KR20020077892A - 비디오 디코딩 방법 및 대응 디코더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 베이스 계층 및 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 포함하는 비디오 비트스트림을 디코딩하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은, 디코딩된 베이스 계층 프레임들 및 디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들을 생성하기 위해 상기 베이스 계층 및 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 디코딩하는 단계, 및 상기 디코딩된 베이스 계층 프레임들을 홀로 또는 상기 디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들과 함께 디스플레이하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 디스플레이되는 베이스 계층의 각각의 조잡한 퀄리티 프레임은, 베이스 계층의 상기 조잡한 퀄리티 프레임을 선행 및 뒤따르는 인핸스먼트 계층의 2개의 프레임들 사이의 보간을 통하거나 예를 들어 시간적으로 가장 가까운 어느 하나와 같은 이러한 2개의 프레임들 중 단지 어느 하나에 의해 얻어진 프레임에 의해 대체된다.

Description

비디오 디코딩 방법 및 대응 디코더{VIDEO DECODING METHOD AND CORRESPONDING DECODER}
MPEG-4 표준(상기 표준은 예를 들어 "Overview of the MPEG-4 Version 1 Standard", ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1909, October 1997, Fribourg 라는 서면에 설명되어 있다.)에 따른 인코더에서, 3가지 타입의 픽처들이 사용된다.: 즉, 다른 픽처들로부터 독립적으로 코딩된 내부-코딩된(intra-coded : I) 픽처들, 움직임 보상 예측에 의해 과거 레퍼런스 픽처(I 또는 P)로부터 예측된 예측-코딩된 (predictively-coded : P) 픽처들, 및 과거 및 미래 레퍼런스 픽처(I 또는 P)로부터 예측된 쌍방향 예측-코딩된(bidirectionally predictively-coded : B) 픽처들 등이다. I 픽처들은 가장 중요하다. 왜냐하면 그들은 레퍼런스 픽처들이고 이전 픽처들에 대한 어떤 레퍼런스 없이 디코딩이 시작될 수 있는 엑세스 포인트들(비트 스트림 내의)을 제공할 수 있기 때문이다(그러한 픽처들에서는 단지 공간 리던던시만 제거된다.). 공간 및 시간 리던던시(spatial and temporal redundancy)를 모두 감소시킴으로써, P-픽처들은 단지 공간 리던던시만을 감소시키는 I-픽처들과 비교해서 더 우수한 압축을 제공한다. B-픽처들은 가장 높은 정도의 압축을 제공한다.
MPEG-4에서는, 몇가지 구조들이 사용된다. 예를 들어 비디오 오브젝트들 (video objects : VOs), 이는 사용자가 접속 및 교묘하게 다루도록 허용되는 실재물들이다. 그리고 비디오 오브젝트 플레인들(vidoe objects planes : VOPs), 이는 주어진 시간에서의 비디오 오브젝트의 보기들(instances)이다. 인코딩된 비트스트림에서, 서로 다른 타입의 VOPs가 발견될 수 있다. : 단지 공간적 리던던시(비트의 측면에서 가장 대가가 큰)만을 사용하는 내부 코딩된 VOPs, 과거 레퍼런스 VOP로부터의 움직임 추정 및 보상을 사용하는 예측 코딩된 VOPs, 그리고 과거 및 미래 레퍼런스 VOPs로부터의 움직임 추정 및 보상을 사용하는 쌍방향 예측 코딩된 VOPs 등이다.
P-VOPs 및 B-VOPs에 대해서는, 단지 현재의 VOP 및 그것의 레퍼런스 VOP(s) 사이의 차이만이 코딩된다. 단지 P- 및 B-VOPs 만이 움직임 추정에 의해 고려되고, 소위 "블록 매칭 알고리즘"("block matching algorithm")에 따라 수행된다. : 현재 프레임의 각각의 매크로블록에 대해, 레퍼런스 VOP에서 가장 잘 매치되는 매크로블록이 미리 결정된 탐색 존(search zone)에서 탐색되고 움직임 벡터(motion vector : MV)가 계산된다. 유사 판단 기준(resemblance criterion)이 절대값 차의 합(Sumof Absolute Differences : SAD)에 의해 주어진다. N ×N 매크로블록에 대해, SAD는 다음과 같이 표현된다. :
그래서 선택된 매크로블록은 탐색 존에서 계산된 것들 중에서 가장 작은 SAD에 대응하는 것이다. 상기 추정에 대해, 상기 VOP의 타입에 기초하여 서로 다른 모드들이 존재한다. :
(a) P-VOPs 매크로블록들에 대해서는, 단지 "포워드 모드"(과거 레퍼런스 I-VOP 또는 P-VOP를 이용)가 이용가능하다.
