KR102584163B1 - 영상 부호화 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 입력된 영상의 부호화 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 입력된 블록과 예측 블록의 차분(residual)을 부호화하는 부호화부, 여기서, 상기 부호화 블록이 분할된 적어도 하나 이상의 하위 블록을 포함하고; 상기 하위 블록의 예측 모드(prediction mode)에 따라 예측을 수행하여 상기 예측 블록을 생성하고, 상기 입력된 블록과 상기 예측 블록의 차분(residual) 데이터를 부호화하고; 상기 부호화된 차분(residual) 데이터를 변환(transform)하는 변환부; 및 상기 변환된 데이터와 시그널링 정보를 포함하는 비트스트림을 전송하는 전송부,여기서 상기 예측 모드는 인트라 예측 모드(intra prediction mode) 및 인터 예측 모드(inter prediction mode) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 인트라 예측 모드는, 상기 하위 블록의 복원된 루마 샘플들을 이용해서 상기 루마 샘플들과 관련된 크로마 블록을 예측하는 영상 부호화 장치를 포함한다.

Description

영상 부호화 장치{APPARATUS FOR IMAGE ENCODING}
본 발명은 영상 처리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 루마 픽셀을 이용하여 크로마 픽셀을 예측하는 인트라 예측 방법 및 이를 이용하는 장치에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 해상도를 지원하는 방송 시스템이 국내뿐만 아니라 세계적으로 확대되면서, 많은 사용자가 고해상도, 고화질의 영상에 익숙해지고 있으며, 이에 따라 많은 기관들이 차세대 영상기기에 대한 개발에 박차를 가하고 있다. 또한, HDTV와 더불어 HDTV의 4배 이상의 해상도를 지원하는 UHD(Ultra High Definition)에 대한 관심이 증대되면서, 더욱 높은 해상도, 고화질의 영상에 대한 압축 기술이 요구되고 있다.
영상의 압축을 위해, 선행하는 픽쳐 및/또는 뒤에 나오는 픽쳐로부터 현재 픽쳐에 포함된 픽셀 값을 예측하는 인터(inter) 예측 기술, 픽쳐 내의 픽셀 정보를 이용하여 픽셀 값을 예측하는 인트라(intra) 예측 기술, 출현 빈도가 높은 심볼(symbol)에 짧은 부호를 할당하고 출현 빈도가 낮은 심볼에 긴 부호를 할당하는 엔트로피 부호화 기술 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 루마 픽셀을 이용하여 크로마 픽셀을 예측하는 인트라 크로마 예측 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 주변 블록의 픽셀 값을 이용하지 않고 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 예측하는 인트라 크로마 예측 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공함에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 개시된 실시 예는 입력된 영상의 부호화 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 입력된 블록과 예측 블록의 차분(residual)을 부호화하는 부호화부, 여기서, 상기 부호화 블록이 분할된 적어도 하나 이상의 하위 블록을 포함하고; 상기 하위 블록의 예측 모드(prediction mode)에 따라 예측을 수행하여 상기 예측 블록을 생성하고, 상기 입력된 블록과 상기 예측 블록의 차분(residual) 데이터를 부호화하고; 상기 부호화된 차분(residual) 데이터를 변환(transform)하는 변환부; 및 상기 변환된 데이터와 시그널링 정보를 포함하는 비트스트림을 전송하는 전송부,여기서 상기 예측 모드는 인트라 예측 모드(intra prediction mode) 및 인터 예측 모드(inter prediction mode) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 인트라 예측 모드는, 상기 하위 블록의 복원된 루마 샘플들을 이용해서 상기 루마 샘플들과 관련된 크로마 블록을 예측하는 영상 부호화 장치를 포함한다.
영상 부호화 장치 및/또는 복호화 장치의 하드웨어 복잡도와 동작 전력 소비를 줄일 수 있다.
외부 메모리로의 접근 없이 인트라 크로마 예측을 수행할 수 있다.
도 1은 영상 부호화기의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 영상 복호화기의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 하나의 유닛이 복수의 하위 유닛으로 분할되는 일 예를 나타낸다.
