KR20060126254A - 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법, 이를 이용한영상의 복호화, 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법, 이를 이용한영상의 복호화, 부호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인트라 예측시에 영상의 대칭성을 이용하여 압축 효율을 높이는 인트라 예측 방법, 이를 이용한 복호화, 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 인트라 예측 방법은 영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측하는 인트라 예측 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 영상에 대칭인 영역이 존재하는 경우 대칭축을 기준으로 한 영역으로부터 다른 영역을 미러링하여 참조 영상을 형성하고, 원 영상과 상기 참조 영상과의 잔차만을 부호화함으로써 영상의 압축 효율을 높일 수 있다.

Description

영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법, 이를 이용한 영상의 복호화, 부호화 방법 및 장치{Method for intra prediction using the symmetry of video, method and apparatus for encoding and decoding video using the same}
도 1은 종래 기술에 따라 매크로 블록의 인트라 예측시에 이용되는 이전 매크로 블록들을 나타내는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 H.264 표준안의 인트라 4x4 모드에서 이용되는 인접화소를 설명하기 위한 참고도.
도 3은 종래 기술에 따른 H.264 표준안에서 사용되는 인트라 4x4 모드를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법을 나타낸 플로우 차트.
도 5는 본 발명에 따른 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법에 의하여 부호화되는 입력 영상의 일 예를 나타낸 도면.
도 6은 상기 도 5의 분할된 영역(R1)의 대칭성 여부를 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 인트라 예측 방법에 의하여 상기 도 5의 분할된 영역(R2,R3)을 인트라 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 인트라 예측 방법을 매크로 블록 단계에 적용하는 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 11은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 12는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트.
도 13은 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 14는 본 발명에 따른 영상 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트.
본 발명은 영상의 인트라 예측에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인트라 예측시에 영상의 대칭성을 이용하여 압축 효율을 높이는 인트라 예측 방법, 이를 이용한 복호화, 부호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Visual, H.261, H.263, H.264 등의 주요 비디오 압축 표준안에서는 동영상을 부호화하기 위해서 하나의 픽처를 매크로 블록으로 나눈다. 그리고, 각각의 매크로 블록을 인터 예측에서의 모든 부호화 모드 및 인트라 예측에서의 모든 부호화 모드에서 부호화한 후에 각 부호화 모드에서 부호화에 소요되는 비트율 및 원 매크로 블록과 복호화된 매크로 블록과의 왜곡정도를 비교한다. 그리고 상기 비교 결과를 토대로, 적절한 부호화 모드를 하나 정 해 각각의 매크로 블록을 부호화한다.
여기에서 인트라 예측은, 현재 픽처의 매크로 블록을 부호화하기 위해서 참조 픽처를 참조하는 것이 아니라, 부호화하고자 하는 매크로 블록과 동일한 픽처에 포함되고 공간적으로 인접한 화소값을 이용하여 부호화하고자 하는 매크로 블록에 대한 예측값을 계산한 후, 이 예측값과 실제 화소값의 차를 부호화하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라 매크로 블록(a5)의 인트라 예측시에 이용되는 이전 매크로 블록들을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 현재 매크로 블록 a5의 인트라 예측을 위해 이전 매크로 블록 a1,a2,a3 및 a4가 이용된다. 래스터 스캔(raster scan) 방식에 따르면, 왼쪽에서 오른쪽 및 위에서 아래 방향으로 하나의 픽처에 포함된 매크로 블록들을 스캔한다. 따라서, 매크로 블록 a1,a2,a3 및 a4는 현재 매크로 블록 a5이전에 이미 스캔되어 부호화가 완료된 매크로 블록들이다. "X"표시가 된 매크로 블록들은 아직 부호화가 되지 않았으므로 현재 매크로 블록 a5의 예측 부호화에 이용할 수 없고, "O"로 표시된 매크로 블록은 현재 매크로 블록 a5와의 상관도가 낮으므로 이용하지 않는다. 한편, 이전 매크로 블록들은 DCT(Discrete Cosine Transform) 및 양자화(quantization) 된 후 다시 역양자화(inverse quantization) 및 역DCT(inverse Discrete Cosine Transform)되어 재생된 매크로 블록들이다.
도 2는 종래 기술에 따른 H.264 표준안의 인트라 4x4 모드에서 이용되는 인 접화소를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2를 참조하면, 소문자 a ~ p는 예측의 대상이 되는 4x4 블록에 해당하는 화소들을 나타낸다. a에서 p로 이루어지는 4x4 블록의 위와 왼쪽에 있는 대문자 A ~ M으로 표시된 샘플들은, 이전에 부호화되고 재구성된 샘플들로서 4x4 블록의 예측에 필요한 인접화소들을 나타낸다.