(b) B-VOPs 매크로블록들에 대해서는, 상기 매크로블록 추정을 위해 4가지 모드들이 이용가능하다.
- "포워드 모드"(P-VOPs에서와 같이);
- "백워드 모드" : 레퍼런스가 과거의 것이 아닌 미래의 P- 또는 I-VOP라는 것을 제외하고는 포워드 모드와 같다.;
- "보간된 모드"("interpolated mode") 또는 "쌍방향 모드" : 포워드 및 백워드 모드를 결합시키고 과거 및 미래 레퍼런스 VOP를 사용한다.;
- "직접 모드" : 각각의 움직임 벡터가 미래 레퍼런스 VOP의 움직임 벡터 덕분에 및 서로 다른 VOPs 사이의 시간적 거리 덕분에 계산된다.
MPEG-4 내에서는, 중요한 기능성인 스케일러빌리티(scalability)가 제공된다.
"계층화 코딩"("layered coding")이라고도 또한 알려진 스케일러블 코딩은, 스케일러블 디코딩 동작을 가능하게 하는 방법으로 코딩된 레프리젠테이션을 생성한다. 스케일러빌리티는, 디코딩된 비트스트림의 비율과 같은 정도의 해상도(resolution) 및/또는 퀄리티의 완전한 픽처들의 생성에 선행하여 적절한 데이터의 부분집합들의 디코딩을 허용하는 비트스트림의 속성이다. 그러한 기능성은, 다양한 해상도들 및/또는 퀄리티 및/또는 복잡성에서 동시에 이용가능한 비디오 시퀀스들을 요구하는 많은 응용들에서 유용하다. 사실, 만일 비트스트림이 스케일러블이라면, 어떤 사용자는 그 자신의 디코더 또는 디스플레이에 따른, 또는 이용가능 대역폭을 갖는 기본 비디오를 제공하기 위해 그것의 일부에만 접속할 것이다. 반면에 또 다른 사람은 더 나은 비디오 퀄리티를 산출하기 위해 풀 비트스티림(full bitstream)을 사용할 것이다.
몇몇 독립된 비트스트림들이 코딩됨에 따른 해결책 보다 코딩 과정 측면에서 더 낮은 대가를 지불하는 스케일러빌리티의 장점은, 적어도 2개의 서로 다른 비트스트림들로 분리하여 비트스트림을 운반하도록 허용한다는 것이다(그리고, 그들 중에 어느 하나는 다른 것들보다 더 높은 비트속도를 갖는다.). 그래서 각 타입의 스케일러빌리티는 하나 이상의 계층을 포함한다. 시간적 스케일러빌리티의 경우에, 더 낮은 계층 및 더 높은 계층으로 이루어진 적어도 2개의 계층들이 고려된다. 더 낮은 계층은 주어진 프레임 속도로 인코딩된 베이스 계층으로 언급된다. 그리고 부가적 계층은 베이스 계층에서 누락된 정보를 제공하기 위해 인코딩된 인핸스먼트 계층으로 불리운다(예를 들어 "Overview of fine granularity scalability inMPEG-4 video standard", W.Li, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol.11, n。3, March 2001이라는 서면의 도4에서 설명된 것과 같이 더 높은 프레임 속도를 갖는 비디오 신호를 형성하기 위해). 그래서 디스플레이 측에서 더 높은 시간적 해상도를 제공하게 된다. 디코더는 비디오 스트림을 디코딩하기 위해 요구되는 데이터의 최소량에 대응하는 베이스 계층만을 디코딩하거나, 인핸스먼트 계층을 또한 디코딩할 수도 있다(상기 베이스 계층에 덧붙여서). 향상된 비디오 신호(enhanced video signal)를 제공하도록 요구되는 부가적 데이터에 대응하는 상기 인핸스먼트 계층은, 베이스 계층에 대응하는 데이터에 관련된다면, 그리고 만일 더 높은 해상도가 요구된다면 초당 더 많은 프레임들을 출력한다.
그러나, 디코딩 측에서, 예를 들어 각 계층에 대해 이용가능 대역폭이 매우 다른 때에, 베이스 계층의 디스플레이된 이미지들 및 인핸스먼트 계층의 디스플레이된 이미지들 사이의 퀄리티의 큰 차이가 관찰되는 경우들이 있다. 그러한 경우에, 시퀀스의 평균과 비교하여 단지 몇몇 프레임들(베이스 계층의)만이 두드러지게 더 낮은 퀄리티를 갖는다고 할지라도 플리커링 효과(flickering effect) 때문에 디코딩된 시퀀스의 개별적 퀄리티는 매우 낮을 수 있다.
