KR20010107503A - 영상 코딩 방법 - Google Patents

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KR20010107503A KR1020000058757A KR20000058757A KR20010107503A KR 20010107503 A KR20010107503 A KR 20010107503A KR 1020000058757 A KR1020000058757 A KR 1020000058757A KR 20000058757 A KR20000058757 A KR 20000058757A KR 20010107503 A KR20010107503 A KR 20010107503A
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Abstract

영상 코딩 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 영상 코딩 방법은 (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계와, (b) 상기 어파인 이동 파라미터를 소정 개수의 직교 이동 벡터로 변환하는 단계, 및 (c) 현재 블록과 이전 블록 사이에서, 변환된 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 영상 코딩 방법은 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 영상 코딩 방법은 어파인 이동 추정을 사용함으로써 얻을 수 있는 향상된 이동 추정 효과를 가지면서도 발생 비트율이 낮다.

Description

영상 코딩 방법{Video coding method}
본 발명은 영상 코딩 방법 및 어파인 이동 추정 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 발생 비트율을 줄인 영상 코딩 방법 및 작은 블록에 대하여도 효율적으로 코딩을 수행할 수 있는 어파인 이동 추정 방법에 관한 것이다.
최근, 국제전기통신연합(ITU-T:International Telecommunication Union-Telecommnication part)은 차세대 영상 전화와 관련하여 H.26L 국제 표준화 작업을 본격화하고 있다. 이는 H.261, H.263, 및 H.263+과 같은 일련의 영상 전화관련 영상 코딩 방법의 표준안들이 ITU-T 국제 표준으로 확정된 이후, H.263++ 표준안과 MPEG-4와 같은 표준들에 따른 기술들이 개발되었다.
하지만, 초저속의 실시간 응용들을 위한 더욱 향상된 코딩 효율과 짧은 단-대-단(end-to-end) 지연을 달성하기 위한 요구가 여전히 존재한다. 즉, 동일한 비트율에서 H.263+ 규격에 따른 코딩 방법보다 개선된 프레임율을 달성하거나, H.263+ 규격에 따른 코딩 방법으로 코딩한 화질과 동등한 화질을 유지하면서 비트율을 현저히 저하시킬 수 있는 이동 추정 방법 및 영상 코딩 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
종래의 하나의 이동 추정 방법에서는, 쌍이 매크로 블록 또는 그 서브 블록의 좌표라 할 때, 어파인 이동 추정(affine motion estimation)은, 다음의 식,
을 사용하여 영상내의 픽셀의 이동을 표현한다. 여기서,과는 블록내에 위치한 픽셀의 x 축 및 y 축 방향의 이동 크기에 해당한다. 이들을 합한을에 위치한 픽셀의 이동 벡터라고 부른다. 즉, 상기 수학식 1a와 수학식 1에서 각 픽셀에서 각 픽셀에서 이동 벡터는 픽셀의 위치와 6 개의 파라미터에 의하여 결정된다. 이러한 파라미터는 "어파인 이동 파라미터(affine motion parameter)"라고 부를 수 있다.
하지만, 상기와 같은 어파인 이동 추정 방법에 따르면, 어파인 이동 파라미터의 비트 수가 증가하면 이동 추정의 계산량이 증가하여 시간이 많이 걸리게 되고, 어떠한 블록들은 종래의 직교 이동 추정(translational motion estomation)에 비하여 향상을 주지 않게 된다.
한편, H.261, H.263, MPEG-1, 및 MPEG-2 등과 같은 표준들에서는,
으로 표현되는 직교 이동 모형을 기초로 픽셀의 이동을 표현한다. 수학식 2a와 수학식 2b를 보면, 블록 내의 모든 픽셀들의 이동 벡터들은 하나의 벡터값으로 고정되어 있음을 알 수 있다. 하지만, 어파인 이동의 경우에는 수학식 1a 및 수학식 1b로부터 알 수 있는 바와 같이 각 픽셀의 위치에 따른 이동 벡터의 값이 가변적이다. 어파인 이동 추정은 회전, 축소, 확대, 및 찌그러짐등과 같은 영상의 복잡한 이동을 표현할 수 있기 때문에 정교한 이동 추정이 가능하다는 장점이 있다.
