KR20090103776A - 비디오 신호의 인코딩 또는 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

비디오 신호의 인코딩 또는 디코딩 방법 및 장치

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KR20090103776A
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Abstract

본 발명의 비디오 신호 처리 방법에 따르면 매크로 블록의 예측 정보와 필터 정보를 수신하는 단계; 상기 매크로 블록의 예측 정보를 이용하여 현재 픽쳐를 예측하는 단계; 및 상기 예측된 현재 픽쳐와 상기 필터 정보를 이용하여 필터를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
예측된 프레임에 대한 레지듀얼을 코딩하기 전에 예측된 프레임에 대해 필터를 적용함으로써 예측의 정확성을 향상시킬 수 있고, 이에 레지듀얼을 줄일 수 있어 비디오 신호 처리의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

비디오 신호의 인코딩 또는 디코딩 방법 및 장치{A METHOD AND AN APPARATUS FOR ENCODING OR DECODING OF A VIDEO SIGNAL}
본 발명은 비디오 신호의 인코딩 또는 디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.
인코딩된 영상 신호를 디코더로 전송함에 있어, 영상 신호의 압축율을 높이기 위해 시간적 중복성과 공간적 중복성을 제거하는 방법 즉, 화면내 예측 방법과 화면간 예측 방법을 사용한다.
본 발명의 목적은 현재 프레임에 대한 레지듀얼을 코딩함에 있어서 코딩의 효율성을 향상시키고자 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 화면간 예측의 정확성을 향상시키고자 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 필터 정보를 코딩함에 있어서 코딩의 효율성을 향상시키고자 함에 있다.
화면내 예측 또는 화면간 예측을 수행하여 예측된 프레임에 대해 원래의 프레임과의 차이를 최소로 하는 필터를 적용하는 것을 특징으로 한다.
복원된 프레임을 복호픽쳐저장부에 저장하기 전에 필터를 적용하고, 상기 필터를 거친 프레임을 복호픽쳐저장부에 저장하여 화면간 예측에 이용하는 것을 특징으로 한다.
원래의 프레임과 복원된 프레임간의 조도 차이를 보상해 주는 것을 특징으로 한다.
현재 프레임에 적용할 필터를 획득함에 있어서, 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할지 여부를 지시하는 플래그를 사용하는 것을 특징으로 한다.
현재 프레임에 적용할 필터를 획득함에 있어서, 현재 프레임의 필터와 이전 프레임의 필터간의 차분 필터를 이용하는 것을 특징으로 한다.
현재 프레임에 적용할 필터를 획득함에 있어서, 예측 필터 및 현재 프레임의 필터와 예측 필터간의 차분 필터를 이용하는 것을 특징으로 한다.
현재 프레임에 적용하는 예측 필터는 이전 프레임에 적용하는 필터로 업데이트되는 것을 특징으로 한다.
현재 프레임에 대한 레지듀얼을 코딩하기 전에 예측된 프레임에 대해 필터를 적용함으로써 현재 프레임 예측의 정확성을 향상시킬 수 있고, 이에 레지듀얼을 줄일 수 있어 비디오 신호 처리의 효율성을 향상시킬 수 있다.
복원된 프레임에 필터를 적용함으로써 원래의 프레임과의 차이를 줄여 복원된 프레임의 화질을 향상시킬 수 있으며, 나아가 상기 복원된 프레임을 참조 프레임으로 사용함으로써 화면간 예측의 정확성을 향상시킬 수 있다.
복원된 프레임에 대해 조도를 보상해 줌으로써 비디오 신호 처리 과정에서의 다양한 라운딩 연산에 따른 에러를 줄일 수 있으며, 프레임을 복원함에 있어서 정확성을 향상시킬 수 있다.
이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할지 여부를 지시하는 플래그를 사용함으로써 현재 프레임의 필터 정보를 효율적으로 코딩할 수 있다.
현재 프레임의 필터와 이전 프레임의 필터간의 차분 필터를 이용함으로써 현재 프레임의 필터 정보를 효율적으로 코딩할 수 있다.
전체 시퀀스에 대한 예측 필터를 이용함으로써 현재 프레임의 필터 정보를 효율적으로 코딩할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치(100)의 개략적인 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치(200)의 개략적인 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인코더에서 예측된 현재 프레임에 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디코더에서 예측된 현재 프레임에 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5 는 본 발명에서 필터를 생성하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치(300)의 개략적인 블록도이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치(400)의 개략적인 블록도이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인코더에서 디블록킹 필터링부를 거친 현재 프레임에 대해 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 디코더에서 디블록킹 필터링부를 거친 현재 프레임에 대해 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 10 은 본 발명에서 필터를 생성하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 11 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 원래 프레임과 복원된 프레임간의 조도 차이를 보상하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플래그 정보를 이용하여 필터 계수를 코딩하는 방법을 도시한 것이다.
도 13 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차분 필터를 이용하여 필터 정보를 코딩하는 방법을 도시한 것이다.
