KR20070006445A - 하이브리드 엔트로피 부호화, 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 엔트로피 부호화, 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 압축을 위하여 서로 다른 엔트로피 코딩 방식을 적용하여 영상 데이터의 엔트로피 부호화 및 복호화를 수행하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 방법은, 영상 데이터를 적어도 하나 이상의 부분 영상 데이터로 구분하고, 적어도 하나 이상의 서로 다른 엔트로피 부호화 방식 중에서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 적용할 엔트로피 부호화 방식을 결정하는 단계 및 상기 결정된 엔트로피 부호화 방식에 따라서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 영상 데이터의 유형에 따라서 서로 다른 방식의 엔트로피 부호화 및 복호화 방식을 적용함으로써 영상 데이터의 압축률은 향상시키고, 엔트로피 부호화 및 복호화에 소요되는 계산의 복잡도는 감소시킬 수 있다.

Description

하이브리드 엔트로피 부호화, 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for hybrid entropy encoding and decoding}
도 1은 종래 H.264 표준안에 따른 슬라이스 신택스를 간략하게 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치가 적용되는 영상 부호화 장치의 일 예를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치에 의하여 부호화된 데이터의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 상기 도 3의 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부의 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 상기 도 3의 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부의 구성을 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트.
도 8은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 장치가 적용되는 영상 복호화 장치의 일 예를 나타낸 블록도.
도 9은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 10은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트.
도 11은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 방법에 따라 비트스트림을 복호화하는 방법의 일 예를 나타낸 플로우 차트.
본 발명은 영상의 압축 부호화, 복호화에 관한 것으로서, 보다 상세히는 영상 압축을 위하여 서로 다른 엔트로피 코딩 방식을 적용하여 영상 데이터의 엔트로피 부호화 및 복호화를 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에는 멀티미디어 데이터를 처리하기 위한 연산능력이나 메모리가 제한되고 전송 대역폭의 한계로 인하여 복잡도가 제한되고 일정 비트율 영역에 한하여 최적인 비디오 처리 기술 개발을 목적으로 하였다. 그러나, 현재 멀티미디어를 처리하는 하드웨어 및 소프트웨어의 발달이 가속화되고 멀티미디어를 서비스할 채널 대역폭도 증가하고 다양해짐에 따라 기존보다 더 높은 부호화 효율을 갖고 다양한 네트워크 환경에 적응적인 부호화 기술이 요구되었다. 이러한 요구에 따라 ITU-T 기관 산하 VCEG(Video Coding Expert Group)와 ISO/IEC 기관의 MPEG(Moving Picture Expert Group)에서는 공동으로 H.264 또는 MPEG-4 part10 AVC(Advanced Video Coding)이라는 비디오 부호화 기술에 대한 표준화를 제정한 바 있다. H.264는 기존의 표준인 MPEG-4 Part 2 비쥬얼 코덱에 비하여 50% 이상의 부호화 효율을 증대시켰으며, 급변하는 무선 환경 및 인터넷 환경 등을 고려하여 오류 강인성 및 네트워크에 친숙한 방식을 고려한 비디오 압축 표준이다.
H.264는 영상 데이터의 압축을 위한 엔트로피 부호화 방법으로서 컨텍스트 기반 적응형 가변장 부호화(Context Adaptive Variable Length Coding, 이하 "CAVLC"이라 함) 방법 및 컨텍스트 기반 적응형 이진 산술 부호화(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding, 이하 "CABAC"이라 함) 방법을 사용한다..
도 1은 종래 H.264 표준안에 따른 슬라이스 신택스를 간략하게 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면 슬라이스 신택스는 크게 슬라이스 헤더(10)와 슬라이스 데이터(20)로 구분된다.
상기 슬라이스 헤더(10)는 슬라이스 종류와 슬라이스를 포함하고 있는 인코딩된 픽처를 정의하며, 참조 픽처 관리에 관련된 명령을 포함할 수 있다. 상기 슬라이스 데이터(20)는 코딩된 매크로블록들(MB) 및/또는 생략된(인코딩되지 않은) 매크로블록(skip_run)에 관한 정보를 포함한다. 또한, 각 매크로블록에는 헤더 요소들과 코딩된 오차 데이터가 포함된다.
