KR20060063613A - 영상 신호의 스케일러블 인코딩 및 디코딩 방법 - Google Patents

영상 신호의 스케일러블 인코딩 및 디코딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 신호를 스케일러블하게 인코딩 하고 디코딩 하는 방법에 관한 것이다. 인핸스드 레이어 인코딩의 예측 과정에서 예측하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 현재의 프레임과 동시간의 베이스 레이어의 프레임이 존재하지 않는 경우(missing picture), 상기 동시간의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 베이스 레이어 프레임을 이용하여 상기 매크로 블록을 내부 모드로 인코딩 한다. 따라서, 영상 신호를 스케일러블하게 인코딩 할 때 missing picture에 대해서도 레이어 간 예측 방법을 적용할 수 있게 됨으로써, 코딩 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
MCTF, 베이스 레이어, 인핸스드 레이어, 내부 모드, 인트라 베이스 모드, missing picture, 대응 블록

Description

영상 신호의 스케일러블 인코딩 및 디코딩 방법 { Method for scalably encoding and decoding video signal }
도 1은 인트라 베이스 모드(intra_BASE mode)를 도식적으로 나타낸 것이고,
도 2은 본 발명에 따른 영상 신호의 스케일러블 코딩 방법이 적용되는 영상 신호 인코딩 장치의 구성을 도시한 것이고,
도 3은 어느 한 시간적 분해 레벨에서 영상 신호에 대해 시간적 분해를 하는 구성을 도시한 것이고,
도 4는 동시간의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 베이스 레이어 프레임 내에 내부 모드로 코딩 된 대응 블록을 이용하여 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 구하는 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 것이고,
도 5는 동시간의 프레임보다 앞선 및 뒤진 베이스 레이어 프레임을 원래 이미지로 복원하고 이를 이용하여 생성한 동시간의 프레임을 기초로 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 구하는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 것이고,
도 6은 도 2의 장치에 의해 인코딩 된 데이터 스트림을 디코딩 하는 장치의 구성을 도시한 것이고,
도 7은 시간적 분해 레벨 N의 'H' 프레임 시퀀스와 'L' 프레임 시퀀스를 분해 레벨 N-1의 'L' 프레임 시퀀스로 시간적 합성하는 구성을 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : EL 인코더 101 : 추정/예측기
102 : 갱신기 105 : BL 디코더
110 : 텍스처 인코더 120 : 모션 코딩부
130 : 먹서 150 : BL 인코더
200 : 디먹서 210 : 텍스처 디코더
220 : 모션 디코딩부 230 : EL 디코더
231 : 역갱신기 232 : 역예측기
233 : 모션 벡터 디코더 234 : 배열기
240 : BL 디코더
본 발명은, 영상 신호의 스케일러블 인코딩 및 디코딩 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 베이스 레이어의 missing picture에 대해서 레이어 간 예측 방법을 적용하여 인핸스드 레이어의 영상 신호를 스케일러블하게 인코딩 하고 그에 따라 인코딩 된 영상 데이터를 디코딩 하는 방법에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 휴대폰과 노트북, 그리고 앞으로 널리 사용하게 될 이동(mobile) TV와 핸드헬드 PC 등이 무선으로 송수신하는 디지털 영상 신호에 대해서는 TV 신호에서와 같은 넓은 대역을 할당하기가 여의치 않다. 따라서, 이와 같은 이동성 휴대 장치를 위한 영상 압축 방식에 사용될 표준은 좀 더 영상 신호의 압축 효율이 높아야만 한다.
더욱이, 상기와 같은 이동성 휴대 장치는 자신이 처리 또는 표현(presentation)할 수 있는 능력이 다양할 수 밖에 없다. 따라서, 압축된 영상이 그만큼 다양하게 사전 준비되어야만 하는 데, 이는 동일한 하나의 영상원(source)에 대해서 초당 전송 프레임 수, 해상도, 픽셀 당 비트 수 등 다양한 변수들로 각각 조합된 여러 품질의 영상 데이터를 구비하고 있어야 함을 의미하므로, 컨텐츠 제공자에게 많은 부담이 될 수 밖에 없다.
이러한 이유로, 컨텐츠 제공자는, 하나의 영상원에 대해 고속 비트레이트의 압축 영상 데이터를 구비해 두고, 상기와 같은 이동성 장치가 요청하면 압축 영상을 디코딩 한 다음 요청한 장치의 영상 처리 능력(capability)에 맞는 영상 데이터로 다시 인코딩 하여 이를 제공한다. 하지만 이러한 방식에는 트랜스코딩(transcoding)(decoding+scaling+encoding) 과정이 필히 수반되므로 이동성 장치가 요청한 영상을 제공함에 있어서 다소 시간 지연이 발생한다. 또한 트랜스코딩도 목표 인코딩이 다양함에 따라 복잡한 하드웨어의 디바이스와 알고리즘을 필요로 한다.
이와 같은 불리한 점들을 해소하기 위해 제안된 것이 스케일러블 영상 코덱(SVC : Scalable Video Codec)이다. 이 방식은 영상 신호를 인코딩함에 있어, 최고 화질로 인코딩 하되, 그 결과로 생성된 픽처 시퀀스의 부분 시퀀스(시퀀스 전체에서 간헐적으로 선택된 프레임의 시퀀스)를 디코딩 하여도 영상의 화질을 어느 정도 보장할 수 있도록 하는 방식이다.
