KR20110067539A - Method and apparatus for video coding and decoding using intra prediction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화면 내 예측 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예측 방향을 이용하여 입력 영상에 대한 화면 내 예측을 수행하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an intra prediction encoding / decoding method and apparatus, and more particularly, to a technique for performing intra prediction on an input image using a prediction direction.
본 발명은 방송통신위원회 및 정보통신연구진흥원의 IT원천술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-011, 과제명: 차세대 DTV 핵심 기술 개발(표준화 연계)-차세대 DTV 핵심기술 개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development project of the Korea Communications Commission and the Korea Institute of Information and Telecommunication Research and Development. [Task Management No .: 2008-F-011, Title: Development of Next-Generation DTV Core Technology (Standardization) -Next generation DTV core technology development.
일반적으로, 하이브리드 예측 부호화 구조를 갖는 비디오 부/복호화 장치는 입력 영상을 16x16 크기의 매크로 블록 단위로 분할하여 부호화를 수행한다. 특히, 비디오 압축 규격인 ISO/IEC 14496-10(MPEG-4 Advanced Video Coding) 또는 H.264 및 ISO/IEC 14496-10 Amendment 3(MPEG-4 Scalable Video Coding) 규격 등은 16×16 매크로 블록 및 서브블록(4x4 및 8x8)들에 대해 화면 내 예측을 수행한다. 화면 내 예측을 수행하는 경우, 블록 내 원(original) 신호가 아닌 잔차(residual) 신호를 부호화하므로 화면 내 부호화 성능 효율이 향상된다.In general, a video encoding / decoding apparatus having a hybrid prediction encoding structure performs encoding by dividing an input image into units of 16 × 16 macroblocks. In particular, the video compression standards ISO / IEC 14496-10 (MPEG-4 Advanced Video Coding) or H.264 and ISO / IEC 14496-10 Amendment 3 (MPEG-4 Scalable Video Coding) standards, etc. In-picture prediction is performed on the subblocks 4x4 and 8x8. In the case of performing intra prediction, since the residual signal is encoded rather than the original signal in the block, the intra coding performance efficiency is improved.
그런데, 화소 단위로 파라메트릭 예측을 수용하는 경우, 종래의 부호화 장치는 예측에 사용되는 화소값의 수가 증가하는 경우, 연산 복잡도가 증가하게 된다.However, in the case of accommodating parametric prediction on a pixel-by-pixel basis, in the conventional encoding apparatus, when the number of pixel values used for prediction increases, computational complexity increases.
이에 따라, 연산 복잡도를 감소시키면서 예측을 수행하고자 하는 예측 대상 화소값의 국부적 변화를 수용할 수 있는 방안이 요구된다.Accordingly, there is a need for a method capable of accommodating local changes in the predicted pixel value for which prediction is to be performed while reducing computational complexity.
화면 내 예측 부호화 방법은, 복수의 블록들로 이루어진 입력 영상을 대상으로, 예측 방향에 기초하여 부호화 대상 블록에 포함된 적어도 하나의 화소를 예측 대상 화소로 결정하는 단계, 입력 영상에 포함된 복원 화소들 중 부호화 대상 블록에 인접하면서, 예측 방향 주변에 위치한 복원 화소들을 예측 기반 화소들로 결정하는 단계, 결정된 적어도 하나의 예측 대상 화소 및 예측 기반 화소들의 위치에 기초하여 트레이닝 데이터 집합들을 결정하는 단계, 결정된 트레이닝 데이터 집합들을 기초로 예측 방향에 따른 예측 오차를 감소시키기 위해 이용되는 예측 파라미터를 산출하는 단계, 및 산출된 예측 파라미터 및 결정된 예측 기반 화소들을 이용하여 결정된 적어도 하나의 예측 대상 화소에 대해 예측 방향으로 파라메트릭 예측을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The intra prediction encoding method may further include determining at least one pixel included in an encoding target block as a prediction target pixel based on a prediction direction based on a prediction direction, and a reconstructed pixel included in the input image. Determining reconstructed pixels, which are adjacent to an encoding target block and around a prediction direction, as prediction based pixels, determining training data sets based on the determined positions of the at least one prediction pixel and the prediction based pixels, Calculating a prediction parameter used to reduce a prediction error according to the prediction direction based on the determined training data sets, and a prediction direction for at least one prediction target pixel determined using the calculated prediction parameter and the determined prediction based pixels. To perform parametric predictions It can hamhal.
이때, 예측 기반 화소들로 결정하는 단계는, 예측 기반 화소들 간의 중간 위치에 해당하는 화소값을 보간하여 최종 예측 기반 화소들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the determining of the prediction based pixels may include determining final prediction based pixels by interpolating a pixel value corresponding to an intermediate position between the prediction based pixels.
또한, 예측 기반 화소들로 결정하는 단계는, 예측 기반 화소들의 평균, 표준 편차, 및 부호화 대상 블록의 양자화 파라미터를 기초로 상한 기준값과 하한 기준값을 계산하는 단계, 및 결정된 예측 기반 화소들 중 화소값이 계산된 상한 기준값과 하한 기준값 사이에 포함되는 화소들로 최종 예측 기반 화소들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the prediction based pixels may include calculating an upper limit reference value and a lower limit reference value based on an average of the prediction based pixels, a standard deviation, and a quantization parameter of an encoding target block, and pixel values of the determined prediction based pixels. The method may include determining final prediction based pixels with pixels included between the calculated upper limit reference value and the lower limit reference value.