H.264 표준안에 따르면 슬라이스 레이어 상위에서는 신택스(syntax) 요소들이 고정길이 또는 가변길이 이진 코드로 인코딩된다. 슬라이스 레이어와 그 하위에서는 신택스 엘리먼트들이 엔트로피 인코딩 모드에 따라 가변길이 코드(Variable Length Code, 이하 "VLC"라 함) 또는 CABAC을 사용하여 인코딩된다. entropy_coding_mode_flag가 0이면, 레지듀얼(residual) 데이터는 CAVLC을 사용하여 인코딩되고, 기타 가변 길이 코딩된 단위들은 Exp-Golomb 코드로 인코딩된다. 또한, entropy_coding_mode_flag가 1이면, H.264 신택스 엘리먼트들을 인코딩하고 디코딩하기 위해 CABAC이 사용된다. 즉, 상기 entropy_coding_mode_flag가 어떠한 값을 갖는지에 따라서, 상기 슬라이스 데이터(20)는 CAVLC 또는 CABAC 중 어느 하나의 엔트로피 코딩 방법을 이용하여 코딩된다.
한편, 상기 레지듀얼 데이터를 제외한 다른 신택스 엘리먼트들, 예를 들어 매크로블록의 종류를 나타내는 mb_type, 코딩된 데이터 패턴을 나타내는 coded_block_pattern, 및 이전의 QP 값으로부터 델타값으로 전송되고 양자화 패러미터를 나타내는 mb_qp_delta 등에 대한 컨텍스트 모델링은 상대적으로 복잡하다. 즉, 레지듀얼 데이터를 제외한 다른 신택스 엘리먼트들은 상기 레지듀얼 데이터에 비하여 전체 영상 데이터에서 차지하는 비율은 적지만, CABAC 엔트로피 코딩을 이용하여 부호화되는 경우 컨텍스트 모델링의 복잡도를 증가시킨다. 반면에, 레지듀얼 데이터의 컨텍스트 모델링은 상기 다른 신택스 엘리먼트들의 컨텍스트 모델링에 비하여 상대적으로 간단하고 단순하다.
그러나, 종래의 H.264 표준안에 따르면 CAVLC 또는 CABAC 중 어느 하나의 엔트로피 코딩 방법만을 사용하여 슬라이스 데이터를 부호화하고, 신택스 엘리먼트의 특성에 따른 엔트로피 부호화 과정의 복잡도 차이를 고려하지 않고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 영상 압축을 위한 엔트로피 코딩 과정에 있어서 복잡도는 감소시키고 압축율은 증가시키는 엔트로피 복호화, 부호화 방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 방법은, 영상 데이터를 적어도 하나 이상의 부분 영상 데이터로 구분하고, 적어도 하나 이상의 서로 다른 엔트로피 부호화 방식 중에서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 적용할 엔트로피 부호화 방식을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 엔트로피 부호화 방식에 따라서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 장치는, 상기 영상 데이터를 적어도 하나 이상의 부분 영상 데이터로 구분하고, 적어도 하나 이상의 서로 다른 엔트로피 부호화 방식 중에서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 적용할 엔트로피 부호화 방식을 결정하는 제어부; 및 상기 결정된 엔트로피 부호화 방식에 따라서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 엔트로피 복호화 방법은, 적어도 하나 이상의 엔트로피 부호화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림 데이터를 수신하여 엔트로피 복호화를 수행하는 방법에 있어서, 엔트로피 부호화된 방식에 따라 상기 수신된 비트스트림 데이터를 구분하고, 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 엔트로피 복호화 방식에 따라 상기 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다..
본 발명에 따른 엔트로피 복호화 장치는, 적어도 하나 이상의 엔트로피 부호 화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림 데이터를 수신하여 엔트로피 복호화를 수행하는 장치에 있어서, 엔트로피 부호화된 방식에 따라 상기 수신된 비트스트림 데이터를 구분하고, 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 제어부; 및 상기 결정된 엔트로피 복호화 방식에 따라 상기 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화를 수행하는 엔트로피 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명을 설명함에 있어서 사용되는 용어에 대하여 설명한다.
CABAC(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding): 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화를 의미한다.
CAVLC(Context Adaptive Variable Length Coding): 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화를 의미한다.
UVLC(Universal Variable Length Codes): 유니버셜 가변 길이 코드로서, 특히 H.264 영상 코덱에서는 UVLC의 일종인 Exp-Golumb 코드가 이용된다.
I_PCM: 예측, 변환 또는 양자화 과정을 거치지 않고 샘플된 값들이 직접 전송되는 mb_type을 의미한다. CABAC에서 mb_type이 I_PCM일 때, 모든 I_PCM 데이터는 산술 부호화된 슬라이스로부터 읽혀지고, 이진 산술 코더가 재시작된다.