어파인 이동 추정에 따라 영상의 이동을 추정하기 위해서는 각 블록별들에 대하여 수학식 1a 및 수학식 1b에 나타낸 바와 같은 이동 파라미터들을 구해야 한다. 이동 파라미터들은 현재 영상과 이동 보상된 이전 영상의 픽셀값의 차를 최소화하는 블록의 변위값에 해당하며 다음의 수학식,
으로 표현된다. 여기서,는 픽셀의 휘도값을 나타내고,는 k 번째 블록을 나타낸다.는 수학식 1a와 수학식 1b에 의하여 표현된다. 즉, 수학식 3은 현재 블록과 이동 파라미터에 의하여 움직인 이전 블록 사이의 휘도값의 차이를 최소화하는 이동 파라미터들을 의미하며, 이 이동 파라미터가 이동 추정된 파라미터이다.
종래 기술에 따른 어파인 이동 추정 방법에서는,은 반복 계수라 할 때, 이동 파라미터들을,
을 사용하여 구한다. 또한,=0 일 때는,
과 같이 나타내어지며, 이러한 경우의 이동 파라미터는 초기값이라고 칭한다.
상기 수학식 4 내지 수학식 9a 및 수학식 9b에서 보인 어파인 이동 파라미터 추정 방법은 미분 이동 추정법(differential motion estimation method)이라고 불리운다. 상기 미분 이동 추정법은 어파인 이동 추정에 가장 많이 사용된다.
반복계수을 0으로 놓고 그때의 제곱 오차(square error)는 가능한 최대값으로 둔다. 다음으로, 상기 수학식 6 내지 수학식 9a 및 수학식 9b를 사용하여 수학식 6의 값을 업데이트하고, 수학식 4에 대입함으로써을 구한다. 이제, 구한를 사용하여 현재 블록과 이동 보상된 블록 사이의 차이를 다음의 수학식,
을 사용하여 구한다. 만일,가보다 작으면을 1 증가시키고 상기 단계들을 반복한다.가보다 큰 경우에는 그때의을 추정된 이동 파라미터로 결정하고 반복 추정 과정을 종료한다.
하지만, 상기와 같은 어파인 이동 추정 방법은 크기가 작은 블록들에 대해서는 이동 추정 성능이 급격히 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서, 어파인 이동 추정 방법은 직교 이동 추정 방법에 비하여 우수한 영상 예측성을 가지고 있음에도 불구하고 H.261, H.263, MPEG-1, 및 MPEG-4와 같은 표준들에서 적용되지 않고 있다.
한편, 상기와 같은 추정 방법에 의하여 얻어진 어파인 아동 파라미터들은 소수점 이하의 값을 가지는 실수의 형태를 가진다. 따라서, 이러한 파라미터들은 실제의 영상 부호화에 사용되기 위해서는 고정 소수점으로 변환하거나 양자화되어야 한다.