MCTF(Motion Compensated Temporal Filter(or Filtering))는 상기와 같은 스케일러블 영상 코덱에 사용하기 위해 제안된 인코딩 방식이다. MCTF 방식은 대역폭이 제한된 이동 통신 등과 같은 전송 환경에 적용될 가능성이 높으므로 초당 전송되는 비트 수를 낮추기 위해 높은 압축 효율, 즉 높은 코딩 효율(coding efficiency)을 필요로 한다.
앞서 언급한 바와 같이 스케일러블 방식인 MCTF로 인코딩 된 픽쳐 시퀀스 중 일부만을 수신하여 처리하여도 어느 정도의 화질을 보장하지만, 비트 레이트(bit rate)가 낮아지는 경우에는 화질 저하가 크게 나타난다. 이를 해소하기 위해서 낮 은 전송률을 위한 별도의 보조 픽쳐 시퀀스, 예를 들어 소화면 및/또는 초당 프레임 수 등이 낮은 픽쳐 시퀀스를 제공할 수도 있다.
보조 픽쳐 시퀀스를 베이스 레이어(base layer)라고 부르고, 주 픽쳐 시퀀스를 인핸스드(enhanced)(또는 인핸스먼트(enhancement)) 레이어라고 부른다. 베이스 레이어와 인핸스드 레이어는 동일한 영상 콘텐츠를 공간 해상도나 프레임 레이트 등을 달리하여 인코딩 한 것이므로, 양 레이어의 영상 신호에는 잉여 정보(redundancy)가 존재한다. 따라서, 인핸스드 레이어의 코딩 효율을 높이기 위해, 베이스 레이어의 프레임을 이용하여 인핸스드 레이어의 프레임을 예측하는 여러 방법이 제안되고 있다.
예를 들어, 베이스 레이어 픽쳐의 모션 벡터를 이용하여 그와 동시간의 인핸스드 레이어 픽쳐의 모션 벡터를 코딩하는 방법이 있다. 또한, 베이스 레이어의 임의 영상 프레임을 기준으로 하여 그와 동시간의 인핸스드 레이어의 영상 프레임에 대한 예측 영상을 만들 수도 있다.
후자의 경우를 좀 더 상세히 설명하면, 베이스 레이어의 매크로 블록들로 한 화면을 구성하고, 이 화면을 업샘플링(up-sampling)을 통해 인핸스드 레이어의 영상 프레임과 동일하게 확대하여, 이를 기준으로 동시간의 인핸스드 레이어 내의 프레임 또는 프레임에 포함되는 매크로 블록에 대한 예측 영상을 생성한다.
이러한 방법 중 레이어 간 텍스쳐 예측 방법(inter-layer texture prediction method)은, 현재 예측 영상을 만들고자 하는 인핸스드 레이어 내의 매크로 블록과 동시간 및 동위치에 있는 베이스 레이어의 매크로 블록이 내부 모드 (intra mode)로 코딩 되어 있으면, 이 베이스 레이어의 매크로 블록을 내부 모드의 기준이 되는 다른 영역의 화소값을 근거로 원래의 블록 이미지로 복원하고 확대한 후, 이를 기준으로 하여 상기 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 예측 동작(prediction)을 행하는데, 이를 레이어 간 내부 베이스 모드 또는 인트라 베이스 모드(intra_BASE mode)라고도 한다.
즉, 베이스 레이어의 내부 모드의 매크로 블록을 원래의 블록 이미지로 복원하고 이를 업샘플링(up-sampling)을 통해 확대한 후 그 확대된 매크로 블록의 화소값과 인핸스드 레이어의 매크로 블록과의 차이값(residual)이 상기 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 인코딩 되게 한다.
도 1은 인트라 베이스 모드(intra_BASE mode)를 도식적으로 나타낸 것으로, 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대해 인트라 베이스 모드를 적용하기 위해서는, 상기 구하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 프레임과 동시간의 프레임이 베이스 레이어 내에 존재하고, 또한 상기 동시간의 베이스 레이어의 프레임 내의 대응 블록이 내부 모드로 코딩 되어 있어야만 한다.
하지만, 일반적으로 인핸스드 레이어가 베이스 레이어보다 프레임 레이트(frame rate)가 높기 때문에, 구하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 프레임과 동시간의 프레임이 베이스 레이어 내에 존재하지 않는 경우가 발생한다. 이렇듯 존재하지 않는 프레임을 'missing picture'라고 하고, 이러한 프레임에 대해서는 인트라 베이스 모드를 적용할 수 없게 되고, 이에 따라 코딩 효율의 향상을 기대하기 힘들게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은, 코딩 효율을 향상시킬 수 있도록, missing picture에 대해서도 레이어 간 내부 베이스 모드를 적용하여 영상 신호를 스케일러블하게 인코딩 하는 방법과 상기 인코딩 방법에 의해 인코딩 된 영상 신호를 이에 상응하게 디코딩 하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 신호를 인코딩 하는 방법은, 영상 신호를 스케일러블한 제 1 방식으로 인코딩 하여 제 1 레이어의 비트 스트림을 출력하는 단계; 및 상기 영상 신호를 소정의 제 2 방식으로 인코딩 하여 제 2 레이어의 비트 스트림을 출력하는 단계를 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는, 인코딩 하고자 하는 영상 블록을 포함하는 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임을 근거로 상기 영상 블록을 내부 모드로 인코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는, 상기 영상 블록에 대한 예측 영상이 상기 제 2 레이어의 대응 블록을 기준으로 하여 내부 모드로 인코딩 되었음을 가리키는 정보를 상기 영상 블록의 헤더 정보에 기록하는 제 3 단계를 더 포함 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 실시예에서, 상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는, 인코딩 하고자 하는 영상 블록을 포함하는 임의의 프레임과 동시간의 프레임이 상기 제 2 레이어의 비트 스트림에 존재하는지 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 임의의 프레임과 동시간인 제 2 레이어의 프레임이 존재하지 않는 경우에 적용되는 것을 특징을 한다.