본 발명은 일반적으로 비디오 압축 해제(decompression)에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 베이스 계층 코딩된 비디오 신호들 및 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 포함하는 비디오 비트스트림을 디코딩하고, 단지 홀로 디스플레이될 베이스 계층 신호들, 또는 함께 디스플레이될 베이스 계층 신호들 및 인핸스먼트 계층 신호들에 대응하는 디코딩된 신호들을 발생시키는 디코딩 방법에 관한 것이다. 이것은 또한 대응 비디오 디코더에 관한 것이다.
본 발명은, 도1이 비디오 시퀀스를 코딩 및 디코딩하기 위한 시스템의 일반적인 구현을 보여주는 첨부된 도면을 참조로 하여, 더 상세하게 설명될 것이다.
그래서 디스플레이된 디코딩된 시퀀스의 퀄리티를 개선하도록 허용하는 비디오 디코딩 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이를 위해 본 발명은, 다음과 같은 단계들을 포함하는 상기 설명의 서두 문단에 규정된 것과 같은 디코딩 방법에 관한 것이다. :
디코딩된 베이스 계층 프레임들을 생성하도록 상기 베이스 계층 코딩된 비디오 신호들을 디코딩하는 단계;
디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들을 생성하도록 상기 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 디코딩하는 단계;
비디오 프레임들을 형성하기 위해 상기 디코딩된 베이스 계층 프레임들을 홀로 또는 상기 디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들과 함께 디스플레이하는 단계를 포함하는, 상기 비디오 비트스트림을 디코딩하는 방법에 있어서,
상기 디스플레이 단계는,
주어진 판단기준에 기초하여 디스플레이되는 각각의 연속된 베이스 계층 프레임의 퀄리티를 검사하고 조잡한 퀄리티 프레임들을 선택하기 위한 결정 서브-단계(decision sub-step);
각각의 조잡한 퀄리티 베이스 계층 프레임을 상기 조잡한 퀄리티 베이스 계층 프레임에 선행 및 뒤따르는 인핸스먼트 계층의 2개의 프레임들 중 적어도 하나로 대체하기 위한 대체 서브-단계(replacement sub-step)를 포함하는, 비디오 비트스트림 디코딩 방법이다.
비디오 시퀀스를 코딩 및 디코딩하기 위한 시스템은 일반적으로 도1에서 도시된 바와 같이 구현된다. 상기 시스템은, 비디오 인코딩 파트(1), 비디오 디코딩 파트(3) 및, 그들 사이에, 전송 매개(2)를 포함한다. 상기 인코딩 파트(1)는, 비압축 비디오 프레임들을 생성하는 비디오 프레임 자원(video frame source)(11), 상기 자원(11)으로부터 수신하는 프레임들을 코딩하기 위해 제공되는 비디오 인코더(12), 및 인코더 버퍼(13)를 포함한다. 상기 인코더(12)에서, 주어진 프레임 속도로 들어오는 비압축 비디오 프레임들은 MPEG-4 표준의 원리들에 따라 코딩되고 인코더 버퍼(13)로 전송된다. 그리고 상기 버퍼의 출력에서 상기 저장되고 코딩된 프레임들이 전송 매개(2) 쪽으로 보내진다.
디코딩 측에서, 전송된 코딩된 프레임들은 디코더 버퍼(14), 비디오 디코더(15) 및 비디오 디스플레이(16)를 포함하는 비디오 디코딩 파트(3)에 의해 수신된다. 상기 디코더 버퍼(14)는 상기 전송된 코딩된 프레임들을 수신하고 저장한다. 그리고 그 자체가, 일반적으로 동일한 프레임 속도로, 이러한 프레임들을 디코딩하는 비디오 디코더(15)로 그들을 전송한다. 그 다음에 상기 디코딩된 프레임들은 그들을 디스플레이하는 비디오 디스플레이(16)로 보내진다.
스케일러블 코딩 방식의 현재 경우에, 비디오 인코더(12)는, 상기 자원(11)으로부터 오리지날 비디오 신호에 대응하는 프레임들을 수신하고 상기 인코더 버퍼(13)로 보내지는 베이스 계층 비트스트림을 생성하기 위해 프레임들을 코딩하는 베이스 계층 인코딩 스테이지 및 한 쪽에서(상기 자원(11)으로부터) 오리지날 비디오 신호에 대응하는 프레임들을 수신하고 다른 쪽에서 베이스 계층 비트스트림에서 전송된 코딩된 프레임들로부터 유도된 디코딩된 프레임들을 수신하는 인핸스먼트 계층 인코딩 스테이지를 포함한다. 이러한 인핸스먼트 계층 인코딩 스테이지는, 인핸스먼트 계층 코딩된 비트스트림의 형태로, 베이스 계층 프레임들에서 누락된 이미지 정보를 나타내고 그래서 상기 베이스 계층 비트스트림에 더해질 레지듀얼 신호를 발생시킨다.
