KR20040068962A - 비디오 부호화 및 복호화 방법 - Google Patents

비디오 부호화 및 복호화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프레임들의 시퀀스에 적용되고, 각 데이터 항목이 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비트스트림을 발생하는 비디오 부호화 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 예를 들어 비디오 압축 표준 MPEG-4 내에서 애플리케이션을 찾는 본 발명에 따라, 구문은 시퀀스의 장면의 각 비디오 객체에 대한 형상의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내기 위해 제공되는 특정한 1 비트 플래그를 포함한다. 이러한 플래그는 부호화된 비트스트림으로 전송되며, 그 값은 복호화 단계를 적응적으로 제어하기 위해 복호화 측에서 판독된다.

Description

비디오 부호화 및 복호화 방법{Video coding and decoding method}
제 1 비디오 부호화 표준들 및 권장들(MPEG-2 및 H.263까지)에서, 비디오는 직사각형이며 3개의 별도의 채널들에 의해 기술되는 것으로 가정되었다 : 소정량 N개의 비트들, 예를 들어 8개의 비트들로 가변 흑백 정보를 전달하는 하나의 휘도 채널과, 소정량 M개의 비트들, 예를 들어 8개의 비트들로 색도 표현에 의해 정의된 범위 내에 포함된 값과 동일한 디지털 신호를 각각 포함하는 2개의 색도 채널들.
MPEG-4에 대해, 부가 채널이 도입되었다 : 비디오 시퀀스 내에 존재하는 각 객체의 외형(contour)을 기술하기 위한 알파 채널(또한, MPEG-4 기술에서 "임의 형상 채널(arbitrary shape channel)"이라고도 불림). 예를 들면, 다른 부가의 채널들이 속속이 규명되지 않고 제공될 수 있다 : 겹쳐질 수 있는 상이한 객체들로 구성된 비디오 컨텐트들에 요구되는 투명 채널(transparency channel; 객체에 대해, 이러한 투명 채널은 불투명할 수 있고, 따라서 객체 텍스처가 다른 객체들의 텍스처를 덮어쓰거나, 디스플레이 상의 텍스처가 반투명하여 상이한 객체들의 텍스처들의 뒤섞임(blending)을 유발할 수 있다), 컨텐트의 2개의 뷰들이 요구되는 애플리케이션들에 유용한 부등 채널(disparity channel; 컨텐트가 입체적 뷰를 가능하게 하는 디스플레이 상에서 가시화될 수 있기 위해), 또는 농도 채널(depth channel; 3 차원 네비게이션이 가능한 애플리케이션들의 경우).
MPEG-4 표준에서, 그러한 부가의 채널들을 기술하는 유일한 수단(mean)은 소위 구문 요소 "video_object_layer_shape_extension"의 사용이다. 1999년 12월 미국 마우이, ISO/IEC/JTCI/SC29/WGll, MPEG-4 문서 w3056 111 및 112 페이지의 "Information Technology-Coding of audio-visual objects-Part2 : Visual"에 나타난 바와 같이, 구문 요소 "video_object_layer_shape"는 비디오 객체 층의 형상 타입을 식별하는 2비트 정수이고(112페이지 표 6 내지 14를 참조), 요소"video_object_layer_shape_extension"는 사용될 수 있는 보조 컴포넌트들의 수(최대 3) 및 타입을 식별하는 4비트 정수이다(112페이지 표 V2-1을 참조, 여기서 제한된 수의 타입들 및 조합들이 정의되지만, 사용자 정의(USER DEFINED) 타입의 선택은 보다 많은 애플리케이션들을 사용 가능하게 하도록 허용한다). "video_object_layer_shape"이 00이면, 객체는 직사각형임을 의미한다(표 6 내지 14). 이러한 직사각형 객체의 기술은 폭 및 높이에 대한 직사각형의 크기를 전송하도록 요구하며, 이는 문서 w3056, 36페이지 26 내지 32행(부분 : if(video_object_layer_shape=="rectangular"){})에 주어져 있으며 29비트들을 요구한다. MPEG-4 구문과 함께 직사각형 객체의 부등 채널 또는 농도 채널과 같은 부가 채널들을 전송하기 위해, 이러한 객체는 "video_object_layer_shape"를 11(중간 계조)로 설정함으로써 비-직사각형으로 선언되어야 한다. 객체가 중간 계조로서 선언되면(직사각형이라 하더라도), 구문은 객체의 형상을 기술하는 비트들을 전송하도록 하며, 이는 문서 w3056의 다음 부분들에서 주어진 구문에 따라 매크로블록 레벨에서 행해진다:
(a) 52페이지, §6.2.6 매크로블록, 1 내지 6행;
(b) 56페이지, §6.2.6.1 MB 이진 형상 부호화, 1 내지 5행;
(c) 128페이지부터, §6.3.5.3 형상 부호화, 129페이지 8행까지, 및 표 6.26.
