KR20090108499A - 인트라 예측 모드 결정 방법 및 그 장치와 이를 이용한영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

인트라 예측 모드 결정 방법 및 그 장치와 이를 이용한영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인트라 예측 모드 결정 방법 및 그 장치와 이를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하는 변화량 계산부; 변화량을 평가하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정부; 변화량 및 상기 임계값을 비교하는 비교부; 변화량이 임계값 미만이면, 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하는 제 1 예측 모드 결정부; 및 변화량이 임계값 이상이면, 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화 방식을 이용하여 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 최적 예측 모드로서 결정하는 제 2 예측 모드 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 불필요한 인트라 예측 모드 결정 과정을 간소화하여 압축 효율을 향상시키는 효과가 있다.
인트라 예측, 최적 예측 모드, 변화량, 임계값

Description

인트라 예측 모드 결정 방법 및 그 장치와 이를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치{Method and Apparatus for Determining Intra Prediction Mode, and Method and Apparatus for Encoding/Decoding Video using Same}
본 발명은 인트라 예측 모드 결정 방법 및 그 장치와 이를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 불필요한 인트라 예측 모드 결정 과정을 간소화하여 압축 효율을 향상시키는 인트라 예측 모드 결정 방법 및 그 장치와 이를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
Moving Picture Experts Group(MPEG)과 Video Coding Experts Group(VCEG)은 기존의 MPEG-4 Part 2와 H.263 표준안보다 더욱 우수하고 뛰어난 비디오 압축 기술을 개발하였다. 이 새로운 표준안은 H.264/AVC(Advanced video Coding) 이라 하며, MPEG-4 Part 10 AVC와 ITU-T Recommendation H.264로 공동발표되었다.
이러한 H.264/AVC(이하 'H.264'라 칭함)에서는 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Part2 Visual등 종래의 동영상 코딩 국제 표준과는 다른 공간 예측 부호화 방법을 사용하고 있다. 종래의 방법에서는 DCT 변환 영역(Transform Domain)에서 변환된 계수(Coefficients)값에 대한 "인트라 예측"을 사용함으로써 부호화 효율 증대를 추구하여 저역 전송 비트율 대의 주관적 화질의 열화를 발생시키는 결과를 초래하였지만, H.264에서는 변환 영역이 아닌 공간 영역(Spatial Domain)에서의 공간적인트라 예측(Spatial Intra Prediction)부호화 방법을 채택하고 있다. 종래의 공간적인트라 예측을 통한 부호화를 인코더 측면에서 살펴보면, 이미 코딩이 완료되어 재생된 이전 블록의 정보로부터 현재 코딩하고자 하는 블록 정보를 예측하고 코딩하고자하는 실제 블록 정보의 오차(difference)정보만을 코딩해서 디코더 단에 전송한다. 이때, 예측에 필요한 파라미터를 디코더 측에 전송하거나, 인코더와 디코더를 동기화시킴으로 해서 예측을 수행할 수도 있다. 디코더 측면에서 살펴보면, 이미 디코딩이 완료되어 재생된 주변 블록의 정보를 이용하여 현재 디코딩하고자 하는 블록의 정보를 예측하고, 인코더측에서 전송된 오차정보와의 합을 구하여 원하는 구성정보를 재생하게 된다. 이때도 역시 예측에 필요한 파라미터가 전송되었다면, 해당 파라미터를 디코딩하여 이용한다.
전술한 인트라 예측에는 인트라 4×4 예측, 인트라 16×16 예측 및 인트라 8×8 예측 등이 있으며, 각 인트라 예측에는 다수의 예측 모드를 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, 인트라 4×4 예측에는, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 대각선 왼쪽(Diagonal down-left) 모드, 대각선 오른쪽(Diagonal down-right), 수직 오른쪽(Vertical-right) 모드, 수평 아래쪽(Horizontal-down) 모드, 수직 왼쪽(Vertical-left) 및 수평 위쪽(Vertical-up) 모드를 포함하는 9가지의 예측 모드가 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 인트라 16×16 예측에는, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC 모드 및 플래인(Plane) 모드를 포함하는 4가지의 예측 모드가 있다. 인트라 8×8 예측도 인트라 16×16 예측과 유사한 4가지의 예측 모드가 있다.
H.264 인코더는 전술한 다수의 예측 모드 중에서 가장 좋은 최적의 예측 모드를 선택하여 예측을 수행한다. 어떤 예측 모드를 최적 예측 모드로 선택하여 블록 예측을 수행하는가에 따라서 압축 효율이 달라지는데, 가장 좋은 모드를 선택하기 위해서는 모든 예측 모드를 적용하여 블록의 예측을 수행한 이후 소정의 비용 함수를 사용하여 비용을 계산한 후 비용이 가장 작은 예측 모드를 선택한다.
따라서, 인트라 4×4 예측이든 인트라 16×16 예측이든지 간에, 최적의 예측 모드를 결정하기 위해서는 다수의 예측 모드를 모두 적용하여 예측을 수행하고 비용을 계산해야만 한다. 이는 부호화 과정이 복잡하게 되어 부호화 효율 또는 압축 효율을 떨어뜨리는 문제점을 발생시킨다.
