KR20130112374A - 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 부호화 장치의 처리 속도를 개선하기 위한 인트라 예측 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 영상 부호화 장치에서의 영상 부호화 방법이 제공된다. 상기 영상 부호화 방법은 현재 예측 유닛(current prediction unit)에 대한 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하는 단계, SATD 기반 부호화 비용에 기반하여 현재 예측 유닛에 대한 적어도 하나 이상의 제 1 후보 부호화 모드를 결정하는 단계 및 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법 및 장치{VIDEO CODING METHOD FOR FAST INTRA PREDICTION AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 영상의 부호화에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상 부호화 장치의 처리 속도를 개선하기 위한 인트라 예측 방법에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 해상도를 지원하는 방송 시스템이 국내뿐만 아니라 세계적으로 확대되면서, 많은 사용자가 고해상도, 고화질의 영상에 익숙해지고 있으며, 이에 따라 많은 기관들이 차세대 영상기기에 대한 개발에 박차를 가하고 있다. 또한, HDTV와 더불어 HDTV의 4배 이상의 해상도를 지원하는 UHD(Ultra High Definition)에 대한 관심이 증대되면서, 더욱 높은 해상도, 고화질의 영상에 대한 압축 기술이 요구되고 있다.
영상의 압축을 위해, 선행하는 픽쳐 및/또는 뒤에 나오는 픽쳐로부터 현재 픽쳐에 포함된 픽셀 값을 예측하는 인터(inter) 예측 기술, 픽쳐 내의 픽셀 정보를 이용하여 픽셀 값을 예측하는 인트라(intra) 예측 기술 및/또는 출현 빈도가 높은 심볼(symbol)에 짧은 부호를 할당하고 출현 빈도가 낮은 심볼에 긴 부호를 할당하는 엔트로피 부호화 기술 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 영상 부호화 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 영상 부호화 장치의 처리 속도를 개선하기 위한 인트라 예측 방법을 제공한다.
본 발명은 실시간 영상 부호화 장치를 제공한다.
[1] 본 발명의 일 실시예에 따르면 영상 부호화 장치에서의 영상 부호화 방법이 제공된다. 상기 영상 부호화 방법은 현재 예측 유닛(current prediction unit)에 대한 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하는 단계, SATD 기반 부호화 비용에 기반하여 현재 예측 유닛에 대한 적어도 하나 이상의 제 1 후보 부호화 모드를 결정하는 단계 및 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함한다.
[2] [1]에 있어서, SATD 기반 부호화 비용은 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD 및 복수의 인트라 예측 모드 각각에서 요구되는 비트량에 기반하여 결정될 수 있다.
[3] [2]에 있어서, SATD 기반 부호화 비용은
수학식
Figure pat00001
에 의해 결정될 수 있다. 여기서, JSATD는 SATD 기반 부호화 비용, Spred는 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD, λ는 소정의 비례 계수, Bpred는 복수의 인트라 예측 모드 각각에서 요구되는 비트량을 나타낸다.
[4] [3]에 있어서, 복수의 인트라 예측 모드 각각이 현재 예측 유닛의 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛의 부호화 모드와 동일한 경우, 비트량은 2일 수 있다.
[5] [3]에 있어서, 복수의 인트라 예측 모드 각각이 현재 예측 유닛의 상단 및 좌측에 위치하는 예측 유닛의 부호화 모드와 다른 경우, 비트량은 현재 예측 유닛의 크기에 기반하여 결정될 수 있다.
[6] [1]에 있어서, 최종 부호화 모드는 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 결정될 수 있다.
[7] [1]에 있어서, 영상 부호화 방법은 현재 예측 유닛에 대한 변환 유닛 크기를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 최종 부호화 모드는 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 결정되고, 변환 유닛 크기를 결정하는 단계는 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)에 기반하여 현재 예측 유닛의 크기보다 작은 크기의 변환 유닛에 대한 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
[8] [7]에 있어서, CBF가 0인 경우, 변환 유닛 크기는 현재 예측 유닛과 같은 크기로 결정될 수 있다.