또한, 예측 기반 화소들로 결정하는 단계는, 결정된 예측 기반 화소들로부터 유사 화소를 결정하는 단계, 결정된 유사 화소들 중 어느 하나를 대표 화소로 선택하는 단계, 결정된 유사 화소들 중 대표 화소를 제외한 유사 화소들에 대한 가중치를 부가하는 단계, 및 예측 기반 화소들 중 가중치가 부가된 유사 화소들, 및 가중치를 이용하여 최종 예측 기반 화소들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the prediction based pixels may include determining a similar pixel from the determined prediction based pixels, selecting one of the determined similar pixels as a representative pixel, and selecting a similar pixel except the representative pixel among the determined similar pixels. The method may include adding weights to the pixels, and determining final prediction based pixels using weighted similar pixels among the prediction based pixels, and weights.
또한, 화면 내 예측 복호화 방법은, 화면 내 예측 부호화된 입력 영상을 수신하는 단계, 수신된 입력 영상을 구성하는 복수의 블록들을 대상으로, 예측 방향에 기초하여 복호화 대상 블록에 포함된 적어도 하나의 화소를 예측 대상 화소로 결정하는 단계, 입력 영상에 포함된 복호된 화소들 중 복호화 대상 블록에 인접하면서, 예측 방향 주변에 위치한 복호 화소들을 예측 기반 화소들로 결정하는 단계, 결정된 적어도 하나의 예측 대상 화소 및 예측 기반 화소들의 위치에 기초하여 트레이닝 데이터 집합들을 결정하는 단계, 결정된 트레이닝 데이터 집합들을 기초로 예측 방향에 따른 예측 오차를 감소시키기 위해 이용되는 예측 파라미터를 산출하는 단계, 및 산출된 예측 파라미터 및 결정된 예측 기반 화소들을 이용하여 결정된 적어도 하나의 예측 대상 화소에 대해 예측 방향으로 파라메트릭 화면 내 복호화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the intra prediction decoding method may further include receiving an intra prediction encoded input image and targeting at least one block constituting the received input image, based on a prediction direction, at least one pixel included in the decoding target block. Determining as a prediction target pixel, determining decoding pixels, which are adjacent to a decoding target block among the decoded pixels included in the input image and located around the prediction direction, as prediction based pixels, the at least one determined prediction pixel Determining training data sets based on the position of prediction based pixels, calculating a prediction parameter used to reduce a prediction error along a prediction direction based on the determined training data sets, and calculating the calculated prediction parameters and the determined At least one prediction table determined using prediction based pixels Can include a prediction direction for the pixel performs the decoding in parametric screen.
본 발명은 입력 영상에 대해 예측 방향에 따라 파라메트릭 예측을 수행함으로써 계산 복잡도를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 화면 내 예측을 세밀하게 수행할 수 있다.According to the present invention, not only the computational complexity can be reduced by performing parametric prediction on the input image according to the prediction direction, but also the intra prediction can be performed in detail.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 화면 내 예측 부호화 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.1 is a flowchart provided to explain an intra prediction encoding method.
도 1을 참조하면, 부호화 장치는, 예측 방향에 따라 부호화 대상 블록으로부터 예측 대상 화소(Prediction Target Pixel)를 결정할 수 있다(S110). 여기서, 부호화 대상 블록으로는 입력 영상에 포함된 복수의 블록들 중 부호화를 수행하고자 하는 블록이 될 수 있다. 일례로, 입력 영상은 16×16보다 큰 확장 매크로 블록들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the encoding apparatus may determine a prediction target pixel from an encoding target block according to a prediction direction (S110). Here, the encoding target block may be a block to be encoded among a plurality of blocks included in the input image. In one example, the input image may include expansion macro blocks larger than 16 × 16.
이때, 부호화 대상 블록은 각 블록 혹은 그 하위의 서브블록 중 하나가 될 수 있으며, 예측 대상 화소는, 부호화 대상 블록 내에 포함된 복수의 화소들 중 적어도 하나가 될 수 있다. 일례로, 예측 대상 화소는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In this case, the encoding target block may be one of each block or sub-blocks below it, and the prediction target pixel may be at least one of a plurality of pixels included in the encoding target block. For example, the prediction target pixel may be expressed as in
여기서, K는 각 예측 방향에 따른 예측 대상 화소의 개수이다. 이때, 예측 대상 화소는 1개 이상이 될 수 있다.Here, K is the number of prediction target pixels in each prediction direction. In this case, the prediction target pixel may be one or more.
보다 상세하게는, 부호화 장치는, 도 2와 같이, 부호화 장치는 부호화 대상 블록에 포함된 화소들 중 예측 방향 선 상에 위치하는 화소들을 예측 대상 화소(230)로 결정할 수 있다. 여기서, 예측 방향은, 대각 좌 하향, 대각 우 하향, 대각 좌 상향, 대각 우 상항, 수평 좌 방향, 수평 우 방향, 수직 상 방향, 수직 하 방향 및 제로 방향 중 하나 이상으로 기설정될 수 있다. In more detail, as shown in FIG. 2, the encoding apparatus may determine, as the
또한, 부호화 장치는 AVC(Advanced Video Coding) 화면 내 부호화 기법을 이용하여 부호화 대상 블록의 예측을 위한 최적 방향을 결정할 수 있다. 그러면, 결정된 최적 방향이 예측 방향으로 이용될 수 있다In addition, the encoding apparatus may determine an optimal direction for prediction of an encoding target block by using an encoding method in an advanced video coding (AVC) screen. Then, the determined optimal direction can be used as the prediction direction.