또한, 주변 블록의 화소들의 화소값들이 서로 동일하거나 유사하여, 다수의 예측 모드를 통한 예측 값이 동일하거나 유사한 경우가 발생할 수 있는 데, 이러한 경우에서의 모든 예측 모드의 예측 수행을 통한 최적의 예측 모드 결정 방식은 불필요한 처리를 발생시켜 부호화 효율의 저하를 초래하는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 불필요한 인트라 예측 모드 결정 과정을 간소화하여 압축 효율을 향상시킬 수 있는 인트라 예측 모드 결정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 불필요한 인트라 예측 결정 과정을 간소화하여 영상을 효율적으로 부호화하는 영상 부호화 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 불필요한 인트라 예측 결정 과정을 간소화하여 부호화된 영상을 효율적으로 복호화하는 영상 복호화 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 따르면, 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하는 변화량 계산부; 상기 변화량을 평가하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정부; 상기 변화량 및 상기 임계값을 비교하는 비교부; 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면, 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하는 제 1 예측 모드 결정부; 및 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면, 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화(Rate-Distortion Optimization) 방식을 이용하여 상기 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로서 결정하는 제 2 예측 모드 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치를 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 한 측면에 따르면, (a) 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하는 단계; (b) 상기 변화량 및 기설정된 임계값을 비교하는 단계; (c) 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면, 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하는 단계; 및 (d) 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면, 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화 방식을 이용하여 상기 다수의 예측 모드 중에서 상기 최적 예측 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 방법을 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 한 측면에 따르면, 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하고, 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하며, 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하여 율-왜곡 최적화 방식을 통해 상기 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로서 결정하고, 상기 결정된 최적 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성하는 인트라 예측부; 상기 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값과 상기 인트라 예측값의 차이값으로부터 잔차신호를 생성하는 감산부; 상기 생성된 잔차신호를 DCT 변환하는 DCT 변환부; 상기 DCT 변환된 잔차신호를 양자화하는 양자화부; 및 상기 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화하는 인코딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 한 측면에 따르면, (a) 현 재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하는 단계; (b) 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하며, 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하여 율-왜곡 최적화 방식을 통해 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로서 결정하는 단계; (c) 상기 결정된 최적 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성하는 단계; (d) 상기 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값과 상기 인트라 예측값의 차이값으로부터 잔차신호를 생성하는 단계; (e) 상기 생성된 잔차신호를 DCT 변환하는 단계; (f) 상기 DCT 변환된 잔차신호를 양자화하는 단계; 및 (g) 상기 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 한 측면에 따르면, 수신된 비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하는 디코딩부; 상기 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화부; 상기 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환하는 역 DCT 변환부; 현재 블록에 인접하는 화소들의 변화량에 기초하여, 인트라예측 모드 정보를 부호화하지 않는 제 1 예측모드와 인트라예측 모드 정보를 부호화하는 제 2 예측모드 중 하나의 모드를 결정하고, 상기 결정된 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 상기 현재 블록의 인트라 예측값을 생성하는 인트라 예측부; 및 상기 역 DCT 변환된 잔차신호와 상기 인트라 예측값을 더하여 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값을 복원하는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치를 제 공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 한 측면에 따르면, (a) 수신한 비트스트림을 복호화하는 복호화 단계; (b) 상기 복호화된 비트스트림으로부터 잔차신호 및 예측 모드 정보를 추출하는 단계; (c) 상기 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화 단계; (d) 상기 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환하는 역 DCT 변환 단계; (e) 현재 블록에 인접하는 화소들의 변화량에 기초하여, 인트라 예측 모드 정보를 부호화하지 않는 제 1 예측 모드와 상기 인트라 예측 모드 정보를 부호화하는 제 2 예측모드 중 하나의 모드를 결정하고, 상기 결정된 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 상기 현재 블록의 인트라 예측값을 생성하는 인트라 예측 단계; 및 (f) 상기 인트라 예측값과 역 DCT 변환된 잔차신호를 이용하여 현재 블록의 화소값을 복원하는 현재 화소값 복원 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 불필요한 인트라 예측 모드 결정 과정을 간소화하여 압축 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 그를 통한 영상을 효율적으로 부호화하거나 복호화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(300)에 대한 블록구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(300)는 인트라 예측부(310), 감산부(320), DCT 변환부(330), 양자화부(340) 및 인코딩부(350) 등을 포함한다.
인트라 예측부(310)는 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하고, 계산된 변화량이 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하고, 계산된 변화량이 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고 율-왜곡 최적화 방식(Rate-Distortion Optimization: RDO)을 통해 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 최적 예측 모드로서 결정한다. 이후 인트라 예측부(310)는 전술한 방식으로 결정된 최적 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성한다. 위에서 언급한 "인접 화소들"란, 현재 블록 이전에 압축되고 현재 블록의 주변에 있는 주변 블록에 포함된 화소들이다.
감산부(320)는 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값과 인트라 예측 부(310)에서 생성된 인트라 예측값의 차이값으로부터 잔차신호를 생성한다.
DCT 변환부(330)는 감산부(320)에서 생성된 잔차신호를 DCT 변환한다. 본 실시예에서는 전형적인 DCT 변환을 일 예로 설명하였으나 그 외 전형적인 DCT 변환을 개량 및 변형한 다양한 변환이 사용될 수 있다.
양자화부(340)는 DCT 변환부(330)에서 DCT 변환된 잔차신호를 양자화한다.
인코딩부(350)는 양자화부(340)에서 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화한다.
전술한 인트라 예측부(310)는 인트라 예측 모드를 결정하는 부분과 결정된 인트라 예측 모드로 인트라 예측을 수행하는 부분으로 나눌 수 있는데, 인트라 예측부(310)에서의 인트라 예측 모드 결정 부분은 아래에서 좀 더 상세하게 설명한다.
전술한 인트라 예측부(310)는 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하고 인접 화소들의 유사성을 판단하기 위한 임계값을 설정하고, 인접 화소들이 유사한지를 판단하기 위해 계산된 변화량과 기설정된 임계값을 비교한다.
인트라 예측부(310)는 비교 결과에 따라서 인트라 예측 모드 정보를 부호화하지 않는 제 1 예측 모드와 인트라 예측 모드 정보를 부호화하는 제 2 예측 모드 중 하나의 모드를 결정한다.
인트라 예측부(310)는 비교 결과를 통해 인접 화소들의 변화량이 크다고 판단되면 종래의 방식대로 현재 블록을 다수의 예측 모드를 이용하여 예측하여 압축하고, 인접 화소들의 변화량이 적다고 판단되면 현재 블록의 다수의 예측 모드 중 하나의 예측 모드를 이용하여 예측하여 압축한다는 것이다.
먼저, 인접 화소들의 변화량이 크다고 판단되어 현재 블록의 다수의 예측 모드에 대하여 모두 예측을 수행하는 제 2 예측 모드에 대하여 알아보면, 계산된 변화량이 임계값 이상이면, 인트라 예측부(310)는 "다수의 예측 모드"에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화 방식(Rate-Distortion Optimization: RDO)을 이용하여 다수의 예측 모드 중에서 최적 예측 모드를 결정한다. 제 2 예측 모드로 인트라 예측 시 최적 예측 모드로 결정된 예측 모드를 나타내는 비트들, 즉 예측 모드 정보는 디코더로 전송될 비트스트림에 포함된다.