또한, 상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는, 프레임 내에서의 상대적 위치가 상기 영상 블록과 동일한 대응 블록이 상기 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임에 내부 모드로 인코딩 되어 있는지 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임 내의 대응 블록 중 적어도 하나가 내부 모드로 인코딩 되어 있는 경우, 내부 모드로 인코딩 되어 있는 상기 적어도 하나의 대응 블록을 이용하여 상기 임의의 프레임과 동시간의 삽입 블록을 생성하고 이를 기준으로 하여 상기 영상 블록을 인코딩 하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 생성된 삽입 블록은 상기 영상 블록의 크기로 확대된 후 상기 영상 블록을 인코딩하는데 기준으로 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는, 상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 이용하여 상기 임의의 프레임과 동시간의 삽입 프레임을 생성하고, 상기 생성된 삽입 프레임 내에 존재하는 상기 영상 블록에 대한 대응 블록을 기준으로 하여 상기 영상 블록을 인코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 삽입 프레임은 상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤 진 프레임을 각각 복원하여 생성된 프레임들을 이용하여 생성되고, 상기 생성된 삽입 프레임은 상기 제 1 레이어의 프레임의 크기로 확대된 후 상기 영상 블록을 인코딩 하는데 기준으로 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법은, 소정의 제 2 방식으로 인코딩 되어 수신되는 제 2 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계; 및 상기 제 2 레이어의 비트 스트림으로부터 디코딩 된 정보를 이용하여, 제 1 방식으로 인코딩 되어 수신되는 제 1 레이어의 비트 스트림을 스케일러블 하게 디코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 제 1 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계는, 상기 제 1 레이어의 임의의 프레임 내의 영상 블록이 상기 제 2 레이어의 데이터를 기초로 하는 내부 모드로 인코딩 되어 있는 경우, 상기 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임을 근거로 상기 영상 블록을 복원하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 영상 신호의 스케일러블 코딩 방법이 적용되는 영상 신호 인코딩 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 2의 영상 신호 인코딩 장치는, 입력되는 영상 신호를 예를 들어 MCTF 방식에 의해 매크로 블록(macro block) 단위로 스케일러블하게 인코딩 하고 적절한 관리 정보를 생성하는 인핸스드 레이어(EL) 인코더(100), 상기 인코딩 된 각 매크 로 블록의 데이터를 압축된 비트 열로 변환하는 텍스처(Texture) 코딩부(110), 상기 EL 인코더(100)에 의해 얻어지는 영상 블록의 모션 벡터(motion vectors)를 지정된 방식에 의해 압축된 비트 열로 코딩 하는 모션 코딩부(120), 입력 영상 신호를 지정된 방식, 예를 들어 MPEG 1, 2, 또는 4, 또는 H.261, H.264 방식으로 인코딩 하여 필요에 따라 소화면, 예를 들어 원래 크기의 25%인 픽쳐들의 시퀀스를 생성하는 베이스 레이어(BL) 인코더(150), 상기 텍스처 코딩부(110)의 출력 데이터, 상기 BL 인코더(150)의 소화면 시퀀스 및 상기 모션 코딩부(120)의 출력 벡터 데이터를 기 지정된 포맷으로 인캡슐(encapsulate) 한 다음 기 지정된 전송 포맷으로 상호 먹싱하여 출력하는 먹서(130)를 포함하여 구성된다.
상기 EL 인코더(100)는, 임의 영상 프레임(또는 픽쳐) 내의 매크로 블록에 대하여 모션 추정(motion estimation)으로 구한 기준 블록을 감하는 예측 동작을 수행하며, 또한 상기 매크로 블록과 기준 블록의 이미지 차를 그 기준 블록에 더하는 갱신(update) 동작을 수행한다.
상기 EL 인코더(100)는, 입력되는 영상 프레임 시퀀스를 에러 값을 갖게 될 프레임과 상기 에러 값이 더해질 프레임, 예를 들어 홀수(odd) 프레임과 짝수(even) 프레임으로 분리하여, 예측 동작과 갱신 동작을 여러 레벨에 걸쳐, 예를 들어 하나의 GOP(Group Of Pictures)에 대해 L 프레임(갱신 동작에 의해 생성되는 프레임)의 수가 1개가 될 때까지 수행하는데, 도 3은 그 중 한 레벨에서의 예측 동작과 갱신 동작에 관련된 구성을 도시한 것이다.
