KR20110113561A - 적응적인 필터를 이용한 인트라 예측 부호화/복호화 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
적응적인 필터를 이용한 인트라 예측 부호화/복호화 방법 및 그 장치
Description
본 발명은 동영상 혹은 정지영상을 부호화함에 있어서, 예측하려 하는 블록의 주변 화소값 또는 현재 블록의 예측된 화소값에 적응적인 필터를 적용함으로써 visible artifacts를 줄이고 잔차신호를 줄여서 부호화 효율을 높이는 방법 및 그 장치이다. 보다 상세하게는 인트라 예측을 수행하기 위한 현재 블록의 참조 화소값들에 적응적인 필터(pre-filter)를 적용한 후 예측을 수행하고, 또한 예측된 현재 블록의 화소값들에도 적응적인 필터(post-filter)를 적용한 후 잔차신호를 구하는데 사용한다. 상기 방법으로써 부호화 하려는 휘도 또는 색차 신호 블록을 효과적으로 예측하여 부호화 효율을 향상 시킨다.
통상, H.264/AVC에서는 인트라 예측시 사용되는 참조 화소값들에 필터를 적용한 후 그 값들을 예측에 사용한다. 여기서 필터는 간단한 Low-pass 필터를 사용하며 Intra_8x8 블록에 한해서만 적용한다. 필터를 적용하는 방법은 하기 [도 1]에서와 같다.
[수식 1]
h[Z] = (A + 2*Z + Q)/4
h[A] = (Z + 2*A + B)/4
~
h[P] = (O + 3*P)/4
h[Q] = (Z + 2*Q + R)/4
~
h[X] = (W + 3*X)/4
상세히 설명하면 h[Z]를 Z에 필터를 적용하여 나온 값이라고 가정할 때 [수식 1]과 같이 구해진다. 즉, (1, 2, 1)의 필터 계수를 통하여 참조(주변) 화소값들에 필터링 과정을 수행하고, 필터링을 거친 참조 화소값(h[A~Z])으로 현재 블록에 대한 9개의 방향 모드별 예측을 수행한다.
복호화 과정에서 역시 부호화 과정과 같은 방법으로 필터를 적용한다.
본 발명은 전술한 종래기술의 고정적인 필터 적용을 하지 않고, 적응적으로 필터를 적용하여 보다 효과적인 예측 블록을 만든다. 또한 참조 화소값뿐만 아니라 현재 예측 블록에도 적응적으로 필터를 적용하여 잔차신호의 양을 줄이고 부호화 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
적응적인 필터를 이용한 인트라 예측 부호화/복호화 방법 및 그 장치
본 발명은 현재 블록을 예측하기 위해 사용되는 참조 화소값 또는 현재 블록의 예측값들에 필터를 적용함으로써 visible artifacts를 줄이고 결론적으로 원본 영상과의 잔차신호를 줄여서 부호화 효율을 향상시킨다. 이는 종래기술이 참조 화소값에 고정적인 필터를 적용 하는 것에 반해 적응적으로 필터를 적용하고, 나아가 현재 블록의 예측값에도 적응적인 필터를 적용하여 보다 효율적으로 인트라 예측을 수행한다. 따라서 본 발명은 종래 부호화/복호화 장치 및 방법을 개선함으로써 압축률을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래기술을, 도 2 내지 도 5는 본 발명을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 인트라 예측을 수행함에 있어 예측 전에 참조 화소값들에 대한 적응적인 필터 적용 및 현재 블록의 예측된 값에 대한 적응적인 필터 적용하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 [도 2]에서와 같이 종래기술의 필터를 적용하기 전에 "필터 적용 판별부(201)"를 거치게 된다. 필터를 적용한 후 예측을 하는 것이 항상 좋은 것은 아니기 때문에 "필터 적용 판별부"에서는 주변 블록의 정보를 이용한 적응적인 방법 또는 율-왜곡 최적화(RDO: Rate-Distortion Optimization) 방법 등 중에서 적어도 하나의 방법을 사용하여 필터 적용 여부를 결정한다. 본 발명에서 참조 화소값에 대해서 필터링을 적용한다는 것은 반드시 참조 화소값의 모든 영역에 대해 필터링을 적용하도록 한정하는 것은 아니며, 참조 화소값들 중에서 일부 영역에 대해서만 필터링을 적용할 수도 있다.
