KR20110124118A - 픽셀값의 차분을 이용하여 영상 프레임을 부호화하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

픽셀값의 차분을 이용하여 영상 프레임을 부호화하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

영상 프레임을 부호화하는 장치에서 프레임을 픽셀 블록들로 분할한 후, 픽셀 블록 내에서 미리 지정된 참조 픽셀과 인접한 픽셀의 픽셀값을 참조 픽셀과의 차분값으로 부호화하고, 부호화된 값들을 양수들로 변환한 후, 변환된 값들을 엔트로피 코딩 효율을 높일 수 있도록 재배열하여 엔트로피 코딩 심볼에 매핑시킴으로써 기존의 코덱에 비하여 연산량을 감소시키고 구현의 복잡도를 줄이는 영상 프레임 부호화 기술이 개시된다.

Description

픽셀값의 차분을 이용하여 영상 프레임을 부호화하는 방법 및 이를 위한 장치{Method and apparatus for encoding video frame using difference between pixels}
본 발명은 영상 프레임을 부호화 및 복호화하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
영상 처리 기술 및 통신 기술이 발전하면서 네트워크를 통해 송수신되는 영상 데이터의 크기는 점점 증가하고 있으며, 최근에는 1920 X 1080의 해상도를 가지는 Full-HD급 동영상을 끊김 없이 스트리밍으로 재생하기 위한 기술에 관심이 증폭되고 있다. 이러한 고용량/고화질 영상 데이터를 끊김없이 재생하기 위해서는 넓은 대역폭이 필요하며, 이러한 관점에서 요즘에는 60GHz 대역을 사용하는 통신 기술에 대한 연구가 활발하다. 60Ghz 대역에서의 전파는 직진성(directionality)을 가지기 때문에 60Ghz 통신에서 가용 대역폭(available bandwidth)은 빔의 경로상에 존재하는 장애물에 큰 영향을 받기 쉽다. 이러한 환경에서도 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해서는 원래의(raw) 영상 데이터를 효율적으로 압축해야 할 필요가 있으며, 일반적으로 AVC/H.264 코덱이 널리 이용되고 있다. 그러나, 일반적으로 영상 처리에 사용되는 대부분의 코덱들은 많은 연산량이 필요하기 때문에 그 구현이 복잡하며 또한 많은 시스템 리소스를 필요로 한다.
따라서, 모바일 기기와 같이 제한된 전력 용량과 연산 리소스를 가지는 장치들에서 고용량/고화질 영상 데이터를 처리하기 위해서는 기존의 코덱에 비하여 상대적으로 구현이 간단하고 적은 연산량을 필요로 하는 영상 처리 기술이 요구된다.
본 발명은 영상 데이터를 효율적으로 부호화/복호화하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 영상 프레임을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 프레임을 참조 픽셀을 포함하는 픽셀 블록들로 분할하는 단계; 하나의 픽셀 블록 내에서 참조 픽셀에 인접한 픽셀과 상기 참조 픽셀과의 픽셀값 차이를 나타내는 차분값을 계산하는 단계; 상기 픽셀 블록들에 대하여 계산된 차분값들을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값들로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 값들을 심볼로 하여 엔트로피 코딩을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 변환하는 단계는, 상기 차분값에 상기 비트 뎁스의 레벨값을 합산하는 단계; 및 상기 합산의 결과값에 대하여 상기 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 엔트로피 코딩을 수행하는 단계는, 상기 변환 전의 차분값에 대한 발생 확률이 높은 순서대로 상기 변환된 값들을 Exponential Golomb code를 이용한 엔트로피 코딩의 심볼에 매핑하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 매핑하는 단계는,
Figure pat00001
에 의하여 수행되는 것이 바람직하다(d: 변환된 차분값, Sd: d에 매핑되는 심볼, p: 비트 뎁스).