도 4는 일반적인 인트라 크로마 예측 방법에 있어서 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 도출하기 위해 루마 성분에 대하여 다운 샘플링을 수행하는 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 크로마 예측 방법에 있어서 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 도출하기 위해 루마 성분에 대하여 다운 샘플링을 수행하는 일 예를 나타낸다.
도 6은 영상 복호화기에서 수행되는 인트라 예측의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 단, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있거나 "접속되어" 있다고 서술되어 있는 경우, 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나, 접속되어 있을 수 있으나, 또 다른 구성요소가 중간에 존재할 수도 있다. 또한, 본 발명에서 특정 구성 요소를 "포함"한다고 서술되어 있는 경우, 해당 구성 요소 이외의 구성 요소를 배제하는 것이 아니라, 추가적인 구성 요소가 본 발명의 실시예 또는 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
"제 1", "제 2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 즉, 상기 용어 들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 따라서, 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로 제 2 구성요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성 요소는 서로 다른 특징적인 기능을 수행하는 것을 나타내기 위해 독립적으로 도시될 뿐, 각 구성 요소가 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 없음을 의미하는 것은 아니다. 즉, 각 구성 요소는 설명의 편의상 구분된 것으로, 복수의 구성 요소가 합쳐져 하나의 구성 요소로 동작하거나, 하나의 구성 요소가 복수의 구성 요소로 나뉘어져 동작할 수 있고, 이는 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위로 포함된다.
또한, 일부 구성 요소는 본 발명의 본질적인 기능을 수행하는 필수 구성 요소가 아닌 성능의 향상을 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 선택적 구성 요소를 제외하고 필수 구성 요소만을 포함한 구조로도 구현될 수 있으며, 필수 구성 요소만을 포함한 구조 역시 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
도 1은 영상 부호화기의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
영상 부호화기(100)는 움직임 예측부(111), 움직임 보상부(112), 인트라 예측부(120), 스위치(115), 감산기(125), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(175), 필터부(180) 및 참조 픽쳐 버퍼(190)를 포함한다.
영상 부호화기(100)는 입력 영상을 인트라 예측 모드(intra prediction mode) 또는 인터 예측 모드(inter prediction mode)로 부호화하여 비트스트림(bitstream)을 출력한다. 인트라 예측은 화면 내 예측, 인터 예측은 화면 간 예측을 의미한다. 영상 부호화기(100)는 스위치(115)의 전환을 통해 인트라 예측 모드와 인터 예측 모드 사이를 천이한다. 영상 부호화기(100)는 입력 영상의 입력 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 입력 블록과 예측 블록의 차분(residual)을 부호화한다.
인트라 예측 모드의 경우, 인트라 예측부(120)는 부호화 대상 블록 주변의 이미 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
인터 예측 모드의 경우, 움직임 예측부(111)는 참조 픽쳐 버퍼(190)에 저장되어 있는 참조 픽쳐 내에서 입력 블록과 가장 매칭이 잘 되는 참조 블록을 찾아서 움직임 벡터를 구한다. 움직임 보상부(112)는 상기 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행하고 예측 블록을 생성한다. 여기서, 움직임 벡터는 인터 예측에 사용되는 2차원 벡터이며, 현재 부호화/복호화의 대상 블록과 참조 블록 사이의 오프셋을 나타낸다.
감산기(125)는 입력 블록과 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성하고, 변환부(130)는 상기 차분 블록을 변환(transform)하여 변환 계수(transform coefficient)를 출력한다. 양자화부(140)는 상기 변환 계수를 양자화하여 양자화된 계수(quantized coefficient)를 출력한다.
엔트로피 부호화부(150)는 부호화/양자화 과정에서 획득한 정보에 기반한 엔트로피 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력한다. 엔트로피 부호화는 빈번하게 발생되는 심볼(symbol)을 적은 수의 비트로 표현함으로써 부호화의 대상 심볼에 대한 비트열의 크기를 감소시킨다. 따라서, 엔트로피 부호화를 통해 영상의 압축 성능의 향상을 기대할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 엔트로피 부호화를 위해 지수 골룸(exponential golomb), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법을 사용할 수 있다.
