KR20080068277A - 움직임 추정을 이용한 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

움직임 추정을 이용한 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 움직임 추정을 이용한 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 영상의 부호화 방법은 현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하고, 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한 후에 움직임 벡터 및 예측 움직임 벡터에 기초하여 현재 블록을 부호화함으로써, 현재 블록의 움직임 벡터를 정확하게 예측하여 움직임 벡터의 부호화에 소모되는 비트수를 절약할 수 있어 영상 데이터의 압축률이 향상된다.
움직임 추정, 움직임 벡터, 인접 화소

Description

움직임 추정을 이용한 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for encoding and decoding based on motion estimation}
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 움직임 벡터를 예측하는 방법을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 부호화 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 장치의 움직임 추정부를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 벡터를 예측하는 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 부호화 방법을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 복호화 장치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복호화 장치의 움직임 보상부를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 복호화 방법을 도시한다.
본 발명은 움직임 추정을 이용한 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로 보다 상세히는 현재 블록을 부호화함에 있어 보다 정확하게 현재 블록의 움직임 벡터를 예측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video coding)와 같은 영상 압축 방식에서는 영상을 부호화하기 위해서 하나의 픽처를 매크로 블록으로 나눈다. 그리고, 인터 예측(inter prediction) 및 인트라 예측(intra prediction)을 이용해 각각의 매크로 블록을 부호화한다. 그런 다음, 부호화된 매크로 블록의 데이터 크기 및 원본 매크로 블록의 왜곡 정도를 고려하여 최적의 부호화 모드를 선택하고 매크로 블록을 부호화한다.
인터 예측을 이용해 영상을 부호화하는 방법은 픽처들 사이의 시간적인 중복성을 제거하여 영상을 압축하는 방법으로 움직임 추정 부호화 방법이 대표적인 예이다. 움직임 추정 부호화는 하나 이상의 참조 픽처를 이용하여 현재 픽처의 움직임을 블록 단위로 추정하고 보상하여 영상을 부호화하는 방법이다.
움직임 추정 부호화에서는 소정의 평가 함수를 이용하여 현재 블록과 가장 유사한 블록을 참조 픽처의 정해진 검색 범위에서 검색한다. 유사한 블록이 검색되면, 현재 블록과 참조 픽처 내의 유사한 블록 사이의 레지듀(residue)만 전송함으로써 데이터의 압축률을 높인다. 블록은 16×16, 8×16, 8×8 등 다양한 크기의 블록을 사용할 수 있다.
이 때, 움직임 추정 부호화된 현재 블록을 복호화하기 위해서는 현재 블록과 참조 픽처 내의 유사한 블록 사이의 위치 차이를 나타내는 움직임 벡터에 대한 정 보가 필요하다. 따라서, 부호화시에 움직임 벡터에 대한 정보를 부호화하여 비트스트림에 삽입하게 되는데, 움직임 벡터에 대한 정보를 그대로 부호화하여 삽입하면, 오버헤드(overhead)가 증가하게 되어 영상 데이터의 압축률이 낮아진다.
따라서, 움직임 추정 부호화 방법에서는 현재 블록의 움직임 벡터를 주변 블록들을 이용하여 예측하고, 예측의 결과로 생성된 예측 움직임 벡터와 원본 움직임 벡터와의 차분값만을 부호화하여 전송함으로써 움직임 벡터에 대한 정보도 압축한다. 주변 블록들을 이용하여 움직임 벡터를 예측하는 방법들은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따르는 움직임 벡터를 예측하는 방법을 도시한다. 도 1a 내지 1d에서는 H.264 표준에 따라 현재 블록(110)의 움직임 벡터를 예측하는 방법에 대하여 도시한다.
도 1a를 참조하면, 도 1a는 현재 블록(110)의 움직임 벡터를 예측함에 있어서 현재 블록과 주변 블록들(121 내지 123)의 크기가 동일한 경우를 도시한다. 이 경우에 H.264에서는 현재 블록의 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터는 예측 움직임 벡터=중앙값(mvA, mvB, mvC)에 의해 결정된다. 인접한 블록들은 유사성을 가지기 쉽고 따라서, 현재 블록(110)의 움직임 벡터를 주변 블록들의 움직임 벡터들의 중앙값으로 결정한다.
