
Nx2N
NxN		 2NxnU
2NxnD
nLx2N
nRx2N		 2Nx2N NxN
(대칭형 파티션 모드)

N/2xN/2
(비대칭형 파티션 모드)
일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)의 부호화 정보 추출부(220)는 수신된 비트스트림으로부터 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 추출할 수 있다.
분할 정보는 현재 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위들로 분할되는지 여부를 나타낸다. 현재 심도 d의 분할 정보가 0이라면, 현재 부호화 단위가 현재 부호화 단위가 하위 부호화 단위로 더 이상 분할되지 않는 심도가 최종 심도이므로, 최종 심도에 대해서 파티션 모드 정보, 예측 모드, 변환 단위 크기 정보가 정의될 수 있다. 분할 정보에 따라 한 단계 더 분할되어야 하는 경우에는, 분할된 4개의 하위 심도의 부호화 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어야 한다.
예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 하나로 나타낼 수 있다. 인트라 모드 및 인터 모드는 모든 파티션 모드에서 정의될 수 있으며, 스킵 모드는 파티션 모드 2Nx2N에서만 정의될 수 있다.
파티션 모드 정보는, 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션 모드 2Nx2N, 2NxN, Nx2N 및 NxN 과, 비대칭적 비율로 분할된 비대칭적 파티션 모드 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N를 나타낼 수 있다. 비대칭적 파티션 모드 2NxnU 및 2NxnD는 각각 높이가 1:3 및 3:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 모드 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:3 및 3:1로 분할된 형태를 나타낸다.
변환 단위 크기는 인트라 모드에서 두 종류의 크기, 인터 모드에서 두 종류의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위 분할 정보가 0 이라면, 변환 단위의 크기가 현재 부호화 단위의 크기 2Nx2N로 설정된다. 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 현재 부호화 단위가 분할된 크기의 변환 단위가 설정될 수 있다. 또한 크기 2Nx2N인 현재 부호화 단위에 대한 파티션 모드가 대칭형 파티션 모드이라면 변환 단위의 크기는 NxN, 비대칭형 파티션 모드이라면 N/2xN/2로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화 정보는, 심도의 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 단위 중 적어도 하나에 대해 할당될 수 있다. 심도의 부호화 단위는 동일한 부호화 정보를 보유하고 있는 예측 단위 및 최소 단위를 하나 이상 포함할 수 있다.
따라서, 인접한 데이터 단위들끼리 각각 보유하고 있는 부호화 정보들을 확인하면, 동일한 심도의 부호화 단위에 포함되는지 여부가 확인될 수 있다. 또한, 데이터 단위가 보유하고 있는 부호화 정보를 이용하면 해당 심도의 부호화 단위를 확인할 수 있으므로, 최대부호화단위 내의 심도들의 분포가 유추될 수 있다.
따라서 이 경우 현재 부호화 단위가 주변 데이터 단위를 참조하여 예측하기 경우, 현재 부호화 단위에 인접하는 심도별 부호화 단위 내의 데이터 단위의 부호화 정보가 직접 참조되어 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 현재 부호화 단위가 주변 부호화 단위를 참조하여 예측 부호화가 수행되는 경우, 인접하는 심도별 부호화 단위의 부호화 정보를 이용하여, 심도별 부호화 단위 내에서 현재 부호화 단위에 인접하는 데이터가 검색됨으로써 주변 부호화 단위가 참조될 수도 있다.
도 19는 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대부호화단위(1300)는 심도의 부호화 단위들(1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, 1318)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(1318)는 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(1318)의 파티션 모드 정보는, 파티션 모드 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326), NxN(1328), 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정될 수 있다.
변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 변환 인덱스의 일종으로서, 변환 인덱스에 대응하는 변환 단위의 크기는 부호화 단위의 예측 단위 타입 또는 파티션 모드에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 파티션 모드 정보가 대칭형 파티션 모드 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326) 및 NxN(1328) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1342)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(1344)가 설정될 수 있다.
파티션 모드 정보가 비대칭형 파티션 모드 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1352)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(1354)가 설정될 수 있다.
도 12를 참조하여 전술된 변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 0 또는 1의 값을 갖는 플래그이지만, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보가 1비트의 플래그로 한정되는 것은 아니며 설정에 따라 0, 1, 2, 3.. 등으로 증가하며 변환 단위가 계층적으로 분할될 수도 있다. 변환 단위 분할 정보는 변환 인덱스의 한 실시예로써 이용될 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보를 변환 단위의 최대 크기, 변환 단위의 최소 크기와 함께 이용하면, 실제로 이용된 변환 단위의 크기가 표현될 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는, 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 부호화할 수 있다. 부호화된 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보는 SPS에 삽입될 수 있다. 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)는 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 이용하여, 영상 복호화에 이용할 수 있다.
예를 들어, (a) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 크기는 32x32이라면, (a-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32, (a-2) 변환 단위 분할 정보가 1일 때 변환 단위의 크기가 16x16, (a-3) 변환 단위 분할 정보가 2일 때 변환 단위의 크기가 8x8로 설정될 수 있다.