MB(Macro Block): 매크로블록을 의미한다.
CABAC Offset: 본 발명에서 새롭게 정의되는 용어로서, 슬라이스 데이터의 시작 지점으로부터 CABAC 엔트로피 코딩 방식으로 부호화된 슬라이스 데이터 부분을 가리키는 포인터이다. 상기 CABAC Offset은 슬라이스의 헤더 부분에 저장된다.
ae(v): 컨텍스트 적응형 산술 엔트로피 방식으로 코딩된 신택스 엘리먼트(context-adaptive arithmetic entropy-coded SE)를 의미한다.
me(v): 매핑에 의하여 Exp-Golomb 방식으로 코딩된 신택스 엘리먼트(mapped Exp-Golomb-coded SE)를 의미한다.
se(v): 부호있는 정수 Exp-Golomb 방식으로 코딩된 신택스 엘리먼트(signed integer Exp-Golomb-coded SE)를 의미한다.
te(v): 짧은 코드워드가 생략된 Exp-Golomb 방식으로 코딩된 신택스 엘리먼트(truncated Exp-Golomb-coded SE)를 의미한다.
u(n): n 비트를 사용하는 부호없는 정수(unsigned integer)를 의미한다. n이 신택스 테이블상의 "v"에 해당되는 경우, 비트수는 다른 신택스 엘리먼트에 따라서 변화된다. 상기 u(n)의 파싱 과정은 MSB(Most Significant Bit)가 먼저 쓰여진 부호없는 정수의 이진수 표현으로 해석되는 함수 read_bit(n)의 반환값에 의하여 구체화된다.
read_bit(n): 비트스트림의 n 비트를 읽고, 읽은 n 비트만큼 비트스트림 포인터를 진행시키는 함수이다. n이 0일때, read_bit(n)은 0 값을 반환하고, 비트스트림 포인터를 진행시키지 않는다.
ue(v):부호없는 정수 Exp_Golomb 방식으로 코딩된 신택스 엘리먼트(unsigned integer Exp-Golomb-coded SE)를 의미한다.
f(n):n 비트를 사용하여 기록된 고정 패턴의 비트 스트링으로서, 상기 f(n)의 파싱 과정은 함수 read_bit(n)의 반환값에 의하여 구체화된다.
codIRange 및 codIOffset:산술 부호화 엔진의 범위 및 오프셋 상태를 나타내는 변수들을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치가 적용되는 영상 부호화 장치의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 영상 부호화 장치(100)는 움직임 추정부(102), 움직임 보상부(104), 인트라 예측 수행부(106), 변환부(108), 양자화부(110), 재정렬부(112), 엔트로피 부호화 장치(150), 역양자화부(116), 역변환부(118), 필터(120) 및 프레임 메모리(122)를 구비한다.
상기 움직임 추정부(102), 움직임 보상부(104) 및 인트라 예측 수행부(106)는 인트라 모드 또는 인터 모드 중 어느 하나의 모드를 이용하여 현재 부호화할 픽처를 예측하고, 상기 변환부(108)는 예측된 픽처와 현재 픽처의 차이(Dn)를 주파수 영역으로 변환한다. 상기 양자화부(110)는 주파수 영역으로 변환된 데이터를 양자화한다.
본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치(150)는 영상 데이터에 존재하는 통계적인 중복 요소를 제거하며, 전송하거나 저장할 수 있는 압축된 비트스트림 또는 압축된 파일을 생성한다. 압축된 비트스트림은 코딩된 움직임 벡터 파라미터, 코딩된 레지듀얼 데이터 및 헤더 정보 등으로 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 엔트 로피 부호화 장치(150)는 신택스 엘리먼트의 유형에 따라 서로 다른 적어도 하나 이상의 엔트로피 부호화 방식을 적용하여 상기 신택스 엘리먼트에 대응되는 압축된 데이터 비트스트림을 생성한다. 특히, 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치(150)는 영상 데이터 중 상호 상관 관계가 높은 영상 데이터는 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화 방법을 이용하여 엔트로피 부호화하고, 상호 상관 관계가 낮은 데이터는 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방법을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행한다. 예를 들어, H.264 표준안에 따른 신택스 엘리먼트들을 엔트로피 부호화하는 경우, 상기 엔트로피 부호화 장치(150)는 레지듀얼 데이터에 속하는 모든 신택스 엘리먼트들 및 end_of_slice_flag 신택스 엘리먼트를 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화하고, 나머지 신택스 엘리먼트들을 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화한다.