도 1b는 현재 블록(110)과 주변 블록들(131 내지 133)의 크기가 각각 상이한 경우를 도시한다. 이 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 좌측에 인접한 블록들 중 가장 상부에 위치한 블록(131), 상부에 인접한 블록들중 가장 좌측에 위치한 블 록(132) 및 우측상부에 인접한 블록들중 가장 좌측에 위치한 블록(133)의 중앙값을 예측 움직임 벡터로 결정한다.
도 1c는 현재 블록(111 또는 112)이 정사각형 블록이 아닌 경우를 도시한다. 현재 블록(111 또는 112)이 8×16 블록인 경우에 대하여 도시한다.
현재 블록이 정사각형 모양의 블록(111 및 112)의 좌측 블록이면 좌측에 인접한 블록(141)의 움직임 벡터를 현재 블록(111)의 예측 움직임 벡터로 결정한다. 반면에, 현재 블록이 정사각형 모양의 블록(111 및 112)의 우측 블록이면 우측상부에 인접한 블록(142)의 움직임 벡터를 현재 블록(112)의 예측 움직임 벡터로 결정한다.
도 1d도 현재 블록(113 또는 114)이 정사각형 블록이 아닌 경우를 도시한다. 현재 블록(113 또는 114)이 16×8 블록인 경우에 대하여 도시한다.
현재 블록이 정사각형 모양의 블록(113 및 114)의 하부 블록이면 좌측에 인접한 블록(151)의 움직임 벡터를 현재 블록(113)의 예측 움직임 벡터로 결정한다. 반면에, 현재 블록이 정사각형 모양의 블록(113 및 114)의 상부 블록이면 상부에 인접한 블록(152)의 움직임 벡터를 현재 블록(114)의 예측 움직임 벡터로 결정한다.
도 1a 내지 1d에서 살펴본 바와 같이 H.264 표준에 따르면 현재 블록의 예측 움직임 벡터는 주변 블록들의 움직임 벡터로부터 결정된다. 이는, 인접한 블록들의 유사성을 이용하여 현재 블록의 움직임 벡터를 예측하기 위한 것이다.
예측 움직임 벡터가 결정되면, 예측 움직임 벡터와 실제 현재 블록의 움직임 벡터의 차분값(differential)이 부호화되어 비트스트림에 삽입된다. 움직임 벡터에 대한 정보를 그대로 전송하지 않고 차분값을 부호화 하여 전송함으로써, 영상 데이터의 압축률을 높인다.
그러나, 주변 블록들로부터 예측된 예측 움직임 벡터가 현재 블록의 움직임 벡터를 적절하게 예측하지 못하는 경우가 있을 수 있다. 예측 움직임 벡터가 움직임 벡터와 크게 차이가 나지 않아야 차분값이 작게 되어 영상 데이터의 압축률을 높일 수 있는데, 예측 움직임 벡터가 잘못 예측되어 움직임 벡터와의 차분값이 커지게 되면 영상 데이터의 압축률이 낮아지게 되는 것이다.
따라서, 예측 움직임 벡터를 보다 정확하게 생성하여 움직임 벡터와의 차분값을 작게 만들 수 있는 움직임 벡터 예측 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 참조 픽처를 이용하여 보다 정확하게 움직임 벡터를 예측함으로써 영상 데이터의 압축률을 높일 수 있는 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공하는데 있고, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 영상의 부호화 방법은 현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하는 단계; 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성하는 단계; 및 상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 항에 있어서, 상기 예측 움직임 벡터를 생성하는 단계는 상기 생성된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값(differential)을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 부호화하는 단계는 상기 움직임 벡터를 이용해 상기 참조 픽처를 검색하여 생성된 상기 현재 블록의 예측값과 상기 현재 블록 사이의 레지듀(residue) 및 상기 차분값(differential)을 부호화하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 부호화하는 단계는 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 스킵 모드(skip mode)로 부호화하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들은 상기 현재 블록의 좌측, 상부 및 좌측상부 중 적어도 하나에 인접한 화소들을 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 영상의 부호화 장치는 현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하는 움직임벡터생성부; 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성하는 예측움직임벡터생성부; 및 상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 부호화부를 포함한다.