다른 예로, (b) 현재 부호화 단위가 크기 32x32이고, 최소 변환 단위 크기는 32x32이라면, (b-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32로 설정될 수 있으며, 변환 단위의 크기가 32x32보다 작을 수는 없으므로 더 이상의 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
또 다른 예로, (c) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 변환 단위 분할 정보는 0 또는 1일 수 있으며, 다른 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
따라서, 최대 변환 단위 분할 정보를 'MaxTransformSizeIndex', 최소 변환 단위 크기를 'MinTransformSize', 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기를 'RootTuSize'라고 정의할 때, 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'는 아래 관계식 (1) 과 같이 정의될 수 있다.
CurrMinTuSize = max (MinTransformSize, RootTuSize / (2^MaxTransformSizeIndex)) ... (1)
현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'와 비교하여, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 시스템상 채택 가능한 최대 변환 단위 크기를 나타낼 수 있다. 즉, 관계식 (1)에 따르면, 'RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)'는, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'를 최대 변환 단위 분할 정보에 상응하는 횟수만큼 분할한 변환 단위 크기이며, 'MinTransformSize'는 최소 변환 단위 크기이므로, 이들 중 작은 값이 현재 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'일 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 변환 단위 크기 RootTuSize는 예측 모드에 따라 달라질 수도 있다.
예를 들어, 현재 예측 모드가 인터 모드라면 RootTuSize는 아래 관계식 (2)에 따라 결정될 수 있다. 관계식 (2)에서 'MaxTransformSize'는 최대 변환 단위 크기, 'PUSize'는 현재 예측 단위 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
즉 현재 예측 모드가 인터 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 예측 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
현재 파티션 단위의 예측 모드가 예측 모드가 인트라 모드라면 모드라면 'RootTuSize'는 아래 관계식 (3)에 따라 결정될 수 있다. 'PartitionSize'는 현재 파티션 단위의 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PartitionSize) ...........(3)
즉 현재 예측 모드가 인트라 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 파티션 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
다만, 파티션 단위의 예측 모드에 따라 변동하는 일 실시예에 따른 현재 최대 변환 단위 크기 'RootTuSize'는 일 실시예일 뿐이며, 현재 최대 변환 단위 크기를 결정하는 요인이 이에 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다.
도 7 내지 19를 참조하여 전술된 트리 구조의 부호화 단위들에 기초한 영상 부호화 기법에 따라, 트리 구조의 부호화 단위들마다 공간영역의 영상이 부호화되며, 트리 구조의 부호화 단위들에 기초한 영상 복호화 기법에 따라 최대부호화단위마다 복호화가 수행되면서 공간 영역의 영상이 복원되어, 픽처 및 픽처 시퀀스인 영상이 복원될 수 있다. 복원된 영상은 재생 장치에 의해 재생되거나, 저장 매체에 저장되거나, 네트워크를 통해 전송될 수 있다.
또한, 픽처마다 또는 슬라이스마다 또는 최대부호화 단위마다, 또는 트리 구조에 따른 부호화단위마다, 또는 부호화 단위의 예측단위마다, 또는 부호화 단위의 변환단위마다, 오프셋 파라미터가 시그널링될 수 있다. 일례로, 최대부호화단위마다 수신된 오프셋 파라미터에 기초하여 복원된 오프셋값을 이용하여 최대부호화단위의 복원픽셀값들을 조정함으로써, 원본블록과의 오차가 최소화되는 최대부호화단위가 복원될 수 있다.
설명의 편의를 위해 앞서 도 1a 내지 18을 참조하여 전술된 영상 부호화 방법은, ' 영상 부호화 방법'으로 통칭한다. 또한, 앞서 도 1a 내지 18을 참조하여 전술된 영상 복호화 방법은 ' 영상 복호화 방법'으로 지칭한다
또한, 앞서 도 1a 내지 18을 참조하여 전술된 영상 부호화 장치(100), 영상 부호화 장치(100) 또는 영상 부호화부(400)로 구성된 영상 부호화 장치는, ' 영상 부호화 장치'로 통칭한다. 또한, 앞서 도 2a 내지 19를 참조하여 전술된 영상 복호화 장치(200), 영상 복호화 장치(200) 또는 영상 복호화부(500)로 구성된 영상 복호화 장치는, ' 영상 복호화 장치'로 통칭한다.
일 실시예에 따른 프로그램이 저장되는 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체가 디스크(26000)인 실시예를 이하 상술한다.
도 20은 일 실시예에 따른 프로그램이 저장된 디스크(26000)의 물리적 구조를 예시한다. 저장매체로서 전술된 디스크(26000)는, 하드드라이브, 시디롬(CD-ROM) 디스크, 블루레이(Blu-ray) 디스크, DVD 디스크일 수 있다. 디스크(26000)는 다수의 동심원의 트랙(tr)들로 구성되고, 트랙들은 둘레 방향에 따라 소정 개수의 섹터(Se)들로 분할된다. 상기 전술된 일 실시예에 따른 프로그램을 저장하는 디스크(26000) 중 특정 영역에, 전술된 양자화 파라미터 결정 방법, 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법을 구현하기 위한 프로그램이 할당되어 저장될 수 있다.