H.261, H.263, MPEG-1, 및 MPEG-4와 같은 표준들에서는 하는 매 블록 별로 코딩하여야 하는 이동 정보는 이동 벡터들을 사용하여 예측 코딩을 함으로써 이동 정보의 코딩시에 발생하는 비트수를 줄인다. 하지만, 어파인 이동 모형을 사용할 경우에는 수학식 1에서 나타낸 바와 같이 여섯 개의 파라미터들이 있으나 이들 각 파라미터들은 주변 블록들과의 상관성이 낮기 때문에 직교 이동 모형에서와 같이 이동 정보를 예측 코딩하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 어파인 이동 모형의 이동 파라미터를 코딩하는데 있어서 상당히 많은 비트수가 요구될 수 있다. 따라서, 어파인 이동 파라미터의 효율적인 코딩 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 어파인 이동 추정을 사용함으로써 얻을 수 있는 이동 추정 효과를 가지면서도 발생 비트율을 줄인 영상 코딩 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 작은 블록에 대하여도 효율적으로 코딩을 수행할 수 있는 이동 추정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기와 같은 영상 코딩 방법에 의하여 코딩된 비트스트림을 디코딩하는 디코딩 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 코딩 방법의 주요 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 추정 방법에서 사용된 어파인 이동 벡터의 좌표 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 블록들의 부호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 영상 디코딩 방법의 주요 단계들을 도시한 흐름도이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일측면에 따른 영상 코딩 방법은, (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계; (b) 상기 어파인 이동 파라미터를 소정 개수의 직교 이동 벡터로 변환하는 단계; 및 (c) 현재 블록과 이전 블록 사이에서, 변환된 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (c) 단계 이전에, 상기 (b) 단계에 의하여 변환된 직교 이동 벡터를 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점 값들로 양자화하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (c) 단계 이전에,와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다에 따라 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 얻는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상 코딩 방법은 햇(hat)은 예측치를 취하는 연산,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산이라 할 때,,,,,,을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계는, (c-1) 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터와 주변 블록의 직교 이동 벡터를 사용하여 직교 이동 벡터의 차를 구하는 단계; 및 (c-2) 구한 직교 이동 벡터의 차를 가변장 코딩하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계는, 쌍이 매크로 블록 또는 그 서브 블록의 좌표라 할 때, 현재 프레임내의 코딩할 블록내와 이전 프레임내의 픽셀값들에 대하여과,을 사용하여 영상내의 픽셀의 이동을 추정함으로써 6 개의 어파인 이동 추정(affine motion estimation) 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계는,과,를 기초로, 서브 블록들 A, B, C, D로 이루어지는 블록은 하나의 매크로 블록에 해당하고, 블록의 크기는, 상수는로써 정의된다고 할 때, 서브 블록 A의 중심점에서의 이동 벡터를,,,를 사용하여 구하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (b) 단계 이후에, (b'-1) 직교 이동 벡터들을 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점값들로 양자화하는 단계; (b'-2) 직교 이동 벡터들 중에서 비트율과 왜곡을 고려할 때 최적의 정확도를 선택하는 단계; (b'-3) 주변 블록들의 변환된 직교 이동 벡터들을 사용하여 선택된 정확도의 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (a) 단계 이전에, 현재 블록에 대한 블록 정합 기법에 의하여 하나의 직교 이동 벡터를 구하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (a) 단계는, (a') 구한 직교 이동 벡터를 초기치로써 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
대안적으로, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (a) 단계 이전에, 현재 블록에 대한 블록 정합 기법에 의하여 하나의 직교 이동 벡터를 구하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (a) 단계는, (a') 구한 직교 이동 벡터를 초기치로써 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
대안적으로, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (a) 단계 이전에, 현재 블록의 상위에 위치한 블록 및 현재 블록의 좌측에 위치한 블록의 추정된 어파인 이동 파라미터들 중에서 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차 신호의 평균 제곱합을 최소화하는 경우의 이동 파라미터를 구하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (a) 단계는, (a') 픽셀 단위의 소정의 범위에 대하여 구한 이동 파라미터를 초기치로써 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
