KR20130004180A - 고정소수점 변환을 위한 비트뎁스 조절을 수반하는 비디오 부호화 방법 및 그 장치, 비디오 복호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

고정소수점 변환을 위한 비트뎁스 조절을 수반하는 비디오 부호화 방법 및 그 장치, 비디오 복호화 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부호화된 샘플들을 복원하는 과정에서의 비트뎁스를 조절하기 위해 부호화된 출력데이터의 범위를 조정하는 비디오 부호화 방법과 복호화의 각 세부단계마다 출력데이터의 오버플로우를 방지하는 비디오 복호화 방법을 제안한다.
수신된 비트스트림으로부터 영상의 블록별로 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하고, 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 복원하고, 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 복원하는 비디오 복호화 방법이 개시된다.

Description

고정소수점 변환을 위한 비트뎁스 조절을 수반하는 비디오 부호화 방법 및 그 장치, 비디오 복호화 방법 및 그 장치{Method and apparatus for video encoding with bit depth control for fixed point transform, method and apparatus for video decoding with bit depth control for fixed point transform}
본 발명은 고정소수점 변환/역변환을 수반하는 비디오 부복호화에 관한 것이다.
고해상도 또는 고화질 비디오 컨텐트를 재생, 저장할 수 있는 하드웨어의 개발 및 보급에 따라, 고해상도 또는 고화질 비디오 컨텐트를 효과적으로 부호화하거나 복호화하는 비디오 코덱의 필요성이 증대하고 있다. 기존의 비디오 코덱에 따르면, 비디오는 소정 크기의 매크로블록에 기반하여 제한된 부호화 방식에 따라 부호화되고 있다.
주파수 변환을 이용하여 공간 영역의 영상 데이터는 주파수 영역의 계수들로 변환된다. 비디오 코덱은, 주파수 변환의 빠른 연산을 위해 영상을 소정 크기의 블록들로 분할하고, 블록마다 DCT 변환을 수행하여, 블록 단위의 주파수 계수들을 부호화한다. 공간 영역의 영상 데이터에 비해 주파수 영역의 계수들이, 압축하기 쉬운 형태를 가진다. 특히 비디오 코덱의 인터 예측 또는 인트라 예측을 통해 공간 영역의 영상 화소값은 예측 오차로 표현되므로, 예측 오차에 대해 주파수 변환이 수행되면 많은 데이터가 0으로 변환될 수 있다. 비디오 코덱은 연속적으로 반복적으로 발생하는 데이터를 작은 크기의 데이터로 치환함으로써, 데이터량을 절감하고 있다.
본 발명은 부호화된 샘플들을 복원하는 과정에서의 비트뎁스를 조절하기 위해 부호화된 출력데이터의 범위를 조정하는 비디오 부호화 방법과 복호화의 각 세부단계마다 출력데이터의 오버플로우를 방지하는 비디오 복호화 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법에 있어서, 수신된 비트스트림으로부터 영상의 블록별로 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하는 단계; 상기 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 복원하는 단계; 및 상기 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 복원하는 단계를 포함한다
일 실시예에 따른 상기 변환계수들을 복원하는 단계는, 상기 역양자화를 수행하여 생성된 변환계수들에 대한 클리핑 동작이 없이, 상기 역양자화 후 상기 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 데이터 크기는 상기 역양자화 후 생성된 변환계수들이 저장될 제1 스토리지의 크기일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 샘플값들을 복원하는 단계는, 상기 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작이 없이, 상기 1차원 역변환 및 역스케일링 후 상기 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 데이터 크기는 상기 역변환 및 역스케일링 후 생성된 샘플들이 저장될 제2 스토리지의 크기일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 양자화된 계수들을 파싱하여 복원하는 단계는, 상기 역양자화 후 상기 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성되고, 상기 역변환 및 역스케일링 후 상기 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있도록, 최대범위가 조정된 상기 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트(bit-shift)함으로써 역스케일링이 수행되는 경우, 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 상기 1차원 역변환 후 역스케일링을 위한 시프트 횟수에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법은, 영상의 블록별로, 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 생성하는 단계; 상기 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화의 출력데이터 및/또는 변환계수들에 대한 1차원 역변환과 역스케일링의 출력데이터가 소정 비트뎁스 이하이기 위한, 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 최대범위 이내로, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 결정하는 단계는, 샘플 복원 과정에서, 상기 역양자화를 수행한 후 클리핑 동작 없이 제1 비트뎁스 이하의 상기 변환계수들이 생성될 수 있도록, 상기 제1 비트뎁스를 이용하여 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 비트뎁스는 상기 변환계수들이 저장되는 제1 스토리지의 크기일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 결정하는 단계는, 샘플 복원 과정에서, 상기 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행한 후 클리핑 동작 없이 상기 제2 비트뎁스 이하의 상기 샘플들이 생성될 수 있도록, 상기 제2 비트뎁스를 이용하여 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 비트뎁스는 상기 샘플들이 저장되는 제2 스토리지의 크기일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 결정하는 단계는, 상기 역스케일링 후 생성된 상기 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이 상기 1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트하여 상기 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성하기 위해, 상기 소정 비트수를 이용하여 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 조정하는 단계는, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 상기 결정된 최대범위 이내로 클리핑하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치는, 수신된 비트스트림으로부터 블록들마다 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하는 수신부; 상기 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 복원하는 역양자화부; 상기 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 복원하는 역변환부; 및 상기 블록들마다 복원된 상기 샘플들을 이용하여 영상을 복원하는 영상복원부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치는, 영상의 블록별로, 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 생성하는 변환양자화부; 상기 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화의 출력데이터 및/또는 변환계수들에 대한 1차원 역변환과 역스케일링을 통해 생성된 출력데이터가 소정 비트뎁스 이하이기 위한 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 최대범위 결정부; 및 상기 결정된 최대범위 이내로 상기 양자화된 변환계수들을 조정하여 비트스트림을 출력하는 출력부를 포함한다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법을 전산적으로 구현하기 위한 로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 포함한다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법을 전산적으로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 포함한다.
도 1 은 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 일 실시예에 따라 부복호화 시스템에서 비트뎁스가 변동하는 단계를 도시한다.
도 4 는 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5 는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6 는 일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 7 은 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 10 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 11 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 12 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 15, 16 및 17는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 18 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
이하 도 1 내지 도 5을 참조하여, 일 실시예에 따라 고정 소수점(fixed-point) 변환 및 역변환의 비트뎁스를 조절하는 비디오 부호화 기법 및 비디오 복호화 기법이 개시된다. 또한, 도 6 내지 도 18을 참조하여, 일 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 기법 및 비디오 복호화 기법에서 고정 소수점 변환 및 역변환의 비트뎁스가 조절되는 실시예가 개시된다. 이하, '영상'은 비디오의 정지영상이거나 동영상, 즉 비디오 그 자체를 나타낼 수 있다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 일 실시예에 따라 고정 소수점 변환 및 역변환의 비트뎁스를 조절하는 비디오 부호화 기법 및 비디오 복호화 기법이 개시된다.
도 1 은 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는 변환양자화부(12), 최대범위 결정부(14) 및 출력부(16)를 포함한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는 비디오의 영상들을 입력받아, 각각의 영상을 블록들로 구획하여 블록별로 부호화한다. 블록의 타입은 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 임의의 기하학적 형태일 수도 있다. 일정한 크기의 데이터 단위로 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에 따른 블록은, 트리구조에 따른 부호화단위들 중에서는, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등일 수 있다. 트리구조에 따른 부호화단위들에 기초한 비디오 부복호화 방식은, 도 6 내지 도 18을 참조하여 후술한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 영상 블록별로 인트라 예측, 인터 예측, 변환, 양자화를 수행하여 샘플들을 생성하고, 샘플들에 대해 엔트로피 부호화를 수행하여 비트스트림의 형태로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 변환양자화부(12)는, 영상의 블록별로 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 생성할 수 있다. 변환양자화부(12)는, 영상의 예측부호화를 통해 생성된 픽셀값 또는 픽셀값 차분 정보를 수신하고, 수신된 데이터에 대해 변환단위별로 변환을 수행하여 변환계수들을 생성할 수 있다. 변환양자화부(12)는, 변환계수들에 대해 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수, 즉 양자화 계수들을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따른 변환양자화부(12)는 변환을 수행할 때, 고정소수점 변환을 수행한다.
샘플 복원 과정에서는, 양자화된 변환계수로부터 변환계수를 복원하기 위해서는 역양자화가 필요하고, 역양자화의 출력데이터는 소정 데이터 사이즈의 스토리지에 저장될 수 있다.
역양자화 후 생성된 변환계수들이 저장될 제1 스토리지의 데이터 사이즈는 제1 비트뎁스의 데이터가 저장될 크기일 수 있다. 따라서, 역양자화의 출력데이터는 제1 비트뎁스 이하의 데이터일 수 있다.
이하, 데이터는 비트뎁스에 의해 데이터의 최대절대값이 결정될 수 있으며 데이터값은 최소/최대값 사이의 값이므로, 비트뎁스에 의해 데이터의 범위(dynamic range)가 결정될 수 있다. 또한 소정 비트뎁스의 데이터가 저장되는 스토리지의 데이터 사이즈도, 데이터의 비트뎁스에 따라 결정될 수 있다. 따라서 이하 설명에서 데이터의 비트뎁스, 최대절대값 및 범위, 스토리지의 데이터 사이즈는 모두 유사한 의미를 갖는 용어들이다.
샘플 복원 과정에서는, 고정 소수점 변환에 의해 생성된 변환계수로부터 원본 데이터를 복원하기 위해 변환계수에 대해 역변환이 수행된다. 고정 소수점 변환에 대응하여, 고정 소수점 역변환에 의해 생성되는 출력데이터는 소정 비트뎁스 이하로 역스케일링될 수 있다. 일 실시예에 따른 고정소수점 역변환 이후 역스케일링을 수행하여 생성된 출력데이터는 소정 데이터 사이즈의 스토리지에 저장될 수 있다. 즉, 역변환 및 역스케일링 후 생성된 샘플들이 저장될 제2 스토리지의 데이터 사이즈는 제2 비트뎁스의 데이터가 저장될 크기일 수 있다. 따라서 역변환 및 역스케일링의 출력데이터는 제2 비트뎁스 이하의 데이터일 수 있다.