전술된 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하는 저장매체를 이용하여 달성된 컴퓨터 시스템이 도 14를 참조하여 후술된다.
도 21은 디스크(26000)를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브(26800)를 도시한다. 컴퓨터 시스템(26700)은 디스크드라이브(26800)를 이용하여 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위한 프로그램을 디스크(26000)에 저장할 수 있다. 디스크(26000)에 저장된 프로그램을 컴퓨터 시스템(26700)상에서 실행하기 위해, 디스크 드라이브(26800)에 의해 디스크(26000)로부터 프로그램이 판독되고, 프로그램이 컴퓨터 시스템(26700)에게로 전송될 수 있다.
도 20 및 21에서 예시된 디스크(26000) 뿐만 아니라, 메모리 카드, 롬 카세트, SSD(Solid State Drive)에도 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위한 프로그램이 저장될 수 있다.
전술된 실시예에 따른 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법이 적용된 시스템이 후술된다.
도 22는 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)(11000)의 전체적 구조를 도시한다. 통신시스템의 서비스 영역은 소정 크기의 셀들로 분할되고, 각 셀에 베이스 스테이션이 되는 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)이 설치된다.
컨텐트 공급 시스템(11000)은 다수의 독립 디바이스들을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터(12100), PDA(Personal Digital Assistant)(12200), 카메라(12300) 및 휴대폰(12500)과 같은 독립디바이스들이, 인터넷 서비스 공급자(11200), 통신망(11400), 및 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)을 거쳐 인터넷(11100)에 연결된다.
그러나, 컨텐트 공급 시스템(11000)은 도 16에 도시된 구조에만 한정되는 것이 아니며, 디바이스들이 선택적으로 연결될 수 있다. 독립 디바이스들은 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)을 거치지 않고 통신망(11400)에 직접 연결될 수도 있다.
영상 카메라(12300)는 디지털 영상 카메라와 같이 영상 영상을 촬영할 수 있는 촬상 디바이스이다. 휴대폰(12500)은 PDC(Personal Digital Communications), CDMA(code division multiple access), W-CDMA(wideband code division multiple access), GSM(Global System for Mobile Communications), 및 PHS(Personal Handyphone System)방식과 같은 다양한 프로토콜들 중 적어도 하나의 통신방식을 채택할 수 있다.
영상 카메라(12300)는 무선기지국(11900) 및 통신망(11400)을 거쳐 스트리밍 서버(11300)에 연결될 수 있다. 스트리밍 서버(11300)는 사용자가 영상 카메라(12300)를 사용하여 전송한 컨텐트를 실시간 방송으로 스트리밍 전송할 수 있다. 영상 카메라(12300)로부터 수신된 컨텐트는 영상 카메라(12300) 또는 스트리밍 서버(11300)에 의해 부호화될 수 있다. 영상 카메라(12300)로 촬영된 영상은 컴퓨터(12100)을 거쳐 스트리밍 서버(11300)로 전송될 수도 있다.
카메라(12600)로 촬영된 영상도 컴퓨터(12100)를 거쳐 스트리밍 서버(11300)로 전송될 수도 있다. 카메라(12600)는 디지털 카메라와 같이 정지영상과 영상 영상을 모두 촬영할 수 있는 촬상 장치이다. 카메라(12600)로부터 수신된 영상은 카메라(12600) 또는 컴퓨터(12100)에 의해 부호화될 수 있다. 영상 부호화 및 복호화를 위한 소프트웨어는 컴퓨터(12100)가 억세스할 수 있는 시디롬 디스크, 플로피디스크, 하드디스크 드라이브, SSD , 메모리 카드와 같은 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다.
또한 휴대폰(12500)에 탑재된 카메라에 의해 영상이 촬영된 경우, 영상이 휴대폰(12500)으로부터 수신될 수 있다.
영상은, 영상 카메라(12300), 휴대폰(12500) 또는 카메라(12600)에 탑재된 LSI(Large scale integrated circuit) 시스템에 의해 부호화될 수 있다.
일 실시예에 따른 컨텐트 공급 시스템(11000)에서, 예를 들어 콘서트의 현장녹화 컨텐트와 같이, 사용자가 영상 카메라(12300), 카메라(12600), 휴대폰(12500) 또는 다른 촬상 디바이스를 이용하여 녹화된 컨텐트가 부호화되고, 스트리밍 서버(11300)로 전송된다. 스트리밍 서버(11300)는 컨텐트 데이터를 요청한 다른 클라이언트들에게 컨텐트 데이터를 스트리밍 전송할 수 있다.
클라이언트들은 부호화된 컨텐트 데이터를 복호화할 수 있는 디바이스이며, 예를 들어 컴퓨터(12100), PDA(12200), 영상 카메라(12300) 또는 휴대폰(12500)일 수 있다. 따라서, 컨텐트 공급 시스템(11000)은, 클라이언트들이 부호화된 컨텐트 데이터를 수신하여 재생할 수 있도록 한다. 또한 컨텐트 공급 시스템(11000)은, 클라이언트들이 부호화된 컨텐트 데이터를 수신하여 실시간으로 복호화하고 재생할 수 있도록 하여, 개인방송(personal broadcasting)이 가능하게 한다.