대안적으로, 상기 영상 코딩 방법은 상기 (a) 단계 이전에, 현재 블록의 상위에 위치한 블록 및 현재 블록의 좌측에 위치한 블록의 추정된 어파인 이동 파라미터들 중에서 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차 신호의 평균 제곱합을 최소화하는 경우의 이동 파라미터를 구하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (a) 단계는, (a') 구한 이동 파라미터를 초기치로써 사용하여 픽셀 단위의 소정의 범위에 대하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 영상 코딩 방법은, (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;(b) 블록의 크기는, 상수는로써 정의된다고 할 때,과,를 기초로 직교 이동 벡터를 구하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 구한 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따른 영상 코딩 방법은, (a) 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하는 단계; (b)
와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 상기 (a) 단계에서 정해진 범위내의 각 값들마다을 계산함으로써 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 주는 직교 이동 벡터의 픽셀 이동 벡터를 정하는 단계; 및 (c) 현재 블록과 이전 블록 사이에서, 변환된 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따른 영상 코딩방법은, (a) 직교 이동 벡터들의 6 개 성분별로 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하는 단계; (b)와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 직교 이동 벡터들의 6 개 성분별로 상기 (a) 단계에서 정해진 범위내의 각 값들마다을 계산함으로써 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 주는 직교 이동 벡터의 픽셀 이동 벡터를 구하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 구한 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 이동 추정 방법은 (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계; 및 (b) 상기 어파인 이동 파라미터를 소정 개수의 직교 이동 벡터로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 또 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 이동 추정 방법은 (a) 코딩된 데이터를 수신하는 단계; (b) 수신된 데이터를 디코딩함으로써 직교 이동 벡터들을 구하는 단계; (c) 구한 직교 이동 벡터들을 어파인 이동 파라미터들로 변환하는 단계; 및 (d) 구한 어파인 이동 파라미터를 사용하여 이동 보상을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 영상 코딩 방법의 주요 단계들을 흐름도로써 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 영상 코딩 방법은, 먼저, 현재 영상 프레임내의 코딩할 블록의 픽셀값과 이전 영상 프레임내의 탐색 영역의 픽셀값을 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 현재 블록의 어파인 이동 파라미터를 구한다(단계 102). 어파인 이동 추정은 예를들어 여섯 개의 파라미터들()을 사용하여 기술될 수 있다.
다음으로, 본 실시예에서는 어파인 이동을 세 개의 직교 이동 벡터로 기술한다. 이를 위하여, 이동 추정을 수행함으로써 구한 어파인 이동 파라미터를 직교 이동 벡터로 변환한다(단계 104). 본 실시예에서, 단계(104)에서는, 블록의 크기는, 상수는로써 정의된다고 할 때,
를 기초로 어파인 이동 파라미터를 직교 이동 벡터로 변환한다.
어파인 이동 파라미터들은 소수점 이하의 값을 가지는 실수 형태를 취하고있기 때문에, 실제의 영상 코딩에 사용되기 위해서는 고정 소수점의 값으로 변환 또는 양자화되어야 한다. 이로한 목적으로, 단계(104)에 의하여 변환된 직교 이동 벡터를 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점 값들로 양자화한다(단계 106).
도 2에 도시한 바와 같이 하나의 매크로 블록이 네 개의 서브 블록들 A, B, C, D로 이루어진다고 할 때, 수학식 1a와 수학식 1b의 좌표값 i`와 j`에 서브 블록들 A, B, C, D의 중심점의 좌표값을 대입하면, 서브 블록 A, B, C, 및 D의 중심점에서의 이동 벡터를,
와 같이 구할 수 있다.
다음으로, 최적의 정확도를 선택한다(단계 108).
여기서,와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합을 나타낸다. 또한,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격이라 할 때,는으로 설정된다.는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합을 나타낸다. 또한,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수를 나타낸다. 따라서, 상기 수학식 13은 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 사용함을 의미한다. 상기 정확도를 사용하여 현재블록의 직교 이동 벡터를 나타낸다.
다음으로, 다음의 수학식들,
을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된직교 이동 벡터들을 예측한다(단계 110). 도 3에는 블록들의 부호를 설명하기 위한 도면을 나타내었다. 여기서, 햇(hat)은 예측치를 취하는 연산을 나타내며,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산을 나타낸다. 어파인 이동 파라미터는 수학식 11a 및 수학식 11b에 나타낸 바와 같이 세 개의 직교 이동 벡터를 사용하여 표현되므로, 현재 처리 블록의 오른쪽 하단의 서브 블록, 일반화하여, 서브 블록 d에 대한 직교 이동 벡터는 예측하지 않을 뿐만 아니라 코딩하지도 않는다. 따라서, 모든 블록들에 대해서 현재 처리 블록의 오른쪽 하단의 서브 블록은 코딩하지 않을 수 있다. 하지만, 수학식 14a, 수학식 14b, 수학식 15a, 수학식 15b, 수학식 16a, 및 수학식 16b는 각각 서브 블록 U_d 및 L_d의 직교 벡터를 예측할 때 사용한다. 이러한 서브 블록 d의 직교 이동 벡터는,
를 사용하여 계산된 것에 해당한다.