한편, 부호화된 픽쳐는 인터 예측을 수행하기 위한 참조 픽쳐로 사용되기 위해 다시 복호화되어 저장될 필요가 있다. 따라서, 역양자화부(160)는 양자화된 계수를 역양자화하고, 역변화부(170)는 역양자화된 계수를 역변환(inverse transform)하여 복원된 차분 블록을 출력한다. 가산기(175)는 예측 블록에 복원된 차분 블록을 더하여 복원 블록을 생성한다.
필터부(180)는 적응적 인-루프(in-loop) 필터로도 불리며, 복원 블록에 디블록킹 필터링(deblocking filtering), SAO(Sample Adaptive Offset) 보상, ALF(Adaptive Loop Filtering) 중 적어도 하나 이상을 수행한다. 디블록킹 필터링은 블록 간 경계에 생긴 블록 왜곡을 제거하는 것을 의미하고, SAO 보상은 코딩 에러를 보상하기 위해 픽셀 값에 적정 오프셋(offset)을 더해주는 것을 의미한다. 또한, ALF는 복원된 영상과 원래의 영상을 비교한 값에 기반하여 필터링을 수행하는 것을 의미한다.
도 2는 영상 복호화기의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
영상 복호화기(200)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화부(220), 역변환부(230), 인트라 예측부(240), 움직임 보상부(250), 가산기(255), 필터부(260) 및 참조 픽쳐 버퍼(270)를 포함한다.
영상 복호화기(200)는 비트스트림을 인트라 예측 모드 또는 인터 예측 모드로 복호화하여 복원 영상을 출력한다. 영상 복호화기(200)는 스위치의 전환을 통해 인트라 예측 모드와 인터 예측 모드 사이를 천이한다. 영상 복호화기(200)는 비트스트림으로부터 차분 블록을 획득하고, 복원 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 차분 블록과 예측 블록을 더하여 복원 블록을 생성한다.
엔트로피 복호화부(210)는 확률 분포에 기반한 엔트로피 복호화를 수행한다. 엔트로피 복호화 과정은 상술한 엔트로피 부호화 과정의 반대과정이다. 즉, 엔트로피 복호화부(210)는 빈번하게 발생되는 심볼을 적은 수의 비트로 표현한 비트스트림으로부터 양자화된 계수를 포함하는 심볼을 생성한다.
역양자화부(220)는 양자화된 계수를 역양자화하고, 역변환부(230)는 역양자화된 계수를 역변환하여 차분 블록을 생성한다.
인트라 예측 모드의 경우, 인트라 예측부(240)는 복호화 대상 블록 주변의 이미 복호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
인터 예측 모드의 경우, 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터 및 참조 픽쳐 버퍼(270)에 저장된 참조 픽쳐를 이용한 움직임 보상을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
가산기(255)는 차분 블록에 예측 블록을 더하고, 필터부(260)는 가산기를 거친 블록에 디블록킹 필터링, SAO 보상, ALF 중 적어도 하나 이상을 수행하여 복원 영상을 출력한다.
이하, 유닛(unit)은 영상 부호화 및 복호화의 단위를 의미한다. 부호화/복호화 과정에서, 영상은 소정의 크기로 분할되어 부호화/복호화된다. 따라서, 유닛은 부호화/복호화 과정에 따라 부호화 유닛 (CU: Coding Unit), 예측 유닛 (PU: Prediction Unit), 변환 유닛(TU: Transform Unit) 등으로 구분되어 불릴 수 있다. 또한, 유닛은 블록으로 지칭될 수 있다. 하나의 유닛은 크기가 더 작은 하위 유닛으로 더 분할될 수 있다.
도 3은 하나의 유닛이 복수의 하위 유닛으로 분할되는 일 예를 나타낸다.
하나의 유닛은 트리 구조(tree structure)에 기반하여 깊이 정보(depth)를 가지고 계층적으로 분할될 수 있다. 각각의 분할된 하위 유닛은 깊이 정보를 가질 수 있다. 상기 깊이 정보는 유닛이 분할된 회수 및/또는 정도를 나타내므로, 상기 하위 유닛의 크기에 관한 정보를 포함할 수도 있다.
도 3의 310을 참조하면, 가장 상위 노드는 루트 노드(root node)로 불릴 수 있고, 가장 작은 깊이 값을 가질 수 있다. 이때, 가장 상위 노드는 레벨 0의 깊이를 가질 수 있으며, 분할되지 않은 최초의 유닛을 나타낼 수 있다.