[9] [1]에 있어서, 최종 후보 부호화 모드를 결정하는 단계는 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 제 1 후보 부호화 모드 중에서 적어도 하나 이상의 제 2 후보 부호화 모드를 결정하는 단계 및 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하여 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
[10] [1]에 있어서, 영상 부호화 방법은 현재 예측 유닛에 대한 변환 유닛 크기를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 최종 후보 부호화 모드를 결정하는 단계는 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 제 1 후보 부호화 모드 중에서 적어도 하나 이상의 제 2 후보 부호화 모드를 결정하는 단계 및 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하여 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함하고, 변환 유닛 크기를 결정하는 단계는 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)에 기반하여 현재 예측 유닛의 크기보다 작은 크기의 변환 유닛에 대한 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
[11] [10]에 있어서, CBF가 0인 경우, 변환 유닛 크기는 현재 예측 유닛과 같은 크기로 결정될 수 있다.
[12] 본 발명의 일 실시예에 따르면 인트라 예측부와 감산부를 포함하는 영상 부호화 장치가 제공된다. 상기 인트라 예측부는 부호화 대상 블록 주변의 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다. 상기 감산부는 부호화 대상 블록과 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성한다. 또한, 인트라 예측부는 현재 예측 유닛(current prediction unit)에 대한 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하고, SATD 기반 부호화 비용에 기반하여 현재 예측 유닛에 대한 적어도 하나 이상의 제 1 후보 부호화 모드를 결정하고, 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정한다.
[13] [12]에 있어서, SATD 기반 부호화 비용은 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD 및 복수의 인트라 예측 모드 각각에서 요구되는 비트량에 기반하여 결정될 수 있다.
[14] [12]에 있어서, 인트라 예측부는 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 제 1 후보 부호화 모드 중에서 적어도 하나 이상의 제 2 후보 부호화 모드를 결정하고, 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하여 최종 부호화 모드를 결정할 수 있다.
[15] [12]에 있어서, 인트라 예측부는 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 최종 부호화 모드를 결정하고, 현재 예측 유닛에 대한 변환 유닛 크기를 결정하고, 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)에 기반하여 현재 예측 유닛의 크기보다 작은 크기의 변환 유닛에 대한 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면 영상 부호화 장치의 처리 시간을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면 인트라 예측의 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 영상 부호화 장치의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 영상 복호화 장치의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 인트라 예측 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 부호화 모드 결정 방법을 나타낸다.
도 6는 현재 HM에서 지원하는 인트라 예측 모드의 33가지 예측 방향을 나타낸다.
도 7은 현재 HM에서 지원하는 인트라 예측 모드를 예측 방향에 기반하여 그룹화한 일 예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 유닛 크기를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 단, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있거나 "접속되어" 있다고 서술되어 있는 경우, 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수 있으나, 또 다른 구성요소가 중간에 존재할 수도 있음을 의미한다. 또한, 본 발명에서 특정 구성 요소를 "포함"한다고 서술되어 있는 경우, 해당 구성 요소 이외의 구성 요소를 배제하는 것이 아니라, 추가적인 구성 요소가 본 발명의 실시예 또는 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
"제 1", "제 2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 즉, 상기 용어 들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로 제 2 구성요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성 요소는 서로 다른 특징적인 기능을 수행하는 것을 나타내기 위해 독립적으로 도시될 뿐, 각 구성 요소가 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 없음을 의미하는 것은 아니다. 즉, 각 구성 요소는 설명의 편의상 구분된 것으로, 복수의 구성 요소가 합쳐져 하나의 구성 요소로 동작하거나, 하나의 구성 요소가 복수의 구성 요소로 나뉘어져 동작할 수 있고, 이는 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위로 포함된다.
또한, 일부 구성 요소는 본 발명의 본질적인 기능을 수행하는 필수 구성 요소가 아닌 성능의 향상을 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 선택적 구성 요소를 제외하고 필수 구성 요소만을 포함한 구조로도 구현될 수 있으며, 필수 구성 요소만을 포함한 구조 역시 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
도 1은 영상 부호화 장치의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 영상 부호화 장치(100)는 움직임 예측부(111), 움직임 보상부(112), 인트라 예측부(120), 스위치(115), 감산기(125), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(175), 필터부(180) 및 참조 픽쳐 버퍼(190)를 포함한다.
영상 부호화 장치(100)는 입력 영상을 인트라 예측 모드(intra prediction mode) 또는 인터 예측 모드(inter prediction mode)로 부호화하여 비트스트림(bitstream)을 출력한다. 인트라 예측은 화면 내 예측, 인터 예측은 화면 간 예측을 의미한다. 영상 부호화 장치(100)는 스위치(115)의 전환을 통해 인트라 예측 모드와 인터 예측 모드 사이를 천이한다. 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상의 입력 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 입력 블록과 예측 블록의 차분(residual)을 부호화한다.
