KR102229386B1 - 영상 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

영상 부호화 장치는 프로그램에 따라 영상을 부호화하는 프로세서 및 프로그램을 저장하는 메모리를 포함하되, 프로그램은, 영상의 잔차 신호(Residual)에 대해 이산 코사인 변환 및 양자화를 각 부호화 블록별로 적용하고, 대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 초과이고, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값을 초과하는 경우, 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 0으로 설정하고, 왜곡 에러 및 비트율에 따라 부호화를 수행하도록 구성된다.

Description

영상 부호화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHDO FOR ENCODING VIDEO}
본 발명은 영상 부호화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 율-왜곡 최적화(RDO, Rate distortion optimization) 과정을 처리하는 부호화하는 기술에 관한 것이다.
H.264 에서는 기본 코딩유닛이 16x16 픽셀단위의 고정된 매크로 블록(Macro block)으로 부호화가 이루어 졌으나 초고해상도 영상의 부호화를 위한 H.265 (HEVC, High efficiency video coding)에서는 최대 기본 코딩단위가 64x64 픽셀단위로 확장되었고 예측모드의 수는 기존 H.264 와 비교하여 3배이상 증가하였다. 영상 부호화 과정은 정확한 예측 모드별 코딩유닛의 사이즈를 결정하기 위해서 율-왜곡 최적화(RDO)를 통하여 비트율(Bit Rate)과 왜곡 정도(Distortion)를 예측한 합이 최소의 에러 에너지(Error energy)를 갖는 모드를 예측 모드로 선택한다. 그러나 영상 부호화 과정 에서는 율-왜곡율을 계산하기 위해서 최대 32x32 사이즈의 잔차 신호(Residual)에 대하여 DCT(Discrete cosine transform)를 수행한 양자화 계수 (Quantized coefficient)를 이용하여 비트율을 계산하고 역 양자화 이후 Inverse DCT 결과를 이용하여 전차신호와의 왜곡 에러(SSE, Sum of square error)를 계산하기 때문에 상당한 계산량이 요구되어 실시간 부호화를 어렵게 만드는 원인이 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 계산 복잡도가 낮은 율-왜곡 최적화를 수행하는 영상 부호화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로그램에 따라 영상을 부호화하는 프로세서; 및 상기 프로그램을 저장하는 메모리; 를 포함하되, 상기 프로그램은, 영상의 잔차 신호(Residual)에 대해 이산 코사인 변환 및 양자화를 각 부호화 블록별로 적용하고, 대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 초과이고, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 0으로 설정하고, 상기 왜곡 에러 및 상기 비트율에 따라 부호화를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치가 제공된다.
상기 프로그램은, 대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 이하이거나, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 미리 지정된 과정에 따라 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 프로그램은 부호화 블록에 대해 역양자화 및 역 이산 코사인 변환을 적용하여 상기 왜곡 에러를 산출하고, 상기 부호화 블록을 엔트로피 코딩한 결과에 따라 비트율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 대상 블록은 양자화 계수를 포함하는 부호화 블록의 픽셀 중 DC(Direct Current) 계수를 최좌상측 픽셀로 포함하는 미리 지정된 크기의 블록일 수 있다.
상기 제1 임계값, 상기 제2 임계값 및 상기 제3 임계값은 미리 설정된 양자화 변수(QP, Quantization parameter)에 상응하여 각각 미리 설정된 값일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 영상 부호화 장치가 영상을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 영상의 잔차 신호(Residual)에 대해 이산 코사인 변환 및 양자화를 각 부호화 블록별로 적용하는 단계; 대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 초과이고, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 0으로 설정하는 단계; 상기 왜곡 에러 및 상기 비트율에 따라 부호화를 수행하는 단계; 를 포함하는 영상 부호화 방법이 제공된다.
영상 부호화 방법은 대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 이하이거나, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 미리 지정된 과정에 따라 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 이하이거나, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 미리 지정된 과정에 따라 산출하는 단계는, 부호화 블록에 대해 역양자화 및 역 이산 코사인 변환을 적용하여 상기 왜곡 에러를 산출하는 단계; 상기 부호화 블록을 엔트로피 코딩한 결과에 따라 비트율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대상 블록은 양자화 계수를 포함하는 부호화 블록의 픽셀 중 DC(Direct Current) 계수를 최좌상측 픽셀로 포함하는 미리 지정된 크기의 블록일 수 있다.
상기 제1 임계값, 상기 제2 임계값 및 상기 제3 임계값은 미리 설정된 양자화 변수(QP, Quantization parameter)에 상응하여 각각 미리 설정된 값일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부호화 과정에서 왜곡 에러 및 비트율을 산출하는데 요구되는 계산 복잡도를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 영상을 부호화하는 과정을 예시한 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 영상의 부호화 과정에서 이용하는 대상 블록을 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 영상의 부호화 과정에서 이용하는 대상 블록의 각 픽셀의 값을 스캔하는 순서를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 왜곡 에러 및 비트율을 산출하는 과정을 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 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.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소로 신호를 “전송한다”로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되어 신호를 전송할 수 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 신호를 전송할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 영상 부호화 장치는 통신 인터페이스(110), 프로세서(120), 메모리(130) 및 스토리지(140)를 포함한다.