도 3은 종래 기술에 따른 H.264 표준안에서 사용되는 인트라 4x4 모드를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 인트라 4x4 모드에는 DC(Direct Current) 모드, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, 대각선 왼쪽(Diagonal Down-left) 모드, 대각선 오른쪽(Diagonal Down-right) 모드, 수직 왼쪽(Vertical left) 모드, 수직 오른쪽(Vertical right) 모드, 수평 위쪽(Horizontal-up) 모드 및 수평 아래쪽(Horizontal-down) 모드의 총 9개의 모드가 존재한다. 상기 인트라 모드에 따라 인접 매크로 블록의 화소들인 A~M으로부터 현재 예측 대상이 되는 a~p의 화소값이 예측된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 인트라 예측 모드들은 인트라 예측 대상 블록을 기준으로 동일 프레임내의 인접 화소들을 참조 화소들로 이용한다. 이와 같이, 종래 기술에 따른 인트라 예측 방법은 부호화하고자 하는 매크로 블록과 공간적으로 인접한 화소값을 이용하여 부호화하고자 하는 매크로 블록에 대한 예측값을 계산하게 된다.
그런데, 영상에 포함된 객체들은 실제로 소정의 축을 기준으로 대칭을 이루고 있는 경우가 많다. 그러나, 종래 기술에 따른 인트라 예측 방법은 단순히 인접 화소들을 이용하여 예측을 수행하고 이러한 객체의 대칭성을 효율적으로 이용하지 못하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 영상의 대칭성을 이용하여 압축 효율을 높이는 인트라 예측 방법, 이를 이용한 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명인 영상의 인트라 예측 방법은, 영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측하는 인트라 예측 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 장치는, 영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상의 부호화 방법은, 인트라 예측 모드로 부호화되는 영상에서 대칭 영역을 검출하는 단계; 검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정하고, 상기 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 단계; 및 원래의 영역과 상기 예측된 다른 쪽 영역의 차이값을 계산하고, 상기 차이값및 상기 대칭 영역에 관한 정보를 압축 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상의 부호화 장치는, 영상의 대칭 영역을 검출하고, 검출된 대칭 영역의 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 인트라 예측 수행부; 및 상기 인트라 예측 수행부에서 예측된 영상과 원래 영상의 차이 및 상기 검출된 대칭 영역에 관한 정보를 압축 부호화하는 압축부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압축 부호화된 비트스트림으로부터 영상을 복호화하는 방법은, 상기 비트스트림에 구비된 영상으로부터 대칭 영역을 검출하는 단계; 상기 검출된 대칭 영역의 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역에 대한 복호화를 먼저 수행하고, 상기 복호화된 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압축 부호화된 비트스트림으로부터 영상을 복호화하는 장치는, 상기 비트스트림에 구비된 영상의 대칭인 영역을 검출하고, 상기 검출된 대칭 영역의 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역을 먼저 복호화하고, 상기 복호화된 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 인트라 예측 수행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 5는 본 발명에 따른 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 방법에 의하여 부호화되는 입력 영상의 일 예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 인트라 예측 방법은 영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측한다.
특히, 본 발명에 따른 인트라 예측 방법은 영상에서 대칭 영역을 검출하고, 대칭축을 기준으로 상기 대칭 영역의 한 영역을 미러링하여 공간적 중복 요소를 제거함으로써 압축 효율을 증가시키는 데에 특징이 있다. 여기서, 미러링이란 대칭축을 기준으로 대칭 영역의 이미 부호화된 어느 한 영역을 선대칭시켜서 다른 영역을 예측하는 것을 말한다. 종래의 인트라 예측 방법에서는 대칭 영역이라 하더라도, 이를 별도로 처리하지 않고 단순히 인접 블록의 화소들을 이용하여 현재 블록의 화소값을 예측하였다. 그러나, 본 발명에 따른 인트라 예측 방법은 대칭 영역의 공간적 유사성을 이용하여 대칭 영역의 어느 한 부분으로부터 다른 부분을 예측함으로써 원래의 영상과 인트라 예측된 영상 사이의 차이를 줄일 수 있기 때문에 높은 압축 효율을 얻을 수 있다.