본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 영상의 부호화 장치는 상기 생성된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값을 생성하는 차분부를 더 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 영상의 복호화 방법은 현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하고, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한 후에 상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 부호화된 상기 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신하는 단계; 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록 및 상기 움직임 벡터에 대한 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 상기 현재 블록에 대한 데이터에 대하여 상기 추출된 움직임 벡터에 대한 데이터를 이용하여 움직임 보상을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 움직임 벡터에 대한 데이터는 상기 생성된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터 사이의 차분값(differential)이고, 상기 움직임 보상을 수행하는 단계는 상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 예측 움직임 벡터를 생성하는 단계; 상기 추출된 차분값과 상기 예측 움직임 벡터를 가산하여 상기 움직임 벡터를 생성하는 단계; 및 상기 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록의 예측값을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 영상의 복호화 장치는 현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하고, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한 후에 상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 부호화된 상기 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록에 대한 데이터 및 움직임 벡터에 대한 데이터를 추출하는 복호화부; 및 상기 추출된 상기 현재 블록에 대한 데이터에 대하여 상기 추출된 움직임 벡터에 대한 데이터를 이용하여 움직임 보상을 수행하는 움직임보상부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 상기된 영상의 부호화 및 복호화 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정 부호화 장치를 포함하는 영상의 부호화 장치를 도시한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 H.264 표준안에 따른 영상의 부호화 장치를 기준으로 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 움직임 추정 부호화 장치는 움직임 추정을 이용하여 영상을 부호화하는 다른 방식의 영상 압축 방식에도 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 이해할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 영상 부호화 장치(200)는 움직임추정부(210), 움직임보상부(220), 부호화부(230), 인트라예측부(240), 프레임메모리(250), 필터(260), 복원부(270)을 포함한다. 여기서, 움직임추정부(210) 및 부호화부(230)는 본 발명에 따른 움직임 추정 부호화 장치에 대응된다.
인트라예측부(240)는 현재 블록의 예측값을 현재 픽처 내에서 찾는 인트라 예측을 수행한다. 특히 인트라예측부(240)는 인트라 예측 부호화할 현재 블록을 입력받아 인트라 16×16 예측 모드 또는 인트라 4×4 예측 모드 또는 인트라 8×8 예측 모드 및 인트라 색차 모드로 인트라 예측을 수행한다.
움직임추정부(210) 및 움직임보상부(220)는 현재 픽처에 포함된 현재 블록의 예측값을 참조 픽처에서 검색하는 인터 예측을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 부호화 장치의 움직임추정부(210)를 도시한다.
참조 픽처에 대한 데이터는 움직임추정부(210) 및 움직임보상부(220)가 참조할 수 있도록 프레임메모리(250)에 저장되어 있다. 본 발명에 따른 움직임추정부(210)는 프레임메모리(250)에 저장되어 있는 참조 픽처를 참조하여 움직임 벡터 및 예측 움직임 벡터를 생성한다. 여기서 참조 픽처에는 하나 이상의 픽처가 포함될 수 있다. 예를 들어, H.264 표준안에서는 복수의 참조 픽처를 참조하여 움직임 벡터를 생성하고 이를 통해 최적의 블록을 선택하여 움직임 보상을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 움직임추정부(210)는 예측움직임벡터생성 부(310), 움직임벡터생성부(320) 및 차분부(330)을 포함한다.
예측움직임벡터생성부(310)은 움직임 추정 부호화에 사용될 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한다. 종래 기술에 따르면, 현재 블록의 주변에 인접한 다른 블록들의 움직임 벡터를 참조하여 예측 움직임 벡터를 생성하였다. 그러나, 본 발명에 따른 움직임추정부(210)는 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 예측 움직임 벡터를 생성한다. 프레임메모리(250)에 저장되어 있는 참조 픽처를 참조하여 예측 움직임 벡터를 생성한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 다른 움직임 벡터를 예측하는 방법을 도시한다.
도 4는 현재 픽처(410)에 포함되어 있는 현재 블록(411)을 움직임 추정 부호화함에 있어서, 본 발명에 따른 움직임추정부(210)가 예측 움직임 벡터를 생성하는 방법을 도시한다.
본 발명에 따른 움직임추정부(210)는 현재 블록(411)에 인접한 화소들(412)를 이용하여 움직임 벡터를 예측한다. 현재 블록(411)에 인접한 화소들(412)를 이용해 참조 픽처(420)을 검색하여 가장 유사한 화소들(422)를 찾아내고, 이에 기초하여 예측 움직임 벡터(430)을 생성한다. 이전에 부호화된 현재 블록(411)에 인접한 화소들(412)을 직접 이용하여 예측 움직임 벡터(430)를 생성함으로써, 주변 블록들의 움직임 벡터를 이용하여 예측 움직임 벡터를 생성할 때보다 더 정확하게 움직임 벡터를 예측할 수 있게 된다.