2차원 블록에 대한 2차원 변환 대신을 위해 1차원 변환이 2회 연속적으로 수행될 수 있다. 샘플 복원 과정에서 변환양자화부(12)에 대응하는 역변환의 경우에도, 2차원 역변환을 위해 1차원 역변환이 2회 연속 수행될 수 있다. 매회 1차원 역변환 후에는 역스케일링이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면 역변환에 의해 생성되는 출력데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트함으로써 역변환의 역스케일링이 구현될 수 있다. 따라서, 역스케일링을 위해 비트시프트된 출력데이터의 비트뎁스는 제2 비트뎁스 이하인 것이 바람직하다.
역변환 후 역스케일링에 의해 생성되는 출력데이터의 비트뎁스가 제2 비트뎁스로 제한된다면, 제2 비트뎁스에 기초하여, 역변환의 입력인 변환계수도 소정 범위의 값으로 제한될 수 있다.
또한, 역양자화에 의해 생성된 변환계수가 역변환의 입력범위 이내의 값으로 제한하기 위해, 역양자화의 입력인 양자화된 변환계수도 또다른 범위 이내의 값으로 제한될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 비트스트림으로 출력할 양자화된 변환계수의 동적범위(dynamic range)를, 역양자화의 출력범위 및 역변환/역스케일링의 출력범위를 고려하여 조절할 수 있다. 이에 따라 최대범위 결정부(14)는, 비디오 부호화 장치(10)가 출력할 양자화된 변환계수의 최대범위를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라 샘플 복원 과정에서, 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화 및/또는 변환계수들에 대한 역변환과 역스케일링의 출력데이터가 소정 비트뎁스 이하일 수 있도록, 최대범위 결정부(14)는 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라 샘플 복원 과정에서, 역양자화를 수행하여 생성된 변환계수들에 대한 클리핑 동작이 없이도 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성될 수 있도록, 최대범위 결정부(14)는 제1 비트뎁스에 기초하여 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라 샘플 복원 과정에서, 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작이 없이도 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있도록, 최대범위 결정부(14)는 제2 비트뎁스에 기초하여 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라 샘플 복원 과정에서 1차원 역변환 후 역스케일링을 위해 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트하는 경우에는, 최대범위 결정부(14)는 시프트되는 비트수에 기초하여 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 출력부(16)는, 최대범위 결정부(14)에서 결정된 최대범위 이내로, 양자화된 변환계수들의 범위를 조정하여 비트스트림을 출력할 수 있다. 양자화된 변환계수들은 최대범위 결정부(14)에서 결정된 최대범위 이하의 값으로 클리핑될 수 있다.
전술한 바와 같이, 최대범위 결정부(14)가, 샘플 복원 과정에서 역양자화 이후 클리핑을 생략하고 역변환 이후 클리핑을 모두 생략할 수 있도록, 양자화된 변환계수의 최대범위를 결정할 수 있다. 다른 예로 최대범위 결정부(14)는, 샘플 복원 과정에서 역양자화 이후 클리핑만을 생략할 수 있도록, 양자화된 변환계수의 최대범위를 결정할 수도 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 변환양자화부(12), 최대범위 결정부(14) 및 출력부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 변환양자화부(12), 최대범위 결정부(14) 및 출력부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 비디오 부호화 장치(10)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 변환양자화부(12), 최대범위 결정부(14) 및 출력부(16)가 제어될 수도 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 변환양자화부(12), 최대범위 결정부(14) 및 출력부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 비디오 부호화 장치(10)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 비디오 부호화 결과를 출력하기 위해, 내부에 탑재된 비디오 인코딩 프로세서 또는 외부 비디오 인코딩 프로세서와 연계하여 작동함으로써, 변환을 포함한 비디오 부호화 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)의 내부 비디오 인코딩 프로세서는, 별개의 프로세서 뿐만 아니라, 비디오 부호화 장치(10) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 비디오 인코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 비디오 부호화 동작을 구현하는 경우도 포함할 수도 있다.
도 2 는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)는 수신부(22), 역양자화부(24), 역변환부(26) 및 영상복원부(28)를 포함한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)는, 비디오의 부호화된 데이터를 포함하는 비트스트림을 수신한다. 비디오 복호화 장치(20)는 수신한 비트스트림으로부터 부호화된 비디오 샘플들을 파싱하여, 영상 블록별로 엔트로피 복호화, 역양자화, 역변환, 예측 및 움직임 보상을 수행하여 복원픽셀들을 생성하고, 결과적으로 복원영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 수신부(22)는, 수신된 비트스트림으로부터 영상의 블록별로 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원한다. 따라서, 일 실시예에 따른 수신부(22)는, 비트스트림으로부터, 소정 최대범위 이내의 양자화 변환계수들을 파싱하여 복원할 수 있다. 일 실시예에 따라 비트스트림으로부터 파싱된 양자화 변환계수들은, 부호화 과정에서 이미 소정 최대범위 이내로 조정된 채 비트스트림의 형태로 출력된 것이다.
일 실시예에 따른 역양자화부(24)는, 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 복원할 수 있다. 제1 비트뎁스는 역양자화 후 생성된 변환계수들이 저장될 제1 스토리지의 데이터 사이즈일 수 있다. 일 실시예에 따른 역양자화부(24)는, 역양자화를 수행하여 생성된 변환계수들에 대한 클리핑 동작 없이도, 역양자화 후 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 역변환부(26)는 변환계수들에 대해 적어도 1회의 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 복원할 수 있다. 예를 들어 2차원 역변환을 위해 2회의 1차원 역변환 및 역스케일링이 2회 연속 수행될 수 있다. 제2 비트뎁스는 역변환 및 역스케일링 후 생성된 샘플들이 저장될 제2 스토리지의 데이터 사이즈일 수 있다.
일 실시예에 따른 역변환부(26)는, 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이도, 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행한 결과, 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 역변환부(26)는, 역스케일링을 위해, 1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트할 수 있다. 수신부(22)는, 역스케일링을 위한 시프트될 비트수에 기초하여 결정된 최대범위에 따라 클리핑된 양자화 변환계수들을 수신할 수 있다.
전술한 바와 같이, 역양자화부(24)가 클리핑 동작 없이도 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 출력하기 위해서는, 역양자화부(24)에 제한된 범위의 양자화된 변환계수가 입력되어야 한다. 이와 유사하게, 역변환부(26)가 클리핑 동작 없이도 제2 비트뎁스 이내의 샘플들을 출력하기 위해서는, 역변환부(26)에 제한된 범위의 변환계수가 입력되어야 한다.
수신부(10)가 수신한 양자화 변환계수들이 소정 최대범위 이내로 제한되어 있기 때문에, 역양자화부(24)의 역양자화 후 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성되고, 역변환부(26)의 역변환 및 역스케일링 후 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있다.
일 실시예에 따른 영상복원부(28)는, 블록들마다 복원된 샘플들을 이용하여 영상을 복원할 수 있다. 블록마다 복원된 샘플들을 이용하여 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행하여 영상들을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 수신된 양자화된 변환계수의 최대범위에 따라, 역양자화부(24)의 역양자화 이후의 클리핑 동작과 역변환부(26)의 역변환 이후의 클리핑 동작이 모두 생략될 수 있다. 다른 예에 따르면, 수신된 양자화된 변환계수의 최대범위에 따라, 역양자화부(24)의 역양자화 이후의 클리핑 동작만 생략될 수도 있다
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(20)는, 수신부(22), 역양자화부(24), 역변환부(26) 및 영상복원부(28)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 수신부(22), 역양자화부(24), 역변환부(26) 및 영상복원부(28)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 비디오 복호화 장치(20)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 수신부(22), 역양자화부(24), 역변환부(26) 및 영상복원부(28)가 제어될 수도 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)는, 수신부(22), 역양자화부(24), 역변환부(26) 및 영상복원부(28)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 비디오 복호화 장치(20)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)는, 비디오 복호화를 통해 비디오를 복원하기 위해, 내부에 탑재된 비디오 디코딩 프로세서 또는 외부 비디오 디코딩 프로세서와 연계하여 작동함으로써, 비디오 복호화 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)의 내부 비디오 디코딩 프로세서는, 별개의 프로세서 뿐만 아니라, 비디오 복호화 장치(20) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 비디오 디코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 비디오 복호화 동작을 구현하는 경우도 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 샘플 복원 과정에서 역양자화 및 역변환 후에 생성된 데이터가 저장될 임시 버퍼와 같은 스토리지의 크기에 기초하여, 양자화된 변환계수의 데이터 범위를 미리 제한하므로, 비디오 복호화 장치(20)는, 수신된 양자화된 변환계수에 대한 역양자화 및 역변환 과정에서 출력데이터에 대한 클리핑 동작을 생략하고도, 고정된 비트뎁스의 임시 버퍼에 출력데이터를 저장할 수 있다. 따라서, 비디오 복호화 과정 중에, 고정 소수점 변환에서 발생할 수 있는 오버플로우가 방지되면서, 클리핑 동작을 수행하기 위한 하드웨어를 절감할 수 있으므로 경제적으로도 유리한 효과가 도출될 수 있다.
도 3 은 일 실시예에 따라 비디오 부복호화 시스템(30)에서 비트뎁스가 변동하는 단계를 도시한다.
도 3 은 비디오 부복호화 시스템(30)의 부호화 과정 중 양자화부(31)와 복호화 과정 중 파싱부(33), 역양자화부(34), 제1차 1차원 역변환부(36) 및 제2차 1차원 역변환부(38)를 포함한다.
양자화부(31)는 비디오 부호화 과정을 통해 생성된 변환계수들에 대해 양자화를 수행하고 양자화된 변환계수들의 비트열을 포함하는 비트스트림을 출력할 수 있다. 양자화된 변환계수들의 출력범위는 미리 소정 범위 이내로 제한될 수 있다. 이를 위해 변환계수들이 소정 범위 이내로 클리핑될 수 있다.
파싱부(33)는 비트스트림으로부터 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원할 수 있다. 역양자화부(34)는 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 변환계수들을 복원하는데, 변환계수들은 역양자화부(34)로부터 출력되기 전에 임시로 스토리지(35)에 저장할 수 있다. 따라서 역양자화부(34)의 출력데이터는 스토리지(35)의 제1 비트뎁스 이하로 제한될 수 있다.
