KR20020073845A - Mode decision method for b picture in h.26l - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 H.26L 비디오 코딩 시스템에서 보다 향상된 성능을 얻기 위한 B 픽쳐의 모드 결정 기술에 관한 것으로, 특히 B 픽쳐 신택스에 추가되는 각 모드의 오버헤드 비트를 고려하여 예측 오차 연산을 수행하고, 다이렉트 모드가 모드 타입 표현을 위한 1비트만을 요구한다는 사실과 어떠한 신택스 정보도 전송할 필요가 없다는 점을 감안하여, 플랫 영역(flat regions)이면서 동시에 제로 모션을 갖는 매크로 블록에 대해 16 ×16 인트라 모드 대신 다이렉트 모드로 B 픽쳐 코딩을 수행할 수 있도록 한 H.26L에서의 B 픽쳐 모드 결정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mode determination technique for B pictures to obtain improved performance in an H.26L video coding system. In particular, the present invention performs prediction error operations in consideration of overhead bits of each mode added to the B picture syntax. Given that the mode requires only 1 bit for mode type representation and that no syntax information needs to be transmitted, direct instead of 16 x 16 intra mode for macro blocks that are flat regions and have zero motion at the same time. The present invention relates to a B picture mode determination method in H.26L capable of performing B picture coding in mode.
H.26L 비디오 코딩에서의 B 픽쳐는 4 ×4 및 16 ×16 블록 크기의 인트라 예측(Intra prediction), 7가지의 블록 크기를 갖는 전방 예측(Forward prediction) 및 후방 예측(Backward prediction), 그리고, 양방향 예측(Bi-directional prediction), 다이렉트 예측(Direct prediction) 등 다섯 가지 모드에 의해 코딩되어 진다.B pictures in H.26L video coding include intra prediction of 4 × 4 and 16 × 16 block sizes, forward prediction and backward prediction with seven block sizes, and It is coded by five modes, such as bi-directional prediction and direct prediction.
상기 다섯 가지 모드 중 도 1과 같은 매크로블록(코딩하려는 영상의 기본 단위)의 최적 모드 결정 방법은 각 예측 모드에 대해 원 영상과 예측된 영상 사이의 예측 오차 측정 방법인 SAD(Sum of Absolute Difference)를 계산하여 각각의 SAD_intra, SAD_fw, SAD_bw, SAD_bid, SAD_dir를 구한 후 그 중에서 가장 작은 값을 갖는 모드를 예측 모드로 선택하는 것이다.Among the five modes, a method of determining an optimum mode of a macroblock (the basic unit of the image to be coded) as shown in FIG. After calculating SAD_intra, SAD_fw, SAD_bw, SAD_bid, and SAD_dir, the mode having the smallest value is selected as the prediction mode.
이와 같이 종래의 모드 결정 방법에 있어서는 비록 예측 오차에 의한 SAD 값을 근거로 하여 최적 모드를 결정했을 지라도 코딩된 매크로 블록의 비트열(bit stream) 이외에 그 모드의 신택스에 따라 반드시 추가하여야 할 오버헤드가 존재하게 되는데, 이러한 오버헤드 비트가 전체 비트열의 길이에 영향을 미치게 되어 비트율을 증가시키게 되고, 결국, 이에 의해 부호화 성능이 저하되는 결함이 있었다.As described above, in the conventional mode determination method, although the optimal mode is determined based on the SAD value due to the prediction error, the overhead that must be added according to the syntax of the mode other than the bit stream of the coded macro block is required. There is a defect that this overhead bit affects the length of the entire bit string, thereby increasing the bit rate, resulting in a decrease in encoding performance.
예를 들어, 양방향 모드가 가장 작은 SAD 값을 갖는 최적의 모드로 결정되었을 경우, 코딩된 비트열 외에 참조 프레임 정보, 전방 및 후방의 블록 크기 정보, 전방 모션 벡터, 그리고 후방 모션 벡터 등 모두 4가지 성분의 오버헤드 비트가 반드시 비트열에 추가되어야 하므로 그만큼 비트율이 높아져 부호화 성능이 저하되는 결함이 있었다.For example, if the bidirectional mode is determined to be the best mode with the smallest SAD value, there are four types of reference frame information, front and rear block size information, forward motion vector, and backward motion vector, in addition to the coded bit stream. Since the overhead bits of the component must be added to the bit string, there is a defect that the bit rate is increased and the coding performance is deteriorated.