이어, 부호화 장치는, 부호화 대상 블록에 인접하면서 예측 방향 주변에 위치한 복원 화소들을 예측 기반 화소들(Prediction Support Pixels)로 결정할 수 있다(S120). 여기서, 예측 기반 화소들로는 입력 영상에 포함된 복수의 화소들 중 부호화가 완료된 이후에 복원된 화소들이 이용될 수 있다. 일례로, 예측 기반 화소는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Subsequently, the encoding apparatus may determine reconstructed pixels adjacent to the encoding target block and located around the prediction direction as prediction based pixels (S120). Here, the pixels reconstructed after encoding is completed among the plurality of pixels included in the input image may be used as the prediction based pixels. For example, the prediction based pixel may be expressed as
여기서, N은 예측 기반 화소의 개수이고, n 및 N은 예측 방향 또는 수학식 1의 k에 따라 다르게 결정될 수 있다.Here, N is the number of prediction based pixels, and n and N may be differently determined according to the prediction direction or k in
보다 상세하게는, 도 2와 같이, 부호화 장치는 예측 기반 화소(230) 주변에 위치한 복원 화소들 중 예측 방향 선상에 가깝게 위치한 복원 화소들을 예측 기반 화소들(210)로 결정할 수 있다. 일반적으로, N이 커질수록 부호화기 및 복호화기의 복잡도고 증가하는데, 상기와 같이 예측 방향에 따라 예측 기반 화소를 적응적으로 선택함으로써 부호화 및 복호화시 계산량을 줄이고 예측 성능을 향상시킬 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 2, the encoding apparatus may determine, as
이때, 부호화 장치는 예측 기반 화소들 간의 보간, 예측 기반 화소들 간의 평균, 및 유사 화소를 이용하여 최종 예측 기반 화소들을 결정할 수 있다(S130).In this case, the encoding apparatus may determine final prediction based pixels by using interpolation between prediction based pixels, an average between prediction based pixels, and similar pixels (S130).
일례로, 예측 기반 화소들 간의 보간을 이용하고, 도 3과 같이 부호화 대상 블록의 크기가 4×4, 예측 방향이 대각 좌 하향인 경우, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들(210) 각각의 중간 위치에 해당하는 화소들(330)의 화소값을 보간하여 최종 예측 기반 화소들(330)을 결정할 수 있다.For example, when interpolation between prediction based pixels is used, and as shown in FIG. 3, when the size of an encoding target block is 4 × 4 and the prediction direction is diagonally left downward, the encoding apparatus is a middle part of each of the prediction based
이와 같이, 예측 기반 화소들 간의 보간을 이용하는 경우, 모든 예측 기반 화소들을 사용하지 않음에 따라 예측 기반 화소 개수(N)가 10에서 6으로 감소될 수 있다. 이에 따라, 예측으로 인한 계산 복잡도가 더욱 감소될 수 있으며, 보간에 의해 잡음 화소가 평탄화 되는 효과가 있으므로 예측 성능도 향상될 수 있다.As such, when interpolation between prediction based pixels is used, the number of prediction based pixels N may be reduced from 10 to 6 as not all prediction based pixels are used. Accordingly, the computational complexity due to the prediction may be further reduced, and the prediction performance may also be improved because the noise pixels are flattened by interpolation.
또 다른 예로, 예측 기반 화소들 간의 평균을 이용하고, 도 3과 같이 부호화 대상 블록의 크기가 4×4, 예측 방향이 대각 좌 하향인 경우, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들의 평균값 및 표준 편차를 계산할 수 있다. As another example, when the average between prediction-based pixels is used, and the size of the encoding target block is 4 × 4 and the prediction direction is diagonally left downward, as shown in FIG. Can be calculated
그러면, 부호화 장치는, 계산된 평균값, 표준 편차 및 부호화 대상 블록의 양자화 파라미터를 이용하여 상한 기준값 및 하한 기준값을 계산할 수 있다. 여기서, 부호화 대상 블록의 양자화 파라미터는, 부호화 대상 블록의 양자화를 통해 획득될 수 있다. Then, the encoding apparatus may calculate the upper limit reference value and the lower limit reference value using the calculated average value, standard deviation, and quantization parameter of the encoding target block. Here, the quantization parameter of the encoding object block may be obtained through quantization of the encoding object block.
일례로, 부호화 장치는, 아래의 수학식 3에 따라 상한 기준값 (Thigh)및 하한 기준값(Tlow)을 계산할 수 있다.For example, the encoding apparatus may calculate the upper limit reference value T high and the lower limit reference value T low according to
Tlow= mean{y(0)(n)}- scale(QP)· deviation{y(0)(n)} T low = mean {y (0 ) (n)} - scale (QP) · deviation {y (0) (n)}
Thigh= mean{y(0)(n)}+ scale(QP)· deviation{y(0)(n)}T high = mean {y (0) (n)} + scale (QP) · deviation {y (0) (n)}
여기서, mean{y(0)(n)}은 예측 기반 화소들의 평균값이고, scale(QP)는 예측 기반 화소들의 표준 편차, deviation{y(0)(n)}은 부호화 대상 블록의 양자화 파라미터이다.Here, mean {y (0) (n)} is an average value of prediction based pixels, scale (QP) is a standard deviation of prediction based pixels, and deviation {y (0) (n)} is a quantization parameter of a block to be encoded. .