컨텐트 공급 시스템(11000)에 포함된 독립 디바이스들의 부호화 동작 및 복호화 동작에 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치가 적용될 수 있다.
도 23 및 24을 참조하여 컨텐트 공급 시스템(11000) 중 휴대폰(12500)의 일 실시예가 상세히 후술된다.
도 23은, 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법이 적용되는 휴대폰(12500)의 외부 구조를 도시한다. 휴대폰(12500)은 기능이 제한되어 있지 않고 응용 프로그램을 통해 상당 부분의 기능을 변경하거나 확장할 수 있는 스마트폰일 수 있다.
휴대폰(12500)은, 무선기지국(12000)과 RF신호를 교환하기 위한 내장 안테나(12510)을 포함하고, 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상들 또는 안테나(12510)에 의해 수신되어 복호화된 영상들을 디스플레이하기 위한 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes)화면 같은 디스플레이화면(12520)를 포함한다. 스마트폰(12510)은 제어버튼, 터치패널을 포함하는 동작 패널(12540)를 포함한다. 디스플레이화면(12520)이 터치스크린인 경우, 동작 패널(12540)은 디스플레이화면(12520)의 터치감지패널을 더 포함한다. 스마트폰(12510)은 음성, 음향을 출력하기 위한 스피커(12580) 또는 다른 형태의 음향출력부와, 음성, 음향이 입력되는 마이크로폰(12550) 또는 다른 형태의 음향입력부를 포함한다. 스마트폰(12510)은 영상 및 정지영상을 촬영하기 위한 CCD 카메라와 같은 카메라(12530)를 더 포함한다. 또한, 스마트폰(12510)은 카메라(12530)에 의해 촬영되거나 이메일(E-mail)로 수신되거나 다른 형태로 획득된 영상이나 정지영상들과 같이, 부호화되거나 복호화된 데이터를 저장하기 위한 저장매체(12570); 그리고 저장매체(12570)를 휴대폰(12500)에 장착하기 위한 슬롯(12560)을 포함할 수 있다. 저장매체(12570)는 SD카드 또는 플라스틱 케이스에 내장된 EEPROM(electrically erasable and programmable read only memory)와 같은 다른 형태의 플래쉬 메모리일 수 있다.
도 16은 휴대폰(12500)의 내부 구조를 도시한다. 디스플레이화면(12520) 및 동작 패널(12540)로 구성된 휴대폰(12500)의 각 파트를 조직적으로 제어하기 위해, 전력공급회로(12700), 동작입력제어부(12640), 영상부호화부(12720), 카메라 인터페이스(12630), LCD제어부(12620), 영상복호화부(12690), 멀티플렉서/디멀티플렉서(multiplexer/demultiplexer)(12680), 기록/판독부(12670), 변조/복조(modulation/demodulation)부(12660) 및 음향처리부(12650)가, 동기화 버스(12730)를 통해 중앙제어부(12710)에 연결된다.
사용자가 전원 버튼을 동작하여 '전원꺼짐' 상태에서 '전원켜짐' 상태로 설정하면, 전력공급회로(12700)는 배터리팩으로부터 휴대폰(12500)의 각 파트에 전력을 공급함으로써, 휴대폰(12500)가 동작 모드로 셋팅될 수 있다.
중앙제어부(12710)는 CPU, ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함한다.
휴대폰(12500)이 외부로 통신데이터를 송신하는 과정에서는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 휴대폰(12500)에서 디지털 신호가 생성된다, 예를 들어, 음향처리부(12650)에서는 디지털 음향신호가 생성되고, 영상 부호화부(12720)에서는 디지털 영상신호가 생성되며, 동작 패널(12540) 및 동작 입력제어부(12640)를 통해 메시지의 텍스트 데이터가 생성될 수 있다. 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 디지털 신호가 변조/복조부(12660)에게 전달되면, 변조/복조부(12660)는 디지털 신호의 주파수대역을 변조하고, 통신회로(12610)는 대역변조된 디지털 음향신호에 대해 D/A변환(Digital-Analog conversion) 및 주파수변환(frequency conversion) 처리를 수행한다. 통신회로(12610)로부터 출력된 송신신호는 안테나(12510)를 통해 음성통신기지국 또는 무선기지국(12000)으로 송출될 수 있다.
예를 들어, 휴대폰(12500)이 통화 모드일 때 마이크로폰(12550)에 의해 획득된 음향신호는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 음향처리부(12650)에서 디지털 음향신호로 변환된다. 생성된 디지털 음향신호는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 거쳐 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 송출될 수 있다.