위에서 언급한 "다수의 예측 모드"는, 인트라 4×4 모드 예측인 경우에서는 9 가지의 예측 모드를 포함하고, 인트라 16×16 모드 예측인 경우에서는 4 가지의 예측 모드를 포함한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 인트라 4×4 모드 예측인 경우에서의 9 가지의 예측 모드는 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 대각선 왼쪽(Diagonal down-left) 모드, 대각선 오른쪽(Diagonal down-right), 수직 오른쪽(Vertical-right) 모드, 수평 아래쪽(Horizontal-down) 모드, 수직 왼쪽(Vertical-left) 및 수평 위쪽(Vertical-up) 모드를 포함한다. 단, 도 10에 도시된 9가지의 예측 모드의 순서는 도 1에 도시된 종래의 9 가지의 예측 모드의 순서와 다르게 변경되어 있음을 확인할 수 있다. 이러한 예측 모드의 순서 변경에 대한 설명은 뒤에서 다시 상세하게 기술한다.
인트라 16×16 모드 예측인 경우에서는 4 가지의 예측 모드는 수 직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC 모드 및 플래인(Plane) 모드를 포함한다. 이는 도 2에 도시된 종래의 4 가지의 예측 모드를 통해서 확인할 수 있다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 16×16 모드 예측에서는 인트라 4×4 모드 예측에서처럼 예측 순서 변경이 될 수 있다.
다음으로, 인접 화소들의 변화량이 적다고 판단되어 현재 블록의 다수의 예측 모드에 대하여 모두 예측을 수행하지 않고 하나의 예측 모드에 대해서만 예측을 하는 제 1 예측 모드에 대하여 알아보면, 계산된 변화량이 임계값 미만이면, 인트라 예측부(310)는 미리 정해진 하나의 인트라 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성한다. 제 1 예측 모드로 인트라 예측 시 상기 미리 정해진 하나의 예측 모드를 나타내는 비트들, 즉 예측 모드 정보는 디코더로 전송될 비트스트림에 포함되지 않는다. 영상 복호화 장치는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 예측 모드 결정 방법을 영상 부호화 장치(300)에서와 동일하게 수행함으로써 현재 복호해야 할 블록(현재 블록)이 제 1 예측 모드 또는 제 2 예측 모드 중 어떤 모드로 인트라 예측되었는지를 결정할 수 있다. 만약 현재 블록이 상기 제 1 예측 모드로 인트라 예측되었다고 판단되는 경우, 디코더는 상기 미리 정해진 하나의 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행함으로써 현재 블록의 재생을 위한 예측값을 얻을 수 있다. 이처럼 현재 블록이 상기 제 1 예측 모드로 인트라 예측되는 경우 영상부호화장치와 영상복호화장치 간에 미리 약속된 하나의 인트라 예측 모드를 이용하여 인트라 예측함으로써 예측 모드 정보를 비트스트림에 포함시키지 않아도 된다. 따라서 상기 제 1 예측 모드로 인트라 예측하는 경우 전송할 데이터량을 줄 일 수 있다.
전술한 바와 같이, 인접 화소들의 변화량이 임계값 미만이 되어 변화량이 적다고 판단된 경우에는 인트라 4×4 모드 예측이든 인트라 16×16 모드 예측이든 다수의 예측 모드를 모두 예측 압축을 수행하지 않고 하나의 예측 모드에 대해서만 인트라 예측을 수행하여 압축함으로써, 인트라 예측 성능을 저하하지 않으면서도 압축 효율을 향상시키는 효과가 있다. 이를 도 9를 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 9를 참조하면, 도 9의 (a)는 H.264의 인트라 4×4 모드 예측에서 사용되는 화소들을 보여주는 것이다. 소문자 a 내지 p까지의 16개의 화소들은 현재 블록의 화소들이고, 대문자 A 내지 M까지의 13개의 화소들은 이전에 압축된 주변 블록의 화소들(인접 화소들)이다.
도 1에 도시된 종래의 인트라 4×4 모드 예측을 위한 9가지 예측 모드를 이용하여 도 9의 (a)에 도시된 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하게 되면, 이미 압축된 A 내지 M의 화소값을 이용하여 9개 방향의 예측을 수행하여 최적의 예측 방향을 압축한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 1 번 예측 모드인 수평(Horizontal) 방향의 예측시, 첫 번째 행 a, b, c, d 화소는 다음의 수학식 1과 같이 예측된다.
Figure 112008026153447-PAT00001
그리고 도 1에 도시된 3번 예측 모드인 대각선 왼쪽(Diagonal down-left) 방향의 예측시, 첫 번째 행 a, b, c, d 화소는 다음의 수학식 2와 같이 예측된다.
Figure 112008026153447-PAT00002
그외에 다른 예측 모드에 대해서도 유사한 방법으로 이미 압축된 인접 화소들의 화소값을 이용해서 예측을 수행하여 잔차(Residual)신호를 생성할 수 있다.
만약, 도 9의 (a)에서의 인접 화소들의 13개 화소값(대문자 A 내지 M)이 도 9의 (b)처럼 모두 대문자 N으로 모두 동일하다면, 도 1에 도시된 1 번 예측 모드인 수평(Horizontal) 방향의 예측시, 첫 번째 행 a, b, c, d 화소는 하기 수학식 3]과 같이 예측된다.
Figure 112008026153447-PAT00003
또한, 그리고 도 1에 도시된 3번 예측 모드인 대각선 왼쪽(Diagonal down- left) 방향의 예측시, 첫 번째 행 a, b, c, d 화소는 하기 수학식 4와 같이 예측된다.
Figure 112008026153447-PAT00004
수학식 3 및 수학식 4를 통해서, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같은 동일한 인접 화소들인 경우 인트라 4×4 모드 예측을 위한 9가지 예측 모드를 이용하면, 1 번 예측 모드와 3번 예측 모드에 대한 예측 결과가 동일하다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 인트라 4×4 모드 예측에 있어서 모든 예측 모드에 대한 예측 압축을 할 필요가 없고 한 가지의 예측 모드만을 수행하여도 압축 효율이 떨어지지 않는다는 점을 확인할 수 있다.