인트라 예측 모드의 경우, 인트라 예측부(120)는 현재 블록 주변의 이미 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
인터 예측 모드의 경우, 움직임 예측부(111)는 움직임 예측 과정에서 참조 픽쳐 버퍼(190)에 저장되어 있는 참조 픽쳐 내에서 입력 블록과 가장 매칭이 잘 되는 참조 블록을 찾아 움직임 벡터를 구한다. 움직임 보상부(112)는 상기 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행하여 예측 블록을 생성한다. 여기서, 움직임 벡터는 인터 예측에 사용되는 2차원 벡터이며, 현재 부호화/복호화의 대상 블록과 참조 블록 사이의 오프셋을 나타낸다.
감산기(125)는 입력 블록과 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성하고, 변환부(130)는 상기 차분 블록을 변환(transform)하여 변환 계수(transform coefficient)를 출력한다. 양자화부(140)는 상기 변환 계수를 양자화하여 양자화된 계수(quantized coefficient)를 출력한다.
엔트로피 부호화부(150)는 부호화/양자화 과정에서 획득한 정보에 기반한 엔트로피 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력한다. 엔트로피 부호화는 빈번하게 발생되는 심볼(symbol)을 적은 수의 비트로 표현함으로써 부호화의 대상 심볼에 대한 비트열의 크기를 감소시킨다. 따라서, 엔트로피 부호화를 통해 영상의 압축 성능의 향상을 기대할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 엔트로피 부호화를 위해 지수 골룸(exponential golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding, CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법을 사용할 수 있다.
인터 예측 부호화를 수행하기 위한 참조 픽쳐로 사용되기 위해 부호화된 픽쳐는 다시 복호화되어 저장될 필요가 있다. 따라서, 역양자화부(160)는 양자화된 계수를 역양자화하고, 역변화부(170)는 역양자화된 계수를 역변환(inverse transform)하여 복원된 차분 블록을 출력한다. 가산기(175)는 예측 블록에 복원된 차분 블록을 더하여 복원 블록을 생성한다.
필터부(180)는 적응적 인-루프(in-loop) 필터로도 불리며, 복원 블록에 디블록킹 필터링(deblocking filtering), SAO(Sample Adaptive Offset) 보상, ALF(Adaptive Loop Filtering) 중 적어도 하나 이상을 적용한다. 디블록킹 필터링은 블록 간 경계에 생긴 블록 왜곡을 제거하는 것을 의미하고, SAO 보상은 코딩 에러를 보상하기 위해 픽셀 값에 적정 오프셋(offset)을 더해주는 것을 의미한다. 또한, ALF는 복원된 영상과 원래의 영상을 비교한 값에 기반하여 필터링을 수행하는 것을 의미한다.
한편, 참조 픽쳐 버퍼(190)는 필터부(180)를 거친 복원 블록을 저장한다.
도 2는 영상 복호화 장치의 구조의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 영상 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화부(220), 역변환부(230), 인트라 예측부(240), 움직임 보상부(250), 가산기(255), 필터부(260) 및 참조 픽쳐 버퍼(270)를 포함한다.
영상 복호화 장치(200)는 비트스트림을 인트라 예측 모드 또는 인터 예측 모드로 복호화하여 복원 영상을 출력한다. 영상 복호화 장치(200)는 스위치의 전환을 통해 인트라 예측 모드와 인터 예측 모드 사이를 천이한다. 영상 복호화 장치(200)는 비트스트림으로부터 차분 블록을 획득하여 예측 블록을 생성한 후, 차분 블록과 예측 블록을 더하여 복원 블록을 생성한다.
엔트로피 복호화부(210)는 확률 분포에 기반한 엔트로피 복호화를 수행한다. 엔트로피 복호화 과정은 상술한 엔트로피 부호화 과정의 반대과정이다. 즉, 엔트로피 복호화부(210)는 빈번하게 발생되는 심볼을 적은 수의 비트로 표현한 비트스트림으로부터 양자화된 계수를 포함하는 심볼을 생성한다.
역양자화부(220)는 양자화된 계수를 역양자화하고, 역변환부(230)는 역양자화된 계수를 역변환하여 차분 블록을 생성한다.
인트라 예측 모드의 경우, 인트라 예측부(240)는 현재 블록 주변의 이미 복호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
인터 예측 모드의 경우, 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터 및 참조 픽쳐 버퍼(270)에 저장된 참조 픽쳐를 이용한 움직임 보상을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
가산기(255)는 차분 블록에 예측 블록을 더하고, 필터부(260)는 가산기를 거친 블록에 디블록킹 필터링, SAO 보상, ALF 중 적어도 하나 이상을 적용하여 복원 영상을 출력한다.