도 14 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 예측 필터를 이용하여 필터 정보를 코딩하는 방법을 도시한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비디오 신호 처리 방법은 매크로 블록의 예측 정보와 필터 정보를 수신하는 단계; 상기 매크로 블록의 예측 정보를 이용하여 현재 픽쳐를 예측하는 단계; 및 상기 예측된 현재 픽쳐와 상기 필터 정보를 이용하여 필터를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 매크로 블록의 예측값을 생성하는 단계는 화면내 예측의 경우 주변 매크로 블록의 예측값을 이용하여 현재 매크로 블록의 예측값을 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 타입, 매크로 블록의 양자화 파라미터, CBP(coded block pattern), 블록간의 블록경계강도 등을 고려하여 필터를 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 필터를 적용하는 단계는 픽쳐내의 경계 영역을 탐색하는 단계를 더 포함하되, 상기 경계 영역과 비경계 영역을 구분하여 필터를 적용할 수 있고, 프레임을 N*N (N은 자연수) 크기로 분할하여 각각의 영역에 필터를 적용할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 비디오 신호 처리 장치에 따르면 매크로 블록의 예측 정보와 필터 정보를 수신하는 수신부; 상기 매크로 블록의 예측 정보를 이용하여 현재 픽쳐를 예측하는 예측부; 및 상기 예측된 현재 픽쳐와 상기 필터 정보를 이용하여 필터를 적용하는 필터부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비디오 신호 처리 방법은 복호픽쳐에 디블록킹 필터를 적용하는 단계; 상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계; 및 상기 필터링된 복호픽쳐를 복호픽쳐버퍼에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 타입, 매크로 블록의 양자화 파라미터, CBP(coded block pattern), 블록간의 블록경계강도 등을 고려하여 필터를 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 픽쳐내의 경계 영역을 탐색하는 단계를 더 포함하되, 상기 경계 영역과 비경계 영역을 구분하여 필터를 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 필터링된 복호픽쳐에 대하여 원픽쳐와 필터링된 복호픽쳐간의 조도차이를 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 비디오 신호 처리 장치에 따르면 복호픽쳐에 디블록킹 필터를 적용하는 디블록킹 필터링부; 상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 필터링부; 및 상기 필터링된 복호픽쳐를 복호픽쳐버퍼에 저장하는 복호픽쳐저장부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비디오 신호 처리 방법은 현재 프레임에 적용할 필터 정보 획득에 있어서, 이전 프레임에 적용한 필터 정보를 현재 프레임에 적용할지 여부를 지시하는 플래그를 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 플래그가 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할 것을 지시하는 경우, 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임의 필터로 사용하고, 상기 플래그가 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할 것을 지시하지 않은 경우, 현재 프레임의 필터 정보를 현재 프레임의 필터로 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 현재 프레임의 필터 정보는 이전 프레임의 필터 정보와 현재 프레임의 필터 정보간의 차이값과 이전 프레임의 필터 정보로부터 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 비디오 신호 처리 방법은 현재 프레임의 필터 정보는 현재 프레임의 예측 필터 정보와 현재 프레임의 필터 정보간의 차이값과 예측 필터 정보로부터 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 현재 프레임의 예측 필터 정보는 전체 시퀀스의 각각의 프레임에 대한 필터 정보의 평균값인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 현재 프레임의 예측 필터 정보는 이전 프레임의 필터를 현재 프레임의 예측 필터로 사용하는 것일 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편 본 발명에서의 필터 적용은 비디오 신호 처리의 효율성을 향상시키기 위한 것이므로 필터의 적용으로 비디오 신호 처리의 효율성이 저하되는 경우에는 필터의 적용을 생략할 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 필터 정보라 함은 필터 계수, 필터 크기 등 뿐만 아니라 필터를 사용할지 여부에 대한 정보를 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 또한 필터를 적용하는 경우에도 특정한 방법을 이용하는 것에 한정하지 아니하고 본 발명에서 제안한 여러 가지 방법 중에서 가장 효율적인 방법을 선택하는 것으로 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치(100)의 개략적인 블록도이다.
도 1 을 참조하면, 변환부(110), 양자화부(115), 코딩 제어부(120), 역양자화부(130), 역반환부(135), 디블록킹 필터링부(140), 필터링부(145), 복호픽쳐저장부(150), 움직임 추정부(155), 화면간 예측부(160), 화면내 예측부(170), 및 엔트로피 코딩부(180)를 포함한다.