보다 상세하게는, 부호화 장치는 예측 기반 화소들의 평균에서 예측 기반 화소들의 표준 편차와 양자화 파라미터의 곱을 감산하여 하한 기준값을 계산할 수 있다. 또한, 부호화 장치는 예측 기반 화소들의 평균에 예측 기반 화소들의 표준 편차와 양자화 파라미터의 곱을 가산하여 하한 기준값을 계산할 수 있다.In more detail, the encoding apparatus may calculate a lower limit reference value by subtracting the product of the standard deviation of the prediction-based pixels and the quantization parameter from the average of the prediction-based pixels. In addition, the encoding apparatus may calculate a lower limit reference value by adding a product of the standard deviation of the prediction-based pixels and the quantization parameter to the average of the prediction-based pixels.
그러면, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들 중 하한 기준값을 초과하고, 상한 기준값 미만에 해당하는 화소들을 최종 예측 기반 화소로 결정할 수 있다.Then, the encoding apparatus may determine, as the final prediction based pixel, pixels that exceed a lower limit reference value among the prediction base pixels and fall below the upper limit reference value.
또한, 예측기반 화소들 중 서로 화소값이 유사한 화소들은 예측기반 화소로 중복하여 포함시키는 대신 가중치를 부여하여 동일 효과를 내도록 하여 예측 기반 화소의 개수를 줄일 수 있다. 즉, 도 3과 같이 부호화 대상 블록의 크기가 4×4, 예측 방향이 대각 좌 하향이고, 유사 화소가 이용되는 경우, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들 중 화소값의 차가 기설정된 기준 화소값 미만인 유사 화소들의 집합을 결정할 수 있다. In addition, pixels having similar pixel values among the prediction-based pixels may be weighted instead of being included as prediction-based pixels to give the same effect to reduce the number of prediction-based pixels. That is, as shown in FIG. 3, when the size of the encoding target block is 4 × 4, the prediction direction is diagonally left downward, and similar pixels are used, the encoding apparatus has a difference in pixel value among the prediction-based pixels that is less than the predetermined reference pixel value. A set of similar pixels can be determined.
그러면, 부호화 장치는, 결정된 유사 화소들 집합 중 어느 하나를 대표 화소로 선택할 수 있다. 그리고, 부호화 장치는, 대표 화소에 대해서만 가중치를 부여하여 예측 기반 화소로 사용할 수 있다. 그러면, 나머지 유사 화소들은 예측 기반 화소로 사용되지 않음으로써, 예측 기반 화소의 개수가 줄어 복잡도가 감소될 수 있다. Then, the encoding apparatus may select any one of the determined similar pixels as the representative pixel. In addition, the encoding apparatus may assign a weight to only the representative pixel to use as a prediction based pixel. Then, since the remaining similar pixels are not used as prediction based pixels, the number of prediction based pixels may be reduced, thereby reducing complexity.
이때, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들 중 유사 화소를 제외한 복원 화소들과 대표 화소, 그리고 가중치를 이용하여 최종 예측 기반 화소를 결정할 수 있다.In this case, the encoding apparatus may determine the final prediction based pixel by using reconstructed pixels except the similar pixel, the representative pixel, and the weight among the prediction based pixels.
일례로, 부호화 장치는, 아래의 수학식 4에 기초하여 예측 기반 화소들로부터 유사 화소를 결정할 수 있다.In one example, the encoding apparatus may determine a similar pixel from the prediction based pixels based on
Weight(i)= the number of pixels equation (1)Weight (i) = the number of pixels equation (1)
여기서, Th는 기준 화소값으로 기설정될 수 있으며, weight(i)는 가중치이다.Here, Th may be preset as a reference pixel value, and weight (i) is a weight.
수학식 4에 따르면, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들 간의 차의 절대값(|y(0)(i)- y(0)(j)|)이 기준 화소값(Th) 미만에 해당하는 화소들을 유사 화소로 결정할 수 있다. 그러면, 부호화 장치는 결정 유사 화소들 중 어느 하나를 대표 화소로 선택할 수 있다. 이때, 부호화 장치는 유사 화소들의 평균값을 계산하고, 평 균값을 대표 화소로 선택할 수 있다. According to
또한, 부호화 장치는 유사 화소들 중 가운데에 위치하는 유사 화소를 대표 화소로 선택할 수 있다. 그러면, 부호화 장치는, 유사 화소들 중 선택된 대표 화소를 제외한 나머지 유사 화소들의 수로서 가중치를 부가할 수 있다.In addition, the encoding apparatus may select a similar pixel positioned in the middle of the similar pixels as the representative pixel. Then, the encoding apparatus may add a weight as the number of the similar pixels except the selected representative pixel among the similar pixels.
