KR20070038418A - 비디오 신호 역양자화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

비디오 신호 역양자화 방법 및 장치가 개시된다. 이 방법은 입력신호로부터 양자화 레벨 값(quatization level index)의 빈도 수를 생성하는 단계와, 생성된 양자화 레벨 값의 빈도 수를 이용하여 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출하는 단계와, 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값들을 상기 각 양자화 레벨의 양 끝 주변의 양자화 레벨 값의 빈도 수를 이용하여 생성하는 단계 및 복원되는 값의 위치를 상기 생성된 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값을 이용하여 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
역양자화, 확률밀도함수, 양자화값, 양자화 파라미터

Description

비디오 신호 역양자화 방법 및 장치{Method and apparatus for dequantization of a video signal}
도 1은 입력신호가 라플라시안 분포의 확률밀도함수를 따른다는 가정하의 양자화 레벨 값 및 복원되는 값의 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 입력신호에 해당하는 확률밀도함수에 따르는 경우 복원되는 값의 위치를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 장치의 일 실시예를 보여주는 블럭도이다.
도 4 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 또 다른 실시예 를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 실시예를 다양한 매크로블록에 적용하는 것을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 역양자화 장치 301 : 빈도 수 생성부
302 : 근사함수 산출부 303 : 복원부
본 발명은 비디오 신호 역양자화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디코딩부에서의 복원되는 값의 위치 결정에 관한 것이다.
ISO/IEC 산하 MPEG(Moving Picture Experts Group)과 ITU-T 산하 VCEG(Video Coding Experts Group)의 두 표준화기구가 공동으로 JVT(Joint Video Team)를 결성해서 초기 MPEG-4 Part 2와 H.263 표준안보다 우수하고 뛰어나 비디오 영상 압축 성능을 발휘하는 새로운 표준안을 개발하였다. 새로운 표준안은 ISO/IEC에서는 [MPEG-4 Patr 10:Advanced Video Coding]로 ITU-T에서는 H.264로 공동 발표되었다.
한편, 앞으로의 동영상의 부호화 방법은 압축효율을 최대화 시키는 것뿐만 아니라 다양한 단말기 및 변화하는 통신 환경에 친화적으로 대응할 수 있어야 한다. 이러한 요구에 부응하여 ISO/IEC 와 ITU-T의 합작팀인 JVT에서 H.264/AVC 기반의 스케일러블 비디오 코딩(SVC)의 표준화가 진행중이다.
또한, 스케일러블 비디오 코딩에서는 입력신호가 라플라시안 분포(Laplacian distribution)의 확률밀도함수(Probability Density Function;PDF)를 따른다는 가정하에 간단한 양자화(quantization) 방법을 사용한다.
도 1은 입력신호가 라플라시안 분포의 확률밀도함수를 따른다는 가정하의 양 자화 레벨 값(quantization level index) 및 복원되는 값의 위치(reconstruction position)를 나타내는 도면이다. 도 1에 표시된 양자화 레벨 값 및 복원되는 값의 위치를 설명하기 위한 양자화(quantization) 및 역양자화(dequantization) 방법은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112006071642167-PAT00001
수학식 1에서 I(k)는 양자화 레벨 값(quantization level index), X(k)는 원래의 입력 값(orginal input value), f는 데드 존 파라미터(dead zone parameter), X'(k)는 역양자화 단계에서 복원되는 값(reconstructed value), Q는 양자화 단계 크기(quantization step size;Q), sign(X(k))는 X(k)의 부호, floor(x)는 x보다 작은 가장 큰 정수를 리턴하는 함수를 나타낸다.
그러나, 모든 입력신호가 라플라시안 분포(Laplacian distribution)의 확률밀도함수를 따르는 것이 아니므로 복원되는 값의 위치가 최적이 아닌 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수로부터 최적의 복원되는 값의 위치를 결정하는 비디오 신호 역양자화 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 장치는 입력신호로부터 양자화 레벨 값의 빈도 수를 생성하는 빈도 수 생성부와, 상기 생성된 양자화 레벨 값의 빈도 수로부터 상기 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출하는 근사함수 산출부 및 상기 산출된 근사함수로부터 복원되는 값의 위치를 결정하는 복원부로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법은 입력신호로부터 양자화 레벨 값(quantization level index)의 빈도 수를 생성하는 단계 및 상기 생성된 양자화 레벨 값의 빈도 수를 이용하여 상기 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 비디오 영상 신호 역양자화 방법 및 장치를 설명하기에 앞서, 입력신호의 확률밀도함수를 이용하여 복원되는 값위 위치를 결정하는 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 입력신호에 해당하는 확률밀도함수에 따르는 경우 복원되는 값의 위치를 보여주기 위한 도면으로서, 복원되는 값의 위치( Xo)를 결정하는 방법은 수학식 2와 같다.
Figure 112006071642167-PAT00002
입력신호에 해당하는 확률밀도함수(F(X))를 각 양자화 레벨의 양 끝 값(m 과 n)을 적분구간으로 하여 적분하였을 경우, 적분 값이 동일한 지점( Xo)을 찾는 것이다. 다시 말해, 확률밀도함수를 적분하면 확률 값이 되므로 각 양자화 레벨에서 복원되는 값의 위치는 입력신호의 확률이 동일한 지점이 최적의 복원되는 값이 되는 것이다.