한편, 복원 영상은 참조 픽쳐 버퍼(270)에 저장되어 움직임 보상에 사용될 수 있다.
이하, 블록은 부호화/복호화의 단위를 의미한다. 부호화/복호화 과정에서, 영상은 소정의 크기로 분할되어 부호화/복호화된다. 따라서, 블록은 매크로 블록(MB: Macro Block), 부호화 유닛(CU: Coding Unit), 예측 유닛(PU: Prediction Unit), 변환 유닛(TU: Transform Unit) 등으로도 불릴 수도 있으며, 하나의 블록은 더 작은 크기의 하위 블록으로 분할될 수도 있다.
여기서, 예측 유닛은 예측 및/또는 움직임 보상 수행의 기본 단위를 의미한다. 예측 유닛은 복수의 파티션(partition)으로 분할될 수 있으며, 각각의 파티션은 예측 유닛 파티션(prediction unit partition)으로 불린다. 예측 유닛이 복수의 파티션으로 분할된 경우, 예측 유닛 파티션은 예측 및/또는 움직임 보상 수행의 기본 단위가 될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 예측 유닛은 예측 유닛 파티션을 의미할 수도 있다.
한편, 국제 비디오 압축 표준화 단체인 JCT-VC는 새로운 비디오 압축 표준인 HEVC(High Efficiency Video Coding)의 표준화 작업을 진행하고 있다. HEVC는 이전 비디오 압축 표준인 H.264/AVC의 부호화 성능을 넘어서기 위해 다양한 부호화 방법들을 도입하였다.
영상 압축 기술 중 하나인 인트라 예측(intra prediction) 기술은 시간적으로 다른 픽쳐를 참조하지 않고, 오직 부호화 대상 픽쳐(current picture)에서 공간적 주변 정보를 이용하여 부호화 대상 블록(current coding treeblock)을 예측하는 방법이다. 인트라 예측 기술은 인터 예측(inter prediction) 기술과 함께 부호화 성능의 향상에 기여할 뿐만 아니라, 임의접근(random access)을 가능하게 하고, 부호화된 비트스트림의 에러 내성을 높인다. HEVC에서는 인트라 예측 모드의 종류를 최대 35개까지 확장하여 기존 비디오 압축 표준에 비해 높은 부호화 성능을 가질 수 있게 하였다.
표준으로 채택된 부호화 방법은 공정한 검증과 용이한 부호화 툴(tool) 개발을 위해 하나의 소프트웨어에 통합되는데, 상기 소프트웨어를 HM(HEVC test Model)이라고 한다. HM는 부호화 단위(CU: Coding Unit) 및 구조, 인터 예측, 인트라 예측, 보간(interpolation), 필터링(filtering), 변환(transform) 등 영상 부호화에 관한 다양한 알고리즘들을 포함하고 있다.
인트라 예측 모드를 이용한 영상 부호화 방법은 이미 복호화된 공간적 주변 정보를 참조하여 부호화 대상 블록을 효과적으로 예측하고, 예측한 블록과 부호화 대상 블록의 차분 값만을 부호화하는 방법이다. 인트라 예측 모드는 참조 샘플로 이용할 수 있는 정보의 양이 시간적 주변 정보에 비해 적기 때문에 인터 예측 모드보다 일반적으로 낮은 부호화 성능을 가지지만, 새로운 물체의 출현 또는 조명의 변화와 같이 시간적 주변 정보로부터 부호화 대상 블록을 예측하기 힘든 경우, 인터 예측 모드보다 우수한 성능을 가진다.
이전 비디오 압축 표준에서의 인트라 예측 기술과 비교하였을 때, HEVC에서의 인트라 예측 기술의 가장 큰 특징은 표 1에서 보는 바와 같이 더 많은 수의 예측 모드(prediction mode)를 지원하는 것이다.