도 3은 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치(150)는 제어부(160) 및 엔트로피 부호화부(165)를 포함한다. 또한, 상기 엔트로피 부호화부(165)는, 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170), 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)를 포함한다.
상기 제어부(160)는 영상 부호화 장치에서 출력되는 영상 데이터를 수신하고, 상기 영상 데이터의 유형에 따라서 어떠한 엔트로피 부호화 모드를 이용하여 수신된 영상 데이터를 엔트로피 부호화할 것인지를 결정한다.
H.264 표준에 따르면, 레지듀얼(residual) 블록 및 움직임 추정에 관한 정보 등은 상기 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170) 또는 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)에 의하여 부호화되어 최종적인 비트스트림이 생성된다. 여기서, 레지듀얼 블록은 원래 블록의 화소값들과 재생 블록의 화소값들의 차를 화소값으로 가지고 있는 블록을 말한다. 상기 재생 블록은 원래 블록에 대한 움직임 추정을 통해 모션 벡터를 구하고, 구해진 모션 벡터를 이용하여 원래 블록을 재생한 블록을 말한다.
구체적으로는, H.264에 따른 영상 부호화 처리의 결과 레지듀얼 매크로블록에 대해 4×4 레지듀얼 블록 단위로 DCT가 완료되면, 상기 제어부(160)는 4×4 크기의 레지듀얼 블록의 DCT 변환 계수 값들을 입력받아 4×4 크기의 레지듀얼 블록 각각에 대해 다수의 신택스 엘리먼트들을 생성하고, 상기 신택스 엘리먼트의 종류에 따라서 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화를 수행할 것인지, 아니면 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화를 수행할 것인지를 결정하고 해당 엔트로피 부호화부(170,180)로 신택스 엘리먼트를 출력한다.
상기 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170)는 상기 제어부(160)의 제어에 따라 end_of_slice_flag 및 레지듀얼 데이터에 속하는 모든 신택스 엘리먼트를 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화(CABAC)한다.
상기 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)는 상기 end_of_slice_flag 및 레지듀얼 데이터에 속하는 신택스 엘리먼트를 제외한 나머지 신택스 엘리먼트를 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화(CAVLC)한다.
상기 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)를 통해 엔트로피 부호화되는 신택스 엘리먼트들은 다음과 같다.
mb_field_decoding은 u(1), mb_type은 ue(v), transform_size_8×8_flag는 u(1), coded_block_pattern은 me(v), mb_qp_delta는 se(v), prev_intra4×4_pred_mode_flag는 u(1), rem_intra4×4_pred_mode는 u(3), intra_chroma_pred_mode는 u(v), ref_idx_l0는 te(v), ref_idx_l1은 te(v), mvd_l0는 se(v), mvd_l1은 se(v), sub_mb_type은 ue(v)을 이용하여 엔트로피 부호화된다. 즉, 종래 ae(v), 즉 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화되던 상기 신택스 엘리먼트들은 u(n), ue(v), me(v), se(v) 등의 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화된다. 이는, 레지듀얼 데이터를 제외한 다른 신택스 엘리먼트들은 전체 영상 데이터에서 차지하는 비율은 적지만, CABAC 엔트로피 부호화를 이용하여 부호화되는 경우 컨텍스트 모델링의 복잡도를 증가시키기 때문에 상대적으로 복잡도가 낮은 CAVLC를 이용하여 엔트로피 부호화하는 것이다.
또한, mb_skip_flag는 ae(v) 대신에 u(1)을 이용하여 부호화된다. 또한, mb_type이 I_PCM인 경우에는, pcm_alignment_zero_bit 신택스 엘리먼트는 f(1), pcm_sample_luma 신택스 엘리먼트는 u(v), pcm_sample_chroma 신택스 엘리먼트는 u(v)를 이용하여 엔트로피 부호화된다.