데이터통신 모드에서 이메일과 같은 텍스트 메시지가 전송되는 경우, 동작 패널(12540)을 이용하여 메시지의 텍스트 데이터가 입력되고, 텍스트 데이터가 동작 입력제어부(12640)를 통해 중앙제어부(12610)로 전송된다. 중앙제어부(12610)의 제어에 따라, 텍스트 데이터는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 통해 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 무선기지국(12000)에게로 송출된다.
데이터통신 모드에서 영상을 전송하기 위해, 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상이 카메라 인터페이스(12630)를 통해 영상부호화부(12720)로 제공된다. 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상은 카메라 인터페이스(12630) 및 LCD제어부(12620)를 통해 디스플레이화면(12520)에 곧바로 디스플레이될 수 있다.
영상부호화부(12720)의 구조는, 전술된 영상 부호화 장치의 구조와 상응할 수 있다. 영상부호화부(12720)는, 카메라(12530)로부터 제공된 영상을, 전술된 영상 부호화 방식에 따라 부호화하여, 압축 부호화된 영상으로 변환하고, 부호화된 영상을 다중화/역다중화부(12680)로 출력할 수 있다. 카메라(12530)의 녹화 중에 휴대폰(12500)의 마이크로폰(12550)에 의해 획득된 음향신호도 음향처리부(12650)를 거쳐 디지털 음향데이터로 변환되고, 디지털 음향데이터는 다중화/역다중화부(12680)로 전달될 수 있다.
다중화/역다중화부(12680)는 음향처리부(12650)로부터 제공된 음향데이터와 함께 영상부호화부(12720)로부터 제공된 부호화된 영상을 다중화한다. 다중화된 데이터는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 통해 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 송출될 수 있다.
휴대폰(12500)이 외부로부터 통신데이터를 수신하는 과정에서는, 안테나(12510)를 통해 수신된 신호를 주파수복원(frequency recovery) 및 A/D변환(Analog-Digital conversion) 처리를 통해 디지털 신호를 변환한다. 변조/복조부(12660)는 디지털 신호의 주파수대역을 복조한다. 대역복조된 디지털 신호는 종류에 따라 영상 복호화부(12690), 음향처리부(12650) 또는 LCD제어부(12620)로 전달된다.
휴대폰(12500)은 통화 모드일 때, 안테나(12510)를 통해 수신된 신호를 증폭하고 주파수변환 및 A/D변환(Analog-Digital conversion) 처리를 통해 디지털 음향 신호를 생성한다. 수신된 디지털 음향 신호는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 변조/복조부(12660) 및 음향처리부(12650)를 거쳐 아날로그 음향 신호로 변환되고, 아날로그 음향 신호가 스피커(12580)를 통해 출력된다.
데이터통신 모드에서 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 영상 파일의 데이터가 수신되는 경우, 안테나(12510)를 통해 무선기지국(12000)으로부터 수신된 신호는 변조/복조부(12660)의 처리결과 다중화된 데이터를 출력하고, 다중화된 데이터는 다중화/역다중화부(12680)로 전달된다.
안테나(12510)를 통해 수신한 다중화된 데이터를 복호화하기 위해, 다중화/역다중화부(12680)는 다중화된 데이터를 역다중화하여 부호화된 영상스트림과 부호화된 오디오 데이터스트림을 분리한다. 동기화 버스(12730)에 의해, 부호화된 영상스트림은 영상 복호화부(12690)로 제공되고, 부호화된 오디오 데이터스트림은 음향처리부(12650)로 제공된다.
영상복호화부(12690)의 구조는, 전술된 영상 복호화 장치의 구조와 상응할 수 있다. 영상복호화부(12690)는 전술된 영상 복호화 방법을 이용하여, 부호화된 영상을 복호화하여 복원된 영상을 생성하고, 복원된 영상을 LCD제어부(1262)를 거쳐 디스플레이화면(1252)에게 복원된 영상을 제공할 수 있다.
이에 따라 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 영상 파일의 영상이 디스플레이화면(1252)에서 디스플레이될 수 있다. 이와 동시에 음향처리부(1265)도 오디오 데이터를 아날로그 음향 신호로 변환하고, 아날로그 음향 신호를 스피커(1258)로 제공할 수 있다. 이에 따라, 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 영상 파일에 포함된 오디오 데이터도 스피커(1258)에서 재생될 수 있다.
휴대폰(1250) 또는 다른 형태의 통신단말기는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치를 모두 포함하는 송수신 단말기이거나, 전술된 영상 부호화 장치만을 포함하는 송신단말기이거나, 영상 복호화 장치만을 포함하는 수신단말기일 수 있다.
통신시스템은 도 23을 참조하여 전술한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 25은 일 실시예에 따른 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다. 도 25의 일 실시예에 따른 디지털 방송 시스템은, 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치를 이용하여, 위성 또는 지상파 네트워크를 통해 전송되는 디지털 방송을 수신할 수 있다.
구체적으로 보면, 방송국(12890)은 전파를 통해 영상스트림을 통신위성 또는 방송위성(12900)으로 전송한다. 방송위성(12900)은 방송신호를 전송하고, 방송신호는 가정에 있는 안테나(12860)에 의해 위성방송수신기로 수신된다. 각 가정에서, 부호화된 영상스트림은 TV수신기(12810), 셋탑박스(set-top box)(12870) 또는 다른 디바이스에 의해 복호화되어 재생될 수 있다.
