KR20080082143A - 영상 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 영상 부호화 방법은 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하고, 상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 현재 영상을 부호화함으로써, 현재 블록 내의 화소를 이용하여 인트라 예측을 수행함을 통해 예측 효율을 높일 수 있다.

Description

영상 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치{An image encoding/decoding method and apparatus}
도 1은 종래 기술에 따른 16×16 인트라 예측 모드를 도시한 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 4×4 인트라 예측 모드를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 부호화부(320) 및 복원부(330)의 일 예를 도시한 블록이다.
도 5a 내지 도 5c는 행 모드인 경우에 인트라 예측하여 예측 오차를 계산하는 일 예를 도시한 것이다.
도 5d는 열 모드인 경우에 인트라 예측하여 예측 오차를 계산하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 종래의 인트라 4×4 예측 모드와 종래의 인트라 예측 모드의 5번, 7번 모드를 대신하여 열 모드, 행 모드를 사용한 경우의 PSNR을 비교하여 도시한 것이다.
도 9는 인트라 16×16 예측 모드에서 본 발명의 인트라 예측 모드를 사용한 경우로서 다양한 부호화 방법을 행한 경우에 각각의 PSNR들을 비교하여 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 따른 영상 복호화 장치의 다른 일 예를 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 영상의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 특히 H.264 비디오 영상의 부호화 방법 및 장치, 복호화 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 블록 단위로 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.
이 중에서 인트라 예측은 부호화하려는 현재 블록과 공간적으로 인접한 이웃 블록에 속한 화소의 화소값을 이용하여 부호화를 수행한다. 우선, 현재 블록과 인접한 이웃 블록에 속한 화소의 화소값을 이용하여 부호화하려는 현재 블록에 대한 예측값을 계산한다. 다음으로 예측값과 원본 현재 블록의 화소값의 차를 부호화한다. 여기서, 인트라 예측 모드들은 크게 휘도 성분의 4×4 인트라 예측 모드, 8×8 인트라 예측 모드, 16×16 인트라 예측 모드 및 색차 성분의 인트라 예측 모드들이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 16×16 인트라 예측 모드들을 도시한 것이고, 도 2는 종래 기술에 따른 4×4 인트라 예측 모드들을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 16×16 인트라 예측 모드에는 수직(vertical) 모드, 수평(horizontal) 모드, DC(direct current) 모드, 플레인(plane) 모드의 총 4개의 모드가 존재한다. 도 2를 참조하면, 4×4 인트라 예측 모드에는 수직(vertical) 모드, 수평(horizontal) 모드, DC(direct current) 모드, 대각선 왼쪽(diagonal down-left) 모드, 대각선 오른쪽(diagonal down-right) 모드, 수직 오른쪽(vertical right) 모드, 수직 왼쪽(vertical left) 모드, 수평 위쪽(horizontal-up) 모드 및 수평 아래쪽(horizontal-down) 모드의 총 9개의 모드가 존재한다.
16×16 인트라 예측 모드들 또는 4×4 인트라 예측 모드들 중 어느 하나의 예측 모드에 따라 현재 블록을 예측하게 되는데, 이 예측하는 과정의 일 예로서 도 2의 수직 모드에 따라 4×4 크기의 현재 블록을 예측하는 동작을 다음과 같이 설명한다. 먼저 4×4 크기의 현재 블록에 인접한 상측 블록의 화소 A 내지 D의 화소값들을 이용하여 4×4 현재 블록의 화소값들을 예측한다. 즉, 화소 A의 값을 이용하 여 4×4 현재 블록의 첫 번째 열에 포함된 4개의 화소값을 예측하고, 화소 B의 값을 이용하여 4×4 현재 블록의 두 번째 열에 포함된 4개의 화소값을 예측하며, 화소 C의 값을 이용하여 4×4 현재 블록의 세 번째 열에 포함된 4개의 화소값을 예측하며, 화소 D의 값을 이용하여 4×4 현재 블록의 네 번째 열에 포함된 4개의 화소값을 예측한다. 다음으로 원본 4×4 현재 블록 내의 화소의 실제값들에서 화소 A 내지 D를 이용하여 예측된 4×4 현재 블록의 예측값들을 감산함으로써 예측 오차들을 구한 후, 그 예측 오차들을 부호화하여 현재 블록에 대한 비트 스트림을 생성한다.