도 4를 참조하면, 먼저 입력된 영상을 분할한다(단계 101). 영상 분할은, 인간의 인지와 유사한 형태로 영상에서 의미있는 물체나 동일한 색을 갖는 영역을 배경이나 다른 물체와 효과적으로 구분시키는 것이다. 이러한 영상의 분할을 위해서 당업계에 널리 알려진 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 윤곽선(contour) 검출 및 움직임 벡터 트랙킹(tracking)을 이용하여 영상에 존재하는 객체를 검출하여 영상을 분할할 수 있다. 상기 윤곽선 검출은 입력 영상에서 분할에 필요한 정보외의 세부적인 신호를 제거하여 입력 영상을 단순화하고, 상기 단순화된 영상에서 국부적으로 균일한 밝기값을 갖는 영역을 찾은 다음, 상기 단순화된 영상과 균일 영역에 대한 정보를 바탕으로 영역간의 경계를 결정하는 방식이다. 또한, 움직임 벡터 트랙킹은 움직임 모형을 설정하고, 이 모형에 근거하여 동일한 움직임을 갖는 영역별로 영상을 분할하는 방식이다. 상기 움직임 모형은 공간 좌 표상의 다차원 매개 변수의 형태로 표현되며, 영상을 분할하기 위해서는 움직임을 추정한다. 또한 움직임은 영역의 정보를 알아야 추정할 수 있으므로, 움직임 추정과 영역 분할은 상호작용하여 이루어진다.
상기 단계에 의하여 영상이 분할되면, 분할된 영역들이 대칭성이 있는지를 판단한다(단계 103). 분할된 영역의 대칭성을 판단하기 위해서, 영역의 윤곽선만을 이용하여 상기 영역의 윤곽선이 대칭성을 가질 경우에 해당 영역을 대칭 영역이라고 판단할 수 있다. 또한, 분할된 영역을 지나가는 임의의 선으로 상기 분할된 영역을 구분한 다음, 구분된 두 영역 사이의 차이를 비교함으로써 대칭성 여부를 판단할 수 있다.
도 6은 상기 도 5의 분할된 영역(R1)의 대칭성 여부를 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 정삼각형 형태의 분할된 영역(R1)은 어느 한 꼭지점과 밑변의 중심을 지나는 선을 중심으로 좌우가 대칭을 이루고 있다. 인간은 시각적인 인지를 통해서 이러한 대칭성을 쉽게 판단할 수 있으나, 영상 처리 시스템의 입장에서는 분할된 영역의 대칭성을 판단하는 과정이 필요하다. 이를 위하여, 먼저 상기 영역(R1)을 관통하는 임의의 선(L)으로 상기 영역(R1)을 2개의 영역(Ra,Rb)으로 분할한다. 다음, 상기 분할된 2개의 영역(Ra,Rb)사이의 차이를 비교하여 상기 차이가 소정 기준값 이하인 경우에는 대칭성이 있는 것으로 판단한다. 상기 차이가 소정 기준값 이상인 경우에는 상기 임의의 선(L)을 변화시켜 가면서 상기 과정을 반복하여 최종적으로 어떠한 임의의 선에 의하여도 2개의 영역 사이의 차이가 소정 기준값 이상인 경우에는 대칭성이 없는 것으로 판단한다.
여기서, 상기 2개의 영역(Ra,Rb) 사이의 차이를 비교하기 위하여 2개의 영역 중 어느 한 영역(Ra)을 상기 임의의 선(L)을 중심으로 선대칭시켜서 플립(flip)된 영역(Ra')을 형성하고, 상기 플립된 영역(Ra')과 다른 한 영역(Rb) 사이의 화소값의 차이를 계산하여 상기 차이가 소정 기준값 이하인 경우에 상기 영역(R1)을 대칭성이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해 분할된 영역의 대칭성 여부를 판단하여(단계 105), 분할된 영역이 대칭성이 없는 것으로 판단된 경우에는 상기 영역을 종래의 인트라 예측 방법과 동일하게 인접 블록의 화소를 이용하여 인트라 예측을 수행한다(단계 107).
만약, 상기 대칭성 판단 결과, 분할된 영역에 대칭성이 존재하는 것으로 판단되는 경우에는, 분할된 영역의 대칭축을 결정한다(단계 109). 여기서, 대칭축은 대칭성이 존재하는 것으로 판단된 영역을 지나가는 직선 중에서, 상기 직선으로 구분되는 양 영역의 차이가 최소가 되도록 하는 직선을 말한다. 상기 대칭축으로는 상기 대칭성 판단 과정에서 결정된 선을 이용할 수 있다.
다음, 상기 결정된 대칭축으로 상기 대칭 영역을 제 1 영역과 제 2 영역으로 나누고, 상기 대칭축을 기준으로 먼저 부호화되는 부분인 제 1 영역을 미러링하여 제 2 영역의 예측값을 형성한다(단계 111). 상측에서 하측 및 좌측에서 우측으로 블록을 처리하는 일반적인 블록 처리 순서에 의하는 경우, 상하 대칭인 영역 중에서 상측 영역이 제 1 영역에 해당하고, 하측 영역은 제 2 영역에 해당된다. 마찬 가지로, 좌우 대칭인 영역의 경우에는 좌측 영역이 제 1 영역에 해당하고, 우측 영역이 제 2 영역에 해당된다.