또한, 수학식 14a, 수학식 14b, 수학식 15a, 수학식 15b, 수학식 16a, 및 수학식 16b에서 주변 블록의 직교 이동 벡터들에 대한 정확도가 현재 블록의 직교 이동 벡터의 정확도와 상이할 경우에는 주변 블록의 직교 이동 벡터들에 대한 정확도를 현재 블록에 대한 정확도와 동일하게 변경하는 것이 바람직하다.
다음으로, 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터와 주변 블록의 직교 이동 벡터를 사용하여 직교 이동 벡터의 차를 구하고(단계 112), 구한 직교 이동 벡터의 차를 가변장 코딩(단계 114)한다.
테스트 영상 시퀀스 포맷 직교 이동 벡터 어파인 이동 벡터
포어맨(Foreman) QCIF, 10Hz 7.35 9.03
컨테이너(Container) QCIF, 10Hz 2.79 4.72
뉴스(News) QCIF, 10Hz 4.14 6.30
고요(Silent) QCIF, 15Hz 4.43 7.16
파리(Paris) CIF, 15Hz 4.58 5.42
자동차(Mobile) CIF, 30Hz 4.08 6.22
템피트(Tempete) CIF, 10Hz 5.25 9.62
표 1에는 본 발명의 실시예에 따른 영상 코딩 방법에서 테스트 영상들을 사용하여 평균 이동 벡터 엔트로피를 평가한 결과를 나타내었다. 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 코딩 방법의 테스트 영상 시퀀스들에 대한 평균 이동 벡터 엔트로피(어파인 이동 벡터로 참조됨)는 직교 이동 벡터 추정 방법을 기초로 한 종래의 영상 인코딩 방법을 사용한 테스트 영상 시퀀스들에 대한 평균 이동 벡터 엔트로피보다 크다는 것을 알 수 있다.
테스트 영상 시퀀스 포맷 16×16 블록정합 8×8 블록정합 본 발명
포어맨(Foreman) QCIF, 10Hz 29.34 31.58 32.37
컨테이너(Container) QCIF, 10Hz 38.31 39.01 39.93
뉴스(News) QCIF, 10Hz 31.52 33.38 33.93
고요(Silent) QCIF, 15Hz 33.53 35.45 35.98
파리(Paris) CIF, 15Hz 31.04 32.49 32.52
자동차(Mobile) CIF, 30Hz 26.85 28.14 28.62
템피트(Tempete) CIF, 10Hz 28.48 29.59 29.69
또한, 표 2에는 평균 예측 이득을 나타내는 PSNR 측정 결과를 나타내었다.PSNR의 단위는 데시벨(dB)이다. 표 2를 참조하면, 테스트 영상 시퀀스들에 대한 측정된 PSNR은 직교 이동 벡터 추정을 기초로 한 영상 인코딩 방법에 비하여 본 발명에 따른 이동 벡터 기반의 어파인 이동 추정 방법을 적용한 영상 인코딩 방법이 크다는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 단계(102)와 단계(104)를 포함하는 방법을 직교 이동 벡터를 구하는 이동 추정 방법으로 적용하면, 어파인 이동 추정을 사용함으로써 얻을 수 있는 향상된 이동 추정 효과를 가지면서도 16×16 픽셀이하의 작은 블록에 대해서도 높은 성능의 이동 추정을 수행할 수 있다.
또한, 상기와 같은 영상 코딩 방법에 따르면, 발생되는 단위 패킷의 비트의 수가 가장 많이 발생될 때는 9.62×3, 즉, 28.86 비트가 발생하고, 가장 적게 발생될 때는 4.72×3, 즉, 14.16 비트가 발생되므로, 종래의 어파인 파라미터에서 각 파라미터별 8 비트를 사용하여 FLC 코딩하는 경우에서의 6×6, 즉, 36 비트가 발생하는 것에 비하여 발생 비트율이 낮다.