변환부(110)는 화소값을 변환하여 변환 계수값을 획득하며, 이 경우 이산 코사인 변환 또는 웨이블릿 변환 방식이 사용될 수 있다. 양자화부(115)는 변환부(110)에서 출력된 변환 계수값을 양자화한다. 코딩 제어부(120)는 특정 블록 또는 프레임을 화면내 부호화할 것인지, 화면간 부호화할 것인지를 제어한다. 역양자화부(130)는 변환 계수값을 역양자화하고, 역변환부(135)는 역양자화된 변환 계수값을 원래의 화소값으로 복원한다. 디블록킹 필터링부(140)는 블록 왜곡 현상을 감소시키기 위하여 각각의 코딩된 매크로 블록에 적용한다. 디블록킹 필터링을 거친 픽쳐는 참조 픽쳐로 이용하기 위해 복호픽쳐저장부(150)에 저장된다. 움직임 추정부(155)는 복호픽쳐저장부(150)에 저장된 참조 픽쳐를 이용하여 참조 픽쳐 중에서 현재 블록과 가장 유사한 참조 블록을 탐색하고, 탐색된 참조 블록의 위치 정보등을 엔트로피 코딩부(180)로 전달한다. 화면간 예측부(160)는 참조 픽쳐를 이용하여 현재 픽쳐의 예측을 수행하고, 화면간 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(180)에 전달한다. 화면내 예측부(170)는 현재 픽쳐내의 디코딩된 픽셀로부터 화면내 예측을 수행하며, 화면내 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(180)에 전달한다. 필터링부(145)는 예측된 현재 픽쳐과 원래 픽쳐간의 차이를 줄이기 위해 예측된 현재 픽쳐에 적용한다. 엔트로프 코딩부(180)는 양자화된 변환 계수, 화면간 부호화 정보, 화면내 부호화 정보 및 움직임 추정부(160)로부터 입력된 참조 블록 정보 등을 엔트로피 코딩하여 비디오 신호 비트스트림을 생성한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치(200)의 개략적인 블록도이다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 비디오 신호 디코딩 장치는 엔트로피 디코딩부(210), 양자화부(220), 역변환부(225), 디블록킹 필터링부(230), 필터링부(235), 복호픽쳐저장부(240), 화면간 예측부(250), 화면내 예측부(260)를 포함한다.
엔트로피 코딩부(210)는 비디오 신호 비트스트림을 엔트로피 디코딩하여 각 매크로블록의 변환 계수, 움직임 벡터 등을 추출한다. 역양자화부(220)는 엔트로피 디코딩된 변환 계수를 역양자화하고, 역변환부(225)는 역양자화된 변환 계수를 이용하여 원래의 화소값을 복원한다. 디블록킹 필터링부(230)는 블록 왜곡 현상을 감소시키기 위해 각각의 코딩된 매크로 블록에 적용된다. 필터링을 거친 픽쳐는 출력되거나 참조 픽쳐로 이용하기 위해 복호픽쳐저장부(240)에 저장된다. 화면간 예측부(250)는 복호픽쳐저장부(240)에 저장된 참조 픽쳐와 엔트로피 디코딩부(210)로부터 전달받은 화면간 예측 정보(참조 픽쳐 인덱스 정보, 움직임 벡터 정보 등)를 이용하여 현재 픽쳐를 예측한다. 화면내 예측부(260)는 현재 픽쳐 내의 디코딩된 픽셀로부터 화면내 예측을 수행한다. 필터링부(235)는 화면간 예측부 또는 화면내 예측부로부터 나온 예측된 현재 픽쳐에 적용한다. 필터링부(235)를 거친 예측된 현재 픽쳐와 역변환부로부터 나온 레지듀얼이 더해져서 원래 픽쳐를 복원한다. 이하 본 발명에서의 필터링 과정에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인코더에서 예측된 현재 프레임에 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
인코더는 화면내 예측 또는 화면간 예측을 이용하여 현재 픽쳐를 예측한다(S110). 다만 화면내 예측을 이용한 매크로 블록의 경우, 매크로 블록내의 현재 블록 주변에 있는 이미 복원된 픽셀을 이용하여 화면내 예측을 수행하지 아니하고 매크로 블록내의 현재 블록 주변에 있는 예측된 픽셀을 이용하여 화면내 예측을 수행한다. 필터링부(145)에서는 상기 예측된 현재 픽쳐와 원래 픽쳐를 비교하고, 양자간의 차이를 최소로 하는 필터를 생성할 수 있다(S120). 상기 필터 생성 방법은 도 5 를 참고하여 살펴보기로 한다.
다만 상기 획득한 필터를 예측된 현재 픽쳐에 적용함으로써 현재 픽쳐의 예측에 대한 정확성을 향상시킬 수 있는 반면 필터의 적용이 비디오 신호 처리의 효율성을 떨어뜨릴 수도 있을 것이다(S130). 만일 필터 적용이 효율적인 경우, 상기 생성된 필터 계수를 디코더로 전송할 것이고(S135), 필터 적용이 비효율적인 경우, 플래그를 사용하여 예측된 프레임에 필터를 적용하지 않는다는 정보를 전송할 것이다(S140).
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디코더에서 예측된 현재 프레임에 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
디코더에서는 인코더로부터 현재 프레임에 대한 예측 정보와 레지듀얼 그리고 필터 정보를 수신한다(S145). 상기 현재 프레임의 예측 정보를 이용하여 인코더에서와 마찬가지로 화면간 예측 또는 화면내 예측을 통하여 현재 프레임을 예측하고(S150), 상기 예측된 현재 프레임에 인코더로부터 전송된 필터를 적용할 수 있다. 상기 필터링부를 거친 예측된 프레임에 역변환부로부터 나온 레지듀얼을 합하여 원래 프레임을 복원한다(S160).