예측 움직임 벡터를 생성함에 있어, 현재 픽처(410)의 이전에 부호화된 영 역(410)에 포함된 화소들만 이용한다. 따라서, 본 발명에 따른 부호화 방법에 의해 부호화된 영상을 복호화할 때에도 대칭적으로 현재 픽처(410)의 이전에 복호화된 영역에 포함된 화소들을 이용하여 움직임 벡터를 예측하고 이에 기초하여 복호화를 수행할 수 있게 된다.
도 4에 도시된 예에서는 현재 블록(411)의 좌측, 상부 및 좌측상부에 인접한 화소들을 이용하여 예측 움직임 벡터(430)을 생성하는 방법에 대해서 도시하였다. 그러나, 현재 블록(411)의 주변의 이전에 부호화된 영역에 포함되어 있는 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색함으로써 예측 움직임 벡터를 생성하는 모든 방법들이 본 발명에 적용 가능함은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 이해할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 움직임벡터생성부(320)는 현재 블록(411)의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색함으로써 실제 움직임 백터를 생성한다. 종래 기술과 같이 참조 픽처 내의 소정의 영역을 검색함으로써 움직임 벡터를 생성한다. 예측움직임벡터생성부(310)에서 생성된 예측 움직임 벡터가 가리키는 지점을 중심으로 일정한 픽셀 범위 안의 영역만을 검색하여 움직임 벡터를 생성할 수도 있다.
차분부(330)은 예측움직임벡터생성부(310)에서 생성된 예측 움직임 벡터와 움직임벡터생성부(320)에서 생성된 움직임 벡터 사이의 차분값을 생성한다. 전술한 바와 같이 영상 데이터의 압축률을 높이기 위해서 움직임 벡터에 대한 정보를 그대로 부호화하지 않고 차분값만을 부호화하기 때문에 차분부(330)는 예측 움직임 벡터와 움직임 벡터 사이의 차분값을 생성한다.
예측움직임벡터생성부(310)에서 종래 기술에 비하여 보다 정확하게 예측 움직임 벡터를 생성할 수 있게 되므로, 실제 움직임 벡터와의 차분값도 종래 기술에 비하여 작게 된다. 생성된 차분값은 부호화부로 전송되어 현재 블록에 대한 데이터가 부호화될 때에 같이 비트스트림에 삽입된다.
다시 도 2를 참조하면, 움직임보상부(220)는 움직임추정부(210)에서 생성된 움직임 벡터에 기초하여 현재 블록에 대하여 움직임 보상을 수행한다. 움직임벡터생성부(320)가 참조 픽처를 참조하여 생성한 현재 블록의 움직임 벡터에 따라, 참조 프레임으로부터 현재 블록의 예측값을 생성한다.
생성된 예측값을 현재 블록에서 감산하여 레지듀(residue) Dn을 생성하고, 레지듀는 부호화부(200)에서 부호화된다.
부호화부(230)는 레지듀 및 움직임추정부(210)에서 생성된 예측 움직임 벡터와 움직임 벡터 사이의 차분값을 부호화한다.
현재 블록에서 인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되어 생성된 예측값을 감산하여 생성된 레지듀 및 예측 움직임 벡터와 움직임 벡터 사이의 차분값을 부호화한다.
생성된 레지듀를 주파수 영역으로 변환하고 양자화한 후에 엔트로피 부호화하여 비트스트림을 생성한다. 이 때, 예측 움직임 벡터와 움직임 벡터 사이의 차분값을 신택스 오버헤드(syntax overhead)에 삽입한다.
본 발명에 따라 현재 블록(411)에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 보다 정확하게 예측 움직임 벡터를 생성하기 때문에 예측 움직임 벡터와 움직임 벡 터 사이의 차분값은 종래 기술에 비해 작아진다. 따라서, 차분값의 부호화에 사용되는 비트수를 절약할 수 있어 영상 데이터의 압축률이 높아진다.
또한, 바람직하게는 본 발명에 따른 부호화부는 현재 블록(411)을 스킵 모드(skip mode)로 부호화한다. 스킵 모드로 현재 블록을 부호화할지의 여부는 R-D 코스트(rate-distortion cost)에 따라 결정된다.