도 1을 참조하여 설명한 이상의 실시예에서는, 현재 영상 프레임내의 코딩할 블록의 픽셀값과 이전 영상 프레임내의 탐색 영역의 픽셀값을 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 현재 블록의 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계(102), 구한 어파인 이동 파라미터를 직교 이동 벡터로 변환하는 단계(104), 및 변환된 직교 이동 벡터를 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점 값들로 양자화하는 단계(106)들이 분리되어 수행되는 것을 예로써 설명하였다.
하지만, 수학식 11a 및 수학식 11b를 기초로 어파인 파라미터 추정을 수행함으로써, 현재 영상 프레임내의 코딩할 블록의 픽셀값과 이전 영상 프레임내의 탐색 영역의 픽셀값을 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 현재 블록의 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계(102)와, 이동 추정을 수행함으로써 구한 어파인 이동 파라미터를 직교 이동 벡터로 변환하는 단계(104)를 하나의 단계로 통합할 수 있다. 이러한 경우에는 복잡도를 더 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다 수학식 13에 의하여 가장 최소의 값을 주는 직교 이동 벡터의 픽셀 이동 벡터를 정함으로써 단계(102), 단계(104), 및 단계(106)를 통합할 수 있다. 예를들면, 서브 픽셀 단위로 소정의 범위를 정하고, 범위내의 각 값들 마다 수학식 13에 의하여 가장 최소의 값을 주는 직교 이동 벡터의 서브 픽셀 이동 벡터를 정하는 것이 가능하다. 이러한 경우에는 복잡도를 보다 더 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 도 1을 참조하여 설명한 실시예에서는 단계(102)에서 각 직교 이동 벡터 성분들을 그 성분들이 가질 수 있는 모든 경우를 고려하여 구하게 된다. 하지만, 직교 이동 벡터들의 6 개 성분별로 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다 수학식 13에 의하여 가장 최소의 값을 주는 직교 이동 벡터의 픽셀 이동 벡터를 정하는 것이 가능하다. 이러한 경우에는 복잡도를 보다 더 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 단계(102)에서 초기치를 수학식 5로부터 "0"으로 설정한 것을 예로써 설명하였다. 하지만, 현재 블록에 대한 블록 정합 기법에 의하여 하나의 직교이동 벡터를 구하고, 구한 직교 이동 벡터를 초기치로써 사용하여 단계(102)를 수행하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 단계(102)에서 현재 블록의 상위에 위치한 블록 및 현재 블록의 좌측에 위치한 블록의 추정된 어파인 이동 파라미터들 중에서 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차 신호의 평균 제곱합을 최소화하는 경우의 이동 파라미터를 초기치로써 사용하는 것도 가능하다.
또한, 현재 블록에 대한 블록 정합 기법에 의하여 하나의 직교 이동 벡터를 구하고, 단계(102)에서는 구한 직교 이동 벡터를 초기치로써 사용하고 픽셀 단위의 소정의 범위에 대하여 어파인 이동 파라미터를 구함으로써 복잡도를 보다 더 줄이는 것이 가능하다.
또한, 현재 블록의 상위에 위치한 블록 및 현재 블록의 좌측에 위치한 블록의 추정된 어파인 파라미터중에서 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록사이의 차신호의 평균 제곱합을 최소화하는 이동 파라미터를 구하고, 단계(102)에서는 구한 이동 파라미터를 초기치로써 사용하고, 픽셀 단위의 소정의 범위에 대하여 어파인 이동 파라미터를 구함으로써 복잡도를 보다 더 줄이는 것도 가능하다.
한편, 상기와 본 발명에 따른 영상 코딩 방법에 의하여 코딩된 비트 스트림은 본 발명에 따른 이동 벡터 디코딩 방법에 의하여 디코딩하는 것이 가능하다. 도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 이동 벡터 디코딩 방법의 주요 단계들을 흐름도로써 나타내었다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동 벡터 디코딩 방법은 가변장 코딩된 데이터를 수신(단계 402)하여 수신된 데이터를 가변장 디코딩함으로써 직교 이동 벡터들을 구한다(단계 4040. 상술한 영상 코딩 방법에 의하여 코딩된 비트 스트림은 해당 블록과 주변 블록들의 직교 이동 벡터의 미디안값의 차이를 포함하므로, 수신된 데이터를 가변장 디코딩함으로써 해당 블록과 주변 블록들의 미디안값의 차이를 구한 다음, 차이를 사용하여 직교 이동 벡터들이 구해진다.