도 5 는 본 발명에서 필터를 생성하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 5 를 참조하면, w[n]은 현재 픽쳐의 예측된 화소값으로 필터에 입력되는 값이다. x[n]은 필터링된 현재 픽쳐의 예측된 화소값으로, 필터 계수 ai를 가지며 N차의 필터를 이용한 경우, x[n]은 다음 수학식1과 같이 표현될 수 있다.
s[n]은 원래 픽쳐의 화소값이다. x[n]과 s[n]의 차이를 e[n]이라 한다면, 상기 e[n]을 최소로 하는 필터 계수 ai를 얻을 수 있으며, 상기 필터 계수 ai는 다음 수학식2와 같이 표현될 수 있다.
상기 E{e2[n]}은 다음 수학식3과 같이 표현될 수 있다.
상기 E{e2[n]}을 최소로 하는 필터 계수 ai를 구하기 위해 상기 수학식3을 ai로 미분하면 다음 수학식4와 같다.
여기서 w[n]과 s[n]이 고정되어 있다면, w[n]의 상관관계와 w[n]과 s[n]간의 교차 상관관계로서 RW[m]와 Rws[m]을 다음 수학식5와 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식5를 이용하여 수학식4를 다음 수학식6과 같이 표현할 수 있다.
상기 수학식6을 0이 되도록 하는 ai값이 구할 것이며, 이는 수학식7과 같다.
상기 수학식7로부터 필터 계수 ai를 얻을 수 있다.
이하 본 발명의 제 1 실시예에 따른 매크로 블록의 타입을 고려하여 필터를 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
인코더에서 매크로 블록의 타입 즉,인트라 매크로 블록 또는 인터 매크로 블록이 표시된 매크로 블록 맵을 생성할 수 있다. 상기 매크로 블록 맵을 이용하여 프레임을 인트라 매크로 블록 또는 인터 매크로 블록만으로 카테고리화할 수 있다. 상기 각각의 카테고리별로 적합한 필터 정보를 생성하고, 상기 필터 정보를 디코더로 전송한다. 디코더는 인코더로부터 매크로 블록의 타입에 대한 정보를 수신하며, 상기 매크로 블록의 타입에 대한 정보에 근거하여 매크로 블록 맵을 생성할 수 있다. 또는 인코더에서 생성된 매크로 블록 맵에 대한 정보를 수신하여 디코더에서 매크로 블록 맵을 생성할 수도 있다. 한편 상기 생성된 매크로 블록 맵을 이용하여 매크로 블록의 타입별로 카테고리를 분류한다. 상기 각각의 카테고리별로 인코더로부터 전송된 필터 정보를 적용하여 예측된 프레임에 대해 필터링을 수행한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 양자화 파라미터를 고려하여 필터를 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
양자화 파라미터는 각각의 매크로 블록마다 다를 수 있다. 양자화 파라미터가 크면 양자화된 값들의 범위가 작으므로 압축율이 높지만 양자화된 값들이 원래 신호와 많은 차이를 보이는 반면 양자화 파라미터가 작으면 양자화된 값들이 원래 신호에 근접하지만 압축 효율이 감소한다. 즉 양자화 파라미터는 복원된 픽쳐의 화질에 영향을 준다. 따라서 매크로 블록의 양자화 파라미터별로 카테고리를 분류하고, 상기 카테고리를 기준으로 각각의 매크로 블록에 대해 적합한 필터 정보를 생성할 수 있다. 상기 생성된 필터 정보는 디코더로 전송되며, 이를 이용하여 양자화 파라미터별로 필터링을 수행할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 CBP를 고려하여 필터를 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
CBP(coded block pattern)는 매크로 블록내 데이터가 존재하는지를 나타내는 값이다. 예를 들어, 매크로 블록내 코딩된 레지듀얼이 있는 경우 예측된 매크로 블록에 대해 상기 레지듀얼이 더해져서 복원이 이루어질 것이고, 매크로 블록내 코딩된 레지듀얼이 없는 경우 예측된 매크로 블록 자체로 복원이 이루어질 것이다. 즉, 상기 CBP에 따라 이미지의 특성이 달라질 수 있다. 따라서 상기 CBP를 고려하여 프레임을 카테고리화할 수 있고, 상기 카테고리별로 적합한 필터를 생성할 수 있다. 상기 필터 정보는 디코더로 전송되고, 이를 이용하여 CBP 별로 필터링을 수행할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 경계 세기(boundary strength)를 고려하여 필터를 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