구체적으로는, 상기 대칭축을 기준으로 제 1 영역을 부호화 단위인 매크로 블록으로 나누어 종래와 같은 방법으로 먼저 부호화하고 상기 제 1 영역을 복호화하여 복원한 다음, 상기 제 1 영역을 구성하는 화소들을 선대칭시켜서 제 2 영역을 구성하는 화소들의 값을 예측한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 인트라 예측 방법에 의하여 상기 도 5의 분할된 영역(R2,R3)을 인트라 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 영역(R2)은 대칭축(y1)을 중심으로 좌우 대칭인 사람 형태의 객체를 나타내는 영역이다. 상기 대칭축(y1)을 기준으로 좌측의 제 1 영역이 먼저 부호화된다. 상기 부호화된 제 1 영역을 다시 복호화하여 제 1 영역의 영상을 복원한 다음, 상기 복원된 제 1 영역을 상기 대칭축(y1)을 기준으로 선대칭시켜서 제 2 영역을 예측한다. 예를 들어, 제 1 영역을 구성하는 한 화소(P1)는 상기 대칭축(y1)을 중심으로 선대칭된 위치에 존재하는 제 2 영역의 화소(P1')의 인트라 예측에 이용된다. 마찬가지로 도 8을 참조하면, 대칭축(x1)을 중심으로 상하 대칭인 객체를 포함하는 영역(R3)에 있어서, 먼저 부호화된 제 3 영역을 상기 대칭축(x1)을 기준으로 선대칭시켜서 제 4 영역을 구성하는 화소값들을 예측한다.
한편, 도 7 및 도 8에서는 각각 좌우 대칭 및 상하 대칭인 객체에 대하여 미 러링을 수행하는 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 소정 각도로 기울어진 대칭축을 기준으로 대칭 형태를 갖는 객체의 부호화를 위한 인트라 예측시에도 본 발명에 따른 사상이 적용될 수 있다.
상기 과정을 통해 먼저 부호화된 제 1 영역으로부터 다른 제 2 영역이 예측되면, 상기 제 2 영역과 원 영상의 대응되는 영역의 잔차(residual)를 계산하여 이를 부호화한다(단계 113).
한편, 대칭 영역이라고 판단된 영역이라고 하더라도 실제적으로 대칭인 영역 사이에 차이가 발생할 수 있다. 이는 전술한 대칭성 판단시에 분할 영역이 완전한 대칭 형태가 아니라고 하더라도 소정 축을 기준으로 양 영역의 차이가 소정 기준값 이하인 경우에는 상기 분할 영역을 대칭 영역이라고 판단하기 때문이다. 이와 같은 경우, 미러링을 통한 인트라 예측을 수행한 후에 부가적으로 움직임 예측 및 보상을 수행하여 원 영상과 예측된 영상과의 차이를 줄일 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 인트라 예측 방법에 의하면, 영상에 대칭성이 있는 객체가 존재하는 경우 상기 객체의 대칭 영역 중 일부를 이용하여 나머지 부분을 예측함으로써, 종래 단순히 인접 블록의 화소를 이용하여 인트라 예측을 수행하는 경우에 비하여 인트라 예측된 영상과 원 영상의 차이를 줄일 수 있으므로 압축 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인트라 예측 방법에서 이용되는 미러링 개념은 일반적인 부호화 방법에 따른 각 매크로 블록에 대한 인트라 예측에도 확장될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 인트라 예측 방법을 매크로 블록 단계에 적용하는 실 시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 일반적인 매크로 블록의 부호화 방법에 따라서 각 매크로 블록별로 인트라 예측시, 현재 부호화될 매크로 블록(X)에 인접하는 위(A) 또는 왼쪽(B) 매크로 블록을 구성하는 화소값들을 미러링, 즉 현재 부호화될 매크로 블록(X)과 상기 위(A) 또는 왼쪽(B) 매크로 블록 사이의 경계를 중심으로 선대칭하여 현재 부호화될 매크로 블록(X)을 구성하는 화소값들을 예측한다. 예를 들어, 현재 부호화될 매크로 블록(X)를 구성하는 화소(P3')는 경계를 대칭축으로 위쪽 매크로 블록(A)의 한 화소(P3a) 또는 왼쪽 매크로 블록(B)의 한 화소(P3b)를 선대칭하여 예측될 수 있다. 다음, 전술한 도 3의 종래 인트라 예측 모드 등에 의하여 예측된 매크로 블록과, 상기 미러링을 통해 예측된 매크로 블록의 코스트를 비교하여 더 작은 코스트를 갖는 것을 현재 부호화할 매크로 블록의 예측 블록으로 결정한다. 상기 코스트는 비트 레이트(bit-rate) 등이 될 수 있으며, 이 경우 더 작은 비트 레이트를 갖는 것을 현재 부호화할 매크로 블록의 예측 블록으로 결정한 다음, 실제 매크로 블록과 상기 예측 블록과의 차이를 부호화하게 된다.