따라서, 본 발명의 목적은 예측 오차 연산값 SAD를 구할 때 각 모드의 오버헤드 비트를 고려한 페널티 값을 SAD 초기치로 설정하여 SAD 값을 증가시킨 후 예측 오차 연산을 수행하여 오버헤드 비트를 많이 요구하는 모드가 예측모드로부터 선택되는 것을 억제하고, 특히 오버헤드 비트가 전혀 필요없고 모노 타입 표현을 위해 오직 1 비트만을 요구하는 다이렉트 모드가 16 ×16 인트라 모드 대신 가능한 한 많이 선택될 수 있도록 16 ×QPo(QP) 값을 감산하여 결과적으로 비트율이 저감되게 하는 H.26L에서의 B 픽쳐 모드 결정 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to increase the SAD value by setting the penalty value considering the overhead bit of each mode to the SAD initial value when calculating the prediction error calculation value SAD, and then perform the prediction error calculation to require a lot of overhead bits. Suppresses the mode from being selected from the prediction mode, in particular 16 × QP o so that the direct mode, which requires no overhead bits at all and requires only 1 bit for mono type representation, can be selected as much as possible instead of the 16 × 16 intra mode. The present invention provides a method for determining a B picture mode in H.26L by subtracting a (QP) value and consequently reducing the bit rate.
도 1은 QCIF 영상에서의 매크로 블록의 설명도.1 is an explanatory diagram of a macro block in a QCIF image.
도 2는 본 발명에 의한 H.26L에서의 B 픽쳐 모드 결정 방법에 대한 신호 흐름도.2 is a signal flowchart of a method of determining a B picture mode in H.26L according to the present invention;
도 3a는 H.26L TML-5의 다이렉트 모드의 오버헤드 비트를 보인 테이블.3A is a table showing overhead bits in the direct mode of H.26L TML-5.
도 3b는 H.26L TML-5의 B 프레임을 위한 코드 테이블.3B is a code table for the B frame of H.26L TML-5.
도 4의 (a)-(c)는 다이렉트 모드와 실제 전방 움직임 사이의 관계를 보인 그래프.4 (a)-(c) are graphs showing the relationship between the direct mode and the actual forward motion.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
S1-S3 : 제1-3단계S1-S3: Steps 1-3
본 발명에 의한 H.26L에서의 B 픽쳐 모드 결정 방법은, 4 ×4 및 16 ×16인트라 예측, 전방 예측, 후방 예측, 양방향 예측, 다이렉트 예측의 다섯개 모드에 대하여 오버헤드 비트를 고려한 SAD의 초기값을 설정하는 제1단계와; 예측 오차 측정 연산식(SAD)을 계산할 때 상기 각 모드에 대해 디스토션을 연산하고, 특히 다이렉트 모드의 선택 가능성을 높여주기 위하여 16 ×QPo(QP)를 감산하는 제2단계와; 상기 제2단계의 연산 결과 중 가장 작은 SAD 값을 갖는 모드를 B 픽쳐 코딩을 위한 모드로 선택하는 제3단계로 이루어지는 것으로, 이와 같은 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The method of determining B picture mode in H.26L according to the present invention is based on the initial stage of SAD considering overhead bits for five modes of 4x4 and 16x16 intra prediction, forward prediction, backward prediction, bidirectional prediction, and direct prediction. A first step of setting a value; Calculating a distortion for each mode when calculating a prediction error measurement equation (SAD), and subtracting 16 × QP o (QP) to increase the possibility of selecting a direct mode, in particular; The third step of selecting a mode having the smallest SAD value among the operation results of the second step as a mode for B picture coding is described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 attached to the operation of the present invention. The explanation is as follows.