디블록킹 필터는 블록 왜곡 현상을 감소시키기 위한 것으로 필터의 세기를 바꾸어서 사용할 수 있고, 한편 필터를 사용하지 않는 것도 가능하다. 이는 경계 세기와 경계 주위의 이미지 샘플의 변화에 의해 좌우되며, 경계 세기는 인트라 코딩된 매크로 블록인지 여부, 움직임 벡터값, 참조 블록 등과의 관계에서 결정된다. 즉, 상기 경계 세기는 이미지의 특성을 좌우할 수 있다. 따라서 디블록킹 필터를 거친 프레임을 경계 세기를 기초로 카테고리화할 수 있고, 상기 카테고리별로 적합한 필터를 생성할 수 있으며, 상기 필터 정보를 디코더로 전송하고, 이를 이용하여 경계 세기별로 필터링을 수행할 수 있다. 다만 경계 세기에 기초로 각각의 카테고리별로 필터를 적용하는 경우 디블록킹 필터링은 생략한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 경계 영역을 고려하여 필터를 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
프레임을 경계 영역과 비경계 영역으로 분류하여 각각의 영역에 대해 필터를 적용할 수 있다. 필터링부는 화면간 또는 화면내 예측을 통해 예측된 현재 프레임을 수신한다. 상기 디블록킹 필터를 거친 현재 프레임에 대해 경계 여부 판별값(threshold values)에 기초하여 경계 탐색을 수행하여 경계 영역과 비경계 영역을 얻을 수 있다. 상기 경계 영역과 비경계 영역에 적용할 필터 정보를 생성하고, 상기 생성한 필터 정보와 경계 여부 판별값(threshold values) 등을 디코더로 전송한다. 디코더에서는 상기 전송된 필터 정보와 경계 여부 판별값을 이용하여 경계 영역과 비경계 영역을 분류하고, 각각의 영역에 대해 필터링을 수행한다. 예를 들어, 경계 영역의 경우 경계 영역 부분에서 지나치게 매끄럽게 되는 것을 방지하기 위해 작은 크기의 필터를 사용할 수 있다. 반면에 비경계 영역의 경우 양자화 과정에서 발생한 잡음을 제거하기 위하여 보다 큰 크기의 필터를 사용할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 프레임의 영역을 분할하여 필터를 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
하나의 프레임을 N*N 크기로 분할하고, 각각의 N*N 영역마다 필터링 수행여부를 결정한다. 이를 기초로 필터링 수행여부를 알 수 있는 필터링 맵을 생성할 수 있다. 한편 상기 필터링을 수행하는 것으로 결정된 경우 각각의 N*N 영역에 적합한 필터 계수를 생성할 수 있으며, 상기 필터 정보와 상기 필터링 맵을 디코더로 전송한다. 디코더에서 상기 필터 정보와 필터링 맵을 이용하여 예측된 프레임에 대해 필터링을 수행한다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치(300)의 개략적인 블록도이다.
도 6 을 참조하면, 변환부(310), 양자화부(315), 코딩 제어부(320), 역양자화부(330), 역반환부(335), 디블록킹 필터링부(340), 필터링부(345), 복호픽쳐저장부(350), 움직임 추정부(355), 화면간 예측부(360), 화면내 예측부(370), 및 엔트로피 코딩부(380)를 포함한다. 상기 필터링부(345)를 제외하고는 도 1의 내용과 동일하다. 상기 필터링부(345)는 디블록킹 필터를 거친 복호된 픽쳐에 필터를 적용하여 원래 픽쳐와의 차이를 최소화한다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치(400)의 개략적인 블록도이다.
도 7 을 참조하면, 본 발명의 비디오 신호 디코딩 장치는 엔트로피 디코딩부(410), 양자화부(420), 역변환부(425), 디블록킹 필터링부(430), 필터링부(435), 복호픽쳐저장부(440), 화면간 예측부(450), 화면내 예측부(460)를 포함한다. 마찬가지로 상기 필터링부(435)를 제외하고 도 2의 내용과 동일하다. 상기 필터링부(435)는 디블록킹 필터링을 거친 복호된 픽쳐에 필터를 적용하여 원래 픽쳐와의 차이를 최소화한다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인코더에서 디블록킹 필터링부를 거친 복원된 현재 프레임에 대해 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
필터링부는 디블록킹 필터링부를 거친 복원된 현재 프레임을 수신하고(S400), 상기 현재 프레임과 원래의 프레임을 비교하여 양자간의 차이를 최소로 하는 필터를 생성할 수 있다(S405). 상기 필터 생성 방법은 도 10 을 참조하여 살펴보기로 한다.
다만 상기 획득한 필터를 디블록킹 필터링부를 거친 복원된 현재 프레임에 적용함으로써 현재 프레임의 복원에 대한 정확성을 향상시킬 수 있으나, 오히려 정확성을 떨어뜨릴 수도 있다(S410). 만일 필터 적용이 효율적인 경우, 상기 생성된 필터 계수를 디코더로 전송할 것이고(S415), 필터 적용이 비효율적인 경우, 플래그를 사용하여 예측된 프레임에 필터를 적용하지 않는다는 정보를 전송할 것이다(S420).