도 3의 구성은, 상기 BL 인코더(150)에서 인코딩 된 소화면 시퀀스의 스트림 에 대한 프레임 레이트, 매크로 블록의 모드와 같은 인코딩 정보를 추출하고, 상기 베이스 레이어 스트림을 디코딩 하여 매크로 블록 또는 매크로 블록들로 구성된 프레임을 생성하는 기능을 갖는 베이스 레이어(BL) 디코더(105), 모션 추정(motion estimation)을 통해 레지듀얼(residual) 데이터를 갖게 될 프레임, 예를 들어 홀수 프레임에 대해서, 그 프레임 내의 각 매크로 블록에 대한 기준 블록을 전 또는 후에 인접한 짝수 프레임 내에서(inter-frame mode), 자신의 프레임 내에서(intra mode), 또는 상기 BL 디코더(105)에 의해 복원된 동시간의 베이스 레이어 프레임 내에서(intra_BASE mode) 찾고 그 기준 블록과의 이미지 차(각 대응 화소의 차값) 및 모션 벡터를 산출하는 예측 동작을 수행하는 추정/예측기(101), 및 상기 매크로 블록에 대한 기준 블록을 포함하는 프레임, 예를 들어 짝수 프레임에 대해서, 상기 매크로 블록에 대해 산출한 이미지 차를 정규화(normalize)하여 해당 기준 블록에 더하는 갱신 동작을 수행하는 갱신기(102)를 포함하고 있다.
또한, 상기 추정/예측기(101)는, 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 기준 블록을 베이스 레이어에서 찾을 때 상기 매크로 블록을 포함하는 프레임과 동시간의 프레임이 상기 BL 디코더(105)에 의해 복원된 베이스 레이어에 존재하지 않는 경우, 즉 missing picture가 존재하는 경우, 상기 BL 디코더(105)에 의해 복원되는 베이스 레이어 프레임 중에서 상기 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 프레임을 이용하여 상기 동시간의 베이스 레이어 프레임을 생성하고, 이로부터 기준 블록을 찾을 수도 있다.
상기 추정/예측기(101)가 수행하는 동작을 'P' 동작이라 하며, 'P' 동작에 의해 생성되는 프레임은 'H' 프레임으로, 이 'H' 프레임에 있는 레지듀얼 데이터는 영상 신호의 고주파 성분을 반영한다. 또한, 상기 갱신기(102)가 수행하는 동작을 'U' 동작이라 하며, 'U' 동작에 의해 생성되는 프레임은 'L' 프레임으로, 'L' 프레임은 저역 서브밴드 픽쳐를 갖는다.
도 3의 추정/예측기(101)와 갱신기(102)는 프레임 단위가 아니고 하나의 프레임이 분할된 복수 개의 슬라이스(slice)에 대해 병렬적으로 동시에 수행할 수도 있다. 이하의 실시예에서 사용되는 '프레임'의 용어는 '슬라이스'로 대체하여도 기술의 등가성이 유지되는 경우에는 '슬라이스'의 의미를 당연히 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
상기 추정/예측기(101)는, 입력되는 영상 프레임 또는 전 레벨에서 얻어진 'L' 프레임의 홀수 프레임 각각에 대해서, 기 정해진 크기의 매크로 블록(macro-block)으로 분할하고, 각 분할된 매크로 블록과 이미지가 가장 유사한 블록을 동일한 시간적 분해 레벨에 있는 시간적으로(temporally) 인접한 짝수 프레임에서 찾아서 이에 근거한 매크로 블록의 예측 영상을 만들고 모션 벡터를 구하는 과정을 수행한다. 만약 적정한 문턱값 이상의 상관성을 갖는 블록을 찾지 못하고, 상기 BL 디코더(105)로부터 제공되는 베이스 레이어에 대한 인코딩 정보에 동시간의 프레임에 대한 정보가 없거나, 동시간의 프레임 내의 대응 블록(프레임 내에서의 상대적 위치가 동일한 블록)이 내부 모드(intra mode)가 아닌 경우, 현재의 매크로 블록에 대해 인접 화소값을 이용하여 내부 모드로 코딩 한다.
가장 높은 상관 관계를 갖는 블록이 대상 블록과 이미지 차가 가장 적은 블 록이다. 이미지 차의 크기는, 예를 들어 pixel-to-pixel의 차이값 총합 또는 그 평균값 등으로 정해지며, 그 크기가 소정 문턱값 이하가 되는 블록들 중에서 크기가 가장 작은 매크로 블록 또는 블록들을 기준(reference) 블록(들)이라 한다.
상기 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 현재 프레임과 동시간인 베이스 레이어 프레임이 존재하지 않는 경우, 상기 동시간의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 베이스 레이어 프레임을 이용하여, 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 만드는 본 발명에 따른 실시예들을 도 4와 도 5를 참조로 설명한다.
도 4는 동시간의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 베이스 레이어 프레임 내에 내부 모드로 코딩 된 대응 블록을 이용하여 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 구하는 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 것이다.
도 4의 실시예는, 구하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 프레임과 동시간의 프레임이 베이스 레이어에 존재하지는 않지만, 다시 말해 missing picture가 존재하지만, 상기 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함한 현재 프레임보다 앞선(past frame) 및/또는 뒤진(future frame) 베이스 레이어의 프레임에서 상기 인핸스드 레이어의 매크로 블록과 프레임 내에서의 상대적 위치가 동일한 대응 블록이 내부 모드로 코딩 되어 있는 경우에 적용될 수 있다.