본 발명에 따른 인트라 예측 장치는, 영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측한다. 여기서, 선대칭되는 부호화될 영역은 대칭 영역일 수도 있고, 일반적인 부호화 처리의 기본 단위인 매크로 블록일 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 영상의 대칭성을 이용한 인트라 예측 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면 본 발명에 따른 인트라 예측 장치(200)는 대칭 영역 검출부(201), 대칭축 결정부(203) 및 미러링부(205)를 포함한다.
상기 대칭 영역 검출부(201)는 입력 영상을 분할하고, 상기 분할된 영역 중에서 대칭인 영역을 검출한다. 이 때, 윤곽선 검출이나 움직임 벡터 트랙킹 등의 방법을 이용하여 영상에 포함된 객체를 구별하고, 상기 객체의 윤곽선을 중심으로 영상을 다수의 영역으로 분할할 수 있다. 상기 대칭 영역 검출부(201)는 분할된 영역을 임의의 선으로 재분할하고, 재분할된 양 영역의 차이를 비교하여 영역의 대칭성을 판단할 수 있다.
상기 대칭축 결정부(203)는 상기 대칭 영역 검출부(201)에서 검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정한다. 여기서, 상기 대칭축은 상기 대칭 영역 검출부(201)에서 대칭성의 판단시 이용된 재분할된 영역의 차이를 최소로 하는 직선으로 결정될 수 있다.
상기 미러링부(205)는 상기 대칭축 결정부(203)에서 결정된 대칭축으로 상기 대칭 영역을 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하고, 제 1 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 제 2 영역을 구성하는 화소들의 값을 예측한다.
상기 인트라 예측 장치(200)가 영상의 부호화 장치에서 이용되는 경우에는 상기 미러링부(205)에서 예측된 영상과 원래의 입력 영상과 잔차(residual)가 DCT 기반의 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화 과정을 통해 압축된다.
또한, 상기 인트라 예측 장치(200)가 영상의 복호화 장치에서 이용되는 경우 에는 상기 미러링부(205)에서 비트스트림 형태로 입력되는 입력 영상으로부터 부호화기와 동일한 예측 영상을 예측하고, 상기 비트스트림에 포함된 잔차(residual)를 예측 영상에 더하여 영상을 복원한다.
즉, 영상의 부호화 및 복호화 장치에서 동일한 예측 영상을 형성하기 위하여, 상기 영상 부호화 장치는 검출된 대칭 영역에 관한 정보를 비트스트림의 헤더에 부가하여 압축 부호화한다. 영상 복호화 장치는 상기 대칭 영역 정보로부터 복호화할 영상의 대칭 영역을 검출한 다음 상기 대칭 영역에 대한 인트라 예측을 수행하여 상기 영상 부호화 장치와 동일한 예측 영상을 형성하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 인트라 예측 장치는, 현재 부호화될 매크로 블록에 인접하는 위 또는 왼쪽 매크로 블록을 구성하는 화소값들을 미러링, 즉 현재 부호화될 매크로 블록과 상기 위(A) 또는 왼쪽 매크로 블록 사이의 경계를 중심으로 선대칭하여 현재 부호화될 매크로 블록을 구성하는 화소값들을 예측하도록 할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 부호화 장치(300)는 움직임 추정부(302), 움직임 보상부(304), 인트라 예측 수행부(306), 변환부(308), 양자화부(310), 재정렬부(312), 엔트로피 코딩부(314), 역양자화부(316), 역변환부(318), 필터(320) 및 프레임 메모리(322)를 구비한다. 여기서, 상기 인트라 예측 수행부(306)로는 상기 본 발명에 따른 인트라 예측 장치(200)가 이용된다. 또한, 상기 변환부(308), 양자화부(310), 재정렬부(312) 및 엔트로피 코딩부(314)는 부호화할 영상을 압축 부호화하여 비트스트림을 출력하는 압축부를 구성하게 된다.