도 9 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 디코더에서 디블록킹 필터링부를 거친 복원된 현재 프레임에 대해 필터를 적용하는 과정을 나타내는 순서도이다.
디코더에서는 인코더로부터 현재 프레임에 대한 필터 정보를 수신하고(S425), 상기 필터 정보를 디블록킹 필터링부를 거친 복원된 현재 프레임에 적용한다(S430). 상기 필터링부를 거친 현재 프레임은 출력되거나 다른 프레임 예측시 이용되기 위해 복호픽쳐저장부에 저장될 수 있다(S435).
도 10 은 본 발명에서 필터를 생성하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 10 을 참조하면, w[n]'은 현재 픽쳐의 예측된 화소값으로 필터에 입력되는 값이다. x[n]'은 필터링된 현재 픽쳐의 예측된 화소값으로, 필터 계수 ai'를 가지며 N차의 필터를 이용한 경우, x[n]'은 다음 수학식8과 같이 표현될 수 있다.
s[n]'은 원래 픽쳐의 화소값이다. x[n]'과 s[n]'의 차이를 e[n]'이라 한다면, 상기 e[n]'을 최소로 하는 필터 계수 ai'를 얻을 수 있으며, 상기 필터 계수 ai'는 다음 수학식9와 같이 표현될 수 있다.
상기 E{e2[n]'}은 다음 수학식10과 같이 표현될 수 있다.
상기 E{e2[n]'}을 최소로 하는 필터 계수 ai'를 구하기 위해 상기 수학식10을 ai'로 미분하면 다음 수학식11와 같다.
여기서 w[n]'과 s[n]'이 고정되어 있다면, w[n]'의 상관관계와 w[n]'과 s[n]'간의 교차 상관관계로서 RW[m]'와 Rws[m]'을 다음 수학식12와 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식12를 이용하여 수학식11을 다음 수학식13과 같이 표현할 수 있다.
상기 수학식13을 0이 되도록 하는 ai'값을 구할 것이며, 이는 수학식14와 같다.
상기 수학식14로부터 필터 계수 ai'를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예의 상기 필터를 매크로 블록의 타입을 고려하여 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
인코더에서 매크로 블록의 타입 즉,인트라 매크로 블록 또는 인터 매크로 블록이 표시된 매크로 블록 맵을 생성할 수 있다. 상기 매크로 블록 맵을 이용하여 프레임을 인트라 매크로 블록 또는 인터 매크로 블록만으로 구성된 카테고리로 분류할 수 있다. 상기 각각의 카테고리별로 이에 적용할 필터 정보를 생성하고, 상기 필터 정보를 디코더로 전송한다. 디코더에서도 매크로 블록 맵을 생성하고, 이를 이용하여 매크로 블록 타입별로 카테고리를 분류한다. 상기 각각의 카테고리별로 인코더로부터 전송된 필터 정보를 적용하여 필터링을 수행한다.
본 발명의 제 2 실시예의 상기 필터를 양자화 파라미터를 고려하여 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
양자화 파라미터는 각각의 매크로 블록마다 다를 수 있다. 양자화 파라미터가 크면 양자화된 값들의 범위가 작으므로 압축율이 높지만 양자화된 값들이 원래 신호와 많은 차이를 보이는 반면 양자화 파라미터가 작으면 양자화된 값들이 원래 신호에 근접하지만 압축 효율이 감소한다. 즉 양자화 파라미터는 복원된 픽쳐의 화질에 영향을 준다. 따라서 매크로 블록의 양자화 파라미터별로 카테고리를 분류하고, 상기 카테고리를 기준으로 각각의 매크로 블록에 대해 적합한 필터를 생성할 수 있다. 상기 생성된 필터 정보는 디코더로 전송되며, 이를 이용하여 양자화 파라미터별로 필터링을 수행할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예의 상기 필터를 CBP를 고려하여 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
CBP(coded block pattern)는 매크로 블록내 데이터가 존재하는지를 나타내는 값이다. 예를 들어, 매크로 블록내 코딩된 레지듀얼이 있는 경우 예측된 매크로 블록에 대해 상기 레지듀얼이 더해져서 복원이 이루어질 것이고, 매크로 블록내 코딩된 레지듀얼이 없는 경우 예측된 매크로 블록 자체로 복원이 이루어질 것이다. 즉, 상기 CBP에 따라 이미지의 특성이 달라질 수 있다. 따라서 상기 CBP를 고려하여 이미지를 카테고리화할 수 있고, 상기 카테고리별로 적합한 필터를 생성하며, 상기 필터 정보를 디코더로 전송하고, 이를 이용하여 CBP 별로 필터링을 수행할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예의 상기 필터를 경계 세기를 고려하여 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
디블록킹 필터는 블록 왜곡 현상을 감소시키기 위한 것으로 필터의 세기를 바꾸어서 사용할 수 있고, 한편 필터를 사용하지 않는 것도 가능하다. 이는 경계 세기와 경계 주위의 이미지 샘플의 변화에 의해 좌우되며, 경계 세기는 인트라 코딩된 매크로 블록인지 여부, 움직임 벡터값, 참조 블록 등과의 관계에서 결정된다. 즉, 상기 경계 세기는 이미지의 특성을 좌우할 수 있다. 따라서 디블록킹 필터를 거친 프레임을 경계 세기를 기초로 카테고리화할 수 있고, 상기 카테고리별로 적합한 필터를 생성할 수 있으며, 상기 필터 정보를 디코더로 전송하고, 이를 이용하여 경계 세기별로 필터링을 수행할 수 있다. 다만 경계 세기에 기초로 각각의 카테고리별로 필터를 적용하는 경우 디블록킹 필터링은 생략한다.