레벨 1의 깊이를 갖는 하위 노드는 최초 유닛이 한 번 분할된 유닛을 나타낼 수 있으며, 레벨 2의 깊이를 갖는 하위 노드는 최초의 유닛이 두 번 분할된 유닛을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 3의 320에서 노드 a에 대응하는 유닛 a는 최초 유닛에서 한 번 분할된 유닛이고, 레벨 1의 깊이를 가질 수 있다.
레벨 3의 리프 노드(leaf node)는 최초 유닛이 3번 분할된 유닛을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 3의 320에서 노드 d에 대응하는 유닛 d는 최초 유닛에서 세 번 분할된 유닛이고, 레벨 3의 깊이를 가질 수 있다. 따라서, 가장 하위 노드인 레벨 3의 리프 노드는 가장 깊은 깊이를 가질 수 있다.
이하에서 부호화/복호화 대상 블록은 경우에 따라 현재 블록으로 지칭될 수도 있다. 또한 부호화/복호화 대상 블록에 대해 인트라 예측이 수행되는 경우, 상기 부호화/복호화 대상 블록은 예측 대상 블록으로 불릴 수도 있다.
한편, 영상 신호는 일반적으로 빛의 3 원색 성분을 나타내는 세 가지의 색 신호를 포함할 수 있다. 상기 세 가지 색 신호는 각각 R(Red), G(Green), B(Blue)로 표시될 수 있다. 상기 R, G, B 신호는 상기 R, G, B 신호와 등가인 하나의 루마(luma) 신호 및 두 개의 크로마(chroma) 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 루마 신호는 화면의 밝기를 나타내는 성분이고, 크로마 신호는 화면의 색(color)을 나타내는 성분이다. 루마 신호는 Y로 표시될 수 있고, 크로마 신호는 C로 표시될 수 있다. 이하에서, 루마 성분을 포함하는 블록을 루마 블록, 크로마 성분을 포함하는 블록을 크라마 블록이라 한다.
인간의 눈은 루마 신호에 대해서 민감하고, 크로마 신호에 대해서 둔감하므로, 하나의 영상 또는 블록 내에서 크로마 성분의 픽셀 수를 루마 성분의 픽셀 수보다 작게 설정할 수 있다. 예를 들어, 4:2:0 영상 포맷에서, 임의의 크로마 블록의 수평/수직 픽셀 수는 대응되는 루마 블록의 픽셀수의 수평/수직 픽셀 수의 1/2일 수 있다. 예를 들어, 4:2:2 영상 포맷에서, 임의의 크로마 블록의 수평 픽셀 수는 대응되는 루마 블록의 수평 픽셀 수의 1/2일 수 있다(수직 픽셀 수는 동일). 이러한 특성을 이용하여 R, G, B 신호가 루마 신호 및 크로마 신호로 변환되는 경우, 영상 처리에 사용되는 주파수 대역을 감소시킬 수 있다.
인트라 예측은 현재 블록의 인트라 예측 모드에 따라 수행된다. 영상 내의 크로마 성분은 대응되는 루마 성분과 큰 상관성을 가지므로, 크로마 블록의 예측 모드는 대응되는 루마 블록의 예측 모드를 이용하여 부호화될 수 있으며, 복호화기는 루마 블록의 예측 모드를 이용하여 크로마 블록의 예측 모드를 도출할 수 있다.
루마 성분과 크로마 성분의 상관성은 매개변수를 이용한 선형 관계로 표현될 수 있다. 수학식 1은 루마 성분과 크로마 성분의 상관성을 나타내는 일 예이다.
여기서, PU/V는 예측 대상 블록 내의 크로마 성분에 대한 예측 값을 나타낸다. 일반적으로, 수학식 1의 매개변수 αU/V와 βU/V는 이미 복원된 주변 블록의 루마 성분 픽셀 값 및 크로마 성분 픽셀 값을 이용하여 도출된다. RY'은 예측 대상 블록 내의 이미 복원된 루마 성분의 픽셀들을 크로마 성분의 픽셀 수만큼 다운 샘플링(down sampling)함으로써 생성된 샘플의 픽셀 값을 의미한다. RY'은 다음 수학식 2에 의해 나타낼 수 있다.