다음으로, 구한 직교 이동 벡터들을 어파인 이동 파라미터들로 변환한다(단계 406). 단계(406)는 도 1 및 도2 를 참조하여 설명한 영상 코딩 방법에서 이동 파라미터를 이동 벡터로 변환하는 과정의 역과정에 해당하므로 본 명세서에서는 더 이상 설명하지 않는다.
이제, 단계(406)에서 구한 어파인 이동 파라미터를 사용하여 이동 보상을 수행함으로써 영상을 복원한다(단계 408).
상기와 같은 본 발명에 따른 영상 코딩 방법 및 이동 벡터 디코딩 방법과 이동 추정 방법은 개인용 또는 서버급의 컴퓨터내에서 실행되는 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 프로그램 코드들 및 코드 세그멘트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터 독취 가능 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 기록 매체는 자기기록매체, 광기록 매체, 및 전파 매체를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 영상 코딩 방법은 어파인 이동 추정을 사용함으로써 얻을 수 있는 향상된 이동 추정 효과를 가지면서도 발생 비트율이 낮다. 또한, 본 발명에 따른 이동 추정 방법은 어파인 이동 추정을 사용함으로써 얻을 수 있는 향상된 이동 추정 효과를 가지면서도 16×16 픽셀이하의 작은 블록에 대해서도 높은 성능의 이동 추정을 수행할 수 있다.

Claims (28)

  1. (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;
    (b) 상기 어파인 이동 파라미터를 소정 개수의 직교 이동 벡터로 변환하는 단계; 및
    (c) 현재 블록과 이전 블록 사이에서, 변환된 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에,
    상기 (b) 단계에 의하여 변환된 직교 이동 벡터를 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점 값들로 양자화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에,
    와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다에 따라 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 얻는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    햇(hat)은 예측치를 취하는 연산,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산이라 할 때,,,,,,을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (c-1) 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터와 주변 블록의 직교 이동 벡터를 사용하여 직교 이동 벡터의 차를 구하는 단계; 및
    (c-2) 구한 직교 이동 벡터의 차를 가변장 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    쌍이 매크로 블록 또는 그 서브 블록의 좌표라 할 때, 현재 프레임내의 코딩할 블록내와 이전 프레임내의 픽셀값들에 대하여과,을 사용하여 영상내의 픽셀의 이동을 추정함으로써 6 개의 어파인 이동 추정(affine motion estimation) 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    과,를 기초로, 서브 블록들 A, B, C, D로 이루어지는 블록은 하나의 매크로 블록에 해당하고, 블록의 크기는, 상수는로써 정의된다고 할 때, 서브 블록 A의 중심점에서의 이동 벡터를,,,를 사용하여 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후에,
    (b'-1) 직교 이동 벡터들을 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점값들로 양자화하는 단계;
    (b'-2) 직교 이동 벡터들 중에서 비트율과 왜곡을 고려할 때 최적의 정확도를 선택하는 단계;
    (b'-3) 주변 블록들의 변환된 직교 이동 벡터들을 사용하여 선택된 정확도의 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    현재 블록에 대한 블록 정합 기법에 의하여 하나의 직교 이동 벡터를 구하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    (a') 구한 직교 이동 벡터를 초기치로써 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    현재 블록에 대한 블록 정합 기법에 의하여 하나의 직교 이동 벡터를 구하는단계;를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    (a') 구한 직교 이동 벡터를 초기치로써 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    현재 블록의 상위에 위치한 블록 및 현재 블록의 좌측에 위치한 블록의 추정된 어파인 이동 파라미터들 중에서 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차 신호의 평균 제곱합을 최소화하는 경우의 이동 파라미터를 구하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    (a') 픽셀 단위의 소정의 범위에 대하여 구한 이동 파라미터를 초기치로써 사용하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    현재 블록의 상위에 위치한 블록 및 현재 블록의 좌측에 위치한 블록의 추정된 어파인 이동 파라미터들 중에서 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차 신호의 평균 제곱합을 최소화하는 경우의 이동 파라미터를 구하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    (a') 구한 이동 파라미터를 초기치로써 사용하여 픽셀 단위의 소정의 범위에 대하여 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  13. (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계;
    (b) 블록의 크기는, 상수는로써 정의된다고 할 때,
    과,
    를 기초로 직교 이동 벡터를 구하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서 구한 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에,