따라서, MPEG-4에 의해 제공된 구문 및 의미(semantic)에 따라, 부등 또는 농도 채널들과 같은 부가 채널들의 전송 지원은 형상(또는 외형)을 갖는 객체들에대해서만 제공되며, 그 기술은 소정 수의 비트들로 전송되어야 함이 명백하다. 결과로서 생긴 비트들의 낭비는, 예를 들어 CIF 화상들에 대해, 문서 w3056, §6.3.5.3에 언급된 bab_type(bab_type = 사실상 1 내지 7 비트들을 포함하는 가변 길이 부호) 정보를 제공하기 위해 프레임 당 적어도 396 비트들, 즉 매크로블록 당 적어도 1비트인 반면, 29 비트들만으로 충분했다. 따라서, 휘도 및 색도 채널들과 예를 들어 직사각형 객체의 부등과 같은 1개의 부가 채널을 전송하기 원하는 경우, MPEG-4는 부호화 효율성에 대해 차선책(sub-optimal)이다.
본 발명은 일반적으로 비디오 압축 분야에 관한 것이며, 예를 들어 특히, MPEG군(MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4)의 비디오 표준들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연속하는 비디오 객체 평면들(VOPs : video object planes)로 세분화된 연속하는 장면들에 대응하는 비디오 시퀀스에 적용되고, 상기 장면들의 모든 비디오 객체들을 부호화하기 위해, 부호화된 비디오 데이터로 구성된 부호화된 비트스트림을 발생하는 비디오 부호화 방법으로서, 상기 부호화된 비디오 데이터의 각 데이터 항목은 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문(syntax)에 의해 기술되고, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되는, 상기 비디오 부호화 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 구현하는 부호화 디바이스, 상기 부호화된 디바이스에 의해 발생된 부호화된 비트스트림으로 구성된 전송 가능한 비디오 신호, 및 상기 비디오 신호를 수신하여 복호화하는 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 프레임간 움직임 보상을 예측하는 MPEG 부호화기의 예를 도시한 도면.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 비트들의 낭비를 회피하고, 따라서 부호화 효율성을 개선하도록 허용하는 비디오 부호화 방법을 제안하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 설명의 도입부에서 정의하고, 더욱이 상기 구문이 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상의 존재 여부를 높은 기술 레벨(high description level)로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 대응하는 부호화 디바이스와, 연속하는 비디오 객체 평면들(VOPs)로 세분화된 연속하는 장면들에 대응하는 시퀀스에 적용되는 부호화 방법에 의해 발생된 부호화된 비트스트림으로 구성된 전송 가능한 비디오 신호로서, 상기 장면들의 모든 비디오 객체들을 부호화하기 위해 발생된 상기 부호화된 비트스트림은, 각 데이터 항목이 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비디오 데이터로 구성되고, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되는, 상기 전송 가능한 비디오 신호에 있어서, 상기 부호화된 비트스트림은 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 또한 포함하는 것을 더 특징으로 하는, 전송 가능한 비디오 신호에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 그러한 전송 가능한 비디오 신호를 수신 및 복호화하는 비디오 복호화기에 관한 것이다.