이하, 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 장치의 일 실시예를 보여주는 블럭도로서, 빈도 수 생성부(301), 근산함수 산출부(302) 및 복원부(303)로 구성된다. 도 3에 도시된 빈도 수 생성부(301)는 입력신호로부터 양자화 레벨 값(quantization level index)의 빈도 수(the number of counting)를 생성한다. 근사함수 산출부(302)는 빈도 수 생성부(301)에서 생성된 양자화 레벨 값의 빈도 수로부터 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출한다. 복원부(303)는 근사함수 산출부(302)에서 산출된 근사함수로부터 복원되는 값의 위치(Xo)를 생성한다. 여기서, 입력신호는 인코딩부에서 양자화(quantization) 및 엔트로피 부호화를 거친 양자화 레벨 값(quantization level index)을 수신하여 디코딩부에서 엔트로피 복호화한 값을 의미한다.
이하, 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 도 4 (a) 및 (b)에서 I는 양자화 레벨 값(quantization level index), m 과 n은 양자화 레벨의 양 끝 값, Fc(I-2),Fc(I-1) 및 Fc(I)는 양자화 레벨 값(quantization level index)의 빈도 수(the number of counting)을 의미한다.
도 4(a)는 입력신호로부터 구한 양자화 값의 빈도 수를 이용하여 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 구한 것을 나타내고 있다. 즉, 인코딩부에서 부호화된 양자화 레벨 값이 디코딩부에서 복호화되는 횟수에 의해 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출하는 것이다.
한편, 디코딩부에서 최적의 복원되는 값의 위치를 결정하기 위해서는 입력신호의 확률밀도함수의 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값들(Fc(m), Fc(n))을 각 양자화 레벨의 양 끝(m 과 n) 주변의 양자화 레벨 값의 빈도수(Fc(m)에 대해서는 Fc(I-2)와 Fc(I-1), Fc(n)에 대해서는 Fc(I-1)과 Fc(I))를 이용하여 생성한다. 다음으로, 복원되는 값의 위치는 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값들(Fc(m) 과 Fc(n))을 이용하여 결정한다.
도 4(b)는 입력신호의 확률밀도함수의 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값들(Fc(m)과 Fc(n))을 구하는 것을 나타내기 위한 도면이다. Fc(m) 과 Fc(n)은 도 4(a)에서 산출한 근사함수를 이용하여 구할 수 있지만, 좀 더 정확한 값을 구하기 위하여 수학식 3 또는 수학식 4와 같이 구할 수 있다.
Figure 112006071642167-PAT00003
Figure 112006071642167-PAT00004
수학식 3은 m 과 n 주변의 양자화 레벨 값의 빈도 수의 평균을 이용하여 Fc(m)과 Fc(n)을 구한 것이다. 한편, 수학식 4는 수학식 3보다 좀 더 정확한 값을 구하기 위하여 m 또는 n으로부터 주변의 양자화 레벨 값(I-2,I-1,I)과 양자화 단계 크기(Q)를 곱한 값과의 상대적인 거리(d1,d2)를 이용하여 구한 것이다.
도 5 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 다른 실시예를 보여주는 도면으로서, 수학식 3 또는 수학식 4에 의해 구한 Fc(m)과 Fc(n)을 이용하여 최적의 복원되는 값의 위치(Xo)를 결정하는 방법을 나타내고 있다. 즉, Fc(m)과 Fc(n)을 이용한 근사법에 의해 수학식 2와 같이 확률이 동일한 지점을 찾는 것이다.
도 5(a)는 Fc(m)과 Fc(n) 값을 각각 높이로 하고 Xo로부터 m 과 n까지의 거 리를 각각 밑변으로 하는 직사각형의 면적이 같은 지점을 최적의 복원되는 값위 위치로 결정하는 것을 나타내고 있다. 본 발명에서는 이를 직사각형 근사법(rectangle apporximation method)이라고 한다.
도 5(b)는 Fc(m)과 Fc(n)을 연결한 사다리꼴 도형에서 Xo에 의해 구분되어 지는 각각의 사다리꼴의 면적이 같은 지점을 최적의 복원되는 값의 위치로 결정하는 것을 나타내고 있다. 본 발명에서는 이를 사다리꼴 근사법(trapezoid apporimatio method)이라고 한다.
도 6은 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법의 또 다른 실시예 를 보여주는 도면으로서, 입력신호에 대응하는 매크로블록의 레지듀얼(residual) 타입 및 양자화 파라미터(Qunantiozaion parameter;Qp,이하 "Qp"라 함)에 따라 확률밀도함수의 근사함수를 분류하는 것을 나타내고 있다. 왜냐하면, 입력신호 중 레지듀얼 신호(residual signal)의 특징(characteristic)은 레지듀얼 타입에 따라 달라지며, 확률밀도함수의 근사함수도 양자화 파라미터(Qp) 값에 의해 제한이 되기 때문이다. 따라서, 양자화 레벨 값을 이용해서 확률밀도함수의 근사함수를 구하는 경우, 레지듀얼 타입 및 양자화 파라미터(Qp) 값이 같은 매크로블록이 있는지를 고려하여야 한다. 도 6에서 레지듀얼 타입은 5가지로 분류하고 있으며, 각각의 레지듀얼 타입에 따라 양자화 파라미터(Qp)의 최소값에서부터 최대값까지 분류하고 있다.
도 7은 도 6의 실시예를 다양한 매크로블록에 적용하는 것을 보여주는 도면으로서, 매크로블록마다 다양한 레지듀얼 타입과 양자화 파라미터 값을 가지고 있는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 레지듀얼 타입이 "0"이고 양자화 파라미 터(Qp) 값이 "22"인 매크로블록은 MB0, MB1이다. 또한, 레지듀얼 타입이 "3"이고 양자화 파라미터(Qp) 값이 "22"인 매크로블록은 MB8, MB9, MB13 이다. 이렇게, 레지듀얼 타입과 양자화 파라미터 값이 같은 매크로블록을 분류하여 확률밀도함수의 근사함수를 구하면 각각의 매크로블록마다 확률밀도함수의 근사함수를 구하여 복원되는 값의 위치를 결정하는 것보다 효과적으로 복원되는 값의 위치를 결정할 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, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 비디오 신호 역양자화 방법 및 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 디코딩부에서 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값의 정확성이 증가한다.
둘째, 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값을 이용한 사다리꼴 근사법에 의해 복원되는 값의 오차가 감소한다.
셋째, 확률밀도함수의 근사함수를 입력신호에 해당하는 매크로블록의 레지듀얼 타입과 양자화 파라미터에 따라 분류하여 산출함으로써 역양자화 효율이 증가한다.