또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 부호화 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 영상 프레임을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 프레임을 참조 픽셀을 포함하는 픽셀 블록들로 분할하는 프레임분할부; 하나의 픽셀 블록 내에서 참조 픽셀에 인접한 픽셀과 상기 참조 픽셀과의 픽셀값 차이를 나타내는 차분값을 계산하는 차분값계산부; 상기 픽셀 블록들에 대하여 계산된 차분값들을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값들로 변환하는 차분값변환부; 및 상기 변환된 값들을 심볼로 하여 엔트로피 코딩을 수행하는 엔트로피코딩부를 포함한다.
상기 차분값변환부는, 상기 차분값에 상기 비트 뎁스의 레벨값을 합산하는 합산부; 및 상기 합산의 결과값에 대하여 상기 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 모듈로연산부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 엔트로피코딩부는, 상기 변환 전의 차분값에 대한 발생 확률이 높은 순서대로 상기 변환된 값들을 Exponential Golomb code를 이용한 엔트로피 코딩의 심볼에 매핑하는 것이 바람직하다.
상기 엔트로피코딩부는,
Figure pat00002
(d: 변환된 차분값, Sd: d에 매핑되는 심볼, p: 비트 뎁스)에 의하여 상기 매핑을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 방법에 있어서, 부호화된 픽셀값으로부터 엔트로피 코딩에 사용된 심볼을 복원하는 단계; 상기 복원된 심볼을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값에 매핑하는 단계; 상기 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값을 합산하는 단계; 상기 합산 결과에 대하여 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 단계; 및 상기 모듈로 연산 결과값을 상기 영상 프레임을 구성하는 픽셀 블록 내에서 상기 참조 픽셀과 인접한 픽셀의 픽셀값으로 결정하는 단계를 포함한다.
상기 매핑하는 단계는,
Figure pat00003
(Ds: 심볼 s에 대한 매핑값, p: 비트 뎁스)에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 심볼은 Exponential Golomb code에 대응되는 엔트로피 코딩 심볼인 것이바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 복호화 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 장치에 있어서, 부호화된 픽셀값으로부터 엔트로피 코딩에 사용된 심볼을 추출하는 심볼복원부; 상기 복원된 심볼을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값에 매핑하는 매핑부; 상기 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값을 합산하는 합산부; 상기 합산의 결과값에 대하여 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 모듈로연산부; 및 상기 모듈로 연산 결과값을 상기 영상 프레임을 구성하는 픽셀 블록 내에서 상기 참조 픽셀과 인접한 픽셀의 픽셀값으로 결정하는 픽셀값결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 매핑부는
Figure pat00004
(Ds: 심볼 s에 대한 매핑값, p: 비트 뎁스)에 의하여 상기 매핑을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 심볼은 Exponential Golomb code에 대응되는 엔트로피 코딩 심볼인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 픽셀들의 부호화에 필요한 연산량을 줄일 수 있고, 부호화 장치의 구현 복잡도를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 픽셀 블록으로 분할하는과정을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 픽셀 블록을 부호화하는 과정을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신단에서 영상 데이터를 처리하는 전반적인 과정을 설명하기 위한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 송신단에서 출력되는 영상 데이터의 구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 부호화하는 과정을 나타내는 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차분값들을 변환하는 과정을 나타낸 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 코딩에 사용하기 위한 코드 테이블,
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 차분값의 발생 확률이 변화하는 과정을 설명하기 위한 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 차분값을 처리한 결과를 나타낸 테이블,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 부호화하는 장치의 구조를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 부호화하는 과정을 구현한 프로그램 소스 코드,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 과정을 나타낸 순서도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 과정을 구현한 프로그램 소스 코드,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 픽셀 블록으로 분할하는과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 영상 데이터는 여러 개의 영상 프레임들로 구성되는데, 하나의 영상 프레임은 복수 개의 슬라이스들로 분할된다. 예를 들면, 하나의 1920 X 1080 영상 프레임은 1920 X 8 해상도를 가지는 135개의 슬라이스들로 분할될 수 있다. 다음으로, 하나의 슬라이스는 복수 개의 픽셀 블록들로 분할될 수 있다. 예를 들면, 하나의 1920 X 8 슬라이스는 240개의 8 X 8 픽셀 블록들로 분할될 수 있다. 도 1에서는 2 X 2의 픽셀 블록을 도시하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 픽셀 블록을 변환(부호화)하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에서 설명한 과정에 의해 정해진 픽셀 블록은 픽셀들 간의 픽셀값(pixel value) 차이를 이용하여 부호화된다. 도 2에 도시된 바와 같이 2 X 2 픽셀은 y00, y01, y10, y11 네 개의 픽셀들로 구성되는데, 이 픽셀들 중 하나의 픽셀은 참조 픽셀(reference pixel)로 정해진다. 참조 픽셀은 변환되지 않으며, 나머지 픽셀들은 픽셀들 간의 차분값(difference value)으로 변환된다. 영상 프레임의 경우 인접 픽셀들 간에는 공간적 상관 관계가 있으므로 인접 픽셀들 간의 차분값을 이용하여 픽셀들을 부호화하면 리던던시가 제거되어 부호화 효율을 높일 수 있기 때문이다. 도 1에서는 y00 픽셀을 참조 픽셀로 결정하였는데, 나머지 픽셀들의 차분값은 다음과 같이 결정될 수 있다.