상기 설명된 비트들의 낭비의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따라, 부가 채널들의 기술로부터 형상(또는 외형) 채널의 기술을 분리하는 것이 제안된다. 이러한 동작은 부등 채널(disparity channel) 또는 농도 채널(depth channel)과 같은 부가 채널들의 가능한 존재의 표시로부터 분리되는 형상의 존재에 관한 표시를 비트스트림으로 제공함으로써 구현된다. 이러한 표시는 본 발명에 따라 높은 기술 레벨(Video Object Layer-MPEG-4 또는 VOL-MPEG-4 레벨과 적어도 같은)로 도입된 특정한 1 비트 플래그로 구성된다.
이러한 부가 기술 단계는 예를 들어 다음의 방식으로 구현된다. 의미 요소는본 경우에 다음과 같이 정의된다:
Video_object_layer_shape
그리고, 이러한 요소의 의미는 "이것은, 소정 값(예를 들어 1)으로 설정된다면, 형상(또는 외형) 채널의 존재를 나타내는 1 비트 플래그이다"이다. 구문 요소가 1로 전송되면, 외형 또는 형상 채널이 존재하며 복호화되어야 한다. 그렇지 않으면, 어떠한 형상 또는 외형의 기술도 예상되지 않는다.
이러한 기술적 해결은 부가 채널들의 전송 지원이, 객체들이 형상을 갖는다는 사실 여부에 달려 있지 않다는 점에서 유리하며, 이는 보다 유연한 구문을 제공하며, 개선된 부호화 효율성을 가져온다.
상기 기술된 비디오 부호화 방법은 예를 들어, 프레임간 움직임 보상을 예측하는 MPEG 부호화기의 예를 도시한 도 1에 예시된 것과 같은 부호화 디바이스로 구현될 수 있으며, 상기 부호화기는 부호화단 및 예측단을 포함한다. 부호화단 자체는 일련의 모드 결정 회로(11; MPEG에 정의된 부호화 모드 I, P 또는 B의 선택을 결정하기 위함), DCT 회로(12), 양자화 회로(13), 가변 길이 부호화 회로(14) 및 레이트 제어 회로(16)에 연관된 버퍼(15)를 포함하며, 레이트 제어 회로(16)는 상기 버퍼의 컨텐트에 따라 회로(13) 내의 양자화를 적응시킨다. 예측단은 움직임 추정 회로(21) 다음에 움직임 보상 회로(22), 및 일련의 역양자화 회로(23), 및 역DCT 회로(24) 및 가산기(25)를 포함한다. 가산기(25)의 출력은 움직임 보상 회로(22)의 제 2 입력 상에서 수신되고, 상기 회로(22)의 출력은 가산기(25)의 제 2 입력 상에서 수신된다(동시에, 상기 회로(22)의 출력은 예측단의 출력이다). 감산기(26)는 부호화 디바이스의 입력 신호 IS와 예측단의 출력(즉, 회로(22)의 출력에서)에서 사용 가능한 예측 신호 사이의 차를 부호화단(11 내지 16)에 전송하도록 허용한다. 이러한 차, 또는 나머지는 부호화되는 비트스트림이며, 버퍼(15)의 출력 신호 CB는 본 발명에 따라, 부호화된 비트스트림으로 기술된 각 채널을 위해, 부호화된 나머지 신호의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내는 구문 요소를 포함하는 부호화된 비트스트림이다.
