KR20120038355A - 계층 구조의 영상 처리를 위한 엔트로피 인코딩/디코딩 방법 및 장치와 이를 위한 심볼 인코딩/디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

계층 구조의 영상 처리를 위한 엔트로피 인코딩/디코딩 방법 및 장치와 이를 위한 심볼 인코딩/디코딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계층 구조의 영상 처리 기술에 적용될 수 있는 엔트로피 인코딩/디코딩 방법 및 장치와 이를 위한 심볼 인코딩/디코딩 방법 및 장치에 대한 것으로서, 본 발명의 엔트로피 디코딩 방법은, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 디코딩을 수행하는 과정과, 상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함한다.
여기서 상기 심볼 디코딩은 레벨 디코딩과 함께 수행될 수 있으며, 상기 심볼 디코딩은 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 고유 심볼 값을 이용하여 수행될 수 있다.

Description

계층 구조의 영상 처리를 위한 엔트로피 인코딩/디코딩 방법 및 장치와 이를 위한 심볼 인코딩/디코딩 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF ENTROPY ENCODING/DECODING AND SYMBOL ENDCODING/DECODING METHOD AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 영상 처리 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 계층 구조의 영상 처리 기술에 적용될 수 있는 엔트로피 인코딩/디코딩 방법 및 장치와 이를 위한 심볼 인코딩/디코딩 방법 및 장치에 대한 것이다.
디지털 영상은 대용량의 데이터 처리를 필요로 한다. 이러한 대용량의 영상 처리를 위해 대부분의 영상 처리 기술에서는 블록 단위로 영상을 인코딩/디코딩하는 다양한 압축 기술을 이용하고 있다.
영상 처리 기술에서는 일반적으로 매크로 블록 단위로 영상 처리를 수행하며, 매크로 블록은 다수의 픽셀 블록으로 구분되어 처리된다. 영상 코딩은 움직임 예측, 움직임 보상, DCT 변환, 양자화, 엔트로피 코딩(entropy encoding) 등의 영상 처리 과정을 통해 수행된다. 상기 엔트로피 코딩은 심볼이 나올 확률에 따라 심볼을 나타내는 코드의 길이를 달리하여 출현 빈도가 높은 심볼 순서로 짧은 길이의 코드 워드를 매핑하여 영상 압축 효율을 높이는 코딩 방식이다. 그리고 대용량 영상 데이터의 처리량을 줄이기 위해 영상들간의 잔차 영상을 이용하여 영상 인코딩/디코딩을 수행하거나, VC 계열의 영상 코덱과 같이 잔차 영상을 이용하여 다양한 계층 구조로 영상을 처리하는 기술이 알려져 있다.
본 발명은 계층 구조의 영상 처리에서 효율적인 엔트로피 인코딩/디코딩 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명은 계층 구조의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩/디코딩의 성능을 향상시키는 심볼 인코딩/디코딩 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 계층 구조의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩/디코딩의 성능을 향상시키는 심볼 및 레벨 인코딩/디코딩 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 개선된 엔트로피 인코딩/디코딩 방식이 적용된 계층 구조의 영상 인코딩/디코딩 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 방법은, 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 과정과, 상기 잔차 영상의 계수들을 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 방법은, 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 과정과, 상기 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼들 단위로 심볼 인코딩과 레벨 인코딩을 함께 수행하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 방법은, 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 과정과, 상기 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼들 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 인코딩을 수행하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 방법은, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 디코딩을 수행하는 과정과, 상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 방법은, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 심볼 디코딩과 레벨 디코딩을 함께 수행하는 과정과, 상기 수신된 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 방법은, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 디코딩을 수행하는 과정과, 상기 수신된 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 장치는, 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 재정렬기와, 상기 잔차 영상의 계수들을 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행하는 심볼 인코더를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 장치는, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 디코딩을 수행하는 심볼 인코더와, 상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 정렬기를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 장치는 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 재정렬기와, 상기 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼들 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 인코딩을 수행하는 심볼 인코더와, 상기 잔차 영상의 계수들에 대해 상기 레벨 인코딩을 수행하는 레벨 인코더를 포함한다. 