또한, 인접 화소들이 모두 동일하지는 않지만 어느 정도 유사한 값을 가진다면 각 예측 방향의 예측값이 유사하게 되므로 동일한 경우와 마찬가지로 한 가지의 예측 모드만을 수행하여도 압축 효율이 떨어지지 않을 수 있다. 이 경우는 인접 화소들의 변화량을 계산하여 인접 화소들이 유사한지를 판단하게 되는데 이러한 인접 화소들의 유사성에 대한 판단은 인접 화소들의 변화량과 기설정된 임계값을 비교하여 판단하게 되며 이러한 판단에 대한 상세한 설명은 뒤에서 다시 설명한다.
전술한 인코딩부(350)는 양자화부(340)에서 양자화된 잔차신호를 이용하여 부호화하여, CBP(Coded Block Pattern)와 잔차계수(Residual Coefficient)에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드 및 다수의 예측 방향(예측 모드) 중 어느 방향(예측 모드)으로 예측하였는지에 대한 예측 모드 정보(Intra Prediction Mode)에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드를 포함하는 비트스트림(Bit Stream)을 생성한다.
여기서 CBP와 잔차계수에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드는 예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드의 앞에 위치한다. 이는 도 11에 도시된 비트스트림 구조를 통해 확인할 수 있다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같은 종래의 비트스트림은 예측 모드 정보가 CBP 및 잔차계수 앞에 할당되는 구조를 보이는 반면, 도 11의 (b)에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 비트스트림은 예측 모드 정보가 CBP 및 잔차계수 뒤에 할당되는 구조를 가진다.
또한, 전술한 바와 같이 인트라 예측부(310)에서는 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하고 이를 기설정해 둔 임계값과 비교하여, 계산된 변화량이 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정한다. 이와 같은 경우, 즉 변화량이 임계값 미만이 되어 기 설정된 하나의 예측 모드가 최적 예측 모드로 결정된 경우(제 1 예측 모드)에서, 인코딩부(350)는 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트는 비트스트림의 제 2 필드(예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 필드)에 "미할당"하여 부호화한다.
반면 인트라 예측부(310)에서는 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하고 이를 기설정해 둔 임계값과 비교하여, 계산된 변화량이 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화 방식을 이용하여 다수의 예측 모드 중에서 최적 예측 모드를 결정한다. 이와 같은 경우, 즉 변화량이 임계값 이상이 되어 다수의 예측 모드에 대한 인트라 예측 수행 이후 최적 예측 모드로 결정된 경우에서, 인코딩부(350)는 율-왜곡 최적화 방식에 의해 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트는 비트스트림의 제 2 필드(예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 필드)에 "할당"하여 부호화한다.
도 11의 (a)와 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩부(350)에서 비트스트림 구조가 변경된 이유는 전술한 제 1 예측 모드에서의 예측 모드 정보에 대한 비트를 비트스트림에 미할당하기 때문에 발생한다. 만약 제 1 예측 모드에서의 예측 모드 정보에 대한 비트를 비트스트림에 미할당하고 종래의 비트스트림 구조로 부호화하면, 종래의 구조로 부호화된 비트스트림을 수신한 디코더는 예측 모드 정보 및 CBP와 계수를 구분할 수 없게 된다. 즉, 비트스트림에서 어디까지가 예측 모드 정보인지 어디부터 CBP와 계수가 시작되는 부분인지를 알 수 없게 된다. 이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 도 11의 (b)와 같이 CBP와 계수가 할당되는 제 1 필드를 먼저 전송하고 이후 예측 모드 정보가 할당되는 제 2 필드를 뒤에 전송하는 형태로 비트스트림의 순서를 변경한 것이다. 이렇게 됨으로써, 디코더는 미리 정해진 CBP 및 계수에 대한 포맷에 의거하여 CBP와 계수를 문제없이 추출할 수 있고, 이후 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모드 결정 방법에 따라 제 1 예측 모드인지 아니면 제 2 예측 모드인지를 결정함으로써 특정 소블록의 예측 모드 정보가 비트스트림에 존재하지를 디코더는 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드 결정 장치(400)에 대한 블록구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드 결정 장치(400)는 변화량 계산부(410), 임계값 설정부(420), 비교부(430), 제 1 예측 모드 결정부(440) 및 제 2 예측 모드 결정부(450) 등을 포함한다.
변화량 계산부(410)는 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산한다.
임계값 설정부(420)는 현재 블록에 대한 인접 화소들이 얼마나 유사한지를 판단하고 변화량을 평가하기 위한 기준이 되는 임계값을 설정한다.
비교부(430)는 변화량 계산부(410)에서 계산된 변화량 및 임계값 설정부(420)에서 설정된 임계값을 비교한다.
제 1 예측 모드 결정부(440)는 비교부(430)에서의 비교 결과에 근거하여 변화량이 임계값 미만이면 기설정된 "하나의 예측 모드"를 최적 예측 모드로 결정한다.
제 2 예측 모드 결정부(450)는 비교부(430)에서의 비교 결과에 근거하여 변화량이 임계값 이상이면 "다수의 예측 모드"에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화 방식을 이용하여 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정한다.
전술한 변화량 계산부(410)는 현재 블록의 주변 블록에 포함된 화소들(인접 화소들)의 화소값에 대한 변화량을 산포도를 이용하여 계산한다. 여기서 산포도는 분산, 표준편차, 평균편차 및 사분편차 등을 포함하는 통계지표이며, 변화량 계산 부(410)는 이 중 하나를 이용할 수 있다. 여기서, "인접 화소들의 변화량"은 인접 화소들이 서로 얼마나 유사한지를 나타내는 지표이다. 변화량이 적으면 적을수록 인접 화소들은 더욱 유사하게 된다.
일 실시예로서, 현재 블록이 N×M 크기(N, M은 자연수)이고 표준편차를 이용하여 인접 화소들의 화소값에 대한 변화량을 계산하는 경우, 변화량 계산부(410)는 하기 수학식 5를 이용하여 인접 화소들의 화소값에 대한 변화량을 계산할 수도 있다.
Figure 112008026153447-PAT00005
Figure 112008026153447-PAT00006
Figure 112008026153447-PAT00007
Figure 112008026153447-PAT00008
Figure 112008026153447-PAT00009
전술한 블록을 효율적으로 압축하기 위해 변화량 계산부(410)에서 계산하는 인접 화소들의 변화량 이외에 이러한 계산된 변화량이 어느 정도인지 평가하기 위한 기준 정보가 되는 임계값을 적절하게 결정해야 한다. 이러한 임계값의 적절한 결정은 임계값 설정부(420)에서 이루어진다.