제1차 1차원 역변환부(36)는 변환계수에 대해 제1방향으로 1차원 역변환을 수행하고, 제2차 1차원 역변환부(38)는 제1차 1차원 역변환부(36)가 출력한 제1차 역변환 데이터에 대해 제2방향으로 1차원 역변환을 수행할 수 있다.
제1차 1차원 역변환부(36)와 제2차 1차원 역변환부(38)가 각각 고정 소수점 역변환을 수행하고, 역변환 결과를 역스케일링할 수 있다.
제1차 1차원 역변환부(36)는 제1방향으로 1차원 역변환된 데이터의 역스케일링을 위해, 1차원 역변환된 데이터를 제1 시프트 비트수(shift1)만큼 비트시프트할 수 있다. 제2차 1차원 역변환부(38)는 제2방향으로 1차원 역변환된 데이터의 역스케일링을 위해, 1차원 역변환 데이터를 제2 시프트 비트수(shift2)만큼 비트시프트할 수 있다.
제1차 1차원 역변환부(36)는, 출력한 데이터를 임시로 스토리지(37)에 저장할 수 있다. 따라서 제1차 1차원 역변환부(36)의 출력데이터의 크기는 스토리지(37)의 데이터 사이즈 이하로 제한되는 것이 바람직하다.
이와 유사하게, 제2차 1차원 역변환부(38)는, 출력한 데이터를 임시로 스토리지(39)에 저장할 수 있다. 따라서 제2차 1차원 역변환부(38)의 출력데이터의 크기는 스토리지(39)의 데이터 사이즈 이하로 제한될 수 있다.
예를 들어, 역양자화부(34)에 의해 역양자화된 변환계수 C의 최대절대값 MaxC 는 아래와 수식 1과 같이 제한될 수 있다.
<수식 1>
｜C｜< MaxC = 2bq - 1
여기서 스토리지(35)의 데이터사이즈의 비트뎁스가 bq 비트 크기라면, 변환계수 C의 최대절대값 MaxC는 2bq - 1이고, 변환계수 C는 {-2bq, ..., 2bq-1}의 범위 내에서 출력될 수 있다.
이와 유사하게, 제1차 1차원 역변환부(36) 및 제2차 1차원 역변환부(38)와 같이, 제k차 1차원 역변환에 의해 역변환된 데이터 Ck의 최대절대값 Maxk 는 아래와 수식 2과 같이 제한될 수 있다.
<수식 2>
｜Ck｜< Maxk = 2bk - 1
여기서 스토리지(37, 39)가 bk 비트 크기라면, 역변환된 데이터 Ck의 최대절대값 Maxk는 2bk - 1이고, 변환계수 C는 {-2bk, ..., 2bk-1}의 최대범위 내에서 출력될 수 있다.
따라서, 역양자화부(34), 제1차 1차원 역변환부(36) 및 제2차 1차원 역변환부(38)에서 오버플로우가 발생하지 않기 위해서는 출력데이터의 범위가 수식 1, 2에 따라 제한될 필요가 있다.
종래 역양자화부(34), 제1차 1차원 역변환부(36) 및 제2차 1차원 역변환부(38)의 출력데이터들의 크기는 각각 수식 1, 2에 따라 스토리지(35, 37, 39)의 데이터사이즈 이하로 제한되기 위해, 클리핑 동작이 이용된다.
하지만 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)는, 비디오 복호화 장치(20)의 클리핑 동작을 최소화하기 위해, 양자화부(31)가 출력하는 양자화된 변환계수의 최대범위를 조절하는 방식을 제안한다.
제1차 1차원 역변환부(36) 또는 제2차 1차원 역변환부(38)의 출력데이터의 크기를 소정 비트뎁스 이하로 제한하기 위해서는 입력데이터의 크기가 제한될 수 있으며, 이를 위해서는 역양자화부(34)의 출력데이터의 크기가 제한될 수 있다. 또한, 역양자화부(34)의 출력데이터의 크기가 소정 비트뎁스 이하로 제한되기 위해서는 역양자화부(34)에 입력되는 양자화된 변환계수의 크기가 소정 비트뎁스 이하로 제한될 수 있다. 따라서, 양자화부(31)가 출력하는 양자화된 변환계수의 최대범위를 조절함으로써, 역양자화부(34), 제1차 1차원 역변환부(36), 제2차 1차원 역변환부(38)는 클리핑 없이도 출력데이터의 범위가 제한될 수 있다.
먼저, 제1차 1차원 역변환부(36) 및 제2차 1차원 역변환부(38)의 출력데이터의 범위를 제한하기 위해서 요구되는 입력데이터의 최대범위는 다음 수식들과 같이 변환 매트릭스를 기초하여 결정될 수 있다.
<수식 3>
Y = TR_MATRIX × X
벡터 X는 역변환에 대한 크기 N의 입력데이터, 벡터 Y는 크기 N의 출력데이터이며, TR_MATRIX는 크기 NxN의 변환 매트릭스이다. 벡터 X의 엘리먼트들의 최대절대값을 max_abs_X이라 하고, 변환 매트릭스 TR_MATRIX의 i번째 행의 엘리먼트들의 최대절대값을 max_abs_TR_MATRIXi라할 때, 출력데이터 Yi의 최대절대값과, 벡터 Y의 엘리먼트들의 최대절대값 max_abs_Y은 아래 수식과 같이 결정될 수 있다.
<수식 4>
Yi = max_abs_TR_MATRIXi * max_abs_X;
max_abs_Y = Max{max_abs_TR_MATRIXi} * max_abs_X;
이 때, Max{max_abs_TR_MATRIXi} 값은 k번째 변환의 변환 매트릭스의 L1평균(L1-norm), 즉 L1_TR_MATRIX_k이라 지칭한다. k번째 1차원 변환의 최종 과정은 역스케일링을 위한 비트시프트 과정이다. 따라서 k번째 1차원 변환 동안 발생하는 비트뎁스의 총증가량은 수식 5에 의해 결정될 수 있다.
<수식 5>
max_abs_Y = (L1_TR_MATRIX_k * max_abs_X + off_set_k ) >> shift_k;
여기서 k번째 역스케일링을 위한 오프셋 off_set_k은 2shift _k-1이다.
전술한 바와 같이 1차원 변환의 출력데이터 Y의 크기가 bk 비트뎁스 이하라면, 출력데이터 Y의 범위는 수식 6과 같다.
<수식 6>
-2bk ≤Y≤ 2bk -1;
max_abs_Y ≤ 2bk -1;
따라서 수식 5 및 6을 조합하면 아래와 같은 부등식이 유도될 수 있다.
<수식 7>
((L1_TR_MATRIX_k * max_abs_X + off_set_k)>>shift_k) ≤ (2bk-1);
(L1_TR_MATRIX_k * max_abs_X + off_set_k) ≤ (2bk + shift _k-2shift _k);
max_abs_X ≤ (2bk + shift _k-2shift _k -2( shift _k-1))/L1_TR_MATRIX_k;
수식 7의 마지막 부등식에 따라, 역변환의 입력데이터의 범위가 제한된다면, 역변환의 출력데이터의 오버플로우가 방지될 수 있다.
따라서, 수식 6 및 7의 bk 비트뎁스를 Max_k로 일반화하면, k번째 역변환의 입력데이터의 최대범위는 아래 수식 8로 일반화될 수 있다.
<수식 8>
max_abs_Y ≤ Max_k;
max_abs_X ≤ (Max_k*2shift _k-2( shift _k-1))/L1_TR_MATRIX_k;
즉, k번째 역변환의 입력데이터의 최대범위는 스토리지 크기(Max_k), 역스케일링을 위한 시프트 비트수(shift_k) 및 변환 매트릭스의 L1평균(L1_TR_MATRIX_k)에 기초하여 결정될 수 있다.
다음, 역양자화부(34)의 출력데이터의 범위를 제한하기 위해서 요구되는 입력데이터의 범위는 다음 수식들과 같이 역양자화 변수들에 기초하여 결정될 수 있다. 아래 수학식 9에 따라, 양자화된 변환계수 qC는 역양자화를 통해 변환계수 C로 복원될 수 있다.
<수식 9>
C = (((qC * scale(QP))<<bits(QP))+iAdd)>>iShift;
변환계수 C의 크기가 수식 1과 같이 최대한계치 MaxC로 제한된다면, 역양자화의 입력데이터 qC 의 최대범위는 아래 수식 10으로 결정될 수 있다.
<수식 10>
-MaxC ≤ (((qC * scale(QP))<<bits(QP))+iAdd)>>iShift ≤ MaxC;
｜qC｜≤((MaxC<< iShift)- iAdd)>> bits(QP)/ scale(QP);
즉, 역양자화의 입력데이터의 최대범위는 출력데이터의 최대한계치(MaxC)와 역양자화 변수들에 기초하여 결정될 수 있다.
다음으로, 역양자화 및 역변환을 순차적으로 수행하면서, 각 단계의 출력데이터 한계치와 입력데이터에게 요구되는 최대범위 간의 관계는 아래와 같다.
단계 제한조건 입력데이터의 제한된 최대범위
출력데이터의 최대절대값 입력데이터의 최대절대값
제2차 1차원 역변환 Max_2 Max_2*2shift _2 - 2( shift _2-1))/ L1_TR_MATRIX_2
제1차 1차원 역변환 Max_1 Max_1*2shift _1 - 2( shift _1 -1))/ L1_TR_MATRIX_1
역양자화 MaxC ((MaxC<< iShift)- iAdd)>> bits(QP)/ scale(QP)
따라서, 역양자화와 제1, 2차 1차원 역변환의 출력에서 오버플로우가 발생하지 않고 클리핑 동작을 생략하기 위해서는, 아래 수식 11 및 12와 같은 제한조건이 필요하다.