여기서, RY은 예측 대상 블록 내의 이미 복원된 루마 성분의 픽셀 값을 나타낸다.
이하에서, 예측 대상 블록 내의 이미 복원된 루마 성분으로 구성되는 블록을 현재 루마 블록, 예측 대상 블록에 인접한 주변 블록 내의 이미 복원된 루마 성분으로 구성되는 블록을 주변 루마 블록, 예측 대상 블록 내의 크로마 성분으로 구성되는 블록을 현재 크로마 블록, 예측 대상 블록에 인접한 주변 블록 내의 이미 복원된 크로마 성분으로 구성된 블록은 주변 크로마 블록이라 한다.
한편, 국제 비디오 압축 표준화 단체인 JCT-VC는 새로운 비디오 압축 표준인 HEVC(High Efficiency Video Coding)의 표준화 작업을 진행하고 있다. HEVC는 이전 비디오 압축 표준인 H.264/AVC의 부호화 성능을 넘어서기 위해 다양한 부호화 방법들을 도입하였다.
표준으로 채택된 부호화 방법은 공정한 검증과 용이한 부호화 툴(tool) 개발을 위해 하나의 소프트웨어에 통합되는데, 상기 소프트웨어를 HM(HEVC test Model)이라고 한다. HM는 영상 부호화에 관한 다양한 알고리즘들을 포함하고 있다.
HM 4.0에서는 크로마 성분의 예측을 위해 현재 블록의 경계에 인접하는 주변 블록의 루마 성분을 이용하는 루마(LM: luma) 모드를 지원한다. LM 모드는 인트라 크로마 예측 모드 또는 Intra_FromLuma 모드로 불릴 수도 있다. LM 모드에 따르면, 현재 블록의 경계가 최대 부호화 유닛(LCU: Largest Coding Unit)의 경계인 경우, 현재 블록의 경계에 인접한 블록의 루마 샘플의 픽셀 값을 이용하여 인트라 크로마 예측을 수행한다. 현재 블록의 경계에 인접한 블록의 루마 샘플의 픽셀 값은 외부 메모리에 저장되므로, 상기 경우, 매번 외부 메모리에 접근하여 복원된 루마 샘플의 픽셀 값을 읽어와야 한다. 이로 인해, 이를 저장하기 위한 내부 메모리를 할당해야하며, 외부 메모리로의 접근으로 인한 전력 소비 증가 및 속도 저하가 유발된다.
도 4는 일반적인 인트라 크로마 예측 방법에 있어서 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 도출하기 위해 루마 성분에 대하여 다운 샘플링을 수행하는 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 현재 루마 블록(400)의 높이(height)와 폭(width)은 2N이고, 현재 크로마 블록(500)의 높이와 폭은 N이다. RecL'은 주변 루마 블록을 다운 샘플링함으로써 획득한 샘플을 의미하고, RecC는 주변 크로마 블록의 샘플을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 루마 성분과 크로마 성분의 상관성은 수학식 1과 같은 매개변수를 이용한 선형 관계로 표현될 수 있고, 일반적으로 매개변수는 주변 루마 블록 및 주변 크로마 블록으로부터 도출된다. 예를 들어, 매개변수는 수학식 3 및 수학식 4에 의해 도출될 수 있다.
여기서, I는 매개변수 αU/V 및 βU/V를 구하기 위해 사용되는 루마 블록 및 크로마 블록의 샘플 수를 의미한다. RU/V(i)는 매개변수 계산에 사용되는 주변 크로마 블록(즉, RecC)의 픽셀 값, RY'(i)는 매개변수 계산에 사용되는 주변 루마 블록(즉, RecL')의 픽셀 값을 의미한다.
도 4, 수학식 3 및 4를 참조하면, 루마 성분과 크로마 성분의 관계를 도출하기 위해 주변 루마 블록 및 주변 크로마 블록이 이용된다. 즉, 일반적인 인트라 크로마 예측 방법에서는 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수를 도출하기 위해 주변 루마 블록 및 주변 크로마 블록의 픽셀 값을 참조 샘플로 이용한다.