정리하면, 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치(150)는 상대적으로 컨텍스트 모델링이 간단한 레지듀얼 데이터에 관련된 신택스 엘리먼트들은 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화(CABAC)하고, 상대적으로 컨텍스트 모델링 과정이 복잡한 다른 신택스 엘리먼트들, 즉 상기 레지듀얼 데이터의 부가 정보를 포함하는 신택스 엘리 먼트들에 대해서는 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화(CAVLC)를 수행함으로써, 압축 효율은 증가시키고, 부호화에 따른 복잡도는 감소시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치(150)에 의하여 부호화된 데이터의 구성을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170) 및 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)에서 엔트로피 부호화된 데이터는 각각 제 1 데이터 영역(210) 및 제 2 데이터 영역(220)에 저장된다. 여기서, 상기 제 1 데이터 영역(210)에는 상기 컨텍트 적응형 가변 길이 부호화부(180)에서 엔트로피 부호화된 데이터가 저장되고, 상기 제 2 데이터 영역(220)에는 상기 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170)를 통해 엔트로피 부호화된 데이터가 저장된다고 가정한다. 그러면, 상기 제어부(160)는 상기 데이터 영역들의 시작 지점(A)으로부터 서로 다른 엔트로피 부호화 방식을 이용하여 부호화된 데이터 영역까지의 위치 차이인 오프셋(offset) 정보를 부가 정보로서 헤더(200) 영역에 저장할 수 있다. 본 발명에 따라 엔트로피 부호화된 데이터를 복호화하는 경우, 상기 헤더(200) 영역에 저장된 오프셋 정보를 이용하거나 또는 복호화하고자 하는 신택스 엘리먼트의 종류에 따라서 미리 결정된 엔트로피 복호화 방식을 적용하여 엔트로피 복호화를 수행할 수 있다.
도 5는 상기 도 3의 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170)의 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170)는 이진화부 (Binarizer)(171), 컨텍스트 모델러(Context modeler)(172), 레귤러 코딩부(Regular coding engine)(173) 및 바이패스 코딩부(Bypass coding engine)(174)를 포함한다.
만약 이진값이 아닌 신택스 엘리먼트(nonbinary valued syntax element)가 입력되는 경우에, 상기 이진화부(171)는 상기 신택스 엘리먼트를 이진값을 갖는 시퀀스로 맵핑시켜서 빈 스트링(bin string)을 출력한다.
상기 과정을 통해 출력되는 빈 스트링이나 이진값을 갖는 신택스 엘리먼트(이하, 상기 빈 스트링이나 이진값을 갖는 신택스 엘리먼트를 "빈(bin)"이라 함) 중 소정의 선택된 빈(bin)들은 부호화 과정의 처리속도를 증가시키기 위하여 상기 컨텍스트 모델러(172)를 거치지 않고, 상기 바이패스 코딩부(174)에 의하여 부호화되어 비트스트림으로 출력되며, 그 외의 빈(bin)들은 상기 컨텍스트 모델러(172)로 입력된다.
상기 컨텍스트 모델러(172)는 입력된 빈(bin)과 이전에 부호화된 신택스 엘리먼트에 기초하여 현재 입력된 빈(bin)을 부호화하는데 필요한 확률모델을 결정한다.
상기 레귤러 코딩부(173)는 상기 컨텍스트 모델러(172)를 거쳐 입력된 빈(bin) 값과, 상기 컨텍스트 모델러(172)에서 결정된 확률모델에 관한 정보를 입력받아 최종적으로 비트스트림을 생성하여 출력한다.
한편, 상기 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부(170)는 복호화 장치에 그대로 이용될 수 있으며, 이 경우 신호 처리 순서는 상기 부호화 과정의 역순이 된다.
도 6은 상기 도 3의 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)의 구성을 나타낸 블록도이다.
수신된 신택스 엘리먼트에 포함된 움직임 정보, 예측 모드, 변환 계수 등에 관한 정보 등은 CAVLC 부호화부(182)로 입력된다. 상기 CAVLC 부호화부(182)는 입력되는 신택스 엘리먼트에 대하여 가변 길이 부호화 테이블을 적용하여 비트스트림을 출력한다.
컨텍스트 저장부(181)는 상기 CAVLC 부호화부(182)에서 부호화된 비트스트림에 관한 정보를 저장하고, 상기 정보를 기초로 적용되는 가변 길이 부호화 테이블을 변경하면서 적응적으로 엔트로피 부호화가 수행되도록 한다.
한편, 상기 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부(180)는 복호화 장치에 그대로 이용될 수 있으며, 상기 부호화 과정의 역순으로 입력된 비트스트림을 처리하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 7을 참조하면, 먼저 영상 데이터를 어떠한 엔트로피 부호화 모드를 이용할지를 결정한다(단계 300). 전술한 바와 같이, H.264에 따른 신택스 엘리먼트를 엔트로피 부호화하는 경우 레지듀얼 데이터에 해당하는 모든 신택스 엘리먼트 및 end_of_slice_flag 신택스 엘리먼트는 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화 방식을 적용하고, 나머지 상기 레지듀얼 데이터의 정보를 나타내는 신택스 엘리먼트들은 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 적용한다.