영상 부호화 장치(300)는 여러 가지 부호화 모드 중에서 선택된 하나의 부호화 모드하에서 현재 픽처의 매크로 블록에 대해서 부호화를 수행한다. 이를 위해서 인터 예측 및 인트라 예측이 가질 수 있는 모든 모드하에서 부호화를 수행하여 코스트(cost) 함수를 계산하여 그 값이 가장 작은 모드를 최적 모드로 정해 그 모드하에서 부호화를 수행한다. 여기서, 코스트 함수는 예측 부호화의 정확성 및 발생 비트량의 대소를 나타내는 함수이다. 코스트 함수로는 SAD(Sum of Absolute Difference), SATD(Sum of Absolute Transformed Difference), SSD(Sum of Squared Difference), MAD(Mean of Absolute Difference) 또는 라그란지 함수(Lagrange function) 등이 있다.
인터 예측을 위해 현재 픽처의 매크로 블록의 예측값을 참조 픽처에서 찾는 것은 움직임 추정부(302)에서 수행된다. 그리고, 움직임 보상부(304)는 1/2 화소 또는 1/4 화소 단위로 참조 블록이 찾아진 경우에는 이들 중간 화소값을 계산하여 참조 블록 데이터 값을 정한다. 이와 같이, 인터 예측은 움직임 추정부(302)와 움직임 보상부(304)에서 수행된다.
또한, 현재 픽처의 매크로 블록의 예측치를 현재 픽처내에서 찾는 인트라 예측이 인트라 예측 수행부(306)에서 수행된다. 전술한 도 10의 인트라 예측 장치와 같이, 상기 인트라 예측 수행부(306)는 현재 부호화되는 픽처에 대칭 영역이 존재하는지를 검출한 후, 대칭축을 중심으로 대칭 영역의 어느 한 영역을 선대칭하여 다른 영역을 인트라 예측하여 현재 픽처의 예측 데이터를 형성하게 된다.
인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되어 현재 프레임의 매크로 블록이 참조 할 예측 데이터가 찾아졌다면, 이를 현재 픽처의 매크로 블록에서 빼서 변환부(308)에서 변환을 수행한 후에 양자화부(310)에서 양자화를 수행한다. 부호화시의 데이터량을 줄이기 위해서, 현재 프레임의 매크로 블록에서 움직임 추정된 참조 블록을 뺀 잔차를 부호화한다. 양자화된 잔차는 엔트로피 코딩부(314)에서 부호화하기 위하여 재정렬부(312)를 거친다. 상기 엔트로피 코딩부(314)는 상기 잔차 정보와 상기 검출된 대칭 영역에 관한 정보를 압축 부호화하여 비트스트림을 출력한다.
한편, 인터 예측에 사용될 참조 픽처를 얻기 위하여 양자화된 픽처를 역양자화부(316)와 역변환부(318)를 거쳐 현재 픽처를 복원한다. 이렇게 복원된 현재 픽처는 프레임 메모리에 저장되었다가 다음 픽처에 대하여 인터 예측을 수행하는데 사용된다. 복원된 픽처가 필터(320)를 통과하면 원래 픽처에서 약간의 부호화 에러를 포함한 픽처가 된다.
도 12는 본 발명에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 12를 참조하면, 먼저 인트라 예측 모드로 부호화되는 영상에서 대칭 영역을 검출한다(단계 351). 전술한 바와 같이, 현재 매크로 블록에 대해 인터 예측을 수행할 것인가 또는 인트라 예측을 수행할 것인가는 모든 부호화 모드하에서의 코스트(cost) 함수의 값을 비교하여 결정된다. 인터 예측 모드로 부호화되는 영상은 그 이전 또는 이후의 참조 영상으로부터 예측된다.
인트라 예측 모드로 부호화되는 영상에서 대칭 영역이 검출되면, 검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정한다(단계 353).
다음, 상기 대칭축을 기준으로 상기 대칭 영역을 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하고, 먼저 부호화되는 제 1 영역의 영상을 미러링, 즉 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 제 2 영역의 영상을 예측한다(단계 355).
상기 예측된 제 2 영역의 영상을 원 영상의 대응되는 영역으로부터 빼서 잔차(residual)를 계산한다(단계 357).
상기 잔차는 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화를 거쳐서 압축 부호화된다(단계 359). 여기서, 상기 압축 부호화의 결과 출력되는 비트스트림에는 상기 검출된 대칭 영역에 관한 정보가 부가 정보로서 함께 전송된다.
도 13은 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 블록도이다.
도 13을 참조하면 본 발명에 따른 복호화 장치(400)는 엔트로피 디코더(402), 재정렬부(404), 역양자화부(406), 역변환부(408), 움직임 보상부(410), 인트라 예측 수행부(412), 필터(414) 및 가산부(416)를 구비한다. 여기서, 상기 인트라 예측 수행부(412)로는 상기 본 발명에 따른 인트라 예측 장치(200)가 이용된다.