임계값 설정부(420)는 양자화 계수(Quantization Parameter: QP) 및 양자화 스텝 사이즈(Quantization Step Size: Qstep)를 이용하여 임계값(Threshold: Th)을 결정하여 적응적(Adaptive)으로 설정한다.
전술한 "임계값"은 현재 블록의 인접 화소들 간의 유사성이 있는지를 판단하기 위한 기준이 되는 정보이다. 변화량 계산부(410)에서 수학식 5 등을 이용하여 계산한 인접 화소들의 변화량이 설정된 임계값 미만이 되면, 인접 화소들은 변화량이 기준 값보다 적은 것이기 때문에 해당 인접 화소들은 서로 유사성이 있다라고 판단한다. 하지만, 변화량 계산부(410)에서 수학식 5 등을 이용하여 계산한 인접 화소들의 변화량이 설정된 임계값 이상이 되면, 인접 화소들의 변화량이 기준 값 이상으로 큰 것이기 때문에 해당 인접 화소들은 서로 유사성이 없다고 판단할 수 있다.
또한 임계값 설정부(420)는 양자화를 조절하는 계수로서의 양자화 계수(QP)를 임의의 정수값으로 설정할 수 있다. 예를 들어, H.264에서는 양자화 계수(QP)를 0 내지 51 범위 중 하나로 설정한다. 즉, 임계값 설정부(420)는 52개의 양자화 계수를 설정할 수 있으며, 그에 따라 52개의 임계값을 설정할 수 있다.
또한 임계값 설정부(420)는 양자화 세기를 조절하는 정보로서의 양자화 스텝 사이즈(Qstep)를 양자화 계수(QP)에 근거하여 설정한다. 예를 들어, H.264에서는 양자화 계수(QP)가 6씩 증가할 때마다 양자화 스텝 사이즈(Qstep)는 2배가 되는 특성이 있다. 임계값 설정부(420)는 이러한 특성을 이용하여 양자화 계수(QP)가 6씩 증가 할 때마다 양자화 스텝 사이즈(Qstep)를 2배만큼 변화시켜 설정할 수 있다.
전술한 바와 같은 임계값 설정부(420)에 의한 임계값(Th) 설정을 아래 기술된 수학식 6을 이용하여 설정할 수도 있다.
Figure 112008026153447-PAT00010
Figure 112008026153447-PAT00011
Figure 112008026153447-PAT00012
Figure 112008026153447-PAT00013
Figure 112008026153447-PAT00014
상기 수학식 6에서의 X에 특정 상수를 대입시켜 임계값(Th)을 설정할 수 있으며, Y에도 특정 상수를 대입시켜 임계값(Th)을 설정할 수 있다. 이러한 상수 X 및/또는 상수 Y는 양자화 계수(QP) 및/또는 양자화 스텝 사이즈(Qstep)의 설정값 또는 원하는 임계값(Th)의 크기에 따라 대입 값을 변경할 수 있다.
전술한 제 1 예측 모드 결정부(440)에서 최적 예측 모드 결정시 이용한 "하나의 예측 모드"는, 현재 블록의 주변 블록에 포함된 화소들인 인접 화소들에 대하여 계산된 변화량이 기설정된 임계값 미만이었을 때 최적 예측 모드로 이용하기 위해 인트라 예측부(310)에서 기설정해 둔 예측 모드로서, 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치에서 미리 약속되어 설정된다.
일 실시예로서, 제 1 예측 모드 결정부(440)는 인접 화소들의 평균값을 예측값으로 사용하는 예측 모드를 하나의 예측 모드로 기설정해두고, 이를 최적 예측 모드로 결정할 수 있다. 이때, 인접 화소들의 평균값을 예측값으로 사용하는 예측 모드는 인트라 4×4 모드 예측 또는 인트라 16×16 모드 예측에서 사용되는 DC 모드이다. 하지만, DC 모드이외에 다른 예측 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정할 하나의 예측 모드로 기설정해둘 수도 있다.
전술한 제 2 예측 모드 결정부(450)는 다수의 예측 모드마다 인트라 예측을 수행하고 율-왜곡 최적화 방식에서 정의된 소정의 비용 함수를 통해 비용(Cost)을 계산하고, 계산된 비용이 가장 작은 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정한다.
소정의 비용 함수에는 SAD(Sum of Absolute Value), SATD(Sum of Absolute Transformed Difference), SSD(Sum of Squared Difference), MAD(Mean of Absolute Difference), 라그란지 함수(Lagrange Function) 등이 있다. SAD는 각 4x4 블록 예측오차(잔차신호) 값의 절대치를 취하여 그 값들을 합한 값이다. SATD는 각 4x4 블록의 예측오차(잔차신호) 값에 Hadamard Transform을 적용하여 생성된 계수들(Coefficients)의 절대치를 취하여 더한 값이다. SSD는 각 4x4 블록 예측 샘플의 예측오차(잔차신호) 값을 제곱하여 더한 값이고, MAD는 각 4x4 블록 예측 샘플의 예측오차(잔차신호) 값에 절대치를 취하여 평균을 구한 값이다. 라그란지 함수는 비용 함수에 비트스트림(Bitstream)의 길이 정보를 포함하여 만들어진 비용 함수이다.
전술한 제 2 예측 모드 결정부(450)는 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행을 위해 예측 순서를 변경하여 설정할 수 있다. 비교부(430)에서의 비교 결과를 통해 변화량이 임계값보다 큰 것으로 확인되면, 즉 인접 화소들의 변화량이 큰 경우에는 인접 화소들의 화소값에 대한 평균값을 인트라 예측값으로 사용하는 DC 모드가 도 1에 도시된 바와 같이 2번 예측 모드라면, 2번 예측 모드인 DC 모드가 최적 예측 모드 즉 압축 모드로 결정될 확률이 낮아진다. 따라서 제 2 예측 모드 결정부(450)는 DC 모드의 예측 순서를 마지막으로 변경하여 설정할 수 있다.