이에 상대적으로, 상기 디코딩 측에서, 비디오 디코딩 파트(3)의 디코더(15)는 상기 코딩된 베이스 계층 비트스트림 및 상기 코딩된 인핸스먼트 계층 비트스트림을 수신하고 상기 비디오 디스플레이(16) 쪽으로 홀로 디스플레이될 베이스 계층 신호들, 또는 함께 디스플레이될 인핸스먼트 계층 신호들과 연합된 베이스 계층 신호들에 대응하는 디코딩된 신호들을 보내기 위해 제공되는 프로세싱 회로를 포함한다.
어떤 경우들 하에서는, 예를 들어 각 계층에 대한 이용가능 대역폭이 매우 다른 경우, 베이스 계층으로부터 오는 디스플레이된 이미지들 및 인핸스먼트 계층으로부터 오는 디스플레이된 이미지들 사이의 퀄리티의 매우 큰 차이가 관찰된다. 그러한 경우에, 베이스 계층의 단지 몇몇 프레임들만이 시퀀스의 평균 퀄리티와 비교하여 두드러지게 더 낮은 퀄리티를 갖는다고 할지라도 플리커링 효과 때문에 디스플레이된 디코딩된 시퀀스의 개별적 퀄리티는 낮을 것이다. 베이스 계층의 상기 조잡한 퀄리티 프레임들이 디스플레이되지 않고 인핸스먼트 계층으로부터 오는 프레임들에 의해 대체된다면 이러한 단점은 회피될 수 있을 것이다.
이러한 대체 프레임들은, 예를 들어, 인핸스먼트 계층의 선행 및 뒤따르는 프레임들로부터 보간된 프레임들이 될 수 있다. 상기 대체 프레임은 또한, 예를 들어 시간적으로 가장 가까운 것으로 상기 선행 및 뒤따르는 프레임들 중 하나를 복사함으로써 얻어질 수 있다.
디코딩된 프레임들이 디스플레이되기에 충분한 퀄리티를 갖고 있는지를 결정하기 위해, 양적인 판단기준이 규정되어야 한다. 예를 들어 연속된 프레임들의 양자화 단계 크기들을 저장 및 비교하는 것이 가능하다. : 다른 선행 및 뒤따르는 프레임들에 관한 프레임에 대한 상기 단계 크기의 매우 두드러진 차이의 경우에, 상기 프레임은 조잡한 퀄리티를 갖을 것이다. 또 다른 판단기준은 다음과 같을 것이다. 8 × 8 블록들로 나누어지는 각각의 프레임, 상기 블록들의 경계들에서의 텍스처 그레디언트(texture gradient)가 검사된다. : 만일 상기 그레디언트가 특정 베이스 계층 프레임에서 두드러지게 높다면, 상기 프레임은 조잡한 퀄리티를 갖는 것으로 고려되고 디스플레이되지 않는다.
여기의 상기에서 설명된 비디오 디코더는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 통해 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그리고 나서 예를 들어 컴퓨터-실행가능 처리 단계들을 저장하는 메모리 및 상기 디코딩된 프레임들을 생성하여 디스플레이되게 하기 위해 상기 메모리에 저장된 처리 단계들을 실행하는 프로세서를 포함하는, 상기 설명된 방법을 실행하기 위해 채용된, 컴퓨터 시스템 또는 다른 장치 타입 중 어느 것으로도 구현될 수 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 전형적인 조합은, 로딩되고 실행될 때, 컴퓨터 시스템을 제어하여 그것이 여기에서 설명된 방법을 실행시키는 컴퓨터 프로그램을 갖는 범용컴퓨터 시스템이 될 수도 있다. 대안적으로, 본 발명의 기능 작업들의 하나 또는 그 이상을 수행하기 위해 전문화된 하드웨어를 포함하는 특정 목적 컴퓨터가 사용될 수도 있다. 본 발명은 또한, 여기에서 설명된 본 방법 및 기능들의 구현을 가능하게 하는 모든 특징들을 포함하고, -컴퓨터 시스템 안에서 로딩되는 경우- 이러한 방법 및 기능들을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 매개 또는 제품에 장착될 수도 있다. 본 발명은 또한, 컴퓨터 판독 가능 매개 또는 제품 상에 저장되고 상기 설명된 비디오 디코딩 방법을 수행하기 위해 제공된 컴퓨터 실행가능 처리 단계들에 관한 것이다. 현재 문맥에서 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 프로그램, 프로그램, 프로그램 제품, 또는 소프트웨어는, 어떤 언어, 코드 또는 기호표시로된, 특정 기능을 직접, 또는 다음들 중 어느 하나 또는 둘 모두 후에 특정 기능을 수행하도록 정보 처리 능력을 갖는 시스템을 유발하도록 의도된 인스트럭션들 집합의 표현이다. : (a) 또 다른 언어, 코드 또는 기호표시로의 변환, 및/또는 (b) 다른 물질 형으로 재생.