(1): d01 = y01 - y00
(2): d10 = y10 - y00
(3): d11 = y11 - y00
즉, 하나의 픽셀 블록에 속한 픽셀값 y00, y01, y10, y11은 각각 y00, d01, d10, d11으로 변환된다(참조 픽셀은 변화 없음). 여기서, d11은 참조 픽셀인 y11이 아니라 y00과의 픽셀값 차이를 이용하여 계산됨에 유의해야 한다. y11은 참조 픽셀인 y00보다는 y10과 더 가까우므로 y10과의 상관 관계가 더 높을 수 있기 때문이다. 본 실시예에서는 y11을 y10과의 차분값으로 변환하였으나, y01과의 차분값으로 변환할 수도 있을 것이다.
따라서, 이렇게 변환된 픽셀값은 다음과 같은 과정으로 복원될 수 있다.
(4): y01 = d01 + y00
(5): y10 = d10 + y00
(6): y11 = d11 + y10
여기서, y11을 복원하기 위해서는 y10이 필요하기 때문에, (5) 과정은 (6) 과정보다 먼저 수행되어야 함에 유의해야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신단에서 영상 데이터를 처리하는 전반적인 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 301에서, 영상 프레임에 대하여 PPDT(Pixel Predictive Differential Transform)이 수행된다. 여기서, PPDT는 도 2에서 설명한 과정을 나타낸다. 즉, 픽셀들을 픽셀값의 차이를 이용하여 부호화하는 과정이며, PPDT 결과 하나의 영상 프레임에 포함된 모든 픽셀들의 픽셀값들은 n개의 참조 픽셀값(n=픽셀 블록수)과 복수 개의 차분값들로 변환된다.
단계 302에서 파티션 데이터를 생성한다. 여기서, 파티션이란 하나의 슬라이스에 속한 픽셀 블록들에서 특정 위치의 픽셀들이 PPDT 결과 변환된 값들의 집합이다. 예를 들면, 하나의 슬라이스를 도 2에서와 같은 2 X 2 픽셀 블록들로 분할했을 경우, 그 슬라이스에 포함된 픽셀 블록들에서 y00 위치의 픽셀들은 하나의 파티션을 구성할 수 있다.
이와 같이 픽셀 블록 내에서의 위치가 동일한 픽셀들만을 모아 파티션을 구성하는 이유는 파티션에 따라 선택적으로 엔트로피 코딩을 적용하기 위함이다. 우선, 파티션에 따라 선택적으로 엔트로피 코딩을 적용하면 통신 채널의 문제로 인해 비트 오류가 발생한 경우 그 영향을 최소화할 수 있다. 예를 들면, 도 2에서 d10에 오류가 발생하게 되면 y10 및 y11을 복원(reconstruct)할 수 없지만, d11에 오류가 발생하더라도 y10은 복원할 수 있으므로, d10이 d11보다 상대적으로 중요하다. 따라서, 채널 상태에 따라 d10 위치의 픽셀들로 구성된 파티션에 대하여는 엔트로피 코딩을 수행하지 않음으로써 비트 오류의 영향을 줄일 수 있다.