다음, 상기 결정된 엔트로피 부호화 모드에 따라서 엔트로피 부호화를 수행 한다(단계 302). 그리고, 서로 다른 엔트로피 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화된 데이터의 각 위치를 구별할 수 있도록, 상기 엔트로피 부호화된 데이터 영역의 시작 지점으로부터 각 엔트로피 부호화 방식을 적용하여 저장된 데이터 영역을 가리키는 지점까지의 위치 정보를 상기 데이터의 헤더 등에 저장한다(단계 304).
한편, 본 발명에 따른 엔트로피 부호화 장치는 도 3에 도시된 바에 한정되지 않고, 엔트로피 부호화 방식에 따른 복수 개의 서로 다른 엔트로피 부호화 모듈을 구비하고 다양한 엔트로피 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화를 수행하도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 장치가 적용되는 영상 복호화 장치의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면 본 발명에 따른 복호화 장치(400)는 엔트로피 복호화 장치(500), 재정렬부(404), 역양자화부(406), 역변환부(408), 움직임 보상부(410), 인트라 예측 수행부(412), 필터(414) 및 가산부(416)를 구비한다.
상기 엔트로피 복호화 장치(500)는 압축된 비트스트림을 수신하여 엔트로피 복호화를 수행하여 신택스 엘리먼트 및 양자화된 계수 X를 생성한다. 상기 역양자화부(406) 및 역변환부(408)는 상기 복호화된 신택스 엘리먼트 및 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)는 상기 예측 블록과 오차값을 나타내는 D'n과 더해져서 uF'n을 생성한다. 상기 uF'n는 필터(414)를 거쳐 복원된 픽처 F'n이 생성된다.
도 9은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 장치(500)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 장치(500)는 제어부(510), 엔트로피 복호화부(520)를 포함한다. 또한, 상기 엔트로피 복호화부(520)는 적용되는 엔트로피 부호화 방식에 따라서 적어도 하나 이상의 엔트로피 복호화를 수행하는 모듈을 포함할 수 있다. 도 9에서는 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화부(521) 및 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화부(523)를 포함한 경우를 도시하고 있다.
상기 제어부(510)는 복호화하고자 하는 영상 데이터를 어떤 엔트로피 복호화 방식을 이용하여 엔트로피 복호화를 수행할 것인지를 결정한다. 이때, 복호화하고자하는 영상 데이터의 종류에 따라서 소정의 엔트로피 복호화 방식이 미리 결정될 수도 있고, 엔트로피 부호화된 데이터의 헤더 등에 저장된 오프셋 정보를 추출하하여 현재 복호화하고자 하는 비트스트림이 어떠한 방식으로 엔트로피 부호화되었는지를 결정할 수 있다. 상기 제어부(510)는 결정된 엔트로피 복호화 방식에 따라서, 해당 엔트로피 복호화부(520)로 비트스트림을 출력한다. 예를 들어, CABAC을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림은 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화부 (521)로 출력되고, CAVLC을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림은 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화부(523)로 출력된다.
상기 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화부(521) 및 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화부(523)는 각각 입력된 비트스트림에 대한 엔트로피 복호화를 수행하여 신택스 엘리먼트를 출력한다.
도 10은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 10을 참조하면, 먼저 비트스트림을 수신하여 어떠한 엔트로피 복호화 방식을 이용하여 엔트로피 복호화를 수행할 것인지를 결정한다(단계 600).
상기 엔트로피 복호화 방식을 결정함에 있어서, 전술한 바와 같이 비트스트림의 헤더에 저장된 오프셋 정보를 이용하여 어느 위치의 데이터가 어떠한 엔트로피 방식으로 부호화되었는지를 결정할 수도 있고, 신택스 엘리먼트의 종류에 따라서 엔트로피 복호화 방식을 미리 결정할 수 있다.
다음, 결정된 엔트로피 복호화 방식에 따라서 엔트로피 복호화를 수행하여 비트스트림에 대응되는 신택스 엘리먼트를 출력한다(단계 610).
