KR102514392B1 - 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법과 영상 복호화 장치 - Google Patents

Abstract

영상에서 부호화 또는 복호화하고자 하는 현재 블록에 대하여 움직임 정보를 유도하기 위해 현재 픽쳐를 포함한 참조 픽쳐의 참조 블록들로부터 예측 후보를 선택하는 움직임 벡터 후보 선택 방법 및 이를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법이 개시된다. 움직임 벡터 후보 선택 방법은, 공간적 움직임 벡터 후보(제1 후보)를 구성하는 단계, 현재 블록의 참조 픽쳐가 현재 픽쳐 내 존재하는지를 판단하는 단계, 및 상기 판단하는 단계의 판단 결과가 예이면, 현재 블록에 앞서 부호화된 현재 픽쳐의 다른 블록에서의 공간적 움직임 벡터 후보(제2 후보)를 추가하는 단계를 포함한다.

Description

움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법과 영상 복호화 장치{IMAGE ENCODING/DECODING METHOD AND IMAGE DECODING APPARATUS USING MOTION VECTOR PRECISION}

본 발명은 영상 부호화 및 복호화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 방법, 영상 복호화 방법 및 영상 복호화 장치에 관한 것이다.

인터넷과 휴대 단말의 보급과 정보 통신 기술의 발전에 따라 멀티미디어 데이터 이용이 급증하고 있다. 따라서, 각종 시스템에서 영상 예측을 통해 다양한 서비스나 작업을 수행하기 위하여 영상 처리 시스템의 성능 및 효율 개선에 대한 필요성이 상당히 증가하고 있다.

한편, 기존의 영상 부호화 및 복호화 기술에서는 화면간 예측 방식에 따라 현재 픽쳐 이전이나 이후의 적어도 하나의 참조 픽쳐에서 현재 블록의 주변 블록들에 대한 움직임 정보를 예측하거나, 화면내 예측 방식에 따라 현재 픽쳐 내 참조 블록에서 움직임 정보를 획득하여 현재 블록에 대한 움직임 벡터를 추정하고 있다.

그러나 기존의 화면간 예측은 픽쳐들 사이의 시간적인 예측 모드를 이용하여 예측 블록을 생성하기 때문에 계산 복잡도가 높은 단점이 있고, 화면내 예측은 커다란 부호화 복잡도를 가지는 단점이 있다.

이와 같이, 종래 기술의 영상 부호화 및 복호화 방법에서는 영상 부호화 또는 영상 복호화에 대한 성능 개선이 여전히 요구되고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 영상 부호화 및 복호화에서 현재 블록에 대한 움직임 정보를 유도하기 위해 현재 픽쳐를 포함한 참조 픽쳐의 참조 블록들로부터 예측 후보를 선택할 때, 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에서는, 원영상에서 움직임 정보를 예측하여 예측 영상을 생성하는 영상 부호화 방법에 있어서, 움직임 정보 예측 후보군을 구성하는 단계; 상기 후보군에 속한 후보 블록의 움직임 벡터를 현재 블록의 움직임 벡터의 정밀도 단위에 맞춰 변경하는 단계; 및 상기 현재 블록의 움직임 벡터에서 상기 정밀도 단위가 맞춰진 후보 블록의 움직임 벡터를 뺀 차분치를 구하는 단계를 포함하는, 영상 부호화 방법이 제공된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에서는, 부호화 영상을 엔트로피 복호화하고 역양자화 및 역변환을 통해 복원 영상을 생성하는 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 엔트로피 복호화를 통해 얻은 상기 영상의 헤더 정보를 토대로 상기 복원 영상의 움직임 정보 예측 후보군을 구성하는 단계; 상기 후보군에 속한 후보 블록의 움직임 벡터를 현재 블록의 움직임 벡터의 정밀도 단위에 맞춰 변경하는 단계; 및 상기 현재 블록의 움직임 벡터에서 상기 정밀도 단위가 맞춰진 후보 블록의 움직임 벡터를 뺀 차분치를 구하는 단계를 포함하는, 영상 복호화 방법이 제공된다.

여기서, 상기 변경하는 단계는, 상기 현재 블록이 위치한 현재 픽쳐와 참조 픽쳐와의 제1 거리와 상기 후보 블록의 픽쳐와 해당 후보 블록의 참조 픽쳐와의 제2 거리에 따라 움직임 벡터를 스케일링할 수 있다.

여기서, 영상 부호화 방법은, 상기 구하는 단계 후에, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 평균 거리를 기반으로 각 참조 픽쳐의 보간 정밀도를 정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 변경하는 단계는, 상기 현재 블록의 참조 픽쳐와 상기 후보 블록의 참조 픽쳐가 동일한 경우에 생략될 수 있다.

여기서, 상기 변경하는 단계는, 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도에 따라 이웃 블록 또는 주변 블록의 움직임 벡터를 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도 단위로 변경할 수 있다.

여기서, 상기 주변 블록은 상기 현재 블록과의 사이에 다른 블록을 게재하고 위치할 수 있다. 또한, 상기 주변 블록은 상기 현재 블록에 앞서 화면간 예측으로 움직임 벡터가 탐색된 블록일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에서는, 부호화 영상을 엔트로피 복호화하고 역양자화 및 역변환을 통해 복원 영상을 생성하는 프로그램 또는 프로그램 코드를 저장하는 메모리; 및 상기 메모리에 연결되어 상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 프로그램에 의해, 상기 엔트로피 복호화를 통해 얻은 상기 영상의 헤더 정보를 토대로 상기 복원 영상의 움직임 정보 예측 후보군을 구성하고, 상기 후보군에 속한 후보 블록의 움직임 벡터를 현재 블록의 움직임 벡터의 정밀도 단위에 맞춰 변경하고, 상기 현재 블록의 움직임 벡터에서 상기 정밀도 단위가 맞춰진 후보 블록의 움직임 벡터를 뺀 차분치를 구하는, 영상 복호화 장치가 제공된다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 후보 블록의 움직임 벡터를 변경하고자 할 때, 상기 현재 블록이 위치한 현재 픽쳐와 참조 픽쳐와의 제1 거리와 상기 후보 블록의 픽쳐와 해당 후보 블록의 참조 픽쳐와의 제2 거리에 따라 움직임 벡터를 스케일링할 수 있다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 차분치를 구하고자 할 때, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 평균 거리를 기반으로 각 참조 픽쳐의 보간 정밀도를 정할 수 있다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 후보 블록의 움직임 벡터를 변경하고자 할 때, 상기 현재 블록의 참조 픽쳐와 상기 후보 블록의 참조 픽쳐가 동일한 경우에 변경 프로세스를 생략할 수 있다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 후보 블록의 움직임 벡터를 변경하고자 할 때, 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도에 따라 이웃 블록 또는 주변 블록의 움직임 벡터를 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도 단위로 변경할 수 있다.

여기서, 상기 주변 블록은 상기 현재 블록과의 사이에 다른 블록을 게재하고 위치하며, 상기 현재 블록에 앞서 화면간 예측으로 움직임 벡터가 탐색되는 블록일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에서는, 화면 내 예측에서의 참조 화소 구성에 관한 영상 부호화 방법으로서, 현재 블록에 대한 화면 내 예측에서 현재 블록의 참조 화소를 이웃 블록으로부터 획득하는 단계, 참조 화소에 적응적으로 필터링을 수행하는 단계, 적응적인 필터링이 적용된 참조 화소를 현재 블록의 예측 모드에 따라 입력값으로 사용하여 현재 블록의 예측 블록을 생성하는 단계, 예측 블록에 적응적인 후처리 필터를 적용하는 단계를 포함하는, 영상 부호화 방법이 제공된다.

여기서, 상기 획득하는 단계는, 현재 블록의 참조 화소를 상기 이웃 블록으로부터 획득할 수 있다.

여기서, 상기 획득하는 단계는, 이웃 블록의 이용가능성에 따라 결정될 수 있다.

여기서, 이웃 블록의 이용가능성은, 이웃 블록의 위치 및/또는 특정 플래그(constrained_intra_pred_flag)에 의해서 결정될 수 있다. 일례로, 특정 플래그는 이웃 블록이 이용가능할 때, 1의 값을 가질 수 있다. 그것은 이웃 블록의 예측 모드가 화면 간 모드일 때 해당 블록의 참조 화소를 현재 블록의 예측에 사용할 수 없음을 의미할 수 있다.

여기서, 특정 플래그(constrained_intra_pred_flag)는 이웃 블록의 예측 모드에 따라 결정되며, 예측 모드는 화면 내 예측 또는 화면 간 예측 중 하나일 수 있다.

여기서, 특정 플래그(constrained_intra_pred_flag)가 0일 때는, 이웃 블록의 예측 모드에 관계없이 이웃 블록의 이용가능성이 '참(true)'가 되고, 1일 때는 이웃 블록의 예측 모드가 화면 내 예측이면 '참'이 되고, 화면 간 예측이면 이웃 블록의 이용가능성이 '거짓(false)'이 될 수 있다.

여기서, 화면 간 예측은, 하나 이상의 참조 픽쳐로부터 참조하여 예측 블록을 생성할 수 있다.

여기서, 참조 픽쳐는, 참조 픽쳐 리스트 0(List 0)과 참조 픽쳐 리스트 1(List 1)을 통해 관리되며 하나 이상의 과거 픽쳐, 미래 픽쳐, 현재 픽쳐를 상기 List 0, List 1에 포함할 수 있다.

여기서, List 0 및 List1은, 참조 픽쳐 리스트에 현재 픽쳐를 넣을지가 적응적으로 결정될 수 있다.

여기서, 현재 픽쳐를 참조 픽쳐 리스트에 넣을지를 결정하는 정보는 시퀀스, 참조 픽쳐 파라미터 셋 등에 포함될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에서는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 영상 복호화 방법으로서, 입력 비트스트림으로부터 이웃 블록의 참조 화소 이용가능성에 관한 플래그를 시퀀스 또는 픽쳐 단위로 획득하는 단계; 플래그에 따라 화면 내 예측을 수행할 때 이웃 블록의 참조 화소 이용가능성을 결정하는 단계; 플래그가 0일 때 이웃 블록의 예측 모드에 관계없이 이웃 블록의 참조 화소를 현재 블록의 예측에 사용하고, 플래그가 1일 때 이웃 블록의 예측 모드가 화면 내 예측인 경우에 이웃 블록의 참조 화소를 현재 블록의 예측에 사용하며, 이웃 블록의 예측 모드가 화면 간 예측인 경우에 이웃 블록의 참조 화소를 현재 블록의 예측에 사용하지 않는, 영상 복호화 방법이 제공된다.

여기서, 화면 간 예측은 참조 픽쳐에서 블록 매칭을 기반으로 예측 블록을 생성할 수 있다.

여기서, 참조 픽쳐는 P 픽쳐에서는 List 0을, B 픽쳐에서는 List 0과 List 1을 통해 관리될 수 있다.

여기서, 화면 간 예측에서 List 0에 현재 픽쳐를 포함할 수 있다.

여기서, 화면 간 예측에서 List 1에 현재 픽쳐를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 List 0과 List 1에 현재 픽쳐를 포함하는 것은 시퀀스 파라미터에서 전송되는 플래그에 기반하여 결정될 수 있다.

여기서, 상기 List 0과 List 1에 현재 픽쳐를 포함하는 것은 픽쳐 파라미터에서 전송되는 플래그에 기반하여 결정될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법 및 영상 복호화 장치를 이용할 경우에는, 영상 예측 시스템의 성능을 개선할 수 있다.

또한, 움직임 벡터의 차분치를 이용하여 시스템 구성을 상대적으로 간소화하면서 영상 예측 장치의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 블록이나 픽쳐의 정밀도에 따라 스케일링이나 정밀도 보정을 다양한 형태로 적용할 수 있고, 적용가능한 후보군 중에 최적의 후보를 선택하여 현재 블록의 움직임 벡터와의 차분치를 구비하고 이를 부호화에 이용함으로써 부호화 및 복호화 성능과 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 영상 부호화 장치 및/또는 영상 복호화 장치를 이용하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치에 대한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 P 슬라이스의 화면 간 예측을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 B 슬라이스의 화면 간 예측을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 단방향으로 예측 블록을 생성하는 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 참조 픽쳐 리스트를 구성하는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 참조 픽쳐 리스트로부터 화면 간 예측을 수행하는 경우의 다른 예를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에서 화면 내 예측을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에서 P 슬라이스나 B 슬라이스에서의 예측 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 도 10의 영상 부호화 방법에서 내삽(interpolation)을 수행하는 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법의 주요 과정을 코딩 단위(coding unit)에서의 신택스로 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12에서 사용하는 현재 픽쳐에서 블록매칭을 통해 예측 블록을 생성할 경우, 화면 간 예측에서와 같이 대칭형(symmetric type) 분할 또는 비대칭형(asymmetric type) 분할을 지원하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 14는 도 9의 화면 내 예측(Intra)과 같이 화면 간 예측(Inter)에서 2Nx2N, NxN을 지원할 수 있음을 설명하기 위한 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에서 영상의 a, b, c의 위치(x라고 가정)에 있는 화소에 대해서는 수평 1D 필터를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에 채용할 수 있는 현재 블록과 주변 블록에 대한 예시도이다.
도 17은 도 15에서 블록 단위로 움직임 벡터 정밀도가 다른 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 블록의 움직임 벡터 정밀도가 결정되는 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법에 대한 흐름도이다.
도 20 내지 도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 블록 단위로 보간 정밀도가 정해질 때 다양한 케이스에 대한 움직임 벡터 차분치 산출 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 26 내지 도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 움직임 벡터 차분치의 정밀도에 대한 표현 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

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, "포함한다" 또는 "가진다" 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 것을 의미한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

통상적으로 동영상은 일련의 픽쳐(Picture)로 구성될 수 있으며, 각 픽쳐들은 프레임 또는 블록(Block)과 같은 소정의 영역으로 분할될 수 있다. 또한, 분할된 영역은 블록(Block)뿐 아니라, 코딩 트리 유닛(Coding Tree Unit, CTU), 코딩 유닛(Coding Unit, CU), 예측 유닛(Prediction Unit, PU), 변환 유닛(Transform Unit, TU)과 같이 다양한 크기 또는 용어로 지칭할 수 있다. 각 유닛(Unit)은 하나의 휘도 블록과 두 개의 색차 블록으로 구성될 수 있으며, 이는 컬러 포맷에 따라 달리 구성될 수 있다. 또한, 컬러 포맷에 따라 휘도 블록과 색차 블록의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 4:2:0인 경우 색차 블록의 크기는 휘도 블록의 가로, 세로가 1/2인 길이를 가질 수 있다. 이 단위 및 용어에 대해서는 기존의 HEVC(high efficiency video coding) 또는 H.264/AVC(advanced video coding) 등의 용어를 참조할 수 있다.

또한, 현재 블록 또는 현재 화소를 부호화하거나 복호화하는데 참조되는 픽쳐, 블록 또는 화소를 참조 픽쳐(reference picture), 참조 블록(reference block) 또는 참조 화소(reference pixel)라고 한다. 또한, 이하에 기재된 "픽쳐(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, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 영상 부호화 장치 및/또는 영상 복호화 장치를 이용하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 영상 부호화 장치 및/또는 영상 복호화 장치를 이용하는 시스템은 개인용 컴퓨터(personal computer, PC), 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(personal digital assistant, PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player, PMP), 플레이스테이션 포터블(playstation portable, PSP), 무선 통신 단말기(wireless communication terminal), 스마트폰(smart phone), 텔레비전(TV) 등과 같은 사용자 단말기(11)이거나 응용 서버와 서비스 서버 등 서버 단말기(12)일 수 있다. 이러한 시스템은 컴퓨팅 장치로 지칭될 수 있다.

또한, 컴퓨팅 장치는 각종 기기 또는 유무선 통신망(network)과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 부호화하거나 복호화하거나 부호화 및 복호화를 위해 화면 간(inter) 또는 화면 내(intra) 예측하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리(18), 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 프로세서(14) 등을 구비하는 다양한 장치를 포함할 수 있다.

또한, 컴퓨팅 장치는 영상 부호화 장치에 의해 비트스트림(bitstream)으로 부호화된 영상을 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 복원된 영상으로 재생될 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치에 의해 비트스트림으로 부호화된 영상은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 통하여 부호화 장치에서 복호화 장치로 전달될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치에 대한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치에 대한 블록도이다.

본 실시예에 따른 영상 부호화 장치(20)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 예측부(200), 감산부(205), 변환부(210), 양자화부(215), 역양자화부(220), 역변환부(225), 가산부(230), 필터부(235), 복호화 픽쳐 버퍼(decorded picture buffer, DPB, 240) 및 엔트로피 부호화부(245)를 포함할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치(20)는 분할부(190)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 영상 복호화 장치(30)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 엔트로피 복호화부(305), 예측부(310), 역양자화부(315), 역변환부(320), 가산부(325), 필터부(330) 및 복호화 픽쳐 버퍼(335)를 포함할 수 있다.

전술한 영상 부호화 장치(20)와 영상 복호화 장치(30)는 각각 별도의 장치들일 수 있으나, 구현에 따라서 하나의 영상 부호화 및 복호화 장치로 만들어질 수 있다. 그 경우, 영상 부호화 장치(20)의 예측부(200), 역양자화부(220), 역변환부(225), 가산부(230), 필터부(235) 및 복호화 픽쳐 버퍼(240)는 기재된 순서대로 영상 복호화 장치(30)의 예측부(310), 역양자화부(315), 역변환부(320), 가산부(325), 필터부(330) 및 메모리(335)와 실질적으로 동일한 기술요소로서 적어도 동일한 구조를 포함하거나 적어도 동일한 기능을 수행하도록 구현될 수 있다. 또한, 엔트로부 부호화부(245)는 그 기능을 역으로 수행할 때, 엔트로피 복호화부(305)에 대응될 수 있다. 따라서 이하의 기술요소들과 이들의 작동 원리 등에 대한 상세 설명에서는 대응 기술요소들의 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

그리고 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치에서 수행되는 영상 부호화 방법을 복호화에 적용하는 컴퓨팅 장치에 대응하므로, 이하의 설명에서는 영상 부호화 장치를 중심으로 설명하기로 한다.

컴퓨팅 장치는 영상 부호화 방법 및/또는 영상 복호화 방법을 구현하는 프로그램이나 소프트웨어 모듈을 저장하는 메모리와 메모리에 연결되어 프로그램을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 그리고 영상 부호화 장치는 부호화기로, 영상 복호화 장치는 복호화기로 각각 지칭될 수 있다.

본 실시예의 영상 부호화 장치의 각 구성요소를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

분할부(190)는, 입력 영상을 정해진 크기의 블록(M×N)으로 분할한다. 여기서, M 또는 N은 1 이상의 임의의 자연수이다.

상세하게는, 분할부(190)은 픽쳐 분할부와 블록 분할부로 구성될 수 있다. 블록은 영상의 특성 및 해상도 등에 따라 크기 또는 형태가 결정될 수 있고, 픽쳐 분할부를 통해 지원되는 블록의 크기 또는 형태는 가로 및 세로의 길이가 2의 지수승으로 표현되는 M×N 정사각 형태(256×256, 128×128, 64×64, 32×32, 16×16, 8×8, 4×4 등)이거나, M×N 직사각 형태일 수 있다. 예를 들어, 해상도가 높은 8k UHD급 영상의 경우 256×256, 1080p HD급 영상의 경우 128×128, WVGA급 영상의 경우 16×16 등 크기로 입력 영상을 분할할 수 있다.