스킵 모드란 예측 움직임 벡터(430)가 가리키는 블록(421)과 현재 블록(411)이 유사한 경우에 레지듀를 부호화하지 않고 현재 블록을 부호화하는 경우로써 예측 움직임 벡터(430)만으로 부호화를 수행할 수 있다. 여기서, 예측 움직임 벡터(430)는 현재 픽처의 이미 부호화된 영역으로부터 생성이 가능하므로 1 비트만 사용하여 현재 블록이 스킵 모드로 부호화되었음을 나타내는 정보만 부호화하게 되면 현재 블록에 대한 부호화가 완료된다.
본 발명에 따르면, 예측 움직임 벡터(430)를 종래 기술에 비하여 보다 정확하게 생성할 수 있으므로, 예측 움직임 벡터(430)가 가리키는 블록(421)이 현재 블록(411)과 유사할 확률도 크다. 따라서, 종래 기술에 비하여 현재 블록이 스킵 모드로 부호화될 확률이 높아지게 되어, 영상 데이터의 압축률이 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면 현재 블록에 인접한 이미 부호화된 영역의 화소들을 이용하여 예측 움직임 벡터(430)를 생성하게 되므로, 종래 기술과 달리 16×16, 8×8, 4×4 등 임의의 크기의 블록들도 스킵 모드로 부호화할 수 있게 된다.
복원부(270)는 참조 픽처를 생성하기 위해 부호화된 양자화된 픽처를 역양자화하고 역변환한다. 복원된 픽처는 디블록킹 필터링을 수행하는 필터(260)을 거쳐 프레임메모리(250)에 저장된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 부호화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 510에서 본 발명에 따른 영상의 부호화 장치는 현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 현재 블록의 움직임 벡터를 생성한다.
단계 520에서 본 발명에 따른 영상의 부호화 장치는 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한다.
현재 블록의 좌측, 상부 및 좌측상부 중 적어도 하나에 인접한 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 예측 움직임 벡터를 생성한다. 예측 움직임 벡터가 생성되면, 생성된 예측 움직임 벡터를 단계 510에서 생성된 현재 블록의 움직임 벡터에서 감산하여 차분값을 생성한다.
단계 530에서 본 발명에 따른 영상의 부호화 장치는 움직임 벡터 및 예측 움직임 벡터에 기초하여 현재 블록을 부호화한다.
단계 510에서 생성된 움직임 벡터와 단계 520에서 생성된 움직임 벡터 사이의 차분값 및 움직임 벡터를 이용해 움직임 보상을 수행하여 생성된 예측값과 현재 블록 사이의 레지듀를 부호화한다.
또한, 본 발명에 따르면 단계 520에서 생성된 예측 움직임 벡터에 기초하여 현재 블록을 스킵 모드로 부호화할 수 있다. 이 때 스킵 모드로 부호화되는 블록의 크기는 16×16, 8×8, 4×4 등 임의의 크기를 가지는 블록일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 복호화 장치를 도시한다.
도 6을 참조하면 본 발명에 따른 영상의 복호화 장치(600)은 복호화부(610), 움직임 보상부(620), 인트라예측부(630), 필터(640) 및 프레임메모리(650)를 포함한다. 여기서, 복호화부(610) 및 움직임보상부(620)는 본 발명에 따른 움직임 추정 복호화 장치에 대응된다.
복호화부(610)는 현재 블록의 화소들을 이용하여 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하고, 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 예측 움직임 벡터를 생성한 후에 움직임 벡터 및 예측 움직임 벡터에 기초하여 부호화된 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신하고, 수신된 비트스트림으로부터 현재 블록 및 움직임 벡터에 대한 데이터를 추출한다.
현재 블록의 레지듀에 대한 데이터가 포함된 비트스트림을 수신하고, 엔트로피 복호화하여 양자화된 계수를 생성한다. 양자화된 계수를 역양자화 및 역변환하여 현재 블록의 레지듀에 대한 데이터(D'n)를 추출한다.
움직임 벡터에 대한 데이터와 관련하여서는 예측 움직임 벡터와 움직임 벡터 사이의 차분값에 대한 데이터가 비트스트림의 신택스 오버헤드(syntax overhead)에 포함되어 있으므로, 이를 참조하여 차분값에 대한 데이터를 추출한다. 추출된 차분값에 대한 데이터는 움직임 보상에 이용되기 위해 움직임보상부(620)로 전송된다.