한편, 서로 다른 적어도 하나 이상의 엔트로피 부호화 방식으로 부호화된 비트스트림을 복호화하기 위해서, 각각의 엔트로피 부호화 방식으로 부호화된 데이터 영역을 가리키는 복수개의 포인터를 이용하여 해당 포인터가 가리키는 부분의 데이터를 읽고 상기 포인터를 업데이트하는 방식으로 하나의 비트스트림 데이터에 포함된, 서로 다른 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 엔트로피 복호화를 수행할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 엔트로피 복호화 방법에 따라 CABAC 및 CAVLC 방식을 이용하여 부호화된 비트스트림을 복호화하는 방법의 일 예를 나타낸 플로우 차트이다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 상기 제어부(510)는 입력된 비트스트림의 복호화하고자 하는 신택스 엘리먼트가 첫 번째 신택스 엘리먼트인지를 판단한다(단계 700).
상기 단계 700의 판단 결과, 첫 번째 신택스 엘리먼트인 경우에는 초기화 과정을 수행한다(단계 710).
상기 초기화 과정은 크게 2 단계로 구분될 수 있다. 즉, 상기 초기화 과정은 컨텍스트 변수들을 위한 초기화 과정 및 산술 복호화 엔진의 초기화 과정으로 나뉜다. 상기 컨텍스트 변수들을 위한 초기화 과정은 슬라이스 데이터의 파싱이 시작될 때 개시되는 과정으로서, ctxidx의 초기화 과정은 종래 H.264의 복호화 단계에서 ctxidx를 초기화하는 과정과 동일하다. 다만, 본 발명에서 종래 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화(CABAC)되던 0~84 및 399~401까지의 ctxidx 값은 사용되지 않는다. 이는 상기 0~84 및 399~401까지의 ctxidx 값이 가리키는 신택스 엘리먼트들은 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화(CAVLC) 방식을 이용하여 엔트로피 부호화되기 때문이다. 상기 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화(CAVLC) 방식을 이용하여 부호화된 신택스 엘리먼트를 제외하고, 85~398 및 402~459까지의 ctxidx가 가리키는 신택스 엘리먼트들을 위해서 컨텍스트 변수들의 초기화 과정이 수행된다. 또한, 산술 복호화 엔진의 초기화 과정은 슬라이스 데이터의 파싱을 시작할 때와 I_PCM 유형의 매크로블록에 대한 pcm_alignment_zero_bit, pcm_sample_luma 및 pcm_sample_chroma 신택스 엘리먼트를 복호화할 때 개시된다.
다음, 상기 제어부(510)는 신택스 엘리먼트가 CABAC 및 CAVLC 중 어떠한 엔트로피 방식을 이용하여 부호화되었는지를 판단하고(단계 720), 엔트로피 방식에 따라서 CABAC 방식으로 복호화를 수행하거나(단계 730), CAVLC 방식으로 복호화를 수행한다(단계 740).
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 엔트로피 부호화, 복호화 방법 및 장치에 의하면, 종래 CAVLC에 비하여 압축률은 향상시키고, 종래 CABAC에 비하여 계산의 복잡도는 감소시킬 수 있다.
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, 자기테이프, 플로피디스크 및 광데이터 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 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 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, 영상 데이터의 유형에 따라서 서로 다른 방식의 엔트로피 부호화 및 복호화 방식을 적용함으로써 영상 데이터의 압축률은 향상시키고, 엔트로피 부호화 및 복호화에 소요되는 계산의 복잡도는 감소시킬 수 있다.

Claims (22)

  1. 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 방법에 있어서,
    상기 영상 데이터를 적어도 하나 이상의 부분 영상 데이터로 구분하고, 적어도 하나 이상의 서로 다른 엔트로피 부호화 방식 중에서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 적용할 엔트로피 부호화 방식을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 엔트로피 부호화 방식에 따라서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    서로 다른 엔트로피 부호화 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 위치를 나타내는 위치 정보를 상기 엔트로피 부호화된 데이터의 소정 부분에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 위치 정보는,
    상기 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치로부터 다른 엔트로피 부호화 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치와의 차이를 나타내는 오프셋(offset)인 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 위치 정보는,
    상기 엔트로피 부호화된 데이터의 헤더에 저장되는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 단계는,
    상기 영상 데이터 중 상호 상관 관계가 높은 영상 데이터는 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화하고, 상호 상관 관계가 낮은 영상 데이터는 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 단계는,
    H.264에 따른 신택스 엘리먼트들 중 레지듀얼 데이터에 속하는 신택스 엘리먼트들 및 end_of_slice_flag 신택스 엘리먼트를 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화하고, 나머지 신택스 엘리먼트들을 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 방법.