또한, 영상 프레임의 특성에 따라 엔트로피 코딩시 특정 파티션에 오버 플로우가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 해당 파티션에 엔트로피 코딩을 수행하지 않음으로써 오버 플로우의 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
단계 304에서는 파티션을 패킷타이즈(packetize)한다. 즉, 파티션 데이터에 헤더를 부가하여 각 파티션별로 패킷을 생성한다.
단계 305에서는 파티션 패킷들로 구성되는 영상 프레임 데이터를 네트워크를 통해 디코더에게 송신한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 송신단에서 출력되는 영상 데이터의 구조를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임은 복수 개의 슬라이스로 구성되고, 하나의 슬라이스는 복수 개의 파티션들로 구성된다.
파티션 패킷의 헤더(PAL header)에는 영상 프레임 번호, 슬라이스 번호, 엔트로피 코딩의 수행 여부를 나타내는 정보, 픽셀 블록의 크기에 대한 정보, 파티션에 포함된 픽셀이 픽셀 블록 내에서 어느 위치의 픽셀인지를 나타내는 픽셀 위치(pixel position) 정보 등이 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 부호화하는 과정을 나타내는 순서도이다.
단계 501에서, 영상 프레임은 복수 개의 픽셀 블록들로 분할된다.
단계 502에서, 픽셀 블록 내에서 참조 픽셀과 인접 픽셀과의 차분값이 계산된다. 도 2에서 설명한 바와 같이 y11의 경우에는 참조 픽셀이 아닌 y10과의 차분값이 계산된다.
즉, 단계 501 내지 단계 502는 영상 프레임의 픽셀들에 대하여 PPDT를 수행하는 과정이다. PPDT를 거쳐 변환된 값들은 효율적인 엔트로피 코딩을 위해 적합한 값으로 변환될 필요가 있다. 이러한 과정이 이하의 단계 503 내지 단계 504에서 수행된다.
단계 503에서, 차분값들은 [0, 2p-1]의 범위를 가지는 값들로 변환된다. 여기서, p는 영상 프레임의 비트 뎁스(bit depth)를 나타낸다. 이러한 과정을 수행함으로써 엔트로피 코딩에 사용되는 심볼의 개수를 줄일 수 있다.
예를 들면, 8 bit의 비트 뎁스를 사용하는 경우 픽셀값은 [0, 255]의 범위를 가지게 되며, PPDT 결과 차분값들은 [-255, +255]의 범위를 가지게 된다. 따라서, 엔트로피 코딩을 위한 심볼을 표현하기 위해 9비트가 필요하며, 코드 워드 역시 511개가 필요하다. 그러나, 단계 503에 의해 차분값들을 [0, 2p-1]에 속하는 값들로 변환함으로써 엔트로피 코딩 심볼은 8비트로도 표현될 수 있다. 따라서, 엔트로피 코딩에 필요한 연산량을 줄일 수 있고 구현의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 변환 방법에 대한 보다 상세한 설명은 도 6에서 후술한다.
단계 504에서, 변환된 값들은 각각 엔트로피 코딩 심볼들에 매핑된다. 이 때, 변환된 값들이 바로 그 크기에 따라 순서대로 엔트로피 코딩 심볼들에 매핑되어서는 안되며, 엔트로피 코딩의 효율을 높이기 위해 재배열되어야 한다.
엔트로피 코딩은 심볼이 나올 확률에 따라 심볼을 나타내는 코드의 길이를 달리 하는 부호화 방법이며, 심볼이 나올 확률이 높을수록 짧은 코드를 사용한다. 그런데, 단계 503에서 변환된 값들은 원래의 차분값들이 발생할 확률에 따라 배열된 것이 아니다. 따라서, 이러한 변환값들은 원래의 차분값들이 발생할 확률이 높은 순서대로 재배열된 후에야 엔트로피 코딩 심볼에 매핑되어야 한다. 심볼 매핑에 대한 보다 상세한 설명은 도 8a 내지 도 8c에서 후술한다.