상기 엔트로피 디코더(402) 및 재정렬부(404)는 압축된 비트스트림을 수신하여 엔트로피 디코딩을 수행하여 양자화된 계수 X를 생성한다. 상기 역양자화부(406) 및 역변환부(408)는 상기 양자화된 계수 X에 대한 역양자화 및 역변환을 수행하여 변환 부호화 계수들, 움직임 벡터 정보, 잔차 정보, 대칭 영역 정보 등을 추출한다. 상기 움직임 보상부(410) 및 인트라 예측 수행부(412)에서는 디코딩된 정보를 사용하여 인코딩된 픽처 타입에 따라서 예측 블록을 생성하며, 상기 가산부 (416)은 상기 예측 블록과 오차값을 나타내는 D'n과 더해져서 uF'n을 생성한다. 상기 uF'n는 필터(414)를 거쳐 복원된 픽처 F'n이 생성된다.
특히, 전술한 부호화 장치와 유사하게, 본 발명에 따른 복호화 장치에 이용되는 인트라 예측 수행부(412)는 현재 복호화되는 픽처에 대칭 영역이 존재하는지를 판단한 후, 대칭축을 중심으로 대칭 영역의 먼저 복호화되는 한 영역을 선대칭하여 다른 영역을 인트라 예측하여 참조 블록을 생성한 다음, 상기 참조 블록에 잔차를 더하여 영상을 복원한다. 여기서, 상기 인트라 예측 수행부(412)는 상기 비트스트림에 포함된 대칭 영역 정보로부터 복호화하고자 하는 영상의 어느 부분이 대칭 영역인지를 판단할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 영상 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 14를 참조하면, 먼저 현재 복호화하고자 하는 영상에 존재하는 대칭 영역을 검출한다(단계 451). 전술한 바와 같이, 부호화시에 비트스트림의 헤더에 대칭 영역에 관한 정보를 부가 정보로서 전송하면, 복호화시에 영상의 어느 영역이 대칭성을 이용하여 인트라 예측된 것인지를 판단할 수 있다.
대칭 영역이 검출되면, 검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정한다(단계 453).
다음, 상기 대칭축을 기준으로 상기 대칭 영역을 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하고, 먼저 복호화되는 제 1 영역의 영상을 미러링, 즉 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 제 2 영역의 영상을 예측한다(단계 455).
다음, 상기 예측된 제 2 영역의 영상과 비트스트림에 포함된 잔차를 더하여 영상을 복원한다(단계 457).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 영상에 대칭인 영역이 존재하는 경우 대칭축을 기준으로 한 영역으로부터 다른 영역을 미러링하여 참조 영상을 형성하고, 원 영상과 상기 참조 영상과의 잔차만을 부호화함으로써 영상의 압축 효율을 높일 수 있다.

Claims (31)

  1. 영상의 인트라 예측 방법에 있어서,
    영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측하는 인트라 예측 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인트라 예측 단계는,
    영상의 대칭 영역을 검출하는 단계;
    상기 검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정하는 단계; 및
    상기 대칭축을 중심으로 상기 대칭 영역을 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하고, 상기 제 1 영역으로부터 제 2 영역을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 대칭축은, 상기 대칭인 영역을 지나가는 임의의 선에 의하여 상기 대칭인 영역을 구분하고, 상기 임의의 선에 의하여 구분된 영역의 차이를 비교하여 상기 차이가 가장 작게 만드는 선으로 결정되는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 영역은, 이미 부호화된 제 1 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 예측되는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 영상의 대칭 영역은 윤곽선 검출을 이용하여 검출되는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 영상의 대칭 영역은 움직임 벡터 트랙킹을 이용하여 검출되는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 영역으로부터 예측된 제 2 영역에 대하여 움직임 예측 및 보상을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화될 영역은 매크로 블록이며, 상기 부호화될 영역인 매크로 블록과 인접 매크로 블록 사이의 경계를 대칭축으로 상기 인접 매크로 블록을 선대칭하여 상기 부호화될 영역인 매크로 블록을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  9. 영상의 인트라 예측 장치에 있어서,
    영상의 한 영역을 소정의 축을 기준으로 선대칭하여 부호화될 영역을 예측하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 인트라 예측 장치는,
    영상의 대칭 영역을 검출하는 대칭 영역 검출부;
    상기 대칭 영역 검출부에서 검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정하는 대칭축 결정부; 및
    상기 대칭축을 중심으로 상기 대칭 영역을 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하고, 상기 제 1 영역으로부터 제 2 영역을 예측하는 미러링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 대칭축 결정부는,
    상기 대칭 영역을 지나가는 임의의 선에 의하여 상기 대칭 영역을 구분하고, 상기 임의의 선에 의하여 구분된 영역의 차이를 비교하여 상기 차이가 가장 작게 만드는 선을 대칭축으로 결정하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 미러링부는 부호화된 제 1 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 제 2 영역을 예측하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 대칭 영역 검출부는,