부호화 디바이스의 다른 예는, MPEG-4 표준의 명세들에 기초할 수 있다. MPEG-4 비디오 프레임워크에서, 하나 또는 여러 개의 비디오 객체들( 및 가능하게 그들 강화층들(enhancement layers))로 구성되는 각 장면은, 비디오 객체들(VOs)이라 불리고 별도의 기본 비트스트림들을 사용하여 부호화된 이들 객체들의 합성으로 구성된다. 따라서, 입력 비디오 정보는 먼저, 세그멘테이션 회로에 의해 VOs로 나누어지고, 이들 VOs은 형상 부호화, 움직임 부호화 및 텍스처 부호화를 포함하는 기본 부호화 구성에 전송된다. 이들 부호화 단계들에 비추어, 각 VO는, 예를 들어 포맷 4:2:0을 위해 4개의 휘도 블록들과 2개의 색도 블록들로 구성된 매크로블록들로 나누어지고, 하나씩 부호화된다. 본 발명에 따라, 상기 부호화 단계로부터 유발된 부호화 신호들을 포함하는 다중화된 비트스트림은 전송 및/또는 저장될 부호화된 비트스트림으로 각 기술된 채널의 최대 프레임 레이트를 기술하기 위해 특정 플래그들을 포함할 것이다.
상호적으로, 대응하는 복호화 방법에 따라, 복호화 측에 전송된 이들 특정 플래그들은 상기 플래그들을 포함하는 부호화된 비트스트림을 수신하고 상기 복호화 방법을 실행하는 비디오 복호화기에서 적절한 수단에 의해 판독된다. 부호화된 비트스트림의 컨텐트의 모든 세그먼트들을 인식 및 복호화할 수 있는 복호화기는 상기 부가 구문 요소들을 판독하고 각 기술된 채널의 최대 프레임 레이트를 안다. 그러한 복호화기는 부호화 디바이스로서 임의의 MPEG-타입일 수 있고, 본질적 요소들은 예를 들어 일련의, 부호화된 비트스트림을 수신하는 입력 버퍼, VLC 복호화기, 역양자화 회로 및 역DCT 회로이다. 부호화 및 복호화 디바이스 모두에서, 제어기는 부호화 또는 복호화 동작들의 단계들을 관리하기 위해 제공될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명할 목적으로 제공되었다. 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않으며, 명백하게, 당업자에게 명백하고 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된 수정들 및 변형들이 상기 개시 내용들에 비추어 가능하다.
예를 들어, 하드웨어 또는 소프트웨어의 단일 항목이 여러 기능들을 수행할 수 있거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어 또는 이들 모두의 항목들의 조립이 단일 기능을 수행하는 것을 배제하지 않고, 본 명세서에 기술된 부호화 및 복호화 디바이스들이 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있다. 기술된 방법들 및 디바이스들은 임의 타입의 컴퓨터 시스템 또는 다른 장치에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 전형적인 조합은, 컴퓨터 프로그램이 로딩 및 실행될 때, 본 명세서에 기술된 방법들을 실행하도록 컴퓨터 시스템을 제어하는 컴퓨터 프로그램을 가진 범용 컴퓨터 시스템이 될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 하나 이상의 기능적 작업들을 실행하기 위해전문화된 하드웨어를 포함하는 특정 용도 컴퓨터가 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 기술된 방법들 및 기능들을 구현할 수 있게 하는 모든 부분들을 포함하고, 컴퓨터 시스템에 로딩될 때 이들 방법들 및 기능들을 실행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품 내에 삽입될 수 있다. 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 프로그램, 프로그램, 프로그램 제품, 또는 소프트웨어는 바로 또는 (a) 다른 언어, 부호 또는 표시로 변환, 및/또는 (b) 상이한 자료 형태의 재생의 어느 하나 또는 모두를 수행한 후에 특정 기능을 수행하기 위해 시스템이 정보 처리 능력을 갖도록 의도되는, 임의의 언어, 부호 또는 표시의 명령들 세트의 임의의 표현을 의미한다.