PU 크기 인트라 예측 모드 수
4x4 18
8x8 35
16x16 35
32x32 35
64x64 4
H.264/AVC에서는 블록(prediction unit)의 크기에 따라 최대 9가지의 인트라 예측 모드를 지원하지만, HEVC에서는 최대 35가지의 인트라 예측 모드를 지원한다. 따라서, 보다 다양한 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하므로, 예측의 정확성을 높일 수 있다. 하지만, 예측 모드의 수가 증가하면 복호화 장치에 어떤 예측 모드를 사용하였는지를 알려주는 지시자(indicator)에 할당되는 비트의 크기도 동시에 증가하므로, 예측 모드의 수를 증가시키는 것이 부호화 성능의 향상을 무조건 보장하는 것은 아니다. 최대 35가지의 인트라 예측 모드를 지원함에도 높은 부호화 성능을 가진다는 것은 그만큼 HEVC에서의 인트라 예측 모드의 설계가 잘 되었다는 것을 증명한다.
한편, 많은 수의 예측 모드 중에서 최적의 부호화 모드를 선택하기 위해, 부호화 장치에 요구되는 복잡도 또한 매우 증가하였다. 따라서, 부호화 장치의 복잡도를 줄이면서, 부호화 성능은 유지시킬 수 있는 고속 인트라 예측 알고리즘이 요구된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310), 최종 부호화 모드 결정 단계(S320), 변환 유닛 크기 결정 단계(S330) 및 부호화 단계(S340)를 포함한다.
부호화 장치의 인트라 예측부는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 인트라 예측 방법을 수행하기 위해, 현재 예측 유닛(current PU)에 대한 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하고, 상기 SATD 기반 부호화 비용에 기반하여 현재 예측 유닛에 대한 적어도 하나 이상의 제 1 후보 부호화 모드를 결정한다(S310). 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310)는 러프 모드 디시젼(rough mode decision) 과정으로 불릴 수도 있으며, 현재 예측 유닛의 크기에 따라 결정되는 제 1 후보 부호화 모드의 수를 다르게 할 수 있다.
제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310)에서 사용되는 SATD 기반 부호화 비용은 입력 샘플과 예측 샘플 사이의 차분 값들을 하다마르 변환(Hadamard transform)하고, 변환된 차분 값들의 절대 값을 합하여 계산되는 SATD 등에 기반하여 결정된다.
현재 예측 유닛의 크기에 대한 모든 인트라 예측 모드에 대해 SATD 기반 부호화 비용을 계산한 뒤, SATD 기반 부호화 비용이 작은 N개의 부호화 모드를 제 1 후보 부호화 모드로 결정한다.
다시 도 3을 참조하면, 인트라 예측부는 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310)를 통해 결정된 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정한다(S320). 즉, 제 1 후보 부호화 모드로 결정된 부호화 모드에 대해서만 율-왜곡 기반 부호화 비용 등을 계산하고, 상기 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정한다.
최종적으로, 인트라 예측부는 현재 예측 유닛에 대한 최적의 변환 유닛 크기를 결정하고(S330), 최종 부호화 모드 결정 단계(S320)를 통해 결정된 최종 부호화와 변환 유닛 크기 결정 단계(S330)를 통해 결정된 변환 유닛 크기에 기반하여 부호화 대상 블록을 부호화한다(S340).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 인트라 예측 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4의 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S410), 최종 부호화 모드 결정 단계(S340) 및 변환 유닛 크기 결정 단계(S430)는 도 3의 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310), 최종 부호화 모드 결정 단계(S320) 및 변환 유닛 크기 결정 단계(S330) 각각에 해당한다.
예를 들어, 현재 예측 유닛의 크기가 8x8인 경우, 인트라 예측부는 총 34가지의 인트라 예측 모드에 대해 SATD 기반 부호화 비용을 계산한 다음, 계산된 SATD 기반 부호화 비용을 기준으로 인트라 예측 모드를 정렬하고, 정렬된 인트라 예측 모드에서 SATD 기반 부호화 비용이 가장 작은 8개의 인트라 예측 모드를 제 1 후보 부호화 모드로 결정한다(S410). 이때, 현재 예측 유닛의 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛의 인트라 예측 모드 중 모드 값이 작은 인트라 예측 모드가 제 1 후보 부호화 모드에 포함되지 않은 경우, 해당 인트라 예측 모드도 제 1 후보 부호화 모드로 포함시킬 수 있다. 현재 예측 유닛의 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛의 인트라 예측 모드 중 모드 값이 작은 인트라 예측 모드는 MPM(Most Probable Mode)라고도 불리며, 현재 예측 유닛의 부호화 모드와 매우 유사한 상관도를 가진다. 따라서, 최종 부호화 모드의 결정을 위해 결정되는 제 1 후보 부호화 모드의 정확성을 높이기 위해, 현재 예측 유닛의 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛의 인트라 예측 모드 중 모드 값이 작은 인트라 예측 모드(MPM)를 제 1 후보 부호화 모드에 포함시킬 수 있다.