단계 505에서, 엔트로피 코딩을 수행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차분값들을 변환하는 과정을 나타낸 순서도이다.
단계 601에서, 차분값에 비트 뎁스의 레벨값이 합산된다. 여기서, 비트 뎁스의 레벨값은 비트 뎁스에 의해 표현될 수 있는 숫자의 크기를 말한다. 예를 들면, 비트 뎁스가 8(bit)인 경우, 비트 뎁스의 레벨값은 256이 된다.
단계 602에서, 합산 결과를 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로(modulo) 연산한다. 예를 들면, 차분값이 -200인 경우 단계 601에 의해 비트 뎁스 레벨값이 256과 합산되면 56이 되고, 이를 다시 비트 뎁스의 레벨값인 256으로 모듈로 연산하면 56이 된다. 결국, 위의 예에서 원래의 차분값 -200은 결국 56으로 변환된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 코딩에 사용하기 위한 코드 테이블이다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 6에 도시된 Exponential Golomb code를 사용하도록 한다. 다만, 본 발명의 구현 방식에 따라 다른 코드가 사용될 수도 있을 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 차분값의 발생 확률이 변화하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
전술한 바와 같이, 도 6에서의 과정을 거쳐 모든 차분값들이 [0, 2p-1] 범위의 값들로 변환되었어도, 이러한 결과값들을 그대로 도 5에서의 심볼에 매핑시킬 수는 없다. 변환된 값들은 원래의 차분값들에 대한 발생 확률이 높은 순서대로 배열된 것이 아니기 때문이다.
도 8a는 비트 뎁스가 8인 경우 차분값들의 일반적인 확률 분포를 나타내는 그래프이다. 즉, 차분값이 0일 확률이 가장 크고, 0에서 멀어질수록 발생 확률은 점점 낮아진다.
도 8b는 도 6의 과정에 의하여 변환된 값들의 발생 확률을 나타낸 그래프이다. 도 8a에 의하면, 원래의 차분값 -1은 발생 확률이 매우 높은 값인데, 이 값은 도 6의 과정에 의해 255로 변환되어 도 8b에서의 255는 도 8a에서와 달리 발생 확률이 매우 높은 값이 된다. 이와 같은 방식으로 모든 차분값들에 대하여 변환을 수행함으로써 도 8a에서의 음수값들이 모두 양수값들로 변환되면 도 8a의 그래프는 도 8b와 같이 변화된다.
도 7에 도시된 Exponential Golomb code를 사용하기 위해서는 심볼이 0에서 시작하여, 심볼값이 증가할수록 발생 확률이 감소해야 한다. 심볼값이 증가할수록 코드의 길이가 길어지므로 엔트로피 코딩의 효율이 최대화되기 때문이다. 그러나, 도 6의 과정을 통해 얻어진 변환 결과값들은 도 8b와 같이 U자형 내지 V자형의 확률 분포를 가지므로, 이들을 도 7의 테이블에 그대로 매핑하면 엔트로피 코딩의 효율이 매우 낮아진다.
따라서, 심볼들이 도 8c와 같은 확률 분포를 가지도록 변환 결과값들을 심볼에 적절히 매핑할 필요가 있다. 즉, 변환 결과값들을 변환 전 원래의 차분값에 대한 발생 확률의 크기가 큰 순서대로 재배열한 후, 이들을 차례대로 심볼들에 매핑해야 한다. 예를 들면, 변환 결과값 0, 255, 1, 254, 2, ...는 차례대로 심볼 0, 1, 2, 3, 4, ...에 매핑될 수 있다.
이러한 과정은 다음과 같은 수학식으로 정리된다.
Figure pat00005
여기서, Sd는 변환 결과값 d에 매핑될 심볼이며, p는 비트 뎁스이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 차분값을 처리한 결과를 나타낸 테이블이다.