이외에 나머지 8개의 4×4 인트라 예측 모드들과 4개의 16×16 인트라 예측 모드들도 위에서 설명한 바와 마찬가지로 현재 블록에 인접한 다른 블록에 속한 화소들을 이용하여 현재 블록의 화소값을 예측한다.
그런데 이러한 기존의 16×16 인트라 예측 모드들과 4×4 인트라 예측 모드들은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 모두 현재 블록 내의 화소들을 수직 방향, 수평 방향 또는 대각선 방향에 대해 하나의 화소값만을 이용하여 예측한다. 예를 들어 도 1의 수직(vertical) 모드에 따라 예측하는 경우, 현재 블록에 인접한 하나의 화소값을 이용하여 화살표 방향으로 모든 화소의 값들을 예측한다.
따라서, 현재 블록 내의 영상이 수직 방향, 수평 방향 또는 대각선 방향으로 인접한 화소와 동일한 영상이 아닌 일반적인 영상의 경우에 있어서 현재 블록에 속한 화소들의 값들을 정확하게 예측하지 못하는 문제가 발생하고, 특히 16×16 인트라 예측 모드의 경우에는 이러한 예측 실패로 인해 높은 압출률 달성에 어려움을 가져오는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 인트라 예측 모드 이외에 새로운 예측 모드를 도입함으로써 보다 정확한 예측을 가능하게 하여 영상 데이터 부호화의 압축률을 높일 수 있는 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한, 상기된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 영상 부호화 방법은 (a) 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 단계; 및 (b) 상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 현재 영상을 부호화하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적인 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 영상 부호화 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 영상 부호화 장치는 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 예측부; 및 상기 예측된 화소들의 값을 이용 하여 상기 현재 영상을 부호화하는 부호화부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 영상 복호화 방법은 (a) 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 단계; 및 (b) 상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 현재 영상을 복호화하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적인 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 영상 복호화 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 영상 복호화 장치는 수신 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 예측부; 및 상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 수신 영상을 복호화하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
본 실시예는 기존의 4개의 16×16 인트라 예측 모드들이나 9개의 4×4 인트라 예측 모드들 외에 새로운 인트라 예측 모드를 제안하는 것이다. 기존의 인트라 예측 모드들은 모두 부호화하고자 하는 현재 블록에 인접한 다른 블록 내의 화소의 화소값들을 이용하여 현재 블록에 대해 인트라 예측을 수행하는데 비해, 본 실시예 에서 제안하는 새로운 인트라 예측 모드는 현재 블록 내의 화소의 화소값을 이용하여 현재 블록에 대해 인트라 예측을 수행한다.
이 새로운 인트라 예측 모드로는 행 모드와 열 모드가 대표적이며, 기존의 16×16 인트라 예측 모드들과 4×4 인트라 예측 모드들에 모두 적용될 수 있다. 행 모드는 행의 순서대로 현재 블록의 화소를 인트라 예측하는 모드로서, 제1 행을 인트라 예측, 부호화 및 복원하고, 다음으로 이 복원된 제1 행을 이용하여 제2 행을 인트라 예측, 부호화 및 복원하는 모드이다. 그리고 열 모드는 열의 순서대로 현재 블록의 화소를 인트라 예측하는 모드로서, 제1 열을 인트라 예측, 부호화 및 복원하고, 다음으로 이 복원된 제1 열을 이용하여 제2 열을 인트라 예측, 부호화 및 복원하는 모드이다. 이러한 행 모드와 열 모드 이외에, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 적용할 수 있는 대각 모드 등의 다른 실시예도 제안할 수 있을 것이다. 이때, 대각 모드는 대각선 왼쪽 또는 대각선 오른쪽 방향의 순서대로 현재 블록의 화소를 인트라 예측하는 모드이다.
본 실시예에서 제안하는 행 모드, 열 모드는 부가 타입, 대체 타입, 적응적 타입 중 어느 하나로 기존의 16×16 인트라 예측 모드들과 4×4 인트라 예측 모드들에 적용될 수 있다.