<수식 11>
Max_1 ≤ (Max_2*2shift _2 - 2( shift _2-1))/ L1_TR_MATRIX_2;
<수식 12>
MaxC ≤ (Max_1*2shift _1 - 2( shift _1 -1))/ L1_TR_MATRIX_1;
<수식 13>
｜qC｜≤((MaxC<< iShift)- iAdd)>> bits(QP)/ scale(QP);
수식 12에 따르면, 제1차 1차원 역변환의 출력데이터에 대한 클리핑 동작을 생략하기 위해서는, 역양자화의 출력데이터의 최대절대값이 제1차 1차원 역변환의 입력데이터의 최대범위보다 작거나 같을 필요가 있다.
수식 11에 따르면, 제2차 1차원 역변환의 출력데이터에 대한 클리핑 동작을 생략하기 위해서는, 제1차 1차원 역변환의 출력데이터의 최대절대값이 제2차 1차원 역변환의 입력데이터의 최대범위보다 작거나 같을 필요가 있다.
수식 13에 따르면, 역양자화의 출력데이터에 대한 클리핑 동작을 생략하기 위해서는, 비트스트림으로부터 복원된 양자화된 변환계수의 최대절대값이 역양자화의 입력데이터의 최대범위보다 작거나 같을 필요가 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)에서는, 복호화 과정 중 역양자화 및 역변환 후 수행되는 클리핑 동작들을 하나 이상 생략할 수 있다.
예를 들어 양자화된 변환계수의 최대범위가 수식 13의 조건만을 만족하고, 역양자화된 데이터와 제1차 역변환된 데이터는 각각 수식 11과 수식 12의 조건을 만족하지 않는 경우, 역양자화 후 수행되는 클리핑 동작만이 생략될 수 있다. 즉, 역양자화 후 수행되는 클리핑 동작만을 생략하고자 하면, 비디오 부호화 장치(10)는 수식 11, 12의 조건은 고려할 필요 없이, 수식 13의 조건에 따라 양자화된 변환계수의 최대범위만 제한할 수 있다.
다른 예로, 비디오 부호화 장치(10)가 출력하여 비디오 복호화 장치(20)가 수신한 양자화된 변환계수의 최대범위가 수식 13의 조건을 만족하고, 역양자화된 데이터가 수식 12의 조건을 만족하는 경우에는, 역양자화 후의 클리핑 동작이 생략되고, 제1차 1차원 역변환 후의 클리핑 동작도 생략될 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)가 역양자화 및 1차원 역변환 후의 출력데이터를 16비트 버퍼에 저장하는 경우, 전술된 역양자화 및 1차원 역변환 후의 클리핑 동작을 생략하기 위한 양자화된 변환계수들의 조건들을 살펴본다.
16비트 버퍼에는 값 -215, ..,215-1의 샘플들이 저장될 수 있다. 역양자화, 역변환 등 각 단계 동작의 출력데이터의 절대값이 215-1, 즉 32767보다 작다면, 역양자화, 역변환 이후 데이터를 저장하기 위해 16비트 버퍼 이외에 더 이상의 스토리지가 필요 없고 클리핑 과정도 필요없다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)는 역양자화 및 역변환 동작의 각 출력데이터의 절대값을 215-1로 제한하기 위해, 역양자화 및 역변환 동작의 각 입력데이터의 범위도 제한하고자 한다.
예를 들어, 입력데이터와 출력데이터가 p비트 데이터라고 가정하자. 역변환의 출력데이터는 레지듀얼 값으로 범위 {-2p+1, ...,2p-1}에 포함될 수 있다. 따라서, 제2차 1차원 역변환의 출력데이터의 최대절대값 Max_2는 2p-1일 수 있다.
일반적으로 비디오 코덱에서 샘플값의 비트뎁스는 최대 14 로 14 비트 이하의 샘플들이 이용된다. HEVC 표준 규격에 따른 비디오 코덱에서의 비트뎁스는 8비트 또는 10비트이다. 따라서 제2차 1차원 역변환의 출력데이터는 16비트 버퍼의 데이터범위 이내이므로, 별도의 클리핑 동작이 필요없다.
제1차 1차원 역변환의 출력데이터가 16비트 버퍼에 저장되기 위해서는 제1차 1차원 역변환의 입력데이터인 역양자화된 변환계수의 범위가 수식 12의 조건을 만족하여야 한다.
또한 역양자화의 출력데이터가 16비트 버퍼에 저장되기 위해서는 역양자화의 입력데이터인 양자화된 변환계수의 범위가 수식 13의 조건을 만족하여야 한다.
예를 들어, 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)는 수식 14와 같은 역양자화 변수들을 이용할 수 있다.
<수식 14>
iShift = p-9+log2S;
bits(QP) = iQP/6 + p - 8;
여기서 S는 블록 사이즈를 나타내고 QP 및 iQP는 양자화 파라미터 및 역양자화 파라미터 값을 나타낸다.
또한, scale(QP) 값은, QP%6 값에 따라 서로 다른 6개의 값을 갖는다. 예를 들어, QP%6 값이 0, 1, 2, 3, 4, 5임에 따라, scale(QP) 값은 40, 45, 51, 57, 64, 72으로 변동할 수 있다.
수식 14의 역양자화 변수들을 이용하면 수식 13의 조건은 아래 수식 15와 같이 변형될 수 있다.
<수식 15>
｜qC｜≤ MaxC * 2^(log2S-1-iQP/6) / scale(QP);
따라서, 비디오 부호화 장치(10)가 출력하는 양자화된 변환계수들이 수식 15의 조건에 따른 최대범위를 만족하고, 비디오 복호화 장치(20)는 비트스트림으로부터 수식 15의 조건에 따른 최대범위를 만족하는 양자화된 변환계수들을 복원하여 역양자화하는 경우, 역양자화 이후의 클리핑 동작을 생략할 수 있다. 수식 15에 따라, 비디오 부호화 장치(10)가 출력할 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 역양자화의 출력데이터가 저장될 버퍼 사이즈(MaxC), 블록 크기(S) 및 양자화파라미터들(QP, iQP)에 의해 결정될 수 있다.
또한, 수식 15와 수식 12를 조합하면 아래 수식 16과 같다.
<수식 16>
｜qC｜≤
(Max_1*2shift _1-2( shift _1 -1))*2^(log2S-1-iQP/6) / (L1_TR_MATRIX_1*scale(QP));
따라서, 비디오 부호화 장치(10)가 수식 16의 조건에 따른 최대범위를 만족하는 양자화된 변환계수들을 출력하고, 비디오 복호화 장치(20)는 비트스트림으로부터 수식 16의 조건에 따른 최대범위를 만족하는 양자화된 변환계수들을 복원하여 역양자화 및 역변환하는 경우, 역양자화 및 제1차 1차원 역변환 이후의 클리핑 동작들을 모두 생략할 수 있다. 수식 16에 따라, 비디오 부호화 장치(10)가 출력할 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 제1차 1차원 역변환의 출력데이터가 저장될 버퍼 사이즈(Max_1), 블록 크기(S) 및 양자화파라미터들(QP, iQP)에 의해 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)가 제1 변환/역변환 테이블을 이용하는 경우, 양자화된 변환계수의 최대절대값 MAXqC가 아래 표 A와 같이 결정될 수 있다. 양자화 파라미터 QP가 0일 경우와 51인 경우의 양자화된 변환계수의 최대절대값 MAXqC가 도시되어 있다.
<표 A>
Figure pat00001
다른 예로 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)가 제2 변환/역변환 테이블을 이용하는 경우, 양자화된 변환계수의 최대절대값 MAXqC가 아래 표 B와 같이 결정될 수 있다.
<표 B>
표 A 및 B에서 'Inv.Tr.'열은 변환/역변환을 위한 변환매트릭스 타입을 나타내며, 변환매트릭스 타입에서 숫자는 정사각 변환블록의 너비를 나타낸다. 'L1'열은 각 변환매트릭스 타입에 따라 변환매트릭스의 L1평균을 나타낸다. 역변환 후 역스케일링을 위한 시프트 비트수 Shift1는 고정값이다. 제1차 1차원 역변환된 데이터의 최대절대값 Max1도 샘플의 비트뎁스에 의해 결정되므로 고정값이다.
즉, 표 A 및 B에 따르면, 각 변환매트릭스 타입에 따라 변환매트릭스의 L1평균이 변동되며, 변환매트릭스의 L1평균가 변동함에 따라 역양자화된 변환계수의 최대절대값 MaxC가 다르게 결정될 수 있다. 이러한 결과는 수식 12의 조건과 부합한다. 따라서, 양자화 파라미터 QP가 0인 경우, 각각의 역양자화된 변환계수의 최대절대값 MaxC에 따라 양자화된 변환계수의 최대절대값 MAXqC가 변동됨이 확인된다. 이러한 결과는 수식 15의 조건과 부합한다.
다만 양자화 파라미터 QP가 51인 경우와 같은 소정 경우에는, 양자화된 변환계수의 크기가 역양자화된 변환계수의 최대범위 MaxC와 무관하게 일정한 값으로 결정될 수도 있다.
변환 매트릭스의 L1평균을 2의 거듭제곱값의 형태로 근사화함으로써 앞서 수식 12, 16를 간략하게 표현할 수 있다. 예를 들어, 표 A에서는 의 제1 변환/역변환시스템에서는 변환 매트릭스의 L1평균을 2^(log2S+6)으로 근사화하고, 표 B에 대해서는 2^(log2S+12)로 근사화할 수 있다.
예를 들어, 변환 매트릭스의 L1평균을 근사화한 2^(log2S+6)를 이용하면 수식 12, 16의 조건들은 수식 17의 조건들로 단순해질 수 있다.
<수식 17>
｜MaxC｜ ≤ Max_1 * 2^(shift_1-log2S-6);
｜qC｜ ≤ Max_1 * 2^(shift_1-7-iQP/6) / scale(QP);
MaxqC = Max_1 * 2^(shift_1-7-iQP/6) / scale(QP);
이와 같이 간략화된 최대범위의 조건에 따르면, 비디오 부호화 장치(10)가 출력하고 비디오 복호화 장치(20)가 수신하는 양자화된 변환계수의 최대절대값 MaxqC는 제1차 1차원 역변환의 출력데이터가 저장될 버퍼 사이즈(Max_1) 및 양자화파라미터들(QP, iQP)에 의해 결정될 수 있다. 양자화된 변환계수의 최대절대값에 따라 최대범위도 결정될 수 있다.