이러한 블록의 크기 또는 형태에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위에서 설정이 가능하며, 관련 정보를 복호화기에 전송할 수 있다. 즉, 시퀀스 파라미터 셋, 픽쳐 파라미터 셋, 슬라이스 헤더 또는 이들의 조합 단위에서 설정될 수 있다.

여기서, 시퀀스(sequence)는 몇 개의 관련 장면을 모아서 구성되는 구성단위를 가리킨다. 그리고 픽쳐(picture)는 하나의 장면 또는 픽쳐에서 일련의 휘도(Y) 성분 혹은 휘도와 색차(Y, Cb, Cr) 성분 전체를 일컫는 용어로서, 한 픽쳐의 범위는 경우에 따라서 한 프레임 혹은 한 필드가 될 수 있다.

슬라이스(slice)는 동일 액세스 유닛(access unit) 안에 존재하는 하나의 독립 슬라이스 세그먼트와 다수의 종속 슬라이스 세그먼트를 말할 수 있다. 액세스 유닛은 한 장의 코딩된 픽쳐와 관련된 NAL(network abstraction layer) 유닛의 집합(set)을 의미한다. NAL 유닛은 H.264/AVC와 HEVC 표준에서 비디오 압축 비트스트림을 네트워크 친화적인 형식으로 구성한 구문 구조(syntax structure)이다. 한 슬라이스 단위를 하나의 NAL 유닛으로 구성하는 것이 일반적이며, 시스템 표준에서는 일반적으로 한 프레임을 구성하는 NAL 혹은 NAL 집합을 하나의 액세스 유닛으로 간주한다.

다시 픽쳐 분할부의 설명으로 되돌아가서, 블록 크기 또는 형태(M×N)에 대한 정보는 명시적 플래그로 이루어질 수 있는데, 구체적으로 블록 형태 정보, 블록이 정사각인 경우에 하나의 길이 정보, 직사각일 경우에는 각각의 길이 정보, 또는 가로와 세로 길이의 차이값 정보 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, M과 N이 k의 지수승(k를 2라 가정)으로 구성되어 있을 경우(M=2^m, N=2ⁿ), m과 n에 대한 정보를 단항 이진화, 절삭형 단항 이진화 등의 다양한 방법으로 부호화하여 관련 정보를 복호화장치에 전달할 수 있다.

또한, 픽쳐 분할부에서 지원하는 분할 허용 최소 크기(Minblksize)가 I×J(설명의 편의상 I=J라고 가정. I=2ⁱ,J=2^j 일 경우), m-i 또는 n-j에 대한 정보를 전달할 수 있다. 다른 예로, M과 N이 다를 경우, m과 n의 차이값(|m-n|)을 전달할 수 있다. 또는, 픽쳐 분할부에서 지원하는 분할 허용 최대 크기(Maxblksize)가 I×J(설명의 편의상 I=J라고 가정. I=2ⁱ,J=2^j 일 경우), i-m 또는 n-j에 대한 정보를 전달할 수 있다.

묵시적인 상황일 경우 예컨대, 관련 정보에 대한 신택스는 존재하나 부호화기/복호화기에서 확인할 수 없는 경우에는, 부호화기나 복호화기는 미리 준비된 기본 설정을 따를 수 있다. 예를 들어, 블록 형태 정보를 확인하는 단계에서 관련 신택스를 확인할 수 없는 경우 블록 형태는 기본 설정인 정사각 형태로 둘 수 있다. 또한, 블록 크기 정보를 확인하는 단계는, 좀더 상세하게는, 상기 예와 같이 분할 허용 최소 크기(Minblksize)로부터의 차이값을 통해 블록 크기 정보를 확인하는 단계에서 차이값 관련 신택스는 확인할 수 있으나 분할 허용 최소 크기(Minblksize) 관련 신택스는 확인할 수 없는 경우 미리 준비된 분할 허용 최소 크기(Minblksize) 관련 기본 설정값으로부터 얻을 수 있다.

이와 같이, 픽쳐 분할부에서 블록의 크기 또는 형태는 부호화기 및/또는 복호화기에서 관련 정보를 명시적으로 전송하거나 또는 영상의 특성 및 해상도 등에 따라 묵시적으로 결정될 수 있다.

상기와 같이 픽쳐 분할부를 통해 분할 및 결정된 블록은 기본 부호화 단위로 사용될 수 있다. 또한, 픽쳐 분할부를 통해 분할 및 결정된 블록은 픽쳐, 슬라이스, 타일(tile) 등의 상위 레벨 단위를 구성하는 최소 단위일 수 있고, 부호화 블록(coding block), 예측 블록(prediction block), 변환 블록(transform block), 양자화 블록(quantization block), 엔트로피 블록(entropy block), 인루프 필터링 블록(inloopfiltering block) 등의 최대 단위일 수 있으나, 일부 블록은 이에 한정되지 않고 예외도 가능하다. 예컨대, 인루프 필터링 블록과 같이 일부는 위에서 설명한 블록 크기보다 더 큰 단위로 적용될 수 있다.

블록 분할부는 부호화, 예측, 변환, 양자화, 엔트로피, 인루프 필터 등의 블록에 대한 분할을 수행한다. 분할부(190)는 각 구성에 포함되어 기능을 수행하기도 한다. 예컨대, 변환부(210)에 변환블록 분할부, 양자화부(215)에 양자화블록 분할부를 포함할 수 있다. 블록 분할부의 초기 블록의 크기 또는 형태는 이전 단계 또는 상위 레벨 블록의 분할 결과에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 부호화 블록의 경우 이전 단계인 픽쳐 분할부를 통해 획득된 블록을 초기 블록으로 설정할 수 있다. 혹은, 예측 블록의 경우 예측 블록의 상위 레벨인 부호화 블록의 분할 과정을 통해 획득된 블록을 초기 블록으로 설정할 수 있다. 혹은, 변환 블록의 경우 변환 블록의 상위 레벨인 부호화 블록의 분할 과정을 통해 획득된 블록을 초기 블록으로 설정할 수 있다.

초기 블록의 크기 또는 형태를 결정하는 조건은 항상 고정적이지 않으며 일부가 변경되거나 예외인 경우가 존재할 수 있다. 또한, 이전 단계 또는 상위 레벨 블록의 분할 상태(예를 들어, 부호화 블록의 크기, 부호화 블록의 형태 등)와 현재 레벨의 설정 조건(예를 들어, 지원되는 변환 블록의 크기, 변환 블록의 형태 등) 각각 최소 하나 이상의 요인의 조합에 따라 현재 레벨의 분할 동작(분할 가능 여부, 분할 가능한 블록 형태 등)에 영향을 줄 수도 있다.

블록 분할부는 쿼드트리(quad tree) 기반의 분할 방식을 지원할 수 있다. 즉, 분할 전 블록에서 가로 및 세로가 1/2씩의 길이를 갖는 4개의 블록으로 분할할 수 있다. 이는 최초 블록 기준(dep_0)으로 분할 허용 깊이 한계(dep_k, k는 분할 허용 횟수를 의미하고, 분할 허용 깊이 한계(dep_k)일 때의 블록 크기는 (M >> k, N >> k)임)까지 분할을 반복적으로 할 수 있다.

또한, 바이너리 트리 기반의 분할 방식을 지원할 수 있다. 이는 가로 또는 세로 중 하나의 길이가 분할 전 블록과 비교하여 1/2의 길이를 갖는 2개의 블록으로 분할할 수 있음을 나타낸다. 상기 쿼드 트리 분할과 바이너리 트리의 분할의 경우 대칭 분할(symmetric partition)이나 비대칭 분할(asymmetric partition)일 수 있으며, 이는 부호화기/복호화기의 설정에 따라 어느 분할 방식을 따를지 정할 수 있다. 본 발명의 영상 부호화 방법에서 대칭 분할 방식 위주로 설명을 할 것이다.

분할 플래그(div_flag)를 통해 각 블록의 분할 여부를 나타낼 수 있으며, 해당 값이 1이면 분할을 수행하고, 값이 0이면 분할을 수행하지 않는다. 또는, 해당 값이 1이면 분할을 수행하고 추가 분할이 가능하며, 값이 0이면 분할을 수행하지 않고 더 이상의 분할을 허용하지 않을 수 있다. 분할 허용 최소 크기, 분할 허용 깊이 한계 등의 조건에 의해 상기 플래그는 분할 여부에 대해서만 고려하고 추가 분할 여부에 대해서는 고려하지 않을 수 있다.

분할 플래그는 쿼드트리 분할에서 사용 가능하고, 바이너리 트리 분할에서도 사용 가능하다. 바이너리 트리 분할에서는 분할 방향이 블록의 분할 깊이, 부호화 모드, 예측 모드, 크기, 형태, 종류(부호화, 예측, 변환, 양자화, 엔트로피, 인루프 필터 등 중 하나일 수 있음. 또는, 휘도, 색차 중 하나일 수 있음) 그리고 슬라이스 타입, 분할 허용 깊이 한계, 분할 허용 최소/최대 크기 등의 요인 중 최소 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있다. 또한, 분할 플래그에 따라 및/또는 해당 분할 방향에 따라 즉, 블록의 가로만 1/2로 분할되거나 또는 세로만 1/2로 분할될 수 있다.

예를 들어, 블록이 M×N(M>N)으로 M이 N보다 클 때 가로 분할을 지원하며, 현재 분할 깊이(dep_curr)는 분할 허용 깊이 한계보다 작아서 추가 분할이 가능하다고 가정하면, 위의 분할 플래그는 1비트로 할당되어 해당 값이 1이면 가로 분할을 수행하고, 0이면 더 이상 분할하지 않을 수 있다. 분할 깊이는 쿼드 트리와 바이너리 트리 분할에 하나의 분할 깊이를 둘 수도 있고, 쿼드 트리와 바이너리 트리 분할에 각각의 분할 깊이를 둘 수도 있다. 또한, 분할 허용 깊이 한계는 쿼드 트리와 바이너리 트리 분할에 하나의 분할 허용 깊이 한계를 둘 수도 있고, 쿼드 트리와 바이너리 트리 분할에 각각의 분할 허용 깊이 한계를 둘 수도 있다.

다른 예로, 블록이 M×N(M>N)이고 N이 미리 설정된 분할 허용 최소 크기와 같아서 가로 분할을 지원하지 않는다면, 위의 분할 플래그는 1비트로 할당되어 해당 값이 1이면 세로 분할을 수행하고, 0이면 분할을 수행하지 않는다.

또한, 가로 분할 또는 세로 분할을 위한 플래그(div_h_flag, div_h_flag)를 각각 지원할 수 있으며, 상기 플래그에 따라 바이너리 분할을 지원할 수 있다. 가로 분할 플래그(div_h_flag) 또는 세로 분할 플래그(div_v_flag)를 통해 각 블록의 가로 또는 세로 분할 여부를 나타낼 수 있으며, 가로 분할 플래그(div_h_flag) 또는 세로 분할 플래그(div_v_flag)가 1이면 가로 또는 세로 분할을 수행하며, 0이면 가로 또는 세로 분할을 수행하지 않는다.

또한, 각 플래그가 1이면 가로 또는 세로 분할을 수행하며 가로 또는 세로의 추가 분할이 가능하고, 값이 0이면 가로 또는 세로 분할을 수행하지 않으며 더 이상의 가로 또는 세로의 추가 분할은 허용하지 않을 수 있다. 분할 허용 최소 크기, 분할 허용 깊이 한계 등의 조건에 의해 상기 플래그는 분할 여부에 대해서 고려하고 추가 분할 여부에 대해서는 고려하지 않을 수 있다.

또한, 가로 분할 또는 세로 분할을 위한 플래그(div_flag/h_v_flag)를 지원할 수 있으며, 상기 플래그에 따라 바이너리 분할을 지원할 수 있다. 분할 플래그(div_flag)는 가로 또는 세로 분할 여부를 나타낼 수 있으며 분할 방향 플래그(h_v_flag)는 가로 또는 세로의 분할 방향을 나타낼 수 있다.

분할 플래그(div_flag)가 1이면 분할을 수행하며 분할 방향 플래그(h_v_flag)에 따라 가로 또는 세로 분할을 수행하며, 0이면 가로 또는 세로 분할을 수행하지 않는다. 또한, 해당 값이 1이면 분할 방향 플래그(h_v_flag)에 따라 가로 또는 세로 분할을 수행하며 가로 또는 세로의 추가 분할이 가능하고, 값이 0이면 가로 또는 세로 분할을 수행하지 않으며 더 이상의 가로 또는 세로 분할을 허용하지 않는 것으로 간주할 수 있다.

분할 허용 최소 크기, 분할 허용 깊이 한계 등의 조건에 의해 상기 플래그는 분할 여부에 대해서 고려하고 추가 분할 여부에 대해서는 고려하지 않을 수 있다.

이러한 분할 플래그 또한 가로, 세로 분할을 위해 각각 지원할 수 있으며, 상기 플래그에 따라 바이너리 트리 분할을 지원할 수 있다. 또한, 분할 방향이 미리 결정되어 있는 경우, 상기 예와 같이 둘 중의 하나의 분할 플래그만 사용되거나, 두 분할 플래그 모두가 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기의 플래그가 다 허용되면 가능한 블록의 형태는 M×N, M/2×N, M×N/2, M/2×N/2 중 어느 하나로 분할이 될 수 있다. 이 경우, 플래그는 수평 분할 플래그 또는 수직 분할 플래그(div_h_flag/div_v_flag) 순으로 00, 10, 01, 11로 부호화될 수 있다.

위의 경우, 분할 플래그가 중첩되어 사용될 수 있는 설정에서의 예시이고, 분할 플래그가 중첩되어 사용될 수 없는 설정 또한 가능하다. 예를 들어, 분할 블록 형태가 M×N, M/2×N, M×N/2로 분할될 수 있으며, 이 경우 위의 플래그는 수평 또는 수직 분할 플래그들 순으로 00, 01, 10로 부호화되거나, 분할 플래그(div_flag)와 수평-수직 플래그(h_v_flag, 이 플래그는 분할 방향이 가로 또는 세로를 나타내는 플래그) 순으로 0, 10, 11로 부호화될 수 있다. 여기에서 중첩의 의미는 가로 분할과 세로 분할을 동시에 수행하는 것을 의미할 수 있다.

전술한 쿼드트리 분할 및 바이너리 트리 분할은 부호화기 및/또는 복호화기의 설정에 따라 어느 하나가 단독으로 사용되거나 혼용되어 사용될 수 있다. 예컨대, 블록의 크기 또는 형태에 따라서 쿼드트리 또는 바이너리 트리 분할이 결정될 수 있다. 즉, 블록 형태가 M×N이고, M이 N보다 큰 경우에는 가로 분할, 블록 형태가 M×N이고, N이 M보다 큰 경우에는 세로 분할에 따라 바이너리 트리 분할이 지원될 수 있고, 블록 형태가 M×N이고, N과 M인 동일한 경우에는 쿼드트리 분할이 지원될 수 있다.

다른 예로, 블록(M×M)의 크기가 블록 분할 경계값(thrblksize)보다 크거나 같은 경우는 바이너리 트리 분할이 지원될 수 있고, 그보다 작은 경우에는 쿼드트리 분할이 지원될 수 있다.

다른 예로, 블록(M×N)의 M 또는 N이 제1 분할 허용 최대 크기 (Maxblksize1)보다 작거나 같고 제1 분할 허용 최소 크기(Minblksize1)보다 크거나 같을 경우에는 쿼드 트리 분할을 지원하고, 블록(M×N)의 M 또는 N이 제2 분할 허용 최대 크기(Maxblksize2)보다 작거나 같고 제2 분할 허용 최소 크기(Minblksize2)보다 크거나 같을 경우에는 바이너리 트리 분할이 지원될 수도 있다.

만일 상기 분할 허용 최대 크기와 분할 허용 최소 크기로 정의할 수 있는 제1 분할 지원 범위와 제2 분할 지원 범위가 중복되는 경우에는, 부/복호화기의 설정에 따라 제1 또는 제2 분할 방법 중의 우선순위가 주어질 수 있다. 본 실시예에서는 제1의 분할 방법은 쿼드트리 분할, 제2 분할 방법은 바이너리 트리 분할로 예를 들 수 있다. 예를 들어, 제1 분할 허용 최소 크기(Minblksize1)이 16이고 제2 분할 허용 최대 크기(Maxblksize2)가 64이며 분할 전 블록이 64×64 일 경우, 제1 분할 지원 범위와 제2 분할 지원 범위에 모두 속하므로 쿼드 트리 분할과 바이너리 트리 분할이 가능하다.

기설정에 따라 제1 분할 방법(본 실시예에서는 쿼드 트리 분할)으로 우선순위가 주어진다면, 분할 플래그(div_flag)가 1일 경우에는 쿼드 트리 분할을 수행하며 추가 쿼드 트리 분할이 가능하고, 0일 경우에는 쿼드 트리 분할을 수행하지 않으며 더 이상 쿼드 트리 분할을 수행하지 않는 것으로 간주할 수 있다. 분할 허용 최소 크기, 분할 허용 깊이 한계 등의 조건에 의해 상기 플래그는 분할 여부에 대해서만 고려하고 추가 분할 여부에 대해서는 고려하지 않을 수 있다.

분할 플래그(div_flag)가 1일 경우에는 32×32의 크기를 갖는 4개의 블록으로 분할이 되어 제1 분할 허용 최소 크기(Minblksize1) 보다 크기 때문에 쿼드 트리 분할을 계속 수행할 수 있다. 분할 플래그가 0일 경우에는 추가적인 쿼드 트리 분할을 수행하지 않으며, 현재 블록 크기(64×64)가 상기 제2 분할 지원 범위에 속하게 되므로 바이너리 트리 분할을 수행할 수 있다. 분할 플래그(div_flag/h_v_flag순으로)가 0일 경우에는 더 이상 분할을 수행하지 않으며, 10 또는 11인 경우에는 가로 분할 또는 세로 분할을 수행할 수 있다.

만일 분할 전 블록이 32×32이며 분할 플래그(div_flag)가 0이라 더 이상 쿼드 트리 분할을 하지 않고 제2 분할 허용 최대 크기(Maxblksize2)가 16일 경우, 현재 블록의 크기(32×32)가 제2 분할 지원 범위에 속하지 않으므로 더 이상의 분할을 지원하지 않을 수 있다. 위 설명에서 분할 방법의 우선순위는 슬라이스 타입, 부호화 모드, 휘도/색차 성분 등 중에서 최소 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있다.

다른 예로, 휘도 및 색차 성분에 따라 다양한 설정을 지원할 수 있다. 예를 들어, 휘도 성분에서 결정된 쿼드 트리 또는 바이너리 트리 분할 구조를 색차 성분에서는 추가적인 정보 부/복호화없이 그대로 사용할 수 있다. 또는, 휘도 성분과 색차 성분의 독립적인 분할을 지원할 경우, 휘도 성분에는 쿼드 트리와 바이너리 트리를 함께 지원하고, 색차 성분에는 쿼드 트리 분할을 지원할 수도 있다.

또한, 휘도와 색차 성분에서 쿼드 트리 분할과 바이너리 트리 분할을 지원하되, 상기 분할 지원 범위가 휘도와 색차 성분에도 동일 또는 비례할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 컬러 포맷이 4:2:0인 경우일 경우, 색차 성분의 분할 지원 범위가 휘도 성분의 분할 지원 범위의 N/2일 수 있다.