먼저, 부가 타입은 종래의 인트라 예측 모드 외에 부가적으로 행 모드와 열 모드를 추가하는 타입으로, 이 경우에는 6개의 16×16 인트라 예측 모드와 11개의 4×4 인트라 예측 모드들이 도입된다.
그리고 대체 타입은 종래의 인트라 예측 모드들 중에 비교적 사용되지 않는 모드들을 대신하여 행 모드나 열 모드가 사용하는 타입으로, 이 경우에는 일반적으로 사용 빈도가 적은 수직 오른쪽(vertical right) 모드, 수직 왼쪽(vertical left) 모드를 대신하여 행 모드, 열 모드를 사용한다.
마지막으로 적응적 타입은 영상의 부호화 도중에 에지 검출 필터와 같은 장치를 사용하여 기존의 4개의 16×16 인트라 예측 모드들이나 9개의 4×4 인트라 예측 모드들 중 현재 영상에서 가장 적게 사용되는 두 개의 모드를 선택하고, 이 선택된 두 개의 모드를 대신하여 행 모드 및 열 모드를 사용하는 타입이다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 일 예를 도시한 블록도이고, 도 5a 내지 도 5c는 행 모드인 경우에 인트라 예측하여 예측 오차를 계산하는 일 예를 도시한 도면이고, 도 5d는 열 모드인 경우에 인트라 예측하여 예측 오차를 계산하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 인트라 예측 부호화 장치는 예측모드 결정부(300), 예측부(310), 부호화부(320) 및 복원부(330)를 포함하여 구성된다.
예측부(310)는 현재 블록 내의 화소들의 예측값들을 현재 픽처 내에서 찾는 인트라 예측을 수행한다. 특히, 본 실시예에 따른 예측부(310)는 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 인트라 16×16 예측 모드, 인트라 4×4 예측 모드 등으로 인트라 예측을 수행하는 것 외에, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용한 인트라 예측을 수행한다.
이때, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 현재 영상이 복수 개의 블록들로 구성되 고 하나의 블록은 복수 개의 화소 그룹들로 구성된다고 하면, 예측부(310)는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 방식으로 화소 그룹별로 인트라 예측을 수행한다.
예측 모드가 행 모드인 경우에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 행에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 구성된다. 이 경우 예측부(310)는 제1 행에 속한 화소들을 각각 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 예측한다.
예측 모드가 열 모드인 경우에는 도 5d에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 열에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 구성된다. 이 경우 예측부(310)는 제1 열에 속한 화소들을 각각 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 예측한다.
다만, 행 모드의 경우 제1 행이 현재 블록의 가장 상위의 행이면, 제1 행에 속한 화소들의 값을 현재 블록의 상측 블록 내의 가장 하위 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하고, 열 모드의 경우 제1 열이 현재 블록의 가장 좌측의 열이면, 제1 열에 속한 화소들의 값을 현재 블록의 좌측 블록 내의 가장 우측 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측한다.
예측모드 결정부(300)는 현재 블록에 대하여 최적의 예측 모드를 결정한다. 일 예로서, 예측모드 결정부(300)는 인트라 예측된 블록과 현재 블록 사이의 차이가 가장 작은 예측 모드를 최적의 예측 모드로 결정한다. 일 예로서, 4×4 인트라 예측 모드, 16×16 인트라 예측 모드 및 행 모드, 열 모드의 총 15가지 모드들로 각각 현재 블록을 부호화하여 이들 중 최적의 예측 모드를 결정하는데, 이때 최적의 예측 모드는 원본 블록과 예측부(310)에 의해 예측된 블록 사이의 예측 오차 및 왜곡(distortion)가 가장 작은 예측 모드이다.
부호화부(320)는 예측모드 결정부(300)에서 최적의 예측 모드로 결정한 예측 모드에 의해 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 제1 화소 그룹에 속한 화소들을 부호화한다. 상세하게는 부호화부(320)는 제1 화소 그룹 내의 화소들의 실제값들에서 예측부(310)에 의해 예측된 화소들의 값들을 감산함으로써 예측 오차들을 계산하고, 계산한 예측 오차들을 주파수 영역으로 변환하여 양자화하는 부호화를 수행한다.