필터 적용 판별부(201)에서는 주변 블록의 모드 정보(MPM)를 이용하여 현재블록 모드를 결정한 후, 결정된 현재 블록 모드에 따라 참조 화소값에 대한 필터 적용 여부를 달리 할 수 있다. 주변 블록의 모드 정보(MPM)를 이용하여 현재블록 모드를 결정하는 보다 구체적인 예를 들면, [도 4]는 현재 블록이 ‘C’이고 상위 블록이 ‘A’이며 왼쪽 블록이 ‘B’인 경우이다. 여기서 현재 블록의 예측 모드가 ‘A’ 블록의 예측 모드와 같을 경우, ‘A’블록의 예측 모드를 현재 블록의 예측 모드로 결정하며, 현재 블록의 예측 모드가 ‘B’ 블록의 예측 모드와 같을 경우, ‘B’블록의 예측 모드를 현재 블록의 예측 모드로 결정한다. 이때, [도 4]에서처럼, 현재 블록과 주변 블록들의 크기가 다른 상황에서도 적용될 수 있다.
또한, 결정된 현재 블록 모드뿐 아니라 현재 블록의 크기에 따라서도 참조 화소값에 대한 필터 적용 여부를 달리 할 수 있다. 하기 [도 5]는 본 발명의 하나의 실시예로, 참조 화소값들에 필터를 적용함에 있어, 예측 대상 블록의 크기와 예측 모드에 따른 필터 적용 여부를 테이블화하여 적응적으로 필터 적용 여부를 결정하는 방법을 나타낸다. 여기서, ‘0’은 필터를 적용하지 않는 것을 의미하며, ‘1’은 필터를 적용한다는 것을 의미한다.
또 다른 예로, 주변 블록이 화면내 부호화 되었는지 화면간 부호화 되었는지에 따라 참조 화소값에 대한 필터 적용 여부 및/또는 필터 종류를 달리 할 수 있다. 예를 들어, constrained intra prediction의 경우, 주변 블록이 화면간 부호화 되었을 때 화면내로 부호화 된 주변의 다른 블록의 값들을 이용하여 상기 화면간으로 부호화된 값을 채우게 되는데 이 값들에 대해서는 필터링을 적용하지 않을 수 있다.
상기 결정된 필터를 "필터 적용부(202)"에서 적용하며, 또한 필터링을 수행하는 과정에서 필터링된 화소값이 다음 화소값의 필터링 작업을 위해 사용될 수도 있고, 필터는 종래기술에서 사용한 필터를 포함한 다수의 필터 중 하나를 사용한다. 예를 들어, [수식 1]에서와 같이 3-tap필터를 사용할 수 있으며, 또 다른 방법으로는 2-tap 필터를 사용할 수 있다. 이때, 2-tap 필터에 사용되는 필터 계수는 [1/8, 7/8] 또는 [2/8, 6/8], [3/8, 5/8] 등이 될 수 있다.
상기 방식의 참조 화소값들에 대한 필터링 과정을 거친 후 "인트라 예측 수행부(203)"를 통한 부호화는 효율을 향상시키는 결과를 가져왔다. 따라서 참조 화소값들 뿐만아니라 현재 블록의 예측값에도 필터를 적용하여 부호화 성능을 높일 수 있다.
"필터 적용 판별부(204)"는 현재 블록의 부호화를 위해 예측된 9가지 모드별 예측값에 필터를 적용하는 여부를 결정한다. 여기서도 (201)과 같이 주변 블록의 정보 또는 율-왜곡 최적화 방법을 사용하게 된다. 본 발명에서 예측된 값에 대해서 필터링을 적용한다는 것은 반드시 예측된 값의 모든 영역에 대해 필터링을 적용하도록 한정하는 것은 아니며, 예측된 값들 중에서 일부 영역에 대해서만 필터링을 적용할 수도 있다.
필터 적용 판별부(204)에서는 주변 블록의 모드 정보(MPM) 이용하여 현재블록 모드를 결정한 후, 결정된 현재 블록 모드에 따라 예측된 값에 대한 필터 적용 여부를 달리 할 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, [도 4]는 현재 블록이 ‘C’이고 상위 블록이 ‘A’이며 왼쪽 블록이 ‘B’인 경우이다. 여기서 현재 블록의 예측 모드가 ‘A’ 블록의 예측 모드와 같을 경우, ‘A’블록의 예측 모드를 현재 블록의 예측 모드로 결정하며, 현재 블록의 예측 모드가 ‘B’ 블록의 예측 모드와 같을 경우, ‘B’블록의 예측 모드를 현재 블록의 예측 모드로 결정한다. 이때 결정된 현재 블록 모드뿐 아니라 현재 블록의 크기에 따라서도 예측된 값에 대한 필터 적용 여부를 달리 할 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 예측 모드가 비 방향성 모드(DC 또는 Planar)인 경우에는 참조 화소값들과 예측된 값들 사이의 차이가 방향성 모드에 비해 상대적으로 커질 수 있다. 따라서 이러한 모드의 경우, 참조 화소값에 인접한 예측한 화소값들에 대해 필터를 적용하여 예측을 보다 효율적으로 할 수 있다.