다른 예로, 슬라이스 타입에 따라 다른 설정을 둘 수 있다. 예를 들어, I 슬라이스에서는 쿼드 트리 분할을 지원할 수 있고, P 슬라이스에서는 바이너리 트리 분할을 지원할 수 있고, B 슬라이스에서는 쿼드 트리 분할과 바이너리 트리 분할을 함께 지원할 수 있다.

상기 예와 같이 쿼드 트리 분할 및 바이너리 트리 분할이 다양한 조건에 따라 설정 및 지원될 수 있다. 상기의 예들은 전술한 경우에만 특정하는 것은 아니며 서로의 조건이 뒤바뀌는 경우도 포함할 수 있고, 상기 예에서 언급된 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합되는 경우도 포함할 수 있고, 다른 경우의 예로 변형 또한 가능하다. 위의 분할 허용 깊이 한계는 분할 방식(쿼드트리, 바이너리 트리), 슬라이스 타입, 휘도/색차 성분, 부호화 모드 등에서 최소 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있다.

또한, 상기 분할 지원 범위는 분할 방식(쿼드트리, 바이너리 트리), 슬라이스 타입, 휘도/색차 성분, 부호화 모드 등에서 최소 하나 이상의 요인에 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있으며, 관련 정보는 분할 지원 범위의 최대값, 최소값으로 표현할 수 있다. 이에 대한 정보를 명시적 플래그로 구성할 경우, 최대값/최소값 각각의 길이 정보, 또는 최소값과 최대값의 차이값 정보 등을 표현할 수 있다.

예를 들어, 최대값과 최소값이 k의 지수승(k를 2라 가정)으로 구성되어 있을 경우, 최대값과 최소값의 지수 정보를 다양한 이진화를 통해 부호화하여 복호화 장치에 전달할 수 있다. 또는, 최대값과 최소값의 지수의 차이값을 전달할 수 있다. 이 때 전송되는 정보는 최소값의 지수 정보와 지수의 차이값 정보일 수 있다

전술한 설명에 따라 플래그와 관련한 정보들은 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 타일, 블록 등의 단위에서 생성되고 전송될 수 있다.

상기 예시로 제시된 분할 플래그들로 쿼드 트리 또는 바이너리 트리 또는 두 트리 방식의 혼합을 통해 블록 분할 정보를 나타낼 수 있으며, 분할 플래그는 단항 이진화, 절삭형 단항 이진화 등의 다양한 방법으로 부호화하여 관련 정보를 복호화 장치에 전달할 수 있다. 상기 블록의 분할 정보를 표현하기 위한 분할 플래그의 비트스트림 구조는 1개 이상의 스캔 방법 중 선택할 수 있다.

예를 들어, 분할 깊이 순서(dep0에서 dep_k순서로) 기준으로 분할 플래그들의 비트스트림을 구성할 수 있고, 분할 여부 기준으로 분할 플래그들의 비트스트림을 구성할 수도 있다. 분할 깊이 순서 기준 방법에서는 최초 블록 기준으로 현 수준의 깊이에서의 분할 정보를 획득한 후 다음 수준의 깊이에서의 분할 정보를 획득하는 방법이며, 분할 여부 기준 방법에서는 최초 블록 기준으로 분할된 블록에서의 추가 분할 정보를 우선적으로 획득하는 방법을 의미하며, 이 외에도 위의 예에서 제시되지 않은 다른 스캔 방법이 포함되어 선택될 수 있다.

또한, 구현에 따라서, 블록 분할부는 전술한 분할 플래그가 아닌 미리 정의된 소정 형태의 블록 후보군에 대한 인덱스 정보를 생성하여 이를 표현할 수 있다. 블록 후보군의 형태는, 예를 들어, 분할 전 블록에서 가질 수 있는 분할 블록의 형태로서 M×N, M/2×N, M×N/2, M/4×N, 3M/4×N, M×N/4, M×3N/4, M/2×N/2 등을 포함할 수 있다.

위와 같이 분할 블록의 후보군이 결정되면 상기 분할 블록 형태에 대한 인덱스 정보를 고정 길이 이진화, 단삭 절단형 이진화, 절단형 이진화 등과 같은 다양한 방법을 통해 부호화할 수 있다. 위에서 설명한 분할 플래그와 같이 블록의 분할 깊이, 부호화 모드, 예측 모드, 크기, 형태, 종류 그리고 슬라이스 타입, 분할 허용 깊이 한계, 분할 허용 최소/최대 크기 등의 요인 중 최소 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 분할 블록 후보군이 결정될 수 있다.

다음 설명을 위해서 (M×N, M×N/2)를 후보 리스트1(list1), (M×N, M/2×N, M×N/2, M/2×N/2)를 후보 리스트2(list2), (M×N, M/2×N, M×N/2)를 후보 리스트3(list3), (M×N, M/2×N, M×N/2, M/4×N, 3M/4×N, M×N/4, M×3N/4, M/2×N/2)를 후보 리스트4(list4)로 가정한다. 예를 들어, M×N을 기준으로 설명할 때, (M=N)일 경우에는 후보 list2의 분할 블록 후보를, (M≠N)일 경우에는 후보 list3의 분할 블록 후보를 지원할 수 있다.

다른 예로, M×N의 M 또는 N이 경계값(blk_th)보다 크거나 같을 경우에는 후보 list2의 분할 블록 후보를, 그보다 작을 경우에는 후보 list4의 분할 블록 후보를 지원할 수 있다. 또한, M 또는 N이 제1 경계값(blk_th_1)보다 크거나 같을 경우에는 후보 list1의 분할 블록 후보를, 제1 경계값(blk_th_1)보다는 작지만 제2 경계값(blk_th_2)보다는 크거나 같을 경우에는 후보 list2의 분할 블록 후보를, 제2 경계값(blk_th_2)보다 작을 경우에는 후보 list4의 분할 블록 후보를 지원할 수 있다.

다른 예로, 부호화 모드가 화면 내 예측인 경우 후보 list2의 분할 블록 후보를, 화면 간 예측인 경우 후보 list4의 분할 블록 후보를 지원할 수 있다.

상기와 같은 분할 블록 후보가 지원된다 하더라도 각각의 블록에서 이진화에 따른 비트 구성은 같을 수도, 다를 수도 있다. 예를 들어, 위의 분할 플래그에서의 적용과 같이 블록 크기 또는 형태에 따라 지원되는 분할 블록 후보가 제한된다면 해당 블록 후보의 이진화에 따른 비트 구성이 달라질 수 있다. 예컨대, (M>N)일 경우에는 가로 분할에 따른 블록 형태 즉, M×N, M×N/2, M/2×N/2를 지원할 수 있고, 분할 블록 후보군(M×N, M/2×N, M×N/2, M/2×N/2)에서의 M×N/2과 현재 조건의 M×N/2에 따른 인덱스의 이진 비트가 서로 다를 수 있다.

블록의 종류 예컨대 부호화, 예측, 변환, 양자화, 엔트로피, 인루프 필터링 등에 사용되는 블록의 종류에 따라 분할 플래그 또는 분할 인덱스 방식 중 하나를 사용하여 블록의 분할 및 형태에 대한 정보를 표현할 수 있다. 또한, 각 블록 종류에 따라 분할 및 블록의 형태 지원에 대한 블록 크기 제한 및 분할 허용 깊이 한계 등이 다를 수 있다.

블록 단위의 부호화 및 복호화 과정은 우선 부호화 블록이 결정된 후, 예측 블록 결정, 변환 블록 결정, 양자화 블록 결정, 엔트로피 블록 결정, 인루프 필터 결정 등의 과정에 따라 부호화 및 복호화를 진행할 수 있다. 상기의 부호화 및 복호화 과정에 대한 순서는 항상 고정적이지 않으며, 일부 순서가 변경되거나 제외될 수 있다. 상기 블록의 크기 및 형태의 후보별 부호화 비용에 따라 각 블록의 크기 및 형태가 결정되고, 결정된 각 블록의 영상 데이터 및 결정된 각 블록의 크기 및 형태 등의 분할 관련 정보들을 부호화할 수 있다.

예측부(200)는 소프트웨어 모듈인 예측 모듈(prediction module)을 이용하여 구현될 수 있고, 부호화할 블록에 대하여 화면 내 예측 방식이나 화면 간 예측 방식으로 예측 블록을 생성할 수 있다. 여기서, 예측 블록은 화소 차이의 관점에서, 부호화할 블록과 가깝게 일치하는 것으로 이해되는 블록이며, SAD(sum of absolute difference), SSD(sum of square difference)를 포함하는 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 또한, 이때 영상 블록들을 복호화시에 사용될 수 있는 각종 구문(syntax)들을 생성할 수도 있다. 예측 블록은 부호화 모드에 따라 화면 내 블록과 화면 간 블록으로 분류될 수 있다.

화면 내 예측(intra prediction)은 공간적인 상관성을 이용하는 예측 기술로, 현재 픽쳐 내에서 이전에 부호화되고 복호화되어 복원된 블록들의 참조 화소들을 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법을 말한다. 즉, 화면 내 예측과 복원으로 재구성된 밝기 값을 부호화기 및 복호화기에서 참조 화소로 사용할 수 있다. 화면 내 예측은 연속성을 갖는 평탄한 영역 및 일정한 방향성을 가진 영역에 대해 효과적일 수 있으며, 공간적인 상관성을 이용하기 때문에 임의 접근(random access)을 보장하고, 오류 확산을 방지하는 목적으로 사용될 수 있다.

화면 간 예측(inter prediction)은 하나 이상의 과거 또는 미래 픽쳐에서 부호화된 영상을 참조하여 시간적인 상관성을 이용하여 데이터의 중복을 제거하는 압축 기법을 이용한다. 즉, 화면 간 예측은 하나 이상의 과거 또는 미래 픽쳐를 참조함으로써 높은 유사성을 갖는 예측 신호를 생성할 수 있다. 화면 간 예측을 이용하는 부호화기에서는 참조 픽쳐에서 현재 부호화하려는 블록과 상관도가 높은 블록을 탐색하고, 선택된 블록의 위치 정보와 잔차(residue) 신호를 복호화기로 전송할 수 있고, 복호화기는 전송된 영상의 선택 정보를 이용하여 부호화기와 동일한 예측 블록을 생성하고 전송된 잔차 신호를 보상하여 복원 영상을 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 P 슬라이스의 화면 간 예측을 나타낸 예시도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 B 슬라이스의 화면 간 예측을 나타낸 예시도이다.

본 실시예의 영상 부호화 방법에서, 화면 간 예측은 시간적으로 높은 상관성이 있는 이전에 부호화된 픽쳐로부터 예측 블록을 생성하기 때문에 부호화 효율을 높일 수 있다. Current(t)는 부호화할 현재 픽쳐를 의미할 수 있고, 영상 픽쳐의 시간적인 흐름 혹은 POC(picture order count)를 기준으로 할 때 현재 픽쳐의 POC보다 이전의 제1 시간적인 거리(t-1)를 가지는 제1 참조픽쳐와 제1 시간적인 거리 이전의 제2 시간적인 거리(t-2)를 가지는 제2 참조픽쳐를 포함할 수 있다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 영상 부호화 방법에 채용할 수 있는 화면 간 예측은 현재 픽쳐(current(t))의 현재 블록과 참조 픽쳐들(t-1, t-2)의 참조 블록들의 블록 매칭을 통해 상관성이 높은 블록을 이전에 부호화가 완료된 참조 픽쳐들(t-1, t-2)로부터 최적의 예측 블록을 찾는 움직임 추정을 수행할 수 있다. 정밀한 추정을 위해 필요에 따라 인접한 두 화소들 사이에 적어도 하나 이상의 부화소가 배열된 구조에 기반하는 보간(interpolation) 과정을 수행한 후, 최적의 예측 블록을 찾은 후 움직임 보상을 하여 최종적인 예측 블록을 찾을 수 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 영상 부호화 방법에 채용할 수 있는 화면 간 예측은 현재 픽쳐(current(t))를 기준으로 시간적으로 양방향에 존재하는 이미 부호화가 완료된 참조 픽쳐들(t-1, t+1)로부터 예측 블록을 생성할 수 있다. 또한, 1개 이상의 참조 픽쳐에서 2개의 예측 블록을 생성할 수 있다.

화면 간 예측을 통해 영상의 부호화를 수행할 경우, 최적의 예측 블록에 대한 움직임 벡터 정보와 참조 픽쳐에 대한 정보를 부호화한다. 본 실시예에서는 단방향 또는 양방향으로 예측 블록을 생성할 경우 참조 픽쳐 리스트를 달리 구성하여 해당 참조 픽쳐 리스트로부터 예측 블록을 생성할 수 있다. 기본적으로 시간적으로 현재 픽쳐 이전에 존재하는 참조 픽쳐는 리스트 0(L0)에 할당하여 관리되고 현재 픽쳐 이후에 존재하는 참조 픽쳐는 리스트 1(L1)에 할당하여 관리될 수 있다.

참조 픽쳐 리스트 0를 구성할 때, 참조 픽쳐 리스트 0의 참조 픽쳐 허용 개수까지 채우지 못할 경우 현재 픽쳐 이후에 존재하는 참조 픽쳐를 할당할 수 있다. 이와 비슷하게 참조 픽쳐 리스트 1을 구성할 때, 참조 픽쳐 리스트 1의 참조 픽쳐 허용 개수까지 채우지 못할 경우 현재 픽쳐 이전에 존재하는 참조 픽쳐를 할당할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 단방향으로 예측 블록을 생성하는 경우를 설명하기 위한 예시도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서는 기존과 같이 이전에 부호화된 참조 픽쳐(t-1, t-2)로부터 예측 블록을 찾을 수 있고, 이에 더하여 현재 픽쳐(current(t))에 이미 부호화가 완료된 영역으로부터 예측 블록을 찾을 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서는, 시간적으로 높은 상관성이 있는 이전에 부호화된 픽쳐(t-1, t-2)로부터 예측 블록을 생성한 것뿐만 아니라 공간적으로 상관성이 높은 예측 블록을 함께 찾도록 구현될 수 있다. 그러한 공간적으로 상관성이 높은 예측 블록을 찾는 것은 화면 내 예측의 방식으로 예측 블록을 찾는 것에 대응할 수 있다. 현재 픽쳐에서 부호화가 완료된 영역으로부터 블록 매칭을 수행하기 위해, 본 실시예의 영상 부호화 방법은 화면 내 예측 모드와 혼합하여 예측 후보와 관련된 정보에 대한 신택스(syntax)를 구성할 수 있다.

예를 들어, n(n은 임의의 자연수) 가지의 화면 내 예측 모드를 지원하는 경우, 한 가지 모드를 화면 내 예측 후보군에 추가하여 n+1가지 모드를 지원하며 2^M-1≤n+1<2^M 를 만족시키는 M개의 고정 비트를 사용하여 예측 모드를 부호화할 수 있다. 또한, HEVC의 MPM(most probable mode)와 같이 가능성 높은 예측 모드의 후보군 중에서 선택하도록 구현될 수 있다. 또한, 예측 모드 부호화의 상위 단계에서 우선적으로 부호화할 수도 있다.

현재 픽쳐에서 블록 매칭을 통해 예측 블록을 생성할 경우, 본 실시예의 영상 부호화 방법은 화면 간 예측 모드와 혼합하여 관련된 정보에 대한 신택스를 구성할 수도 있다. 추가적인 관련 예측 모드 정보로는 움직임 또는 이동(motion or displacement) 관련 정보가 이용될 수 있다. 움직임 또는 이동 관련 정보는 여러 벡터 후보 중 최적의 후보 정보, 최적의 후보 벡터와 실제 벡터와의 차분치, 참조 방향, 참조 픽쳐 정보 등을 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 참조 픽쳐 리스트를 구성하는 예시도이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 참조 픽쳐 리스트로부터 화면 간 예측을 수행하는 경우의 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 현재 픽쳐(current(t))의 현재 블록에 대하여 제1 참조픽쳐 리스트(reference list 0, L0)와 제2 참조픽쳐 리스트(reference list 1, L1)로부터 화면 간 예측을 수행할 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 참조 픽쳐 리스트 0은 현재 픽쳐(t) 이전의 참조 픽쳐로 구성할 수 있는데, t-1, t-2는 각각 현재 픽쳐(t)의 POC보다 이전의 제1 시간적인 거리(t-1), 제2 시간적인 거리(t-2)를 가지는 참조 픽쳐들을 지시한다. 또한, 참조 픽쳐 리스트 1은 현재 픽쳐(t) 이후의 참조 픽쳐로 구성할 수 있는데, t+1, t+2는 각각 현재 픽쳐(t)의 POC보다 이후의 제1 시간적인 거리(t+1), 제2 시간적인 거리(t+2)를 가지는 참조 픽쳐들을 지시한다.

참조 픽쳐 리스트 구성에 관한 전술한 예들은 시간적인 거리(본 예에서는 POC 기준)의 차이가 1인 참조 픽쳐들로 참조 픽쳐 리스트를 구성하는 예를 나타내고 있으나, 참조 픽쳐간의 시간적인 거리 차이를 다르게 구성할 수도 있다. 즉, 참조 픽쳐들의 인덱스 차이와 참조 픽쳐들의 시간적인 거리 차이가 비례하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 리스트 구성 순서를 시간적인 거리 기준으로 구성되지 않을 수도 있다. 이에 대한 내용은 후술할 참조 픽쳐 리스트 구성 예에서 확인할 수 있다.

슬라이스 타입(I, P 또는 B)에 따라 리스트에 있는 참조 픽쳐로부터 예측을 수행할 수 있다. 그리고 현재 픽쳐(current(t))에서 블록 매칭을 통해 예측 블록을 생성할 경우, 참조 픽쳐 리스트(reference list 0 및/또는 reference list 1)에 현재 픽쳐를 추가하여 화면 간 예측 방식으로 부호화를 수행할 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이 참조 픽쳐 리스트 0(reference list 0)에 현재 픽쳐(t)를 추가하거나 또는 참조 픽쳐 리스트 1(reference list 1)에 현재 픽쳐(current(t))를 추가할 수 있다. 즉, 참조 픽쳐 리스트 0은 현재 픽쳐(t) 이전의 참조 픽쳐에 시간적인 거리(t)인 참조 픽쳐를 추가하여 구성할 수 있고, 참조 픽쳐 리스트 1은 현재 픽쳐(t) 이후의 참조 픽쳐에 시간적인 거리(t)인 참조 픽쳐를 추가하여 구성할 수도 있다.

예를 들어, 참조 픽쳐 리스트 0를 구성할 때 현재 픽쳐 이전의 참조 픽쳐를 참조 픽쳐 리스트 0에 할당하고 이어 현재 픽쳐(t)를 할당할 수 있고, 참조 픽쳐 리스트 1을 구성할 때 현재 픽쳐 이후의 참조 픽쳐를 참조 픽쳐 리스트 1에 할당하고 이어 현재 픽쳐(t)를 할당할 수 있다. 또는, 참조 픽쳐 리스트 0를 구성할 때 현재 픽쳐(t)를 할당하고 이어 현재 픽쳐 이전의 참조 픽쳐를 할당할 수 있고, 참조 픽쳐 리스트 1을 구성할 때 현재 픽쳐(t)를 할당하고 이어 현재 픽쳐 이후의 참조 픽쳐를 할당할 수 있다.