본 발명의 제 2 실시예의 상기 필터를 경계 영역을 고려하여 적용하는 과정을 살펴보기로 한다.
프레임을 경계 영역과 비경계 영역으로 분류하여 각각의 영역에 대해 필터를 적용할 수 있다. 필터링부는 디블록킹 필터링부를 거친 복원된 현재 프레임을 수신한다. 상기 디블록킹 필터를 거친 현재 프레임에 대해 경계 여부 판별값(threshold values)에 기초하여 경계 탐색을 수행하여 경계 영역과 비경계 영역을 얻을 수 있다. 상기 경계 영역과 비경계 영역에 적용할 필터 정보를 생성하고, 상기 생성한 필터 정보와 경계 여부 판별값(threshold values) 등을 디코더로 전송한다. 디코더에서는 상기 전송된 필터 정보와 경계 여부 판별값을 이용하여 경계 영역과 비경계 영역을 분류하고, 각각의 영역에 대해 필터링을 수행한다. 예를 들어, 경계 영역의 경우 경계 영역 부분에서 지나치게 매끄럽게 되는 것을 방지하기 위해 작은 크기의 필터를 사용할 수 있다. 반면에 비경계 영역의 경우 양자화 과정에서 발생한 잡음을 제거하기 위하여 보다 큰 크기의 필터를 사용할 수 있다.
도 11 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 원래 프레임와 복원된 프레임간의 조도차이를 보상하는 방법을 나타내는 순서도이다.
예를 들어, 정확한 움직임 벡터를 찾기 위한 인터폴레이션, B 프레임 예측 과정, 디블록킹 과정 등 비디오 신호 처리에서 있어서 다양한 라운딩 연산을 수행하게 되며, 이로 인해 원래 프레임의 조도 평균값과 복원된 프레임의 조도 평균값간에 차이가 발생한다. 복원된 프레임과 원래 프레임 각각에 대한 조도 평균값을 획득할 수 있다(S600). 상기 원래 프레임의 조도 평균값을 복원된 프레임의 조도 평균값으로 나눈 값을 획득하고(S605), 이를 디코더로 전송한다(S610). 디코더에서는 상기 전송된 값을 이용하여 복원된 프레임의 조도를 보상해 줄 수 있다(S615). 이로써 다양한 라운딩 연산으로 인한 에러를 줄일 수 있다.
도 12 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플래그 정보를 이용하여 필터 계수를 코딩하는 방법을 도시한 것이다.
인코더에서는 n-1 번째 프레임와 n 번째 프레임 각각에 대해 적용할 필터를 생성한다(10,15). 다만 n-1 번째 프레임과 n 번째 프레임이 서로 유사한 경우, n 번째 프레임에 대해 n-1 번째 프레임에 적용할 필터를 적용할 수 있으며, 이를 위해 n-1 번째 프레임의 필터 사용을 지시하는 플래그를 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 플래그가 이전 프레임의 필터 사용을 지시하는 경우, n-1 번째 프레임의 필터 정보(10)를 n 번째 프레임의 필터로 이용하고 n 번째 프레임의 필터 정보(15)를 코딩하여 디코더로 전송하지 않는다. 이로써 디코더로 전송되는 필터 정보에 대한 비트량을 줄일 수 있어 효율적인 비디오 신호 처리가 가능하다. 반면 상기 플래그가 이전 프레임의 필터 사용을 지시하지 않은 경우, n 번째 프레임의 필터 정보(15)를 코딩하여 디코더로 전송할 것이다.
도 13 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차분 필터를 이용하여 필터 정보를 코딩하는 방법을 도시한 것이다.
인코더에서 n-1 번째 프레임와 n 번째 프레임 각각에 대해 적용할 필터(30,35)를 생성하고, 상기 생성된 n-1 번째 프레임의 필터와 n 번째 프레임의 필터간의 차이인 n 번째 차분 필터(40)를 획득한다. 인코더는 n 번째 프레임의 필터 정보를 디코더로 전송함에 있어서, 상기 n 번째 차분 필터 정보(40)만을 디코더로 전송함으로써 비트량을 줄일 수 있다. 디코더에서는 상기 전송된 n 번째 차분 필터 정보(40)와 n-1 번째 프레임의 필터 정보(30)를 이용하여 n 번째 프레임의 필터를 획득할 수 있다.