또한, 인트라 예측부는 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S410)를 통해 결정된 8개 또는 9개의 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정한다(S320). 이때, 인트라 예측부는 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 최종 부호화 모드를 결정할 수 있다. 즉, 제 1 후보 부호화 모드 중에서 가장 작은 율-왜곡 기반 부호화 비용을 가지는 부호화 모드를 최종 부호화 모드로 결정할 수 있다.
또한, 인트라 예측부는 현재 예측 유닛에 대한 최적의 변환 유닛 크기를 결정한다(S430). 예를 들어, 현재 예측 유닛의 크기가 8x8인 경우, 인트라 예측부는 8x8 단위의 변환과 4x4 단위의 변환을 수행한 뒤, 작은 율-왜곡 기반 부호화 비용을 가지는 변환 유닛 크기를 최종 변환 유닛 크기로 결정한다.
한편, 부호화 성능을 향상시키고, 인트라 예측을 더욱 빠르게 수행하기 위해, 상술한 영상 부호화 방법의 각 단계를 다음과 같이 수행할 수 있다.
현재 HM에서 구현되는 고속 인트라 예측 방법에 따르면, 단순히 인트라 예측 모드의 SATD를 계산하여 제 1 후보 부호화 모드를 결정한다. 하지만, SATD만을 고려하여 제 1 후보 부호화 모드를 결정할 경우, 제 1 후보 부호화 모드에 최적의 부호화 모드가 포함되어 있지 않을 가능성이 있다.
따라서, 도 3 및 도 4의 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310, S410)에서 사용되는 SATD 기반 부호화 비용을 아래의 수학식에 의해 결정되는 값으로 정의함으로써 제 1 후보 부호화 모드에 최적의 부호화 모드가 포함될 가능성을 높일 수 있다.
Figure pat00002
여기서, JSATD는 SATD 기반 부호화 비용, Spred는 인트라 예측 모드의 SATD, λ는 소정의 비례 계수, Bpred는 인트라 예측 모드에서 요구되는 비트량을 나타낸다.
즉, 인트라 예측 모드의 SATD와 함께 인트라 예측 모드에서 요구되는 비트량을 고려하여 SATD 기반 부호화 비용을 계산한다. 이때, 인트라 예측 모드에서 요구되는 비트량 Bpred는 아래와 같이 구할 수 있다.
인트라 예측 모드가 현재 예측 유닛의 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛의 부호화 모드와 동일한 경우, 즉 인트라 예측 모드가 MPM인 경우, 현재 예측 유닛이 MPM에 해당된다는 플래그(1 비트) 및 어느 예측 유닛과 동일한지를 나타내는 지시자(1 비트)를 이용하면, 현재 예측 유닛의 부호화 모드를 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 경우에는 총 2 비트의 비트량이 요구된다.
반면에, 인트라 예측 모드가 현재 예측 유닛의 상단 및 좌측에 위치하는 예측 유닛의 부호화 모드와 동일하지 않은 경우, 즉 인트라 예측 모드가 MPM이 아닌 경우, 현재 예측 유닛은 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛과 다른 부호화 모드를 가지므로, 나머지 부호화 모드들을 나타내기 위해 다음과 같은 비트량이 요구된다.
PU 크기 N
4x4 4
8x8 5
16x16 5
32x32 5
64x64 2
표 2를 참조하면, 인트라 예측 모드가 MPM이 아닌 경우, 현재 예측 유닛의 크기에 따라 요구되는 비트량이 달라짐을 알 수 있다.
한편, 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하는 과정은 높은 복잡도를 요구한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법에 따르면, 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할 후보 부호화 모드의 수를 줄이기 위해, 제 1 후보 부호화 모드 결정 단계(S310, S410)을 통해 제 1 후보 부호화 모드를 결정한다. 하지만, 제 1 후보 부호화 모드의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하는 과정은 여전히 높은 복잡도를 요구한다. 예를 들어, 예측 유닛의 크기가 8x8인 경우, 최대 9개의 모드에 대해 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산해야 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할 후보 부호화 모드의 수를 더욱 줄이기 위해, 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드를 참조한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 부호화 모드 결정 방법을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 도 3 및 도 4의 최종 부호화 모드 결정 단계(S320, S420)는 제 2 후보 부호화 모드 결정 단계(S510), 율-왜곡 기반 부호화 비용 계산 단계(S520) 및 최종 부호화 모드 결정 단계(S530)를 포함할 수 있다.