또한, 참조 픽쳐 리스트 0을 구성할 때 현재 픽쳐 이전의 참조 픽쳐를 할당하고 이어 현재 픽쳐 이후의 참조 픽쳐를 할당하고 현재 픽쳐(t)를 할당할 수 있다. 이와 비슷하게 참조 픽쳐 리스트 1을 구성할 때 현재 픽쳐 이후의 참조 픽쳐를 할당하고 이어 현재 픽쳐 이전의 참조 픽쳐를 할당하고 현재 픽쳐(t)를 할당할 수 있다. 위의 예들은 전술한 경우에만 특정하는 것은 아니며 서로의 조건이 뒤바뀌는 경우도 포함할 수 있고, 다른 경우의 예로 변형 또한 가능하다.

각 참조 픽쳐 리스트에 현재 픽쳐를 포함할 지 여부(예를 들어, 어떤 리스트에도 추가하지 않음 또는 리스트 0에만 추가 또는 리스트 1에만 추가 또는 리스트 0와 1에 같이 추가)는 부호화기/복호화기에 동일한 설정이 가능하고, 이에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송이 가능하다. 이에 대한 정보는 고정 길이 이진화, 단삭 절단형 이진화, 절단형 이진화 등의 방법을 통해 부호화될 수 있다.

본 실시예의 영상 부호화 및 복호화 방법은, 도 7의 방법과 달리, 현재 픽쳐(t)에서 블록 매칭을 수행하여 예측 블록을 선택하고, 이러한 예측 블록에 대한 관련 정보를 포함하는 참조 픽쳐 리스트를 구성하며, 이러한 참조 픽쳐 리스트를 영상 부호화 및 복호화에 이용하는데 차이가 있다.

참조 픽쳐 리스트 구성에 있어서 각 리스트 구성 순서 및 규칙, 각 리스트의 참조 픽쳐 허용 개수에 대한 설정을 달리할 수 있는데, 이는 현재 픽쳐의 리스트 포함여부(현재 픽쳐를 화면 간 예측에서의 참조 픽쳐로 포함할지 여부), 슬라이스 타입, 리스트 재구성 파라미터(리스트 0, 1에 각각 적용될 수도 있고, 리스트 0, 1에 같이 적용될 수도 있음), GOP(Group of Picture) 내의 위치, 시간적 계층 정보(temporal id) 등의 여러 요인 중 최소 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수도 있고, 명시적으로 관련 정보를 시퀀스, 픽쳐 등의 단위로 전송할 수 있다.

예를 들어, P 슬라이스인 경우 현재 픽쳐를 리스트에 포함하는 것과 관계없이 참조 픽쳐 리스트 0은 리스트 구성 규칙 A에 따를 수 있고, B 슬라이스인 경우 현재 픽쳐를 리스트에 포함하는 참조 픽쳐 리스트 0에는 리스트 구성 규칙 B, 참조 픽쳐 리스트 1에는 리스트 구성 규칙 C를 따를 수 있고, 현재 픽쳐를 포함하지 않는 참조 픽쳐 리스트 0에는 리스트 구성 규칙 D, 참조 픽쳐 리스트 1에는 리스트 구성 규칙 E에 따를 수 있으며, 리스트 구성 규칙 중 B와 D, C와 E는 같을 수도 있다.

리스트 구성 규칙은 상기 참조 픽쳐 리스트 구성 예에서 설명된 것과 같거나 변형된 방식으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 현재 픽쳐를 리스트에 포함하는 경우에는 제1 참조 픽쳐 허용 개수, 포함하지 않는 경우에는 제2 참조 픽쳐 허용 개수를 설정할 수 있다. 제1 참조 픽쳐 허용 개수와 제2 참조 픽쳐 허용 개수는 같을 수도 있고 다를 수도 있으며, 제1 참조 픽쳐 허용 개수와 제2 참조 픽쳐 허용 개수의 차이가 1인 것을 기본 설정으로 둘 수도 있다.

다른 예로, 현재 픽쳐를 리스트에 포함하며 리스트 재구성 파라미터가 적용될 경우, 슬라이스 A에서는 모든 참조 픽쳐가 리스트 재구성 후보군이 될 수 있고, 슬라이스 B에서는 리스트 재구성 후보군에 일부 참조 픽쳐만 포함될 수 있다. 이 때, 슬라이스 A 또는 B는 현재 픽쳐의 리스트 포함여부, 시간적 계층 정보, 슬라이스 타입, GOP 내의 위치 등에 구분될 수 있고, 후보군에 포함 여부를 나누는 요인으로 참조 픽쳐의 POC 또는 참조 픽쳐 인덱스, 참조 예측 방향(현재 픽쳐 전/후), 현재 픽쳐 여부 등에 의해 결정될 수 있다.

전술한 구성에 의하면, 현재 픽쳐에서 화면 간 예측으로 부호화된 참조 블록을 이용할 수 있으므로, I 슬라이스의 움직인 예측에서도 화면 간 예측을 허용 또는 이용할 수 있게 된다.

또한, 참조 픽쳐 리스트를 구성할 때, 슬라이스 타입에 따라 인덱스 할당 또는 리스트 구성 순서를 달리할 수 있다. I 슬라이스의 경우, 현재 픽쳐(current(t))에서 상기 참조 픽쳐 리스트 구성 예와 같이 우선순위를 높게 하여 더 적은 인덱스(예를 들어, idx=0, 1, 2와 같이)를 사용하고, 해당 참조 픽쳐 리스트의 참조 픽쳐 허용 개수(C)를 최대값으로 하는 이진화(고정 길이 이진화, 단삭 절단형 이진화, 절단형 이진화 등) 통해 영상 부호화에서의 비트량을 줄일 수 있다.

또한, P 또는 B 슬라이스의 경우, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 수행하여 현재 블록의 참조 픽쳐를 예측 후보로 선택할 확률이 다른 참조 픽쳐를 통해 예측 후보를 선택하는 확률보다 낮다고 판단되는 상황이라 하면, 현재 픽쳐의 블록 매칭에 대한 우선순위를 뒤로 설정하여 더 높은 인덱스(예를 들어, idx= C, C-1와 같이)를 사용하여 해당 참조 픽쳐 리스트의 참조 픽쳐 허용 개수를 최대값으로 하는 다양한 방법의 이진화를 통해 영상 부호화에서의 비트량을 줄일 수 있다.

위의 예에서 현재 픽쳐의 우선순위 설정은 상기 참조 픽쳐 리스트 구성 예에서 설명된 것과 같거나 변형된 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 슬라이스 타입에 따라(예를 들어, I 슬라이스) 참조 픽쳐 리스트를 구성하지 않음으로써 참조 픽쳐에 대한 정보를 생략하는 것이 가능하다. 예컨대, 기존의 화면 간 예측을 통해 예측 블록을 생성하되 화면 간 예측 모드에서의 움직임 정보에서 참조 픽쳐 정보를 제외한 나머지로 화면간 예측 정보를 표현할 수 있다.

현재 픽쳐에서 블록 매칭을 수행하는 방식은 슬라이스 타입에 따라 지원 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 현재 블록에서의 블록 매칭을 I 슬라이스에서는 지원하지만 P 슬라이스나 B 슬라이스에서는 지원하지 않도록 설정할 수도 있고, 다른 예로의 변형 또한 가능하다. 또한, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 지원하는 방식은 픽쳐, 슬라이스, 타일 등 단위로 지원 여부를 결정할 수도 있고, GOP 내의 위치, 시간적 계층 정보(temporal ID) 등에 따라 결정할 수도 있다. 이러한 설정 정보는 영상 부호화 과정이나 부호화기에서 복호화기로 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송될 수 있다.

또한, 상위 레벨 단위에서 위와 관련된 설정 정보 또는 신택스가 존재하며 설정 관련 동작이 온(on)되는 상황이라도 하위 레벨 단위에서 위와 동일한 설정 정보 또는 신택스가 존재할 때, 하위 레벨 단위에서의 설정 정보가 상위 레벨 단위에서의 설정 정보를 우선할 수 있다. 예를 들어, 동일 또는 유사한 설정 정보를 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스에서 처리한다면, 시퀀스 단위보다는 픽쳐 단위가, 픽쳐 단위보다는 슬라이스 단위가 우선순위를 가질 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에서 화면 내 예측을 설명하기 위한 예시도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 화면 내 예측 방법은, 참조 화소 채움(reference sample padding), 참조 화소 필터링(reference sample filtering), 화면 내 예측(intra prediciton) 및 경계 필터링(boundary filtering)의 일련의 단계들을 포함할 수 있다.

참조 화소 채움 단계는 참조 화소 구성 단계의 예시일 수 있고, 참조 화소 필터링 단계는 참조 화소 필터부에 의해 실행될 수 있고, 화면 내 예측은 예측 블록 생성 단계와 예측 모드 부호화 단계를 포함할 수 있으며, 경계 필터링은 후처리 필터 단계의 일실시예에 대한 예시일 수 있다.

즉, 본 실시예의 영상 부호화 방법에서 실행되는 화면 내 예측은 참조 화소 구성 단계, 참조 화소 필터링 단계, 예측 블록 생성 단계, 예측 모드 부호화 단계 및 후처리 필터링 단계를 포함할 수 있다. 여러 가지 환경 요인 예컨대, 블록 크기, 블록 형태, 블록 위치, 예측 모드, 예측 방법, 양자화 파라미터 등에 따라서 전술한 과정들 중 하나 또는 일부는 생략될 수 있고, 다른 과정이 추가될 수도 있으며, 위에 기재된 순서가 아닌 다른 순서로 변경될 수 있다.

전술한 참조 화소 구성 단계, 참조 화소 필터링 단계, 예측 블록 생성 단계, 예측 모드 부호화 단계 및 후처리 필터링 단계는 메모리에 저장되는 소프트웨어 모듈들을 메모리에 연결되는 프로세서가 실행하는 형태로 구현될 수 있다. 따라서 이하의 설명에서는 설명의 편의상 각 단계를 구현하는 소프트웨어 모듈과 이를 실행하는 프로세서의 조합에 의해 생성되는 기능부 및/혹은 이러한 기능부의 기능을 수행하는 구성부로서 각각 참조 화소 구성부, 참조 화소 필터부, 예측 블록 생성부, 예측 모드 부호화부 및 후처리 필터부를 각 단계의 실행 주체로서 지칭하기로 한다.

각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면, 참조 화소 구성부는 참조 화소 채움을 통해 현재 블록의 예측에 사용될 참조 화소를 구성한다. 참조 화소가 존재하지 않거나 이용 불가한 경우, 참조 화소 채움은 이용가능한 가까운 화소로부터 값을 복사하는 등의 방법을 통해 참조 화소에 사용될 수 있다. 값의 복사 등에는 복원된 픽쳐 버퍼 또는 복호화 픽쳐 버퍼(decoded picture buffer, DPB)가 이용될 수 있다.

즉, 화면 내 예측은 현재 픽쳐의 이전에 부호화가 완료된 블록들의 참조 화소를 사용하여 예측을 수행한다. 이를 위해, 참조 화소 구성 단계에서는 현재 블록의 이웃 블록 즉, 왼쪽, 왼쪽 위, 왼쪽 아래, 위쪽, 오른쪽 위 블록들 등과 같은 인접한 화소들을 주로 참조 화소로 사용한다.

다만상기 참조 화소를 위한 이웃 블록의 후보군은 블록의 부호화 순서를 래스터 스캔(raster scan) 또는 제트 스캔(z-scan)를 따를 경우의 예시일 뿐, 역 제트 스캔(inverse z-scan) 등과 같은 스캔이 부호화 순서 스캔 방식으로 사용될 경우에는 위의 블록들에 추가로 오른쪽, 오른쪽 아래, 아래 블록 등과 같은 인접 화소들도 참조 화소로 사용할 수 있다.

또한, 구현에 따라서 화면 내 예측의 단계별 구성에 따라 바로 인접한 화소 외의 추가적인 화소들이 대체 또는 기존 참조 화소와 혼합되어 사용될 수 있다.

또한, 화면 내 예측의 모드 중 방향성을 갖는 모드로 예측이 되는 경우, 정수 단위의 참조 화소를 선형 보간을 통해 소수 단위의 참조 화소를 생성할 수 있다. 정수 단위 위치에 존재하는 참조 화소를 통해 예측을 수행하는 모드는 수직, 수평, 45도, 135도를 갖는 일부 모드를 포함하며, 위의 예측 모드들에 대해서는 소수 단위의 참조 화소를 생성하는 과정은 필요하지 않을 수 있다.

상기 예측 모드를 제외한 다른 방향성을 가진 예측 모드들에서 보간되는 참조 화소는 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 와 같이 1/2의 지수승의 보간 정밀도를 가질 수도 있고, 1/2의 배수의 정밀도를 가질 수도 있다.

그것은 지원되는 예측 모드의 개수 또는 예측 모드의 예측 방향 등에 따라 보간 정밀도가 결정될 수 있기 때문이다. 픽쳐, 슬라이스, 타일, 블록 등에서 항상 고정적인 보간 정밀도를 지원할 수도 있고, 블록의 크기, 블록의 형태, 지원되는 모드의 예측 방향 등에 따라 적응적인 보간 정밀도가 지원될 수도 있다. 이 때, 모드의 예측 방향은 특정 선 기준(예를 들어, 좌표평면 상의 양<+>의 x축)으로 상기 모드가 가리키는 방향의 기울기 정보 또는 각도 정보로 표현될 수 있다.

보간 방법으로는 바로 인접한 정수 화소를 통해 선형 보간을 수행하기도 하지만 그 외의 보간 방법을 지원할 수 있다. 보간을 위해 1개 이상의 필터 종류 및 탭의 개수 예를 들어, 6-tap 위너 필터, 8-tap 칼만 필터 등을 지원할 수 있으며, 블록의 크기, 예측 방향 등에 따라 어떤 보간을 수행할 것인지를 결정할 수 있다. 또한, 관련 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 블록 등의 단위로 전송될 수 있다.

참조 화소 필터부는 참조 화소를 구성한 후 부호화 과정에서 남아있는 열화를 줄여줌으로써 예측 효율을 높여줄 목적으로 참조 화소에 필터링을 수행할 수 있다. 참조 화소 필터부는, 블록의 크기, 형태 및 예측 모드에 따라 필터의 종류 및 필터링의 적용 유무를 묵시적 또는 명시적으로 결정할 수 있다. 즉, 같은 탭(tap)의 필터라도 필터 종류에 따라 필터 계수를 다르게 결정할 수 있다. 예를 들어, [1,2,1]/4, [1,6,1]/8과 같은 3 탭 필터를 사용할 수 있다.

또한, 참조 화소 필터부는, 추가적으로 비트를 보낼지 안 보낼지를 결정하여 필터링 적용 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 묵시적인 경우, 참조 화소 필터부는 주변 참조 블록에서의 화소들의 특성(분산, 표준편차 등)에 따라 필터링 적용 여부를 판단할 수 있다.

또한, 참조 화소 필터부는, 관련 플래그가 잔차 계수, 화면 내 예측 모드 등에 기설정된 숨김(hiding) 조건을 만족하는 경우, 필터링 적용 여부를 판단할 수 있다. 필터의 탭수는, 예를 들어, 작은 블록(blk)에서는 [1,2,1]/4와 같은 3-tap, 큰 블록(blk)에서는 [2,3,6,3,2]/16과 같은 5-tap으로 설정될 수 있고, 적용 횟수는 필터링을 수행하지 않을 것인지, 1번 필터링할 것인지, 2번 필터링할 것인지 등으로 결정될 수 있다.

또한, 참조 화소 필터부는 현재 블록의 가장 인접한 참조 화소에 대해 기본적으로 필터링을 적용할 수 있다. 가장 인접한 참조 화소 외에 추가적인 참조 화소들 또한 필터링 과정에 고려될 수 있다. 예를 들어, 가장 인접한 참조 화소를 대체하여 추가적인 참조 화소들에 필터링을 적용할 수도 있고, 가장 인접한 참조 화소에 추가적인 참조 화소들을 혼용하여 필터링을 적용할 수도 있다.

상기의 필터링은 고정적 도는 적응적으로 적용될 수 있는데, 이는 현재 블록의 크기 또는 이웃 블록의 크기, 현재 블록 또는 이웃 블록의 부호화 모드, 현재 블록과 이웃 블록의 블록 경계 특성(예를 들어, 부호화 단위의 경계인지 변환 단위의 경계인지 등), 현재 블록 또는 이웃 블록의 예측 모드 또는 방향, 현재 블록 또는 이웃 블록의 예측 방식, 양자화 파라미터 등의 요인 중에서 최소 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정이 될 수 있다. 이에 대한 결정은 부호화기/복호화기에 동일한 설정을 가질 수 있고(묵시적), 부호화 비용 등을 고려하여 결정될 수도 있다(명시적). 기본적으로 적용되는 필터는 저역통과 필터(low pass filter)이며, 위에 명시된 여러 요인에 따라 필터 탭수, 필터 계수, 필터 플래그 부호화 여부, 필터 적용 횟수 등이 결정될 수 있으며, 이에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 블록 등의 단위에서 설정이 가능하며, 관련 정보를 복호화기에 전송할 수 있다.

예측 블록 생성부는 화면 내 예측에 있어서 참조 화소를 통해 외삽 또는 보외(extrapolation) 방식이나, 참조 화소의 평균값(DC) 또는 평면(planar) 모드와 같은 내삽(interpolation) 방식이나, 참조 화소의 복사(copy) 방식으로 예측 블록을 생성할 수 있다.

*참조 화소의 복사의 경우 하나의 참조 화소를 복사하여 하나의 이상의 예측 화소를 생성할 수도 있고, 하나 이상의 참조 화소를 복사하여 하나 이상의 예측 화소를 생성할 수 있으며, 복사한 참조 화소의 개수는 복사된 예측 화소의 개수와 동일하거나 적을 수 있다.

또한, 상기 예측 방식에 따라 방향성 예측 방식과 비방향성 예측 방식으로 분류가 가능하며, 상세하게는 방향성 예측 방식은 직선 방향성 방식과 곡선 방향성 방식으로 분류가 가능하다. 직선 방향성 방식은 외삽 또는 보외 방식을 차용하나 예측 블록의 화소는 예측 방향 선상에 놓인 참조 화소를 통해 생성하며, 곡선 방향성 방식은 외삽 또는 보외 방식을 차용하나 예측 블록의 화소는 예측 방향 선상에 놓인 참조 화소를 통해 생성하되 블록의 세부 방향성(예를 들어, 에지<Edge>)를 고려하여 화소 단위의 부분적인 예측 방향의 변경이 허용되는 방식을 의미한다.

본 실시예의 영상 부호화 및 복호화 방법에서 방향성 예측 모드의 경우 직선 방향성 방식 위주로 설명을 할 것이다.

또한, 상기 방향성 예측 방식의 경우 인접한 예측 모드 간의 간격은 균등하거나 비균등일 수 있으며, 이는 블록의 크기 또는 형태에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 블록 분할부를 통해 현재 블록이 M×N의 크기와 형태를 갖는 블록을 획득했을 때, M과 N이 같을 경우에는 예측 모드 간의 간격은 균등일 수 있으며, M과 N이 다를 경우에는 예측 모드 간의 간격은 비균등일 수 있다.