제1차 1차원 역변환 후 역스케일링을 위한 시프트 비트수 Shift1가 비디오 부복호화 시스템에서 고정된 상수일 수 있다. 시프트 비트수 Shift1가 가변적인 값인 경우에는 , 비디오 부호화 장치(10) 및 비디오 복호화 장치(20)는 시프트 비트수 Shift1를 시그널링할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10)는, 샘플 복원 과정에서 역양자화 및 역변환 후에 생성된 데이터가 저장될 임시 버퍼와 같은 스토리지의 크기에 기초하여, 양자화된 변환계수의 데이터 범위를 미리 제한할 수 있다. 비디오 복호화 장치(20)는, 최대범위가 제한된 양자화된 변환계수를 수신하여, 양자화된 변환계수에 대한 역양자화 및 역변환 과정에서 클리핑 동작을 생략하고도 버퍼에 데이터를 저장할 수 있다.
도 4 는 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 41 에서, 영상의 블록별로, 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들이 생성된다.
단계 42 에서, 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화의 출력데이터 및/또는 변환계수들에 대한 1차원 역변환과 역스케일링의 출력데이터가, 소정 비트뎁스 이하일 수 있도록, 양자화된 변환계수들의 최대범위가 결정된다.
단계 43 에서, 앞서 결정된 최대범위 이내로, 양자화된 변환계수들의 범위가 조정된다. 양자화된 변환계수들이 최대범위 이내로 클리핑될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 샘플 복원 과정에서 역양자화를 수행한 후 클리핑 동작 없이 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성될 수 있도록, 샘플 생성 과정에서 제1 비트뎁스를 이용하여 양자화된 변환계수들의 최대범위가 미리 제한될 수 있다. 이 때 제1 비트뎁스는, 샘플 복원 과정에서 변환계수들이 저장되는 제1 스토리지의 데이터사이즈일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 샘플 복원 과정에서 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행한 후 클리핑 동작 없이 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있도록, 샘플 생성 과정에서 제2 비트뎁스를 이용하여 양자화된 변환계수들의 최대범위가 미리 제한될 수 있다. 이 때 제2 비트뎁스는, 샘플 복원 과정에서 샘플들이 저장되는 제2 스토리지의 데이터 사이즈일 수 있다.
1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트함으로써 역스케일링이 수행되는 경우, 역변환의 역스케일링 후 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성하기 위해, 양자화된 변환계수들의 최대범위는 소정 시프트 비트수를 이용하여 결정될 수 있다.
도 5 는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 51에서, 수신된 비트스트림으로부터 블록들마다 양자화된 변환계수들이 파싱되어 복원될 수 있다. 역양자화에 의해 제1 스토리지의 비트뎁스 이하의 역양자화된 변환계수를 출력하고, 역변환 및 역스케일링에 의해 제2 스토리지의 비트뎁스 이하의 샘플을 출력할 수 있도록, 부호화 과정에서 미리 최대범위가 조정된 양자화된 변환계수들이 비트스트림으로부터 파싱되어 복원될 수 있다.
단계 53에서, 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 복원될 수 있다. 역양자화를 수행하여 생성된 변환계수들에 대한 클리핑 동작 없이도, 변환계수들이 저장될 제1 스토리지의 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성될 수 있다.
단계 55에서, 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 복원될 수 있다. 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이도, 생성된 샘플들이 저장될 제2 스토리지의 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있다.
1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트하여 역스케일링되는 경우에는, 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 1차원 역변환 후 역스케일링을 위한 시프트 비트수에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(10) 및 다른 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(20)에서, 비디오 데이터가 분할되는 블록들이 트리 구조의 부호화 단위들로 분할되고, 최대 부호화 단위 또는 부호화 단위마다 픽셀 분류에 따른 오프셋값을 결정할 수 있음은 전술한 바와 같다. 이하 도 6 내지 18을 참조하여, 일 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위 및 변환 단위에 기초한 비디오 부호화 방법 및 그 장치, 비디오 복호화 방법 및 그 장치가 개시된다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치(100)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(100)는 최대 부호화 단위 분할부(110), 부호화 단위 결정부(120) 및 출력부(130)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(100)는 '비디오 부호화 장치(100)'로 축약하여 지칭한다.
최대 부호화 단위 분할부(110)는 영상의 현재 픽처를 위한 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 픽처를 구획할 수 있다. 현재 픽처가 최대 부호화 단위보다 크다면, 현재 픽처의 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위로 분할될 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 2의 자승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위별로 부호화 단위 결정부(120)로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위는 최대 크기 및 심도로 특징지어질 수 있다. 심도란 최대 부호화 단위로부터 부호화 단위가 공간적으로 분할한 횟수를 나타내며, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지 분할될 수 있다. 최대 부호화 단위의 심도가 최상위 심도이며 최소 부호화 단위가 최하위 부호화 단위로 정의될 수 있다. 최대 부호화 단위는 심도가 깊어짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, 상위 심도의 부호화 단위는 복수 개의 하위 심도의 부호화 단위를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 현재 픽처의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하며, 각각의 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되는 부호화 단위들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되므로, 최대 부호화 단위에 포함된 공간 영역(spatial domain)의 영상 데이터가 심도에 따라 계층적으로 분류될 수 있다.
최대 부호화 단위의 높이 및 너비를 계층적으로 분할할 수 있는 총 횟수를 제한하는 최대 심도 및 부호화 단위의 최대 크기가 미리 설정되어 있을 수 있다.
부호화 단위 결정부(120)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 픽처의 최대 부호화 단위마다 심도별 부호화 단위로 영상 데이터를 부호화하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여 부호화 심도로 결정한다. 결정된 부호화 심도 및 최대 부호화 단위별 영상 데이터는 출력부(130)로 출력된다.
최대 부호화 단위 내의 영상 데이터는 최대 심도 이하의 적어도 하나의 심도에 따라 심도별 부호화 단위에 기반하여 부호화되고, 각각의 심도별 부호화 단위에 기반한 부호화 결과가 비교된다. 심도별 부호화 단위의 부호화 오차의 비교 결과 부호화 오차가 가장 작은 심도가 선택될 수 있다. 각각의 최대화 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 심도가 결정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 크기는 심도가 깊어짐에 따라 부호화 단위가 계층적으로 분할되어 분할되며 부호화 단위의 개수는 증가한다. 또한, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 동일한 심도의 부호화 단위들이라 하더라도, 각각의 데이터에 대한 부호화 오차를 측정하고 하위 심도로의 분할 여부가 결정된다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터라 하더라도 위치에 따라 심도별 부호화 오차가 다르므로 위치에 따라 부호화 심도가 달리 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 대해 부호화 심도가 하나 이상 설정될 수 있으며, 최대 부호화 단위의 데이터는 하나 이상의 부호화 심도의 부호화 단위에 따라 구획될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 결정될 수 있다. 일 실시예에 따른 '트리 구조에 따른 부호화 단위들'은, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 심도별 부호화 단위들 중, 부호화 심도로 결정된 심도의 부호화 단위들을 포함한다. 부호화 심도의 부호화 단위는, 최대 부호화 단위 내에서 동일 영역에서는 심도에 따라 계층적으로 결정되고, 다른 영역들에 대해서는 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 현재 영역에 대한 부호화 심도는, 다른 영역에 대한 부호화 심도와 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 분할 횟수와 관련된 지표이다. 일 실시예에 따른 제 1 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 제 2 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 심도 레벨의 총 개수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 할 때, 최대 부호화 단위가 1회 분할된 부호화 단위의 심도는 1로 설정되고, 2회 분할된 부호화 단위의 심도가 2로 설정될 수 있다. 이 경우, 최대 부호화 단위로부터 4회 분할된 부호화 단위가 최소 부호화 단위라면, 심도 0, 1, 2, 3 및 4의 심도 레벨이 존재하므로 제 1 최대 심도는 4, 제 2 최대 심도는 5로 설정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화 및 변환이 수행될 수 있다. 예측 부호화 및 변환도 마찬가지로, 최대 부호화 단위마다, 최대 심도 이하의 심도마다 심도별 부호화 단위를 기반으로 수행된다.
최대 부호화 단위가 심도별로 분할될 때마다 심도별 부호화 단위의 개수가 증가하므로, 심도가 깊어짐에 따라 생성되는 모든 심도별 부호화 단위에 대해 예측 부호화 및 변환을 포함한 부호화가 수행되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 최대 부호화 단위 중 현재 심도의 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화 및 변환을 설명하겠다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 데이터 단위의 크기 또는 형태를 다양하게 선택할 수 있다. 영상 데이터의 부호화를 위해서는 예측 부호화, 변환, 엔트로피 부호화 등의 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 데이터 단위가 사용될 수도 있으며, 단계별로 데이터 단위가 변경될 수도 있다.
예를 들어 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위의 영상 데이터의 예측 부호화를 수행하기 위해, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 선택할 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화를 위해서는, 일 실시예에 따른 부호화 심도의 부호화 단위, 즉 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 이하, 예측 부호화의 기반이 되는 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 '예측 단위'라고 지칭한다. 예측 단위가 분할된 파티션은, 예측 단위 및 예측 단위의 높이 및 너비 중 적어도 하나가 분할된 데이터 단위를 포함할 수 있다. 파티션은 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 형태의 데이터 단위이고, 예측 단위는 부호화 단위와 동일한 크기의 파티션일 수 있다.
예를 들어, 크기 2Nx2N(단, N은 양의 정수)의 부호화 단위가 더 이상 분할되지 않는 경우, 크기 2Nx2N의 예측 단위가 되며, 파티션의 크기는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 일 실시예에 따른 파티션 타입은 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션들뿐만 아니라, 1:n 또는 n:1과 같이 비대칭적 비율로 분할된 파티션들, 기하학적인 타입로 분할된 파티션들, 임의적 형태의 파티션들 등을 선택적으로 포함할 수도 있다.
예측 단위의 예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어 인트라 모드 및 인터 모드는, 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 크기의 파티션에 대해서 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 파티션에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 이내의 하나의 예측 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 기반으로 부호화 단위의 영상 데이터의 변환을 수행할 수 있다. 부호화 단위의 변환을 위해서는, 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 변환 단위를 기반으로 변환이 수행될 수 있다. 예를 들어 변환 단위는, 인트라 모드를 위한 데이터 단위 및 인터 모드를 위한 변환 단위를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위와 유사한 방식으로, 부호화 단위 내의 변환 단위도 재귀적으로 더 작은 크기의 변환 단위로 분할되면서, 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위에 따라 구획될 수 있다.