복원부(330)는 제1 화소 그룹에 대하여 양자화된 예측 오차들을 역양자화하고, 이를 다시 역변환함으로써 다음에 부호화하는데 이용되는 제1 화소 그룹내의 화소들의 복원값들을 예측부(310)에 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 부호화부(320) 및 복원부(330)의 보다 상세한 일 예를 도시한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 부호화부(320)는 감산부(400), 변환부(410), 양자화부(420), 엔트로피 인코더(430) 및 패킷 생성부(440)를 포함하여 구성되고, 복원부(330)는 역양자화부(450), 역변환부(460) 및 화소 복원부(470)를 포함하여 구성된다.
인트라 예측이 수행되어 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 예측했다면, 감산부(400)는 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 실제값들에 이 예측된 값들을 감산함으로써 예측 오차들을 계산한다. 이 예측 오차들의 계산을 위해서는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 예측 모드가 행 모드인 경우에는, 도 5c에 도시된 바와 같이 예측 오차들은 제1 행에 속한 화소들의 실제값에서 제1 행에 속한 화소들의 예측된 값들을 각각 감산한 값들이다. 또한, 예측 모드가 열 모드인 경우에는, 도 5d에 도시된 바와 같이 예측 오차들은 제1 열에 속한 화소들의 실제값에서 제1 열에 속한 화소들의 예측된 값들을 각각 감산한 값들이다.
변환부(410)는 감산부(400)에 의해 계산된 예측 오차들을 주파수 영역으로 변환한다. 이 변환부(410)는 예측 오차들에 대하여 1차 DCT(Discrete Cosine Transform)을 수행하여 화소 영역의 예측 오차들을 주파수 영역의 예측 오차들로 변환하는 작업을 수행한다. 종래에는 2차 DCT 변환을 사용하여 변환하였는데 비해, 본 발명에서는 1차 DCT 변환을 사용한 변환 수행이 가능해짐으로써 빠르고 간단하게 변환을 수행할 수 있다. 이때의 1차 DCT 변환은 다음의 수학식1과 같이 정의된다.
Figure 112007018810784-PAT00001
이때, Y는 주파수 영역의 예측 오차, X는 화소 영역의 예측 오차, C는 DCT 변환 행렬 및 E는 스케일링 계수(scaling factors)를 말한다.
양자화부(420)는 변환부(410)에 의해 주파수 영역으로 변환된 예측 오차들을 양자화한다. 즉, 주파수 영역으로 변환된 예측 오차들을 양자화 파라미터로 나누고, 그 결과들을 정수 값들로 근사화한다. 이때, 양자화하는 식은 수학식 2와 같다.
Figure 112007018810784-PAT00002
이때, Z는 양자화된 계수, W는 스케일링 되지 않은 계수로서 W=C·X이고, QStep은 양자화 스텝 사이즈, PF는 화소의 위치에 따라 a 또는 b/2 이다.
엔트로피 인코더(430)는 양자화된 예측 오차들을 엔트로피 부호화함으로써 비트 스트림을 생성한다. H.264/AVC 에서는 엔트로피 부호화 방식으로 CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding) 등이 도입되었다.
패킷 생성부(440)는 예측모드 결정부(300)에서 결정된 예측 모드 정보와 엔트로피 인코더(430)에 의해 생성된 비트 스트림을 포함하는 패킷을 생성하고, 생성한 패킷을 영상 복호화 장치에 제공한다.
역양자화부(450)는 양자화부(420)에 의해 양자화된 예측 오차들을 역양자화한다. 즉, 역양자화부(450)는 양자화부(420)에 의해 근사화된 정수 값들에 양자화 파라미터를 곱함으로써 주파수 성분의 예측 오차들을 역양자화한다.
역변환부(460)는 이 역양자화된 주파수 영역의 예측 오차들을 1차 DCT 역변환을 수행함으로써 화소 영역의 예측 오차들을 복원한다.
이때, 1차 DCT 역변환의 수학식은 다음과 같다.
Figure 112007018810784-PAT00003
화소 복원부(470)는 역변환부(460)로부터 출력된 화소 영역의 예측 오차들에 예측부(310)에서 출력된 화소들의 예측값들을 가산함으로써 복원된 화소들을 생성한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 600에서 영상 부호화 장치는 현재 블록 내의 화소들을 현재 블록 내의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행한다.