다른 예로서, M이 N보다 큰 경우에는 수직 방향성을 갖는 모드들은 수직 모드(90도)에 가까운 예측 모드 사이에는 더 세밀한 간격을 할당하고, 수직 모드에 먼 예측 모드에는 넓은 간격을 할당할 수 있다. N이 M보다 큰 경우에는 수평 방향성을 갖는 모드들은 수평 모드(180도)에 가까운 예측 모드 사이에는 더 세밀한 간격을 할당하고, 수평 모드에 먼 예측 모드에는 넓은 간격을 할당할 수 있다.

위의 예들은 전술한 경우에만 특정하는 것은 아니며 서로의 조건이 뒤바뀌는 경우도 포함할 수 있고, 다른 경우의 예로 변형 또한 가능하다. 이때, 예측 모드 간의 간격은 각 모드의 방향성을 나타내는 수치 기반으로 계산될 수 있으며, 예측 모드의 방향성은 방향의 기울기 정보 또는 각도 정보로 수치화될 수 있다.

또한, 위의 방법 외에 공간적인 상관성을 이용하는 다른 방법 등을 포함하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 예를 들어, 현재 픽쳐를 참조 픽쳐로 삼아 움직임 탐색 및 보상과 같은 화면 간 예측(inter prediction) 방식을 이용한 참조 블록을 예측 블록으로 생성할 수 있다.

예측 블록 생성 단계는 상기 예측 방식에 따라 참조 화소를 사용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 즉, 상기 예측 방식에 따라 기존의 화면 내 예측 방식의 외삽, 내삽, 복사, 평균 등의 방향성 예측 또는 비방향성 예측 방식을 통해 예측 블록을 생성할 수 있고, 화면 간 예측 방식을 사용하여 예측 블록을 생성할 수 있으며, 그 외의 추가적인 방법도 사용될 수 있다.

상기 화면 내 예측 방식은 부호화기/복호화기의 동일한 설정 하에 지원될 수 있으며, 슬라이스 타입, 블록의 크기, 블록의 형태 등에 따라 결정될 수 있다. 화면 내 예측 방식은 상기 언급된 예측 방식 중 최소 하나 이상의 방식 또는 이들의 조합에 따라 지원될 수 있다. 화면 내 예측 모드는 상기 지원되는 예측 방식에 따라 구성될 수 있다. 지원되는 화면 내 예측 모드의 개수는 상기 예측 방식, 슬라이스 타입, 블록의 크기, 블록의 형태 등에 따라 결정될 수 있다. 상기 관련 정보들은 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 블록 등의 단위에서 설정 및 전송이 가능하다.

예측 모드 부호화를 실행하는 예측 모드 부호화 단계는 부호화 비용 측면에서 각 예측 모드에 따른 부호화 비용이 최적인 모드를 현재 블록의 예측 모드로 결정할 수 있다.

일례로, 예측 모드 부호화부는 예측 모드 비트를 줄이기 위한 목적으로 하나 이상의 이웃 블록의 모드를 현재 블록 모드 예측에 이용할 수 있다. 현재 블록의 모드와 동일할 확률이 높은 모드(most_probable_mode, MPM) 후보군으로 포함할 수 있는데, 이웃 블록의 모드들은 위의 후보군에 포함될 수 있다. 예를 들어 현재 블록의 왼쪽 위, 왼쪽 아래, 위쪽, 오른쪽 위 등의 블록의 예측 모드를 위의 후보군에 포함할 수 있다.

예측 모드의 후보군은 이웃 블록의 위치, 이웃 블록의 우선순위, 분할 블록에서의 우선순위, 이웃 블록의 크기 또는 형태, 기설정된 특정 모드, (색차 블록인 경우) 휘도 블록의 예측 모드 등의 요인 중 최소 하나 이상의 요인 또는 그들의 조합에 따라 구성될 수 있으며, 관련 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 블록 등의 단위로 전송할 수 있다.

예를 들어, 현재 블록과 이웃한 블록이 2개 이상의 블록으로 분할되어 있을 경우, 분할된 블록 중 어느 블록의 모드를 현재 블록의 모드 예측 후보로 포함할 지는 부호화기/복호화기의 동일한 설정하에 결정할 수 있다. 또한, 예를 들어, 현재 블록(M×M)의 이웃 블록 중 왼쪽 블록은 블록 분할부에서 쿼드 트리 분할을 수행하여 분할 블록이 3개로 구성되어 있으며 위에서 아래 방향으로 M/2×M/2, M/4×M/4, M/4×M/4의 블록을 포함할 경우, 블록 크기 기준으로 M/2×M/2 블록의 예측 모드를 현재 블록의 모드 예측 후보로 포함할 수 있다.

다른 예로써, 현재 블록(N×N)의 이웃 블록 중 위쪽 블록은 블록 분할부에서 바이너리 트리 분할을 수행하여 분할 블록이 3개로 구성되어 있으며 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 N/4×N, N/4×N, N/2×N의 블록을 포함할 경우, 기설정된 순서(왼쪽에서 오른쪽으로 우선순위가 할당됨)에 따라 왼쪽에서 첫번째 N/4×N 블록의 예측 모드를 현재 블록의 모드 예측 후보로 포함할 수 있다.

다른 예로써, 현재 블록과 이웃한 블록의 예측 모드가 방향성 예측 모드일 경우, 해당 모드의 예측 방향과 인접한 예측 모드(상기 모드의 방향의 기울기 정보 또는 각도 정보 측면)를 현재 블록의 모드 예측 후보군에 포함할 수 있다. 또한, 기설정된 모드(planar, DC, 수직, 수평 등)는 이웃 블록의 예측 모드 구성 또는 조합에 따라 우선적으로 포함될 수 있다.

또한, 이웃 블록의 예측 모드 중 발생 빈도가 높은 예측 모드를 우선적으로 포함할 수 있다. 상기 우선순위는 현재 블록의 모드 예측 후보군에 포함될 가능성 뿐만 아니라 상기 후보군 구성에서도 더 높은 우선순위 또는 인덱스(즉, 이진화 과정에서 적은 비트를 할당받을 확률이 높음을 의미)를 할당받을 가능성을 의미할 수 있다.

다른 예로써, 현재 블록의 모드 예측 후보군의 최대치가 k개이고, 왼쪽 블록은 현재 블록의 세로 길이보다 길이가 작은 m개의 블록으로 구성되고, 위쪽 블록은 현재 블록의 가로 길이보다 길이가 작은 n개의 블록으로 구성되면, 이웃 블록들의 분할 블록 합(m+n)이 k보다 클 때 기설정된 순서(왼쪽에서 오른쪽, 위쪽에서 아래쪽)에 따라 후보군을 채울 수 있고, 이웃 블록 분할들의 분할 블록 합(m+n)이 후보군의 최대치(k)보다 클 경우, 상기 이웃 블록(왼쪽 블록, 위쪽 블록)의 예측 모드에 상기 이웃 블록 위치 외 다른 이웃 블록(예를 들어, 왼쪽 아래, 왼쪽 위, 오른쪽 위 등)과 같은 블록의 예측 모드도 현재 블록의 모드 예측 후보군에 포함될 수 있다. 위의 예들은 전술한 경우에만 특정하는 것은 아니며 서로의 조건이 뒤바뀌는 경우도 포함할 수 있고, 다른 경우의 예로 변형 또한 가능하다.

이와 같이, 현재 블록의 모드의 예측을 위한 후보 블록은 특정 블록 위치에만 한정하지 않으며 왼쪽, 왼쪽 위, 왼쪽 아래, 위쪽, 오른쪽 위에 위치하는 블록 중 최소 하나 이상의 블록으로부터 예측 모드 정보를 활용할 수 있으며, 상기 예에서와 같이 여러 요인들을 고려하여 현재 블록의 예측 모드를 후보군으로 구성할 수 있다.

예측 모드 부호화부에서는 현재 블록의 모드와 동일할 확률이 높은 모드(MPM) 후보군(본 예에서 후보군 1로 지칭함)과 그렇지 않은 모드 후보군(본 예에서 후보군 2로 지칭함)으로 분류할 수 있으며, 현재 블록의 예측 모드가 상기 후보군들 중 어느 후보군에 속하는지에 따라 예측 모드 부호화 과정이 달라질 수 있다.

전체 예측 모드는 후보군 1의 예측 모드와 후보군 2의 예측 모드의 합으로 구성될 수 있으며, 후보군 1의 예측 모드 개수와 후보군 2의 예측 모드 개수는 전체 예측 모드의 개수, 슬라이스 타입, 블록의 크기, 블록의 형태 등의 요인 중 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있다. 상기 후보군에 따라 동일한 이진화를 적용하거나 다른 이진화를 적용할 수 있다.

예를 들어, 후보군 1에는 고정 길이 이진화를, 후보군 2에는 단삭 절단형 이진화를 적용할 수도 있다. 위의 설명에서 후보군의 개수를 2개로 예를 들었지만, 현재 블록의 모드와 동일할 확률이 높은 모드 제1 후보군, 현재 블록의 모드와 동일할 확률이 높은 모드 제2 후보군, 그렇지 않은 모드 후보군 등과 같이 확장이 가능하며, 이의 변형 또한 가능하다.

후처리 필터부에 의해 실행되는 후처리 필터링 단계는, 현재 블록과 이웃 블록의 경계에 인접한 참조 화소와 인접한 현재 블록 내의 화소 간의 상관성이 높은 특성을 고려하여 이전 과정에서 생성한 예측 블록 중 일부 예측 화소는 경계에 인접한 하나 이상의 참조 화소와 하나 이상의 예측 화소를 필터링하여 생성된 값으로 대체할 수 있고, 상기 블록의 경계에 인접한 참조 화소들간의 특성을 수치화한 값(예를 들어, 화소값의 차이, 기울기 정보 등)을 필터링 과정에 적용하여 생성된 값으로 상기 예측 화소를 대체할 수 있고, 위의 방법 외에 비슷한 목적(참조 화소를 통해 예측 블록의 일부 예측 화소를 보정)을 갖는 다른 방법 등이 추가될 수 있다.

후처리 필터부에 있어서, 필터의 종류 및 필터링 적용 유무는 묵시적 또는 명시적으로 결정될 수 있으며, 후처리 필터부에 사용되는 참조 화소와 현재 화소의 위치 및 개수, 그리고 적용되는 예측 모드의 종류 등은 부호화기/복호화기에서 설정 가능하고, 관련 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송 가능하다.

또한, 후처리 필터링 단계에서는, 블록 경계 필터링(boundary filtering)과 같이 예측 블록 생성 후 추가적인 후처리 과정을 진행할 수 있다. 또한, 잔차 신호 획득 후 변환/양자화 과정 및 그 역과정을 거쳐서 얻게된 잔차 신호와 예측 신호를 합하여 복원된 현재 블록을 위의 경계 필터링과 비슷하게 인접한 참조 블록의 화소의 특성을 고려하여 후처리 필터링을 수행할 수도 있다.

최종적으로 전술한 과정을 통해 예측 블록을 선택 또는 획득하게 되며, 이 과정에서 나오는 정보는 예측 모드 관련 정보를 포함할 수 있고, 예측 블록의 획득 후 잔차 신호의 부호화를 위해 변환부(210)에 전달할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에서 P 슬라이스나 B 슬라이스에서의 예측 원리를 설명하기 위한 예시도이다. 도 11은 도 10의 영상 부호화 방법에서 내삽(interpolation)을 수행하는 경우를 설명하기 위한 예시도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 모션 예측(motion estimation module) 및 보간(interpolation) 단계들을 포함할 수 있다. 모션 예측 단계에서 생성되는 모션 벡터, 참조 픽쳐 인덱스, 참조 방향에 대한 정보는 보간 단계로 전달될 수 있다. 모션 예측 단계와 보간 단계에서는 복원된 픽쳐 버퍼(decoded picture buffer, DPB)에 저장되는 값을 이용할 수 있다.

즉, 영상 부호화 장치는, 이전의 부호화된 픽쳐들에서 현재 블록과 유사한 블록을 찾기 위해 모션 예측(motion estimation)을 실행할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치는 소수 단위의 정밀도보다 정밀한 예측을 위해 참조 픽쳐의 내삽(interpolation)을 실행할 수 있다. 최종적으로 영상 부호화 장치는 예측 변수(predictor)를 통해 예측 블록을 획득하게 되며, 이 과정에서 나오는 정보는 움직임 벡터(motion vector), 참조 픽쳐 인덱스(reference picture index 또는 reference index), 참조 방향(reference direction) 등이 있으며, 이후 잔차 신호 부호화를 진행할 수 있다.

본 실시예에서는 P 슬라이스나 B 슬라이스에서도 화면 내 예측을 수행하기 때문에 화면 간 예측과 화면 내 예측을 지원하는 도 11과 같은 조합 방식의 구현이 가능하다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 참조 화소 채움(reference sample padding), 참조 화소 필터링(reference sample filtering), 화면 내 예측(intra prediction), 경계 필터링(boundary filtering), 모션 예측(motion estimation), 및 보간(interpolation)의 단계들을 포함할 수 있다.

영상 부호화 장치는, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 지원하는 경우, I 슬라이스에서의 예측 방식은 도 9에 도시한 구성이 아닌 도 11에 도시한 구성으로 구현 가능하다. 즉, 영상 부호화 장치는 I 슬라이스에서 예측 모드뿐 아니라 P 슬라이스나 B 슬라이스에서만 발생하는 움직임 벡터, 참조 픽쳐 인덱스, 참조 방향 등의 정보를 예측 블록 생성에 이용할 수 있다. 다만, 참조 픽쳐가 현재라는 특성으로 인해 부분 생략 가능한 정보가 존재할 수 있다. 일례로, 참조 픽쳐가 현재 픽쳐인 경우 참조 픽쳐 인덱스, 참조 방향은 생략 가능하다.

또한, 영상 부호화 장치는, 내삽(interpolation)을 적용하는 경우, 영상의 특성상 예컨대 컴퓨터 그래픽 등의 인공적인 영상의 특성상 소수 단위까지의 블록 매칭이 필요하지 않을 수 있기 때문에 이에 대한 수행 여부도 부호화기에서 설정할 수 있고, 이에 대해서 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위 설정도 가능하다.

예를 들어, 영상 부호화 장치는, 부호화기의 설정에 따라 화면 간 예측에 사용되는 참조 픽쳐들의 내삽을 수행하지 않을 수 있고, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 하는 경우에만 내삽을 수행하지 않는 등 다양한 설정을 할 수 있다. 즉, 본 실시예의 영상 부호화 장치는 참조 픽쳐들의 내삽 수행 여부에 대해 설정할 수 있다. 이때, 참조 픽쳐 리스트를 구성하는 모든 참조 픽쳐 또는 일부 참조 픽쳐들에 내삽 수행 여부를 결정할 수 있다.

일례로, 영상 부호화 장치는, 어떤 현재 블록에서는 참조 블록이 존재하는 영상의 특성이 인공적인 영상이라 소수 단위로 블록 매칭을 할 필요가 없을 때에는 내삽을 수행하지 않고, 자연 영상이라 소수 단위로 블록 매칭을 할 필요가 있을 때는 내삽을 수행하도록 동작할 수 있다.

또한, 영상 부호화 장치는, 블록 단위로 내삽을 수행한 참조 픽쳐에서 블록 매칭 적용 여부에 대한 설정이 가능하다. 예를 들어, 자연 영상과 인공 영상이 혼합되어 있을 경우 참조 픽쳐에 내삽을 수행하되 인공적인 영상의 부분을 탐색하여 최적의 움직임 벡터를 얻을 수 있는 경우에는 일정 단위(여기에서 정수 단위라고 가정)로 움직임 벡터를 표현할 수 있으며, 또한 선택적으로 자연 영상의 부분을 탐색하여 최적의 움직임 벡터를 얻을 수 있는 경우에는 다른 일정 단위(여기에서는 1/4 단위라고 가정)로 움직임 벡터를 표현할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법의 주요 과정을 코딩 단위(coding unit)에서의 신택스로 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, curr_pic_BM_enabled_flag는 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 허용하는 플래그를 의미하고, 시퀀스, 픽쳐 단위에서 정의 및 전송될 수 있으며, 이 때 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 수행하여 예측 블록 생성하는 과정은 화면 간 예측을 통해 동작하는 경우를 의미할 수 있다. 그리고 잔차 신호를 부호화하지 않는 화면 간 기술인 cu_skip_flag는, I 슬라이스를 제외한 P 슬라이스나 B 슬라이스에서만 지원되는 플래그라고 가정할 수 있다. 그 경우, curr_pic_BM_enabled_flag가 온(on)이 되는 경우에 I 슬라이스에서도 블록 매칭(block maching, BM)을 화면 간 예측 모드에서 지원할 수가 있다.

본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 현재 픽쳐에 블록 매칭을 통해 예측 블록을 생성하는 경우에 스킵(skip)을 지원할 수 있으며, 블록 매칭 외의 화면 내 기술의 경우에도 스킵을 지원할 수 있다. 그리고 조건에 따라 I 슬라이스에서 스킵을 지원하지 않을 수도 있다. 이러한 스킵 여부는 부호화기 설정에 따라 결정될 수 있다.

일례로, I 슬라이스에서 스킵을 지원할 경우, 특정 플래그인 if(cu_skip_flag)를 통해 예측 단위인 prediction_unit()으로 연결하여 잔차신호를 부호화하지 않고 블록 매칭을 통해 예측 블록을 복원 블록으로 바로 복원할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치는 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 통해 예측 블록을 사용하는 방법을 화면 간 예측 기술로 분류하고, 그러한 구분을 특정 플래그인 pred_mode_flag를 통해 처리할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 영상 부호화 장치는, pred_mode_flag가 0이면 예측 모드를 화면 간 예측 모드(MODE_INTER)로 설정하고, 1이면 화면 내 예측 모드(MODE_INTRA)로 설정할 수 있다. 이것은 기존과 유사한 화면 내 기술이지만 기존의 구조와의 구분을 위해 I 슬라이스에서 화면 간 기술 또는 화면 내 기술로 분류될 수 있다. 즉, 본 실시예의 영상 부호화 장치는, I 슬라이스에서 시간적인 상관성을 이용하지 않지만 시간적인 상관성의 구조를 사용할 수 있다. part_mode는 부호화 단위에서 분할되는 블록의 크기 및 형태에 대한 정보를 의미한다.

본 실시예와 관련하여 사용되는 일부 신택스를 예시하면 다음과 같다.

시퀀스 파라미터에서 sps_curr_pic_ref_enabled_flag라는 신택스는 IBC 사용 여부에 대한 플래그일 수 있다.

픽쳐 파라미터에서 pps_curr_pic_ref_enabled_flag라는 신택스는 픽쳐 단위로 IBC 사용 여부에 대한 플래그일 수 있다.

또한, pps_curr_pic_ref_enabled_flag라는 신택스의 온/오프(on/off)에 따라서 현재 픽쳐를 위한 NumPicTotalCurr를 늘릴지 말지를 결정할 수 있다.

참조 픽쳐 리스트 0를 만드는 과정에서, pps_curr_pic_ref_enabled_flag에 따라 현재 픽쳐를 참조 픽쳐에 넣을지를 결정하라 수 있다.

참조 픽쳐 리스트 1을 만드는 과정에서, pps_curr_pic_ref_enabled_flag에 따라 현재 픽쳐의 참조 픽쳐 리스트 추가 여부를 결정할 수 있다.

위의 구성에 의하면, 현재 픽쳐는 상기의 플래그들에 따라 화면 간(inter) 예측에서의 참조 픽쳐 리스트에 포함될지가 결정될 수 있다.