재생장치(12830)에서 영상 복호화 장치가 구현됨으로써, 재생장치(12830)가 디스크 및 메모리 카드와 같은 저장매체(12820)에 기록된 부호화된 영상스트림을 판독하여 복호화할 수 있다. 이에 따라 복원된 영상 신호는 예를 들어 모니터(12840)에서 재생될 수 있다.
위성/지상파 방송을 위한 안테나(12860) 또는 케이블TV 수신을 위한 케이블 안테나(12850)에 연결된 셋탑박스(12870)에도, 영상 복호화 장치가 탑재될 수 있다. 셋탑박스(12870)의 출력데이터도 TV모니터(12880)에서 재생될 수 있다.
다른 예로, 셋탑박스(12870) 대신에 TV수신기(12810) 자체에 영상 복호화 장치가 탑재될 수도 있다.
적절한 안테나(12910)를 구비한 자동차(12920)가 위성(12800) 또는 무선기지국(11700)으로부터 송출되는 신호를 수신할 수도 있다. 자동차(12920)에 탑재된 자동차 네비게이션 시스템(12930)의 디스플레이 화면에 복호화된 영상이 재생될 수 있다.
영상 신호는, 영상 부호화 장치에 의해 부호화되어 저장매체에 기록되어 저장될 수 있다. 구체적으로 보면, DVD 레코더에 의해 영상 신호가 DVD디스크(12960)에 저장되거나, 하드디스크 레코더(12950)에 의해 하드디스크에 영상 신호가 저장될 수 있다. 다른 예로, 영상 신호는 SD카드(12970)에 저장될 수도 있다. 하드디스크 레코더(12950)가 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 구비하면, DVD디스크(12960), SD카드(12970) 또는 다른 형태의 저장매체에 기록된 영상 신호가 모니터(12880)에서 재생될 수 있다.
자동차 네비게이션 시스템(12930)은 도 25의 카메라(12530), 카메라 인터페이스(12630) 및 영상 부호화부(12720)를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(12100) 및 TV수신기(12810)도, 도 25의 카메라(12530), 카메라 인터페이스(12630) 및 영상 부호화부(12720)를 포함하지 않을 수 있다.
도 26은 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
클라우드 컴퓨팅 시스템은 클라우드 컴퓨팅 서버(14100), 사용자 DB(14100), 컴퓨팅 자원(14200) 및 사용자 단말기를 포함하여 이루어질 수 있다.
클라우드 컴퓨팅 시스템은, 사용자 단말기의 요청에 따라 인터넷과 같은 정보 통신망을 통해 컴퓨팅 자원의 온 디맨드 아웃소싱 서비스를 제공한다. 클라우드 컴퓨팅 환경에서, 서비스 제공자는 서로 다른 물리적인 위치에 존재하는 데이터 센터의 컴퓨팅 자원를 가상화 기술로 통합하여 사용자들에게 필요로 하는 서비스를 제공한다. 서비스 사용자는 어플리케이션(Application), 스토리지(Storage), 운영체제(OS), 보안(Security) 등의 컴퓨팅 자원을 각 사용자 소유의 단말에 설치하여 사용하는 것이 아니라, 가상화 기술을 통해 생성된 가상 공간상의 서비스를 원하는 시점에 원하는 만큼 골라서 사용할 수 있다.
특정 서비스 사용자의 사용자 단말기는 인터넷 및 이동통신망을 포함하는 정보통신망을 통해 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)에 접속한다. 사용자 단말기들은 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)로부터 클라우드 컴퓨팅 서비스 특히, 동영상 재생 서비스를 제공받을 수 있다. 사용자 단말기는 데스트탑 PC(14300), 스마트TV(14400), 스마트폰(14500), 노트북(14600), PMP(Portable Multimedia Player)(14700), 태블릿 PC(14800) 등, 인터넷 접속이 가능한 모든 전자 기기가 될 수 있다.
클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 클라우드 망에 분산되어 있는 다수의 컴퓨팅 자원(14200)을 통합하여 사용자 단말기에게 제공할 수 있다. 다수의 컴퓨팅 자원(14200)은 여러가지 데이터 서비스를 포함하며, 사용자 단말기로부터 업로드된 데이터를 포함할 수 있다. 이런 식으로 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 여러 곳에 분산되어 있는 동영상베이스를 가상화 기술로 통합하여 사용자 단말기가 요구하는 서비스를 제공한다.
사용자 DB(14100)에는 클라우드 컴퓨팅 서비스에 가입되어 있는 사용자 정보가 저장된다. 여기서, 사용자 정보는 로그인 정보와, 주소, 이름 등 개인 신용 정보를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 정보는 동영상의 인덱스(Index)를 포함할 수 있다. 여기서, 인덱스는 재생을 완료한 동영상 목록과, 재생 중인 동영상 목록과, 재생 중인 동영상의 정지 시점 등을 포함할 수 있다.