이때, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 현재 영상이 복수 개의 블록들로 구성되고 하나의 블록은 복수 개의 화소 그룹들로 구성된다고 하면, 단계 600에서 영상 부호화 장치는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 방식으로 화소 그룹별로 인트라 예측을 수행한다.
예측 모드가 행 모드인 경우에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 행에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 구성된다. 이 경우 단계 600에서 영상 부호화 장치는 제1 행에 속한 화소들을 각각 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 예측한다.
예측 모드가 열 모드인 경우에는 도 5d에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 열에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 구성된다. 이 경우 단계 600에서 영상 부호화 장치는 제1 열에 속한 화소들을 각각 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 예측한다.
다만, 행 모드의 경우 제1 행이 현재 블록의 가장 상위의 행이면, 제1 행에 속한 화소들의 값을 현재 블록의 상측 블록 내의 가장 하위 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하고, 열 모드의 경우 제1 열이 현재 블록의 가장 좌측의 열이면, 제1 열에 속한 화소들의 값을 현재 블록의 좌측 블록 내의 가장 우측 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측한다.
단계 610에서 영상 부호화 장치는 단계 600에서 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 제1 화소 그룹에 속한 화소들을 부호화한다. 상세하게는 제1 화소 그룹 내의 화소들의 예측 오차들을 계산하고, 계산한 예측 오차들을 주파수 영역으로 변환하여 양자화하는 부호화를 수행한다. 이때, 예측 오차들은 제1 화소 그룹 내의 화소들의 실제값들에서 단계 600에서 예측된 화소들의 값들을 감산함으로써 얻은 값들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 단계 700에서 영상 부호화 장치는 현재 블록 내의 화소들의 예측값들을 현재 픽처 내에서 찾는 인트라 예측을 수행한다. 특히, 본 실시예에 따른 영상 부호화 장치는 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 인트라 16×16 예측 모드, 인트라 4×4 예측 모드 등으로 인트라 예측을 수행하는 것 외에, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용한 인트라 예측을 수행한다.
이때, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 현재 영상이 복수 개의 블록들로 구성되고 하나의 블록은 복수 개의 화소 그룹들로 구성된다고 하면, 단계 700에서 영상 부호화 장치는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 방식으로 화소 그룹별로 인트라 예측을 수행한다.
예측 모드가 행 모드인 경우에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 행에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 구성된다. 이 경우 단계 700에서 영상 부호화 장치는 제1 행에 속한 화소들을 각각 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 예측한다.
예측 모드가 열 모드인 경우에는 도 5d에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 열에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소 들인 I, J, K, L 로 구성된다. 이 경우 단계 700에서 영상 부호화 장치는 제1 열에 속한 화소들을 각각 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 예측한다.
다만, 행 모드의 경우 제1 행이 현재 블록의 가장 상위의 행이면, 제1 행에 속한 화소들의 값을 현재 블록의 상측 블록 내의 가장 하위 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하고, 열 모드의 경우 제1 열이 현재 블록의 가장 좌측의 열이면, 제1 열에 속한 화소들의 값을 현재 블록의 좌측 블록 내의 가장 우측 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측한다.
단계 710에서 영상 부호화 장치는 현재 블록에 대하여 최적의 예측 모드를 결정한다. 일 예로서, 인트라 예측된 블록과 현재 블록 사이의 차이를 최소화하게 하는 예측 모드를 최적의 예측 모드로 결정한다. 즉, 4×4 인트라 예측 모드, 16×16 인트라 예측 모드 및 행 모드, 열 모드의 총 15가지 모드로 각각 인트라 예측된 현재 블록들에 대하여 최적의 예측 모드를 결정하는데, 이때 최적의 예측 모드는 원본 블록과 예측된 블록 사이의 예측 오차 및 왜곡(distortion)을 고려하여 결정한다.
단계 720에서 영상 부호화 장치는 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 실제값들에 대하여 단계 710에서 결정된 최적의 예측 모드에 따른 제1 화소 그룹의 예측된 값들을 감산함으로써 제1 화소 그룹 내의 화소들의 예측 오차들을 계산한다. 이 예측 오차들의 계산을 위해서는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)을 사용하는 것이 바람직하다.