도 14 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 예측 필터를 이용하여 필터 정보를 코딩하는 방법을 도시한 것이다.
예측 필터는 전체 시퀀스에 대해 각각의 프레임의 필터 정보를 생성한 후 상기 필터 정보의 평균값으로 볼 수 있다. 인코더에서는 먼저 각각의 프레임의 필터 정보(45,46)를 생성하고, 상기 예측 필터와 각각의 프레임의 필터간의 차이인 차분 필터(48,50)를 획득한다. 다음 상기 차분 필터와 예측 필터를 디코더로 전송한다. 디코더에서는 상기 차분 필터(48,50)와 예측 필터(47,49)를 이용하여 각각의 프레임의 필터를 획득할 것이다. 이로써 디코더로 전송되는 필터 정보량을 줄일 수 있어 효율적인 비디오 신호 처리가 가능하다.
나아가 상기 예측 필터는 전체 시퀀스에 대한 각각의 프레임의 필터 정보 평균값에 한정하지 아니하며, n-1 번째 프레임의 필터를 n 번째 프레임에 대한 예측 필터로 사용할 수도 있다. 즉 n 번째 프레임에 사용되는 예측 필터(49)는 n-1 번째 프레임의 예측 필터(47)와 n-1 번째 차분 필터(48)에 의해 업데이트될 수 있음을 의미한다. 이는 예측 필터와 n 번째 프레임의 필터간의 차이가 큰 경우 예측 필터를 그대로 이용하는 것이 비효율적일 수 있으며, 이 경우 n 번째 프레임의 필터와 유사한 필터를 예측 필터로 사용하는 것이 효율적일 수 있기 때문이다.

Claims (23)

  1. 매크로 블록의 예측 정보와 필터 정보를 수신하는 단계;
    상기 매크로 블록의 예측 정보를 이용하여 현재 픽쳐를 예측하는 단계; 및
    상기 예측된 현재 픽쳐와 상기 필터 정보를 이용하여 필터를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 매크로 블록의 예측값을 생성하는 단계는 화면내 예측의 경우 현재 블록에 이웃하는 블록의 예측값을 이용하여 현재 블록의 예측값을 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 타입을 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 양자화 파라미터를 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 CBP(coded block pattern)를 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 필터를 적용하는 단계는 블록간의 블록경계강도를 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 필터를 적용하는 단계는 픽쳐내의 경계 영역을 탐색하는 단계를 더 포함하되, 상기 경계 영역과 비경계 영역을 구분하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 필터를 적용하는 단계는 프레임을 N*N (N은 자연수) 크기로 분할하여 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  9. 매크로 블록의 예측 정보와 필터 정보를 수신하는 수신부; 상기 매크로 블록의 예측 정보를 이용하여 현재 픽쳐를 예측하는 예측부; 및 상기 예측된 현재 픽쳐와 상기 필터 정보를 이용하여 필터를 적용하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  10. 복호픽쳐에 디블록킹 필터를 적용하는 단계;
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계; 및
    상기 필터링된 복호픽쳐를 복호픽쳐버퍼에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 타입을 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 양자화 파라미터를 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 매크로 블록의 CBP(coded block pattern)를 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 블록간의 블록경계강도를 고려하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하되, 상기 복호픽쳐에 디블록킹 필터를 적용하는 단계를 생략하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 단계는 픽쳐내의 경계 영역을 탐색하는 단계를 더 포함하되,
    상기 경계 영역과 비경계 영역을 구분하여 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  16. 제 10항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터링된 복호픽쳐에 대하여 원픽쳐와 필터링된 복호픽쳐간의 조도차이를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  17. 복호픽쳐에 디블록킹 필터를 적용하는 디블록킹 필터링부;
    상기 디블록킹 필터링된 복호픽쳐에 필터를 적용하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 복호픽쳐를 복호픽쳐버퍼에 저장하는 복호픽쳐저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  18. 현재 프레임에 적용할 필터 정보 획득에 있어서,
    이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할지 여부를 지시하는 플래그를 사용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 플래그가 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할 것을 지시하는 경우, 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임의 필터로 사용하고,
    상기 플래그가 이전 프레임의 필터 정보를 현재 프레임에 적용할 것을 지시하지 않은 경우, 현재 프레임의 필터 정보를 현재 프레임의 필터로 사용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    현재 프레임의 필터 정보는 이전 프레임의 필터 정보와 현재 프레임의 필터 정보간의 차이값과 이전 프레임의 필터 정보로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  21. 현재 프레임의 필터 정보는 현재 프레임의 예측 필터 정보와 현재 프레임의 필터 정보간의 차분 필터와 예측 필터 정보로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 현재 프레임의 예측 필터 정보는 전체 시퀀스의 각각의 프레임에 대한 필터 정보의 평균값인 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 현재 프레임의 예측 필터 정보는 이전 프레임의 필터를 현재 프레임의 예측 필터로 사용하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 방법.
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