  7. 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 장치에 있어서,
    상기 영상 데이터를 적어도 하나 이상의 부분 영상 데이터로 구분하고, 적어도 하나 이상의 서로 다른 엔트로피 부호화 방식 중에서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 적용할 엔트로피 부호화 방식을 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 엔트로피 부호화 방식에 따라서 상기 구분된 부분 영상 데이터 별로 엔트로피 부호화를 수행하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서로 다른 엔트로피 부호화 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 위치를 나타내는 위치 정보를 상기 엔트로피 부호화된 데이터의 소정 부분에 저장하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 위치 정보는,
    상기 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치로부터 다른 엔트로피 부호화 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치와의 차이를 나타내는 오프셋(offset)인 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 위치 정보는,
    상기 엔트로피 부호화된 데이터의 헤더에 저장되는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부는,
    상기 영상 데이터 중 상호 상관 관계가 높은 영상 데이터를 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화 방식으로 엔트로피 부호화하는 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부; 및
    상호 상관 관계가 낮은 영상 데이터를 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식으로 엔트로피 부호화하는 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부는,
    H.264에 따른 신택스 엘리먼트들 중 레지듀얼 데이터에 속하는 신택스 엘리먼트들 및 end_of_slice_flag 신택스 엘리먼트를 엔트로피 부호화하는 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화부; 및
    나머지 신택스 엘리먼트들을 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 부호화하는 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 부호화 장치.
  13. 적어도 하나 이상의 엔트로피 부호화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림 데이터를 수신하여 엔트로피 복호화를 수행하는 방법에 있어서,
    엔트로피 부호화된 방식에 따라 상기 수신된 비트스트림 데이터를 구분하고, 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 엔트로피 복호화 방식에 따라 상기 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 단계는,
    상기 수신된 비트스트림 데이터의 소정 부분에 저장된 서로 다른 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 위치를 나타내는 위치 정보를 이용하여 구분되는 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 위치 정보는,
    상기 수신된 비트스트림 데이터의 헤더에 저장된 상기 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치로부터 다른 엔트로피 부호화 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치와의 차이를 나타내는 오프셋(offset)인 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호화를 수행하는 단계는,
    상기 수신된 비트스트림 데이터 중 상호 상관 관계가 높은 비트스트림 데이터 부분은 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화 방식을 이용하여 엔트로피 복호화하고, 상호 상관 관계가 낮은 비트스트림 데이터 부분은 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화 방식을 이용하여 엔트로피 복호화하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호화를 수행하는 단계는,
    H.264에 따른 신택스 엘리먼트들 중 레지듀얼 데이터에 속하는 신택스 엘리먼트들 및 end_of_slice_flag 신택스 엘리먼트를 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화 방식을 적용하여 엔트로피 복호화하고, 나머지 신택스 엘리먼트들을 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 복호화하는 것을 특징으로 하 는 엔트로피 복호화 방법.
  18. 적어도 하나 이상의 엔트로피 부호화 방식을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림 데이터를 수신하여 엔트로피 복호화를 수행하는 장치에 있어서,
    엔트로피 부호화된 방식에 따라 상기 수신된 비트스트림 데이터를 구분하고, 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 엔트로피 복호화 방식에 따라 상기 구분된 비트스트림 데이터 별로 엔트로피 복호화를 수행하는 엔트로피 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 비트스트림 데이터의 소정 부분에 저장된 다른 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 위치를 나타내는 위치 정보를 이용하여 엔트로피 복호화 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 위치 정보는,
    상기 수신된 비트스트림 데이터의 헤더에 저장된 상기 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치로부터 상기 다른 엔트로피 부호화 방식으로 엔트로피 부호화된 데이터의 시작 위치와의 차이를 나타내는 오프셋(offset)인 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 장치.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호화부는,
    상기 비트스트림 데이터 중 상호 상관 관계가 높은 비트스트림 데이터를 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화 방식을 이용하여 엔트로피 복호화하는 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화부; 및
    상호 상관 관계가 낮은 비트스트림 데이터를 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화 방식을 이용하여 엔트로피 복호화하는 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 장치.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호화부는,
    H.264에 따른 신택스 엘리먼트들 중 레지듀얼 데이터에 속하는 신택스 엘리먼트들 및 end_of_slice_flag 신택스 엘리먼트를 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화 방식을 적용하여 엔트로피 복호화하는 컨텍스트 적응형 이진 산술 복호화부; 및
    나머지 신택스 엘리먼트들을 컨텍스트 적응형 가변 길이 부호화 방식을 적용하여 엔트로피 복호화하는 컨텍스트 적응형 가변 길이 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔트로피 복호화 장치.
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