단계 730에서 영상 부호화 장치는 단계 720에서 계산된 예측 오차들을 주파 수 영역으로 변환한다. 이때에는 1차 DCT(Discrete Cosine Transform)을 수행함으로써 화소 영역의 예측 오차들을 주파수 영역의 예측 오차들로 변환하는 방법을 사용한다. 종래의 예측 모드들은 2차 DCT 변환을 사용하였는데 비해, 본 실시예에 의한 행 모드, 또는 열 모드에서는 1차 DCT 변환을 사용함으로써 빠르고 간단하게 변환을 수행할 수 있다. 이때의 1차 DCT 변환은 상기 수학식 1과 같이 표현된다.
단계 740에서 영상 부호화 장치는 단계 730에서 변환된 예측 오차들을 양자화한다. 즉, 주파수 영역으로 변환된 예측 오차들을 양자화 파라미터로 나누고, 그 결과들을 정수 값들로 근사화한다. 그리고 이때의 양자화는 상기 수학식 2와 같이 표현된다.
단계 750에서 영상 부호화 장치는 단계 740에서 양자화된 예측 오차들을 엔트로피 부호화함으로써 비트 스트림을 생성한다. H.264/AVC 에서는 엔트로피 부호화 방식으로 CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding) 등이 도입되었다.
단계 760에서 영상 부호화 장치는 단계 710에서 결정된 예측 모드 정보와 단계 750에서 생성된 비트 스트림을 포함하는 패킷을 생성하고, 생성한 패킷을 영상 복호화 장치에 제공한다.
단계 770에서 영상 부호화 장치는 단계 740에서 양자화된 예측 오차들을 이용하여 복원된 화소들을 생성한다. 복원하는 방법은 단계 740에서 양자화된 예측 오차들을 역양자화하고, 이 역양자화된 예측 오차들을 1차 DCT 역변환함으로써 화소 영역의 예측 오차들로 역변환한다. 이때의 1차 DCT 역변환은 상기 수학식 3과 같이 표현된다. 그리고 이 역변환된 예측 오차들에 단계 700에서 예측된 제1 화소 그룹 내의 화소들의 값들을 가산함으로써 복원된 화소값들을 생성한다.
단계 780에서는 현재 블록에 대한 부호화가 끝났는지 여부를 판단하고, 판단결과 부호화가 끝나지 않은 경우에는 단계 720으로 진행하여 다음 화소 그룹에 대한 예측 오차를 계산한다.
도 8은 종래의 인트라 4×4 예측 모드와 종래의 인트라 예측 모드의 5번, 7번 모드를 대신하여 행 모드, 열 모드를 사용하여 인트라 예측 모드를 한 경우의 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)을 비교하여 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 종래의 인트라 예측 모드에 비하여 PSNR이 높은 것을 확인할 수 있으며, 이는 보다 향상된 영상의 화질을 사용자에게 제공하는 것을 의미한다.
도 9는 인트라 16×16 예측 모드에서 본 발명의 인트라 예측 모드를 사용한 경우로서 다양한 부호화 방법을 행한 경우에 각각의 PSNR들을 비교하여 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 어느 경우에나 모두 종래의 인트라 예측 모드(도 9에서 Ref)에 비하여 PSNR이 높은 것을 확인할 수 있다.
이때, 12ACctx는 12AC 콘텍스트(context)를 말하며, DCT 변환에 의해 생성된 DC 성분 블록에 대하여 하다마드 변환(DHT:Discrete Hadamard Transform)을 수행한 경우로서, 엔트로피 변환의 CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding:콘텍스트 적응형 2진 산술부호화 방식)에서 12개의 AC 콘텍스트를 사용하는 경우를 말한다. LongScanA는 DCT 변환에 의해 생성된 DC 성분 블록에 대하여 하다마드 변 환을 행하지 않은 경우로서, CABAC에서 4개의 AC 콘텍스트를 사용하는 경우를 말한다. LongScanADPCM2는 DCT 변환에 의해 생성된 DC 성분 블록에 대하여 하다마드 변환을 수행한 경우를 말한다.
도 10은 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 일 예를 도시한 블록도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 복호화 장치는 예측부(1010) 및 복호화부(1020)를 포함하여 구성된다.