한편, 일반적인 인트라 크로마 예측 방법에서는, 상술한 바와 같이, 이미 복원된 주변 루마 블록 및 주변 크로마 블록을 참조 샘플로 이용하여 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계가 예측되므로, 영상 부호화기와 복호화기에서 동일한 과정이 수행될 수 있다. 따라서, 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수를 별도로 전송하지 않아도 된다.
그러나, 복원된 주변 블록의 픽셀 값은 메모리부터 읽어와야 한다. 따라서, 현재 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는 경우, 복원된 주변 블록의 픽셀 값을 저장하기 위한 내부 메모리를 할당해야하고, 매번 외부 메모리에 접근하여 픽셀 값을 읽어오기 위해 전력 및 처리 시간을 소모해야 한다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 인트라 크로마 예측 방법에서는 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 예측하기 위해 현재 루마 블록과 현재 크로마 블록을 참조 샘플로 이용한다. 특히, 현재 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는 경우, 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수를 현재 루마 블록과 현재 크로마 블록에 기반하여 계산하고, 계산된 매갭변수를 복호화기로 전송할 수 있다. LCU 경계 바깥의 샘플들을 이용하지 않음으로써, 하드웨어 구현시 외부 메모리에 저장된 주변 샘플의 픽셀 값을 읽어와야 하는 복잡도를 제거할 수 있고, 소비 전력을 절약할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 크로마 예측 방법에 있어서 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 도출하기 위해 루마 성분에 대하여 다운 샘플링을 수행하는 일 예를 나타낸다.
도 4와 마찬가지로, 현재 루마 블록(400)의 높이(height)와 폭(width)은 2N이고, 현재 크로마 블록(500)의 높이와 폭은 N이다. 또한, RecL'은 주변 루마 블록을 다운 샘플링함으로써 획득한 샘플을 의미하고, RecC는 주변 크로마 블록의 샘플을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 루마 성분과 크로마 성분의 상관성은 수학식 1과 같은 매개변수를 이용한 선형 관계로 표현될 수 있다. 본 발명에서는 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수를 현재 루마 블록 및 현재 크로마 블록으로부터 도출한다. 예를 들어, 매개변수는 수학식 5 및 6에 의해 도출될 수 있다.
여기서, I는 매개변수 αU/V 및 βU/V를 구하기 위해 사용되는 루마 블록 및 크로마 블록의 샘플 수를 의미한다. OU/V(i)는 매개변수 계산에 사용되는 현재 크로마 블록(500)의 픽셀 값, OY'(i)는 매개변수 계산에 사용되는 현재 루마 블록(400)의 픽셀 값을 의미한다.
도 5, 수학식 5 및 6를 참조하면, 루마 성분과 크로마 성분의 관계를 도출하기 위해 현재 루마 블록 및 현재 크로마 블록이 이용된다. 즉, 본 발명에 의한 인트라 크로마 예측 방법에서는 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수 값을 도출하기 위해 현재 루마 블록 및 현재 크로마 블록의 픽셀 값을 참조 샘플로 이용한다. 이때, 매개변수 계산에 사용되는 루마 샘플들은 현재 루마 블록 내의 샘플들을 크로마 성분의 픽셀 수로 다운 샘플링된 것이다. 루마 샘플에 대한 다운 샘플링은 다양한 패턴으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다운 샘플링은 도 5와 같은 패턴으로 수행될 수 있다. 상기 예에 있어서, 다운 샘플링된 루마 샘플의 픽셀 값은 상술한 수학식 2과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 매개변수를 구하기 위해 사용되는 샘플 수는 영상 부호화기에 의해 결정되어 영상 복호화기로 전송되거나 일정한 규칙 등으로 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 현재 크로마 블록 내에서 상단 경계와 좌측 경계에 인접하는 샘플들 및 이에 대응되는 루마 샘플들을 이용하여 매개변수를 계산하는 것으로 미리 정해진 경우, 매개변수를 구하기 위해 사용되는 샘플 수는 2N-1이 된다.