인트라 예측부는 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 제 1 후보 부호화 모드 중에서 제 2 후보 부호화 모드를 결정할 수 있다(S510). 즉, 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할 부호화 모드를 한번 더 줄여준다.
예를 들어, 인트라 예측부는 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드 그룹에 속하는 제 1 후보 부호화 모드에 대해서만 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하고, 해당 부호화 모드 그룹에 속하지 않는 제 1 후보 부호화 모드에 대해서는 폐기할 수 있다. 여기서, 부호화 모드 그룹은 예측 유닛의 부호화 모드의 예측 방향에 기반하여 결정된다.
인트라 예측 방법에서는 방향성에 기반한 예측을 하며, 이때, 공간적으로 주변에 위치하는 예측 유닛들은 일반적으로 서로 유사한 방향성을 가진다. 따라서, 현재 예측 유닛의 부호화 모드의 예측 방향은 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드의 예측 방향과 유사할 가능성이 높다.
도 6는 현재 HM에서 지원하는 인트라 예측 모드의 33가지 예측 방향을 나타낸다. 예측 방향의 번호는 임의적으로 붙여진 것이며, 표준에 따라 또는 표준화 진행과정 중 변경되거나, 다르게 붙여질 수 있다.
도 7은 현재 HM에서 지원하는 인트라 예측 모드를 예측 방향에 기반하여 그룹화한 일 예이다.
다른 예를 들어, 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드가 동일한 부호화 모드 그룹에 속하는 경우, 인트라 예측부는 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드 그룹에 속하는 제 1 후보 부호화 모드에 대해서만 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하고, 해당 부호화 모드 그룹에 속하지 않는 제 1 후보 부호화 모드에 대해서는 폐기할 수 있다. 즉, 주변에 위치하는 예측 유닛들의 부호화 모드가 동일한 부호화 모드 그룹에 속하는 경우에만, 상술한 방법을 수행하도록 설정할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4의 변환 유닛 크기 결정 단계(S330, S430)에서 변환 유닛 크기를 결정하는 과정도 높은 복잡도를 요구한다. 예를 들어. 예측 유닛의 크기가 32x32인 경우, 32x32, 16x16, 8x8 크기의 변환 유닛에 대한 율-왜곡 기반 부호화 비용을 모두 구한 뒤, 최적의 변환 유닛 크기를 결정한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)의 값에 따라 하위 레벨 크기의 변환 유닛에 대한 율- 왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 유닛 크기를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4의 최종 부호화 모드 단계(S320, 420)에서, 인트라 예측부는 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하고, 상기 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 최종 부호화 모드를 결정한다. 이때, 일반적으로 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 율-왜곡 기반 부호화 비용이 계산된다.
만약, 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 후, 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag) 값이 0인 경우, 양자화 단계 이후의 차분 신호가 모두 0인 것을 의미하므로, 하위 레벨 크기의 변환 유닛에 대해서는 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하지 않고, 최종 변환 유닛 크기를 현재 예측 유닛과 같은 크기로 결정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3 및 도 4의 변환 유닛 크기 결정 단계(S330, S430)는 하위 레벨 크기의 변환 유닛에 대한 율-왜곡 기반 부호화 비용 계산 여부 결정 단계(S820), 하위 레벨 크기 변환 유닛에 대한 율-왜곡 기반 부호화 비용 계산 단계(S840) 및 변환 유닛 크기 결정 단계(S830, S850)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 도 3 및 도 4의 최종 부호화 모드 결정 단계(S320, S420)를 통해 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 율-왜곡 기반 부호화 비용이 계산되면(S810), 인트라 예측부는 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF를 확인하여, 하위 레벨 크기 변환 유닛에 대해서도 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할 것인지를 결정한다(S820).
CBF가 휘도/색차 성분 각각에 대해 모두 0인 경우, 양자화 단계 이후의 차분 신호가 모두 0인 것을 의미하므로, 하위 레벨 크기의 변환 유닛에 대한 율-왜곡 기반 부호화 비용의 계산 없이, 최종 변환 유닛의 크기를 현재 예측 유닛과 같은 크기로 결정한다(S830).
반면에, CBF가 0이 아닌 경우, 인트라 예측부는 하위 레벨 크기의 변환 유닛에 대해서도 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하고(S840), 가장 작은 율-왜곡 기반 부호화 비용을 가지는 변환 유닛 크기를 최종 변환 유닛 크기로 결정한다(S850).