도 10에서의 인트라 4×4 모드 예측에 대한 일 실시예에서는, 9가지 다수의 예측 모드 중 DC 모드를 2번 예측 모드에서 8번 예측 모드로 예측 순서를 변경하여 압축을 수행할 수 있다. 이 경우 수직 모드, 수평 모드, 대각선 왼쪽 모드, 대각선 오른쪽 모드, 수직 오른쪽 모드, 수평 아래쪽 모드, 수직 왼쪽 모드, 수평 위쪽 모드 및 상기 DC 모드의 예측 순서로 인트라 예측을 수행하여 압축을 수행한다. 즉, 도 10에서처럼, 수직 모드 및 수평 모드는 0번 모드 및 1번 모드로 각각 유지하고, 대각선 왼쪽 모드는 2번 모드로 변경하고, 대각선 오른쪽 모드는 3번 모드로 변경하고, 수직 오른쪽 모드는 4번 모드로 변경하고, 수평 아래쪽 모드는 5번 모드로 변경하고, 수직 왼쪽 모드는 6번 모드로 변경하고, 수평 위쪽 모드는 7번 모드로 변경하고, DC 모드는 8번 모드로 변경한다.
이상에서 설명한 인트라 예측 모드 결정 장치(400)에 의하면, 불필요한 인트라 예측 모드 결정 과정을 간소화하여 압축 효율을 향상시킬 수 있으며, 이를 영상 부호화 장치(300) 및 영상 복호화 장치(500)에 적용하여 부호화 효율 및 복호화 효 율을 향상시킬 수도 있다.
이러한 인트라 예측 모드 결정 장치(400)는 영상 부호화 장치(300)에 포함된 인트라 예측부(310)의 내부 또는 입력단에 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(500)에 대한 블록구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(500)는 디코딩부(510), 역 양자화부(520), 역 DCT 변환부(530), 인트라 예측부(540) 및 가산부(550) 등을 포함한다.
디코딩부(510)는 수신된 비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하고 예측 모드 정보의 존재를 확인한다.
역 양자화부(520)는 디코딩부(510)에서 추출된 잔차신호를 역 양자화한다.
역 DCT 변환부(530)는 역 양자화부(520)에서 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환한다. 본 실시예에서는 전형적인 역 DCT 변환을 일 예로 설명하였으나 그 외 전형적인 역 DCT 변환을 개량 및 변형한 다양한 역 변환이 사용될 수 있다.
인트라 예측부(540)는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 예측 모드 결정 방법을 영상 부호화 장치(300)에서와 동일하게 수행함으로써 현재 복호해야 할 블록(현재 블록)이 제 1 예측 모드 또는 제 2 예측 모드 중 어떤 모드로 인트라 예측되었는지를 결정할 수 있다. 만약 현재 블록이 제 1 예측 모드로 인트라 예측되었다고 판단되는 경우, 상기 미리 정해진 하나의 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행함으로써 현재 블록의 재생을 위한 예측값을 얻을 수 있다.
만약 현재 블록이 상기 제 2 예측 모드로 인트라 예측되었다고 판단되는 경우, 수신한 비트스트림으로부터 추출된 인트라 예측 모드를 나타내는 정보를 이용하여 인트라 예측을 수행한다. 즉, 그 추출된 인트라 예측 모드 정보가 나타내는 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 현재블록의 예측값을 얻는다.
가산부(550)는 역 DCT 변환부(530)에서 역 DCT 변환된 잔차신호와 인트라 예측부(540)에서 인트라 예측값을 더하여 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값을 복원한다.
전술한 디코딩부(510)는, CBP와 잔차계수에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드 및 예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드를 포함하는 수신된 비트스트림을 복호화하여, 제 1 필드로부터 잔차신호를 추출하고 제 2 필드로부터 예측 모드 정보의 존재를 확인한다. 여기서 제 1 필드는 제 2 필드의 앞에 포함되어 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법에 대한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 인트라 예측 단계(S610), 전차신호 생성 단계(S620), DCT 변환 단계(S630), 양자화 단계(S640) 및 부호화 단계(S650) 등을 포함한다.
인트라 예측 단계(S610)에서는, 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하여, 계산된 변화량이 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하고, 변화량이 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고 다수의 예측 모드 중에서 율-왜곡 최적화 방식을 이용하여 최적 예측 모드를 결정하고, 이렇게 결정된 최적 예측 모드 를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성한다.
전차신호 생성 단계(S620)는 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값과 인트라 예측 단계(S610)에서 생성한 인트라 예측값의 차이값으로부터 잔차신호를 생성한다.
DCT 변환 단계(S630)는 전차신호 생성 단계(S620)에서 생성된 잔차신호를 DCT 변환한다.
양자화 단계(S640)는 DCT 변환 단계(S630)에서 DCT 변환된 잔차신호를 양자화한다.
부호화 단계(S650)는 양자화 단계(S640)에서 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화한다.
전술한 부호화 단계(S650)는 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화하되, CBP와 잔차계수에 대한 비트가 할당되는 "제 1 필드" 및 예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 "제 2 필드"를 포함하는 비트스트림을 생성한다. 위에서 언급한 제 1 필드는 제 2 필드의 앞에 위치한다.
전술한 부호화 단계(S650)는, 인트라 예측 단계(S610)에서 계산된 변화량이 임계값 미만이었을 때 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트는 비트스트림의 제 2 필드에 "미할당"한다.
하지만 부호화 단계(S650)는, 인트라 예측 단계(S610)에서 계산된 변화량이 임계값 이상이었을 때 율-왜곡 최적화 방식에 의해 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트는 비트스트림의 제 2 필드에 "할당"한다.
한편, 최적 예측 모드를 결정하여 인트라 예측을 수행하는 인트라 예측 단계(S610)는 인트라 예측 모드 결정 단계(S611) 및 인트라 예측 수행 단계(S612) 등으로 나눌 수 있다.
인트라 예측 모드 결정 단계(S611)는 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하여, 계산된 변화량이 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하고, 변화량이 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고 율-왜곡 최적화 방식을 통해 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 최적 예측 모드로서 결정한다.
인트라 예측 수행 단계(S612)는 인트라 예측 모드 결정 단계(S611)에서 결정된 최적 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드 결정 방법에 대한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드 결정 방법은, 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하는 단계(S710), 계산된 변화량 및 기설정된 임계값을 비교하는 단계(S720), S720 단계에서의 비교 결과에서 변화량이 임계값 미만이면 제 1 예측 모드를 선택하고 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하는 단계(S730) 및 S720 단계에서의 비교 결과 변화량이 임계값 이상이면 제 2 예측 모드를 선택하고 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하여 율-왜곡 최적화 방식을 이용해서 다수의 예측 모드 중 최적 예측 모드를 결정하는 단계(S740) 등을 포함한다.