B 픽쳐는 이미 디코드된 이전 위치의 P 픽쳐 및 다음 위치의 P 픽쳐 중 어느 하나 또는 둘 모두로부터 예측되는 것이므로 향상된 코딩 효율을 얻을 수 있다. 따라서, B 픽쳐를 이용한 코딩 기법은 P 픽쳐에 비해 움직임이 작은 영상 시퀀스에 대해 상당한 이득을 얻을 수 있지만, 움직임이 큰 영상 시퀀스에 대해서는 작은 이득을 얻게 된다.Since the B picture is predicted from either or both of the P picture of the previous position and the P picture of the next position already decoded, improved coding efficiency can be obtained. Therefore, the coding technique using the B picture can obtain a significant gain for an image sequence with less motion than a P picture, but a small gain for an image sequence with a large motion.
그러나, H.26L 테스트 모드인 TML-5를 기초로 하여 B 픽쳐를 구현한 결과 그 성능이 기대하는 만큼의 이득을 얻을 수 없고 특히 작은 움직임의 시퀀스에 손실을 발생시킨 다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 H.26L에서의 B 픽쳐 코딩의 향상된 성능을 얻기 위한 보다 효과적인 B 픽쳐 모드 결정 방법을 창안한 것이다.However, the implementation of B pictures based on the H.26L test mode, TML-5, has found that the performance does not yield the expected benefits, and results in loss especially in small motion sequences. Accordingly, the present invention has devised a more effective method of B picture mode determination to obtain improved performance of B picture coding in H.26L.
도 3b의 H.26L TML-5의 B 프레임을 위한 코드 테이블에 따르면, 전방 예측 모드는 참조 프레임 번호(단, 다중 참조 프레임이 선택되었을 경우에 해당됨) 및 모션 벡터(MVF)와 같은 두 개의 정보를 오버헤드 비트로서 필요로 하고, 후방 예측모드는 모션 벡터(MVB) 단 하나의 정보를 오버헤드 비트로서 필요로 하며, 양방향 예측 모드는 참조 프레임 전방/후방 블록 크기, 전방 모션 벡터(MVF) 및 후방 모션 벡터(MVB)와 같은 네 개의 정보를 오버헤드 비트로 필요로 한다.According to the code table for the B frame of the H.26L TML-5 of FIG. 3B, the forward prediction mode is divided into two such as a reference frame number (where multiple reference frames are selected) and a motion vector (MV F ). Information is required as overhead bits, and the backward prediction mode requires only one information as the motion vector (MV B ), and the bidirectional prediction mode is the reference frame forward / backward block size, forward motion vector (MV). Four pieces of information such as F ) and backward motion vector (MV B ) are needed as overhead bits.
따라서, 본 발명에서는 예측 오차 연산 값 SAD를 계산할 때 각 모드의 오버헤드 비트를 고려한 패널티 값을 SAD 초기치로 설정하여 SAD 값을 먼저 증가시킨 후 예측 오차 연산을 수행하도록 하였다. 이것은 도 2의 3단계(S3)에서 가장 작은 SAD 값을 갖는 모드를 매크로블록의 최적 예측 모드로 결정할 때 영향을 미치게 된다. 즉, SAD 값이 예측 오차 뿐만 아니라 오버헤드 비트의 영향까지도 포함하도록 함으로써, 통상의 모드 결정 방법에서와 같이 단순히 예측 오차만을 고려한 SAD에 의해 결정된 최적 예측 모드가 결과적으로 비트율을 증가시키게 되는 문제점이 해소된다.Therefore, in the present invention, when calculating the prediction error arithmetic value SAD, the penalty value considering the overhead bit of each mode is set as the initial SAD value to increase the SAD value first, and then perform the prediction error arithmetic. This affects the mode having the smallest SAD value as the optimum prediction mode of the macroblock in step S3 of FIG. 2. That is, the SAD value includes not only the prediction error but also the influence of the overhead bit, thereby eliminating the problem that the optimal prediction mode determined by the SAD considering only the prediction error as a result of the conventional mode decision method increases the bit rate as a result. do.