본 실시예에서 비트 뎁스는 8임을 가정하였으며, 이에 따라 차분값은 [-255, 255]의 범위를 가진다. 예를 들어, 원래의 차분값 -255는 도 6에서의 변환 과정에 의해 1로 변환되며, 다시 엔트로피 코딩 심볼 2에 매핑된다. 결국, 원래의 차분값 -255에 대응되는 픽셀은 최종적으로 011로 부호화된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 부호화하는 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 장치(1000)는 프레임 분할부(1001), 차분값 계산부(1002), 엔트로피 코딩부(1003) 및 차분값 변환부(1010)을 포함한다.
프레임 분할부(1001)는 영상 프레임 데이터를 수신하여 복수 개의 픽셀 블록들로 분할한다.
차분값 계산부(1002)는 모든 픽셀 블록들에 대하여 참조 픽셀에 인접한 픽셀과 참조 픽셀 간의 픽셀값 차이인 차분값을 계산한다.
차분값 변환부(1010)는 차분값들을 비트 뎁스 범위인 [0, 2p-1]에 속하는 값들로 변환한다. 예를 들면, 비트 뎁스가 8일 경우 차분값들은 [0, 255]의 범위를 가지도록 변환된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 차분값 변환부(1010)는 합산부(1011) 및 모듈로 연산부(1012)를 포함한다.
합산부(1011)는 차분값 계산부(1002)에 의해 얻어진 차분값들에 비트 뎁스의 레벨값을 합산한다. 모듈로 연산부(1012)는 합산부(1011)에 의해 얻어진 결과값에 대하여 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행한다. 결국, 원래의 차분값, 즉 차분값 계산부(1002)에 입력된 차분값은 모듈로 연산부(1012)에 의해 계산된 결과값으로 변환된다.
엔트로피 코딩부(1003)는 모듈로 연산부(1012)에서 출력된 값들을 원래 차분값, 즉 차분값 변환부(1010)에 의해 변환되기 전의 값에 대한 발생 확률이 높은 순서대로 재배열하여 엔트로피 코딩 심볼에 매핑한다. 여기서의 엔트로피 코딩 심볼은 Exponential Golomb code에 대응되는 심볼이 사용될 수 있다. 엔트로피 코딩부(1003)에 의해 부호화된 데이터는 패킷화되어 네트워크를 통해 디코더로 송신된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 프레임을 부호화하는 과정을 구현한 프로그램 소스 코드이다.
1110은 차분값을 비트 뎁스 범위에 속하는 값으로 변환하는 과정이다. 구체적으로 설명하면, 원래의 차분값(Diff)에 비트 뎁스의 레벨값(1 << Bitdepth)을 합산한 후 그 결과를 다시 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산한다.
1120은 변환 결과값들을 엔트로피 코딩 심볼(MapDiff)에 매핑하는 과정을 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 변환된 값이 2p-1(p는 비트 뎁스)보다 크거나 같으면 변환된 값 d는 2(2p-d)-1로 매핑된다. 변환된 값이 0보다 크고 2p-1-1보다 작거나 같으면 변환 결과값 d는 2d로 매핑된다. 한편, 심볼 0은 0에 매핑된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 과정을 나타낸 순서도이다. 이러한 복호화 과정은 도 5에서의 부호화 과정에 대한 역 과정이다.
단계 1201에서, 복호화 장치는 부호화된 픽셀값, 즉 바이너리 코드 워드로부터 엔트로피 코딩 심볼을 복원한다. 여기서의 엔트로피 코딩 심볼은 Exponential Golomb code에 대응되는 심볼이 사용될 수 있다.
단계 1202에서, 복원된 심볼은 비트 뎁스 범위인 [0, 2p-1]에 속하는 값으로 매핑되며, 도 8c에서 설명한 매핑 과정의 역과정이 수행된다. 여기서의 매핑은 다음과 같은 수학식으로 정리될 수 있다.
Figure pat00006
여기서, Ds는 심볼 S에 매핑될 값이며, p는 비트 뎁스이다.