일례로, 예측 기반 화소의 수가 10개 이고, 5개의 유사 화소가 결정된 경우, 부호화 장치는 대표 화소를 제외한 4개의 유사 화소에 대해 가중치를 4로 부가할 수 있다. 그러면, 부호화 장치는, 예측 기반 화소에서 가중치가 부가된 유사 화소들을 제외한 6개의 화소들과 가중치를 이용하여 최종 예측 기반 화소들을 결정할 수 있다. 이때, 부가된 가중치는 예측 파라미터를 산출하기 위해 이용될 수 있다For example, when the number of prediction-based pixels is 10 and five similar pixels are determined, the encoding apparatus may add a weight of 4 to four similar pixels except the representative pixel. Then, the encoding apparatus may determine the final prediction based pixels using six pixels and weights excluding the similar pixels to which the weight is added in the prediction based pixel. In this case, the added weight may be used to calculate the prediction parameter.
이상에서 설명한 바와 같이, 예측 방향 선 상에 인접한 복원 화소들이 많이 포함되도록 예측 기반 화소가 결정되는 경우, 예측 성능이 향상될 수 있다. 특히, 부호화 장치는, 부호화 대상 블록의 상/하/좌/우 중 가능 많은 방향의 복원 화소들을 예측 기반 화소들로 결정할 수 있다.As described above, when the prediction base pixel is determined to include many reconstructed pixels adjacent to the prediction direction line, prediction performance may be improved. In particular, the encoding apparatus may determine reconstructed pixels in as many directions as possible among up / down / left / right of the encoding target block as prediction based pixels.
이때, 부호화 대상 블록이 슬라이스 경계에 위치하거나, 또는 복원되지 않은 블록과 인접한 경우, 부호화 장치는, 입력 영상에 포함된 복원 화소들 중 부호화 대상 블록의 예측 방향의 방향 벡터와 거리가 가까운 화소들을 예측 기반 화소들로 선택할 수 있다. In this case, when the encoding target block is located at the slice boundary or adjacent to the non-reconstructed block, the encoding apparatus predicts pixels among the reconstructed pixels included in the input image that are close to the direction vector in the prediction direction of the encoding target block. The base pixels may be selected.
일례로, 도 4와 같이, 예측 방향 선 상에 인접한 화소들(U, A) 중 아직 복원되지 않은 화소들(U)이 존재할 수 있다. 그러면, 부호화 장치는, 복원 화소들 중 방향 벡터와 인접한 화소들(S)과 예측 방향 선 상에 인접한 복원 화소들(A)을 최종 예측 기반 화소들로 결정할 수 있다. 이때, 부호화 장치는 도 5와 같이, 부호화 대상 블록의 크기가 4×4인 경우, 다양한 예측 방향에 따라 예측 기반 화소들을 다르게 결정할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 4, there may be pixels U that have not been reconstructed among the pixels U and A adjacent to the prediction direction line. Then, the encoding apparatus may determine the pixels S adjacent to the direction vector among the reconstructed pixels and the reconstructed pixels A adjacent on the prediction direction line as the final prediction based pixels. In this case, as shown in FIG. 5, when the size of an encoding target block is 4 × 4, the encoding apparatus may differently determine prediction based pixels according to various prediction directions.
이어, 부호화 장치는, 결정된 예측 대상 화소 및 최종 예측 기반 화소들 간의 기하학 적 위치 관계에 기초하여 트레이닝 데이터 집합들을 결정할 수 있다(S140).Subsequently, the encoding apparatus may determine training data sets based on the geometric positional relationship between the determined prediction target pixel and the final prediction based pixel (S140).
일례로, 도 9와 같이, 부호화 장치는 이미 복원된 화소들의 특정 영역의 각 화소 위치에 대하여 예측 대상 화소를 가상적으로 위치 시킬 수 있다. 예측 대상 화가 가상적으로 위치시킨 이후, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들 및 예측 대상 화소 템플릿을 이용하여 트레이닝 데이터 집합을 결정할 수 있다.For example, as shown in FIG. 9, the encoding apparatus may virtually position a prediction target pixel with respect to each pixel position of a specific region of pixels that are already reconstructed. After the prediction target is virtually located, the encoding apparatus may determine the training data set using the prediction based pixels and the prediction target pixel template.
또 다른 예로, 부호화 장치는 S120 단계에서 결정된 예측 기반 화소들과 거리가 가까운 복원 화소들이 포함되도록 트레이닝 데이터 집합들을 결정할 수 있다. 이때, 트레이닝 데이터 집합들은 아래의 수학식 5에 의해 결정될 수 있다. 또한, 결정된 트레이닝 데이터 집합들을 나타내는 템플릿은 도 6과 같다. As another example, the encoding apparatus may determine the training data sets to include reconstructed pixels close to a distance from the prediction-based pixels determined in operation S120. In this case, the training data sets may be determined by
여기서, M은 주어진 예측 방향에 대한 트레이닝 데이터 집합의 총 개수를 나타낼 수 있다.Here, M may represent the total number of training data sets for a given prediction direction.
보다 상세하게는, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들의 화소값 및 예측 대상 화소들의 화소값과 유사한 화소값을 갖도록 트레이닝 데이터 집합들을 결정할 수 있다. 여기서, 결정된 트레이닝 데이터 집합들은 예측 파라미터 산출 시에 이용될 수 있다.In more detail, the encoding apparatus may determine the training data sets to have a pixel value similar to the pixel value of the prediction-based pixels and the pixel value of the prediction target pixels. Here, the determined training data sets may be used when calculating a prediction parameter.