필터 적용부(205)의 하나의 실시예로, 현재 블록의 예측 모드가 비 방향성 모드(DC 또는 Planar)인 경우, 예측된 값과 주변의 복원된 참조 화소값과의 경계에 인접한 예측한 화소값들에 대해서만 필터링을 적용할 수 있다. 예를 들어, [도 3]의 경우 경계 부분의 한 라인(a1~a8, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1) 또는 두 라인(a1~a8, b1~b8, c1, d1, e1, f1, g1, h1, c2, d2, e2, f2, g2, h2) 등에 해당하는 예측된 값들에 대해 필터링을 수행할 수 있다. 이때, 사용하는 필터는 [수식 1]에서와 같이 3-tap필터를 사용할 수 있으며, 또 다른 방법으로는 2-tap 필터를 사용할 수 있다. 2-tap 필터에 사용되는 필터 계수는 [1/8, 7/8] 또는 [2/8, 6/8], [3/8, 5/8] 등이 될 수 있다. 하나의 실시 예로 [수식 3]은 화소값의 위치에 따라 2-tap 필터와 3-tap필터 중에서 선택하여 사용하는 방법을 나타내며 2-tap 필터로 [2/8, 6/8]의 필터 계수를 사용한 경우이다. 여기서, f[a1]은 예측된 값 ‘a1’에 필터링을 적용한 값을 나타내며 ‘A’와 ‘Q’는 참조 화소값에 해당한다. 다른 필터 계수에 대해서도 같은 방법으로 적용할 수 있다.
[수식 3]
f[a1] = (2*A + 4*a1 + 2*Q)/8
f[b1] = (2*B + 6*b1)/8
f[c1] = (2*C + 6*c1)/8
~
f[a2] = (2*Q + 6*a2)/8
f[a3] = (2*S + 6*a3)/8
~
또 다른 예로, 주변 블록이 화면내 부호화 되었는지 화면간 부호화 되었는지에 따라 예측된 값에 대한 필터 적용 여부 및/또는 필터 종류를 달리 할 수 있다.
상기 단계에서 필터를 적용하기로 결정이 되면 "필터 적용부(205)"를 통하여 현재 블록의 예측값에 필터링 과정을 수행한다.
이로써 현재 블록의 예측이 완료되고 잔차신호를 구한 후 엔트로피 부호화를 수행한다. RDO 방법을 사용할 경우 [도 2]의 과정을 여러 번 반복하여 최적의 모드를 결정한다.
하기 [도 3]과 [수식 2]는 본 발명의 실시예로서, 현재 블록의 예측값에 필터를 적용하는 방법을 나타낸다. H.264에는 방향에 따른 9가지 모드에 대해 예측을 수행한다. 본 실시예는 예측된 각 모드에 대해 RDO 기반으로 적응적인 필터를 적용할 시 사용된다. 사용되는 필터는 필터계수 (1, 2, 1)을 가지는 low-pass 필터이고 수평과 수직의 두 방향에 대해 순차적으로 수행한다.
여기서, 현재 필터링을 거친 화소값이 다음 화소값의 필터링을 위한 값으로 사용될 수 있고 안 될 수도 있는데, [수식 2]에서는 사용하는 것으로 한다. 따라서 수직 방향으로 필터를 적용하고, 적용되어진 값들을 가지고 수평 방향으로 다시 한번 필터를 적용한다.
[수식 2]
1. Vertical low-pass filter
v[a1] = (A + 2*a1 + a2)/4
v[a2] = (v[a1] + 2*a2 + a3)/4
~
v[a8] = (v[a7] + 3*a8)/4
v[b1] = (B + 2*b1 + b2)/4
~
2. Horizontal low-pass filter
h[a1] = (Q + 2* v[a1] + v[b1])/4
h[b1] = (h[a1] + 2* v[b1] + v[c1])/4
~
h[h1] = (h[g1] + 3* v[h1])/4
h[a2] = (R + 2* v[a2] + v[b2])/4
~
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US11711541B2 (en) | 2011-06-20 | 2023-07-25 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Image encoding/decoding method using prediction block and apparatus for same |
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