상기 추정/예측기(101)는, 상기 앞선 프레임(past frame)과 뒤진 프레임(future frame) 내의 대응 블록이 모두 내부 모드로 코딩되어 있는 경우, 내부 모 드로 코딩된 두 대응 블록을 각각 내부 모드의 기준이 되는 다른 영역의 화소값을 근거로 원래의 블록 이미지로 복원하고 이를 인터폴레이션 하여, 상기 앞선 프레임과 뒤진 프레임의 가운데 프레임, 즉 현재 프레임과 동시간의 베이스 레이어의 삽입 내부 블록(interpolated intra MB)을 생성한다. 여기서, 인터폴레이션은, 예를 들어 복원된 두 대응 블록의 화소값의 적어도 일부에 소정의 방식을 따르는 가중치를 적용하여 평균하거나 또는 단순 평균하거나 하는 등의 방법에 의한다.
또는, 상기 앞선 프레임과 뒤진 프레임 중 어느 한 프레임 내의 대응 블록만이 내부 모드로 코딩되어 있는 경우, 상기 대응 블록을 내부 모드의 기준이 되는 다른 영역의 화소값을 근거로 원래의 블록 이미지로 복원하고 이를 상기 동시간의 베이스 레이어의 삽입 내부 블록으로 간주할 수 있다. 그리고, 상기 삽입 내부 블록을 업샘플링 하여 인핸스드 레이어의 매크로 블록의 크기로 확대한다.
이후, 상기 추정/예측기(101)는, 상기 확대된 삽입 내부 블록을 기준으로 하여 상기 구하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 생성하게 된다.
도 5는 동시간의 프레임보다 앞선 및 뒤진 베이스 레이어 프레임을 원래 이미지로 복원하여 이를 이용하여 생성한 동시간의 프레임을 기초로 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 구하는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 것이다.
상기 추정/예측기(101)는, 구하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록을 포함하는 현재 프레임과 동시간의 프레임이 베이스 레이어에 존재하지 않는, 즉 missing picture가 존재하는 경우, 베이스 레이어의 상기 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 각각 원래 이미지로 복원(reconstruction)하고, 복원된 두 프레임을 인터폴레이션 하여, 상기 현재 프레임과 동시간의 베이스 레이어의 프레임, 즉 missing picture에 대한 임시 삽입 프레임(temporally interpolated frame)을 생성하고, 이를 업샘플링 하여 인핸스드 레이어의 프레임의 크기로 확대한다. 여기서, 인터폴레이션은, 예를 들어 두 프레임의 화소값의 적어도 일부에 소정의 방식을 따르는 가중치를 적용하여 평균하거나 또는 단순 평균하거나 하는 등의 방법에 의한다.
이후, 상기 추정/예측기(101)는, 상기 확대된 임시 삽입 프레임 내의 대응 블록(프레임 내에서의 상대적 위치가 동일한 매크로 블록)을 기준으로 하여 상기 구하고자 하는 인핸스드 레이어의 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 생성하게 된다.
나아가, 상기 추정/예측기(101)는, 현재 매크로 블록에 대한 레지듀얼 데이터를 베이스 레이어의 앞선 프레임 및/또는 뒤진 프레임으로부터 생성한 동시간의 삽입 대응 블록을 기준으로 구하거나 또는 상기 베이스 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임으로부터 복원한 동시간의 프레임 내의 대응 블록을 기준으로 구하는 경우, intra_BASE 모드 값을 해당 매크로 블록의 헤더 영역에 삽입한다.
상기 추정/예측기(101)는, 프레임 내의 모든 매크로 블록에 대해 상기의 과정을 수행하여, 해당 프레임에 대한 예측 영상인 'H' 프레임을 완성한다. 또한, 상기 추정/예측기(101)는, 입력되는 영상 프레임 또는 전 레벨에서 얻어진 'L' 프 레임의 모든 홀수 프레임에 대해서, 각 프레임에 대한 예측 영상인 'H' 프레임을 완성한다.
한편, 상기 갱신기(102)는, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 추정/예측기(101)에 의해 생성된 'H' 프레임 내의 각 매크로 블록 내의 이미지 차를 해당 기준 블록이 있는 'L' 프레임(입력되는 영상 프레임 또는 전 레벨에서 얻어진 'L' 프레임의 짝수 프레임)에 더하는 동작을 수행한다.
지금까지 설명한 방법에 의해 인코딩 된 데이터 스트림은 유선 또는 무선으로 디코딩 장치에 전송되거나 기록 매체를 매개로 하여 전달되며, 디코딩 장치는 이후 설명하는 방법에 따라 원래의 영상 신호를 복원하게 된다.