사용자 DB(14100)에 저장된 동영상에 대한 정보는, 사용자 디바이스들 간에 공유될 수 있다. 따라서 예를 들어 노트북(14600)으로부터 재생 요청되어 노트북(14600)에게 소정 동영상 서비스를 제공한 경우, 사용자 DB(14100)에 소정 동영상 서비스의 재생 히스토리가 저장된다. 스마트폰(14500)으로부터 동일한 동영상 서비스의 재생 요청이 수신되는 경우, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 DB(14100)을 참조하여 소정 동영상 서비스를 찾아서 재생한다. 스마트폰(14500)이 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)를 통해 동영상스트림을 수신하는 경우, 동영상스트림을 복호화하여 영상을 재생하는 동작은, 앞서 도 23을 참조하여 전술한 휴대폰(12500)의 동작과 유사하다.
클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 DB(14100)에 저장된 소정 동영상 서비스의 재생 히스토리를 참조할 수도 있다. 예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 단말기로부터 사용자 DB(14100)에 저장된 동영상에 대한 재생 요청을 수신한다. 동영상이 그 전에 재생 중이었던 것이면, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 단말기로의 선택에 따라 처음부터 재생하거나, 이전 정지 시점부터 재생하느냐에 따라 스트리밍 방법이 달라진다. 예를 들어, 사용자 단말기가 처음부터 재생하도록 요청한 경우에는 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)가 사용자 단말기에게 해당 동영상을 첫 프레임부터 스트리밍 전송한다. 반면, 단말기가 이전 정지시점부터 이어서 재생하도록 요청한 경우에는, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)가 사용자 단말기에게 해당 동영상을 정지시점의 프레임부터 스트리밍 전송한다.
이 때 사용자 단말기는, 도 1a 내지 26을 참조하여 전술한 영상 복호화 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로, 사용자 단말기는, 도 1a 내지 26을 참조하여 전술한 영상 부호화 장치를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 단말기는, 도 1a 내지 26을 참조하여 전술한 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치를 모두 포함할 수도 있다.
도 1a 내지 26을 참조하여 전술된 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법, 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치가 활용되는 다양한 실시예들이 도 13 내지 도 19에서 전술되었다. 하지만, 도 1a 내지 19를 참조하여 전술된 영상 부호화 방법 및 영상 복호화 방법이 저장매체에 저장되거나 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치가 디바이스에서 구현되는 다양한 실시예들은, 도 20 내지 도 26의 실시예들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, "A는 a1, a2 및 a3 중 하나를 포함할 수 있다"는 기술은, A라는 엘리먼트(element)에 포함될 수 있는 예시적인 엘리먼트가 a1, a2 또는 a3라는 넓은 의미이다.
상기 기술로 인해 엘리먼트 A를 구성할 수 있는 엘리먼트가 반드시 a1, a2 또는 a3로 국한된다는 것은 아니다. 따라서 A를 구성할 수 있는 엘리먼트가, a1, a2 및 a3 이외에 예시되지 않은 다른 엘리먼트들을 배제한다는 의미로, 배타적으로 해석되지 않음에 유의하여야 한다.
또한, 상기 기술은, A는 a1를 포함하거나, a2를 포함하거나, 또는 a3를 포함할 수 있다는 의미이다. 상기 기술이 A를 구성하는 엘리먼트들이 반드시 소정 집합 내에서 선택적으로 결정된다는 것을 의미하지는 않는다. 예를 들어 상기 기술이, 반드시 a1, a2 및 a3를 포함하는 집합으로부터 선택된 a1, a2, 또는 a3가 컴포넌트 A를 구성한다는 것으로, 제한적으로 해석되지 않음에 유의하여야 한다.
또한 본 명세서에서, "a1, a2 또는(및) a3 중 적어도 하나"는 기술은, a1; a2; a3; a1와 a2; a1와 a3; a2와 a3; a1와 a2와 a3 중에서 한 가지를 나타낸다.
따라서, "a1 중 적어도 하나, a2 중 적어도 하나 또는(및) a3 중 적어도 하나"라고 명시적으로 기술하지 않는 이상, "a1, a2 또는(및) a3 중 적어도 하나"는 기술이 "a1 중 적어도 하나, a2 중 적어도 하나 또는(및) a3 중 적어도 하나"라고 해석되지 않음에 유의하여야 한다.