예측부(1010)는 영상 부호화 장치에서 사용한 예측 모드와 동일한 예측 모드를 사용하여 현재 블록 내의 화소들에 대하여 인트라 예측을 수행한다. 특히, 예측 모드가 본 실시예에 따른 모드에 해당하는 경우에 예측부(1010)는 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행한다.
이때, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 현재 영상이 복수 개의 블록들로 구성되고 하나의 블록은 복수 개의 화소 그룹들로 구성된다고 하면, 예측부(1010)는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 방식으로 화소 그룹별로 인트라 예측을 수행한다.
예측 모드가 행 모드인 경우에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 행에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 구성된다. 이 경우 예측부(1010)는 제1 행에 속한 화소들을 각각 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 예측한다.
예측 모드가 열 모드인 경우에는 도 5d에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 열에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 구성된다. 이 경우 예측부(1010)는 제1 열에 속한 화소들을 각각 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 예측한다.
복호화부(1020)는 영상 부호화 장치로부터 제공받은 비트 스트림과 예측부(1010)에 의해 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 제1 화소 그룹에 속한 화소들을 복호화한다. 상세하게는 제1 화소 그룹 내의 화소들의 비트 스트림을 엔트로피 복호화, 역양자화 및 역변환을 수행함으로써 복원된 예측 오차들을 산출하고, 이 복원된 예측 오차들에 예측부(1010)에 의해 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 가산함으로써 제1 화소 그룹 내의 화소들을 복호화한다.
도 11은 본 발명에 따른 복호화부(1020)의 일 예를 도시한 블록도이다. 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 복호화부(1020)는 패킷 파싱부(1110), 엔트로피 디코더(1120), 역양자화부(1130), 역변환부(1140) 및 가산부(1150)를 포함하여 구성된다.
패킷 파싱부(1110)는 영상 부호화 장치로부터 전달된 패킷을 파싱함으로써 현재 블록의 예측에 사용된 예측 모드 정보와 비트 스트림을 추출한다.
엔트로피 디코더(1120)는 패킷 파싱부(1110)에 의해 추출된 비트 스트림에 대하여 엔트로피 복호화를 수행함으로써 양자화된 계수를 생성한다. 역양자화부(1130) 및 역변환부(1140)는 양자화된 계수에 대한 역양자화 및 역변환을 수행함으로써 예측 오차들을 복원한다.
가산부(1150)는 예측부(1010)에 의해 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값에 역변환부(1140)에 의해 복원된 예측 오차들을 가산함으로써 제1 화소 그룹 내의 화소들을 복호화한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 단계 1200에서 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치에서 사용한 예측 모드와 동일한 예측 모드를 사용하여 현재 블록 내의 화소들에 대하여 인트라 예측을 수행한다. 특히, 예측 모드가 본 실시예에 따른 모드에 해당하는 경우에는 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행한다.
이때, 현재 블록 내의 화소들의 화소값들을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 현재 영상이 복수 개의 블록들로 구성되고 하나의 블록은 복수 개의 화소 그룹들로 구성된다고 하면, 단계 1200에서 영상 복호화 장치는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 인트라 예측을 수행하는 방식으로 화소 그룹별로 인트라 예측을 수행한다.
예측 모드가 행 모드인 경우에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 행에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 구성된다. 이 경우 단계 1200에서 영상 복호화 장치는 제1 행에 속한 화소들을 각각 제1 행의 상위 행에 속한 화소들인 A, B, C, D 로 예측한다.
예측 모드가 열 모드인 경우에는 도 5d에 도시된 바와 같이 제1 화소 그룹은 제1 열에 속한 화소들로 구성되고, 제2 화소 그룹은 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 구성된다. 이 경우 단계 1200에서 영상 복호화 장치는 제1 열에 속한 화소들을 각각 제1 열의 왼쪽 열에 속한 화소들인 I, J, K, L 로 예측한다.
단계 1210에서 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치로부터 제공받은 비트 스트림과 단계 1200에서 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 제1 화소 그룹 내의 화소들을 복호화한다. 상세하게는 제1 화소 그룹 내의 화소들의 비트 스트림을 엔트로피 복호화, 역양자화 및 역변환을 수행함으로써 복원된 예측 오차들을 산출하고, 이 복원된 예측 오차들에 단계 1200에서 예측된 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 가산함으로써 제1 화소 그룹 내의 화소들을 복호화한다.