도 13은 도 12에서 사용하는 현재 픽쳐에서 블록매칭을 통해 예측 블록을 생성할 경우, 화면 간 예측에서와 같이 대칭형(symmetric type) 분할 또는 비대칭형(asymmetric type) 분할을 지원하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 통해 예측 블록을 생성하는 경우, 화면 간 예측에서와 같이 2N×2N, 2N×N, N×2N, N×N과 같은 대칭형(symmetric) 분할을 지원하거나, nL×2N, nR×2N, 2N×nU, 2N×nD와 같은 비대칭형(asymmetric) 분할을 지원할 수 있다.

도 14는 도 9의 화면 내 예측(Intra)과 같이 화면 간 예측(Inter)에서 2N×2N, N×N을 지원할 수 있음을 설명하기 위한 예시도이다. 이는 블록 분할부의 분할 방식에 따라 다양한 블록 크기 및 형태가 결정될 수 있다.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 기존의 화면 내 예측에 사용하는 예측 블록 형태와 같이 2N×2N 및 N×N을 지원할 수 있다. 이는 블록 분할부에서 쿼드트리 분할 방식 또는 미리 정의된 소정의 블록 후보군에 따른 분할 방식 등을 통해 정사각 형태를 지원한 예이며, 화면 내 예측에서도 바이너리 트리 분할 방식 또는 미리 정의돈 소정의 블록 후보군에 직사각 형태를 추가하여 다른 블록 형태 또한 지원할 수 있으며, 이에 대한 설정은 부호화기에서 설정이 가능하다.

또한, 화면 내 예측 중 현재 픽쳐에 블록 매칭을 할 경우(ref_idx = curr)에만 스킵(skip)을 적용할 것인지, 기존의 화면 내 예측에도 적용할 것인지, 그 외(else)의 파티션 형태(도 13 참조)를 가진 예측 블록에 대해서도 새로운 화면 내 예측에 적용할 것인지를 부호화기에 설정 가능하다. 이에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송될 수 있다.

감산부(205, 도 2 참조)는 부호화할 현재 블록의 화소값으로부터 예측부(200)로부터 생성되는 예측 블록의 화소값들을 감산하여 화소 차이값을 도출함으로써, 잔차 블록을 생성할 수 있다.

변환부(210, 도 2 참조)는 감산부(205)에서 현재 블록과 화면 내 예측 또는 화면 간 예측을 통해 생성된 예측 블록과의 차분치인 잔차 블록을 전달받아 주파수 영역으로 변환한다. 변환 과정을 통해 잔차 블록의 각 화소는 변환 블록의 변환 계수에 대응된다. 변환 블록의 크기 및 형태는 부호화 단위와 같거나 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 변환 블록의 크기 및 형태는 예측 단위와 같을 수도 있고 작을 수도 있다. 영상 부호화 장치는 여러 예측 단위를 묶어서 변환 처리를 수행할 수 있다.

변환 블록의 크기 또는 형태는 블록 분할부를 통해 결정될 수 있으며, 블록 분할에 따라 정사각 형태 또는 직사각 형태의 변환을 지원할 수 있다. 부호화기/복호화기에서 지원되는 변환 관련 설정 (지원되는 변환 블록의 크기, 형태 등)에 따라 상기 블록 분할 동작에 영향을 줄 수 있다.

상기 변환 블록의 크기 및 형태의 후보별 부호화 비용에 따라 각 변환 블록의 크기 및 형태가 결정되고, 결정된 각 변환 블록의 영상 데이터 및 결정된 각 변환 블록의 크기 및 형태 등의 분할 정보들을 부호화할 수 있다.

변환은 1차원 변환 매트릭스에 의해 변환될 수 있다. 예컨대, 이산 코사인 변환(discrete cosine transform, DCT), 이산 사인 변환(discrete cosine transform, DST), 수평, 수직 단위로 각 변환 매트릭스가 적응적으로 사용될 수 있다. 적응적 사용은 일례로 블록의 크기, 블록의 형태, 블록의 종류(휘도/색차), 부호화 모드, 예측 모드 정보, 양자화 파라미터, 이웃 블록의 부호화 정보 등의 여러 요인을 토대로 결정하는 것을 포함할 수 있다.

예를 들어, 화면 내 예측의 경우, 예측 모드가 수평일 경우에는, 수직 방향으로는 DCT 기반의 변환 매트릭스가, 수평 방향으로는 DST 기반의 변환 매트릭스가 사용될 수 있다. 또한, 예측 모드가 수직일 경우에는, 수평 방향으로는 DCT 기반의 변환 매트릭스가, 수직 방향으로는 DST 기반의 변환 매트릭스가 사용될 수 있다.

변환 매트릭스는 위의 설명에서 나온 것에 한정되지는 않는다. 이에 대한 정보는 묵시적 또는 명시적인 방법을 사용하여 결정될 수 있으며, 블록의 크기, 블록의 형태, 부호화 모드, 예측 모드, 양자화 파라미터, 이웃 블록의 부호화 정보 등의 요인들 중 하나 이상의 요인 또는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있으며, 상기 관련 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 블록 등의 단위로 전송할 수 있다.

여기서, 명시적인 방법을 사용할 경우를 고려하면, 수평 및 수직 방향에 대한 2개 이상의 변환 매트릭스를 후보군으로 두고 있을 경우, 각 방향마다 어떤 변환 매트릭스를 사용했는지에 대한 정보를 보낼 수도 있고, 또는 수평, 수직 방향에 대해 각각 어떤 변환 매트릭스를 사용했는지에 대하여 각각 하나의 쌍으로 묶어 2개 이상의 쌍을 후보군으로 두어 어떤 변환 매트릭스를 수평, 수직 방향에서 사용했는지에 대한 정보를 전송할 수도 있다.

또한, 영상의 특성을 고려하여 부분적인 변환 또는 전체적인 변환을 생략할 수 있다. 예를 들면, 수평과 수직 성분들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 생략할 수 있다. 화면 내 예측 또는 화면 간 예측이 잘 이뤄지지 않아 현재 블록과 예측 블록의 차이가 크게 발생할 경우 즉, 잔차 성분이 클 때, 이를 변환할 시 그에 따른 부호화 손실이 커질 수 있기 때문이다. 이는 부호화 모드, 예측 모드, 블록의 크기, 블록의 형태, 블록의 종류(휘도/색차), 양자화 파라미터, 이웃 블록의 부호화 정보 등의 요인들 중 최소 하나의 요인 도는 이들의 조합에 따라 결정될 수 있다. 위의 조건에 따라 묵시적 또는 명시적인 방법을 사용하여 이를 표현할 수 있고, 이에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송이 가능하다.

양자화부(215, 도 2 참조)는 변환부(210)에서 변환된 잔차 성분의 양자화를 수행한다. 양자화 파라미터는 블록 단위로 결정이 되며, 양자화 파라미터는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 블록 등의 단위로 설정될 수 있다.

일례로, 양자화부(215)는 현재 블록의 왼쪽, 왼쪽 위, 위쪽, 오른쪽 위, 왼쪽 아래 등의 이웃 블록으로부터 유도된 1개 또는 2개 이상의 양자화 파라미터를 사용하여 현재 양자화 파라미터를 예측할 수 있다.

또한, 양자화부(215)는 이웃 블록으로부터 예측한 양자화 파라미터가 존재하지 않는 경우 즉, 블록이 픽쳐, 슬라이스 등의 경계에 있는 경우, 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송된 기본 파라미터와의 차분치를 출력 혹은 전송할 수 있다. 이웃 블록으로부터 예측한 양자화 파라미터가 존재하는 경우, 해당 블록의 양자화 파라미터를 사용하여 차분치를 전송할 수도 있다.

양자화 파라미터를 유도할 블록의 우선순위는 미리 설정할 수도 있고, 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송할 수 있다. 잔차 블록을 데드존 균일 경계 양자화(DZUTQ: Dead Zone Uniform Threshold Quantization), 양자화 가중치 매트릭스(Quantization weighted matrix) 또는 이를 개량한 기법을 통해 양자화할 수 있다. 이는 1개 이상의 양자화 기법을 후보로 둘 수 있으며 부호화 모드, 예측 모드 정보 등에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 양자화부(215)는 양자화 가중치 매트릭스를 화면 간 부호화, 화면 내 부호화 단위 등에 적용하기 위해 설정해 둘 수 있고, 또한 화면 내 예측 모드에 따라 다른 가중치 매트릭스를 둘 수도 있다. 양자화 가중치 매트릭스는 M×N의 크기로 블록의 크기가 양자화 블록 크기와 같다고 가정할 때, 각 주파수 성분의 위치마다 양자화 계수를 달리하여 구성할 수 있다. 그리고 양자화부(215)는 기존의 여러 양자화 방법 중 택일할 수도 있고, 부호화기/복호화기의 동일한 설정하에 사용될 수도 있다. 이에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송 가능하다.

한편, 도 2 및 3에 도시한 역양자화부(220,315) 및 역변환부(225,320)는 위의 변환부(210) 및 양자화부(215)에서의 과정을 역으로 수행하여 구현될 수 있다. 즉, 역양자화부(220)는 양자화부(215)에서 생성된 양자화된 변환 계수를 역양자화할 수 있고, 역변환부(225)는 역양자화된 변환 계수를 역변환하여 복원된 잔차 블록을 생성할 수 있다.

도 2 및 3에 도시한 가산부(230, 324)는 상기 복원된 잔차 블록의 화소값에 예측부로부터 생성되는 예측 블록의 화소값을 가산하여 복원 블록이 생성될 수 있다. 복원 블록은 부호화 및 복호화 픽쳐 버퍼(240, 335)에 저장되어 예측부 및 필터부에 제공될 수 있다.

필터부(235, 도 2 참조)는 복원 블록에 디블록킹 필터(Deblocking Filter), SAO(Sample Adaptive Offset), ALP(Adaptive Loop Filter) 등과 같은 인루프 필터를 적용할 수 있다. 디블록킹 필터는 부호화 및 복호화 과정에서 발생하는 블록 경계 사이의 왜곡을 제거하기 위해, 복원 블록을 필터링할 수 있다. SAO는 잔차 블록에 대하여, 화소 단위로 원본 영상과 복원 영상과의 차이를 오프셋으로 복원해주는 필터 과정이다. ALF는 예측 블록과 복원 블록 사이의 차이를 최소화하기 위해 필터링을 수행할 수 있다. ALF는 디블록킹 필터를 통해 복원된 블록과 현재 블록의 비교값을 기초로 필터링을 수행할 수 있다.

엔트로피 부호화부(245, 도 2 참조)는 양자화부(215)를 통해 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화할 수 있다. 예를 들어, 컨텍스트 적응 가변 길이 코딩(CAVLC), 컨텍스트 적응 2진 산술 코딩(CABAC), 구문 기반 컨텍스트 적응 2진 산술 코딩(SBAC), 확률 간격 파티셔닝 엔트로피 부호화 외의 다른 부호화 방식을 사용하여 구현될(PIPE) 코딩 등의 기법을 수행할 수 있다.

엔트로피 부호화부(245)는 양자화 계수를 부호화한 비트열과 부호화된 비트열을 복호화하는데 필요한 다양한 정보들을 부호화 데이터에 포함할 수 있다. 부호화 데이터는 부호화된 블록 형태, 양자화 계수 및 양자화 블록이 부호화된 비트열 및 예측에 필요한 정보 등을 포함할 수 있다. 양자화 계수의 경우 2차원의 양자화 계수를 1차원으로 스캐닝할 수 있다. 양자화 계수는 영상의 특성에 따라 분포도가 달라질 수 있다. 특히, 화면 내 예측의 경우 계수의 분포가 예측 모드에 따라 특정한 분포를 가질 수 있기 때문에 스캔 방법을 달리 설정할 수 있다.

또한, 엔트로피 부호화부(245)는 부호화하는 블록의 크기에 따라 달리 설정될 수 있다. 스캔 패턴은 지그재그, 대각선, 래스터(raster) 등 다양한 패턴들 중 적어도 어느 하나 이상으로 미리 설정하거나 후보로 설정할 수 있으며, 부호화 모드, 예측 모드 정보 등에 의해 결정될 수 있고, 부호화기와 복호화기의 동일한 설정하에 사용될 수 있다. 이에 대한 정보는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송 가능하다.

엔트로피 부호화부(245)에 입력되는 양자화된 블록(이하, 양자화 블록)의 크기는 변환 블록의 크기와 같거나 작을 수 있다. 또한, 양자화 블록은 2개 이상의 서브 블록으로 분할될 수 있으며, 분할된 경우에 분할 블록에서 스캔 패턴은 기존의 양자화 블록과 동일하게 설정할 수도 있고, 다르게 설정할 수도 있다.

예를 들어, 기존의 양자화 블록의 스캔 패턴을 지그재그라고 할 경우, 서브 블록 모두에 지그재그를 적용할 수도 있고, 또는 평균값(DC) 성분을 포함하는 블록의 좌측 상단에 위치하는 서브블록에 지그재그 패턴을 적용하고, 그 이외의 블록에는 대각선 패턴을 적용할 수 있다. 이 역시 부호화 모드, 예측 모드 정보 등에 따라 결정될 수 있다.

또한, 엔트로피 부호화부(245)에서 스캔 패턴의 시작 위치는 기본적으로 좌측 상단으로부터 시작을 하나, 영상의 특성에 따라 우측 상단, 우측 하단 또는 좌측 하단에서 시작할 수 있으며, 2개 이상의 후보군 중 어느 것을 선택했는지에 대한 정보를 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송할 수 있다. 부호화 기술로서는 엔트로피 부호화 기술이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시한 역양자화부(220)의 역양자화 및 역변환부(225)의 역변환은 위의 양자화부(215)의 양장화 및 변환부(210)의 변환 구조를 반대로 구성하고 기본적인 필터부(235, 330)를 조합하는 것으로 구현 가능하다.

다음으로, 본 발명의 영상 부호화 장치에 채용할 수 있는 보간(interpolation)에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

블록 매칭을 통한 예측의 정확성을 높이기 위해 정수 단위보다 정밀한 소수단위의 해상도로 보간을 수행하는데, 이러한 보간법으로는 DCT-IF(discrete cosine transform based interpolation filter) 등의 기술이 있다. HEVC(high efficiency video coding)에서의 보간법으로는 DCT-IF 기술을 사용하고 있는데, 예를 들어 정수 사이의 1/2, 1/4 단위로 화소를 생성하여 참조 픽쳐를 보간하고, 이를 참조하여 블록 매칭을 수행하여 예측 블록을 생성할 수 있다.

표 1과 표 2는 각각 휘도 성분과 색차 성분에서 사용되는 필터 계수를 보여주고 있는데, 휘도 성분에 대해서는 8-tap, 색차 성분에 대해서는 4-tap의 DCT-IF 필터가 사용된다. 색차 성분에 대해서도 색상 포맷(color format)에 따라 필터를 달리 적용할 수 있다. YCbCr의 4:2:0의 경우에는 표 2에서와 같은 필터를 적용할 수 있고, 4:4:4에서는 표 2가 아닌 표 1과 같은 필터나 그 외의 필터를 적용할 수 있고, 4:2:2일 경우 표 2와 같은 수평 1D 4-탭 필터(horizontal 1D 4-tap filter)와 표 1과 같은 수직 1D 8-탭 필터(vertical 1D 8-tap filter)를 적용할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에서 영상의 a, b, c의 위치(x라고 가정)에 있는 화소에 대해서는 수평 1D 필터를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 15에 도시한 바와 같이, 제1 화소(G)와 이에 인접한 제2 화소(H) 사이의 a, b, c의 위치(x라고 가정)에 있는 부화소에 대해서는 horizontal 1D filter를 적용할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

x = ( f1*E + f2*F + f3*G + f4*H + f5*I + f6*J + 32 ) / 64

다음, d, h, n의 위치(y라고 가정)에 있는 부화소에 대해서는 vertical 1D filter를 적용할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

y = ( f1*A + f2*C + f3*G + f4*M + f5*R + f6*T + 32 ) / 64

그리고 중앙에 있는 부화소들 e,f,g,i,j,k,p,q,r에 대해서는 2D 분할가능 필터(2D separable filter)를 적용할 수 있다. 부화소 e를 예로 들면, a와 수직 방향에 있는 화소들을 먼저 보간한 후 그 화소들을 이용해 보간한다. 그리고 G 및 H 사이의 a를 보간하듯 horizontal 1D filter를 수행하고, 그로 인해 나온 부화소들을 대상으로 vertical 1D filter를 수행하여 e값을 얻을 수 있다. 그리고 색차 신호에 대해서도 이와 비슷한 동작을 수행할 수 있다.

위의 설명은 보간의 일부 설명일 뿐이다. DCT-IF 이외의 다른 필터 또한 사용이 가능하며 소수단위마다 적용되는 필터 종류 및 탭의 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 1/2에는 8-tap 칼만 필터, 1/4에는 6-tap 위너 필터, 1/8에는 2-tap 선형 필터를 DCT-IF처럼 고정된 계수 또는 필터 계수를 계산하여 필터 계수를 부호화할 수도 있다. 위와 같이, 픽쳐에 대해 하나의 보간 필터를 사용할 수도 있고, 영상에 특성에 따라 영역마다 다른 보간 필터를 사용할 수도 있으며, 다수의 보간 필터를 적용한 2개 이상의 참조 픽쳐들을 생성하고 그 중에 하나를 선택할 수도 있다.

참조 픽쳐의 타입, 시간적 계층, 참조 픽쳐의 상태(예컨대, 현재 픽쳐인지 아닌지) 등의 부호화 정보에 따라 다른 필터가 적용될 수 있다. 위에서 언급한 정보들은 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 설정이 가능하며, 그 단위로 전송 가능하다.

다음으로 본 실시예에 따른 영상 부호화 방법에 채용할 수 있는 움직임 추정(motion estimation), 움직임 보상(motion compensation) 및 움직임 예측(motion prediction)에 대한 개선된 기술을 상세히 설명하기 전에 이들 용어의 기본적인 의미를 정의하면 다음과 같다.

움직임 추정은 부호화하고자 하는 현재 블록의 움직임을 예측하는데 있어서 영상 프레임을 작은 블록으로 분할하여 시간적으로 이전 또는 이후의 기부호화된 프레임(참조 프레임) 상의 어떤 블록으로부터 이동되었는지를 추정하는 과정을 말한다. 즉, 움직임 추정은 압축하려는 현재 블록의 부호화시에 목표 블록과 가장 유사한 블록을 찾아내는 과정이라고 할 수 있다. 블록 기반의 움직임 추정은 비디오 객체 또는 화면처리단위 블록(macro block 등)이 시간상으로 어느 위치로 움직였는지를 추정하는 과정을 말할 수 있다.

움직임 보상은 현재 영상을 부호화하기 위하여 이전에 부호화된 참조 영상의 적어도 일부 영역을 가져와서 현재 영상을 예측하기 위하여 움직임 추정 과정에서 찾은 최적의 예측 블록에 대한 움직임 정보(모션 벡터, 참조 픽쳐 인덱스)를 바탕으로 현재 블록의 예측 블록을 생성하는 것을 의미한다. 즉, 움직임 보상은 부호화하려는 현재 블록과 가장 유사한 블록이라고 찾아낸 참조 블록과의 차이로써 오차 블록을 만드는 과정을 말할 수 있다.