움직임보상부(620)은 프레임메모리(650)에 저장되어 있는 현재 픽처 및 참조 픽처를 참조하여 현재 블록에 대한 데이터에 대하여 움직임 벡터에 대한 데이터를 이용하여 움직임 보상을 수행한다. 영상의 부호화 장치에서의 움직임추정부(210) 및 움직임보상부(220)가 수행하는 과정들을 반대로 수행한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 복호화 장치의 움직임보상부(620)을 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 움직임보상부(620)는 예측움직임벡터생성부(710), 움직임벡터생성부(720) 및 움직임보상부(730)을 포함한다.
예측움직임벡터생성부(710)는 프레임메모리(650)에 저장되어 있는 현재 픽처에 대한 데이터 중에서 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들을 이용해 현재 블록의 예측 움직임 벡터를 생성한다. 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 유사한 화소들을 찾아내는 방법으로 현재 블록의 예측 움직임 벡터를 생성한다.
움직임벡터생성부(720)는 예측움직임벡터생성부(710)에서 생성된 예측 움직임 벡터 및 복호화부(610)에서 추출된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값을 이용하여 현재 블록의 움직임 벡터를 생성한다. 비트스트림에 포함된 움직임 벡터에 대한 데이터는 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값만을 포함하고 있다. 따라서, 예측움직임생성부(710)에서 생성된 예측 움직임 벡터에 비트스트림으로부터 추출된 차분값을 가산함으로써 움직임 벡터를 생성한다.
움직임보상수행부(730)은 움직임벡터생성부(720)에서 생성된 움직임 벡터를 이용해 참조 픽처로부터 현재 블록에 대하여 움직임 보상 예측을 수행한다. 참조 픽처 내의 움직임 벡터가 가리키는 블록을 현재 블록의 예측값으로 한다. 다만, 현재 블록이 스킵 모드로 부호화된 경우에는 예측 움직임 벡터가 가리키는 블록이 현재 블록의 복원된 블록이 된다.
움직임보상수행부(730)에서 생성된 예측값은 복호화부(610)에서 생성된 레지듀와 가산되어 현재 블록으로 복원된다. 복원된 블록은 필터(640)을 통해 디블록킹되고 프레임메모리(650)에 저장되어 다음 블록의 움직임 보상에 이용된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 복호화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 810에서 본 발명에 따른 영상의 복호화 장치는 도 4에 도시된 방법에 의해 예측 움직임 벡터를 생성하고, 움직임 벡터 및 예측 움직임 벡터에 기초하여 부호화된 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신한다. 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 예측 움직임 벡터를 생성하고, 이에 기초하여 현재 블록이 부호화되어 포함되어 있는 비트스트림을 수신한다.
단계 820에서 본 발명에 따른 영상의 복호화 장치는 단계 810에서 수신한 비트스트림으로부터 현재 블록 및 움직임 벡터에 데이터를 추출한다. 비트스트림은 현재 블록의 레지듀에 대한 데이터 및 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터 사이의 차분값에 대한 데이터가 포함되어 있다. 따라서, 단계 820에서는 레지듀 및 차분값에 대한 데이터가 추출된다.
단계 830에서 본 발명에 따른 영상의 복호화 장치는 단계 820에서 추출된 현 재 블록에 대한 데이터에 대하여 움직임 벡터에 대한 데이터를 이용하여 움직임 보상을 수행한다.
단계 820에서 추출된 움직임 벡터에 대한 데이터는 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값이다. 따라서, 현재 픽처의 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용하여 참조 픽처를 검색하여 현재 블록의 예측 움직임 벡터를 먼저 생성하고, 차분값을 예측 움직임 벡터에 가산하여 움직임 벡터를 생성한다. 생성된 움직임 벡터를 이용해 현재 픽처를 검색하여 현재 블록의 예측값을 생성하고, 생성된 예측값을 레지듀와 가산함으로써 현재 블록을 복원한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은 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. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 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 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 움직임 벡터를 이용하여 현재 블록을 부호화함에 있어 보다 정확하게 현재 블록의 움직임 벡터를 예측할 수 있어, 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터 사이의 차분값이 작아지게 되어 움직임 벡터에 대한 정보를 부호화하는데 필요한 비트수를 절약할 수 있게 된다.
또한, 보다 정확하게 현재 블록의 움직임 벡터를 예측함으로써 현재 블록을 스킵 모드로 부호화할 수 있는 확률이 높아져 영상 데이터의 압축률이 향상된다.