도 6은 도 2의 장치에 의해 인코딩 된 데이터 스트림을 디코딩 하는 장치의 블록도이다. 도 6의 디코딩 장치는, 수신되는 데이터 스트림에서 압축된 모션 벡터 스트림과 압축된 매크로 블록 정보 스트림을 분리하는 디먹서(200), 압축된 매크로 블록 정보 스트림을 원래의 비압축 상태로 복원하는 텍스처 디코딩부(210), 압축된 모션 벡터 스트림을 원래의 비압축 상태로 복원하는 모션 디코딩부(220), 압축 해제된 매크로 블록 정보 스트림과 모션 벡터 스트림을 원래의 영상 신호로 역변환하는 인핸스드 레이어(EL) 디코더(230), 베이스 레이어 스트림을 정해진 방식, 예를 들어 MPEG4 또는 H.264 방식에 의해 디코딩 하는 베이스 레이어(BL) 디코더(240)를 포함하여 구성된다. 상기 EL 디코더(230)는 프레임 레이트, 매크로 블 록의 모드와 같은 베이스 레이어의 인코딩 정보 및/또는 디코딩 된 베이스 레이어의 프레임(또는 매크로 블록)을 이용한다. 상기 EL 디코더(230)는 예를 들어 MCTF 방식에 따라 원래의 영상 신호로 역변환할 수 있다.
상기 EL 디코더(230)는, 입력되는 스트림으로부터 원래의 프레임 시퀀스로 복원하는데, 도 7은 상기 EL 디코더(230)의 주요 구성을 상세히 도시한 것으로, MCTF 방식에 대한 예이다.
도 7은 시간적 분해 레벨 N의 'H' 프레임 시퀀스와 'L' 프레임 시퀀스를 시간적 분해 레벨 N-1의 'L' 프레임 시퀀스로 시간적 합성(Temporal Composition)하는 구성이다. 도 7에는, 입력되는 'H' 프레임의 각 화소의 차값을 입력되는 'L' 프레임에서 선택적으로 감하는 역갱신기(231), 'H' 프레임의 이미지 차가 감해진 'L' 프레임과 그 'H' 프레임을 사용하여 원래의 이미지를 갖는 'L' 프레임을 복원하는 역예측기(232), 입력되는 모션 벡터 스트림을 디코딩 하여 'H' 프레임 내의 각 블록의 모션 벡터 정보를 각 단(stage)의 역갱신기(231)와 역예측기(232)에 제공하는 모션 벡터 디코더(233) 및 상기 역예측기(232)에 의해 완성된 'L' 프레임을 상기 역갱신기(231)의 출력 'L' 프레임 사이에 삽입하여 정상적인 순서의 'L' 프레임 시퀀스로 만드는 배열기(234)를 포함한다.
상기 배열기(234)에 의해 출력되는 'L' 프레임은 레벨 N-1의 'L' 프레임 시퀀스(701)가 되고, 이는 입력되는 N-1 레벨의 'H' 프레임 시퀀스(702)와 함께 다음 단의 역갱신기와 역예측기에 의해 'L' 프레임 시퀀스로 다시 복원되며, 이 과정이 인코딩 할 때 수행된 레벨만큼 수행되어 원래의 영상 프레임 시퀀스로 복원된다.
수신되는 레벨 N의 'H' 프레임과 레벨 N+1에서 생성된 레벨 N의 'L' 프레임이 레벨 N-1의 'L' 프레임으로 복원되는 레벨 N에서의 복원(시간적 합성) 과정을 보다 상세히 설명한다.
먼저 상기 역갱신기(231)는, 임의의 'L' 프레임(레벨 N)에 대해, 상기 모션 벡터 디코더(233)로부터 제공되는 모션 벡터를 참조하여, 인코딩 과정에서 상기 임의의 'L' 프레임(레벨 N)으로 갱신되는 원래의 'L' 프레임(레벨 N-1) 내의 블록을 기준 블록으로 하여 이미지 차를 구한 모든 'H' 프레임(레벨 N)을 파악한 다음, 상기 'H' 프레임 내의 매크로 블록의 에러 값을 상기 임의의 'L' 프레임 내의 해당 블록의 화소값에서 감하는 동작을 수행하여, 원래의 'L' 프레임을 복원한다.
현재 'L' 프레임(레벨 N) 내의 블록 중 인코딩 과정에서 'H' 프레임 내의 매크로 블록의 에러 값으로 갱신된 블록에 대해 상기와 같은 역갱신 동작을 수행하여 레벨 N-1의 'L' 프레임으로 복원한다.
상기 역예측기(232)는, 임의의 'H' 프레임 내의 매크로 블록에 대해, 상기 모션 벡터 디코더(233)로부터 제공되는 모션 벡터를 참조하여, 'L' 프레임(상기 역갱신기(231)에 의해 역갱신되어 출력되는 'L' 프레임)에 있는 기준 블록을 파악한 다음, 상기 매크로 블록의 화소의 차값(에러 값)에 기준 블록의 화소값을 더함으로써 원래의 이미지를 복원한다.
또는, 상기 역예측기(232)는, 임의의 'H' 프레임 내의 매크로 블록이 베이스 레이어의 대응 블록을 이용하여 코딩 되었음을 지시하는 정보(intra_BASE mode)가 상기 매크로 블록의 헤더에 포함된 경우, 상기 BL 디코더(240)로부터 제공되는 스 트림 내의 헤더 정보와 디코딩 된 베이스 레이어의 프레임을 이용하여 상기 매크로 블록에 대한 원래의 이미지를 복원한다. 이에 대해 상세히 설명한다.