단계 1203에서, 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값을 합산한다. 도 2에서 살펴본 바와 같이, 참조 픽셀은 송신단에서 부호화되지 않고 송신되기 때문에, 복호화 장치에서는 별도의 복호화 과정 없이 쉽게 그 픽셀값을 알 수 있다.
단계 1204에서, 합산의 결과값들을 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산한다.
단계 1205에서, 모듈로 연산 결과를 복호화하고자 하는 픽셀값, 즉 영상 프레임의 픽셀 블록에서 참조 픽셀과 인접한 픽셀의 픽셀값으로 결정한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 과정을 구현한 프로그램 소스 코드이다.
1310은 엔트로피 코딩 심볼을 비트 뎁스 범위에 속하는 값들로 매핑하는 과정을 나타낸다. 여기서의 엔트로피 코딩 심볼은 Exponential Golomb code에 대응되는 심볼이 사용될 수 있다. 구체적으로, 심볼(MapDiff)이 짝수이면(MapDiff % 2 == 0) 심볼 s는 s/2에 매핑된다(MapDiff >> 1). 심볼이 홀수이면, 심볼 s는 2p-(s+1)/2에 매핑된다. 여기서 p는 비트 뎁스를 의미한다. 심볼 0은 0에 매핑된다.
1320은 매핑된 값을 이용하여 원래 픽셀의 픽셀값을 복원하는 과정이다. 구체적으로, 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값(PrevPix)을 더한 결과를 비트 뎁스의 레벨값(1 << BitDepth)으로 모듈로 연산한다. 모듈로 연산의 결과값은 부호화 전의 픽셀값이 된다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복호화 장치(1400)는 심볼 복원부(1401), 매핑부(1402), 합산부(1403), 모듈로 연산부(1404) 및 픽셀값 결정부(1405)를 포함한다.
심볼 복원부(1401)는 부호화된 픽셀값으로부터 엔트로피 코딩에 사용된 심볼을 추출한다.
매핑부(1402)는 복원된 심볼을 비트 뎁스 범위에 속하는 값에 매핑한다.
합산부(1403)는 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값을 더하여 모듈로 연산부(1404)로 출력한다.
모듈로 연산부(1404)는 합산부(1403)에서 출력된 값을 비트 뎁스의 레벨값을이용하여 모듈로 연산을 수행한다.
픽셀값 결정부(1405)에서는 모듈로 연산부(1404)에서 출력된 값을 부호화되기 전의 원래 픽셀값으로 결정한다. 디스플레이 장치는 이와 같이 복원된 픽셀값을 이용하여 픽셀의 컬러를 결정하고, 화면에 표시한다.
예를 들어, 비트 뎁스가 8인 영상 프레임에서, 원래의 픽셀값이 200이고 참조 픽셀의 픽셀값이 201인 경우를 가정해보도록 한다. 차분값은 -1이며, 이러한 차분값은 부호화 장치(1000)의 합산부(1011)에서 255로 변환되고, 변환 결과값 255는 모듈로 연산에 의해 엔트로피 코딩 심볼 1에 매핑된다(Sd = 2(2p-d)-1). 결국, Exponential Golomb code를 이용하여 엔트로피 코딩을 수행하면, 원래의 픽셀값 200은 010으로 부호화된다(도 9 참조).
복호화 장치(1400)의 심볼 복원부(1401)에서는 비트 스트림으로부터 엔트로피 코딩 심볼 1을 복원하여 255에 매핑한다(Ds = 2p-(s+1)/2). 합산부에서는 매핑된 값 255에 참조 픽셀의 픽셀값 201을 더하여 456을 출력한다. 모듈로 연산부(1403)에서는 456을 비트 뎁스의 레벨값인 256으로 모듈로 연산하여 200을 출력하고, 픽셀값 결정부(1405)에서는 200을 복호화하려는 픽셀의 픽셀값으로 결정한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
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.