한편, 16 ×16 인트라 및 다이렉트 예측 모드는 코딩 신택스에 부가적인 정보를 필요로 하지 않기 때문에 오버헤드 비트가 존재하지 않게 된다. 그러나, 16 ×16 인트라 모드의 큰 문제점은 도 3b의 테이블에서 알 수 있듯이 모드 타입을 표현함에 있어서, 다이렉트 모드는 도 3a와 같이 단지 1비트인 것과 달리, 많은 수의 비트가 요구된다는 사실이다. 따라서, 비록 두 개의 모드가 오버헤드 비트를 필요로 하지 않을 지라도 각각 다른 방법으로 SAD 값을 계산할 필요가 있다.On the other hand, since the 16 x 16 intra and direct prediction modes do not require additional information in the coding syntax, there is no overhead bit. However, a major problem with the 16x16 intra mode is the fact that in expressing the mode type as shown in the table of FIG. 3B, the direct mode requires a large number of bits, unlike only 1 bit as in FIG. 3A. Thus, although the two modes do not require overhead bits, they need to calculate SAD values in different ways.
작은 움직임을 갖는 시퀀스를 예로 하면, 이 시퀀스는 대체로 제로 모션(zero motion)을 갖는 많은 플랫 영역(flat regions)으로 특징지어질 수 있다.시뮬레이션을 통해 작은 움직임의 시퀀스에 할당된 모드들의 수를 비교해 보면, 비트율이 감소할 수록 플랫 영역에 효과적인 16 ×16 인트라 모드가 많이 선택되어지는 것을 발견할 수 있다. 이 결과는 TML-5 상의 B 픽쳐가 기본적으로 제로 모션 특징 대신 플랫 영역 특징만을 이용한다는 것을 의미한다. 따라서, 16 ×16 인트라 모드의 모드 타입 표현을 위한 많은 비트가 요구됨에 따라 비트량 증가에 따른 손실 발생의 원인을 제공하게 된다.Taking a sequence with small movements as an example, this sequence can be characterized as a large number of flat regions with generally zero motion. The simulation compares the number of modes assigned to a sequence of small movements. As can be seen, as the bit rate decreases, more effective 16x16 intra mode is selected for the flat area. This result means that the B picture on the TML-5 uses only the flat region feature instead of the zero motion feature by default. Therefore, as many bits for the mode type representation of the 16x16 intra mode are required, a cause of loss due to an increase in the bit amount is provided.
따라서, 본 발명에서는 제로 모션을 갖는 플랫 영역에 대해 16 ×16 인트라 모드가 할당되는 것을 방지하기 위해 플랫 영역 특징 대신 제로 모션 특징을 효과적으로 이용하는 방법을 사용하였다. 즉, 가능한 한 다이렉트 모드로 결정되어지도록 도 2의 2단계(S2)에서 다이렉트 예측 모드의 SAD 값을 계산할 때 16 ×QPo(QP)를 감산하도록 하였다. 여기서, QPo(QP)는 양자화 부호 QUANT에의 포인터이고, 동시에 예측 모드 선택을 위한 스케일 목적으로 사용된다. 참고로, H.263의 QUANT와 H.26L의 QP 사이의 관계는 QUANT = QPo(QP)-2QP/6이 된다. 물론, 화질과 비트율 감소 사이에는 트레이드 오프가 존재하지만, 감소된 비트율이 화질 저하를 무시할 수 있을 정도로 크기 때문에 수용 가능한 화질을 유지할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, a method of effectively using the zero motion feature instead of the flat area feature is used to prevent the 16x16 intra mode from being allocated to the flat area having zero motion. That is, 16 × QP o (QP) is subtracted when calculating the SAD value of the direct prediction mode in step 2 of FIG. 2 so that the direct mode is determined as much as possible. Here, QP o (QP) is a pointer to the quantization code QUANT and is used for scale purposes for prediction mode selection at the same time. For reference, the relationship between QUANT in H.263 and QP in H.26L is QUANT = QP o (QP) -2 QP / 6 . Of course, there is a trade-off between image quality and bit rate reduction, but the reduced bit rate is large enough to neglect the degradation in image quality so that an acceptable image quality can be maintained.