또한, 부호화 장치는, 예측 기반 화소들과 대응점간 템플릿-정합 화소값 오차가 감소되도록 트레이닝 데이터 집합들을 결정할 수 있다. 이때, 트레이닝 데이터 집합들은 예측 방향에 따라 다르게 결정될 수 있다.In addition, the encoding apparatus may determine the training data sets such that the template-matched pixel value error between the prediction-based pixels and the corresponding points is reduced. In this case, the training data sets may be determined differently according to the prediction direction.
즉, 예측 방향이 Z개인 경우, Z개의 트레이닝 데이터 집합들이 결정될 수 있다. 이를 통해, 예측 대상 화소 각각에 대해 트레이닝 데이터 집합을 결정하지 않아도 되므로 계산 복잡도가 감소될 수 있다. 여기서, Z는 임의의 상수가 될 수 있다.That is, when the prediction direction is Z, Z training data sets may be determined. As a result, since it is not necessary to determine a training data set for each of the prediction target pixels, computational complexity may be reduced. Here, Z can be any constant.
또한, 부호화 장치는, 도 7과 같이, 공통 템플릿을 생성할 수 있다. 즉, 예측 방향이 Z개인 경우, 부호화 장치는, Z개의 예측 방향 각각에 해당되는 예측 기반 화소들이 기설정된 기준 개수 이상 포함되도록 하나의 공통 템플릿을 생성할 수 있다. 그러면, 부호화 장치는, 생성된 공통 템플릿과 동일한 기하학적 구조를 갖는 트레이닝 데이터 집합들을 결정할 수 있다. In addition, the encoding apparatus may generate a common template as shown in FIG. 7. That is, when the prediction direction is Z, the encoding apparatus may generate one common template such that prediction-based pixels corresponding to each of the Z prediction directions are included in a predetermined number or more. Then, the encoding apparatus may determine training data sets having the same geometry as the generated common template.
그리고, 부호화 장치는, 결정된 트레이닝 데이터 집합들에 포함된 화소들을 대상으로, 예측 방향에 따른 예측 오차가 감소되도록 예측 파라미터를 산출할 수 있다(S150). 이때, 부호화 장치는, 어핀 예측 기법 또는 선형 예측 기법을 이용하여 예측 파라미터를 산출할 수 있다.In operation S150, the encoding apparatus may calculate a prediction parameter for the pixels included in the determined training data sets so that the prediction error according to the prediction direction is reduced. In this case, the encoding apparatus may calculate a prediction parameter using an affine prediction technique or a linear prediction technique.
일례로, 선형 예측 기법을 이용하는 경우, 아래의 수학식 6에 의해 예측 대상 화소가 예측될 수 있다.For example, when the linear prediction technique is used, the prediction target pixel may be predicted by
수학식 6에 따르면, m번째 트레이닝 데이터 집합을 이용하여 k번째 예측 대상 화소가 예측될 수 있다. According to
이때, 수학식 6은 아래의 수학식 7과 같이 매트릭스-벡터 형식으로 표현될 수 있다.In this case,
여기서, 는 m번째 트레이닝 데이터에서 k번째 예측 대상 화소를 예측하는 경우에 발생되는 부가 잡음(Additive Noise)이다.Here, is an additive noise generated when the k-th prediction target pixel is predicted from the m-th training data.
보다 상세하게는, 부호화 장치는 최소자승 오차(LSE: Least Square Error) 기법, 가중치-최소자승오차(WLSE: Weighted Least Square Error) 기법, 최적선형비치우침 추정기(BLUE: Best Linear Unbiased Estimator), 및 선형최소평균자승오차(LMMSE: Linear Minimum Mean Square Error) 기법을 이용하여 예측 파라미터를 산출할 수 있다. 이때, 예측 파라미터는 최적화 비용함수 및 해(Solution)를 포함할 수 있다.More specifically, the encoding apparatus includes a least square error (LSE) technique, a weighted least square error (WLSE) technique, a best linear unbiased estimator (BLUE), and Prediction parameters can be calculated using the Linear Minimum Mean Square Error (LMMSE) technique. In this case, the prediction parameter may include an optimization cost function and a solution.
일례로, 최소자승오차 기법을 이용하는 경우, 부호화 장치는, 아래의 수학식 9과 같이, 최적화 비용함수와 그 해(Solution)를 각각 산출할 수 있다. For example, when the least square error method is used, the encoding apparatus may calculate an optimization cost function and a solution, respectively, as shown in Equation 9 below.
또한, 가중치-최소자승오차 기법을 이용하는 경우, 부호화 장치는, 아래의 수학식 9과 같이, 최적화 비용함수와 그 해(Solution)를 각각 산출할 수 있다.In addition, when using the weight-least-error method, the encoding apparatus may calculate an optimization cost function and a solution, respectively, as shown in Equation 9 below.
또한, 최적선형비치우침추정기 기법을 이용하는 경우, 부호화 장치는, 아래의 수학식 10과 같이, 최적화 비용함수와 그 해(Solution)를 각각 산출할 수 있다.In addition, in the case of using an optimal linear bias estimator technique, the encoding apparatus may calculate an optimization cost function and a solution, respectively, as shown in Equation 10 below.
또한, 선형최소평균자승오차 기법을 이용하는 경우, 부호화 장치는, 아래의 수학식 11과 같이, 최적화 비용함수와 그 해(Solution)를 각각 산출할 수 있다.In addition, when the linear minimum mean square error method is used, the encoding apparatus may calculate an optimization cost function and a solution, respectively, as shown in Equation 11 below.