일 실시예에 따른 변환 단위에 대해서도, 부호화 단위의 높이 및 너비가 분할하여 변환 단위에 이르기까지의 분할 횟수를 나타내는 변환 심도가 설정될 수 있다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위의 변환 단위의 크기가 2Nx2N이라면 변환 심도 0, 변환 단위의 크기가 NxN이라면 변환 심도 1, 변환 단위의 크기가 N/2xN/2이라면 변환 심도 2로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위에 대해서도 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위가 설정될 수 있다.
부호화 심도별 부호화 정보는, 부호화 심도 뿐만 아니라 예측 관련 정보 및 변환 관련 정보가 필요하다. 따라서, 부호화 단위 결정부(120)는 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 심도 뿐만 아니라, 예측 단위를 파티션으로 분할한 파티션 타입, 예측 단위별 예측 모드, 변환을 위한 변환 단위의 크기 등을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 예측단위/파티션, 및 변환 단위의 결정 방식에 대해서는, 도 7 내지 19을 참조하여 상세히 후술한다.
부호화 단위 결정부(120)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(130)는, 부호화 단위 결정부(120)에서 결정된 적어도 하나의 부호화 심도에 기초하여 부호화된 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다.
부호화된 영상 데이터는 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다.
심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 부호화 심도 정보, 예측 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다.
부호화 심도 정보는, 현재 심도로 부호화하지 않고 하위 심도의 부호화 단위로 부호화할지 여부를 나타내는 심도별 분할 정보를 이용하여 정의될 수 있다. 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도라면, 현재 부호화 단위는 현재 심도의 부호화 단위로 부호화되므로 현재 심도의 분할 정보는 더 이상 하위 심도로 분할되지 않도록 정의될 수 있다. 반대로, 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도가 아니라면 하위 심도의 부호화 단위를 이용한 부호화를 시도해보아야 하므로, 현재 심도의 분할 정보는 하위 심도의 부호화 단위로 분할되도록 정의될 수 있다.
현재 심도가 부호화 심도가 아니라면, 하위 심도의 부호화 단위로 분할된 부호화 단위에 대해 부호화가 수행된다. 현재 심도의 부호화 단위 내에 하위 심도의 부호화 단위가 하나 이상 존재하므로, 각각의 하위 심도의 부호화 단위마다 반복적으로 부호화가 수행되어, 동일한 심도의 부호화 단위마다 재귀적(recursive) 부호화가 수행될 수 있다.
하나의 최대 부호화 단위 안에 트리 구조의 부호화 단위들이 결정되며 부호화 심도의 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대 부호화 단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다. 또한, 최대 부호화 단위의 데이터는 심도에 따라 계층적으로 구획되어 위치 별로 부호화 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 출력부(130)는, 최대 부호화 단위에 포함되어 있는 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 적어도 하나에 대해, 해당 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보를 할당될 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위이다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 부호화 단위, 예측 단위, 파티션 단위 및 변환 단위 내에 포함될 수 있는 최대 크기의 정사각 데이터 단위일 수 있다.
예를 들어 출력부(130)를 통해 출력되는 부호화 정보는, 심도별 부호화 단위별 부호화 정보와 예측 단위별 부호화 정보로 분류될 수 있다. 심도별 부호화 단위별 부호화 정보는, 예측 모드 정보, 파티션 크기 정보를 포함할 수 있다. 예측 단위별로 전송되는 부호화 정보는 인터 모드의 추정 방향에 관한 정보, 인터 모드의 참조 영상 인덱스에 관한 정보, 움직임 벡터에 관한 정보, 인트라 모드의 크로마 성분에 관한 정보, 인트라 모드의 보간 방식에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
픽처, 슬라이스 또는 GOP별로 정의되는 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 최대 심도에 관한 정보는 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등에 삽입될 수 있다.
또한 현재 비디오에 대해 허용되는 변환 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 변환 단위의 최소 크기에 관한 정보도, 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등을 통해 출력될 수 있다. 출력부(130)는, 도 1 내지 6을 참조하여 전술한 예측과 관련된 참조정보, 예측정보, 단일방향예측 정보, 제4 슬라이스타입을 포함하는 슬라이스 타입 정보 등을 부호화하여 출력할 수 있다.
비디오 부호화 장치(100)의 가장 간단한 형태의 실시예에 따르면, 심도별 부호화 단위는 한 계층 상위 심도의 부호화 단위의 높이 및 너비를 반분한 크기의 부호화 단위이다. 즉, 현재 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, 하위 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다. 또한, 2Nx2N 크기의 현재 부호화 단위는 NxN 크기의 하위 심도 부호화 단위를 최대 4개 포함할 수 있다.
따라서, 비디오 부호화 장치(100)는 현재 픽처의 특성을 고려하여 결정된 최대 부호화 단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대 부호화 단위마다 최적의 형태 및 크기의 부호화 단위를 결정하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최대 부호화 단위마다 다양한 예측 모드, 변환 방식 등으로 부호화할 수 있으므로, 다양한 영상 크기의 부호화 단위의 영상 특성을 고려하여 최적의 부호화 모드가 결정될 수 있다.
따라서, 영상의 해상도가 매우 높거나 데이터량이 매우 큰 영상을 기존 매크로블록 단위로 부호화한다면, 픽처당 매크로블록의 수가 과도하게 많아진다. 이에 따라, 매크로블록마다 생성되는 압축 정보도 많아지므로 압축 정보의 전송 부담이 커지고 데이터 압축 효율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 6의 비디오 부호화 장치(100)는, 도 1을 참조하여 전술한 비디오 부호화 장치(10)의 동작을 수행할 수 있다.
부호화 단위 결정부(120)는, 비디오 부호화 장치(10)의 변환양자화부(12)의 동작을 수행할 수 있다. 부호화 단위 결정부(120)는 변환블록별로 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들이 생성된다. 출력부(130)는, 비디오 부호화 장치(10)의 최대범위결정부(14) 및 출력부(16)의 동작을 수행할 수 있다.
출력부(130)는, 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화의 출력데이터 및/또는 변환계수들에 대한 1차원 역변환과 역스케일링의 출력데이터가, 소정 비트뎁스 이하일 수 있도록, 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정한다. 출력부(130)는, 양자화된 변환계수들을 최대범위 이내로 클리핑한 후 비트스트림의 형태로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 샘플 복원 과정에서 역양자화를 수행한 후 클리핑 동작 없이 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성될 수 있도록, 샘플 생성 과정에서 샘플 복원 과정에서 변환계수들이 저장되는 제1 스토리지의 크기 또는 변환계수들의 비트뎁스를 고려하여 양자화된 변환계수들의 최대범위가 미리 제한될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 샘플 복원 과정에서 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행한 후 클리핑 동작 없이 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있도록, 샘플 복원 과정에서 샘플들이 저장되는 제2 스토리지의 크기 또는 고정 소수점의 변환매트릭스를 이용하여 양자화된 변환계수들의 최대범위가 미리 제한될 수 있다.
1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트함으로써 역스케일링이 수행되는 경우, 역변환의 역스케일링 후 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성하기 위한, 양자화된 변환계수들의 최대범위는 소정 비트수를 이용하여 결정될 수 있다.
도 7 는 본 발명의 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치(200)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(200)는 수신부(210), 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220) 및 영상 데이터 복호화부(230)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(200)는 '비디오 복호화 장치(200)'로 축약하여 지칭한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 복호화 동작을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 7 및 비디오 부호화 장치(100)를 참조하여 전술한 바와 동일하다.
수신부(210)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 영상 데이터 복호화부(230)로 출력한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 현재 픽처에 대한 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트로부터 현재 픽처의 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출한다. 추출된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는 영상 데이터 복호화부(230)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하여, 영상 데이터 복호화부(230)가 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화하도록 할 수 있다.
최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 하나 이상의 부호화 심도 정보에 대해 설정될 수 있으며, 부호화 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)가 추출한 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)와 같이 부호화단에서, 최대 부호화 단위별 심도별 부호화 단위마다 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시키는 것으로 결정된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보이다. 따라서, 비디오 복호화 장치(200)는 최소 부호화 오차를 발생시키는 부호화 방식에 따라 데이터를 복호화하여 영상을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보는, 해당 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 할당되어 있을 수 있으므로, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 소정 데이터 단위별로 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출할 수 있다. 소정 데이터 단위별로, 해당 최대 부호화 단위의 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 기록되어 있다면, 동일한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 갖고 있는 소정 데이터 단위들은 동일한 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터 단위로 유추될 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 가운데 각각의 부호화 단위마다, 판독된 파티션 타입, 예측 모드, 변환 단위에 기초하여 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 예측 과정, 및 역변환 과정을 포함할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는, 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위의 파티션 타입 정보 및 예측 모드 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 파티션 및 예측 모드에 따라 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위별 역변환을 위해, 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 변환 단위 정보를 판독하여, 부호화 단위마다 변환 단위에 기초한 역변환을 수행할 수 있다. 역변환을 통해, 부호화 단위의 공간 영역의 화소값이 복원할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 심도별 분할 정보를 이용하여 현재 최대 부호화 단위의 부호화 심도를 결정할 수 있다. 만약, 분할 정보가 현재 심도에서 더 이상 분할되지 않음을 나타내고 있다면 현재 심도가 부호화 심도이다. 따라서, 영상 데이터 복호화부(230)는 현재 최대 부호화 단위의 영상 데이터에 대해 현재 심도의 부호화 단위를 예측 단위의 파티션 타입, 예측 모드 및 변환 단위 크기 정보를 이용하여 복호화할 수 있다.
즉, 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 설정되어 있는 부호화 정보를 관찰하여, 동일한 분할 정보를 포함한 부호화 정보를 보유하고 있는 데이터 단위가 모여, 영상 데이터 복호화부(230)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다. 이런 식으로 결정된 부호화 단위마다 부호화 모드에 대한 정보를 획득하여 현재 부호화 단위의 복호화가 수행될 수 있다.