통신 인터페이스(110)는 미리 지정된 프로토콜을 통해 외부 장치로부터 영상을 수신한다. 또한, 통신 인터페이스(110)는 프로세서(120)에 의해 부호화된 영상을 외부 장치로 송신한다.
프로세서(120)는 메모리(130)에 로딩된 프로그램에 따라 영상을 부호화한다.
메모리(130)는 영상의 부호화를 위한 프로그램을 저장하고, 프로세서(120)의 요청에 따라 해당 프로그램을 프로세서(120)로 전송한다. 이 때, 메모리(130)는 휘발성 메모리일 수 있다.
스토리지(140)는 영상의 부호화를 위한 프로그램을 저장하는 저장 매체이다. 메모리(130)는 스토리지(140)에 저장된 명령어를 로딩하여 저장할 수 있다. 스토리지(140)는 하드 디스크, 플래시 메모리 등의 비휘발성 저장 매체일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치가 미리 지정된 프로그램에 따라 영상을 부호화하는 과정을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 영상을 부호화하는 과정을 예시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 영상의 부호화 과정에서 이용하는 대상 블록을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 영상의 부호화 과정에서 이용하는 대상 블록의 각 픽셀의 값을 스캔하는 순서를 예시한 도면이다. 이하 설명하는 각 과정은 영상 부호화 장치의 각 기능부를 통해 수행되는 과정이나, 발명의 간략하고 명확한 설명을 위해 주체를 비디오 부호화 장치로 통칭하도록 한다. 또한, 통신 인터페이스(110), 프로세서(120), 메모리(130) 및 스토리지(140) 간의 컴퓨팅 장치 관련 분야에서 일반적인 데이터 전송 과정에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 단계 210에서 영상 부호화 장치는 통신 인터페이스(110)를 통해 영상을 입력 받는다.
단계 220에서 영상 부호화 장치는 영상에 상응하는 미리 지정된 크기의 블록별 잔차 신호(Residual)에 대해 이산 코사인 변환(DCT: Descrite Cosine Transform)을 수행한다. 이하, 이산 코사인 변환이 적용되는 크기의 블록을 부호화 블록이라 지칭하도록 한다.
단계 230에서 영상 부호화 장치는 단계 220에서 이산 코사인 변환된 잔차 신호에 대해 양자화를 수행하여 양자화 계수를 산출한다.
단계 240에서 영상 부호화 장치는 절대값이 제1 임계값 이상인 대상 블록의 양자화 계수의 수가 미리 지정된 제2 임계값 초과인지 판단한다. 이 때, 대상 블록은 도 3의 NxN 블록(310)과 같이, 양자화 계수를 포함하는 부호화 블록(320)의 픽셀 중 DC(Direct Current) 계수를 최좌상측 픽셀로 포함하는 미리 지정된 크기의 블록일 수 있다. 또한, 제1 임계값 및 제2 임계값은 미리 설정된 양자화 변수(QP, Quantization parameter)에 상응하여 각각 미리 설정된 값일 수 있다.
단계 240에서 대상 블록의 0이 아닌 양자화 계수의 수가 미리 지정된 제2 임계값 초과인 경우, 단계 270에서 영상 부호화 장치는 왜곡 에러 및 비트율을 산출한다. 단계 270의 과정은 추후 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
단계 240에서 대상 블록의 0이 아닌 양자화 계수의 수가 미리 지정된 제2 임계값 이하인 경우, 단계 250에서 영상 부호화 장치는 양자화 계수 거리가 미리 지정된 제3 임계값을 초과하는지 판단한다. 이 때, 양자화 계수 거리는 대상 블록 상의 픽셀을 미리 지정된 순서로 스캔하였을 때, DC 계수에 상응하는 픽셀부터 0이 아닌 수가 최초로 스캔되는 픽셀까지의 픽셀 수를 의미한다. 또한, 제3 임계값은 미리 설정된 양자화 변수에 상응하여 미리 설정된 값일 수 있다. 도 4를 참조하면, 영상 부호화 장치는 대상 블록을 각 픽셀에 표시되어 있는 숫자에 따라 스캔을 수행할 수 있다. 따라서,
단계 250에서 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 영상 부호화 장치는 단계 270의 과정을 수행한다.
단계 250에서 양자화 계수 거리가 제3 임계값 초과인 경우, 단계 260에서 영상 부호화 장치는 부호화 블록의 왜곡 에러(SSE, Sum of square error) 및 비트율(Bit Rate)을 0으로 설정한다.
단계 280에서 영상 부호화 장치는 단계 260 또는 단계 280에서 산출된 왜곡 에러 및 비트율에 따라 부호화 과정을 수행한다.
이 때, 상술한 단계 220 내지 단계 270의 과정은 각 부호화 블록별로 수행되고, 단계 280은 각 부호화 블록별 왜곡 에러 및 비트율에 따라 수행되는 부호화 과정일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치가 왜곡 에러 및 비트율을 산출하는 과정을 예시한 도면이다. 이 때, 도 5의 각 과정은 도 2의 단계 270에 해당하는 과정일 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계 510에서 영상 부호화 장치는 부호화 블록에 대해 역양자화(Inverse Quantization)을 수행한다.