한편, 상술한 실시예들은 일련의 단계 또는 블록으로 표현된 순서도를 통해 설명되고 있으나, 본 발명은 상술한 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 일부의 단계는 다른 단계와, 다른 순서 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 순서도에 나타낸 단계들은 배타적이지 않으며, 다른 단계가 포함되거나, 일부의 단계가 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위해, 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 영상 부호화 장치에서의 영상 부호화 방법으로서,
    현재 예측 유닛(current prediction unit)에 대한 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하는 단계;
    상기 SATD 기반 부호화 비용에 기반하여 상기 현재 예측 유닛에 대한 적어도 하나 이상의 제 1 후보 부호화 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SATD 기반 부호화 비용은 상기 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD 및 상기 복수의 인트라 예측 모드 각각에서 요구되는 비트량에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 SATD 기반 부호화 비용은
    수학식
    Figure pat00003

    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
    여기서,
    JSATD는 상기 SATD 기반 부호화 비용,
    Spred는 상기 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD,
    λ는 소정의 비례 계수,
    Bpred는 상기 복수의 인트라 예측 모드 각각에서 요구되는 비트량.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 인트라 예측 모드 각각은 상기 현재 예측 유닛의 상단 또는 좌측에 위치하는 예측 유닛의 부호화 모드와 동일하고,
    상기 비트량은 2인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 인트라 예측 모드 각각은 상기 현재 예측 유닛의 상단 및 좌측에 위치하는 예측 유닛의 부호화 모드와 다르고,
    상기 비트량은 상기 현재 예측 유닛의 크기에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 부호화 모드는 상기 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 부호화 방법은 상기 현재 예측 유닛에 대한 변환 유닛 크기를 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 최종 부호화 모드는 상기 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 상기 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 결정되고,
    상기 변환 유닛 크기를 결정하는 단계는 상기 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)에 기반하여 상기 현재 예측 유닛의 크기보다 작은 크기의 변환 유닛에 대한 상기 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 CBF는 0이고,
    상기 변환 유닛 크기는 상기 현재 예측 유닛과 같은 크기로 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 후보 부호화 모드를 결정하는 단계는
    상기 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 상기 제 1 후보 부호화 모드 중에서 적어도 하나 이상의 제 2 후보 부호화 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하여 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 부호화 방법은 상기 현재 예측 유닛에 대한 변환 유닛 크기를 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 최종 후보 부호화 모드를 결정하는 단계는
    상기 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 상기 제 1 후보 부호화 모드 중에서 적어도 하나 이상의 제 2 후보 부호화 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 상기 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하여 최종 부호화 모드를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 변환 유닛 크기를 결정하는 단계는 상기 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)에 기반하여 상기 현재 예측 유닛의 크기보다 작은 크기의 변환 유닛에 대한 상기 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 CBF는 0이고,
    상기 변환 유닛 크기는 상기 현재 예측 유닛과 같은 크기로 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  12. 부호화 대상 블록 주변의 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부; 및
    상기 부호화 대상 블록과 상기 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성하는 감산부를 포함하되,
    상기 인트라 예측부는
    현재 예측 유닛(current prediction unit)에 대한 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하고;
    상기 SATD 기반 부호화 비용에 기반하여 상기 현재 예측 유닛에 대한 적어도 하나 이상의 제 1 후보 부호화 모드를 결정하고;
    상기 제 1 후보 부호화 모드 중에서 최종 부호화 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 SATD 기반 부호화 비용은 상기 복수의 인트라 예측 모드 각각의 SATD 및 상기 복수의 인트라 예측 모드 각각에서 요구되는 비트량에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 인트라 예측부는
    상기 현재 예측 유닛의 주변에 위치하는 복수의 예측 유닛들의 부호화 모드에 기반하여 상기 제 1 후보 부호화 모드 중에서 적어도 하나 이상의 제 2 후보 부호화 모드를 결정하고;
    상기 제 2 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산하여 최종 부호화 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 인트라 예측부는
    상기 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 상기 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용에 기반하여 상기 최종 부호화 모드를 결정하고,
    상기 현재 예측 유닛에 대한 변환 유닛 크기를 결정하고,
    상기 현재 예측 유닛과 같은 크기의 변환 유닛에 대한 CBF(Coded Block Flag)에 기반하여 상기 현재 예측 유닛의 크기보다 작은 크기의 변환 유닛에 대한 상기 제 1 후보 부호화 모드 각각의 율-왜곡 기반 부호화 비용을 계산할지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
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