    영상의 윤곽선을 검출하고 상기 윤곽선의 대칭성 여부를 판단하는 윤곽선 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 대칭 영역 검출부는,
    상기 영상을 구성하는 블록들의 움직임 벡터를 트랙킹하여 영상 내에 포함되는 영상의 윤곽을 검출하여 대칭성 여부를 판단하는 움직임 벡터 트랙킹부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 부호화될 영역은 매크로 블록이며, 상기 부호화될 영역인 매크로 블록과 인접 매크로 블록 사이의 경계를 대칭축으로 상기 인접 매크로 블록을 선대칭하여 상기 부호화될 영역인 매크로 블록을 예측하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  16. 영상의 부호화 방법에 있어서,
    인트라 예측 모드로 부호화되는 영상에서 대칭 영역을 검출하는 단계;
    검출된 대칭 영역의 대칭축을 결정하고, 상기 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 단계; 및
    원래의 영역과 상기 예측된 다른 쪽 영역의 차이값을 계산하고, 상기 차이값및 상기 대칭 영역에 관한 정보를 압축 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 대칭축은, 임의의 선에 의하여 상기 대칭 영역을 구분하고 상기 임의의 선에 의하여 구분된 영역의 차이를 비교하여 상기 차이를 가장 작게 만드는 선으로 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 다른 쪽 영역은, 상기 한 쪽 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 예측되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  19. 영상의 부호화 장치에 있어서,
    영상의 대칭 영역을 검출하고, 검출된 대칭 영역의 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 인트라 예측 수행부; 및
    상기 인트라 예측 수행부에서 예측된 영상과 원래 영상의 차이 및 상기 검출된 대칭 영역에 관한 정보를 압축 부호화하는 압축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 인트라 예측 수행부는, 임의의 선에 의하여 상기 대칭 영역을 구분하고 상기 임의의 선에 의하여 구분된 영역의 차이를 비교하여 상기 차이가 가장 작게 만드는 선을 상기 대칭축으로 결정하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 인트라 예측 수행부는, 이미 부호화된 상기 한 쪽 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 상기 다른 쪽 영역을 구성하는 화소값을 예측하는 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  22. 압축 부호화된 비트스트림으로부터 영상을 복호화하는 방법에 있어서,
    상기 비트스트림에 구비된 영상으로부터 대칭 영역을 검출하는 단계;
    상기 검출된 대칭 영역의 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역에 대한 복호화를 먼저 수행하고, 상기 복호화된 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 대칭축은, 임의의 선에 의하여 상기 대칭 영역을 구분하고 상기 임의의 선에 의하여 구분된 영역의 차이를 비교하여 상기 차이를 가장 작게 만드는 선으로 결정되는 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 한 쪽 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 상기 다른 쪽 영역을 구성하는 화소값을 예측하는 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 대칭 영역은 상기 비트스트림에 구비된 대칭 영역 정보로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 예측된 다른 쪽 영역의 영상과 상기 비트스트림에 포함된 잔차를 더하여 영상을 복원하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  27. 압축 부호화된 비트스트림으로부터 영상을 복호화하는 장치에 있어서,
    상기 비트스트림에 구비된 영상의 대칭인 영역을 검출하고, 상기 검출된 대칭 영역의 대칭축을 기준으로 한 쪽 영역을 먼저 복호화하고, 상기 복호화된 한 쪽 영역으로부터 다른 쪽 영역을 예측하는 인트라 예측 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복호화 장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 인트라 예측 수행부는, 임의의 선에 의하여 상기 대칭 영역을 구분하고 상기 임의의 선에 의하여 구분된 영역의 차이를 비교하여 상기 차이가 가장 작게 만드는 선을 상기 대칭축으로 결정하는 것을 특징으로 하는 복호화 장치.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 인트라 예측 수행부는, 상기 한 쪽 영역을 상기 대칭축을 중심으로 선대칭하여 상기 다른 쪽 영역을 구성하는 화소값을 예측하는 것을 특징으로 하는 복호화 장치.
  30. 제 27항에 있어서,
    상기 인트라 예측 수행부는, 상기 비트스트림에 구비된 대칭 영역 정보로부터 상기 대칭 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 복호화 장치.
  31. 제 27항에 있어서,
    상기 인트라 예측 수행부에서 예측된 영상과 상기 비트스트림에 포함된 잔차를 더하여 영상을 복원하는 가산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복호화 장치.
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