전술한 S730 단계를 제 1 예측 모드 선택에 따른 최적 예측 모드 결정 단계라 하고, 전술한 S740단계를 제 2 예측 모드 선택에 따른 최적 예측 모드 결정 단계라고 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법에 대한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법은 수신한 비트스트림을 복호화하는 복호화 단계(S810), 복호화된 비트스트림으로부터 잔차신호 및 예측 모드 정보를 추출하는 단계(S820), 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화 단계(S830), 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환하는 역 DCT 변환 단계(S840), 인트라 예측 모드를 결정하여 인트라 예측을 수행하는 인트라 예측 단계(S850) 및 인트라 예측값과 역 DCT 변환된 잔차신호를 이용하여 현재 블록의 화소값을 복원하는 현재 화소값 복원 단계(S860) 등을 포함한다.
복호화 단계(S810)는 수신된 비트스트림을 복호화한다. 여기서 비트스트림은 CBP와 잔차계수에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드 및 예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드를 포함하고 있으며, 제 1 필드는 제 2 필드의 앞에 포함되어 있다.
이러한 비트스트림을 복호화한 이후, 잔차신호 및 예측 모드 정보를 추출하는 단계(S820)는 복호화 단계(S810)에서 복호화된 비트스트림으로부터 잔차신호 및 예측 모드 정보를 추출한다. 이때, 복호화된 비트스트림에 포함된 제 1 필드로부터 잔차신호를 추출하고 복호화된 비트스트림에 포함된 제 2 필드로부터 예측 모드 정보가 추출된다. 전술한 제 1 예측 모드로 부호화된 경우 예측 모드 정보는 존재하 지 않는다. 그러나 제 2 예측모드로 부호화되었다면 예측 모드 정보가 비트스트림에 존재한다.
역 양자화 단계(S830)는 S820 단계에서 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 단계이다.
역 DCT 변환 단계(S840)은 역 양자화 단계(S830)에서 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환하는 단계이다.
인트라 예측 단계(S850)는, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 예측 모드 결정 방법을 영상부호화장치에서와 동일하게 수행함으로써 현재 복호해야 할 블록(현재 블록)이 상기 제 1 예측 모드 또는 상기 제 2 예측 모드 중 어떤 모드로 인트라 예측되었는지를 결정할 수 있다. 만약 현재 블록이 상기 제 1 예측 모드로 인트라 예측되었다고 판단되는 경우, 상기 미리 정해진 하나의 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행함으로써 현재 블록의 재생을 위한 예측값을 얻을 수 있다.
만약 현재 블록이 상기 제 2 예측 모드로 인트라 예측되었다고 판단되는 경우, 수신한 비트스트림으로부터 추출된 인트라 예측 모드를 나타내는 정보를 이용하여 인트라 예측을 수행한다. 즉, 그 추출된 인트라 예측 모드 정보가 나타내는 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 현재블록의 예측값을 얻는다.
현재 화소값 복원 단계(S860)는 역 DCT 변환 단계(S840)에서 역 DCT 변환된 잔차신호와 인트라 예측 단계(S850)에서 생성된 인트라 예측값을 더하여 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값을 복원한다. 이렇게 복원된 원 화소값들은 재생된다.
전술한 인트라 예측 단계(S850)는, S820 단계에서의 예측 모드 정보 존재 확인 결과에 따라 인트라 예측 모드를 결정하는 단계(S851) 및 이렇게 결정된 인트라 예측 모드로 인트라 예측을 수행하는 단계(S852)로 나누어 수행될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 영상 부호화 기술에 적용되어, 불필요한 인트라 예측 모드 결정 과정을 간소화하여 압축 효율을 향상시키는 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 종래의 9가지 4×4 인트라 예측 모드를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 4가지 16×16 인트라 예측 모드를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치에 대한 블록구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드 결정 장치에 대한 블록구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치에 대한 블록구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법에 대한 흐름도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드 결정 방법에 대한 흐름도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법에 대한 흐름도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인접 화소들의 변화량을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 순서가 변경된 9가지의 4×4 인트라 예측 모드를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트스트림 구조 변경을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
300: 영상 부호화 장치 310: 인트라 예측부
320: 감산부 330: DCT 변환부
340: 양자화부 350: 인코딩부
400: 인트라 예측 모드 결정 장치 410: 변화량 계산부
420: 임계값 설정부 430: 비교부
440: 제 1 예측 모드 결정부 450: 제 2 예측 모드 결정부
500: 영상 복호화 장치 510: 디코딩부
520: 역 양자화부 530: 역 DCT 변환부
540: 인트라 예측부 550: 가산부

Claims (20)

  1. 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하는 변화량 계산부;
    상기 변화량을 평가하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정부;
    상기 변화량 및 상기 임계값을 비교하는 비교부;
    상기 변화량이 상기 임계값 미만이면, 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하는 제 1 예측 모드 결정부; 및
    상기 변화량이 상기 임계값 이상이면, 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화(Rate-Distortion Optimization) 방식을 이용하여 상기 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로서 결정하는 제 2 예측 모드 결정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변화량 계산부는,
    상기 현재 블록에 대한 상기 인접 화소들의 화소값에 대한 변화량을 산포도를 이용하여 계산하되, 상기 산포도는 분산, 표준편차, 평균편차 및 사분편차 중 하나이고, 상기 인접 화소들의 화소값에 대한 변화량은 상기 인접 화소들이 서로 얼마나 유사한지를 나타내는 지표로서 상기 변화량이 적으면 적을수록 상기 인접 화소들은 더욱 유사하다고 판단되고, 상기 인접 화소들은 이전에 압축된 주변 블록 에 포함된 화소들인 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 임계값 설정부는,
    양자화 계수(Quantization Parameter) 및 양자화 스텝 사이즈(Quantization Step Size)를 이용하여 상기 임계값을 설정하고, 상기 임계값은 상기 현재 블록의 인접 화소들 간의 유사성이 있는지를 판단하기 위한 정보로서 상기 인접 화소들의 변화량이 상기 임계값 미만이면, 상기 인접 화소들은 서로 유사성이 있다라고 판단하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 예측 모드 결정부는,
    상기 인접 화소들의 평균값을 예측값으로 사용하는 예측 모드를 상기 하나의 예측 모드로 기설정하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 예측 모드 결정부는,
    상기 다수의 예측 모드마다 인트라 예측을 수행하고 상기 율-왜곡 최적화 방식에서 정의된 소정의 비용 함수를 통해 비용(Cost)을 계산하고, 상기 계산된 비용이 가장 작은 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 인 트라 예측 모드 결정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 예측 모드 결정부는,
    상기 다수의 예측 모드마다 인트라 예측을 수행을 위한 예측 순서를 변경 설정하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 예측 모드 결정부는,
    상기 다수의 예측 모드 중 DC 모드의 예측 순서를 마지막으로 변경하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 예측 모드 결정부는,
    수직 모드, 수평 모드, 대각선 왼쪽 모드, 대각선 오른쪽 모드, 수직 오른쪽 모드, 수평 아래쪽 모드, 수직 왼쪽 모드, 수평 위쪽 모드 및 상기 DC 모드의 예측 순서로 인트라 예측을 수행하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 장치.