여기서, 는 부가 잡음 에 대한 공분산 행렬(Covariance Matrix)이 고, 는 파라미터 ak의 사전(Priori) 확률을 이용하여 산출된 파라미터 ak의 평균 벡터이고, 는 파라미터 ak의 공분산 행렬이다.here, Is an additive noise Is the covariance matrix for, And is the mean vector of a parameter a k calculated by using the dictionary of the parameter a k (Priori) probability, Is the covariance matrix of the parameter a k .
보다 상세하게는, 최소자승오차 기법을 이용하여 , , 를 산출하는 경우, 부호화 장치는 트레이닝 데이터 집합과 예측 기반 화소들 간의 유사도를 이용하여 가중치 행렬 wk을 산출할 수 있다. 일례로, 가중치 행렬 wk은 아래의 수학식 12에 의해 산출될 수 있다.More specifically, the least squares error technique , , When calculating, the encoding apparatus may calculate the weight matrix w k using the similarity between the training data set and the prediction based pixels. For example, the weight matrix w k may be calculated by Equation 12 below.
또한, 부가 잡음에 대한 공부산 행렬은 아래의 수학식 13에 의해 산출될 수 있다.Also, the study matrix for additive noise May be calculated by Equation 13 below.
또한, 파라미터 ak의 평균 벡터 및 공분산 행렬 는 아래의 수학식 14에 의해 산출될 수 있다.Also, the average vector of parameter a k And covariance matrix May be calculated by Equation 14 below.
여기서, 예측 파라미터를 산출하기 위해 이용되는 표본으로는 이미 부호화된 블록들 중 현재 부호화 대상 블록과 가까운 블록들에 대한 파라미터들이 이용될 수 있다. 이외에, 예측 파라미터를 산출하기 위해 이용되는 표본으로는 트레이닝 데이터 집합에 대한 파라미터들이 이용될 수 있다.Here, as samples used to calculate the prediction parameters, parameters for blocks that are close to the current encoding target block among blocks that are already encoded may be used. In addition, parameters for the training data set may be used as a sample used to calculate the prediction parameters.
이때, 파라미터 표본들이 P개 설정된 경우, 파라미터 ak의 평균 벡터 및 공분산 행렬 는 위의 수학식 14에 의해 산출될 수 있다.In this case, when P parameter samples are set, the average vector of the parameters a k And covariance matrix May be calculated by Equation 14 above.
이어, 부호화 장치는, 산출된 예측 파라미터와 예측 기반 화소들을 이용하여 예측 대상 화소에 대한 파라메트릭 예측을 수행할 수 있다(S160).Subsequently, the encoding apparatus may perform parametric prediction on the prediction target pixel by using the calculated prediction parameter and the prediction based pixels (S160).
이때, 예측 대상 화소의 화소값은 수학식 15와 같이, 예측 기반 화소들 간의 수학적 함수 관계에 따라 결정될 수 있다. 일례로, 부호화 장치는 아래의 수학식 15를 기초로 파라메트릭 예측을 수행하여 예측 대상 화소의 화소값을 결정할 수 있다.In this case, the pixel value of the prediction target pixel may be determined according to a mathematical function relationship between prediction based pixels, as shown in Equation 15. For example, the encoding apparatus may determine the pixel value of the prediction target pixel by performing parametric prediction based on Equation 15 below.
그러면, 수학식 15에 의해 결정된 예측 대상 화소의 화소값은 아래의 수학식 16이 될 수 있다.Then, the pixel value of the prediction target pixel determined by Equation 15 may be expressed by
그리고, 부호화 장치는, 결정된 예측 대상 화소의 화소값과 실제 화소값 간의 오차에 대해서만 부호화를 수행할 수 있다. 이를 통해, 부호화 효율이 향상될 수 있다.In addition, the encoding apparatus may perform encoding only on an error between the determined pixel value of the prediction target pixel and the actual pixel value. Through this, encoding efficiency may be improved.
도 8은 화면 내 예측 복호화 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.8 is a flowchart provided to explain an intra prediction prediction method.
먼저, 복호화 장치는, 화면 내 예측 부호화된 영상을 수신할 수 있다. 여기서, 화면 내 예측 부호화된 영상은 복수의 블록들을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 블록들은 각각 복수의 서브 블록들을 포함할 수 있다.First, the decoding apparatus may receive an intra prediction encoded image. Here, the intra prediction coded image may include a plurality of blocks. Also, the plurality of blocks may each include a plurality of sub blocks.
그러면, 복호화 장치는, 예측 방향에 기초하여 복호화 대상 블록에 포함된 적어도 하나의 화소를 예측 대상 화소로 결정할 수 있다(S810). 여기서, 복호화 대상 블록은 복수의 블록들 중 복호화가 수행되지 않은 어느 하나의 블록이 될 수 있다.Then, the decoding apparatus may determine at least one pixel included in the decoding target block as the prediction target pixel based on the prediction direction (S810). Here, the decoding target block may be any one of the plurality of blocks on which decoding is not performed.