    상기 (b) 단계에 의하여 변환된 직교 이동 벡터를 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점 값들로 양자화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에,
    와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다에 따라 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 얻는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    햇(hat)은 예측치를 취하는 연산,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산이라 할 때,,,,,,을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (c-1) 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터와 주변 블록의 직교 이동 벡터를 사용하여 직교 이동 벡터의 차를 구하는 단계; 및
    (c-2) 구한 직교 이동 벡터의 차를 가변장 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  18. (a) 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하는 단계;
    (b)와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다에 따라 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 주는 직교 이동 벡터의 픽셀 이동 벡터를 정하는 단계; 및
    (c) 현재 블록과 이전 블록 사이에서, 변환된 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에,
    햇(hat)은 예측치를 취하는 연산,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산이라 할 때,,,,,,을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (c-1) 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터와 주변 블록의 직교 이동 벡터를 사용하여 직교 이동 벡터의 차를 구하는 단계; 및
    (c-2) 구한 직교 이동 벡터의 차를 가변장 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  21. (a) 직교 이동 벡터들의 6 개 성분별로 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하는 단계;
    (b)와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할 때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때, 직교 이동 벡터들의 6 개 성분별로 상기 (a) 단계에서 정해진 범위내의 각 값들마다을 계산함으로써 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 주는 직교 이동 벡터의 픽셀 이동 벡터를 구하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서 구한 직교 이동 벡터의 차를 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에,
    햇(hat)은 예측치를 취하는 연산,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산이라 할 때,,,,,,을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (c-1) 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터와 주변 블록의 직교 이동 벡터를 사용하여 직교 이동 벡터의 차를 구하는 단계; 및
    (c-2) 구한 직교 이동 벡터의 차를 가변장 코딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 코딩 방법.
  24. (a) 어파인 이동 추정을 수행함으로써 어파인 이동 파라미터를 구하는 단계; 및
    (b) 상기 어파인 이동 파라미터를 소정 개수의 직교 이동 벡터로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 추정 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후에,
    상기 (b) 단계에 의하여 변환된 직교 이동 벡터를 소정의 정확도를 가지는 고정 소수점 값들로 양자화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 추정 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후에,
    와는 각각 선택된 정확도 및 정확도들의 집합,는 영상을 코딩할때 사용한 양자화 간격,는 양자화 간격을 기초로 결정되는 상수,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 표현할 때, 현재 블록과 이동 보상된 이전 블록 사이의 차신호의 평균 제곱합,는 정확도로 현재 블록의 직교 이동 벡터를 코딩하는데 필요한 비트수라 할 때,
    현재 블록의 직교 이동 벡터를 픽셀 단위의 소정의 범위를 정하고, 정해진 범위내의 각 값들마다에 따라 정확도들의 집합중에서 선택된 정확도에 대하여 가장 작은 값을 얻은 정확도를 얻는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 추정 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    햇(hat)은 예측치를 취하는 연산,은 세 개의 직교 이동 벡터들 중에서 크기가 중간에 해당하는 직교 이동 벡터를 취하는 연산이라 할 때,,,,,,을 사용하여 주변 블록의 직교 이동 벡터들을 사용하여 현재 블록의 변환된 직교 이동 벡터들을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 추정 방법.
  28. (a) 코딩된 데이터를 수신하는 단계;
    (b) 수신된 데이터를 디코딩함으로써 직교 이동 벡터들을 구하는 단계;
    (c) 구한 직교 이동 벡터들을 어파인 이동 파라미터들로 변환하는 단계; 및
    (d) 구한 어파인 이동 파라미터를 사용하여 이동 보상을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 벡터 디코딩 방법.
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