움직임 예측은 움직임 보상을 위하여 부호화 시에 움직임 벡터를 찾는 것을 의미한다. 움직임 예측의 주요 기술로는 스킵(skip), 시간적 예측, 공간적 예측 등이 있으며, 스킵은 화면의 움직임이 일정하여 영상 부호화 장치에서 예측한 움직임 벡터의 크기가 제로(0)이거나, 잔차가 충분히 작아 무시할 수 있는 경우 해당 영상 블록의 부호화를 생략하고 넘어가는 것을 의미한다. 시간적 예측은 주로 화면 간 예측에 이용될 수 있고, 공간적 예측 또는 시점간 예측은 주로 화면 내 예측에 이용될 수 있다.

화면 간 예측를 통해 나오는 정보는, 참조 픽쳐 리스트 방향을 구분하는 정보(단방향(L0, L1), 양방향), 참조 픽쳐 리스트 내의 참조 픽쳐를 구분하는 인덱스, 움직임 벡터 등을 포함할 수 있다. 시간적인 상관성을 이용하기 때문에 현재 블록과 이웃하는 블록의 움직임 벡터가 같거나 비슷하게 나타나는 특성을 활용할 경우 효율적으로 움직임 정보를 부호화할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법에 채용할 수 있는 현재 블록과 주변 블록에 대한 예시도이다.

도 16에 나타내 바와 같이, 현재 블록의 주변 블록에 대한 후보군의 참조 여부에 대한 설정은 현재 픽쳐의 타입, 시간적인 식별자(temporal id) 등의 정보에 따라 결정될 수도 있으며 이에 대한 정보는 고정되어 사용되거나 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송될 수 있다.

여기서, 후보군에 대한 참조 여부에 대한 설정은 예컨대 공간적으로 인접한 블록(A, B, C, D, E)만 사용하거나, 공간적으로 인접한 블록(A, B, C, D, E)과 시간적으로 인접한 블록(H, I, J)을 사용하거나, 또는 공간적으로 인접한 블록(A, B, C, D, E)과 공간적으로 떨어져 있는 블록(F, G)를 사용하는 설정을 포함할 수 있다.

다음은 "현재 픽쳐에 블록 매칭의 적용이 가능하다"는 설정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, I 픽쳐의 경우를 설명하면, 예를 들어, 공간적으로 근접한 블록을 먼저 우선순위에 놓고 그 외의 블록들을 후보군으로 설정할 수 있다. 일례로, 참조 블록들을 E → D → C → B → A → H → I → J의 기재된 순서대로 가용성(availability)을 확인할 수 있다. 가용성은 사용 가능하지 여부를 판단하기 위한 것으로서 미리 설정된 기준값과 대비되거나 가용성 체크된 다른 값들과 상대적으로 대비될 수 있다. 가용성은 후보 블록의 부호화 모드, 움직임 정보, 후보 블록의 위치 등으로 판단될 수 있다. 움직임 정보는 움직임 벡터, 참조 방향, 참조 픽쳐 인덱스 등을 포함할 수 있다.

현재 픽쳐가 I 픽쳐이므로, 부호화 모드가 본 실시예의 화면 내 예측(이하, INTER)으로 되어있을 때만 움직임 정보가 존재한다. 그렇기 때문에 우선순위대로 볼 때 먼저 INTER인지 확인한다. 예를 들어, n이 3이고 E가 INTER로 부호화가 되었다면 E는 후보군에서 제외하고 그 다음의 D를 확인한다. D가 INTER로 부호화가 되었다면 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 수행하기 때문에 움직임 정보를 갖고 있으며, 이러한 움직임 정보를 토대로 D를 후보군에 추가한다. 그러면 n은 2개가 남는다. 그런 다음, 영상 부호화 장치는 다시 우선순위를 확인해 볼 수 있다. 그렇게 해서 최종 3개의 후보가 채워지면 후보군 찾는 작업을 중단한다.

가용성은 부호화 모드로만 이용하는 것이 아니고 픽쳐, 슬라이스, 타일 등의 경계(boudnary)인 경우에도 이용할 수 있다. 경계인 경우, 가용성은 이용하지 않음(not available)으로 체크된다. 그리고 이미 채워진 후보와 같거나 비슷하다는 판단 결과가 나올 경우, 해당 블록은 후보에서 제외되고, 참조 화소 구성부는 그 다음 후보의 가용성을 체크하게 된다.

여기서 INTER는 기존의 화면간 예측(inter)과 다르다. 즉, 본 실시예의 INTER 모드는 화면간 예측(inter) 구조를 활용할 뿐 현재 픽쳐에서 예측 블록을 생성하기 때문에 참조 픽터에서 예측 블록을 생성하는 화면간 예측과는 차이가 있다. 즉, 본 실시예의 부호화 모드에서는 현재 픽쳐에서 블록 매칭하는 방법을 INTER 모드와 intra(기존 intra와 동일함)로 분류하여 적용할 수 있다.

이하에서는 모션 벡터 카피(MVC)와 모션 벡터 예측(MVP)에 대해서 구분하여 설명하기로 한다. 그 이유는, 스케일링 과정의 포함 여부가 다르기 때문이다.

모션 벡터 예측(MVP)에 대해 먼저 설명하면 다음과 같다.

P 픽쳐나 B 픽쳐의 경우

위에서 언급한 후보들(A, B, C, D, E, F, G, H, I, J)에 더하여 시간적인 후보(F, G)도 포함하여 설명하기로 한다. 본 실시예에서는 후보를 공간적으로 탐색하고, 시간적으로 탐색하고, 혼합 리스트를 구성하여 탐색하고, 고정(constant) 후보를 탐색하는 기재된 순서대로 진행한다고 가정한다.

먼저, 후보들의 우선순위를 정하고 그에 따라 가용성(availability)을 체크한다. 움직임 벡터의 후보 개수(n)는 2로 설정하고, 우선순위는 괄호 안에 기재한 바와 같다고 가정한다.

예를 들면, 공간적으로 탐색할 때 다음과 같은 그룹들로 분류할 수 있다.

그룹 1_1 = {A, B, C, I, J}, ( C → B → A → I → J)

그룹 1_2 = {D, E, H}, (D → E → H)

본 실시예에서 두 개의 그룹들 중 그룹 1_1은 현재 블록을 기준으로 바로 위쪽, 왼쪽 위쪽, 그리고 오른쪽 위쪽에 있는 블록들을 포함하고, 그룹 1_2는 현재 블록을 기준으로 바로 인접한 왼쪽, 바로 인접하지 않은 왼쪽, 그리고 왼쪽 아래에 있는 블록들을 포함한다.

다른 실시예로서, 세 개의 그룹들로 구분하여 움직임 벡터의 후보 블록을 공간적으로 탐색할 수 있다. 세 개의 그룹은 다음과 같이 분류 가능하다.

그룹 1_1 = {A, B, C}, (C → B → A)

그룹 1_2 = {D, E}, (D → E)

그룹 1_3 = {H, I, J}, (J → I →H)

본 실시예에서 세 개의 그룹들 중 그룹 1_1은 현재 블록을 기준으로 바로 인접한 위쪽, 인접한 왼쪽 위쪽, 그리고 인접한 오른쪽 위쪽에 있는 블록들을 포함하고, 그룹 1_2는 현재 블록을 기준으로 바로 인접한 왼쪽과 바로 인접한 왼쪽 아래에 있는 블록들을 포함하며, 그룹 1_3은 현재 블록과 하나 이상의 블록 간격을 둔 인접하지 않은 블록들을 포함한다.

또 다른 실시예로서, 또 다른 방식으로 세 개의 그룹들로 구분하여 움직임 벡터의 후보 블록을 공간적으로 탐색할 수 있다. 세 개의 그룹은 다음과 같이 분류 가능하다.

그룹 1_1 = {B}

그룹 1_2 = {D}

그룹 1_3 = {A, C, E}, (E → C → A)

본 실시예에서 세 개의 그룹들 중 그룹 1_1은 현재 블록을 기준으로 수직 방향에 위치하는 블록을 포함하고, 그룹 1_2는 현재 블록을 기준으로 수평 방향에 위치하는 인접한 블록을 포함하고, 그룹 1_3은 현재 블록을 기준으로 나머지 인접한 블록들을 포함한다.

위에서 살핀 바와 같이, P 픽쳐나 B 픽쳐에서는 참조 방향이나 참조 픽쳐 등의 참고 가능한 정보가 많기 때문에 그에 따라 후보군을 설정할 수 있다. 현재 블록을 기준으로 현재 블록과 참조 픽쳐가 다른 후보 블록에 대해서는 후보군에 포함할 수도 있고, 그 반대로 현재 블록의 참조 픽쳐와 후보 블록의 참조 픽쳐와의 시간적 거리(picture of count, POC)를 고려하여 해당 블록의 벡터를 스케일링한 후후보군에 추가할 수도 있다. 또한, 현재 블록의 참조 픽쳐가 어떤 픽쳐인지에 따라 스케일링한 후보군을 추가할 수도 있다. 또한, 현재 블록의 참조 픽쳐와 후보 블록의 참조 픽쳐와의 시간적인 거리가 일정 거리를 넘을 때는 후보군에서 제외하고 그 이하일 때는 스케일링한 블록을 후보군에 포함할 수도 있다.

전술한 유사성 체크(similarity check)란, 이미 예측 후보군에 포함된 움직임 벡터와 새롭게 추가하고자 하는 움직임 벡터가 얼마나 유사한지를 비교하고 결정하는 과정이다. 정의에 따라서, x, y 성분이 완벽하게 일치할 때, 참(true)이 되도록 설정되거나, 일정 문턱치(theshold value) 범위 이하의 차이를 가질 때 참(true)이 되도록 설정될 수 있다.

본 실시예에서는 참조 픽쳐가 현재 픽쳐를 가리킨다는 조건을 예로 들고 있지만 참조 픽쳐가 현재 픽쳐 아닌 경우에로 확장될 수 있다. 예를 들어, '현재 블록이 가리키고 있는 픽쳐보다 더 먼 픽쳐를 사용하는 블록은 제외한다'와 같은 설정을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 현재 블록과 참조픽쳐가 다르더라도 스케일링을 통해 후보군에 넣을 수 있다.

혼합 리스트

현재 블록의 양방향 예측을 수행하여 참조 픽쳐 리스트(L0, L1)에 존재하는 참조 픽쳐에 각각의 움직임 정보가 있다고 할 경우. 미리 설정된 후보군의 우선순위에 따라 가용성(availability)을 확인한다. 이 경우 우선순위는 양방향 예측으로 부호화된 것을 먼저 확인한다.

만약 각각의 참조 픽쳐가 다를 경우, 스케일링을 수행한다. 앞서 공간적, 시간적으로 탐색하였을 때, 양방향 예측된 블록들만 후보군에 넣었을 때, 그리고 최대 후보수를 넘지 않았을 때에는 앞서 수행한 후보 블록 중 단방향 예측으로 부호화된 블록들을 예비 후보군에 넣은 후에 이들 후보들의 조합으로 양방향 예측을 위한 후보를 만들 수 있다.

우선 현재 블록의 양방향 예측의 움직임 정보는, L0에서 1번, L1에서 0번의 참조 픽쳐에서 참조된다고 가정하자. 표 5(a)의 경우 첫 번째로 후보에 들어간 블록의 움직임 정보는 (mvA₁, ref1)와 (mvA₂, ref0), 그리고 두 번째로 후보에 들어간 블록의 움직임 정보는 (mvB₁’, ref1)와 (mvB₂’, ref0)라고 하자. 여기에서 아포스트로피(’)의 의미는 스케일링된 벡터이다. 공간적, 시간적 탐색까지 마친 후의 후보수가 2개라고 할 경우, 다만 n은 5라고 가정하면, 앞선 단계에서 단방향 예측된 블록들을 미리 설정된 우선순위에 따라 예비 후보로 넣을 수 있다.

표 3(a)에서는 아직까지 최대 후보수만큼 채우지 못했기 때문에 나머지 움직임 벡터들 mvC, mvD, mvE를 이용한 스케일링된 단방향의 후보들을 조합하여 새로운 후보를 추가할 수 있다.

표 3(b)에서 각각 단방향 예측된 블록의 움직임 정보가 현재 블록의 참조 픽쳐에 따라 스케일링 된다. 여기에서 단방향의 후보들로 새로운 조합을 만드는 예를 선보였으나, 이미 추가된 양방향의 참조 픽쳐들(L0, L1) 각각의 움직임 정보들로 새로운 후보의 조합이 가능할 수 있다. 이 부분은 단방향의 예측 등의 상황에서는 수행하지 않는다. 또한, 현재 블록의 참조 픽쳐가 현재 픽쳐일 경우에도 수행하지 않는다.

고정(constant) 후보

만약 위의 과정을 통해 최대 후보수 n개(본 실시예에서는 2로 가정함)의 후보 블록을 구성하지 못하는 경우, 미리 설정된 고정 좌표를 갖는 고정(constant) 후보를 추가할 수 있다. (0,0), (-a,0), (-2*a,0), (0,-b)와 같은 고정 좌표를 갖는 고정 후보를 사용할 수 있으며, 최대 후보수에 맞춰 고정 후보의 개수를 설정할 수 있다.

위와 같은 고정 좌표를 설정할 수도 있고, 위의 과정을 통해 현재까지 후보군에 포함된 최소 2개 이상의 움직임 벡터의 평균, 가중치 평균, 중간값 등의 과정을 통해 고정 후보로 추가할 수 있다. 만약 n이 5이고 현재까지 3개가 후보{(mvA_x,mvA_y), (mvB_x, mvB_y), (mvC_x, mvC_y)}로 등록되어 있다면, 남은 2개의 후보를 채우기 위해 미리 정해진 우선순위를 가진 고정 후보들을 포함하는 후보군을 두고 그에 따른 우선순위에 따라 고정 후보를 추가할 수 있다. 고정 후보군은 예를 들면 {(mvA_x + mvB_x)/2, (mvA_y + mvB_y)/2), ((mvA_x + mvB_x + mvC_x)/3, (mvA_y + mvB_y + mvC_y)/3), (median(mvA_x, mvB_x, mvC_x), median(mvA_y, mvB_y, mvC_y)) 등과 같은 고정 후보들을 포함할 수 있다.

또한, 현재 블록의 참조 픽쳐에 따라 고정 후보를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 현재 픽쳐가 참조 픽쳐일 때는 (-a,0), (0,-b), (-2*a,0)과 같이 고정 후보를 설정할 수도 있고, 현재 픽쳐가 참조 픽쳐가 아닐 때는 (0,0), (-a,0), (average(mvA_x, …), average(mvA_y, …))과 같이 설정할 수도 있다. 이에 따른 정보는 부호화기나 복호화기에 미리 설정할 수 있고, 또는 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스 등의 단위로 전송 가능하다.

이하에서는 모션 벡터 카피(MVC)에 대해서 좀더 상세히 설명하기로 한다.

P 픽쳐나 B 픽쳐에 대한 설명

본 실시예에서는 시간적인 후보(F, G)도 포함한다고 가정한다. 후보군은 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J를 포함한다. 탐색 순서가 정해져 있는 건 아니지만 여기에서는 MVC 후보를 공간적으로 탐색하고, 시간적으로 탐색하고, 혼합 리스트를 구성하여 탐색하고, 고정(constant) 후보를 추가하는 순으로 진행한다고 가정한다.

즉, 앞에 설명한 부분도 이와 같이 탐색 순서를 임의로 정해놓은 것이지 미리 정해진 순서를 사용한다는 것이 아니다. 우선순위를 정해두고 그에 따른 가용성을 체크한다. n을 5, 우선순위는 괄호안과 같다고 가정한다.

이하의 설명에서는 전술한 모션 벡터 예측(MVP)에서의 차이 부분에 대해서만 설명하기로 한다. MVP 부분은 앞 부분에서 스케일링에 대한 부분만 빼고 아래의 내용을 첨부하여 작성할 수 있다. 공간적인 후보에 대해서는 스케일링 과정은 생략한 채 가용성을 확인할 수 있다. 다만, MVC와 비슷하게 참조 픽쳐의 타입, 현재 픽쳐 또는 현재 블록의 참조 픽쳐와의 거리 등을 후보군에서 제외할 수도 있다.

혼합 리스트가 존재하는 경우, 아래의 표 4와 같이 현재까지 추가된 후보들의 조합으로 양방향 예측을 위한 후보를 만들 수 있다.

표 4(a)에 나타낸 바와 같이, 참조 리스트 LO를 사용하는 후보와 참조 리스트 L1 사용하는 후보를 조합하여 새로운 후보를 움직임 벡터 후보군에 추가할 수 있다. 미리 정해진 움직임 벡터 개수인 5개를 채우지 못하는 경우, 표 4(b)에 나타낸 바와 같이, L0의 다음 후보와 L1을 사용하는 후보를 조합하여 새롭게 후보에 추가할 수 있다.

위와 같이 최적의 움직임 정보의 후보를 찾는 MVP, MVC 등의 모드에 따라 부호화할 수 있다.

스킵 모드일 경우에는 MVC를 이용하여 부호화할 수 있다. 즉, 스킵 플래그 처리 후에 최적의 움직임 벡터 후보에 대한 정보를 부호화할 수 있다. 후보가 1개일 경우에는 이 부분을 생략할 수 있다. 움직임 벡터 차분치 등을 따로 부호화하지 않고 현재 블록과 예측 블록과의 차분치인 잔차 성분에 대해 변환 및 양자화 등의 과정을 통해 부호화할 수 있다.

스킵이 아니면 우선순위로 MVC를 통해 움직임 정보를 처리할지에 대해 먼저 확인과정을 거친 후 맞으면 최적의 움직임 벡터의 후보군에 대한 정보를 부호화할 수 있다. 만약 MVC를 통해 움직임 정보를 처리할 것이 아니면 MVP를 통해 움직임 정보를 처리할 수 있다. MVP의 경우 최적의 움직임 벡터 후보에 대한 정보를 부호화할 수 있다. 여기에서 후보가 1개인 경우 움직임 정보 처리를 생략할 수 있다. 그리고 현재 블록의 움직임 벡터와의 차분치, 참조 방향, 참조 픽쳐 인덱스 등의 정보를 부호화하고 잔차 성분을 얻은 다음 이에 대해 변환 및 양자화 등의 과정을 통해 부호화할 수 있다.

이후의 엔트로피 및 후처리 필터링 등 코덱에 대한 것은 상술한 설명과의 중복을 피하기 위해 생략한다.

도 17은 도 15에서 블록 단위로 움직임 벡터 정밀도가 다른 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 블록의 움직임 벡터 정밀도가 결정되는 케이스를 설명하기 위한 도면이다.

도 17에서 각 픽쳐 아래쪽에 기재된 괄호 안 숫자(2)는 보간 정밀도 깊이 정보라고 가정한다. 즉, 도 17은 현재 픽쳐(t)와 참조 픽쳐들(t-1, t-2, t-3)을 포함한 픽쳐들 각각의 보간 정밀도는 고정되어 있지만, 블록 단위로 움직임 벡터 정밀도가 적응적으로 결정되는 경우이고, 도 18은 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 블록의 움직임 벡터 정밀도가 결정되는 경우이다. 도 18에서 보간 정밀도의 깊이 정보는

전술한 두 경우들 각각에서 전술한 '움직임 정보 예측 후보의 선택' 또는 '움직임 벡터 후보의 선택'에 기초하여 움직임 벡터 예측값을 생성할 수 있다.