또한, 도 7의 비디오 복호화 장치(200)는, 도 2을 참조하여 전술한 비디오 복호화 장치(20)의 동작을 수행할 수 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)와 수신부(210)는, 비디오 복호화 장치(20)의 수신부(22)의 동작을 수행할 수 있다. 영상데이터 복호화부(230)는, 비디오 복호화 장치(20)의 역양자화부(24), 역변환부(26) 및 영상복원부(28)의 동작을 수행할 수 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는, 수신된 비트스트림으로부터 변환블록들마다 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원할 수 있다. 복원된 양자화된 변환계수는, 부호화단에서 이미 소정 최대범위 이내로 클리핑된 결과값일 수 있다. 양자화된 변환계수의 최대범위는, 역양자화 후 클리핑할 필요 없도록 제1 스토리지의 비트뎁스 이내의 데이터를 출력하고, 역변환 및 역스케일링 후 클리핑할 필요 없도록 제2 스토리지의 비트뎁스 이내의 데이터를 출력할 수 있도록, 부호화단에서 미리 결정될 수 있다. 1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트하여 역스케일링되는 경우에는, 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 1차원 역변환 후 역스케일링을 위한 시프트 비트수에 기초하여 결정된 값일 수 있다.
이에 따라 영상데이터 복호화부(230)는, 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 변환계수들을 복원하고, 변환계수들에 대한 클리핑 동작 없이도, 제1 스토리지의 비트뎁스 이내의 변환계수들을 생성할 수 있다.
또한, 영상데이터 복호화부(230)는, 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 샘플들을 복원하고, 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이도, 제2 스토리지의 비트뎁스 이내의 변환계수들을 생성할 수 있다.
결국, 비디오 복호화 장치(200)는, 부호화 과정에서 최대 부호화 단위마다 재귀적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 단위에 대한 정보를 획득하여, 현재 픽처에 대한 복호화에 이용할 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 최적 부호화 단위로 결정된 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화된 영상 데이터의 복호화가 가능해진다.
따라서, 높은 해상도의 영상 또는 데이터량이 과도하게 많은 영상이라도 부호화단으로부터 전송된 최적 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여, 영상의 특성에 적응적으로 결정된 부호화 단위의 크기 및 부호화 모드에 따라 효율적으로 영상 데이터를 복호화하여 복원할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
비디오 데이터(310)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(320)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(330)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 8에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상 뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(330)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(310, 320)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(310)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 비디오 데이터(330)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(320)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부(400)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(400)는, 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)에서 영상 데이터를 부호화하는데 거치는 작업들을 포함한다. 즉, 인트라 예측부(410)는 현재 프레임(405) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 인터 모드의 현재 프레임(405) 및 참조 프레임(495)을 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)로부터 출력된 데이터는 변환부(430) 및 양자화부(440)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화부(460), 역변환부(470)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(495)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420), 움직임 보상부(425), 변환부(430), 양자화부(440), 엔트로피 부호화부(450), 역양자화부(460), 역변환부(470), 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 변환부(430)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
영상 부호화부(400)는 현재 프레임(405)의 변환단위들마다 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 결정하고, 양자화된 변환계수들의 최대범위 이내로 클리핑한 후 전송할 수 있다. 샘플 복원 과정에서, 역양자화 후의 출력데이터과 역변환 및 역스케일링 후의 출력데이터가 클리핑 없이도 소정 비트뎁스 이하의 데이터를 생성할 수 있도록 하기 위해, 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 샘플 복원 과정에서의 비트뎁스 또는 스토리지 크기와 역스케일링을 위한 비트이동수를 고려하여 결정될 수 있다.
도 10 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부(500)의 블록도를 도시한다.
비트스트림(505)이 파싱부(510)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 및 역양자화부(530)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 역변환부(540)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(550)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(560)는 참조 프레임(585)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(550) 및 움직임 보상부(560)를 거친 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 후처리되어 복원 프레임(595)으로 출력될 수 있다. 또한, 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 후처리된 데이터는 참조 프레임(585)으로서 출력될 수 있다.
비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 복호화부(230)에서 영상 데이터를 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(500)의 파싱부(510) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(500)의 구성 요소들인 파싱부(510), 엔트로피 복호화부(520), 역양자화부(530), 역변환부(540), 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560), 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 역변환부(540)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
영상 복호화부(500)는 비트스트림으로부터 변환단위들마다 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원할 수 있다. 양자화된 변환계수에 대한 역양자화를 수행한 결과 소정 스토리지의 비트뎁스 이하의 데이터가 생성되므로 역양자화 후 클리핑 동작이 필요없다. 또한, 역양자화 후 역스케일링 이후의 클리핑 동작이 생략되더라도 최대비트뎁스 이내의 샘플들이 복원될 수 있다.
도 11 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 4인 경우를 도시하고 있다. 이 때, 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(610)는 부호화 단위의 계층 구조(600) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640), 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)가 존재한다. 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(610)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(610)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(610), 크기 64x32의 파티션들(612), 크기 32x64의 파티션들(614), 크기 32x32의 파티션들(616)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(620), 크기 32x16의 파티션들(622), 크기 16x32의 파티션들(624), 크기 16x16의 파티션들(626)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(630), 크기 16x8의 파티션들(632), 크기 8x16의 파티션들(634), 크기 8x8의 파티션들(636)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(640), 크기 8x4의 파티션들(642), 크기 4x8의 파티션들(644), 크기 4x4의 파티션들(646)로 분할될 수 있다.
마지막으로, 심도 4의 크기 4x4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이며 최하위 심도의 부호화 단위이고, 해당 예측 단위도 크기 4x4의 파티션(650)으로만 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)는, 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(610)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(610) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 12 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(710)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(800)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 타입에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806), 크기 NxN의 파티션(808) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(800)는 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806) 및 크기 NxN의 파티션(808) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(810)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(810)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(800)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(812), 인터 모드(814) 및 스킵 모드(816) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(820)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(822), 제 2 인트라 변환 단위 크기(824), 제 1 인터 변환 단위 크기(826), 제 2 인트라 변환 단위 크기(828) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(210)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(900)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(910)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(912), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(914), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(916), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(918)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(912, 914, 916, 918)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 타입은 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 타입마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 타입(912, 914, 916) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(918)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(920), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(930)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(930)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(940)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(942), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(944), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(946), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(948)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(948)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(950), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(960)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 부호화 단위는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(970)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(980)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(990)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(992), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(994), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(996), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)을 포함할 수 있다.
파티션 타입 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 타입이 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 타입은 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(952)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(999)은, 현재 최대 부호화 단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 부호화 단위(900)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 부호화 심도를 결정하고, 해당 파티션 타입 및 예측 모드가 부호화 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 부호화 심도로 결정될 수 있다. 부호화 심도, 및 예측 단위의 파티션 타입 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 부호화 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 부호화 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 부호화 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(912)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 부호화 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 15, 16 및 17는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(1010)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(1060)는 부호화 단위(1010) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(1070)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(1010)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(1012, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(1014, 1016, 1018, 1028, 1050, 1052)은 심도가 2, 부호화 단위들(1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, 1048)은 심도가 3, 부호화 단위들(1040, 1042, 1044, 1046)은 심도가 4이다.
예측 단위들(1060) 중 일부 파티션(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(1014, 1022, 1050, 1054)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(1016, 1048, 1052)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(1032)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(1010)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(1070) 중 일부(1052)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 변환 또는 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 예측 단위들(1060) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(200)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대 부호화 단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 재귀적 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 구성될 수 있다. 부호화 정보는 부호화 단위에 대한 분할 정보, 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위 크기 정보를 포함할 수 있다. 이하 표 1은, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
분할 정보 0 (현재 심도 d의 크기 2Nx2N의 부호화 단위에 대한 부호화) 분할 정보 1
예측 모드 파티션 타입 변환 단위 크기 하위 심도 d+1의 부호화 단위들마다 반복적 부호화
인트라
인터

스킵 (2Nx2N만)		 대칭형 파티션 타입 비대칭형 파티션 타입 변환 단위 분할 정보 0 변환 단위
분할 정보 1
2Nx2N
2NxN
Nx2N
NxN		 2NxnU
2NxnD
nLx2N
nRx2N		 2Nx2N NxN
(대칭형 파티션 타입)

N/2xN/2
(비대칭형 파티션 타입)
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 부호화 정보 추출부(220)는 수신된 비트스트림으로부터 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 추출할 수 있다.
분할 정보는 현재 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위들로 분할되는지 여부를 나타낸다. 현재 심도 d의 분할 정보가 0이라면, 현재 부호화 단위가 현재 부호화 단위가 하위 부호화 단위로 더 이상 분할되지 않는 심도가 부호화 심도이므로, 부호화 심도에 대해서 파티션 타입 정보, 예측 모드, 변환 단위 크기 정보가 정의될 수 있다. 분할 정보에 따라 한 단계 더 분할되어야 하는 경우에는, 분할된 4개의 하위 심도의 부호화 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어야 한다.
예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 하나로 나타낼 수 있다. 인트라 모드 및 인터 모드는 모든 파티션 타입에서 정의될 수 있으며, 스킵 모드는 파티션 타입 2Nx2N에서만 정의될 수 있다.
파티션 타입 정보는, 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션 타입 2Nx2N, 2NxN, Nx2N 및 NxN 과, 비대칭적 비율로 분할된 비대칭적 파티션 타입 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N를 나타낼 수 있다. 비대칭적 파티션 타입 2NxnU 및 2NxnD는 각각 높이가 1:3 및 3:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 타입 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:3 및 3:1로 분할된 형태를 나타낸다.
변환 단위 크기는 인트라 모드에서 두 종류의 크기, 인터 모드에서 두 종류의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위 분할 정보가 0 이라면, 변환 단위의 크기가 현재 부호화 단위의 크기 2Nx2N로 설정된다. 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 현재 부호화 단위가 분할된 크기의 변환 단위가 설정될 수 있다. 또한 크기 2Nx2N인 현재 부호화 단위에 대한 파티션 타입이 대칭형 파티션 타입이라면 변환 단위의 크기는 NxN, 비대칭형 파티션 타입이라면 N/2xN/2로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화 정보는, 부호화 심도의 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 단위 중 적어도 하나에 대해 할당될 수 있다. 부호화 심도의 부호화 단위는 동일한 부호화 정보를 보유하고 있는 예측 단위 및 최소 단위를 하나 이상 포함할 수 있다.