단계 520에서 영상 부호화 장치는 단계 510에서 역양자화가 적용된 부호화 블록에 대해 역 이산 코사인 변환(Inverse Descrite Cosine Transform)을 적용한다.
단계 530에서 영상 부호화 장치는 역 이산 코사인 변환이 적용된 부호화 블록과 최초 입력된 영상의 부호화 블록을 비교하여 왜곡 에러를 산출한다.
단계 540에서 영상 부호화 장치는 도 2에서 상술한 과정을 통해 이산 코사인 변환된 부호화 블록을 엔트로피 코딩(entrophy coding)한다.
단계 550에서 영상 부호화 장치는 엔트로피 코딩된 부호화 블록의 비트율을 산출한다.
도 5를 참조하여 상술한 각 과정은 단계 510 내지 530의 과정과 단계 540 내지 550의 과정이 병렬적으로 수행되는 것으로 설명하였으나, 구현 방식에 따라 각 과정이 순차적으로 수행되도록 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치는 대상 블록에 포함된 0이 아닌 양자화 계수의 수와 배치 형태에 따라 왜곡 에러 및 비트율을 0으로 추정할 수 있다. 즉, 영상 부호화 장치는 대상 블록 상의 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 초과이고 양자화 계수 거리가 제3 임계값 초과인 경우, 부호화 블록의 대부분 양자화 계수가 0인 것으로 추정할 수 있다. 부호화 블록의 대부분 양자화 계수가 0인 경우, 왜곡 에러 및 비트율은 0에 근접하게 산출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치는 부호화 블록의 대부분 양자화 계수가 0인 경우에는 별도의 왜곡 에러 및 비트율을 산출하는 과정을 수행하지 않음으로써, 해당 부호화 블록에 대해 왜곡 에러 및 비트율을 산출을 위한 부하를 발생시키기 않는다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치는 영상의 각 부호화 블록 중 일부 부호화 블록에 대해서만 왜곡 에러 및 비트율을 산출하는 과정을 수행함으로써, 전체 영상을 부호화하기 위해 요구되는 계산 복잡도를 낮출 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 전술한 실시 예 외의 많은 실시 예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 프로그램에 따라 영상을 부호화하는 프로세서; 및
    상기 프로그램을 저장하는 메모리;
    를 포함하되,
    상기 프로그램은,
    영상의 잔차 신호(Residual)에 대해 이산 코사인 변환 및 양자화를 각 부호화 블록별로 적용하고,
    대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 초과이고, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 0으로 설정하고,
    상기 왜곡 에러 및 상기 비트율에 따라 부호화를 수행하도록 구성되고,
    상기 대상 블록은 양자화 계수를 포함하는 부호화 블록의 픽셀 중 DC(Direct Current) 계수를 최좌상측 픽셀로 포함하는 미리 지정된 크기의 블록인는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프로그램은,
    대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 이하이거나, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 미리 지정된 과정에 따라 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 프로그램은
    부호화 블록에 대해 역양자화 및 역 이산 코사인 변환을 적용하여 상기 왜곡 에러를 산출하고,
    상기 부호화 블록을 엔트로피 코딩한 결과에 따라 비트율을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 임계값, 상기 제2 임계값 및 상기 제3 임계값은 미리 설정된 양자화 변수(QP, Quantization parameter)에 상응하여 각각 미리 설정된 값인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  6. 영상 부호화 장치가 영상을 부호화하는 방법에 있어서,
    상기 영상의 잔차 신호(Residual)에 대해 이산 코사인 변환 및 양자화를 각 부호화 블록별로 적용하는 단계;
    대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 초과이고, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 0으로 설정하는 단계;
    상기 왜곡 에러 및 상기 비트율에 따라 부호화를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 대상 블록은 양자화 계수를 포함하는 부호화 블록의 픽셀 중 DC(Direct Current) 계수를 최좌상측 픽셀로 포함하는 미리 지정된 크기의 블록인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 이하이거나, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 미리 지정된 과정에 따라 산출하는 단계를 더 포함하는 영상 부호화 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    대상 블록에 해당하는 양자화 계수 중 절대값이 제1 임계값 이상인 양자화 계수의 수가 제2 임계값 이하이거나, 상기 대상 블록의 양자화 계수 거리가 제3 임계값 이하인 경우, 상기 부호화 블록의 왜곡 에러 및 비트율을 미리 지정된 과정에 따라 산출하는 단계는,
    부호화 블록에 대해 역양자화 및 역 이산 코사인 변환을 적용하여 상기 왜곡 에러를 산출하는 단계;
    상기 부호화 블록을 엔트로피 코딩한 결과에 따라 비트율을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  9. 삭제
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 임계값, 상기 제2 임계값 및 상기 제3 임계값은 미리 설정된 양자화 변수(QP, Quantization parameter)에 상응하여 각각 미리 설정된 값인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
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