이어, 복호화 장치는, 복호화 대상 블록에 인접하면서 예측 방향 주변에 위치한 복호 화소들을 예측 기반 화소들로 결정할 수 있다(S820). 여기서, 복호 화소로는 화면 내 예측 부호화된 영상에 포함된 복수의 화소들 중 이미 복호화가 수행되어 복호된 화소들이 될 수 있다. 이때, 예측 기반 화소들을 결정하는 특징은 도 1의 S120단계에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. Subsequently, the decoding apparatus may determine decoded pixels adjacent to the decoding target block and located around the prediction direction as prediction based pixels (S820). Here, the decoded pixels may be pixels that are already decoded by decoding among a plurality of pixels included in the intra prediction coded image. In this case, since the feature of determining the prediction based pixels is the same as that described in operation S120 of FIG. 1, a detailed description thereof will be omitted.
그리고, 복호화 장치는, 결정된 트레이닝 데이터 집합들을 기초로 복호화 대 상 블록을 예측하기 위해 이용되는 예측 파라미터를 산출할 수 있다(S840). 이때, 복호화 장치는 예측 방향에 따른 예측 오차가 감소되도록 예측 파라미터를 산출할 수 있다. 여기서, 예측 파라미터를 산출하는 특징은 S150 단계에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In operation S840, the decoding apparatus may calculate a prediction parameter used to predict the decoding target block based on the determined training data sets. In this case, the decoding apparatus may calculate a prediction parameter such that the prediction error according to the prediction direction is reduced. Here, since the feature for calculating the prediction parameter is the same as that described in step S150, detailed description thereof will be omitted.
이어, 복호화 장치는, 산출된 예측 파라미터와 예측 기반 화소들을 이용하여 예측 대상 화소에 대한 파라메트릭 예측을 수행할 수 있다(S850). 이때, 복호화 장치는, 예측 대상 화소에 대해 예측 방향으로 파라메트릭 예측을 수행할 수 있다. 이를 통해, 예측 대상 화소에 대한 화면 내 예측 복호화가 수행될 수 있다. Subsequently, the decoding apparatus may perform parametric prediction on the prediction target pixel by using the calculated prediction parameter and the prediction based pixels (S850). In this case, the decoding apparatus may perform parametric prediction on the prediction target pixel in the prediction direction. In this way, intra prediction decoding may be performed on the prediction target pixel.
지금까지, 입력 영상이 복수의 매크로 블록들로 구성되고, 복수의 매크로 블록들에 대한 화면 내 예측을 수행하는 부호화 및 복호화 방법에 대해서 설명하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 복수의 매크로 블록들은 복수의 서브 블록들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 서브 블록들에 포함된 화소들을 대상으로, 예측 방향에 따라 파라메트릭 예측 부호화 및 복호화를 수행할 수 있다. Up to now, the encoding and decoding method for input image consisting of a plurality of macroblocks and performing intra prediction on the plurality of macroblocks has been described. However, this is an exemplary embodiment. May include subblocks of. Accordingly, parametric prediction encoding and decoding may be performed on pixels included in the plurality of subblocks according to a prediction direction.
또한, 부호화 장치는, 입력 영상에 대해 변환 부호화를 수행할 수 있다. 즉, 부호화 장치는, 화면 내 예측을 통해 획득된 잔차 신호에 대해 하나 이상의 변환 커널을 블록 크기에 따라 선택적으로 적용할 수 있다. 그러면, 복호화 장치는, 화면 내 예측 부호화된 영상에 대해 변환 복호화를 수행할 수 있다.In addition, the encoding apparatus may perform transform encoding on the input image. That is, the encoding apparatus may selectively apply one or more transform kernels according to the block size to the residual signal obtained through intra prediction. Then, the decoding apparatus may perform transform decoding on the intra prediction encoded image.
또한, 부호화 장치는, 화면 내 예측 시 서브 블록들에 대한 화면 내 예측 부호화 결과를 비교할 수 있다. 그리고, 부호화 장치는, 서브 블록에 대한 최적 부호화 모드를 결정할 수 있다. 그러면, 복호화 장치는, 서브 블록 각각에 해당되는 최적 부호화 모드로 복호화를 수행할 수 있다. 이때, 복호화되는 영상은 화면 내 예측 부호화되어 수신된 영상으로, 복수의 블록들로 구성되며, 복수의 블록들은 복수의 서브 블록들을 포함할 수 있다.Also, the encoding apparatus may compare the intra prediction encoding results of the subblocks during the intra prediction. The encoding apparatus may determine an optimal encoding mode for the subblock. Then, the decoding apparatus may perform decoding in an optimal encoding mode corresponding to each subblock. In this case, the decoded image is an image received by intra prediction encoding, and may be composed of a plurality of blocks, and the plurality of blocks may include a plurality of sub blocks.
또한, 이상에서는 설명의 편의를 위해 수학식을 예로 들어 설명하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 본 부호화 및 복호화 장치가 수학식 1 내지 16로 제한 되어서는 안 된다. In addition, in the above description for the convenience of description, the equation is described as an example, but this is an embodiment, the present encoding and decoding apparatus should not be limited to the equation (1 to 16).
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
도 1은 화면 내 예측 부호화 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.1 is a flowchart provided to explain an intra prediction encoding method.
도 2 내지 도 5는 예측 기반 화소들을 결정하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.2 to 5 are diagrams provided to explain a method of determining prediction based pixels.
도 6 및 도 9는 트레이닝 데이터 집합들을 결정하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.6 and 9 are diagrams provided to explain a method of determining training data sets.
도 7은 공통 템플릿을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.7 is a view provided to explain a common template.
도 8은 화면 내 예측 복호화 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.8 is a flowchart provided to explain an intra prediction prediction method.
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