Claims (24)

  1. 영상의 부호화 방법에 있어서,
    현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하는 단계;
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 예측 움직임 벡터를 생성하는 단계는
    상기 생성된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값(differential)을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 부호화하는 단계는
    상기 움직임 벡터를 이용해 상기 참조 픽처를 검색하여 생성된 상기 현재 블록의 예측값과 상기 현재 블록 사이의 레지듀(residue) 및 상기 차분값(differential)을 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 부호화하는 단계는
    상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 스킵 모드(skip mode)로 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 현재 블록은
    16×16, 8×8 및 4×4 블록 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들은
    상기 현재 블록의 좌측, 상부 및 좌측상부 중 적어도 하나에 인접한 화소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 방법.
  7. 영상의 부호화 장치에 있어서,
    현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하는 움직임벡터생성부;
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성하는 예측움직임벡터생성부; 및
    상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 부호화하는 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 생성된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차분값을 생성하는 차분부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 부호화부는
    상기 움직임 벡터를 이용해 상기 참조 픽처를 검색하여 생성된 상기 현재 블록의 예측값과 상기 현재 블록 사이의 레지듀(residue) 및 상기 차분값을 부호화하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 부호화부는
    상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 스킵 모드(skip mode)로 부호화하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 현재 블록은
    16×16, 8×8 및 4×4 블록 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들은
    상기 현재 블록의 좌측, 상부 및 좌측상부 중 적어도 하나에 인접한 화소들 을 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 부호화 장치.
  13. 영상의 복호화 방법에 있어서,
    현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하고, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한 후에 상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 부호화된 상기 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신하는 단계;
    상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록 및 상기 움직임 벡터에 대한 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 상기 현재 블록에 대한 데이터에 대하여 상기 추출된 움직임 벡터에 대한 데이터를 이용하여 움직임 보상을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 움직임 벡터에 대한 데이터는
    상기 움직임 벡터와 상기 예측 움직임 벡터 사이의 차분값(differential)이고,
    상기 움직임 보상을 수행하는 단계는
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검 색하여 상기 예측 움직임 벡터를 생성하는 단계;
    상기 추출된 차분값과 상기 예측 움직임 벡터를 가산하여 상기 움직임 벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록의 예측값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 움직임 추정 복호화 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들은
    상기 현재 블록의 좌측, 상부 및 좌측상부 중 적어도 하나에 인접한 화소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 움직임 보상을 수행하는 단계는
    상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 스킵 모드(skip mode)로 움직임 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 현재 블록은
    16×16, 8×8 및 4×4 블록 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 방법.
  18. 움직임 벡터를 이용한 영상의 복호화 장치에 있어서,
    현재 블록의 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 움직임 벡터를 생성하 고, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 부호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 움직임 벡터의 예측값인 예측 움직임 벡터를 생성한 후에 상기 움직임 벡터 및 상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 부호화된 상기 현재 블록에 대한 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신하고, 상기 수신된 비트스트림으로부터 상기 현재 블록에 대한 데이터 및 움직임 벡터에 대한 데이터를 추출하는 복호화부; 및
    상기 추출된 상기 현재 블록에 대한 데이터에 대하여 상기 추출된 움직임 벡터에 대한 데이터를 이용하여 움직임 보상을 수행하는 움직임보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 움직임 벡터에 대한 데이터는
    상기 움직임 벡터와 상기 예측 움직임 벡터 사이의 차분값(differential)이고,
    상기 움직임보상부는
    상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들을 이용해 참조 픽처를 검색하여 상기 예측 움직임 벡터를 생성하는 예측움직임벡터생성부;
    상기 추출된 차분값과 상기 예측 움직임 벡터를 가산하여 상기 움직임 벡터를 생성하는 움직임벡터생성부; 및
    상기 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록의 예측값을 생성하는 움직임보상수행부를 포함하는 것을 특징으로 움직임 추정 복호화 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 현재 블록에 인접한 이전에 복호화된 화소들은
    상기 현재 블록의 좌측, 상부 및 좌측상부 중 적어도 하나에 인접한 화소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 움직임보상수행부는
    상기 예측 움직임 벡터에 기초하여 상기 현재 블록을 스킵 모드(skip mode)로 움직임 보상하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 현재 블록은
    16×16, 8×8 및 4×4 블록 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정 복호화 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  24. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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KR100928325B1 (ko) * 2007-10-15 2009-11-25 세종대학교산학협력단 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치

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