본 실시예에서 움직임 벡터의 예측에 사용되는 최대 후보수는 3개로 설정될 수 있다. 여기에서, 후보 블록은 현재 블록의 왼쪽, 위쪽, 오른쪽 위 블록들로 한정될 수 있다. 후보 블록은 공간적으로뿐만 아니라 시간적 그리고 공간적으로 인접하지 않은 근처의 블록으로 설정가능하다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 벡터 차분치를 이용하는 영상 부호화 및 복호화 방법에 대한 흐름도이다.

도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 영상 복호화 방법은, 예측부에서 움직임 정보 예측 후보군을 구성한 후, 현재 블록의 움직임 벡터와의 차분치를 구할 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 후보군에 속한 블록의 움직임 벡터를 현재 블록의 움직임 벡터의 정밀도 단위에 맞춰 변경할 수 있다(S192).

다음, 현재 블록의 움직임 벡터의 참조 픽쳐의 거리 즉, 현재 픽쳐와 참조 픽쳐와의 거리 및 후보군에 속한 블록의 픽쳐와 해당 블록의 참조 픽쳐와의 거리에 따라 움직임 벡터 스케일링 과정을 수행할 수 있다(S194).

다음으로, 예측부는 하나의 픽쳐로 스케일링된 움직임 벡터들을 토대로 현재 블록과 해당 블록의 움직임 벡터 차분치를 획득할 수 있다(S196).

전술한 단계들을 통해 움직임 벡터 차분치를 획득하는 과정을 아래의 예시를 통해 좀더 구체적으로 설명하기로 한다.

도 20 내지 도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 블록 단위로 보간 정밀도가 정해질 때 다양한 케이스들에 대한 움직임 벡터 차분치 산출 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

픽쳐 단위로 보간 정밀도가 정해지는 경우

도 20에 나타낸 바와 같이, 현재 블록 주위의 3개의 블록이 움직임 정보 부호화를 위한 후보 블록이라고 가정한다. 여기서, 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 현재 픽쳐(t)는 정수(integer, Int), 제1 참조 픽쳐(t-1)는 1/4, 제2 참조 픽쳐(t-2)는 1/4, 제3 참조 픽쳐(t-3)는 1/2이라고 가정한다.

도 20에서 (A1)의 블록들을 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (A2)의 블록들과 같이 표현할 수 있다.

현재 블록의 참조 픽쳐와 다른 참조 픽쳐를 가리키고 있는 블록에도 참조 픽쳐 간의 거리를 고려하여 스케일링을 통해 후보로 사용 가능하다고 설정하면, (A2)의 블록을 (A3)의 후보 블록들의 참조 픽쳐와 현재 블록의 참조 픽쳐의 거리를 고려하여 스케일링을 수행할 수 있다. 같은 참조 픽쳐의 블록은 스케일링하지 않는다. 스케일링을 수행할 때, 현재 픽쳐와 참조 픽쳐의 거리보다 작은 경우에는 반올림, 올림, 내림 중 하나를 선택하여 적용할 수 있다. 그런 다음, (A4)의 블록과 같이 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 고려하여 후보 블록의 움직임 벡터를 조정할 수 있다. 본 실시예에서는 오른쪽 위 블록이 최적의 후보로 선택되었다고 가정한 것이다.

도 20에서 아래 가운데에 위치하는 현재 블록을 기준으로 오른쪽 위 블록만 1/2 단위이므로 이를 1/4단위로 바꿔주기 위해 분모와 분자에 2씩을 곱했지만, 만약 그 반대의 상황 예컨대, 1/8 단위에서 1/4 단위로 조정하는 경우에는, 이후 후보군 중 최적의 후보(MVcan)를 선택한 후 현재 블록의 움직임 벡터(MVx)와의 차분치(MVD)를 구하여 이를 부호화할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

MVD = MVx - MVcan → (2/4, 1/4)

전술한 실시예에서는 스케일링을 먼저 수행하고 나중에 정밀도를 조정하였으나, 이에 한정되지 않으며, 정밀도를 먼저 수행하고 스케일링을 수행할 수도 있다.

블록 단위로 보간 정밀도가 정해질 때, 현재 블록과 후보 블록들의 참조 픽쳐가 같다고 가정하는 경우

도 21에 나타낸 바와 같이, 현재 블록 주위의 3개의 블록들이 움직임 정보 부호화를 위한 후보 블록들이다. 여기서 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 모두 1/8로 같다고 가정한다. (B1)의 블록들은 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (B2)의 블록들과 같이 표현될 수 있다. 현재 블록의 참조 픽쳐와 후보 블록의 참조 픽쳐가 같기 때문에 스케일링 과정은 생략된다.

다음, (B2)의 후보 블록들 각각의 움직임 벡터는 (B3)의 블록들과 같이 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 고려하여 조정될 수 있다.

그런 다음, 후보군 중 최적의 후보(MVcan)를 선택한 후 현재 블록의 움직임 벡터(MVx)와의 차분치(MVD)를 구하여 이를 부호화 한다. 도 21에서는 아래 라인의 가운데에 위치하는 현재 블록을 기준으로 그 위쪽 블록이 최적의 후보로 선택된 것으로 가정한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

MVD = MVx - MVcan → (1/2, -1/2)

블록 단위로 보간 정밀도가 정해질 때, 현재 블록과 후보 블록들의 참조 픽쳐가 다른 경우

본 실시예에서 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 모두 같다고 가정한다. 일례로 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 모두 1/8일 수 있다.

도 22를 참조하면, (C1)의 블록들을 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (C2)의 블록들과 같이 표현할 수 있다. 그리고 현재 블록의 참조 픽쳐와 후보 블록의 참조 픽쳐가 다르기 때문에 스케일링을 수행하여 (C3)의 블록들을 얻을 수 있다.

다음, (C3)의 블록들 중에서 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 고려하여 (C4)의 블록들과 같이 후보 블록의 움직임 벡터를 조정할 수 있다. 그 후, 후보군 중 최적의 후보(MVcan)를 선택한 후 현재 블록의 움직임 벡터(MVx)와의 차분치(MVD)를 구하여 이를 부호화할 수 있다. 도 22에서는 아래쪽 가운데에 위치하는 현재 블록을 기준으로 오른쪽 위쪽 블록이 최적의 후보로 선택된 것으로 가정한다. 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

MVD = MVx - MVcan → (1/4, 3/4)

픽쳐 단위로 보간 정밀도가 정해질 때, 시간적으로 위치한 후보 블록도 포함하는 경우

본 실시예에서 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 모두 같다고 가정한다. 일례로 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 1/2이라고 가정한다. 도 23에 나타낸 바와 같이, (D1)의 블록들을 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (D2)의 블록들과 같이 표현할 수 있다. 현재 픽쳐를 참조 픽쳐로 삼는 블록의 경우, 일반적인 움직임 예측이 아니기 때문에 해당 블록은 후보군에서 제외(invalid)할 수 있다.

다음, 현재 블록의 참조 픽쳐와 후보 블록의 참조 픽쳐가 다르기 때문에 스케일링을 수행하여 (D3)의 블록들을 얻을 수 있다. 이때, co-located block의 픽쳐가 특정 참조 픽쳐(t-1)이라고 가정한다.

그 후, (D3)의 블록들 중에서 아래 가운데에 위치하는 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 고려하여 (D4)의 블록과 같이 후보 블록의 움직임 벡터를 조정할 수 있다. 그런 다음, 후보군 중 최적의 후보(MVcan)를 선택한 후 현재 블록의 움직임 벡터(MVx)와의 차분치(MVD)를 구하여 이를 부호화할 수 있다. 본 실시예에서는 co-located 블록이 최적의 후보로 선택된 것으로 가정하고 있다. 전술한 구성을 수식으로 표현하면 다음과 같다.

MVD = MVx - MVcan → (2/4, 2/4)

블록 단위로 보간 정밀도가 정해질 때, 현재 블록이 현재 픽쳐를 참조하는 경우

본 실시예에서 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 모두 같다고 가정한다. 일례로, 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 1/4일 수 있다.

도 24에 도시한 바와 같이, (E1)의 블록들을 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (E2)의 블록들과 같이 표현할 수 있다. 아래쪽 가운데에 위치하는 현재 픽쳐를 참조 픽쳐로 삼는 블록의 경우, 일반적인 움직임 예측이 아닌 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 수행하기 때문에 동일한 동작을 수행하는 위쪽 블록만 후보로 남고 나머지는 후보군에서 제외(invalid)될 수 있다.

현재 블록의 참조 픽쳐와 후보 블록의 참조 픽쳐가 같기 때문에 스케일링을 수행하지 않는다. 그런 다음, 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 고려하여 (E3)의 블록들과 같이 후보 블록의 움직임 벡터를 조정할 수 있다.

그런 다음, 후보군 중 최적의 후보(MVcan)를 선택한 후 현재 블록의 움직임 벡터(MVx)와의 차분치(MVD)를 구하여 이를 부호화할 수 있다. 본 실시예에서 위쪽 블록이 최적의 후보로 선택된 것으로 가정한다. 전술한 과정의 결과를 수식으로 표현하는 다음과 같다.

MVD = MVx - MVcan → (-5/2, -1/2)

다음으로, 본 실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법은 현재 블록의 부호화에 이웃하는 참조 블록의 정보를 활용할 수 있다. 이와 관련하여, 도 25에 나타낸 바와 같이, 현재 블록을 중심으로 이웃 블록의 부호화 모드 및 그에 따른 정보를 이용할 수 있다.

도 25에서 위쪽의 블록들(E5)은 현재 픽쳐가 I 픽쳐일 때의 경우이며, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 통해 예측 블록을 생성하여 부호화하는 경우를 나타내고 있다.

본 실시예의 화면내 예측은, 기존의 외삽 기반의 방법에 더하여 본 실시예의 방법을 적용한 것으로서, INTRA로 표현될 수 있으며, 현재 픽쳐에서 블록 매칭을 수행할 경우 Inter를 포함할 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, Inter일 땐, 움직임 벡터, 참조 픽쳐 등의 정보 등을 활용할 수 있다. 이웃하는 블록 부호화 모드가 같은 경우에 해당 블록(E5, E6 및 E7)의 정보를 기재된 순서대로 현재 블록의 부호화에 활용할 수 있으며 바로 근접하지 않은 블록들도, 예를 들어, (E5)의 블록들에서 블록의 부호화 모드를 확인하여 후보 블록으로 추가하는 경우에 부호화 모드가 inter이고 추가적으로 참조 픽쳐(ref)를 확인하는데 ref가 t라고 표시된 블록들도 현재 블록의 부호화에 활용할 수 있다. 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 움직임 벡터의 정밀도가 정해지는 경우 예컨대, 현재 픽쳐의 보간 정밀도가 정수 단위인 경우, Inter로 부호화된 블록들의 움직임 벡터는 정수 단위로 표현될 수 있다.

(E6)는 현재 픽쳐가 P나 B일 때의 경우를 나타낸다. 현재 블록의 부호화에 이웃하는 참조 블록의 정보를 활용할 수 있다. 만약 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 움직임 벡터의 정밀도가 정해지는 경우, 각 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 각 블록의 움직임 벡터 정밀도가 설정될 수 있다.

(E7)은 현재 픽쳐가 P나 B의 경우이며, 현재 픽쳐가 참조 픽쳐로 포함되는 경우이다. 참조 블록의 보간 정밀도에 따라 각 블록의 움직임 벡터의 정밀도가 결정될 수 있다.

(E8)은 현재 블록의 부호화를 위해 co-located block의 정보를 활용하는 경우이다. 각각의 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 각 블록의 움직임 벡터의 정밀도가 결정될 수 있다.

이후의 부호화 및 복호화 과정에서는 움직임 정보를 부호화하는 과정이 적용될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 움직임 벡터의 차분치에 대해서 정밀도를 적응적으로 두어 부호화하게 된다. 즉, 참조 픽쳐의 보간 정밀도가 일정하고, 블록 간의 움직임 벡터 정밀도가 일정한 경우를 포함할 수 있다. 즉, 참조 픽쳐의 보간 정밀도에 따라 움직임 벡터 정밀도가 정해질 수 있다.

도 26 내지 도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 및 복호화 방법에서 움직임 벡터 차분치의 정밀도에 대한 표현 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

본 실시예에서는 여러 후보블록 중 최적의 후보 블록의 움직임 벡터가 (a, b)이고 현재 블록의 움직임 벡터가 (c, d)라고 한다. 설명의 편의를 위해 참조 픽쳐가 같다고 가정한다.

도 26의 (F1)에 나타낸 바와 같이, 참조 픽쳐의 보간 정밀도는 1/4이라고 가정한다. 현재 블록과 최적의 후보 블록의 움직임 벡터 차분치(c-a, d-b)를 구해서 복호화기에 보내야 한다. 이를 위해, 본 실시예에서는 (F1)의 블록들을 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (F2)의 블록들과 같이 표현할 수 있다. 참조 픽쳐가 같고 각 블록의 움직임 벡터 정밀도가 같기 때문에 바로 (F2)의 블록들을 움직임 벡터 부호화에 활용할 수 있다.

즉, (F2)에 나타낸 바와 같이, 현재 블록의 움직임 벡터인 (c,d)가 (21/4, 10/4)이고, 최적의 후보 블록을 왼쪽 블록이라고 할 경우 왼쪽 블록의 움직임 벡터인 (a,b)는 (13/4, 6/4)이므로, 이들의 차분치를 나타내는 (c-d, d-b)는 (8/4, 4/4)가 된다. 움직임 벡터 정밀도가 1/4단위이므로, 아래 표 5와 같이 이진 인덱스(bin index)를 8과 4를 사용하여 처리할 수 있다. 다만, 움직임 벡터의 차분치에 대한 정밀도에 대한 정보를 보내준다면 이러한 정밀도를 더 짧은 비트 인덱스(bit index)를 할당하여 처리할 수 있다.

현재 블록의 움직임 벡터 차분치가 정수 단위의 정밀도를 갖는다는 정보를 전송하면, 기존의 bin index를 8과 4를 써야 할 것을 정수 단위로 옮겨 2와 1을 사용함으로써 더 짧은 bin index를 사용할 수 있다. 여러 가지 이진화 방법을 사용한다고 할 경우, 예컨대 단항 이진화를 사용하는 경우, 전술한 차분치인 (8/4, 4/4)를 위해 111111110 + 11110 의 비트를 전송해야 하지만, 차분치의 정밀도에 대한 정보를 보내주고 (2/1, 1/1)에 해당하는 110 + 10 의 비트를 전송하면, 더 짧은 비트를 사용할 수 있어 부호화 효율을 높일 수 있다.

도 27에 도시한 방식으로 움직임 벡터 차분치의 정밀도를 표현한다고 하면 위의 경우 11(정수)에 대한 정보와 차분치에 대한 (2/1, 1/1)에 대한 정보를 보내주면 된다.

전술한 실시예에서는, x와 y 성분에 대해 움직임 벡터 차분치 정밀도를 같이 적용했지만 개별적으로 적용하는 것도 가능하다.

*도 28에서 (G1)을 각각의 움직임 벡터 정밀도에 맞춰 (G2)와 같이 표현할 수 있다. 참조 픽쳐가 같고, 각 블록의 움직임 벡터 정밀도가 같기 때문에 바로 (G2)를 움직임 벡터 부호화에 활용할 수 있다.

최적의 후보 블록은 현재 블록의 왼쪽 블록이라고 가정하는 경우, 이에 대한 차분치를 구하면 (8/4, 5/4)와 같이 표현 가능하다. 이렇게 표현되는 최적의 후보 블록의 x, y에 대해 움직임 벡터 차분치의 정밀도를 각각 적용한다면 x는 정수 단위로 2/1, y는 1/4 단위로 5/4로 표현할 수 있다.

움직임 벡터 차분치의 정밀도를 도 27의 표 형태 아래의 트리처럼 표현한다고 하면, x에 대해선 11(정수)에 대한 정보와 y에 대해선 0(1/4)에 대한 정보를 그리고 각각의 차분치 정보인 2/1과 5/4를 보내주면 된다(도 29 참조).

즉, 위의 경우에 도 29에 나타낸 바와 같이 차분치 정밀도에 대한 범위를 최대 정밀도(1/4)부터 최소 정밀도(정수)까지 후보군에 넣을 수 있다. 물론, 본 발명을 그러한 구성으로 한정되지 않고, 다양하게 후보군을 구성할 수 있다. 만약 최대 정밀도(일례로, 1/8)부터 최소 정밀도 중 최소 2개 단위의 정밀도를 포함하여 구성할 수도 있다.

전술한 실시예에 있어서, 영상 부호화 방법은, 부호화된 영상을 복호화하기 위해 위에서 설명한 움직임 벡터 차분치를 이용하는 경우, 영상 복호화 방법으로 대체되어 사용될 수 있다. 또한, 영상 부호화/복호화 방법은 부호화 및 복호화를 위한 적어도 하나의 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 구비하는 영상 처리 장치 혹은 영상 부호화 및 복호화 장치에 의해 실행될 수 있음은 물론이다.

전술한 실시예에 의하면, 화면 내 예측 기술이 사용되고 있는 MPEG-2, MPEG-4, H.264 등의 국제 코덱 또는 기타 다른 코덱과 이 코덱들을 사용하는 매체, 그리고 영상 산업에 전반적으로 이용가능한 고성능 고효율의 영상 부호화 복호화 기술을 제공할 수 있다. 또한, 향후에는 현재의 고효율 영상 부호화 기술(HEVC) 및 H.264/AVC와 같은 표준 코덱과 화면 내 예측을 사용하는 영상 처리 분야에 적용이 예상된다.

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.

Claims (7)

1. 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도 정보에 기초하여 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 결정하는 단계;
   상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도에 기초하여, 상기 현재 블록의 움직임 정보로부터 상기 현재 블록의 움직임 벡터를 결정하는 단계; 및
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계를 포함하고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 상기 현재 블록의 참조 픽처가 상기 현재 픽처인지 여부에 따라 결정되고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도 정보가 0을 나타낼 때, 상기 현재 블록의 상기 참조 픽처가 상기 현재 픽처일 경우, 상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 1로 결정되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도에 기초하여, 상기 현재 블록의 움직임 정보로부터 상기 현재 블록의 움직임 벡터를 결정하는 단계;
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 예측하는 단계; 및
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도를 나타내는 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도 정보를 부호화하는 단계를 포함하고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 상기 현재 블록의 참조 픽처가 상기 현재 픽처인지 여부에 따라 결정되고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도 정보가 0을 나타낼 때, 상기 현재 블록의 상기 참조 픽처가 상기 현재 픽처일 경우, 상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 1로 결정되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
   
7. 비트스트림 저장 방법에 있어서,
   현재 블록의 움직임 정보 및 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도를 나타내는 상기 현재 블록의 움직임 벡터 정밀도 정보를 포함하는 비트스트림을 생성하는 단계; 및
   상기 비트스트림을 저장하는 단계를 포함하고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도 정보에 기초하여 결정되고,
   상기 현재 블록의 움직임 벡터는 상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도에 기초하여 상기 현재 블록의 상기 움직임 정보로부터 결정되고,
   상기 현재 블록은 상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터에 기초하여 예측되고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 상기 현재 블록의 참조 픽처가 상기 현재 픽처인지 여부에 따라 결정되고,
   상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도 정보가 0을 나타낼 때, 상기 현재 블록의 상기 참조 픽처가 상기 현재 픽처일 경우, 상기 현재 블록의 상기 움직임 벡터 정밀도는 1로 결정되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 비트스트림 저장 방법.

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