Claims (6)

  1. (a) 입력신호로부터 양자화 레벨 값(quatization level index)의 빈도 수를 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 생성된 양자화 레벨 값의 빈도 수를 이용하여 상기 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 역양자화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비디오 신호 역양자화 방법은
    (c) 상기 근사함수에서 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값들을 상기 각 양자화 레벨의 양 끝 주변의 상기 양자화 레벨 값의 빈도 수를 이용하여 생성하는 단계; 및
    (d) 복원되는 값의 위치를 상기 생성된 각 양자화 레벨의 양 끝에 해당하는 값을 이용하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 역양자화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 근사함수에서 상기 각 양자화 레벨의 상기 양 끝에 해당하는 값들을 상기 주변의 상기 양자화 레벨 값과 양자화 단계 크기(quantization step size)를 곱한 값으로부터 상기 각 양자화 레벨의 양 끝 점과의 상대적인 거리를 이용하여 생 성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 역양자화 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 근사함수에서 상기 각 양자화 레벨의 상기 양 끝에 해당하는 값들을 연결하여 만든 도형을 구분한 면적이 같은 지점을 상기 복원되는 값의 위치로서 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 역양자화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비디오 신호 역양자화 방법은
    상기 입력 신호에 대응하는 매크로블록의 레지듀얼 타입 및 양자화 파라미터에 따라 분류하여 상기 근사함수를 구하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 역양자화 방법.
  6. 입력신호로부터 양자화 레벨 값의 빈도 수를 생성하는 빈도 수 생성부;
    상기 생성된 양자화 레벨 값의 빈도 수로부터 상기 입력신호에 해당하는 확률밀도함수의 근사함수를 산출하는 근사함수 산출부; 및
    상기 산출된 근사함수로부터 복원되는 값의 위치를 결정하는 복원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 역양자화 장치.
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