상기 역예측기(232)는, 임의의 'H' 프레임 내의 매크로 블록이 intra_BASE 모드로 인코딩 된 경우, 상기 BL 디코더(105)에서 추출되는 인코딩 정보 중에서 POC (Picture Order Count), 즉 픽쳐의 디코딩 순서를 알리는 수에 근거하여, 동일 POC를 갖는 프레임이 베이스 레이어에 존재하는지 여부를 확인하여, 상기 매크로 블록을 포함하는 현재 프레임과 동시간의 프레임이 베이스 레이어에 존재하는지, 즉 missing picture가 존재하는지 확인한다.
베이스 레이어에 상기 동시간의 프레임이 존재하는 경우, 상기 역예측기(232)는, 상기 BL 디코더(240)로부터 제공되는 상기 베이스 레이어의 동시간의 프레임 내에 포함되는 매크로 블록의 모드에 관한 정보를 기초로 상기 동시간의 베이스 레이어의 프레임 내에 내부 모드로 코딩 되어 있는 대응 블록(프레임 내에서의 상대적 위치가 상기 매크로 블록과 동일한 블록)을 찾고, 상기 대응 블록을 내부 모드의 기준이 되는 다른 영역의 화소값을 근거로 원래의 블록 이미지로 복원하고 이를 업샘플링 하여 인핸스드 레이어의 매크로 블록의 크기로 확대한 후, 상기 매크로 블록의 화소의 차값에 상기 확대된 대응 블록의 화소값을 더함으로써 원래의 이미지를 복원한다.
반면, 베이스 레이어에 상기 동시간의 프레임이 존재하지 않는 경우, 상기 역예측기(232)는, 상기 BL 디코더(240)로부터 제공되는 베이스 레이어의 인코딩 정보를 기초로 상기 매크로 블록을 포함하는 현재 프레임보다 앞선(past frame) 및/ 또는 뒤진(future frame) 베이스 레이어의 프레임 내에 상기 매크로 블록에 대한 대응 블록이 내부 모드로 코딩 되어 있는지 확인한다.
베이스 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임의 대응 블록이 모두 내부 모드로 코딩 되어 있는 경우, 상기 역예측기(232)는, 내부 모드로 코딩된 두 대응 블록을 각각 내부 모드의 기준이 되는 다른 영역의 화소값을 근거로 원래의 블록 이미지로 복원하고 이를 인터폴레이션 하여 상기 현재 프레임과 동시간의 베이스 레이어의 삽입 내부 블록을 생성하고, 이를 업샘플링 하여 인핸스드 레이어의 매크로 블록의 크기로 확대한 후, 상기 매크로 블록의 화소의 차값에 상기 확대된 대응 블록의 화소값을 더함으로써 원래의 이미지를 복원한다.
또한, 상기 앞선 프레임과 뒤진 프레임 중 어느 한 프레임 내의 대응 블록만이 존재하는 내부 모드로 코딩되어 있는 경우, 상기 역예측기(232)는, 상기 대응 블록을 내부 모드의 기준이 되는 다른 영역의 화소값을 근거로 원래의 블록 이미지로 복원하고 이를 상기 동시간의 베이스 레이어의 삽입 내부 블록으로 간주하고, 이를 업샘플링 하여 인핸스드 레이어의 매크로 블록의 크기로 확대한 후, 상기 매크로 블록의 화소의 차값에 상기 확대된 대응 블록의 화소값을 더함으로써 원래의 이미지를 복원한다.
다른 방법으로, 상기 역예측기(232)는, 상기 BL 디코더(240)로부터 디코딩 되어 제공되는 상기 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 각각 원래 이미지로 복원하고 이를 인터폴레이션 하여 상기 현재 프레임과 동시간의 베이스 레이어의 프레임, 즉 missing picture에 대한 임시 삽입 프레임을 생성하고, 이를 업샘플링 하여 인핸스 드 레이어의 프레임의 크기로 확대한 후, 상기 매크로 블록의 화소의 차값에 상기 확대된 임시 삽입 프레임 내의 대응 블록의 화소값을 더함으로써 원래의 이미지를 복원한다.
현재 'H' 프레임 내의 모든 매크로 블록이 상기와 같은 동작을 통해 원래의 이미지로 복원되고, 이들이 모두 조합되어 'L' 프레임으로 복원하면, 이 'L' 프레임은 상기 배열기(234)를 통해 상기 역갱신기(231)에서 복원된 'L' 프레임과 교대로 배열되어 다음 단으로 출력된다.
전술한 방법에 따라, 인코딩 된 데이터 스트림이 완전한 영상 프레임 시퀀스로 복구된다. 특히, MCTF 방식을 예로 들어 설명한 인코딩 과정에서 예측 동작과 갱신 동작을 한 GOP에 대해서 N회 수행한 경우, MCTF 디코딩 과정에서 역갱신 동작과 역예측 동작을 N회 수행하면 원래 영상 신호의 화질을 얻을 수 있고, 그 보다 작은 횟수로 수행하면 화질이 다소 저하되지만 비트 레이트는 보다 낮은 영상 프레임 시퀀스를 얻을 수 있다. 따라서, 디코딩 장치는 자신의 성능에 맞는 정도로 상기 역갱신 동작과 역예측 동작을 수행하도록 설계된다.