Claims (16)

  1. 영상 프레임을 부호화하는 방법에 있어서,
    상기 프레임을 참조 픽셀을 포함하는 픽셀 블록들로 분할하는 단계;
    하나의 픽셀 블록 내에서 참조 픽셀에 인접한 픽셀과 상기 참조 픽셀과의 픽셀값 차이를 나타내는 차분값을 계산하는 단계;
    상기 픽셀 블록들에 대하여 계산된 차분값들을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값들로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 값들을 심볼로 하여 엔트로피 코딩을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 차분값에 상기 비트 뎁스의 레벨값을 합산하는 단계; 및
    상기 합산의 결과값에 대하여 상기 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 엔트로피 코딩을 수행하는 단계는,
    상기 변환 전의 차분값에 대한 발생 확률이 높은 순서대로 상기 변환된 값들을 Exponential Golomb code를 이용한 엔트로피 코딩의 심볼에 매핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 매핑하는 단계는,
    Figure pat00007

    (d: 변환된 차분값, Sd: d에 매핑되는 심볼, p: 비트 뎁스)
    에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 의한 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  6. 영상 프레임을 부호화하는 장치에 있어서,
    상기 프레임을 참조 픽셀을 포함하는 픽셀 블록들로 분할하는 프레임분할부;
    하나의 픽셀 블록 내에서 참조 픽셀에 인접한 픽셀과 상기 참조 픽셀과의 픽셀값 차이를 나타내는 차분값을 계산하는 차분값계산부;
    상기 픽셀 블록들에 대하여 계산된 차분값들을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값들로 변환하는 차분값변환부; 및
    상기 변환된 값들을 심볼로 하여 엔트로피 코딩을 수행하는 엔트로피코딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 차분값변환부는,
    상기 차분값에 상기 비트 뎁스의 레벨값을 합산하는 합산부; 및
    상기 합산의 결과값에 대하여 상기 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 모듈로연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 엔트로피코딩부는,
    상기 변환 전의 차분값에 대한 발생 확률이 높은 순서대로 상기 변환된 값들을 Exponential Golomb code를 이용한 엔트로피 코딩의 심볼에 매핑하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 엔트로피코딩부는,
    Figure pat00008

    (d: 변환된 차분값, Sd: d에 매핑되는 심볼, p: 비트 뎁스)
    에 의하여 상기 매핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 방법에 있어서,
    부호화된 픽셀값으로부터 엔트로피 코딩에 사용된 심볼을 복원하는 단계;
    상기 복원된 심볼을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값에 매핑하는 단계;
    상기 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값을 합산하는 단계;
    상기 합산 결과에 대하여 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 모듈로 연산 결과값을 상기 영상 프레임을 구성하는 픽셀 블록 내에서 상기 참조 픽셀과 인접한 픽셀의 픽셀값으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 매핑하는 단계는,
    Figure pat00009

    (Ds: 심볼 s에 대한 매핑값, p: 비트 뎁스)
    에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 심볼은 Exponential Golomb code에 대응되는 엔트로피 코딩 심볼인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체.
  14. 부호화된 영상 프레임을 복호화하는 장치에 있어서,
    부호화된 픽셀값으로부터 엔트로피 코딩에 사용된 심볼을 추출하는 심볼복원부;
    상기 복원된 심볼을 비트 뎁스(bit depth) 범위에 속하는 값에 매핑하는 매핑부;
    상기 매핑된 값에 참조 픽셀의 픽셀값을 합산하는 합산부;
    상기 합산의 결과값에 대하여 비트 뎁스의 레벨값으로 모듈로 연산을 수행하는 모듈로연산부; 및
    상기 모듈로 연산 결과값을 상기 영상 프레임을 구성하는 픽셀 블록 내에서 상기 참조 픽셀과 인접한 픽셀의 픽셀값으로 결정하는 픽셀값결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 매핑부는
    Figure pat00010

    (Ds: 심볼 s에 대한 매핑값, p: 비트 뎁스)
    에 의하여 상기 매핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 심볼들은 Exponential Golomb code에 대응되는 엔트로피 코딩 심볼인 것을 특징으로 하는 장치.
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