이때 상기 심볼 인코더를 이용한 인코딩시 필요에 따라 상기 레벨 인코더를 이용한 인코딩이 곧 이어 수행된다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 장치는, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 디코딩을 수행하는 심볼 디코더와, 상기 레벨 디코딩을 수행하는 레벨 디코더와, 상기 수신된 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 정렬기을 포함한다. 이때 상기 심볼 디코더를 이용한 디코딩시 필요에 따라 상기 레벨 디코더를 이용한 디코딩이 곧 이어 수행된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다계층 구조의 영상 인코딩 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다계층 구조의 영상 디코딩 장치(200)의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 8×8 픽셀 블록에서 DC, AC 계수를 설명하기 위한 도면,
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 심볼 코딩 방식과 기존 심볼 코딩 방식을 대비하여 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 엔트로피 인코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 엔트로피 인코딩 방법을 나타낸 순서도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 엔트로피 디코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 엔트로피 디코딩 방법을 나타낸 순서도,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 업데이트 가능한 허프만 테이블의 일 예를 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 2 심볼 내지 4 심볼 단위의 엔트로피 인코딩 방법을 나타낸 순서도,
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 2 심볼 내지 4 심볼 단위의 엔트로피 디코딩 방법을 나타낸 순서도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조의 심볼 및 레벨 코딩 방식과 계층 구조의 엔트로피 코딩 방식은 도 1의 계층 구조를 갖는 영상 인코딩 장치와 도 1의 영상 인코딩 장치로부터 출력된 비트열을 복호화하도록 도 2의 계층 구조를 갖는 영상 디코딩 장치에 각각 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다계층 구조의 영상 인코딩 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1의 영상 인코딩 장치(100)는 기본 계층(basement layer)의 부호화된 영상으로부터 복원된 즉, 재구성된 영상을 향상 계층(enhancement layer)의 영상으로 변환하고, 향상 계층의 입력 영상과 상기 기본 계층으로부터 재구성된 영상간의 차이(잔차)(residual)를 인코딩하는 구조를 나타낸 것이다. 도 1의 영상 인코딩 장치(100)는 입력 영상을 인코딩하여 기본 계층 비트열(basement layer bitstream)과, 향상 계층 비트열(enhancement layer bitstream)을 출력한다. 상기 기본 계층의 영상과 상기 향상 계층의 영상은 서로 다른 해상도, 영상 사이즈, 또는 시점(view point)을 갖는 영상이 될 수 있다.
도 1의 실시 예에서 입력 영상과 향상 계층에서 처리되는 영상은 고해상도, 큰 사이즈 또는 일 시점의 영상이고, 기본 계층에서 처리되는 영상은 저해상도, 작은 사이즈 또는 다른 시점을 갖는다. 도 1에서 포맷 하향 변환기(format down-conversion)(101)는 입력 영상을 기본 계층의 영상 포맷으로 하향 변환한다. 여기서 상기 포맷 하향 변환은 예를 들어 영상 포맷을 더 작은 해상도, 더 작은 비트 깊이, 축소된 크로마 포맷 중 하나의 포맷 또는 이를 조합한 포맷으로 변환하는 것을 의미한다. 도 1의 기본 계층 인코더(103)는 입력된 기본 계층의 영상을 예컨대, VC-1, H.264, MPEG-4 Part 2 Visual, MPEG-2 Part 2 Video, AVS, JPEG2000 등과 같은 영상 코덱을 기반으로 하는 임의의 영상 인코더를 이용하여 기존 방식에 따라 부호화하여 기본 계층 비트열로 출력한다.
또한 상기 기본 계층 인코더(103)은 기본 계층 영상의 인코딩 과정에서 재구성된 기본 계층 영상을 포맷 상향 변환기(105)로 출력한다. 도 1에서 포맷 상향 변환기(format up-conversion)(105)는 상기 재구성된 기본 계층 영상을 예를 들어 영상 포맷을 더 큰 해상도, 더 큰 비트 깊이, 확장된 크로마 포맷 중 하나의 포맷 또는 이를 조합한 포맷으로 변환한다. 그리고 상기 포맷 하향 변환기(101)로 입력되는 입력 영상은 감산기(107)로도 입력된다. 상기 감산기(107)는 입력 영상에서 상기 포맷 상향 변환된 영상을 감산한 잔차 영상을 출력하며, 잔차 인코더(109)는 입력된 잔차 영상을 잔차 부호화하여 향상 계층 비트열로 출력한다. 상기 감산기(107)로부터 출력되는 잔차 영상은 선형 스케일링을 통해 정해진 비트 수로 변환되며, 이를 위한 잔차 매핑 및 스케일링기(111)가 선택적으로 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다계층 구조의 영상 디코딩 장치(200)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2의 영상 디코딩 장치(200)는 기본 계층의 비트열을 디코딩을 통해 재구성하고, 재구성된 기본 계층의 영상을 포맷 상향 변환하여 향상 계층의 영상으로 출력하며, 향상 계층의 비트열을 잔차 디코딩하여 도 1의 영상 인코딩 장치(100)에서 부호화된 잔차 영상을 복원하고, 상기 재구성된 기본 계층의 영상으로부터 포맷 상향 변환된 영상에 상기 복원된 잔차 영상을 더하여 향상 계층의 영상을 복원하는 구조를 나타낸 것이다.