한편, 본 발명에 따른 인트라 크로마 예측 방법에 의하면, 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수가 전송될 수 있다. 즉, 영상 부호화기는 루마 성분과 크로마 성분 사이의 선형 관계를 정의하는 매개변수를 계산하고, 계산된 매개변수를 복호화기에 전송할 수 있다. 상기 매개변수가 전송될 경우, 전송되는 매개변수의 양을 줄이고 부호화 효율이 낮아지는 것을 방지하기 위해, 상위 블록에서 사용된 매개변수 값을 하위 블록에서 재사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인트라 크로마 예측 방법을 현재 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는 경우에만 적용할 수 있다. 즉, 예측 대상 크로마 블록의 왼쪽 및/또는 위쪽 경계가 LCU 경계와 맞닿아 있을 경우, 주변 블록의 픽셀 값을 참조하지 않고, 현재 블록의 픽셀 값을 참조할 수 있다.
또한, 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 비선형 관계로 정의할 수 있다. 상기 경우, 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계는 수학식 1과 같은 선형 함수가 아닌 2차 이상의 함수로 나타낼 수 있고, 상기 함수의 매개변수는 현재 루마 블록 및 현재 크로마 블록에 의해 도출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 주변 루마 블록의 픽셀 값을 메모리로 읽지 않아도 현재 크로마 블록의 픽셀 값을 예측할 수 있으므로, 일반적인 인트라 크로마 예측 방법의 단점을 극복할 수 있다.
도 6은 영상 복호화기에서 수행되는 인트라 예측의 일 예를 나타낸다.
영상 복호화기는 영상 부호화기로부터 비트스트림을 수신하여 복호화 대상 블록에 대한 차분 블록을 획득한다(S610). 상기 비트스트림은 복호화 대상 블록의 부호화 모드에 관한 정보를 포함할 수 있다.
영상 복호화기는 복호화 대상 블록의 인트라 예측 모드를 결정한다(S620). 복호화 대상 블록의 인트라 예측 모드는 영상 부호화기로부터 획득하거나 미리 정해진 규칙에 의해 결정될 수 있다. 상기 인트라 예측 모드의 예로는 Intra_Angular, Intra_DC, Intra_Planar 등이 있으며, 크로마 블록의 경우에는 LM 모드가 사용될 수도 있다.
영상 복호화기는 인트라 예측 모드에 기반하여 복호화 대상 블록에 대한 예측 블록을 생성한다(S630). 예를 들어, 인트라 예측 모드가 LM 모드인 경우, 이미 복원된 루마 블록으로부터 크로마 블록을 예측할 수 있다.
영상 복호화기는 예측 블록에 차분 블록을 가산하여 복원 블록을 생성한다(S640).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸다.
영상 부호화기는 현재 블록, 즉 부호화 대상 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는지를 판단한다(S710). 상기 단계 S710은 본 발명에 의한 인트라 크로마 예측이 수행되는 조건을 만족하는지를 판단하는 단계로서, 필수적인 단계가 아닌 선택적인 단계이다. 따라서, 상기 단계 S710은 생략될 수 있다.
예를 들어, 부호화 대상 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는 경우, 영상 부호화기는 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수를 상기 부호화 대상 블록 내의 루마 성분의 픽셀 값과 상기 부호화 대상 블록 내의 크로마 성분의 픽셀 값에 기반하여 계산할 수 있다.
예를 들어, 부호화 대상 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하지 않는 경우, 영상 부호화기는 일반적인 인트라 크로마 예측을 수행할 수 있다. 즉, 영상 부호화기는 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수를 부호화 대상 블록에 인접하는 블록 내의 루마 성분의 픽셀 값과 크로마 성분의 픽셀 값에 기반하여 계산할 수 있다.
영상 부호화기는 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수를 결정한다(S720). 상술한 바와 같이, 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계는 수학식 1과 같이 선형 관계로 나타낼 수 있다. 또한, 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수(예컨대, 수학식 1의 αU/V와 βU/V)는 수학식 5 및 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 매개변수를 부호화 대상 블록 내의 루마 성분의 픽셀 값과 부호화 대상 블록 내의 크로마 성분의 픽셀 값에 기반하여 계산할 수 있다.
영상 부호화기는 매개변수에 기반하여 부호화 대상 블록에 대한 예측 블록을 생성한다(S730). 즉, 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 이용하여, 이미 복원된 루마 성분으로부터 크로마 성분을 예측할 수 있다.