Claims (6)

  1. 연속하는 장면들에 대응하는 비디오 시퀀스에 적용된 비디오 부호화 방법으로서, 상기 방법은 상기 장면들의 모든 비디오 객체들을 부호화하기 위해, 각 데이터 항목이 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비디오 데이터로 구성된 부호화된 비트스트림을 발생하며, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되는, 상기 비디오 부호화 방법에 있어서,
    상기 구문은 상기 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상 또는 외형의 존재 유무를 높은 기술 레벨(high description level)로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비디오 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 플래그가 소정 값으로 설정된다면, 상기 객체의 형상은 존재하며 복호화되어야 하고, 상기 플래그가 다른 값으로 설정된다면, 어떠한 형상의 기술도 예상되지 않는, 비디오 부호화 방법.
  3. 연속하는 장면들에 대응하는 비디오 시퀀스를 부호화하는 디바이스로서, 상기 디바이스는 비디오 객체들(VOs)의 합성(composition)으로서 상기 시퀀스의 각장면을 구성하는 수단, 상기 VOs의 각각의 형상, 움직임 및 텍스처를 부호화하는 수단, 및 이렇게 얻어진 상기 부호화된 기본 스트림들을, 각 데이터 항목이 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비디오 데이터로 구성된 단일 부호화된 비트스트림으로 다중화하는 수단을 포함하고, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되는, 상기 비디오 시퀀스를 부호화하는 디바이스에 있어서,
    상기 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상 또는 외형의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 상기 부호화된 비트스트림 내에 도입하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 시퀀스 부호화 디바이스.
  4. 연속하는 장면들에 대응하는 시퀀스에 적용된 비디오 부호화 방법에 의해 발생된 부호화된 비트스트림으로 구성된 전송 가능한 비디오 신호로서, 상기 장면들의 모든 상기 비디오 객체들을 부호화하기 위한 발생된 상기 부호화된 비트스트림은 각 데이터 항목이 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비디오 데이터로 구성되고, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되는, 상기 전송 가능한 비디오 신호에 있어서,
    상기 부호화된 비트스트림은 상기 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상 또는 외형의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 가능한 비디오 신호.
  5. 연속하는 장면들에 대응하는 시퀀스에 적용된 비디오 부호화 방법에 의해 발생된 부호화된 비트스트림으로 구성된 비디오 신호에 적용된 비디오 복호화 방법으로서, 상기 장면들의 모든 비디오 객체들을 부호화하기 위해 발생된 상기 부호화된 비트스트림은 각 데이터 항목이 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비디오 데이터로 구성되고, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되며, 상기 부호화된 비트스트림은 상기 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상 또는 외형의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 또한 포함하는, 상기 비디오 복호화 방법에 있어서,
    상기 특정한 플래그의 값을 판독하여 상기 값에 따라 복호화 단계를 제어하는 판독 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  6. 연속하는 장면들에 대응하는 시퀀스에 적용된 비디오 부호화 방법에 의해 발생된 부호화된 비트스트림으로 구성된 비디오 신호를 수신 및 복호화하는 디바이스로서, 상기 장면들의 모든 상기 비디오 객체들을 부호화하기 위해 발생된 상기 부호화된 비트스트림은 각 데이터 항목이 상기 비트스트림의 컨텐트의 모든 요소들을 인식 및 복호화하도록 허용하는 비트스트림 구문에 의해 기술되는 부호화된 비디오 데이터로 구성되고, 상기 컨텐트는 색도 채널들과 함께 또는 색도 채널들 없이 적어도 휘도 채널 및 적어도 하나의 부가 채널을 포함하는 별도의 채널들에 의해 기술되며, 상기 부호화된 비트스트림은 상기 시퀀스의 장면들의 각 비디오 객체에 대한 형상의 존재 유무를 높은 기술 레벨로 나타내는 특정한 1 비트 플래그를 또한 포함하는, 상기 수신 및 복호화 디바이스에 있어서,
    상기 복호화 디바이스는 상기 특정한 플래그의 값을 판독하여 상기 값에 따라 복호화 단계를 대응적으로 제어하는 수단을 포함하는 것을 더 특징으로 하는 수신 및 복호화 디바이스.
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