한편, 상술한 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 다양한 실시예의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 다양한 실시예에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 변환하기 위한 역 스캔 순서(reverse scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일하게 결정하는 단계;
    상기 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정하는 단계; 및
    상기 변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 변환을 수행하는 단계는 상기 변환 이후 파이프라인(pipeline) 형태로 수행되는 양자화를 수행하기 위한 서브 블록들의 순서에 따라 서브 블록과 동일한 변환을 수행하기 위한 상기 변환 단위의 서브 블록을 이용함으로써 변환을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 역 스캔 순서에 따라 상기 변환 블록의 상기 서브 블록의 변환을 수행함으로써 발생된 변환 계수들의 출력이 완료되기 전에 출력된 변환 계수들의 상기 양자화가 수행되는, 영상을 부호화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 순서는 역방향 스캔 순서(reverse scan order)이며, 수평(horizontal) 스캔 순서, 수직(vertical) 스캔 순서 및 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서를 포함하는, 영상을 부호화하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변환 매트릭스는 제 1 변환 매트릭스 및 상기 제 1 변환 매트릭스의 전치(transpose) 행렬인 제 2 변환 매트릭스를 포함하는, 영상을 부호화하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캔 순서가 수평 스캔 순서인 경우상기 변환할 서브 블록에 대해 상기 제 1 변환 매트릭스를 먼저 적용하고, 상기 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인 경우상기 변환할 서브 블록에 대해 상기 제 2 변환 매트릭스를 먼저 적용하는, 영상을 부호화하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 서브 블록의 크기는 4×4 이고, 상기 변환 블록의 크기는 4×4 보다 크거나 같은, 영상을 부호화하는 방법.
  7. 역변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 역변환하기 위한 역 스캔 순서(reverse scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일하게 결정하는 단계;
    상기 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 역변환할 서브 블록을 결정하는 단계; 및
    상기 역변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 역변환을 수행하는 단계는 상기 역변환 이전에 파이프라인(pipeline) 형태로 수행되는 역양자화를 수행하기 위한 서브 블록들의 순서에 따라 서브 블록과 동일한 역변환을 수행하기 위한 역변환 블록의 서브 블록을 이용함으로써 역변환을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 역 스캔 순서에 따라 양자화를 수행하기 위한 서브 블록의 역양자화를 수행함으로써 발생된 역양자화 계수들의 출력이 완료되기 전에 출력된 역양자화 계수들의 상기 역변환이 수행되는, 영상을 복호화하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스캔 순서는 역방향 스캔 순서(reverse scan order)이며, 수평(horizontal) 스캔 순서, 수직(vertical) 스캔 순서 및 업라이트(up-right diagonal) 스캔 순서를 포함하는, 영상을 복호화하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 역변환 매트릭스는 제 1 역변환 매트릭스 및 상기 제 1 역변환 매트릭스의 전치(transpose) 행렬인 제 2 역변환 매트릭스를 포함하는, 영상을 복호화하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스캔 순서가 수평 스캔 순서인 경우상기 역변환할 서브 블록에 대해 상기 제 1 역변환 매트릭스를 먼저 적용하고, 상기 역방향 스캔 순서가 수직 스캔 순서 또는 업라이트 스캔 순서인 경우상기 역변환할 서브 블록에 대해 상기 제 2 역변환 매트릭스를 먼저 적용하는, 영상을 복호화하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 서브 블록의 크기는 4×4 이고, 상기 역변환 블록의 크기는 4×4 보다 크거나 같은, 영상을 복호화하는 방법.
  13. 변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 변환하기 위한 역 스캔 순서(reverse scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 양자화 순서와 동일하게 결정하고, 상기 역 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 변환할 서브 블록을 결정하는 변환 순서 결정부; 및
    상기 변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 변환 매트릭스를 적용하여 변환을 수행하는 변환 수행부를 포함하고,
    상기 변환을 수행하는 것은 상기 변환 이후 파이프라인(pipeline) 형태로 수행되는 양자화를 수행하기 위한 서브 블록들의 순서에 따라 서브 블록과 동일한 변환을 수행하기 위한 상기 변환 단위의 서브 블록을 이용함으로써 변환을 수행하는 것을 포함하고,
    상기 역 스캔 순서에 따라 상기 변환 블록의 상기 서브 블록의 변환의 수행함으로써 발생된 변환 계수들의 출력이 완료되기 전에 출력된 변환 계수들의 상기 양자화가 수행되는, 영상 부호화 장치.
  14. 역변환 블록에 포함되는 하나 이상의 서브 블록을 역변환하기 위한 역 스캔 순서(reverse scan order)를 상기 하나 이상의 서브 블록에 대한 역양자화 순서와 동일하게 결정하고, 상기 역 스캔 순서에 따라 상기 하나 이상의 서브 블록 중 역변환할 서브 블록을 결정하는 역변환 순서 결정부; 및
    상기 역변환할 서브 블록에 대해 하나 이상의 역변환 매트릭스를 적용하여 역변환을 수행하는 역변환 수행부를 포함하고,
    상기 역변환을 수행하는 것은 상기 역변환 이전에 파이프라인(pipeline) 형태로 수행되는 역양자화를 수행하기 위한 서브 블록들의 순서에 따라 서브 블록과 동일한 역변환을 수행하기 위한 역변환 블록의 서브 블록을 이용함으로써 역변환을 수행하는 것을 포함하고,
    상기 역 스캔 순서에 따라 양자화를 수행하기 위한 서브 블록의 역양자화를 수행함으로써 발생된 역양자화 계수들의 출력이 완료되기 전에 출력된 역양자화 계수들의 상기 역변환이 수행되는, 영상 복호화 장치.
  15. 제 1 항의 영상을 부호화하는 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
  16. 제 7 항의 영상을 복호화하는 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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