  9. (a) 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하는 단계;
    (b) 상기 변화량 및 기설정된 임계값을 비교하는 단계;
    (c) 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면, 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면, 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하고, 율-왜곡 최적화 방식을 이용하여 상기 다수의 예측 모드 중에서 상기 최적 예측 모드를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 모드 결정 방법.
  10. 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하고, 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하며, 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하여 율-왜곡 최적화 방식을 통해 상기 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로서 결정하고, 상기 결정된 최적 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성하는 인트라 예측부;
    상기 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값과 상기 인트라 예측값의 차이값으로부터 잔차신호를 생성하는 감산부;
    상기 생성된 잔차신호를 DCT 변환하는 DCT 변환부;
    상기 DCT 변환된 잔차신호를 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화하는 인코딩부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 인코딩부는,
    상기 양자화된 잔차신호를 이용하여 부호화하여, CBP(Coded Block Pattern)와 잔차계수(Residual Coefficient)에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드 및 예측 모드 정보(Intra Prediction Mode)에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드를 포함하는 상기 비트스트림을 생성하되, 상기 제 1 필드는 상기 제 2 필드의 앞에 위치하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 인코딩부는,
    상기 변화량이 상기 임계값 미만이었을 때 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트를 상기 비트스트림의 상기 제 2 필드에 미할당하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 인코딩부는,
    상기 변화량이 상기 임계값 이상이었을 때 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트를 상기 비트스트림의 상기 제 2 필드에 할당하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  14. (a) 현재 블록에 대한 인접 화소들의 변화량을 계산하여 기설정된 임계값과 비교하는 단계;
    (b) 상기 변화량이 상기 임계값 미만이면 기설정된 하나의 예측 모드를 최적 예측 모드로 결정하며, 상기 변화량이 상기 임계값 이상이면 다수의 예측 모드에 대하여 인트라 예측을 수행하여 율-왜곡 최적화 방식을 통해 다수의 예측 모드 중에서 특정 예측 모드를 상기 최적 예측 모드로서 결정하는 단계;
    (c) 상기 결정된 최적 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하여 인트라 예측값을 생성하는 단계;
    (d) 상기 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값과 상기 인트라 예측값의 차이값으로부터 잔차신호를 생성하는 단계;
    (e) 상기 생성된 잔차신호를 DCT 변환하는 단계;
    (f) 상기 DCT 변환된 잔차신호를 양자화하는 단계; 및
    (g) 상기 양자화된 잔차신호를 이용하여 비트스트림으로 부호화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 단계 (g)는,
    상기 양자화된 잔차신호를 이용하여 부호화하여, CBP(Coded Block Pattern)와 잔차계수(Residual Coefficient)에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드 및 예측 모 드 정보(Intra Prediction Mode)에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드를 포함하는 상기 비트스트림을 생성하되, 상기 제 1 필드는 상기 제 2 필드의 앞에 포함되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 단계 (g)는,
    상기 변화량이 상기 임계값 미만이었을 때 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트를 상기 비트스트림의 상기 제 2 필드에 미할당하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 단계 (g)는,
    상기 변화량이 상기 임계값 이상이었을 때 결정된 최적 예측 모드의 예측 모드 정보에 대한 비트를 상기 비트스트림의 상기 제 2 필드에 할당하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  18. 수신된 비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하는 디코딩부;
    상기 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화부;
    상기 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환하는 역 DCT 변환부;
    현재 블록에 인접하는 화소들의 변화량에 기초하여, 인트라 예측 모드 정보 를 부호화하지 않는 제 1 예측 모드와 인트라 예측 모드 정보를 부호화하는 제 2 예측모드 중 하나의 모드를 결정하고, 상기 결정된 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 상기 현재 블록의 인트라 예측값을 생성하는 인트라 예측부; 및
    상기 역 DCT 변환된 잔차신호와 상기 인트라 예측값을 더하여 현재 블록에 포함된 화소들의 원 화소값을 복원하는 가산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 비트스트림은,
    CBP(Coded Block Pattern)와 잔차계수(Residual Coefficient)에 대한 비트가 할당되는 제 1 필드 및 예측 모드 정보에 대한 비트가 할당되는 제 2 필드를 포함하고, 상기 제 1 필드는 상기 제 2 필드의 앞에 포함된 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  20. (a) 수신한 비트스트림을 복호화하는 복호화 단계;
    (b) 상기 복호화된 비트스트림으로부터 잔차신호 및 예측 모드 정보를 추출하는 단계;
    (c) 상기 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화 단계;
    (d) 상기 역 양자화된 잔차신호를 역 DCT 변환하는 역 DCT 변환 단계;
    (e) 현재 블록에 인접하는 화소들의 변화량에 기초하여, 인트라 예측 모드 정보를 부호화하지 않는 제 1 예측 모드와 상기 인트라 예측 모드 정보를 부호화하는 제 2 예측모드 중 하나의 모드를 결정하고, 상기 결정된 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 상기 현재 블록의 인트라 예측값을 생성하는 인트라 예측 단계; 및
    (f) 상기 인트라 예측값과 역 DCT 변환된 잔차신호를 이용하여 현재 블록의 화소값을 복원하는 현재 화소값 복원 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
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