전술한 디코딩 장치는 이동 통신 단말기 등에 실장되거나 또는 기록 매체를 재생하는 장치에 실장될 수 있다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
따라서, 영상 신호를 스케일러블하게 인코딩 할 때 missing picture에 대해서도 레이어 간 예측 방법을 적용함으로써, 코딩 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 영상 신호를 스케일러블한 제 1 방식으로 인코딩 하여 제 1 레이어의 비트 스트림을 출력하는 단계; 및
    상기 영상 신호를 소정의 제 2 방식으로 인코딩 하여 제 2 레이어의 비트 스트림을 출력하는 단계를 포함하여 구성되고,
    여기서 상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는,
    인코딩 하고자 하는 영상 블록을 포함하는 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임을 근거로 상기 영상 블록을 내부 모드로 인코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는,
    인코딩 하고자 하는 영상 블록을 포함하는 임의의 프레임과 동시간의 프레임이 상기 제 2 레이어의 비트 스트림에 존재하는지 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 임의의 프레임과 동시간인 제 2 레이어의 프레임이 존재하지 않는 경우에 적용되는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는,
    프레임 내에서의 상대적 위치가 상기 영상 블록과 동일한 대응 블록이 상기 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임에 내부 모드로 인코딩 되어 있는지 확인하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임 내의 대응 블록 중 적어도 하나가 내부 모드로 인코딩 되어 있는 경우, 내부 모드로 인코딩 되어 있는 상기 적어도 하나의 대응 블록을 이용하여 상기 임의의 프레임과 동시간의 삽입 블록을 생성하고 이를 기준으로 하여 상기 영상 블록을 인코딩 하는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 생성된 삽입 블록은 상기 영상 블록의 크기로 확대된 후 상기 영상 블록을 인코딩하는데 기준으로 제공되는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는,
    상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 이용하여 상기 임의의 프레임과 동시간의 삽입 프레임을 생성하고, 상기 생성된 삽입 프레임 내에 존재하는, 상기 영상 블록에 대한 대응 블록을 기준으로 하여 상기 영상 블록을 인코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방 법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 삽입 프레임은 상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 각각 복원하여 생성된 프레임들을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 생성된 삽입 프레임은 상기 제 1 레이어의 프레임의 크기로 확대된 후 상기 영상 블록을 인코딩 하는데 기준으로 제공되는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방식으로 인코딩 하는 단계는,
    상기 영상 블록에 대한 예측 영상이 상기 제 2 레이어의 대응 블록을 기준으로 하여 내부 모드로 인코딩 되었음을 가리키는 정보를 상기 영상 블록의 헤더 정보에 기록하는 제 3 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 신호를 인코딩 하는 방법.
  9. 소정의 제 2 방식으로 인코딩 되어 수신되는 제 2 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계; 및
    상기 제 2 레이어의 비트 스트림으로부터 디코딩 된 정보를 이용하여, 제 1 방식으로 인코딩 되어 수신되는 제 1 레이어의 비트 스트림을 스케일러블 하게 디코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    여기서 상기 제 1 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계는,
    상기 제 1 레이어의 임의의 프레임 내의 영상 블록이 상기 제 2 레이어의 데이터를 기초로 하는 내부 모드로 인코딩 되어 있는 경우, 상기 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임을 근거로 상기 영상 블록을 복원하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계는,
    상기 영상 블록이 상기 제 2 레이어의 데이터를 기초로 하는 내부 모드로 인코딩 되어 있는지 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 임의의 프레임과 동시간인 제 2 레이어의 프레임이 존재하지 않는 경우에 적용되는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 영상 블록이 상기 제 2 레이어의 데이터를 기초로 하는 내부 모드로 인코딩 되어 있는지 여부는 상기 영상 블록의 헤더 정보에 기록되어 있는 모드 정보를 기초로 확인되는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계는,
    프레임 내에서의 상대적 위치가 상기 영상 블록과 동일한 대응 블록이 상기 임의의 프레임보다 앞선 및/또는 뒤진 제 2 레이어의 프레임에 내부 모드로 인코딩 되어 있는지 확인하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임 내의 대응 블록 중 적어도 하나가 내부 모드로 인코딩 되어 있는 경우, 내부 모드로 인코딩 되어 있는 상기 적어도 하나의 대응 블록을 이용하여 상기 임의의 프레임과 동시간의 삽입 블록을 생성하고 이를 이용하여 상기 영상 블록을 복원하는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 생성된 삽입 블록은 상기 영상 블록의 크기로 확대된 후 상기 영상 블록을 복원하는데 기준으로 제공되는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 레이어의 비트 스트림을 디코딩 하는 단계는,
    상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 이용하여 상기 임의의 프레임과 동시간의 삽입 프레임을 생성하고, 상기 생성된 삽입 프레임 내에 존재하는, 상기 영상 블록에 대한 대응 블록을 이용하여 상기 영상 블록을 복원하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 삽입 프레임은 상기 제 2 레이어의 앞선 프레임과 뒤진 프레임을 각각 복원하여 생성된 프레임들을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 생성된 삽입 프레임은 상기 영상 블록의 크기로 확대된 후 상기 영상 블록을 복원하는데 기준으로 제공되는 것을 특징으로 하는 인코딩 된 영상 비트 스트림을 디코딩 하는 방법.
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