본 발명의 앞선 설명은, 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시되었고, 본 발명을 속속들이 규명해 내거나 공개된 바로 그 형태로 한정하도록 의도되지는 않는다. 그리고 상기 가르침들의 견지에서 수정들이 가능하다. 당업자에게 명백한 그러한 수정들은 본 발명의 범위에 포함되도록 의도된다.

Claims (4)

  1. 전송 및/또는 저장 매개로부터 베이스 계층 코딩된 비디오 신호들 및 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 포함하는 비디오 비트스트림을 수신하고, 단지 홀로 디스플레이될 상기 베이스 계층 신호들, 또는 함께 디스플레이될 상기 베이스 계층 신호들 및 상기 인핸스먼트 계층 신호들에 대응하는 디코딩된 신호들을 발생시키기 위해 상기 비트스트림을 디코딩할 수 있는 프로세싱 회로를 포함하는 비디오 디코더에의 사용을 위해, 상기 베이스 계층 및 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 포함하는 상기 비디오 비트스트림을 디코딩하는 방법으로서,
    디코딩된 베이스 계층 프레임들을 생성하도록 상기 베이스 계층 코딩된 비디오 신호들을 디코딩하는 단계;
    디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들을 생성하도록 상기 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 디코딩하는 단계;
    비디오 프레임들을 형성하기 위해 상기 디코딩된 베이스 계층 프레임들을 홀로 또는 상기 디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들과 함께 디스플레이하는 단계를 포함하는, 상기 비디오 비트스트림을 디코딩하는 방법에 있어서,
    상기 디스플레이 단계는,
    주어진 판단기준에 기초하여 디스플레이되는 각각의 연속된 베이스 계층 프레임의 퀄리티를 검사하고 조잡한 퀄리티 프레임들을 선택하기 위한 결정 서브-단계;
    각각의 조잡한 퀄리티 베이스 계층 프레임을 상기 조잡한 퀄리티 베이스 계층 프레임에 선행 및 뒤따르는 인핸스먼트 계층의 2개의 프레임들 중 적어도 하나로 대체하기 위한 대체 서브-단계를 포함하는, 비디오 비트스트림 디코딩 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    각각의 조잡한 퀄리티 베이스 계층 프레임은 상기 인핸스먼트 계층의 상기 선행 및 뒤따르는 프레임들 중 시간적으로 가장 가까운 것으로 대체되는, 비디오 비트스트림 디코딩 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 조잡한 퀄리티 베이스 계층 프레임은 상기 인핸스먼트 계층의 상기 선행 및 뒤따르는 프레임들 사이의 보간에 의해 얻어진 프레임으로 대체되는, 비디오 비트스트림 디코딩 방법.
  4. 베이스 계층 코딩된 비디오 신호들 및 인핸스먼트 계층 코딩된 비디오 신호들을 포함하는 비디오 비트스트림을 디코딩하기 위한 비디오 디코더로서, 상기 인핸스먼트 계층은 디스플레이 순서로 배열된 인핸스먼트 프레임들을 포함하는 비디오 디코더에 있어서,
    디코딩된 베이스 계층 프레임들을 생성하는 제1 디코딩 수단;
    디코딩된 인핸스먼트 계층 프레임들을 생성하는 제2 디코딩 수단;
    상기 디코딩된 베이스 계층 및 인핸스먼트 계층 프레임들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단으로서, 디스플레이되는 상기 베이스 계층의 각각의 조잡한 퀄리티 프레임은 상기 베이스 계층의 상기 조잡한 퀄리티 프레임을 선행 및 뒤따르는 인핸스먼트 계층의 2개의 프레임들 사이의 보간을 통해 또는 이러한 2개의 프레임들 중 단지 하나에 의해 얻어진 프레임에 의해 대체되는 디스플레이 수단을 포함하는, 비디오 디코더.
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