단계 1220에서 영상 복호화 장치는 현재 블록에 대한 복호화가 끝났는지 여부를 판단하고, 판단 결과 복호화가 끝나지 않은 경우에는 단계 1210으로 진행하여 다음 화소 그룹에 대한 예측을 수행한다.
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 기록매 체는 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 발명이 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.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 부호화 방법 및 장치는 현재 영상을 구성하는 블록들 중 소정 블록에 속한 제1 화소의 값을 소정 블록에 속한 제2 화소의 값을 이용하여 예측하고, 예측된 값을 이용하여 현재 영상을 부호화함으로써, 소정의 블록 내의 인접 화소를 이용하여 인트라 예측을 수행함을 통해 예측 효율을 높일 수 있고, 영상 데이터의 부호화 압축률을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. (a) 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 단계; 및
    (b) 상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 현재 영상을 부호화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 화소 그룹들은 상기 블록의 행들이고,
    상기 (a) 단계는 상기 블록의 행들 중 제1 행에 속한 화소들의 값을 상기 행들 중 제2 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 화소 그룹들은 상기 블록의 열들이고,
    상기 (a) 단계는 상기 블록의 열들 중 제1 열에 속한 화소들의 값을 상기 열들 중 제2 열에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 행이 상기 블록의 가장 상위의 행이면, 상기 제1 행에 속한 화소들의 값을 상기 제1 행의 상측 블록의 가장 하위 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 열이 상기 블록의 가장 좌측의 열이면, 상기 제1 열에 속한 화소들의 값을 상기 제1 열의 좌측 블록의 가장 우측 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 블록에 속한 화소들의 예측된 값과 상기 블록에 속한 화소들의 실제값과의 차이를 최소화하게 하는 예측 모드를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    (c) 상기 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 복원하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계는 상기 복원된 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    (b1) 상기 화소들의 실제값에서 상기 예측된 화소들의 값을 감산함으로써 예측 오차들을 계산하는 단계;
    (b2) 상기 계산된 예측 오차들을 주파수 영역으로 변환하는 단계; 및
    (b3) 상기 주파수 영역으로 변환된 예측 오차들을 양자화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    (c1) 상기 양자화된 예측 오차들을 역양자화하는 단계;
    (c2) 상기 역양자화된 예측 오차들을 1차 DCT 역변환을 수행함으로써 주파수 영역에서 화소 영역으로 역변환하는 단계; 및
    (c2) 상기 역변환된 예측 오차들을 상기 생성된 예측 오차들에 가산함으로써 상기 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 복원하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  10. 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 예측부; 및
    상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 현재 영상을 부호화하는 부호화부 를 포함함을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  11. (a) 현재 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 단계; 및
    (b) 상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 현재 영상을 복호화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 화소 그룹들은 상기 블록의 행들이고,
    상기 (a) 단계는 상기 블록의 행들 중 제1 행에 속한 화소들의 값을 상기 행들 중 제2 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 화소 그룹들은 상기 블록의 열들이고,
    상기 (a) 단계는 상기 블록의 열들 중 제1 열에 속한 화소들의 값을 상기 열들 중 제2 열에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 행이 상기 블록의 가장 상위의 행이면, 상기 제1 행에 속한 화소들의 값을 상기 제1 행의 상측 블록의 가장 하위 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 열이 상기 블록의 가장 좌측의 열이면, 상기 제1 열에 속한 화소들의 값을 상기 제1 열의 좌측 블록의 가장 우측 행에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 블록이 부호화하는 데 사용된 예측 모드를 참조하여 상기 블록을 복호화하는데 사용될 예측 모드를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  17. 수신 영상을 구성하는 블록들 중에서 어느 하나의 블록을 구성하는 화소 그룹들 중 제1 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 상기 화소 그룹들 중 제2 화소 그룹에 속한 화소들의 값을 이용하여 예측하는 예측부; 및
    상기 예측된 화소들의 값을 이용하여 상기 수신 영상을 복호화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  18. 제1 항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 영상 부호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  19. 제11 항 내지 제16 항 중 어느 한 항의 영상 복호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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