영상 부호화기는 부호화 대상 블록에서 예측 블록을 차분하여 차분 블록을 생성하고(S740), 상기 차분 블록을 부호화하여 영상 복호화기로 전송한다(S750). 즉, 차분 블록은, 상술한 바와 같이, 변환 과정, 양자화 과정, 엔트로피 부호화 과정 등을 거쳐 비트스트림 형태로 전송된다. 이때, 부호화된 차분 블록과 함께 부호화 대상 블록을 복호화하기 위한 파라미터(예컨대, 상술한 매개변수)를 함께 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 나타낸다.
*영상 복호화기는 복호화 대상 블록의 크로마 성분에 대한 차분 블록 및 상기 복호화 대상 블록을 복호화하기 위한 파라미터를 획득한다(S810). 차분 블록은 영상 부호화기로부터 전송되는 비트스트림을 복호화하여 획득될 수 있다. 복호화를 수행하기 위한 파라미터는 복호화 대상 블록의 부호화 모드에 관한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 복호화 대상 블록의 크로마 성분이 LM 모드로 부호화된 경우, 상기 파라미터는 복호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수를 포함할 수 있다.
영상 복호화기는 현재 블록, 즉 복호화 대상 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는지를 판단한다(S820). 상기 단계 S820은 도 7에서의 단계 710과 마찬가지로, 필수적인 단계가 아닌 선택적인 단계로서, 영상 복호화기는 상기 단계 S820을 통해 본 발명에 의한 인트라 크로마 예측이 수행되는 조건을 만족하는지를 판단할 수 있다.
예를 들어, 복호화 대상 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하는 경우, 복호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수가 영상 부호화기로부터 전송되는 복호화 대상 블록을 복호화하기 위한 파라미터에 포함될 수 있다.
예를 들어, 복호화 대상 블록의 경계가 LCU 경계와 일치하지 않는 경우, 복호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수가 영상 부호화기로부터 전송되는 복호화 대상 블록을 복호화하기 위한 파라미터에 포함되지 않을 수 있다.
영상 복호화기는 매개변수에 기반하여 복호화 대상 블록의 크로마 성분에 대한 예측 블록을 생성한다(S830). 예를 들어, 복호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계는 수학식 1과 같이 선형 관계로 나타낼 수 있으므로, 부호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 이용하여, 이미 복원된 루마 성분으로부터 크로마 성분을 예측할 수 있다. 즉. 영상 복호화기는 복호화 대상 블록의 루마 성분과 크로마 성분 사이의 관계를 정의하는 매개변수(예컨대, 수학식 1의 αU/V와 βU/V)에 기반하여 복호화 대상 블록의 크로마 성분에 대한 예측을 수행할 수 있다.
영상 복호화기는 예측 블록에 차분 블록을 가산하여 복원 블록을 생성한다(S840).
한편, 상술한 실시예들은 일련의 단계 또는 블록으로 표현된 순서도를 통해 설명되고 있으나, 본 발명은 상술한 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 일부의 단계는 다른 단계와, 다른 순서 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 순서도에 나타낸 단계들은 배타적이지 않으며, 다른 단계가 포함되거나, 일부의 단계가 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위해, 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (1)

  1. 입력된 영상의 부호화 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 입력된 블록과 예측 블록의 차분(residual)을 부호화하는 부호화부,
    여기서, 상기 부호화 블록이 분할된 적어도 하나 이상의 하위 블록을 포함하고,
    상기 하위 블록의 예측 모드(prediction mode)에 따라 예측을 수행하여 상기 예측 블록을 생성하고, 및
    상기 입력된 블록과 상기 예측 블록의 차분(residual) 데이터를 부호화하고;
    상기 부호화된 차분(residual) 데이터를 변환(transform)하는 변환부; 및
    상기 변환된 데이터와 시그널링 정보를 포함하는 비트스트림을 전송하는 전송부,
    여기서 상기 예측 모드는 인트라 예측 모드(intra prediction mode) 및 인터 예측 모드(inter prediction mode) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 인트라 예측 모드는, 상기 하위 블록의 복원된 루마 샘플들을 이용해서 상기 루마 샘플들과 관련된 크로마 블록을 예측하는 영상 부호화 장치.
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