도 2의 영상 디코딩 장치(200)는 기본 계층 처리와 향상 계층 처리를 포함하는 계층 구조로 구성되어 도 1의 영상 인코딩 장치(100)를 통해 부호화된 기본 계층 비트열과 향상 계층 비트열을 복호화하여 각각 재구성된 기본 계층 영상과 재구성된 향상 계층 영상을 출력한다. 상기 기본 계층의 영상과 상기 향상 계층의 영상은 서로 다른 해상도, 영상 사이즈, 또는 시점을 갖는 영상이 될 수 있다.
도 2에서 기본 계층 디코더(201)는 입력된 기본 계층 비트열을 도 1의 기본 계층 인코더(101)에서 사용된 임의의 영상 코덱에 상응하는 방식으로 복호화하여 재구성된 기본 계층 영상을 출력한다. 또한 상기 기본 계층 디코더(201)를 통해 재구성된 기본 계층 영상은 포맷 상향 변환기(203)로도 출력된다. 도 2에서 상기 포맷 상향 변환기(203)는 상기 재구성된 기본 계층 영상을 향상 계층의 영상 포맷으로 상향 변환하여 출력한다. 도 2에서 잔차 디코더(205)는 입력된 향상 계층 비트열을 잔차 디코딩하여 생성된 잔차 영상을 출력하고, 상기 디코딩된 잔차 영상은 가산기(207)를 통해 상기 포맷 상향 변환된 영상과 더해져서 재구성된 향상 계층 영상으로 출력된다. 상기 잔차 디코더(205)로부터 출력되는 잔차 영상은 선형 스케일링을 통해 정해진 비트 수로 변환되며, 이를 위한 잔차 매핑 및 스케일링기(209)가 선택적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 심볼 및 레벨 인코딩/디코딩을 이용하는 엔트로피 인코딩/디코딩은 도 1 및 도 2에서 잔차 인코더(109)/잔차 디코더(205)내에서 수행되거나 또는 잔차 인코더(109)/잔차 디코더(205)와 연결된 별도의 구성 요소(도시되지 않음)에서 수행될 수 있다.
이하 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조의 영상 처리 기술에서 제안하는 심볼 및 레벨 인코딩/디코딩 방법과 이를 이용하는 엔트로피 인코딩/디코딩 방법에 대해 설명하기로 한다. 하기 실시 예는 예컨대, SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)에서 제안하는 VC 계열의 영상 코덱에 적용될 수 있으며, 상기 VC 계열의 영상 코덱은 물론 계층 구조로 영상을 처리하는 각종 영상 처리 기술에 적용될 수 있다.
일반적인 영상 처리 기술에서 잔차 영상을 DCT(Discrete Cosine Transform) 변환할 때 블록 기반의 DCT를 이용한다. DCT 변환은 예를 들어 8×8 픽셀 블록을 주파수 도메인에 매핑하여 수행된다. 하나의 매크로 블록은 인접해 있는 4 개의 8×8 픽셀 블록으로 구성된다. DCT 변환을 통해 입력 영상인 잔차 영상은8×8 픽셀 블록을 예로 들면, 도 3과 같이 양자화된 1 개의 DC 계수(301) 및 63 개의 AC 계수(303)(점선으로 도시된 부분)로 변환된다. 일반적으로 픽셀(화소) 데이터는 DCT 변환 이후 DC 또는 저주파 영역에서는 대부분 0이 아닌 계수를 갖지만, 고주파 영역에서는 대부분 0의 계수를 갖는다. 이러한 특성을 이용하여 픽셀 블록을 압축하면, 그 압축율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 심볼 코딩에서 계층 구조의 심볼은 DCT 계수(하나의 DC 계수 또는 적어도 하나의 AC 계수)의 블록(이하, "계수 블록")에 대응되며, 각 계수 블록은 DCT 계수의 값에 따라 "0", "1" or "2"의 대표 계수로 표현되며, 본 발명에서는 "0", "1" or "2"의 대표 계수를 중요 계수 타입(Coefficient-Significant Type : CST)이라 정의한다. 따라서 DC 계수 혹은 적어도 하나의 AC 계수에 대응되는 심볼 또한 "0", "1" or "2"의 CST로 표현된다.
본 발명의 실시 예에서 CST "0"은 해당 계수 블록에 포함되는 적어도 하나의 AC 계수의 크기가 모두 제로(zero)인 경우이고, CST "1" 은 해당 계수 블록에 포함되는 적어도 하나의 AC 계수 중에서 가장 큰 크기를 갖는 계수가 1인 경우이며, CST "2"는 해당 계수 블록에 포함되는 적어도 하나의 AC 계수 중에서 가장 큰 크기를 갖는 계수가 1보다 큰 경우를 가정한다.
이와 같은 가정에서 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 기존의 심볼 코딩 및 레벨 코딩 방식을 설명하면, 도 4a 내지 도 4e에서 서로 다른 음영으로 도시된 블록들은 서로 다른 계수 블록들을 나타낸 것이며, 이는 64 개의 계수들로 표현되는 8×8 픽셀 블록을 가정한 것이다. 그리고 도 4a 내지 도 4e에서 64 개의 DCT 변환된 계수들은 저주파 성분에서 고주파 성분으로 재정렬(reordering) 과정을 걸친 뒤 좌측상단에서 우측하단 방향으로 순차적으로 배열된다.
기존의 심볼 코딩 방식은 계수 블록을 구성하는 AC 계수들의 수를 변화시키면서 AC 계수가 "0"인 심볼을 찾는 제로 검사를 2 심볼 단위까지 수행한다.
본 발명의 실시 예에서는 잔차 영상의 계수들을 2 심볼, 3 심볼, 또는 4 심볼로 세부 분할하고, 그에 부합하는 컨텍스트 모델에 따라 2 심볼, 3 심볼, 혹은 4 심볼 단위로 심볼 코딩을 수행한다. 상기 컨텍스트 모델은 잔차 영상의 계수들을　계층화하여 엔트로피 코딩하는 구조에서 나온다. 즉 3개의 심볼로 대표되는 계수 블록에 대한 확률 특성을 구하고, 4개의 심볼로 대표되는 계수 블록에 대한　확률 특성을 구한다. 2개의 심볼에 대해서는 기존 방식의 확률 특성을 따른다. 심볼 개수별 확률 특성에 따라, 즉　컨텍스트 모델에 의해 제안되는 허프만 테이블은 예를 들어 도 13과 같다.
이하 도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 발명의 심볼 코딩 방식과 기존 심볼 코딩 방식을 대비하여 설명하기로 한다.
먼저 본 발명의 심볼 코딩 방식을 설명하면, 도 4a와 같이 하나의 DC 계수에 해당되는 계수 블록(401)과 63 개의 AC 계수들을 포함하는 계수 블록(403)에 대해 심볼 코딩을 수행한다. 만약 계수 블록(401)의 CST가 "2"이고, 계수 블록(403)의 최고 CST가 "1"이라면, 심볼 코딩은 (2, 1)로 표현될 수 있다. 이 경우 계수 블록(403)의 최고 CST가 "1"이므로 다수의 AC 계수들 중 어느 AC 계수가 0인지를 찾기 위해 본 발명의 심볼 코딩 방식은 도 4b와 같이 63개 AC 계수를 계층적으로 나눈다. 즉 63개 AC 계수를 좌측상단부터 우측하단 방향으로 3개, 12개, 48개로 구성되는 3개의 계층 블록(405, 407, 408)으로 나누고, 3개의 각 계층 블록(405, 407, 408)에서 제로 검사(zero checking)를 수행한다. 만약 각 계층 블록(405, 407, 408)에서 제로 아닌 값이 나오면 각 계층 블록(405, 407, 408)을 다시 다수의 계층 블록으로 나누어 제로 검사를 수행한다. 이때 본 발명의 실시 예에서 계층적으로 블록을 나누는 것은 3개의 CST 혹은 4개의 CST로 나눌 수 있을 때까지 수행된다. 심볼 코딩은 3개의 CST 혹은 4개의 CST로 나눠진 각 계층 블록마다 이뤄진다. 예를 들어 도 4a 처럼 8x8 블록의 DC 계수와(401) AC 계수들(403)로 나눠진 첫 번째 계층에서 DC 계수의 CST 값과 AC 계수들의 최고 CST 으로부터 2 심볼 코딩이 이뤄진다. 만약 도 4a에서 AC 계수들(403)의 CST가 모두 제로가 아니라면 도 4b처럼 3개 블록(405, 407, 408)으로 나눠지는 두 번째 계층을 형성한다. 이때 3개의 CST 로 이뤄진 블록과(405) 12개의 CST로 이뤄진 블록(407)과 나머지 48개의 CST로 이뤄진 블록(408)의 각 최고 CST 값으로 3 심볼 코딩을 수행한다. 만약 3개의 CST 로 구성된 블록(405)의 모든 CST들이 제로가 아니라면 그 블록(405)은 더 이상 나눌수 없고, 3개의 CST 값으로 3 심볼 코딩을 한다. 만약 12개의 CST로 구성된 블록(407)의 모든 CST들이 제로가 아니라면 그 블록(407)을 도 4d처럼 4개의 CST들로 구성된 415, 417, 419의 3개의 블록으로 계층 분할하고 각 블록(415, 417, 419)의 4개의 CST 중 최고 CST 값들로 3 심볼 코딩을 한다. 이때 4개의 CST 로 구성된 415, 417, 419 블록 각각은 4 심볼 코딩을 한다. 마지막으로 도 4b의 48개 CST로 구성된 408 블록도 모든 CST들이 제로가 아니라면 도 4e 처럼 각 16개로 CST로 구성된 421, 423, 425의 3개 블록으로 계층 분할하고, 각 블록(421, 423, 425)의 최고 CST 값으로 3 심볼 코딩을 한다. 만약 421 블록의 모든 CST들이 제로가 아니라면 4개씩 나누어 계층 분할을 하고 4 심볼 코딩을 한다. 421 블록에서 계층 분할된 4개 블록 각각이 제로가 아니라면 개별적으로 4 심볼 코딩을 한다.
한편 기존 심볼 코딩 방식에서 3 심볼 코딩과 4 심볼 코딩은 실제 2 심볼화 해서 재귀적으로 2 심볼 코딩을 수행한다. 예를 들어 도 4c의 3개의 CST들을 (409, 411, 413) 3 심볼 코딩할 때 411 CST 와 413 CST 중 최고 CST와 409 CST로 2 심볼 코딩을 수행한다. 만약 두 개의 411 CST 와 413 CST 가 모두 제로가 아니라면 이 두 개의 CST 값으로 2 심볼 코딩을 한번 더 수행한다. 기존의 4 심볼 코딩도 비슷한 방식으로 2 심볼화 하여 2 심볼 코딩을 최대 3회 수행한다. 이때 제로 검사를 3심볼 코딩, 4 심볼 코딩에서 각각 최대 2회 내지는 3회 수행하므로 인코딩/디코딩시 복잡도를 증가시키는 요인으로 작용한다.
하기 <표 1>은 계층 구조에서 효율적인 본 발명의 제로 검사 방식의 알고리즘을 나타낸 것이다.
Figure pat00001
상기 <표 1>에서 "ACp3"는 예를 들어 도 4e에서 계수 블록(421 + 423 + 425)에 있는 48개 AC 계수들의 CST들 중 가장 큰 값이라 하면, "ACp3_CST"는 421 블록, 423 블록, 425 블록의 최고 CST값 3개로 3 심볼 코딩 함을 나타낸 것이다. 심볼 디코더는 "ACp3_CST" 을 디코딩 함으로서 블록(421) 내 CST의 가장 큰 값(L2[1])을 알 수 있다. 계수 블록(421) 내 첫 4개의 AC 계수들의 CST들(L2[1]_CST)을 구할 수 있으며, CST들(L2[1]_CST)를 레벨 디코딩하면 421 블록의 첫 4개에 대응되는 DCT 계수 값들을 바로 구할 수 있다. 상기 <표 1>에는 생략되어 있으나, 도 4e에서 다른 계수 블록들(423, 425)에 대해서도 상기 <표 1>의 알고리즘은 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 상기한 본 발명의 심볼 코딩 방식에 의하면, 기존 방식 대비 3 심볼 코딩과 4 심볼 코딩에서 제로 검사 횟수가 줄어듬을 알수 있다.
전술한 바와 같이 2 심볼 단위의 심볼 코딩을 수행하는 기존 방식은 3 심볼 또는 4 심볼에 대해 각각 2 단계 또는 3 단계에 걸쳐 제로 검사를 수행하므로 심볼 코딩 시 지연이 발생되는 반면 본 발명의 실시 예와 같이 3 심볼 단위 이상의 심볼 코딩을 수행하면, 제로 검사가 1 스텝에 수행될 수 있으므로 심볼 코딩 시 지연을 줄일 수 있다. 즉 본 발명은 2 심볼 단위의 심볼 코딩은 물론 3 심볼 또는 4 심볼 단위와 같이 적어도 2 심볼 단위의 심볼 코딩이 가능하도록 제안된 것이며, 이는 상기 <표 1>의 방식처럼 구현될 수 있다. 여기서 3 심볼 단위 이상의 심볼 코딩을 수행하기 위해 다수의 심볼 인코더가 구비될 수 있다.
이하 도 5 내지 도 8, 도 13, 도 14를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 엔트로피 인코딩 장치와 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 엔트로피 인코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 엔트로피 인코딩 방법을 나타낸 것이다. 엔트로피 인코딩은 재정렬, 심볼 인코딩 및 레벨 인코딩 동작을 포함한다.
도 5에서 재정렬기(510)는 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬한다. 재정렬을 통해 저주파수 성분과 고주파수 성분들이 효율적인 엔트로피 코딩을 위해 분리 배치된다. 심볼 인코더(531)는 상기 재정렬된 잔차 영상의 계수들을 심볼 인코딩하고, 레벨 인코더(533)는 인코딩된 심볼들의 레벨과 부호를 나타내는 레벨 코딩을 수행한다. 심볼 인코더(531)와 레벨 인코더(533)는 도 5와 같이 별도로 구성하거나 또는 참조 번호 530과 같이 하나의 인코더로 구성될 수 있다.
도 6의 실시 예에서 입력된 잔차 영상의 계수들이 재정렬되면(601), 심볼 인코더(531)와 레벨 인코더(533)는 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼 단위로 심볼 인코딩과 레벨 인코딩을 함께 수행한다.(603)
여기서 적어도 2 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행하는 동작의 일 예를 기존 2 심볼 단위의 방식과 대비하여 설명하면, 기존 2 심볼 단위 방식은 예를 들어, {2,2,0,1}의 4 심볼 인코딩 시 2 심볼 단위로 심볼 코딩을 재귀적으로 반복하여 수행하므로 최대 3 번에 걸친 2 심볼 단위의 심볼 코딩이 요구되는 반면 본 발명의 실시 예에서는 4 심볼 인코딩을 한 번에 수행할 수 있으므로 코딩 연산복잡도를 줄이고 코딩 게인(coding gain)을 향상시킬 수 있다.
하기 <표 2>는 도 6의 실시 예에 따라 심볼 코딩과 레벨 코딩이 함께 수행되는 엔트로피 코딩의 알고리즘의 예를 나타낸 것이다.
Figure pat00002
상기 <표 2>에서 "COEFF_LEVEL[0]"은 0이 아닌 DC 계수의 레벨과 부호를 나타내고, "AC_CST"은 63개 AC 계수들을 3개의 계수 블록(예컨대, 도 4b의 405, 407, 408 블록)으로 분할하고 분할된 3개 블록(405, 407, 408)의 최고 CST를 의미한다. "ACp1"은 블록(405)의 최고 CST, <표 2>에는 생략되어 있으나 "ACp2", "ACp3"는 각각 블록(407, 408)의 최고 CST를 의미한다.
"CALL_COEFF_LEVEL"은 해당 AC 계수들 중에서 CST가 1 이상인 경우 그 레벨과 부호를 구하는 과정을 나타낸 것이다. 예를 들어 <표 2>에서 CALL_COEFF_LEVEL (1, 4)는 분할된 3개 블록(405, 407, 408)에 대해 각각 CST가 1 이상인 경우 그 레벨과 부호를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에서 상기 레벨 코딩은 계수 블록들에 대한 심볼 코딩 시 여러 번에 걸쳐 심볼 코딩과 함께 수행된다. 즉 기존에는 심볼 코딩이 모두 완료된 후, 모든 심볼들에 대해 다시 레벨 코딩을 수행하였으나, 본 발명에서는 심볼 코딩과 병행하여 바로 레벨 코딩이 수행되므로 레벨 코딩 시 해당 심볼 값을 재차 확인하지 않아도 되므로 중복된 연산 수행을 줄일 수 있다.
한편 도 7의 실시 예에서는 입력된 잔차 영상의 계수들이 재정렬되면(701), 심볼 인코더(531)는 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 인코딩을 수행한다.(703)
기존 심볼 코딩에서는 허프만 코딩(Huffman coding)과 같은 가변 길이 코딩(VLC)의 적용 시 인코딩 장치와 디코딩 장치간에 허프만 트리에서 각 코드 워드에 대응되는 순번을 미리 정하고, 각 코드 워드에 대응되는 심볼의 출현 빈도를 고려하여 그 순번을 재조정하는 방식을 사용하였다. 이 경우 인코딩 장치와 디코딩 장치는 심볼의 출현 빈도에 따른 순번이 의미하는 CST값들을 매핑해 놓은 매핑값을 알기 위해 매 심볼 코딩 시마다 메모리를 엑세스해야 하며, 이는 인코딩/디코딩 시 지연을 초래한다.
도 7의 실시 예는 심볼 인코딩 과정에서 심볼의 출현 빈도를 고려하는 순번 대신에 해당 심볼로부터 고유 심볼 값(unique symbol value)을 비트 연산하여 구하고, 심볼의 출현 빈도에 따라 코드 워드에 대응되는 고유 심볼 값의 위치를 재조정하는 방식을 제안한 것이다.
상기 비트 연산은 2 심볼, (2, 1)을 예로 들면, 앞의 "2"를 왼쪽으로 2 비트 쉬프트 연산하고, 뒤의 "1"을 가산하는 방식으로 수행된다. 따라서 2 심볼, (2, 1)는 "9" (이진수로 1001)의 고유 심볼 값을 갖는다. 디코딩 과정에서는 그 비트 연산을 역으로 수행하여 "9" (이진수로 1001)를 오른쪽으로 2 비트 쉬프트 연산하여 (2, 1)에서 앞의 "2"를 추출하고, "9"의 이진수 "1001"에서 마지막 2비트 "01"로부터 (2, 1)에서 뒤의 "01"을 추출할 수 있다. 3 심볼, (A, B, C)를 예로 들면, ""A를 왼쪽으로 4 비트 쉬프트 연산하고, "B"를 왼쪽으로 2 비트 쉬프트 연산하며, "C"를 가산하는 방식으로 수행된다. 4 심볼의 경우 왼쪽의 심볼을 기준으로 각각 6, 4, 2 비트 쉬프트 연산하고, 마지막 심볼을 가산하는 방식으로 비트 연산이 수행되며, 디코딩 과정에서는 상기와 같이 그 비트 연산이 역으로 수행된다.
따라서 상기한 도 7의 실시 예에 의하면, 심볼 코딩 시 빈번하게 발생하는 메모리 억세스를 방지할 수 있다.
한편 도 8의 실시 예에서는 입력된 잔차 영상의 계수들이 재정렬되면(801), 심볼 인코더(531)는 주기적으로 도 13에 예시된 허프만 테이블을 RDO(rate distortion optimization) 측면에서 업데이트하면서 적어도 두 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행한다.(803) 도 13에서 "overSym=1"은 해당 심볼 수에서 AC 계수들의 최고 CST가 "1"인 경우이고, "overSym=2"은 해당 심볼 수에서 AC 계수들의 최고 CST가 "2"인 경우에 참조하는 테이블을 의미한다. 동일 "overSym"값 내에서는 RDO 측면에서 최적인 테이블이 선택된다. 여기서 허프만 테이블이 업데이트되는 주기는 수 내지 수십 매크로 블록(MB) 단위내에서 적절한 주기로 설정될 수 있다. 여기서 허프만 테이블의 업데이트 주기를 검출하고, 그 주기 도래시마다 적용되는 허프만 테이블을 업데이트하는 동작은 도 5의 심볼 인코더(531)에서 수행되거나, 또는 허프만 테이블의 업데이트를 검출하고 적용하기 위한 별도의 구성 요소(도시되지 않음)를 구비하는 것도 가능하다.
상기한 실시 예에서 도 6 내지 도 7의 방법은 적어도 하나의 조합으로 실시될 수 있다.
이하 도 9 내지 도 13, 도 15를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 계층 구조 기반의 엔트로피 디코딩 장치와 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 엔트로피 디코딩 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 엔트로피 디코딩 방법을 나타낸 것이다. 엔트로피 디코딩은 심볼 디코딩, 레벨 디코딩, 및 정렬 동작을 포함한다.
도 9에서 심볼 디코더(911)는 수신된 잔차 영상의 비트열을 심볼 디코딩하고, 레벨 디코더(913)는 디코딩된 심볼들의 레벨과 부호를 나타내는 레벨 디코딩을 수행한다. 심볼 디코더(911)와 레벨 디코더(913)는 도 9와 같이 별도로 구성하거나 또는 참조 번호 910과 같이 하나의 디코더로 구성될 수 있다. 정렬기(930)는 심볼 및 레벨 디코딩된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬한다.
도 10의 실시 예에서 심볼 디코더(911)와 레벨 디코더(913)는 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 심볼 디코딩과 레벨 디코딩을 함께 수행한다.(1001) 그리고 정렬기(930)는 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬한다.(1003)
또한 도 11의 실시 예에서 심볼 디코더(911)는 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 디코딩을 수행한다.(1101) 그리고 정렬기(930)는 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬한다.(1103)
또한 도 12의 실시 예에서 심볼 디코더(911)는 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 주기적으로 허프만 테이블을 업데이트하면서 심볼 디코딩을 수행한다.(1201) 그리고 정렬기(930)는 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬한다.(1203)
한편 전술한 심볼 코딩과 레벨 코딩이 함께 수행되는 엔트로피 코딩의 알고리즘과, 적어도 두 심볼 단위의 심볼 코딩과, 고유 심볼 값(unique symbol value)과, 도 13에서 허프만 테이블의 업데이트 방식은 엔트로피 디코딩에도 동일한 원리로 적용될 수 있다.
그리고 상기한 실시 예에서 도 10 내지 도 11의 방법은 적어도 하나의 조합으로 실시할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 2 심볼 내지 4 심볼 단위의 엔트로피 인코딩 방법을 나타낸 순서도이다.
도 14를 참조하면, 입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬한다. (1401) 그리고 잔차 영상의 계수들을 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행한다. (1403)
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 2 심볼 내지 4 심볼 단위의 엔트로피 디코딩 방법을 나타낸 순서도이다.
도 15를 참조하면, 수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 디코딩을 수행한다.(1501) 그리고 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬한다. (1503)
도 14 및 도 15에서 상기 심볼 인코딩/디코딩은 상기 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 해당 심볼들에 대해 계층적으로 제로 검사를 수행하는 과정을 포함한다. 그리고 상기 컨텍스트 모델은 상기 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 도 13에서 예시한 허프만 테이블에 대응된다.
그리고 도 14 및 도 15에서 설명한 심볼 인코딩/디코딩 방법은 상기한 적어도 두 심볼 단위의 심볼 인코딩/디코딩에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 방법에 있어서,
    입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 과정; 및
    상기 잔차 영상의 계수들을 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행하는 과정을 포함하는 엔트로피 인코딩 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 인코딩을 수행하는 과정은,
    상기 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 해당 심볼들에 대해 계층적으로 제로 검사를 수행하는 과정을 더 포함하는 엔트로피 인코딩 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델은 상기 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 허프만 테이블에 대응되는 엔트로피 인코딩 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 잔차 영상의 계수들에 대해 주기적으로 상기 허프만 테이블을 업데이트하는 과정을 더 포함하는 엔트로피 인코딩 방법.
  5. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 방법에 있어서,
    입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 과정; 및
    상기 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼들 단위로 심볼 인코딩과 레벨 인코딩을 함께 수행하는 과정을 포함하는 엔트로피 인코딩 방법.
  6. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 방법에 있어서,
    입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 과정; 및
    상기 잔차 영상의 계수들에 대해 적어도 두 심볼들 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 인코딩을 수행하는 과정을 포함하는 엔트로피 인코딩 방법.
  7. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 방법에 있어서,
    수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 디코딩을 수행하는 과정; 및
    상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함하는 엔트로피 디코딩 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 심볼 디코딩을 수행하는 과정은,
    상기 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 해당 심볼들에 대해 계층적으로 제로 검사를 수행하는 과정을 더 포함하는 엔트로피 디코딩 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델은 상기 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 허프만 테이블에 대응되는 엔트로피 디코딩 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 잔차 영상의 계수들에 대해 주기적으로 상기 허프만 테이블을 업데이트하는 과정을 더 포함하는 엔트로피 디코딩 방법.
  11. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 방법에 있어서,
    수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 심볼 디코딩과 레벨 디코딩을 함께 수행하는 과정; 및
    상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함하는 엔트로피 디코딩 방법.
  12. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 방법에 있어서,
    수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 적어도 두 심볼 단위로 고유 심볼 값을 이용한 심볼 디코딩을 수행하는 과정; 및
    상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 과정을 포함하는 엔트로피 디코딩 방법.
  13. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 인코딩 장치에 있어서,
    입력된 잔차 영상의 계수들을 주파수 영역에 따라 재정렬하는 재정렬기; 및
    상기 잔차 영상의 계수들을 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 인코딩을 수행하는 심볼 인코더를 포함하는 엔트로피 인코딩 장치.
  14. 계층 구조 기반의 영상 처리에서 엔트로피 디코딩 장치에 있어서,
    수신된 잔차 영상의 비트열에 대해 두 개 내지 네 개의 심볼 단위로 정해진 컨텍스트 모델에 따라 해당 심볼 단위로 심볼 디코딩을 수행하는 심볼 인코더; 및
    상기 잔차 영상의 디코딩된 계수들을 주파수 영역에서 원래 순서로 정렬하는 정렬기를 포함하는 엔트로피 디코딩 장치.
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