따라서, 인접한 데이터 단위들끼리 각각 보유하고 있는 부호화 정보들을 확인하면, 동일한 부호화 심도의 부호화 단위에 포함되는지 여부가 확인될 수 있다. 또한, 데이터 단위가 보유하고 있는 부호화 정보를 이용하면 해당 부호화 심도의 부호화 단위를 확인할 수 있으므로, 최대 부호화 단위 내의 부호화 심도들의 분포가 유추될 수 있다.
따라서 이 경우 현재 부호화 단위가 주변 데이터 단위를 참조하여 예측하기 경우, 현재 부호화 단위에 인접하는 심도별 부호화 단위 내의 데이터 단위의 부호화 정보가 직접 참조되어 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 현재 부호화 단위가 주변 부호화 단위를 참조하여 예측 부호화가 수행되는 경우, 인접하는 심도별 부호화 단위의 부호화 정보를 이용하여, 심도별 부호화 단위 내에서 현재 부호화 단위에 인접하는 데이터가 검색됨으로써 주변 부호화 단위가 참조될 수도 있다.
도 18 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대 부호화 단위(1300)는 부호화 심도의 부호화 단위들(1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, 1318)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(1318)는 부호화 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(1318)의 파티션 타입 정보는, 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326), NxN(1328), 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정될 수 있다.
변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 변환 인덱스의 일종으로서, 변환 인덱스에 대응하는 변환 단위의 크기는 부호화 단위의 예측 단위 타입 또는 파티션 타입에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 파티션 타입 정보가 대칭형 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326) 및 NxN(1328) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1342)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(1344)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1352)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(1354)가 설정될 수 있다.
도 21을 참조하여 전술된 변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 0 또는 1의 값을 갖는 플래그이지만, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보가 1비트의 플래그로 한정되는 것은 아니며 설정에 따라 0, 1, 2, 3.. 등으로 증가하며 변환 단위가 계층적으로 분할될 수도 있다. 변환 단위 분할 정보는 변환 인덱스의 한 실시예로써 이용될 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보를 변환 단위의 최대 크기, 변환 단위의 최소 크기와 함께 이용하면, 실제로 이용된 변환 단위의 크기가 표현될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 부호화할 수 있다. 부호화된 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보는 SPS에 삽입될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 이용하여, 비디오 복호화에 이용할 수 있다.
예를 들어, (a) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 크기는 32x32이라면, (a-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32, (a-2) 변환 단위 분할 정보가 1일 때 변환 단위의 크기가 16x16, (a-3) 변환 단위 분할 정보가 2일 때 변환 단위의 크기가 8x8로 설정될 수 있다.
다른 예로, (b) 현재 부호화 단위가 크기 32x32이고, 최소 변환 단위 크기는 32x32이라면, (b-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32로 설정될 수 있으며, 변환 단위의 크기가 32x32보다 작을 수는 없으므로 더 이상의 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
또 다른 예로, (c) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 변환 단위 분할 정보는 0 또는 1일 수 있으며, 다른 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
따라서, 최대 변환 단위 분할 정보를 'MaxTransformSizeIndex', 최소 변환 단위 크기를 'MinTransformSize', 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기를 'RootTuSize'라고 정의할 때, 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'는 아래 관계식 (1) 과 같이 정의될 수 있다.
CurrMinTuSize
= max (MinTransformSize, RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)) ... (1)
현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'와 비교하여, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 시스템상 채택 가능한 최대 변환 단위 크기를 나타낼 수 있다. 즉, 관계식 (1)에 따르면, 'RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)'는, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'를 최대 변환 단위 분할 정보에 상응하는 횟수만큼 분할한 변환 단위 크기이며, 'MinTransformSize'는 최소 변환 단위 크기이므로, 이들 중 작은 값이 현재 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'일 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 변환 단위 크기 RootTuSize는 예측 모드에 따라 달라질 수도 있다.
예를 들어, 현재 예측 모드가 인터 모드라면 RootTuSize는 아래 관계식 (2)에 따라 결정될 수 있다. 관계식 (2)에서 'MaxTransformSize'는 최대 변환 단위 크기, 'PUSize'는 현재 예측 단위 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
즉 현재 예측 모드가 인터 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 예측 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
현재 파티션 단위의 예측 모드가 예측 모드가 인트라 모드라면 모드라면 'RootTuSize'는 아래 관계식 (3)에 따라 결정될 수 있다. 'PartitionSize'는 현재 파티션 단위의 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PartitionSize) ...........(3)
즉 현재 예측 모드가 인트라 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 파티션 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
다만, 파티션 단위의 예측 모드에 따라 변동하는 일 실시예에 따른 현재 최대 변환 단위 크기 'RootTuSize'는 일 실시예일 뿐이며, 현재 최대 변환 단위 크기를 결정하는 요인이 이에 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다.
도 6 내지 18를 참조하여 전술된 트리 구조의 부호화 단위들에 기초한 비디오 부호화 기법에 따라, 트리 구조의 부호화 단위들마다 공간영역의 영상 데이터가 부호화되며, 트리 구조의 부호화 단위들에 기초한 비디오 복호화 기법에 따라 최대 부호화 단위마다 복호화가 수행되면서 공간 영역의 영상 데이터가 복원되어, 픽처 및 픽처 시퀀스인 비디오가 복원될 수 있다. 복원된 비디오는 재생 장치에 의해 재생되거나, 저장 매체에 저장되거나, 네트워크를 통해 전송될 수 있다.
또한, 픽처마다 또는 슬라이스마다 또는 최대부호화 단위마다, 또는 트리 구조에 따른 부호화단위마다, 또는 부호화 단위의 예측단위마다, 또는 부호화 단위의 변환단위마다, 오프셋 파라미터가 시그널링될 수 있다. 일례로, 최대부호화단위마다 수신된 오프셋 파라미터에 기초하여 복원된 오프셋값을 이용하여 최대부호화단위의 복원픽셀값들을 조정함으로써, 원본블록과의 오차가 최소화되는 최대부호화단위가 복원될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 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)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 (14)

  1. 비디오 복호화 방법에 있어서,
    수신된 비트스트림으로부터 영상의 블록별로 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하는 단계;
    상기 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 복원하는 단계; 및
    상기 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변환계수들을 복원하는 단계는,
    상기 역양자화를 수행하여 생성된 변환계수들에 대한 클리핑 동작이 없이, 상기 역양자화 후 상기 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 데이터 크기는 상기 역양자화 후 생성된 변환계수들이 저장될 제1 스토리지의 크기인 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 샘플값들을 복원하는 단계는,
    상기 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 생성된 샘플들에 대한 클리핑 동작이 없이, 상기 1차원 역변환 및 역스케일링 후 상기 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 데이터 크기는 상기 역변환 및 역스케일링 후 생성된 샘플들이 저장될 제2 스토리지의 크기인 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 양자화된 계수들을 파싱하여 복원하는 단계는,
    상기 역양자화 후 상기 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들이 생성되고, 상기 역변환 및 역스케일링 후 상기 제2 비트뎁스 이하의 샘플들이 생성될 수 있도록, 최대범위가 조정된 상기 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트(bit-shift)함으로써 역스케일링이 수행되는 경우, 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위는, 상기 1차원 역변환 후 역스케일링을 위한 시프트 횟수에 기초하여 결정된 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  6. 비디오 부호화 방법에 있어서,
    영상의 블록별로, 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 생성하는 단계;
    상기 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화의 출력데이터 및/또는 변환계수들에 대한 1차원 역변환과 역스케일링의 출력데이터가 소정 비트뎁스 이하이기 위한, 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 최대범위 이내로, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 결정하는 단계는,
    샘플 복원 과정에서, 상기 역양자화를 수행한 후 클리핑 동작 없이 제1 비트뎁스 이하의 상기 변환계수들이 생성될 수 있도록, 상기 제1 비트뎁스를 이용하여 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 비트뎁스는 상기 변환계수들이 저장되는 제1 스토리지의 크기인 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 결정하는 단계는,
    샘플 복원 과정에서, 상기 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행한 후 클리핑 동작 없이 상기 제2 비트뎁스 이하의 상기 샘플들이 생성될 수 있도록, 상기 제2 비트뎁스를 이용하여 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 비트뎁스는 상기 샘플들이 저장되는 제2 스토리지의 크기인 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 결정하는 단계는,
    상기 역스케일링 후 생성된 상기 샘플들에 대한 클리핑 동작 없이 상기 1차원 역변환 후 생성된 데이터를 소정 비트수만큼 비트시프트하여 상기 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 생성하기 위해, 상기 소정 비트수를 이용하여 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 양자화된 변환계수들의 범위를 조정하는 단계는,
    상기 양자화된 변환계수들의 범위를 상기 결정된 최대범위 이내로 클리핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  11. 비디오 복호화 장치에 있어서,
    수신된 비트스트림으로부터 블록들마다 양자화된 변환계수들을 파싱하여 복원하는 수신부;
    상기 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화를 수행하여 제1 비트뎁스 이하의 변환계수들을 복원하는 역양자화부;
    상기 변환계수들에 대해 1차원 역변환 및 역스케일링을 수행하여 제2 비트뎁스 이하의 샘플들을 복원하는 역변환부; 및
    상기 블록들마다 복원된 상기 샘플들을 이용하여 영상을 복원하는 영상복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
  12. 비디오 부호화 장치에 있어서,
    영상의 블록별로, 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수들을 생성하는 변환양자화부;
    상기 양자화된 변환계수들에 대한 역양자화의 출력데이터 및/또는 변환계수들에 대한 1차원 역변환과 역스케일링을 통해 생성된 출력데이터가 소정 비트뎁스 이하이기 위한 상기 양자화된 변환계수들의 최대범위를 결정하는 최대범위 결정부; 및
    상기 결정된 최대범위 이내로 상기 양자화된 변환계수들을 조정하여 비트스트림을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 장치.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 비디오 복호화 방법을 전산적으로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
  14. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 비디오 부호화 방법을 전산적으로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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