도 4는 이전의 P 픽쳐와 B 픽쳐 사이의 실제 전방 움직임과 본 발명의 다이렉트 모드간 관계를 나타낸 것이다. B 픽쳐는 다이렉트 모드의 SAD 값 감소로 인하여 도 2의 3단계(S3)에서 다이렉트 모드로 선택되어지고 도 4의 (a) 및 (c)에 보이는 것과 같이 실제 움직임들은 다이렉트 모드의 전방 모션으로 접근되어질 수 있다. 만일 다이렉트 예측과 실제 움직임에 의한 예측간의 차이가 클 경우에는 도 4의 (b)에서와 같이 B 픽쳐는 전방 예측 모드로 결정되어진다.4 shows the relationship between the actual forward motion between the previous P picture and the B picture and the direct mode of the present invention. The B picture is selected as the direct mode in step 3 (S3) of FIG. 2 due to the decrease of the SAD value of the direct mode and the actual movements approach the forward motion of the direct mode as shown in (a) and (c) of FIG. Can be done. If the difference between the direct prediction and the prediction by the actual motion is large, the B picture is determined as the forward prediction mode as shown in FIG.
이러한 관계는 후방 및 양방향 모드로 동일하게 적용될 수 있다. 도 4의 (a)에서와 같이 비교적 움직임이 클 경우 전방, 후방 및 양방향 모드들이 다이렉트 모드로 선택되므로 인하여 비트량을 절약할 수 있다. 마찬가지로 도 4의 (c)에서와 같이 움직임이 작을 경우 전방, 후방, 양방향 모드가 다이렉트 모드로 선택되어지고, 특히 제로 모션일 경우 전방, 후방 및 양방향 모드 외에 16 ×16 인트라 모드가 다이렉트 모드로 변경될 가능성이 높기 때문에 더 효과적인 비트율 감소가 이루어진다. 결국, 상기와 같은 모드 선택 방법을 적용함으로써 TML-5 상의 B 픽쳐들에 대하여 개선된 성능을 제공할 수 있게 된다.This relationship can be equally applied in rear and bidirectional modes. As shown in FIG. 4A, when the movement is relatively large, the bit amount can be saved because the front, rear, and bidirectional modes are selected as the direct mode. Similarly, as shown in (c) of FIG. 4, when the movement is small, the front, rear, and bidirectional modes are selected as the direct mode, and in case of the zero motion, the 16 × 16 intra mode is changed to the direct mode in addition to the front, rear, and bidirectional modes. This is more likely to result in a more effective bit rate reduction. As a result, by applying the above mode selection method, it is possible to provide improved performance for B pictures on the TML-5.
TML-5에서의 B 픽쳐에 대한 코딩 신택스를 고려한 각 모드의 SAD의 초기값 및 다이렉트 모드의 SAD 값을 구하는 과정은 다음과 같다. 여기서,,,등은 각 모드에서의 초기치를 의미한다.The process of obtaining the initial value of the SAD of each mode and the SAD value of the direct mode considering the coding syntax for the B picture in the TML-5 is as follows. here, , , And the like means initial values in each mode.
양방향 예측 모드:Bidirectional prediction mode:
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 비디오 코딩 시스템에서 각 모드의 오버헤드 비트를 고려한 패널티 값을 SAD 초기치로 설정하고, 또한 제로 모션을 갖는 플랫 영역에 대해 16 ×16 인트라 모드 대신 다이렉트 모드가 선택되어지도록 하기 위하여, SAD 값을 계산할 때 16 ×QPo(QP)를 감산하도록 함으로써 비트율이 현저히 감소되고, 이에 의해 영상정보의 디코딩 성능이 향상되는 효과가 있다.As described in detail above, in the video coding system, the penalty value considering the overhead bit of each mode is set as an initial SAD value, and a direct mode is selected instead of a 16 × 16 intra mode for a flat region having zero motion. In order to calculate the SAD value, by subtracting 16 × QP o (QP), the bit rate is significantly reduced, thereby improving the decoding performance of the image information.
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| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20070918 Year of fee payment: 6 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |