KR20150048716A - 비트 뎁스 및 컬러 포맷의 변환을 동반하는 업샘플링 필터를 이용하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 장치, 스케일러블 비디오 복호화 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
기본 레이어 영상들 중 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계, 향상 레이어 영상들과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계, 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계, 필터 계수 세트를 이용하여, 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 참조 레이어 영상의 해상도를 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계, 예측 오차 및 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계 및 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 영상 업샘플링을 통한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 영상 부호화, 복호화 방법에서는 영상을 부호화하기 위해 하나의 픽처를 매크로 블록으로 분할한다. 그런 다음, 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)을 이용해 각각의 매크로 블록을 예측 부호화한다.
인터 예측은 픽처들 사이의 시간적인 중복성을 제거하여 영상을 압축하는 방법으로 움직임 추정 부호화가 대표적인 예이다. 움직임 추정 부호화는 적어도 하나의 참조 픽처를 이용해 현재 픽처의 블록들을 각각 예측한다. 소정의 평가 함수를 이용하여 현재 블록과 가장 유사한 참조 블록을 소정의 검색 범위에서 검색한다.
현재 블록을 참조 블록에 기초해 예측하고, 현재 블록에서 예측 결과 생성된 예측 블록을 감산하여 생성된 레지듀얼 블록을 부호화한다. 이 때, 예측을 보다 정확하게 수행하기 위해 참조 픽처의 검색 범위에 대해 보간을 수행하여 화소단위(integer pel unit)보다 작은 픽셀 단위의 부픽셀들을 생성하고, 생성된 부픽셀에 기초해 인터 예측을 수행한다.
본 발명은 업샘플링 배율에 따라 샘플링 위치별로 정확하게 샘플값을 보간하기 위해 업샘플링 필터를 결정하는 방법을 제안한다. 그리고, 스케일러빌러티 배율에 따라 선택된 정확한 업샘플링 필터를 이용하여 저해상도 영상으로부터 고해상도 예측영상을 생성하여 인터 레이어 예측을 수행하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 스케일러블 비디오 복호화 방법을 제안한다. 또한, 루마 픽셀의 스케일러빌러티 배율과 크로마 픽셀의 스케일러빌러티 배율을 달리하여 컬러 포맷을 변환하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 스케일러블 비디오 복호화 방법을 제안한다. 더불어, 정수 기반의 연산을 통하여 업샘플링할 때, 비트 뎁스를 확대 변환하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 스케일러블 비디오 복호화 방법을 제안한다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 부호화 방법에 있어서, 향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위해, 기본 레이어 영상들 중 상기 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계; 상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷 에 따라 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계; 위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계; 상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여, 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계; 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계; 상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계; 및 상기 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법이 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비트 뎁스를 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 8비트보다 크게 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계는 상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및 상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는 상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및 상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 향상 레이어의 컬러 포맷은 루마 픽셀과 두 크로마 픽셀의 비가 4:2:2 또는 4:4:4인 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 부호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 부호화 방법은, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상의 해상도가 일치하지 않는 경우, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상의 원점과 대응되는 상기 향상 레이어 영상의 지점을 구하여, 상기 향상 레이어 영상의 오프셋 성분을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 예측 오차를 결정하는 단계는 상기 오프셋 성분을 제거한 상기 향상 레이어 영상과 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 비교하여 상기 예측 오차를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 복호화 방법에 있어서, 부호화된 기본 레이어 영상들이 포함된 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 획득한 상기 기본 레이어 영상들 중 향상 레이어 영상과 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계; 상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱과 상기 향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위한 예측 오차가 포함된 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 상기 예측 오차 및 상기 스케일러블 코덱을 획득하는 단계; 상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계; 상기 스케일러블 코덱을 이용하여, 상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계; 상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여 상기 향상 레이어 영상을 복원하는 단계를 포함하는 비디오 복호화 방법이 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비트 뎁스를 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 8비트보다 크게 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는 상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및 상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는 상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및 상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컬러 포맷을 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 컬러 포맷을 루마 픽셀과 두 크로마 픽셀의 비가 4:2:2 또는 4:4:4가 되도록 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 복호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 복호화 방법은, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상의 해상도가 일치하지 않는 경우 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상의 원점과 대응되는 상기 향상 레이어 영상의 지점을 구하여, 상기 향상 레이어 영상의 오프셋 성분을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 향상 레이어 영상을 복원하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 예측 오차를 이용하여 상기 향상 레이어 영상 중 상기 오프셋 성분을 제외한 나머지 부분을 복원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 부호화 장치에 있어서, 위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부; 기본 레이어 중에서 선택된 참조 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상에 대응되는 향상 레이어 영상의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여, 상기 참조 레이어 영상의 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 픽셀 간의 위상차를 결정하고, 상기 필터 계수 데이터 중에서 상기 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부; 상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행하는 업샘플링부; 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 예측 오차 획득부; 상기 기본 레이어 영상에 대해 부호화를 수행하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 기본 레이어 부호화부; 상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 향상 레이어 부호화부를 포함하는 비디오 부호화 장치가 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 복호화 장치에 있어서, 위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부; 향상 레이어 비트스트림으로부터, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 예측 오차 및 상기 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 획득하는 향상 레이어 비트스트림 복호화부; 기본 레이어 비트스트림으로부터, 기본 레이어 영상을 생성하는 기본 레이어 비트스트림 복호화부; 상기 필터데이터 저장부에 저장된 필터 계수 세트들 중에서, 상기 스케일러블 코덱으로부터 결정되는 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부; 상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행하여 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 획득하는 업샘플링부; 상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여, 향상 레이어 영상을 획득하는 향상 레이어 획득부를 포함하는 비디오 복호화 방법이 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 위에서 제안된 비디오 부호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 위에서 제안된 비디오 복호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명으로 인하여 비디오 부호화 및 복호화 효율이 향상된다.
도 1 은 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 픽셀들의 샘플링 위치를 도시한다.
도 3 은 원본 픽셀과 샘플링 위치의 위상차(phase-shift)를 도시한다.
도 4a 및 4b 는 업샘플링 필터링을 위한 참조 픽셀들의 위치를 도시한다.
도 5a 내지 5d 는 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷에서 루마 픽셀들과 크로마 픽셀의 분포를 도시한다.
도 6 은 4:2:0 컬러 포맷의 변화가 없는 경우, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 7 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:2:2 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 8 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:4:4 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 9 은 다양한 실시예에 따라 1/16 단위의 위상차 간격에 대응되는 업샘플링 배율을 도시한다.
도 10a 내지 10d 는 보간 픽셀들의 위상에 따라 업샘플링 필터에서 사용되는 필터계수들을 도시한다.
도 11 은 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 오프셋을 도시한다.
도 12a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 12b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 13a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 13b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 시스템의 블록도를 도시한다.
도 15a 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 15b 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 16 은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 17a 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 17b 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 18 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 19 은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 20 은 다양한 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 21 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 22, 23 및 24는 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 25 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 26 은 다양한 따른 프로그램이 저장된 디스크의 물리적 구조를 예시한다.
도 27 는 디스크를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브를 도시한다.
도 28 은 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)의 전체적 구조를 도시한다.
도 29 및 30은, 다양한 실시예 따른 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용되는 휴대폰의 외부구조와 내부구조를 도시한다.
도 31 은 다양한 실시예에 따른 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다.
도 32 은 다양한 실시예에 따른 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
도 2 는 픽셀들의 샘플링 위치를 도시한다.
도 3 은 원본 픽셀과 샘플링 위치의 위상차(phase-shift)를 도시한다.
도 4a 및 4b 는 업샘플링 필터링을 위한 참조 픽셀들의 위치를 도시한다.
도 5a 내지 5d 는 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷에서 루마 픽셀들과 크로마 픽셀의 분포를 도시한다.
도 6 은 4:2:0 컬러 포맷의 변화가 없는 경우, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 7 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:2:2 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 8 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:4:4 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 9 은 다양한 실시예에 따라 1/16 단위의 위상차 간격에 대응되는 업샘플링 배율을 도시한다.
도 10a 내지 10d 는 보간 픽셀들의 위상에 따라 업샘플링 필터에서 사용되는 필터계수들을 도시한다.
도 11 은 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 오프셋을 도시한다.
도 12a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 12b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 13a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 13b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 시스템의 블록도를 도시한다.
도 15a 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 15b 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 16 은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 17a 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 17b 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 18 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 19 은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 20 은 다양한 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 21 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 22, 23 및 24는 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 25 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 26 은 다양한 따른 프로그램이 저장된 디스크의 물리적 구조를 예시한다.
도 27 는 디스크를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브를 도시한다.
도 28 은 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)의 전체적 구조를 도시한다.
도 29 및 30은, 다양한 실시예 따른 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용되는 휴대폰의 외부구조와 내부구조를 도시한다.
도 31 은 다양한 실시예에 따른 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다.
도 32 은 다양한 실시예에 따른 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위해, 기본 레이어 영상들 중 상기 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계; 상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷 에 따라 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계; 위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계; 상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여, 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계; 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계; 상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계; 및 상기 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법이 개시된다.
발명의 실시를 위한 형태
이하 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들에서, '영상'은 정지 영상 뿐만 아니라 비디오와 같은 동영상을 포함하여 포괄적으로 지칭할 수 있다.
이하 도 1 내지 도 11를 참조하여, 다양한 실시예에 따라 위상차를 고려한 업샘플링 필터를 이용하는 영상의 업샘플링이 제안된다. 또한 도 11a 내지 도 14을 참조하여, 다양한 실시예에 따른 업샘플링 필터를 이용하는 스케일러블 비디오 부호화 및 복호화가 제안되고, 이하 도 14 내지 도 24을 참조하여 스케일러블 비디오 시스템에서 각 레이어에서 수행될 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초하여 비디오의 부호화 및 복호화가 제안된다.
이하 도 1 내지 도 11를 참조하여, 다양한 실시예에 따라 위상차를 고려한 업샘플링 필터를 이용하는 영상의 업샘플링이 상술된다.
도 1 은 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따른 대칭형/비대칭형 업샘플링 필터를 이용하는 영상 업샘플링 장치(10)는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 포함한다.
영상의 보간은 저해상도의 영상을 고해상도로 변환할 때 이용될 수 있다. 인터레이스(interace) 영상을 프로그래시브(progressive) 영상으로 변환할 때 이용되기도 하고, 저화질의 영상을 업샘플링(upsampling)하여 고화질의 영상으로 변환할 때 이용되기도 한다.
또한, 비디오 부호화 장치가 영상을 부호화할 때 움직임 추정 및 움직임 보상부는 보간된 참조 프레임을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 참조 프레임을 보간하여 고화질의 영상을 생성하고, 고화질의 영상에 기초해 움직임 추정 및 보상을 수행함으로써 인터 예측의 정확도를 높일 수 있다. 마찬가지로 영상 복호화 장치가 영상을 복호화할 때에도 움직임 보상부는 보간된 참조 프레임을 이용하여 움직임 보상을 수행함으로써 인터 예측의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 스케일러블 부호화 장치가 기본 레이어(Base Layer)과 향상 레이어(Enhancement Layer) 간의 인터-레이어(Inter-Layer) 예측을 수행하기 위해서도, 기본 레이어 영상을 보간하여 업샘플링된 영상이 향상 레이어의 예측 영상 또는 참조 영상으로서 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상을 입력받아 저해상도 영상의 화소단위(integer pel unit)의 픽셀들을 보간하여 부화소단위(sub-pel unit)의 픽셀값들을 생성할 수 있다. 입력되는 영상은, 저해상도 비디오의 픽처 시퀀스, 픽처, 프레임, 블록들일 수 있다. 저해상도 영상의 부화소단위는, 고해상도 영상의 화소단위에 대응될 수 있다.
예를 들어, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 배율을 저해상도 영상의 폭 대비 고해상도 영상의 폭이라고 정의할 때, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 배율이 1:2이라면, 저해상도 영상의 화소단위 픽셀들 사이에 위치하는 1/2화소단위의 픽셀은, 고해상도 영상에서 화소단위 픽셀에 대응될 수 있다.
따라서, 저해상도 영상의 화소단위 픽셀들을 보간하여 생성된 부화소단위의 픽셀은, 고해상도 영상의 화소단위 픽셀에 대응될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상에 대한 필터링을 통해 업샘플링을 수행하여 고해상도 영상을 생성할 수 있다. 특히 저해상도 영상에 대한 보간 필터링을 통해 부화소단위 픽셀들을 생성하고, 저해상도 영상의 원본 화소단위 픽셀들과 보간 필터링을 통해 생성된 부화소단위 픽셀들의 각각의 간격이 화소단위로 확장될 수 있다. 이에 따라, 저해상도 영상의 원본 화소단위 픽셀들과 부화소단위 픽셀들이 고해상도 영상의 화소단위 픽셀들의 위치로 각각 대응되도록 결정될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 저해상도 영상에 대한 보간 필터링을 통해 고해상도 영상의 화소단위 픽셀들이 결정되며, 보간 필터링 동작은 업샘플링을 위한 필터링 동작으로 이해될 수 있다.
또한, 보간 필터링을 통해 부화소단위 픽셀이 새로이 샘플링되는 것이므로, 보간 필터링을 통해 결정되는 부화소단위 픽셀 위치는 업샘플링에 의해 생성되는 샘플링 위치가 될 수 있다.
저해상도 영상의 업샘플링을 통해 생성하고자 하는 고해상도 영상의 배율(Scaling Factor)에 따라, 샘플링 위치가 달라질 수 있다. 예를 들어, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율이 1:2인 경우에는 저해상도 영상의 인접하는 두 픽셀들 사이에 1/2픽셀 위치에 한 개의 샘플링 위치가 결정되어, 등간격으로 세 개의 픽셀들이 매핑될 수 있다. 다른 예로, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율이 2:3인 경우에 저해상도 영상의 인접하는 세 픽셀들 사이에 1/3, 2/3 화소단위마다 등간격으로 네 개의 픽셀들이 매핑될 수 있다.
저해상도 영상의 화소단위 픽셀 위치와 고해상도 영상의 픽셀 위치(샘플링 위치) 간에 위상차가 존재할 수 있다. 저해상도 영상의 화소단위 픽셀 위치는 고정적이므로, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 따라 샘플링 위치가 결정된다면, 화소단위 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차가 결정될 수 있다.
따라서, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 배율에 따라 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차가 결정될 수 있다. 즉 저해상도 영상과 고행도 영상의 배율이 달라진다면 위상차도 변경될 수 있다.
샘플링 위치에 따라 필터계수 세트가 결정되므로, 위상차에 따라 필터계수 세트가 결정될 수 있다. 이에 따라 필터 데이터 저장부(16)는, 저해상도 영상의 픽셀들과 고해상도 영상의 픽셀들 간의 위상차별로 매핑된 필터계수 세트들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 필터 데이터 저장부(16)는, 위상차 1/16, 1/8, 1/5, 1/4, 1/3, 3/8, 2/5, 1/2,별로 개별적으로 설정된 필터계수 세트들을 저장할 수 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 필터 선택부(12)는, 고해상도 영상과 저해상도 영상 간의 배율에 기초하여, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차를 결정할 수 있다. 하지만, 한가지 배율에 대해 적어도 하나의 샘플링 위치가 결정되므로, 한가지 배율에 대해 적어도 하나의 위상차가 매핑될 수 있다. 따라서 한가지 배율에 따라 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 업샘플링하더라도, 위상차별로 다른 필터를 선택하여 업샘플링 필터링이 수행될 수 있다. 따라서 필터 선택부(12)는, 저해상도 영상의 화소단위 픽셀들 사이에 위치하는 샘플링 위치의 픽셀값을 생성하기 위한 업샘플링 필터들 중에서, 위상차에 기초하여 상이하게 업샘플링 필터를 선택할 수 있다.
전술한 바와 같이 샘플링 위치는 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 따라 결정될 수 있다. 업샘플링 필터를 이용하여 저해상도 영상에 대한 필터링을 수행함으로써 획득한 출력값이, 샘플링 위치에 해당하는 픽셀값이라고 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 업샘플링부(14)는, 필터 선택부(12)에서 선택된 업샘플링 필터를 이용하여, 샘플링 위치에 인접한 화소단위 픽셀들을 보간하여, 샘플링 위치의 픽셀값을 생성할 수 있다. 화소단위 픽셀들에 대한 업샘플링 필터링은, 샘플링 위치에 인접한 화소단위 픽셀들을 포함하여 화소단위의 참조픽셀들에 대해 업샘플링 필터링을 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 업샘플링 필터는, 업샘플링 필터가 1차원 필터일 수 있다. 따라서, 저해상도 영상에서 가로 방향으로 인접하는 화소단위 픽셀들에 대해, 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 필터링을 수행함으로써, 가로 방향으로 업샘플링이 수행될 수 있다. 저해상도 영상에서 세로 방향으로 인접하는 화소단위 픽셀들에 대해, 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 필터링을 수행함으로써, 세로 방향으로 업샘플링이 수행될 수 있다. 따라서, 저해상도 영상에 대한 가로 방향 및 세로 방향으로의 업샘플링 필터링이 연속적으로 수행됨으로써, 고해상도 영상의 픽셀값들이 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 필터 선택부(12)는, 업샘플링 필터들 중에서 샘플링 위치에 따라 개별적으로 업샘플링 필터를 결정할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 업샘플링 필터들은, 샘플링 위치를 중심으로 동일한 개수의 필터 계수들로 구성된 대칭형 업샘플링 필터와, 상이한 개수의 필터 계수들로 구성된 비대칭형 업샘플링 필터를 포함할 수 있다. 필터 선택부(12)는, 샘플링 위치에 따라 개별적으로 대칭형 업샘플링 필터들 또는 비대칭형 업샘플링 필터를 선택할 수 있다.
예를 들어 7탭 업샘플링 필터는 샘플링 위치를 중심으로 3개의 필터계수들과 4개의 필터계수들로 구성될 수 있다. 이 경우 7탭 업샘플링 필터는 비대칭형 업샘플링 필터라 볼 수 있다.
예를 들어 8탭 업샘플링 필터는 샘플링 위치를 중심으로 4개의 필터계수들과 4개의 필터계수들로 구성될 수 있다. 이 경우 8탭 업샘플링 필터는 대칭형 업샘플링 필터라 볼 수 있다.
필터 선택부(12)에서 비대칭형 업샘플링 필터가 선택된 경우에는, 업샘플링부(14)는 샘플링 위치를 중심으로 비대칭적으로 위치하는 화소단위 픽셀들을 참조하여 필터링을 수행할 수 있다. 또한 대칭형 업샘플링 필터가 선택된 경우에는, 업샘플링부(14)는 샘플링 위치를 중심으로 대칭적으로 위치하는 화소단위 픽셀들을 참조하여 필터링을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 필터 데이터 저장부(16)는, 업샘플링 필터들 중에서, 업샘플링 필터를 이용한 보간 결과 발생하는 주파수 응답 오차를 최소화하도록 정규화된 업샘플링 필터의 필터계수 세트를 저장할 수 있다. 예를 들어, 해상도 720p의 저해상도 비디오를 해상도 1080p의 고해상도 비디오로 업샘플링하거나, HD급 비디오를 풀HD급 비디오로 업샘플링하기 위해서 배율 2:3의 업샘플링이 필요하다. 필터 데이터 저장부(16)에, 배율 2:3을 위한 필터계수 세트로서, 위상차 1/3 또는 2/3을 위한 8탭 필터계수들 {-1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1}가 저장될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 필터 데이터 저장부(16)에는, 필터 계수들이 정수로 확대된 상태로 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어 전술된 위상차 1/3 또는 2/3을 위한 8탭 필터계수들 {-1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1}는 필터계수가 64만큼 확대된 상태이다. 이 경우, 업샘플링부(14)는 필터링 출력값을 64만큼 축소하여야 샘플링 위치의 픽셀값을 결정할 수 있다.
다양한 실시예에 따라 필터 데이터 저장부(16)가, 위상차 간격 1/16 에 따른 위상차들에 대응하는 필터계수 세트들을 포함할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 1/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해, 필터 데이터 저장부(16)에 저장된 필터계수 데이터 중에서 위상차 5/16에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 2/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해 필터 데이터 저장부(16)에 저장된 필터계수 데이터 중에서 위상차 11/16에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다.
다른 예로 필터 데이터 저장부(16)는, 위상차 간격 1/8 에 따른 위상차들에 대응하는 필터계수 세트들을 포함할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 1/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해, 필터 데이터 저장부(16)에 저장된 필터계수 데이터 중에서 위상차 3/8에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 2/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해, 필터계수 데이터 중에서 위상차 5/8에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다.
영상 업샘플링 장치(10)는, 컬러 성분별로 상이한 업샘플링 필터를 이용하여 영상 보간을 수행할 수 있다. 필터 선택부(12)는, 업샘플링 필터들 중에서, 샘플링 위치 및 현재 픽셀의 컬러 성분에 기초하여 상이하게 업샘플링 필터를 선택할 수 있다. 이에 따라 업샘플링부(14)는, 컬러 성분별로 개별적으로 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 화소단위 픽셀들을 보간하여, 샘플링 위치들의 픽셀값을 생성할 수 있다.
예를 들어 필터 선택부(12)는, 루마 성분의 업샘플링 필터와 크로마 성분의 업샘플링 필터를 다르게 결정할 수 있다. 저해상도 영상의 루마 픽셀과 고해상도 영상의 루마 픽셀 간의 위상차와, 저해상도 영상의 크로마 픽셀과 고해상도 영상의 크로마 픽셀 간의 위상차가 상이할 수 있다. 따라서 루마 성분을 위한 업샘플링 필터와 크로마 성분을 위한 업샘플링 필터는 각각의 위상차에 따라 개별적으로 결정될 수 있다.
예를 들어 4:2:0 또는 4:1:1과 같은 컬러 포맷에 기초하여, 루마 픽셀과 크로마 픽셀 위치가 결정될 수 있다. 특히 크로마 픽셀의 위치는 루마 픽셀의 위치에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치는 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 따라 결정될 수 있지만, 고해상도 영상의 크로마 픽셀들의 위치는 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 저해상도 영상의 크로마 픽셀과 고해상도 영상의 크로마 픽셀 간의 위상차는, 저해상도 영상의 루마 픽셀과 고해상도 영상의 루마 픽셀 간의 위상차와 상이할 수 있다.
따라서 필터 선택부(12)는 먼저, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 기초하여, 저해상도 영상의 루마 픽셀과 고해상도 영상의 루마 픽셀 간의 위상차를 결정할 수 있다. 그 다음 필터 선택부(12)는, 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치에 대비하여 고해상도 영상의 크로마 픽셀의 위치를 결정하고, 저해상도 영상의 크로마 성분 픽셀과 고해상도 영상의 크로마 픽셀 간의 위상차를 결정할 수 있다.
또한 필터 선택부(12)는 컬러 포맷 변환을 고려하여 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치에 대비하여 고해상도 영상의 크로마 픽셀의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어 저해상도 영상의 컬러 포맷이 4:2:0이고 고해상도 영상의 컬러 포맷이 4:2:2일 경우, 크로마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율은 루마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율의 2배가 될 수 있다. 또 예를 들면 저해상도 영상의 컬러 포맷이 4:2:0이고 고해상도 영상의 컬러 포맷이 4:4:4일 경우, 크로마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율 및 크로마 픽셀의 수평 방향의 업샘플링 비율 모두 각각 루마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율 및 루마 픽셀의 수평 방향의 업샘플링 비율의 2배가 될 수 있다. 컬러 포맷 변환에 대하여는 도 5a 내지 8에서 자세히 설명한다.
이에 따라 필터 선택부(12)는, 루마 픽셀을 위한 위상차와 크로마 픽셀을 위상차가 개별적으로 결정되므로, 루마 픽셀을 위한 업샘플링 필터와 크로마 픽셀을 위한 업샘플링 필터도 각각의 위상차에 따라 개별적으로 결정할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 영상 업샘플링 장치(10)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 다양한 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 제어될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 영상 업샘플링 장치(10)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 영상 업샘플링 동작을 수행하는 회로를 포함하는 별개의 프로세서를 포함할 있다. 또한, 영상 업샘플링 장치(10)는 영상 보간 모듈이 기록된 저장매체를 포함하고, 중앙 프로세서가 영상 모간 모듈을 호출하여 구동시킴으로써 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 동작을 구현하는 경우도 포함할 수도 있다.
현재 업샘플링 배율에 따른 샘플링 위치에 대응하는 위상차가 특정되고, 해당 위상차에 위치하는 샘플링 위치의 샘플값을 결정하기 위한 필터계수들이 정확하게 결정된다면, 필터계수들을 이용한 필터링을 통해 정확한 샘플링 위치의 샘플값도 정확하게 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 업샘플링 배율에서 필요한 위상차별로, 정확한 샘플값을 결정할 수 있는 필터계수 세트들에 대한 필터 데이터를 미리 저장하고 있을 수 있다. 영상 업샘플링 장치(10)는, 업샘플링을 수행할 때마다 현재 저해상도 영상과 현재 고해상도 영상 간의 배율을 기초로 위상차를 특정하고, 필터 데이터 중에서 특정된 위상차에 대응하는 업샘플링 필터를 선택적으로 이용할 수도 있다.
또한, 영상 업샘플링 장치(10)는, 자주 이용되는 업샘플링 배율에 따라 특정되는 위상차에 대응하는 업샘플링 필터를 위한 필터계수 세트만을 저장하여, 효율적으로 업샘플링 필터링이 수행될 수 있다. p는 양의 정수이고 위상차 간격이 2^(-p)이라면 각 위상차는 i*2^(-p)로 볼 수 있다(단, i는 2^p보다 작은 정수). 자주 이용되는 업샘플링 배율에 따른 위상차 간격 i*2^(-p) 를 위한 필터계수 세트들만을 이용하여, 근사치인 위상차를 선택하여 각 샘플링 단위로 업샘플링 필터링도 수행할 수 있다.
이하 도 2 내지 4b를 참조하여 영상 업샘플링을 위한 보간 필터링이 상술된다.
도 2 는 픽셀들의 샘플링 위치를 도시한다.
도 2를 참조하면, 영상 업샘플링 장치(10)는 공간 도메인의 화소단위의 픽셀 값들 즉, 소정 블록(20)의 'O' 위치의 픽셀 값들 사이를 보간하여 샘플링 위치인 'X' 위치의 픽셀 값들을 생성한다. 'X' 위치의 픽셀 값들은 αx 및 αy에 의해 샘플링 위치가 결정되는 부화소단위의 픽셀 값들이다. 도 2은 소정의 블록(20)이 4x4인 경우를 예로 들어 설명하나, 블록의 크기는 4x4에 한정되지 않으며, 더 크거나 작은 크기의 블록에 대한 업샘플링 필터링을 통해 부화소단위의 픽셀 값들을 생성할 수 있음은 당업자가 쉽게 알 수 있다.
비디오 처리 분야에서, 현재 영상의 움직임 보상 및 예측을 위해 움직임 벡터가 이용된다. 예측 부호화에 따르면, 현재 영상을 예측하기 위하여 이전에 복호화된 영상이 참조되며, 움직임 벡터는 참조 영상의 소정 지점을 가리킨다. 그러므로, 움직임 벡터는 참조 영상의 화소단위의 픽셀을 가리킨다.
하지만, 현재 영상이 참조하고자 하는 픽셀의 위치가 참조 영상의 화소단위의 픽셀들 사이에 위치하는 지점일 수 있다. 이러한 지점을 부화소단위의 위치라 한다. 부화소단위의 위치에는 픽셀이 존재하지 않으므로, 화소단위 픽셀들의 픽셀 값들을 이용하여 부화소단위의 픽셀 값이 예측될 뿐이다. 즉, 화소단위 픽셀들에 대한 보간을 통해 부화소단위의 픽셀 값이 추정된다.
또한 보간 필터링을 통해 업샘플링을 수행하는 경우에는, 화소단위 및 부화소단위가 샘플링위치가 될 수 있다.
이하 도 3, 4a, 4b 및 4c를 참조하여 화소단위 픽셀들에 대한 보간 방법이 상술된다.
도 3 은 원본 픽셀과 샘플링 위치의 위상차를 도시한다.
도 3를 참조하면, 영상 업샘플링 장치(10)는 공간 도메인에서 저해상도 영상의 화소단위의 픽셀 값들(31 및 33) 사이의 보간하여 샘플링 위치의 픽셀 값(35)을 생성한다. 위상차 α에 의해 결정되는 샘플링 위치의 픽셀 값(35)이다.
이렇게 저해상도 영상에 대한 보간을 통해 업샘플링을 수행한다면, 생성된 샘플링 위치가 고해상도 영상의 화소단위 픽셀이 되고, 샘플링 위치의 픽셀값은 고해상도 영상의 픽셀값이 될 수 있다.
도 4a 및 4b 는 업샘플링 필터링을 위한 참조 픽셀들의 위치를 도시한다.
도 4a 를 참조하면, 저해상도 영상의 두 픽셀 값들(31 및 33) 사이를 보간하여 샘플링 위치의 픽셀 값(35)을 생성하기 위해, 픽셀 값들(31 및 33)을 포함하는 인접한 복수의 화소단위 픽셀들의 픽셀값들(37 및 39)을 이용한다. 다시 말해, -(M-1) 번째부터 M 번째까지의 2M 개의 픽셀 값들을 1차원 업샘플링 필터링함으로써 0 번째 픽셀과 1번째 픽셀 사이를 보간할 수 있다.
또한, 도 4a은 수평 방향의 픽셀 값들 사이를 보간하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 수직 방향의 픽셀 값들을 이용하여 1차원 업샘플링 필터링이 가능하다.
도 4b를 참조하면, 수직 방향으로 인접한 P0(41) 및 P1(43) 사이를 보간하여 수직 방향의 샘플링 위치 α의 픽셀 값 P(α)를 생성할 수 있다. 도 4a과 비교하여 보면, 수평 방향으로 배열된 픽셀 값들(37 및 39) 대신에 수직 방향으로 배열된 픽셀 값들(47 및 49)을 이용하여 보간을 수행한다는 점만 상이할 뿐, 업샘플링 필터링 방법은 유사할 것이다.
도 4a 및 4b 에서 예시된 방향의 1차원 업샘플링 필터링뿐만 아니라, 보다 다양한 방향의 샘플링 위치의 픽셀 값이 생성될 수도 있다.
이하, 도 5 내지 7을 참조하여 업샘플링 필터링을 위한 샘플링 위치와 위상차를 상술한다.
도 5a 내지 5d 는 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷에서 루마 픽셀들과 크로마 픽셀의 분포를 도시한다.
도 5a는 도형으로 나타낸 YCbCr 색 공간의 각 픽셀을 도시한다.
YCbCr 색 공간은 Y 루마 픽셀(이하 루마 픽셀)과 Cb, Cr 두 개의 크로마 픽셀으로 구성된다. 도 5a에서 Y 루마 픽셀(51)은 정사각형으로, Cb 크로마 픽셀(52)은 삼각형으로, Cr 크로마 픽셀(53)은 원으로 표시된다.
YCbCr를 나타내는 세 가지 도형을 통하여 도 5b 내지 도 5d에서 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷을 설명한다.
도 5b 내지 5d에서 각 블록은 픽셀을 의미한다. 예를 들어 만약 블록에 정사각형 도형만 있으면 블록에 해당되는 픽셀은 Y 루마 픽셀(51)만이 할당되어 있다는 것을 의미한다. 다른 예로 블록에 정사각형 도형과 삼각형 도형이 있으면 픽셀은 Y 루마 픽셀(51)과 Cb 크로마 픽셀(52)을 가지고 있다는 것을 의미한다.
도 5b는 4:2:0 컬러 포맷 영상의 픽셀들을 나타낸다. 4:2:0 컬러 포맷의 영상에서, 4개의 루마 픽셀들에 1개의 크로마 픽셀이 매핑된다. 구체적으로 루마 픽셀의 어레이(array)의 크기가 [W] x [H] 일 경우, 크로마 픽셀의 어레이의 크기는 [W/2] x [H/2]가 될 수 있다. 따라서 4 개의 픽셀로 구성된 2x2 크기의 블록에는 각 픽셀마다 루마 픽셀이 할당되고, Cb 크로마 픽셀 및 Cr 크로마 픽셀은 4 개의 픽셀 중 1 개의 픽셀에만 할당된다.
도 5b를 보면 각 블록(541, 542, 543, 544)에는 모두 루마 픽셀을 의미하는 정사각형 도형이 포함되어 있다. 그러나 Cb 크로마 픽셀을 의미하는 삼각형 도형은 블록(541)에만, Cr 크로마 픽셀을 의미하는 원 모양의 도형은 블록(542)에만 할당된다. 따라서 블록 (543) 및 블록 (544)에는 크로마 픽셀이 할당되지 않는다. 이러한 블록(541, 542, 543, 544)의 구조는 다른 블록에도 반복되어 나타난다.
도 5c는 4:2:2 컬러 포맷 이미지 상의 픽셀들을 나타낸다. 4:2:2 컬러 포맷의 영상에서, 4개의 루마 픽셀들에 2개의 크로마 픽셀이 매핑된다. 구체적으로 루마 픽셀의 어레이(array)의 크기가 [W] x [H] 일 경우, 크로마 픽셀의 어레이의 크기는 [W/2] x [H]가 될 수 있다. 따라서 4 개의 픽셀로 구성된 2x2 크기의 블록에는 각 픽셀마다 루마 픽셀이 할당되고, Cb 크로마 픽셀과 Cr 크로마 픽셀은 4 개의 픽셀 중 2 개의 픽셀에 할당된다.
도 5c를 보면 각 블록(551, 552, 553, 554)에는 모두 루마 픽셀을 의미하는 정사각형 도형이 포함되어 있다. 그러나 Cb 크로마 픽셀을 의미하는 삼각형 도형은 블록(551) 및 블록(552)에만 할당된다. Cb 크로마 픽셀과 마찬가지로 Cr 크로마 픽셀을 의미하는 원 모양의 도형은 블록(551) 및 블록(552)에만 할당된다. 그러므로 블록(551) 및 블록(552)에는 루마 픽셀과 두 개의 크로마 픽셀이 모두 할당된다. 그러나 블록 (553, 554)에는 루마 픽셀만 존재하고, 크로마 픽셀은 할당되지 않는다. 이러한 블록(551, 552, 553, 554)의 구조는 다른 블록에도 반복되어 나타난다.
도 5d는 4:4:4 컬러 포맷 이미지 상의 픽셀들을 나타낸다. 4:4:4 컬러 포맷의 영상에서, 루마 픽셀에 크로마 픽셀이 일대일로 매핑된다. 구체적으로 루마 픽셀의 어레이(array)의 크기가 [W] x [H] 일 경우, 크로마 픽셀의 어레이의 크기는 [W] x [H]가 될 수 있다. 따라서 4 개의 픽셀로 구성된 2x2 크기의 블록에는 각 픽셀마다 루마 픽셀과 두 개의 크로마 픽셀이 모두 할당된다.
도 5d를 보면 각 블록(561, 562, 563, 564)에는 모두 루마 픽셀을 의미하는 정사각형 도형, Cb 크로마 픽셀을 의미하는 삼각형 도형 및 Cr 크로마 픽셀을 의미하는 원 모양의 도형이 포함되어 있다. 따라서 각 블록(561, 562, 563, 564)에는 루마 픽셀과 두 개의 크로마 픽셀이 모두 할당됨을 알 수 있다. 이러한 블록(561, 562, 563, 564)의 구조는 다른 블록에도 반복되어 나타난다.
고해상도 영상의 너비와 높이가 iEWidth와 iEHeight, 저해상도 영상의 너비와 높이가 iBWidth와 iBHeight일 때, 업샘플링 배율 dsFactor 은 저해상도 영상의 너비 대비 고해상도 영상의 너비의 비율(iEWidth / iBWidth)로 결정될 수 있다.
영상의 픽셀들 간의 수평 거리(수평 위상차)를 iPhaseX, 수직 거리(수직 위상차)를 iPhaseY 라고 한다.
일반적으로 저해상도 영상과 고해상도 영상의 픽셀 위치 간의 위상차 Phase는 아래 수식에 따라 결정될 수 있다.
Phase = (i+ displacement/2 )/ dsFactor - displacement/2
따라서, 업샘플링 배율이 2이고 저해상도 영상 픽셀들 간의 거리가 0 이라면, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 Phase는 0, 1/2일 수 있다. 또한, 업샘플링 배율이 2이고 저해상도 영상 픽셀들 간의 거리가 1 이라면, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 Phase는 3/8, 7/8일 수 있다.
하지만, 업샘플링 배율이 2인 경우에 가능한 Phase는 0, 3/8, 7/8, 1은 모두 샘플링 단위 1/16로 표현가능하다. 따라서 아래 샘플링 단위 1/16의 업샘플링을 나타내는 수식을 통해 고해상도 영상의 픽셀 위치를 결정해본다.
저해상도 영상의 루마 픽셀들(51, 52, 53, 54) 간의 수평 위상차 iPhaseX와 수직 위상차 iPhaseY는 각각 0, 0 이다. 크로마 픽셀(55)에 대한 수평 위상차 iPhaseX는 0, 수직 위상차 iPhaseY는 1이다.
아래 수식 aa에서, iRefPos16XX 및 iRefPos16YY 는 각각 저해상도 영상에 대해 샘플링 단위 1/16의 샘플링 위치를 나타낸다.
[수식 aa]
iRefPos16XX = ((i*iScaleX + iAddX) >> iShiftXM4) - iDeltaX;
iRefPos16YY = ((j*iScaleY + iAddY) >> iShiftYM4) - iDeltaY;
i는 0보다 크거나 같고 고해상도 영상의 너비 iEWidth 보다는 작은 수이며, j는 0보다 크거나 같고 고해상도 영상의 높이 iEHeight 보다는 작은 수를 나타낸다.
위 수식 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY 를 결정하기 위한 변수 iScaleX, iAddX, iShiftXM4, iDeltaX, iScaleY, iAddY, iShiftYM4, iDeltaY는 각각 아래 수식들에 따라 결정될 수 있다.
iShiftX = 16;
iShiftY = 16;
iAddX = ( ( ( iBWidth * iPhaseX ) << ( iShiftX - 2 ) ) + ( iEWidth >> 1 ) )
/ iEWidth + ( 1 << ( iShiftX - 5 ) );
iAddY = ( ( ( iBHeight * iPhaseY ) << ( iShiftY - 2 ) ) + ( iEHeight >> 1 ) )
/ iEHeight+ ( 1 << ( iShiftY - 5 ) );
iDeltaX = 4 * iPhaseX;
iDeltaY = 4 * iPhaseY;
iShiftXM4 = iShiftX - 4;
iShiftYM4 = iShiftY - 4;
iScaleX = ( ( iBWidth << iShiftX ) + ( iEWidth >> 1 ) ) / iEWidth;
iScaleY = ( ( iBHeight << iShiftY ) + ( iEHeight >> 1 ) ) / iEHeight;
루마 픽셀인지 크로마 픽셀인지 여부에 따라 iPhaseX와 iPhaseY가 달라지므로, 샘플링 위치 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY가 달라질 수 있다.
또한, 저해상도 영상을 업샘플링 필터링하기 위해 샘플링 위치가 확장된다면, 샘플링 위치 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY는 각각 고해상도 영상의 픽셀 위치마다 대응되는 샘플링 위치를 나타낸다.
따라서, 고해상도 영상의 수평 방향 위상차 iPhaseXX 및 수평 방향 픽셀 위치 iRefPosXX, 방향 수직 방향 위상차 iPhaseYY 및 수직 방향 픽셀 위치 iRefPosYY는 각각, 수식 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY을 이용하여 결정될 수 있다.
iPhaseXX = iRefPos16XX ＆ 15;
iRefPosXX = iRefPos16XX >> 4;
iPhaseYY = iRefPos16YY ＆ 15;
iRefPosYY = iRefPos16YY >> 4;
따라서, 상기 수식 aa에 따라 나누기 연산 없이 고해상도 영상의 샘플링 위치, 즉 픽셀 위치가 결정될 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하여 업샘플링 배율이 2일 때, 컬러 포맷 변환에 따른 위상차 및 루마 픽셀과 크로마 픽셀의 업샘플링 비율을 설명한다. 큰 정사각형 모양의 도형(51)은 저해상도 영상의 루마 픽셀, 큰 삼각형 모양의 도형(52)은 저해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀, 큰 원 모양의 도형(53)은 저해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀, 작은 정사각형 모양의 도형(61)은 고해상도 영상의 루마 픽셀, 작은 삼각형 모양의 도형(62)은 고해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀, 작은 원 모양의 도형(63)은 고해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀 은 고해상도 영상의 크로마 픽셀을 나타낸다.
도 6 내지 8의 설명에 기초하여, 저해상도의 영상이 업샘플링될 때 크로마 픽셀의 위상차를 알 수 있다.
도 6 은 4:2:0 컬러 포맷의 저해상도 영상(50) 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
4:2:0 컬러 포맷에 따라 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등, 저해상도 Cr 크로마 픽셀들(521, 522, 523, 524) 등 및 저해상도 Cb 크로마 픽셀들(531, 532, 533, 534) 등이 위치한다.
업샘플링 배율 2에 따라, 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등의 위치에 기초하여 고해상도 루마 픽셀들(611, 612, 613, 614) 등이 위치한다. 또한 4:2:0 컬러 포맷에 따라 고해상도 루마 픽셀들(611, 612, 613, 614) 등의 위치에 기초하여 고해상도 크로마 픽셀들(621, 622, 623, 624, 631, 632, 633, 634) 등이 위치한다.
루마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/2인 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(611) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(613) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(611) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(617) 간의 수직 위상차는 1/2이다.
Cb 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/2인 것이다. 예를 들어, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(621) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(623) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(621) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(622) 간의 수직 위상차는 1/2이다.
Cr 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(631) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(633) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cb 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(631) 간의 수직 위상차는 1/4이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(632) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
결과적으로 루마 픽셀 과 크로마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 2배로 업샘플링된다. 컬러 포맷의 변환이 없다면 루마 픽셀 과 크로마 픽셀의 업샘플링 비율은 동일할 것이다.
도 7 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:2:2 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
4:2:0 컬러 포맷에 따라 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등, 저해상도 Cr 크로마 픽셀들(721, 722, 723, 724) 등 및 저해상도 Cb 크로마 픽셀들(731, 732, 733, 734) 등이 위치한다.
업샘플링 배율 2에 따라, 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등의 위치에 기초하여 고해상도 루마 픽셀들(711, 712, 713, 714) 등이 위치한다. 또한 4:2:2 컬러 포맷에 따라 고해상도 루마 픽셀들(711, 712, 713, 714) 등의 위치에 기초하여 고해상도 크로마 픽셀들(721, 722, 723, 724, 725, 731, 732, 733, 734, 735) 등이 위치한다.
루마 픽셀의 경우에, 업샘플링 배율이 도 6과 같고, 컬러 포맷이 바뀌어도 루마 픽셀은 차이가 없으므로 위상차는 도 6과 같다.
Cb 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(721) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(725) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cr 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(721) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(722) 간의 수직 위상차는 1/4이며, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(723) 간의 수직 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(724) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
Cr 크로마 픽셀의 경우, Cr 크로마 픽셀과 유사하다. Cr 크로마 픽셀에 대하여, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(731) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(735) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(731) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(732) 간의 수직 위상차는 1/4이며, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(733) 간의 수직 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(734) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
결과적으로 루마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링될 때, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 2배, 수직 방향 각각 4배로 업샘플링된다. 따라서 루마 픽셀이 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 N배로 업샘플링된다면, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 N배, 수직 방향 각각 2N배로 업샘플링될 수 있다.
도 8 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:4:4 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
4:2:0 컬러 포맷에 따라 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514), 저해상도 Cr 크로마 픽셀들(721, 722, 723, 724) 및 저해상도 Cb 크로마 픽셀들(731, 732, 733, 734) 이 위치한다.
업샘플링 배율 2에 따라, 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등의 위치에 기초하여 고해상도 루마 픽셀들(811, 812, 813, 814) 등이 위치한다. 또한 4:2:2 컬러 포맷에 따라 고해상도 루마 픽셀들(811, 812, 813, 814) 등의 위치에 기초하여 고해상도 크로마 픽셀들(821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 831, 832, 833, 834, 835, 836, 837) 등이 위치한다.
루마 픽셀의 경우에, 도 7과 마찬가지로, 업샘플링 배율이 도 6과 같고, 컬러 포맷이 바뀌어도 루마 픽셀은 차이가 없으므로 위상차는 도 6과 같다.
Cb 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(821) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(825) 간의 수평 위상차는 1/4이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(826) 간의 수평 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(827) 간의 수평 위상차는 3/4이다. 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(821) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(822) 간의 수직 위상차는 1/4이며, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(823) 간의 수직 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(824) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
Cr 크로마 픽셀의 경우, 저해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀의 분포에 대한 고해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀의 분포와 저해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀에 대한 고해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀의 분포가 같다. 따라서 Cr 크로마 픽셀은 Cb 크로마 픽셀과 동일한 위상차를 가진다.
결과적으로 루마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링될 때, 크로마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 4배로 업샘플링된다. 따라서 루마 픽셀이 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 N배로 업샘플링된다면, 크로마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2N배로 업샘플링될 수 있다.
만약 컬러 포맷이 4:2:2에서 4:4:4로 변환된다면, 루마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링될 때, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 4배 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링된다. 따라서 루마 픽셀이 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 N배로 업샘플링된다면, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 2N배 및 수직 방향으로 N배로 업샘플링될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 위상차에 따라 필터를 결정하여 영상의 업샘플링을 수행할 수 있다. 영상 업샘플링 장치(10)는 위상차별로 매핑된 필터계수 세트들을 저장하고 있으며, 저장된 필터계수 세트들 중에서 현재 위상차에 대응되는 필터계수를 선택할 수 있다.
위상차는 샘플링 위치를 결정하고, 샘플링 위치에서의 샘플값을 정확하게 결정하기 위해서는 해당 위상에서 정확한 보간치를 결정할 수 있는 필터계수로 구성된 필터가 필요하다. 따라서, 영상 업샘플링 장치(10)에 미리 성능이 좋은 필터계수 세트들이 저장되어 있을 필요가 있다. 이하, 위상차별로 정확한 보간치를 출력하기 위한 필터계수 세트를 결정하는 동작을 상술한다.
＜업샘플링 필터 계수의 결정 기준＞
샘플링 위치의 픽셀 값을 생성하기 위한 화소단위 픽셀들에 대한 보간은, 업샘플링 필터링을 통해 구현될 수 있다. 업샘플링 필터링을 수학식으로 표현하면 아래와 같다.
2M개의 화소단위 참조픽셀들 {pm} = {p-M+1, p-M+2, ..., p0, p1, ..., pM}의 벡터 p 과 필터 계수들 {fm} = {f-M+1, f-M+2, ..., f0, f1, ..., fM}의 벡터 f(x)의 내적(dot product)에 따라 보간 결과 생성된 픽셀값 p(x)가 도출된다. 샘플링 위치 α에 따라 필터 계수 f(α)가 변하고, 이에 따라 보간 결과 픽셀값 p(α)가 결정되므로, 어떠한 업샘플링 필터가 선택되는지, 즉 필터 계수 f(x)가 어떻게 결정되는지 여부가 업샘플링 필터링의 성능에 상당한 영향을 미친다.
다양한 실시예에 따른 다양한 업샘플링 필터 생성 방법들은 정수가 아닌 부동 소수점 수(floating point number)를 생성하는 연산식에 기초하며, 필터 계수들의 절대값은 대개 1보다 크지 않다. 특히, 샘플링 위치 α 에 의해 정수가 아닌 실수의 연산 결과가 발생할 수 있다.
부동 소수점 기반의 연산보다 효율이 정수 기반의 연산 효율이 높다. 이에 따라 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 업샘플링 배율을 이용하여 필터 계수를 정수로 확대함으로써, 업샘플링 필터링의 연산 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 픽셀값의 비트뎁스가 커짐에 따라 업샘플링 필터링의 정확도도 향상될 수 있다. 더불어, 정수 기반의 연산시, 확대된 비트뎁스를 유지하여 참조 레이어의 비트뎁스를 증가시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는 필터 계수들 fm(α)에 소정의 값을 곱하고, 큰 값의 계수 Fm(α)를 이용해 영상을 보간할 수 있다. 예를 들어, 수학식 i에 따라 필터 계수 Fm(α)는 필터 계수들 fm(α)로부터 확대될 수 있다.
연산 효율을 위해 스케일링 비율은, 2n의 형태일 수 있다. n 은 0 및 양의 정수일 수 있다. 2n만큼 확대된 필터 계수에 의한 업샘플링 필터링 결과는, 원 필터 계수에 의한 필터링 결과에 비해 비트뎁스가 n비트만큼 확대될 수 있다.
확대된 필터 계수 Fm(α)를 이용한 정수 연산 업샘플링 필터링은 수학식 ii을 따를 수 있다. 즉, 확대된 필터 계수 Fm(α)을 이용하여 업샘플링 필터링이 수행된 후, 확대된 비트뎁스가 원본 비트뎁스로 복원되어야 한다.
이 때, offset은 2n-1일 수 있다.
즉, 다양한 실시예에 따른 확대된 업샘플링 필터를 이용하여 확대된 필터링 결과는, 원본 비트로 복원되기 위해 스케일링 비율 2n 만큼 축소되어 하므로, 필터링의 결과로 n 비트 확대된 비트뎁스는 다시 n비트만큼 축소될 수 있다.
정수 기반의 연산으로 비트뎁스가 n 비트만큼 확대되고, 보간된 각 픽셀들을 2n-1 로 나누어 비트뎁스가 n-1만큼 감소하는 경우, 결과적으로 보간된 픽셀들의 비트뎁스가 원본 비트뎁스에 비하여 1만큼 증가하게 된다. 마찬가지 방식으로 비트뎁스를 원본 비트뎁스에 비하여 2 이상 증가시키기거나, 감소시킬 수 있다.
만약, 수평 방향의 1차원 업샘플링 필터링과 수직 방향의 1차원 업샘플링 필터링을 통해 2단계 업샘플링 필터링이 수행된 경우, 총 2n비트만큼 축소될 수 있다. 따라서, 제1 1차원 업샘플링 필터가 n1비트만큼 확대되고, 제2 1차원 업샘플링 필터가 n2만큼 확대된 경우, 제1 1차원 업샘플링 필터링과 제2 1차원 업샘플링 필터링을 통해 2단계 업샘플링 필터링 후에 n1과 n2의 합 2n만큼 축소될 수 있다. 제1 1차원 업샘플링 필터는 확대되지 않은 업샘플링 필터일 수 있다.
비트뎁스가 2n 비트만큼 축소되지 않고, 2n-2 비트만큼 축소된 경우, 보간된 픽셀들의 비트뎁스가 2만큼 증가할 수 있다. 예를 들어 원본 픽셀의 비트뎁스가 8인 경우, 보간된 픽셀의 비트뎁스는 2만큼 증가하여, 10이 될 수 있다.
업샘플링 필터 계수 fm(α)의 총합은 1이므로,
확대된 업샘플링 필터의 필터 계수 Fm(α)을 위한 정규화 조건은 수학식 iv에 따를 필요가 있다.
그러나, 수학식 iv에 따른 정규화 조건은 라운딩 에러(rounding error)에 따라 오차가 발생할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 수학식 iv에 따른 정규화 조건에 기초하여, 확대된 필터 계수들 Fm(α)을 반올림할 수 있다. 정규화를 위해 확대된 필터 계수들 Fm(α) 중 일부는 원본값에 비해 소정 범위 내에서 조정될 수 있다. 예를 들어, 확대된 필터 계수들은 라운딩 에러를 보정하기 위해 ±1의 범위 내에서 조정될 수 있다.
도 9 는 다양한 실시표 예에 따라 1/16 단위의 위상차 간격에 대응되는 업샘플링 배율을 도시한다.
수식 aa에 따라 저해상도 영상을 업샘플링하여 생성된 고해상도 영상의 픽셀 위치와 위상차는 나누기 연산 없이도 결정됨은 전술한 바와 같다. 수식 aa에 따르면, 자주 이용되는 배율에 따른 업샘플링시 각 샘플링 위치에서 발생할 수 있는 위상차들이 결정될 수 있다. 반대로, 위상차를 알면 저해상도 영상의 화소단위 픽셀의 위치로부터 고해상도 영상을 위한 샘플링 위치를 추정하여 결정할 수 있다.
도 9 는 위상차 간격이 1/16일 때, 각 위상차가 발생할 수 있는 업생플링 배율의 관계가 도 10에서 도시된다.
위상차 간격이 1/16이라면 선택 가능한 위상차는 16가지이므로 각 위상차는 서로 다른 위상차 인덱스에 매핑될 수 있다. 따라서 어느 위상차에 대응되는 필터계수 세트를 이용하여 업샘플링 필터링이 수행되었는지 여부를 나타내는 정보는 송수신하기 위해, 위상차 인덱스 정보가 시그널링될 수 있다.
위상차 0은 이론적으로 모든 배율의 업샘플링시 발생하는 위상차이다.
위상차 1/16은 배율 x16/15의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 1/8 (= 2/16)은 배율 x8/7의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 배율 x7/6의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치와는 0.02 정도의 오차가 있으나 무시할만한 수치이므로, 배율 x7/6의 업샘플링에서도 위상차 1/8이 이용될 수 있다.
위상차 1/5 (= 3/15 ≒ 3/16)은 배율 x5/3의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 배율 x6/5의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치와는 -0.03 정도의 오차가 있으나 무시할만한 수치이므로, 배율 x6/5의 업샘플링에서도 위상차 1/5이 이용될 수 있다.
위상차 1/4 (= 4/16)은 배율 x4/3, x8/7의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 배율 x7/6의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치와는 0.04 정도의 오차가 있으나 무시할만한 수치이므로, 배율 x7/6의 업샘플링에서도 위상차 1/4이 이용될 수 있다.
업샘플링 배율이 2:3인 경우에 위상차 1/3인 샘플링 위치가 필요하지만, 위상차 간격이 1/16인 경우에 위상차 1/3에 정확하게 부합되는 위상차 인덱스가 없다. 따라서, 위상차 1/3인 샘플링 위치를 위하여, 위상차 인덱스들 중에서 위상차 5/16 (≒ 5/15 = 1/3)의 인덱스가 할당될 수 있다. 즉, 위상차 1/3 (≒ 5/16)은 배율 x3/2, x6/5 의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 3/8 (= 6/16)은 배율 x8/7 의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 위상차 2/5 (= 6/15 ≒ 7/16)은 배율 x5/3 의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 1/2 (= 8/16)은 배율 x2, x4/3, x6/5, x8/7 등의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 인덱스 i가 8보다 클 때, 위상차 인덱스 i가 가리키는 위상차 θ1와 위상차 인덱스 (16-i)가 가리키는 위상차 θ2의 합이 1이 되므로, 동일한 업샘플링 배율에서 위상차 인덱스 i와 위상차 인덱스 (15-i)는 동시에 발생할 수 있다. 따라서 위상차 θ1가 이용되는 업샘플링 배율에서는 위상차 θ2도 이용하게 된다. 따라서, 위상차 인덱스 i와 위상차 인덱스 (15-i)는 동일한 업샘플링 배율에서 이용될 수 있다.
따라서, 위상차 3/5는 위상차 2/5와 마찬가지로 배율 x 5/3의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 5/8는 위상차 3/8와 마찬가지로 배율 x 8/7의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 2/3 은 위상차 1/3와 마찬가지로 배율 x3/2, x6/5 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 3/4 은 위상차 1/4와 마찬가지로 배율 x4/3, x8/7 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 4/5 은 위상차 1/5와 마찬가지로 배율 x5/3, x6/5 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 7/8 은 위상차 1/8와 마찬가지로 배율 x8/7, x7/6 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 15/16 은 위상차 1/16와 마찬가지로 배율 x16/15 의 업샘플링시 이용될 수 있다.
이상 도 9의 표에 따라, 각 업샘플링 배율에서 특정 위상차가 필요하다면, 해당 위상차가 가리키는 샘플링 위치를 결정하기 위한 업샘플링 필터가 필요하다. 이하, 도 10a 내지 10d를 참조하여 각 위상차가 가리키는 샘플링 위치를 결정하기 위한 업샘플링 필터의 필터계수 세트가 예시된다.
도 10a 내지 10d 는 다양한 실시예에 따라 필터 계수들을 도시한다.
도 10a 내지 10d 의 필터계수의 총합은 26 = 64이다. 따라서 도 10a 내지 10d에서 제시된 필터계수를 적용하여 업샘플링할 경우 비트뎁스는 6비트 증가하게 된다.
도 10a 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/16인 8탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 0, 0, 64, 0, 0, 0, 0};
위상차 1/16을 위한 필터계수 세트는 {0, 1, -3, 63, 4, -2, 1, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-1, 2, -5, 62, 8, -3, 1, 0 } 또는 { 0, 2, -6, 61, 9, -3, 1, 0};
위상차 3/16을 위한 필터계수 세트는 {-1, 3, -8, 60, 13, -4, 1, 0};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -10, 58, 17, -5, 1, 0 };
위상차 5/16를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1};
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 50, 29, -9, 3, -1 }, { -1, 4, -11, 50, 28, -8, 2, 0 } 또는 {-1, 3, -9, 47, 31, -10, 4, -1};
위상차 7/16을 위한 필터계수 세트는 {-1, 4, -11, 45, 34, -10, 4, -1} 또는 {-1, 4, -11, 44, 35, -10, 4, -1};
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-1, 4, -11, 40, 40, -11, 4, -1}일 수 있다.
도 9에서 전술한 바와 같이, 위상차 인덱스 i와 위상차 인덱스 (16-i)는 동일한 배율의 업샘플링에서 동시에 발생할 수 있으며, 위상차 인덱스 i를 위한 필터계수와 위상차 인덱스 (16-i)를 위한 필터계수는 역순 관계다. 예를 들어, 위상차 5/16를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1}인데 반해 위상차 7/16를 위한 필터계수 세트는 {-1, 3, -8, 26, 52, -11, 4, -1}일 수 있다.
따라서, 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)에서, 필터 데이터 저장부(16)에 도 10a에 전술된 위상차 인덱스(또는 위상차)와 필터계수 세트들의 룩업 테이블이 저장될 수 있다.
도 10b 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/16인 4탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 64, 0, 0};
위상차 1/16을 위한 필터계수 세트는 {-2, 62, 4, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-2, 58, 10, -2};
위상차 3/16을 위한 필터계수 세트는 {-4, 56, 14, -2};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 {-4, 54, 16, -2};
위상차 5/16를 위한 필터계수 세트는 {-6, 52, 20, -2};
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 {-6, 46, 28, -4};
위상차 7/16을 위한 필터계수 세트는 {-4, 42, 30, -4};
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-4, 36, 36, -4 }일 수 있다.
도 10a에서 제시된 8탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/16일 경우, 루마 픽셀에 대하여 적용된다. 그리고 도 10b에서 제시된 4탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/16일 경우, 크로마 픽셀에 대하여 적용된다.
도 10c 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/8인 8탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 0, 0, 64, 0, 0, 0, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-1, 2, -5, 62, 8, -3, 1, 0 } 또는 { 0, 2, -6, 61, 9, -3, 1, 0};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -10, 58, 17, -5, 1, 0 };
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1 };
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-1, 4, -11, 40, 40, -11, 4, -1}일 수 있다.
도 10d 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/8인 4탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 64, 0, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-2, 58, 10, -2};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 {-4, 54, 16, -2};
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 {-6, 46, 28, -4};
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-4, 36, 36, -4 }일 수 있다.
도 10c에서 제시된 8탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/8일 경우, 루마 픽셀에 대하여 적용된다. 그리고 도 10d에서 제시된 4탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/8일 경우, 크로마 픽셀에 대하여 적용된다.
또한, 필터 데이터 저장부(16)에 1/16가 아닌 다른 위상차 간격에 따른 위상차와 필터계수 세트 간의 룩업테이블이나, 필터탭수가 8탭이 아닌 다른 필터계수 세트와 위상차 간의 룩업테이블이 저장될 수도 있다.
위상차 간격이 1/16 또는 1/8이나 1/32와 같은 2^(-p)일 수 있다(p는 양의 정수). 적은 메모리를 위해서는 위상차 간격 클 수록 유리하고, 업샙플링의 정확도의 향상을 위해선 작을수록 유리하다. 예를 들면 위상차 간격이 1/8일 경우 메모리 사용량이 줄어들고, 위상차 간격이 1/16일 경우 업샙플링의 정확도가 향상된다.
업샘플링 필터의 필터 계수 세트는 도 10a 내지 10d와 같이 미리 지정되어 있을 수 있고, 지정되지 않은 변수일 수도 있다.
따라서, 필터 선택부(14)는 현재 업샘플링 배율(스케일링 배율 또는 스케일러빌리티 배율)을 기초로 필요한 위상차를 결정하고, 필터 데이터 저장부(16)에서 각 위상차에 대응 필터계수 세트를 선택하여, 각 위상차가 가리키는 샘플링 위치마다 업샘플링 필터링을 수행할 수 있다.
스케일러블 비디오 시스템에서 저해상도 영상은 기본레이어 영상 시퀀스로서 부호화되고, 고해상도 영상은 향상레이어 영상 시퀀스로 부호화될 수 있다.
기본 레이어 영상 중 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 업샘플링하여 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상의 해상도를 동등화하여도, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상의 해상도는 항상 일치하지 않는다. 따라서 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간에 존재하는 오프셋을 구하고, 오프셋에 기초하여 향상 레이어 영상과 업샘플링된 참조 레이어 영상의 해상도를 동등화하는 과정이 필요하다.
도 11 은 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 오프셋을 도시한다. 도 11에는 해상도가 일치하지 않는 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110)과 향상 레이어 영상(1120)이 도시되어 있다. 그리고 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110)과 향상 레이어 영상(1120) 간의 상단 오프셋(1130), 우단 오프셋 (1140), 하단 오프셋 (1150), 좌단 오프셋 (1160)이 있다. 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110), 향상 레이어 영상(1120) 및 오프셋들 (1130 ,1140, 1150, 1160) 간의 관계는 아래 수식으로 표현될 수 있다.
SW = W - ScaledRefLayerLeftOffset(SRLO) - ScaledRefLayerRightOffset(SRRO)
SH = H - ScaledRefLayerTopOffset(SRTO) - ScaledRefLayerBottomOffset(SRBO)
위의 수식에서 W와 H는 각각 향상 레이어 영상(1120)의 너비와 높이를 의미한다. SRLO, SRRO, SRTO, SRBO는 각각 상단 오프셋(1130), 우단 오프셋(1140), 하단 오프셋(1150), 좌단 오프셋(1160)을 의미한다. SW와 SH는 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110)의 너비와 높이를 의미한다.
향상 레이어 영상(1120)에 포함된 임의의 루마 샘플의 위치를 (xL, yL)로 정의할 수 있다. 해상도의 동등화를 위해서 엄샘플링된 참조 레이어 영상(1110)에서 향상 레이어 영상(1120)의 루마 샘플의 위치 (xL, yL)에 대응되는 위치 (xLR, yLR)을 찾아야 한다. 마찬가지로 향상 레이어 영상(1120)에 포함된 임의의 크로마 샘플의 위치를 (xC, yC)로 정의할 때, 해상도의 동등화를 위해서 엄샘플링된 참조 레이어 영상(1110)에서 향상 레이어 영상(1120)의 크로마 샘플의 위치 (xC, yC)에 대응되는 위치 (xCR, yCR)을 찾아야 한다. (xLR, yLR)과 (xCR, yCR)을 구하는 방법은 아래 수식으로 표현될 수 있다.
xLR = (xL - SRLO)* WR/SW (1)
yLR = (yL - SRTO)* HR/SH (2)
xCR = (xC - SRLO/denomX + deltaXC/denomX)* WR/(diff_scale *SW) - deltaXCR/2 (3)
yCR = (yC - SRTO/denomY + deltaYC/denomY)*HR/SH- deltaYCR/2 (4)
위의 수식에서 WR 와 HR 는 참조 레이어 영상의 너비와 높이를 의미한다. denomX의 값은 컬러 포맷이 4:2:0 또는 4:2:2 일 때 2, 컬러 포맷이 4:4:4 일 때는 1이다. denomX의 값은 컬러 포맷이 4:2:0 일 때 2, 컬러 포맷이 4:2:2 또는 4:4:4 일 때는 1이다. diff_scale의 값은 컬러 포맷이 4:2:0 에서 4:2:2로 변경될 때 2, 그 외 컬러 포맷 변환이 없거나 4:2:0 에서 4:2:2으로 컬러 포맷 변환되는 경우가 아닌 때는 1이다.
위의 수식 (1) 내지 (4)를 일반화하여 수식(5) 및 (6)으로 표현할 수 있다.
xR = (x - (SRLO - deltaX)/denomX)* WR/(diff_scale *SW) - deltaXR/2 (5)
yR = (y - (SRTO - deltaY)/denomY)* HR/SH - deltaYR/2 (6)
루마 픽셀의 경우, 위의 수식에서 diff_scale = denomX = denomX = 1, deltaX = deltaY = 0, deltaXR = deltaYR = 0으로 가정하면 xLR과 yLR 에 관한 식이 도출된다.
크로마 픽셀의 경우는 xLR 와 yLR의 수식은 각각 xR, yR의 수식과 동일하다.
상기 수식들에서 입력되는 (x,y), (xC,yC)는 정수이지만, 출력되는 참조 레이어 위치들 (xR,yR), (xCR,yCR)은 반드시 정수가 아니다. 따라서 (xR,yR), (xCR,yCR)의 값이 정수가 아닐 때, (xR,yR), (xCR,yCR)의 위치에 대하여, 참조 레이어들의 샘플을 이용하여 보간하여 한다.
아래 수식을 이용하여 참조 샘플 위치를 정수화하는 과정을 설명한다. 우선 정수 값을 가지는 ScaleFactorX 및 ScaleFactorY를 다음과 같이 정의한다.
ScaleFactorX = ( ( WR << 16 ) + ( (diff_scale *SW) >> 1 ) ) / (diff_scale *SW)
ScaleFactorY = ( ( HR << 16 ) + ( SH >> 1 ) ) / SH
위의 수식에서 ScaleFactorX과 ScaleFactorY 의 결과값은 반올림된다. ScaleFactorX와 ScaleFactorY 모두 0 에서 216의 값을 가진다. ScaleFactorX과 ScaleFactorY을 이용하여 수식(5) 및 (6)의 결과값을 정수화 하는 방법이 아래 수식에 표현되어 있다.
xR = ( ( x - ( SRLO-deltaX ) / denomX ) * ScaleFactorX -deltaXR/2 + ( 1 << 15 ) ) >> 16
yR = ( ( y - (SRTO-deltaY)/denomY ) * ScaleFactorY - deltaYR/2 + ( 1 << 15 ) ) >> 16
루마 샘플에 대한 변수 offsetX 및 offset 다음 수식과 같이 표현된다.
offsetX = (SRLO+ denomX/2)/ denomX
offsetY = (SRTO+ denomY/2)/ denomY
위상차 간격이 1/16일 때, 변수 xRef16, yRef16, addX16 및 addY16 는 다음 수식과 같이 유도된다.
addX16 = ( ( ( WR * deltaX) << 14 ) + (SW >> 1 ) ) / SW
addY16 = ( ( ( WR * deltaY) << 14 ) + (SH >> 1 ) ) / SH
변수 xRef16 및 yRef16 은 각각 xR 및 yR에 16을 곱한 값을 가진다. xRef16 및 yRef16 은 위상차 간격을 1/16로 하여 보간할 때 사용된다.
xRef16 = ( ( ( x - offsetX ) * ScaleFactorX + addX16 + ( 1 << 11 ) ) >> 12 ) - (deltaX << 2 )
yRef16 = ( ( ( y - offsetY ) * ScaleFactorY + addY16 + ( 1 << 11 ) ) >> 12 ) - (deltaY << 2 )
위상차 간격이 1/8일 때, 변수 xRef8, yRef8, addX8 및 addY8 는 다음 수식과 같이 유도된다.
addX8 = ( ( ( WR * deltaX) << 13 ) + (SW >> 1 ) ) / SW
addY8 = ( ( ( WR * deltaY) << 13 ) + (SH >> 1 ) ) / SH
변수 xRef8 및 yRef8 은 각각 xR 및 yR에 8을 곱한 값을 가진다. xRef8 및 yRef8 은 위상차 간격을 1/8로 하여 보간할 때 사용된다. xRef8 및 yRef8 은 xRef16 및 yRef16 과 같은 방식으로 유도된다.
xRef8 = ( ( ( x - offsetX ) * ScaleFactorX + addX8 + ( 1 << 12 ) ) >> 13 ) - (deltaX << 1 )
yRef8 = ( ( ( y - offsetY ) * ScaleFactorY + addY8 + ( 1 << 12 ) ) >> 13 ) - (deltaY << 1 )
위상차 간격이 1/16일 때의 보간 방법을 아래의 수식을 이용하여 설명한다. 참조 위치 (xR,yR) 의 정수 부분 (ixR,iyR) 다음과 같이 유도된다.
ixR = ( xRef16 >> 4 )
iyR = ( yRef16 >> 4 )
참조 위치 (xR,yR) 의 소수 부분 (xPhase, yPhase) 다음과 같이 유도된다. (xPhase, yPhase)는 분모가 16인 분수이다.
xPhase = ( xRef16 ) ％ 16
yPhase = ( yRef16 ) ％ 16
xPhase 및 yPhase의 값에 따라 루마 보간 픽셀을 위한 도 10a의 필터 계수 세트가 정해진다. xPhase 및 yPhase의 값에 따라 크로마 보간 픽셀을 위한 도 10b의 필터 계수 세트가 정해진다.
위상차 간격이 1/8일 때의 보간 방법을 아래의 수식을 이용하여 설명한다. 참조 위치 (xR,yR) 의 정수 부분 (ixR,iyR) 다음과 같이 유도된다.
ixR = ( xRef8 >> 3 )
iyR = ( yRef8>> 3 )
참조 위치 (xR,yR) 의 소수 부분 (xPhase, yPhase) 다음과 같이 유도된다. (xPhase, yPhase)는 분모가 8인 분수이다.
xPhase = ( xRef8 ) ％ 8
yPhase = ( yRef8 ) ％ 8
xPhase 및 yPhase의 값에 따라 루마 보간 픽셀을 위한 도 10c의 필터 계수 세트가 정해진다. xPhase 및 yPhase의 값에 따라 크로마 보간 픽셀을 위한 도 10d의 필터 계수 세트가 정해진다.
이상 유도한 변수들에 기초한 이하 제공되는 수식으로부터 보간 방법을 설명한다. 보간된 루마 샘플을 획득하기 위하여, 수평 방향으로 1단계 보간을 수행한다. 1 단계 보간이 다음의 수식에서 유도된다.
tempArray[ n], n = 0..7, 는 수직 방향의 보간에 사용될 샘플 값들의 집합이다. Clip3( A, B,C)는 세 번째 변수인 C가 A 보다 크고 B보다 작은 값일 경우, C를 입력으로 한다. LumaR [ x, y ]는 (x,y) 위치에 할당된 루마 픽셀의 픽셀값을 의미한다.
iyRL = Clip3( 0, HR - 1, iyR+ n - 1 )
tempArray[n] = fL[ xPhase, 0 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, ixR - 3), iyRL] +
fL[ xPhase, 1 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR - 2), iyRL] +
fL[ xPhase, 2 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR - 1), iyRL] +
fL[ xPhase, 3 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR ), iyRL] +
fL[ xPhase, 4 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 1), iyRL] +
fL[ xPhase, 5 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 2), iyRL] +
fL[ xPhase, 6 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 3), iyRL] +
fL[ xPhase, 7 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 4), iyRL]
보간된 루마 샘플 Luma(x,y)은 수직 방향으로 2단계 보간을 수행한다. 2 단계 보간이 다음의 수식에서 유도된다.
Luma(x,y) =Clip3(0,(1<<B)-1), ( fL[ yPhase, 0 ] * tempArray [ 0 ] +
fL[ yPhase, 1 ] * tempArray [ 1 ] +
fL[ yPhase, 2 ] * tempArray [ 2 ] +
fL[ yPhase, 3 ] * tempArray [ 3 ] +
fL[ yPhase, 4 ] * tempArray [ 4 ] +
fL[ yPhase, 5 ] * tempArray [ 5 ] +
fL[ yPhase, 6 ] * tempArray [ 6 ] +
fL[ yPhase, 7 ] * tempArray [ 7 ] + (1<<(11+8-B)) >> (12+8-B))
위의 식에서 B는 보간 픽셀의 비트 뎁스를 의미한다. 따라서 B값이 10일 경우, 보간 픽셀의 비트뎁스는 10이 된다.
크로마 픽셀의 보간 방법도 루마 픽셀의 보간 방법과 같다. 다만 4:2:0 또는 4:2:2 컬러 포맷에서 크로마 픽셀들의 밀도가 루마 픽셀들의 밀도보다 낮으므로, 위의 루마 픽셀을 보간할 때 8탭 필터를 사용한 것과 달리, 4탭 필터를 사용할 수도 있다.
리샘플링 필터의 계수는 도 10a 내지 10d의 필터 계수 세트에서 미리 정해질 수 있고, 미리 정해지지 않은 가변 계수를 사용할 수 있다. 가변 계수를 복호기에 전송하는 방법 중의 하나로 도 10a 내지 10d의 필터 계수들 간의 차이를 비트 스트림에 전송할 수 있다.
예를 들어 아래의 수식들을 이용하여 가변 계수를 필터 계수 세트로 정하는 방법에 대하여 알아본다. 아래 식에서 fL[ xPhase, k ]은 도 10a 내지 10d의 미리 정해진 필터 계수를 의미한다. Δ[ xPhase, k ] 은 부호기에서 임의로 정한 값을 의미한다.
fLA[ xPhase, k ] = fL[ xPhase, k ] + Δ[ xPhase, k ]. (k는 0부터 7까지의 정수)
아래 식에서 SumNegL[ xPhase ] 은 위상차가 xPhase일 때, 0보다 작은 fL[ xPhase, k ]의 합을 의미한다. SumPosL[ xPhase ]은 위상차가 xPhase일 때, 0보다 큰 fL[ xPhase, k ]의 합을 의미한다.
SumNegL[ xPhase ] =
(fL[ xPhase, 0 ] <0 ? fL[ xPhase, 0 ] :0)+
(fL[ xPhase, 1 ] <0 ? fL[ xPhase, 1 ] :0)+
(fL[ xPhase, 2 ] <0 ? fL[ xPhase, 2 ] :0)+
(fL[ xPhase, 3 ] <0 ? fL[ xPhase, 3 ] :0)+
(fL[ xPhase, 4 ] <0 ? fL[ xPhase, 4 ] :0)+
(fL[ xPhase, 5 ] <0 ? fL[ xPhase, 5 ] :0)+
(fL[ xPhase, 6 ] <0 ? fL[ xPhase, 6 ] :0)+
(fL[ xPhase, 7 ] <0 ? fL[ xPhase, 7 ] :0)
SumPosL[ xPhase ] =
(fL[ xPhase, 0 ] >0 ? fL[ xPhase, 0 ] :0)+
(fL[ xPhase, 1 ] >0 ? fL[ xPhase, 1 ] :0)+
(fL[ xPhase, 2 ] >0 ? fL[ xPhase, 2 ] :0)+
(fL[ xPhase, 3 ] >0 ? fL[ xPhase, 3 ] :0)+
(fL[ xPhase, 4 ] >0 ? fL[ xPhase, 4 ] :0)+
(fL[ xPhase, 5 ] > ? fL[ xPhase, 5 ] :0)+
(fL[ xPhase, 6 ] >0 ? fL[ xPhase, 6 ] :0)+
(fL[ xPhase, 7 ] >0 ? fL[ xPhase, 7 ] :0)
Max는 LumaR 의 최대값을 의미한다. 예를 들어 8비트 신호에서는 255가 최대가 된다. Min은 LumaR 의 최소값을 의미한다. 예를 들어 8비트 신호에서는 0이 최소가 된다. 보간이 수행되면 tempArray[n]의 크기는 다음과 같은 범위를 가진다.
Max* SumNegL[ xPhase ] ≤ Min* SumPosL[ xPhase ] ≤ tempArray[n] ≤ Max* SumPosL[ xPhase ] ≤ Min* SumNegL[ xPhase ]
참조 레이어의 8비트 신호에 대하여, tempArray[n]의 크기는 다음과 같은 범위를 가진다.
255* SumNegL[ xPhase ] ≤tempArray[n] ≤ 255* SumPosL[ xPhase ]
따라서 tempArray[n]의 범위는 255 *(SumPosL[ xPhase ] - SumNegL[ xPhase ] ) 다음과 같다. tempArray[n]이 사용할 수 있는 비트의 크기에 제한이 있을 수 있다. 예를 들어 tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작아야 하는 경우에, 아래의 조건이 만족되어야 한다.
( SumPosL[ xPhase ] - SumNegL[ xPhase ] ) ≤(216-1)/255 = 257
만약 참조 레이어의 신호에 따라 Max 및 Min이 결정되어 있고, tempArray[n]의 범위가 K비트를 초과하는지 여부의 검증이 필요할 때, 아래의 수식이 사용된다.
( Max* SumPosL[ xPhase ] ≤ Min* SumNegL[ xPhase ] ) ≤ ( Max* SumNegL[ xPhase ] ≤ Min* SumPosL[ xPhase ] ) ≤(2K-1)
예를 들어 도 10a 내지 10d의 필터 계수 세트에서 SumPosL = 88 및 SumNegL = -24이 만족된다고 가정한다. 참조 레이어가 8비트 신호일 경우,
SumPosL[ xPhase ] - SumNegL[ xPhase ] = 112 ≤ 257
위 수식에 따라 tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작을 수 있다.
만약 적응적 필터 계수가 도 10a 내지 10d의 소정의 필터 계수와 차이가 있을 경우, 차이 Δ의 절대값을 이용하여 Δ의 범위를 정할 수 있다. 아래의 수식은 ?의 범위를 구하는 과정을 설명한다.
SumPosLA[ xPhase ] ≤ 8*|Δ|+88
SumNegLA[ xPhase ] ≥ -8*|Δ|-24
(SumPosLA[ xPhase ] - SumNegLA[ xPhase ] )= 112+16* |?|
tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작아야 하는 경우, 아래의 조건이 만족되어야 한다.
112+16* |Δ| ≤ 257
|Δ| ≤ 9,0625
상기 수식의 결과에 의하면 |Δ|의 최대 정수값은 9가 될 것이다. 따라서 |Δ|가 9를 초과하는 정수가 아닌 이상, tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작다.
도 12a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 포함한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding) 방식에 따라 다수의 영상시퀀스들을 레이어별로 분류하여 각각 부호화하고, 레이어별로 부호화된 데이터를 포함하는 별개의 스트림을 출력할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 기본 레이어 영상 시퀀스와 향상 레이어 영상 시퀀스를 서로 다른 레이어로 부호화할 수 있다.
기본 레이어 부호화부(1210)가 기본 레이어 영상들을 부호화하고, 기본 레이어 영상들의 부호화 데이터를 포함하는 기본 레이어 비트스트림을 출력할 수 있다. 기본 레이어는 향상 레이어를 부호화하는데 필요한 참조 레이어로 사용될 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)가 필터 선택부(12)에서 선택된 스케일러블 코덱과 예측 오차 획득부(1230)에서 획득한 예측 오차들을 부호화하여, 향상 레이어 영상들의 부호화 데이터를 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 출력할 수 있다.
예측 오차 획득부(1230)는 업샘플링부(14)에서 획득된 업샘플링된 기본 레이어와 향상 레이어 간에 예측 오차를 획득한다. 획득된 예측 오차는 향상 레이어 부호화부(1220)에 전송된다.
예를 들어, 공간적 스케일러빌러티(Spatial Scalability)에 기반한 스케일러블 비디오 코딩 방식에 따르면, 저해상도 영상들이 기본 레이어 영상들로서 부호화되고, 고해상도 영상들이 향상 레이어 영상들로서 부호화될 수 있다. 기본 레이어 영상들의 부호화 결과가 기본 레이어 비트스트림으로 출력되고, 향상 레이어 영상들의 부호화 결과가 향상 레이어 비트스트림으로 출력될 수 있다.
또한, 기본 레이어와 다수의 향상 레이어들에 대한 스케일러블 비디오 코딩이 수행될 수 있다. 향상 레이어가 셋 이상인 경우, 기본 레이어 영상들과 첫번째 향상 레이어 영상들, 두번째 향상 레이어 영상들, ..., K번째 향상 레이어 영상들이 부호화될 수도 있다. 이에 따라 기본 레이어 영상들의 부호화 결과가 기본 레이어 비트스트림으로 출력되고, 첫번째, 두번째, ..., K번째 향상 레이어 영상들의 부호화 결과가 각각 첫번째, 두번째, ..., K번째 향상 레이어 비트스트림으로 출력될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 단일레이어의 영상들을 참조하여 현재영상을 예측하는 인터 예측(Inter Prediction)을 수행할 수 있다. 인터 예측을 통해, 현재영상과 참조영상 사이의 움직임 정보를 나타내는 모션 벡터(motion vector) 및 현재영상과 참조영상 사이의 레지듀 성분(residual)이 생성될 수 있다.
또한, 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 기본 레이어 영상들을 참조하여 향상 레이어 영상들을 예측하는 인터 레이어 예측(Inter-layer Prediction)을 수행할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 첫번째 향상 레이어의 영상들을 참조하여 두번째 향상 레이어의 영상들을 예측하는 인터 레이어 예측을 수행할 수도 있다. 인터 레이어 예측을 통해, 현재영상과 다른 레이어의 참조영상 사이의 위치 차이성분 및 현재영상과 다른 레이어의 참조영상 사이의 레지듀 성분이 생성될 수 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)가 둘 이상의 향상 레이어를 허용하는 경우에는, 멀티 레이어 예측 구조에 따라 하나의 기본 레이어 영상들과 둘 이상의 향상 레이어 영상들 간의 인터 레이어 예측을 수행할 수도 있다.
기본 레이어 시퀀스와 향상 레이어 시퀀스 간의 인터 레이어 예측 구조는 추후 도 14을 참조하여 상술한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 각 레이어마다, 비디오의 각각의 영상의 블록별로 부호화한다. 블록의 타입은 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 임의의 기하학적 형태일 수도 있다. 일정한 크기의 데이터 단위로 제한되는 것은 아니다. 다양한 실시예에 따른에 따른 블록은, 트리구조에 따른 부호화단위들 중에서는, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등일 수 있다. 트리 구조의 부호화 단위들을 포함하는 최대부호화단위는, 코딩 블록 트리(Coding Block Tree), 블록 트리, 루트 블록 트리(Root Block Tree), 코딩 트리, 코딩 루트 또는 트리 트렁크(Tree Trunk) 등으로 다양하게 명명되기도 한다. 트리구조에 따른 부호화단위들에 기초한 비디오 부복호화 방식은, 도 14 내지 도 24을 참조하여 후술한다.
인터 예측 및 인터 레이어 예측은 부호화 단위, 예측 단위 또는 변환 단위의 데이터 단위를 기초로 수행될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 기본 레이어 부호화부(1210)는, 기본 레이어 영상들에 대해 인터 예측 또는 인트라 예측을 포함하는 소스 코딩 동작들을 수행하여 심볼 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 기본 레이어 부호화부(1210)는, 기본 레이어 영상들의 데이터 단위의 샘플들에 대해 인터 예측 또는 인트라 예측, 변환, 양자화를 수행하여 심볼데이터를 생성하고 심볼데이터에 대해 엔트로피 부호화를 수행하여 기본 레이어 비트스트림을 생성할 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)는, 트리 구조의 부호화 단위들에 기초하여 향상 레이어 영상들을 부호화할 수 있다. 향상 레이어 부호화부(1220)는, 향상 레이어 영상의 부호화 단위의 샘플들에 대해 인터/인트라 예측, 변환, 양자화를 수행하여 심볼데이터를 생성하고 심볼데이터에 대해 엔트로피 부호화를 수행하여 향상 레이어 비트스트림을 생성할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 향상 레이어 부호화부(1220)는, 기본 레이어 영상의 복원샘플을 이용하여, 향상 레이어 영상을 예측하는 인터 레이어 예측을 수행할 수 있다. 향상 레이어 부호화부(1220)는, 인터 레이어 예측 구조를 통해 향상 레이어 영상시퀀스 중 향상 레이어 원본영상을 부호화하기 위해, 기본 레이어 복원영상을 이용하여 향상 레이어 예측영상을 생성하고, 향상 레이어 원본영상과 향상 레이어 예측영상 간의 예측 오차를 부호화할 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)는, 향상 레이어 영상을 부호화 단위 또는 예측 단위와 같은 블록별로 인터 레이어 예측을 수행할 수 있다. 향상 레이어 영상의 블록이 참조할 기본 레이어 영상의 블록을 결정할 수 있다. 예를 들어, 향상 레이어 영상에서 현재 블록의 위치에 상응하여 위치하는 기본 레이어 영상의 복원블록이 결정될 수 있다. 향상 레이어 부호화부(1220)는, 향상 레이어 블록에 상응하는 기본 레이어 복원블록을 이용하여, 향상 레이어 예측블록을 결정할 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)는, 인터 레이어 예측 구조에 따라 기본 레이어 복원블록을 이용하여 결정된 향상 레이어 예측블록을, 향상 레이어 원본블록의 인터 레이어 예측을 위한 참조영상으로서 이용할 수 있다.
이런 식으로 기본 레이어 영상(블록)을 이용하여 향상 레이어 예측영상(블록)을 결정하기 위하여, 기본 레이어 영상을 향상 레이어 영상의 크기로 확대하기 위한 업샘플링 동작이 필요하다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 영상 업샘플링 장치(10)의 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200) 내에서 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)의 동작은 도 12a를 참조하여 상술한다.
도 13a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
먼저, 기본 레이어 부호화부(1210)는, 기본 레이어 시퀀스의 저해상도 영상에 대해 트리 구조의 부호화 단위들을 결정할 수 있다. 트리 구조의 부호화 단위들마다, 예측 단위에 대한 인트라 또는 인터 예측을 수행하고, 변환단위마다 변환 및 양자화를 수행하여 부호화 단위의 샘플들을 부호화할 수 있다. 저해상도 영상인 기본 레이어 영상을 부호화하여 생성된 기본 레이어 영상 부호화 정보를 포함하는 기본 레이어 비트스트림을 출력할 수 있다.
단계 1305에서, 향상 레이어 부호화부(1220)에서 향상 레이어 영상과 기본 레이어 영상 중에서 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정한다.
단계 1310에서, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어 영상의 컬러 포맷에 따라, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정한다.
필터 선택부(12)는, 기본 레이어 부호화부(1210)에서 처리하는 저해상도 영상과 향상 레이어 부호화부(1220)에서 처리하는 고해상도 영상 간의 배율에 기초하여 업샘플링 필터링에서 필요한 위상차를 결정할 수 있다.
또한 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정한 후, 상기 루마 픽셀의 위상차에 기초하여 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정할 수 있다.
단계 1315에서, 필터 선택부(12)는 위상차별로 대응되는 필터 계수 데이터들 이 저장된 필터데이터 저장부(16)에서 단계 1210에서 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택한다. 즉 필터 선택부(12)는 현재 업샘플링 배율에 필요한 필터를 선택할 수 있다.
단계 1320에서, 업샘플링부(16)는 필터 선택부(12)에서 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 기본 레이어 부호화부(1210)에서 생성된 저해상도 복원영상에 대해 필터링을 수행하여 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성할 수 있다. 업샘플링 과정에서 픽셀들의 비트뎁스가 확장될 수 있다.
단계 1325에서, 예측 오차 획득부(1230)에서 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상으로부터 예측 오차를 획득한다.
단계 1330에서, 향상 레이어 부호화부(1220)는 예측 오차 획득부(1230)에서 획득된 예측 오차 및 필터 선택부(12)에서 선택된 필터 계수 세트가 포함된 스케일러블 코덱을 부호화하여, 향상 레이어 비트스트림을 생성한다.
단계 1335에서 기본 레이어 부호화부(1210)는 기본 레이어 영상을 부호화하여, 기본 레이어 비트스트림을 생성한다.
업샘플링 필터 정보는 SPS (Sequence Parameter Set), PPS (Picture Parameter Set) 및 슬라이스 세그먼트 헤더(Slice Segement Header)에 수록될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 제어될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230) 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)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. 다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 내부 비디오 인코딩 프로세서는, 별개의 프로세서로서 비디오 부호화 동작을 구현할 수 있다. 또한, 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 비디오 인코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 비디오 부호화 동작을 구현하는 경우도 가능하다.
도 12b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 인터 레이어 SAO 파라미터 획득부(22), 인터 레이어 오프셋 결정부(24), 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270) 및 향상 레이어 획득부(1280)를 포함한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 스케일러블 부호화 방식에 따라 레이어별로 비트스트림들을 수신할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 수신하는 비트스트림들의 레이어의 개수가 한정되는 것은 아니다. 하지만, 설명의 편의를 위해 이하 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)가 기본 레이어 비트스트림을 수신하여 복호화하고, 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)가 향상 레이어 비트스트림을 수신하여 복호화한다. 향상 레이어 획득부(1280)는 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)에서 획득된 기본 레이어와 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)에서 획득된 예측 오차 및 스케일러블 코덱에 기초하여 향상 레이어를 획득한다.
공간적 스케일러빌러티에 기반한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 서로 다른 해상도의 영상시퀀스가 서로 다른 레이어로 부호화된 스트림을 수신할 수 있다. 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 저해상도 영상시퀀스가 복원되고, 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 고해상도 영상 시퀀스가 복원될 수 있다.
또한, 향상 레이어가 셋 이상인 경우, 첫번째 향상 레이어 비트스트림으로부터 첫번째 향상 레이어에 대한 첫번째 향상 레이어 영상들이 복원되고, 두번째 향상 레이어 비트스트림을 더 복호화하면 두번째 향상 레이어 영상들이 더 복원될 수 있다. 첫번째 향상 레이어 비트스트림에 K번째 향상 레이어 비트스트림을 더 복호화하면 K번째 향상 레이어 영상들이 더 복원될 수도 있다.
스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 기본 레이어 비트스트림과 향상 레이어 비트스트림으로부터 기본 레이어 영상들 및 향상 레이어 영상들의 부호화된 데이터를 획득하고, 더하여 인터 예측에 의해 생성된 모션 벡터 및 인터 레이어 예측에 의해 생성된 예측 정보를 더 획득할 수 있다.
예를 들어 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 각 레이어별로 인터 예측된 데이터를 복호화하고, 다수 레이어 간에 인터 레이어 예측된 데이터를 복호화할 수 있다. 일 실시예에 따른 부호화 단위 또는 예측 단위를 기초로 움직임 보상(Motion Compensation) 및 인터 레이어 복호화를 통한 복원이 수행될 수도 있다.
각 레이어 스트림에 대해서는 동일 레이어의 인터 예측을 통해 예측된 복원영상들을 참조하여, 현재영상을 위한 움직임 보상을 수행함으로써, 영상들을 복원할 수 있다. 움직임 보상은, 현재 영상의 모션 벡터를 이용하여 결정된 참조영상과, 현재 영상의 레지듀 성분을 합성하여 현재 영상의 복원 영상을 재구성하는 동작을 의미한다.
또한, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 인터 레이어 예측을 통해 예측된 향상 레이어 영상을 복원하기 위해 기본 레이어 영상들을 참조하여 인터 레이어 복호화를 수행할 수도 있다. 인터 레이어 복호화는, 현재 영상을 예측하기 위하여 결정된 다른 레이어의 참조영상과, 현재 영상의 레지듀 성분을 합성하여 현재 영상의 복원 영상을 재구성하는 동작을 의미한다.
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 첫번째 향상 레이어 영상들을 참조하여 예측된 두번째 향상 레이어 영상들을 복원하기 위한 인터 레이어 복호화를 수행할 수도 있다. 인터 레이어 예측 구조는 추후 도 13을 참조하여 상술한다.
스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 비디오의 각각의 영상의 블록별로 복호화한다. 일 실시예에 따른 블록은, 트리구조에 따른 부호화단위들 중에서는, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등일 수 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 파싱된 기본 레이어 영상의 부호화 심볼들을 이용하여, 기본 레이어 영상을 복호화할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 트리 구조의 부호화 단위들을 기초로 부호화된 스트림들을 수신한다면, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 비트스트림의 최대 부호화 단위마다, 트리 구조의 부호화 단위들을 기초로 복호화를 수행할 수 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 최대 부호화 단위마다 엔트로피 복호화를 수행하여, 부호화 정보와 부호화된 데이터를 획득할 수 있다. 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 스트림으로부터 획득한 부호화된 데이터에 대해 역양자화, 역변환을 수행하여, 레지듀 성분을 복원할 수 있다. 다른 실시예에 따른 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 양자화된 변환계수들의 비트스트림을 직접 수신할 수도 있다. 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화, 역변환을 수행한 결과, 영상들의 레지듀 성분이 복원될 수도 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 동일 레이어 영상들 간에 움직임 보상을 통해, 예측영상과 레지듀 성분을 결합하여 기본 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 스케일러블 코덱과 예측 오차를 획득한다. 필터 선택부(12)는 획득된 스케일러블 코덱에 기초하여 필터 계수 데이터를 선택한다. 업샘플링부(14)는 선택된 필터 계수 데이터에 따라 기본 레이어를 업샘플링한다. 향상 레이어 획득부(1280)는 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)에서 획득된 예측 오차와 업샘플링부(14)에서 획득된 업샘플링된 기본 레이어 영상에 기초하여 향상 레이어를 획득한다.
다양한 실시예에 따른 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 비트스트림으로부터 SAO 파라미터를 획득하여, 기본 레이어 원본영상과 기본 레이어 복원영상 간의 부호화 오차를 보상할 수 있다.
구체적으로 보면, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 영상의 트리 구조의 부호화 단위들마다 부호화된 샘플들에 대해, 변환단위를 기초로 역양자화 및 역변환를 수행하고, 예측 단위를 기초로 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행하는 복호화를 통해 샘플들을 복원할 수 있다. 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 각 최대 부호화 단위들의 샘플들을 복원함으로써 복원영상을 생성할 수 있다. 현재 슬라이스 세그먼트의 인터 예측을 위해 이전 슬라이스 세그먼트의 복원영상이 참조될 수 있다. 따라서 이전 슬라이스 세그먼트의 복원영상이 현재 슬라이스 세그먼트를 위한 예측영상으로 이용될 수 있다.
향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는, 향상 레이어 비트스트림으로부터 향상 레이어 부호화 정보를 획득할 수 있다. 고해상도 부호화 정보로부터, 인터 레이어 예측 구조에 따른 향상 레이어 예측블록과 향상 레이어 원본블록의 예측 오차, 즉 레지듀 성분이 획득될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 향상 레이어 획득부(1280)는, 기본 레이어 영상의 복원샘플을 이용하여, 향상 레이어 영상을 복원하는 인터 레이어 예측을 수행할 수 있다. 향상 레이어 획득부(1280)는, 인터 레이어 예측 구조를 통해 향상 레이어 영상시퀀스 중 향상 레이어 원본영상을 복원하기 위해, 기본 레이어 복원영상을 이용하여 생성된 향상 레이어 예측영상을 인터 레이어 예측을 위한 참조영상으로서 이용할 수 있다.
향상 레이어 획득부(1280)는, 향상 레이어 영상을 부호화 단위 또는 예측 단위와 같은 블록별로 인터 레이어 복원을 수행할 수 있다. 향상 레이어 영상의 블록이 참조할 기본 레이어 영상의 블록을 결정할 수 있다. 예를 들어, 향상 레이어 영상에서 현재 블록의 위치에 상응하여 위치하는 기본 레이어 영상의 복원블록이 결정될 수 있다. 향상 레이어 획득부(1280)는, 향상 레이어 블록에 상응하는 기본 레이어 복원블록을 이용하여, 향상 레이어 예측블록을 결정할 수 있다.
향상 레이어 획득부(1280)는, 인터 레이어 예측 구조에 따라 기본 레이어 복원블록을 이용하여 결정된 향상 레이어 예측블록을, 향상 레이어 원본블록의 인터 레이어 예측을 위한 참조영상으로서 이용할 수 있다.
이런 식으로 기본 레이어 복원영상(블록)을 이용하여 향상 레이어 예측영상(블록)을 결정하기 위하여, 기본 레이어 복원영상을 향상 레이어 영상의 크기로 확대하기 위한 업샘플링 동작이 필요하다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 영상 업샘플링 장치(10)의 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250) 내에서 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)의 동작은 도 12b를 참조하여 상술한다.
도 13b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
먼저, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 비트스트림으로부터 기본 레이어 영상 부호화 정보를 획득하여, 기본 레이어 시퀀스의 저해상도 영상에 대해 트리 구조의 부호화 단위들을 결정할 수 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 부호화 단위별로 부호화 정보로부터 심볼들을 파싱하여, 변환 단위를 기초로 심볼들에 대해 역양자화, 역변환을 수행하고, 예측 단위를 기초로 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행하여 각 샘플들을 복원할 수 있다. 따라서 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 저해상도 복원영상인 기본 레이어 영상을 생성할 수 있다.
단계 1355에서, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 기본 레이어 영상을 복원한다. 그리고 향상 레이어 획득부(1280)는 기본 레이어 영상 중에서 향상 레이어에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정한다.
단계 1360에서, 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 원본영상 간의 예측 오차 및 참조 레이어 영상의 업샘플링 정보가 포함된 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 부호화 정보를 획득할 수 있다.
또한 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는, 저해상도 영상으로부터 고해상도 영상을 업샘플링하는데 이용된 필터에 대한 정보를 포함하는 업샘플링 필터 정보를 필터 선택부(12)에 전달할 수 있다. 업샘플링 필터 정보는, SPS, PPS, 슬라이스 세그먼트 헤더로부터 획득될 수 있다.
단계 1365에서, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어 영상의 컬러 포맷에 따라, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정한다.
향상 레이어 영상과 기본 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어 영상의 컬러 포맷에 관한 정보는 스케일러블 코덱에 포함되어 있다.
단계 1370에서, 필터 선택부(12)는 위상차별로 대응되는 필터 계수 데이터들 이 저장된 필터데이터 저장부(16)에서 단계 1310에서 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택한다. 즉 필터 선택부(12)는 현재 업샘플링 배율에 필요한 필터를 선택할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)에서 사용한 필터 계수 세트 관한 정보가 스케일러블 코덱에 포함되어 있을 수 있다. 따라서 필터 선택부(12)는 스케일러블 코덱에 기초하여, 필터 데이터 저장부(160)에서 저장된 룩업테이블을 이용하여 위상차에 대응하는 필터계수 세트를 결정함으로써, 현재 업샘플링 배율에 필요한 필터를 선택할 수 있다.
단계 1375에서, 업샘플링부(16)는 필터 선택부(12)에서 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)에서 복원된 참조 레이어 영상에 대해 필터링을 수행하여 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성할 수 있다. 업샘플링 과정에서 픽셀들의 비트뎁스가 확장될 수 있다.
단계 1380에서, 향상 레이어 획득부(1280)는 예측 오차와 업샘플링된 기본 레이어 영상을 이용하여 향상 레이어 영상을 복원한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 제어될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)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. 다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 내부 비디오 인코딩 프로세서는, 별개의 프로세서로서 비디오 부호화 동작을 구현할 수 있다. 또한, 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 비디오 인코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 비디오 부호화 동작을 구현하는 경우도 가능하다.
이상 도 12a 및 14a 를 참조하여 상술한 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)와, 도 12b 및 14b를 참조하여 상술한 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 인터 레이어 예측을 위해 정확한 업샘플링 필터를 선택할 수 있다.
향상 레이어의 고해상도 영상을 위한 예측 영상을 생성하기 위해 기본 레이어의 저해상도 영상을 정확하게 업샘플링하기 위해서는, 스케일러빌리티 배율, 즉 업샘플링 배율에 따라 샘플링 위치가 달라지며, 샘플링 위치와 원본 픽셀 위치 간의 위상차가 달라질 수 있다. 소정 위상차의 샘플링 위치를 샘플링하기 위한 필터계수가 특정될 수 있다.
따라서 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)와 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 위상차별로 대응되는 필터계수 세트들을 저장하고, 기본 레이어 복원영상을 업샘플링할 때 현재 스케일러빌리티 배율에 따라 필요한 위상차별로 필터계수 세트를 선택하여 필터링을 수행함으로써, 정확한 샘플링 위치의 필터값을 결정할 수 있다. 따라서 스케일러빌리티 배율에 따라 기본 레이어 복원영상으로부터 향상 레이어 예측영상을 정확하게 생성할 수 있다. 따라서, 정확하게 예측된 향상 레이어 영상을 이용하여 인터 레이어 예측이 보다 정확하게 수행될 수 있다.
이하 도 14 을 참조하여 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220) 및 예측 오차 획득부(1230)에서 수행될 수 있는 인터 레이어 예측 구조를 상술한다.
도 14 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 시스템(1400)의 블록도를 도시한다.
스케일러블 부호화 시스템(1400)은 기본 레이어 부호화단(1410)과 향상 레이어 부호화단(1460), 그리고 기본 레이어 부호화단(1410)와 향상 레이어 부호화단(1460) 간의 인터-레이어 예측단(1450)으로 구성된다. 기본 레이어 부호화단(1410) 및 향상 레이어 부호화단(1460)은, 각각 기본 레이어 부호화부(1210) 및 향상 레이어 부호화부(1220)의 구체적인 구성으로 해석될 수 있다.
기본 레이어 부호화단(1410)는, 기본 레이어 영상 시퀀스를 입력받아 영상마다 부호화한다. 향상 레이어 부호화단(1460)은, 향상 레이어 영상 시퀀스를 입력받아 영상마다 부호화한다. 기본 레이어 부호화단(1410)과 향상 레이어 부호화단(1320)의 동작들 중에서 중복되는 동작은 동시에 후술한다.
블록 분할부(1418, 1468)를 통해 입력 영상(저해상도 영상, 고해상도 영상)은, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등으로 분할된다. 블록 분할부(1418, 1468)로부터 출력된 부호화 단위의 부호화를 위해, 부호화 단위의 예측단위별로 인트라예측 또는 인터예측이 수행될 수 있다. 예측 스위치(1448, 1498)는, 예측단위의 예측모드가 인트라 예측모드 또는 인터 예측모드인지 여부에 따라, 움직임 보상부(1440, 1490)로부터 출력된 이전 복원영상을 참조하여 인터 예측이 수행되거나, 또는 인트라 예측부(1445, 1495)로부터 출력된 현재 입력 영상 내에서 현재 예측단위의 이웃 예측단위를 이용하여 인트라 예측이 수행될 수 있다. 인터 예측을 통해 예측단위별로 레지듀 정보가 생성될 수 있다.
부호화 단위의 예측단위별로, 예측단위와 주변영상 간의 레지듀 성분이 변환/양자화부(1420, 1470)에 입력된다. 변환/양자화부(1420, 1470)는, 부호화 단위의 변환단위를 기초로, 변환단위별로 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수를 출력할 수 있다.
스케일링/역변환부(1425, 1475)는, 다시 부호화 단위의 변환단위별로 양자화된 변환계수에 대해 스케일링 및 역변환을 수행하여 공간영역의 레지듀 성분을 생성할 수 있다. 예측 스위치(1448, 1498)에 의해 인터 모드로 제어되는 경우에, 레지듀 성분은 이전 복원영상 또는 이웃 예측단위와 합성됨으로써, 현재 예측단위를 포함하는 복원영상이 생성되고 현재 복원영상은 스토리지(1430, 1480)에 저장될 수 있다. 현재 복원영상은 다시 다음에 부호화되는 예측단위의 예측모드에 따라 인트라예측부(1445, 1495)/움직임보상부(1440, 1490)로 전달될 수 있다.
특히, 인터모드의 경우, 인루프필터링(In-Loop Filtering)부(1435, 1485)는, 스토리지(1430, 1480)에 저장된 복원영상에 대해, 부호화 단위별로 디블로킹 필터링, 원본영상과 복원영상 간의 부호화 오차를 보상하기 위해 SAO (Sample Adaptive Offset) 필터링 중 적어도 하나의 필터링을 수행할 수 있다. 부호화 단위 및 부호화 단위에 포함된 예측 단위 및 변환 단위 중 적어도 하나에 대해 디블로킹 필터링 및 SAO (Sample Adaptive Offset) 필터링 중 적어도 하나의 필터링이 수행될 수 있다.
디블로킹 필터링은 데이터 단위의 블록킹 현상을 완화시키기 위한 필터링이고, SAO 필터링은 데이터 부호화 및 복호화에 의해 변형되는 픽셀값을 보상하기 위한 필터링이다. 인루프필터링부(1435, 1485)에 의해 필터링된 데이터는, 예측 단위별로 움직임보상부(1440, 1490)에게 전달될 수 있다. 다시 블록분할부(1418, 1468)로부터 출력된, 다음 순서의 부호화 단위의 부호화를 위해, 움직임보상부(1440, 1490) 및 블록분할부(1418, 1468)가 출력한 현재 복원영상과 다음 부호화 단위 간의 레지듀 성분이 생성될 수 있다.
이러한 식으로, 입력 영상의 부호화 단위마다 전술한 부호화 동작이 반복될 수 있다.
또한, 인터레이어 예측을 위해 향상 레이어 부호화단(1460)은, 기본 레이어 부호화단(1410)의 스토리지(1430)에 저장된 복원영상을 참조할 수 있다. 기본 레이어 부호화단(1410)의 부호화 컨트롤부(1415)는 기본 레이어 부호화단(1410)의 스토리지(1430)를 제어하여, 기본 레이어 부호화단(1410)의 복원영상을 향상 레이어 부호화단(1460)에게 전달할 수 있다. 전달된 기본 레이어 복원영상은, 향상 레이어 예측영상으로서 이용될 수 있다.
인터-레이어 예측단(1450)의 영상 업샘플링 장치(1455)는, 기본 레이어와 향상 레이어의 영상 간에 해상도가 다른 경우에, 기본 레이어의 복원영상을 업샘플링하여 향상 레이어 부호화단(1460)으로 전달할 수도 있다. 따라서 업샘플링된 기본 레이어 영상이 향상 레이어 예측영상으로서 이용될 수 있다. 영상 업샘플링 장치(1455)는 도 1 내지 13b를 참조하여 상술한 영상 업샘플링 장치(10)에 대응할 수 있다.
향상 레이어 부호화단(1460)의 부호화 컨트롤부(1465)가 스위치(1498)를 제어하여 인터-레이어 예측이 수행되는 경우에는, 인터-레이어 예측단(1450)을 통해 전달된 기본 레이어 복원영상을 참조하여 향상 레이어 영상을 예측할 수도 있다.
영상의 부호화를 위해, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위를 위한 각종 부호화 모드를 설정할 수 있다. 예를 들어, 부호화 단위에 대한 부호화 모드로서, 심도 또는 분할 정보(split flag) 등이 설정될 수 있다. 예측 단위에 대한 부호화 모드로서, 예측 모드, 파티션 타입, 인트라 방향 정보, 참조리스트 정보 등이 설정될 수 있다. 변환 단위에 대한 부호화 모드로서, 변환심도 또는 분할정보 등이 설정될 수 있다.
기본레이어 부호화단(1410)은, 부호화 단위를 위한 다양한 심도들, 예측 단위에 대한 다양한 예측모드들, 다양한 파티션 타입들, 다양한 인트라 방향들, 다양한 참조리스트들, 변환단위를 위한 다양한 변환심도를 각각 적용하여 부호화를 수행한 결과에 따라, 부호화 효율이 가장 높은 부호화심도, 예측모드, 파티션타입, 인트라 방향/참조리스트, 변환심도 등을 결정할 수 있다. 기본레이어 부호화단(1410)에서 결정되는 상기 열거된 부호화 모드에 한정되지는 않는다.
기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 컨트롤부(1415)는, 각각 구성요소들의 동작에 다양한 부호화 모드들이 적절히 적용될 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 부호화 컨트롤부(1415)는, 향상 레이어 부호화단(1460)의 인터-레이어 부호화를 위해, 향상 레이어 부호화단(1460)이 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 결과를 참조하여 부호화 모드 또는 레지듀 성분을 결정하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 향상 레이어 부호화단(1460)은, 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 모드를 향상 레이어 영상을 위한 부호화 모드로서 그대로 이용하거나, 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 모드를 참조하여 향상 레이어 영상을 위한 부호화 모드를 결정할 수 있다. 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 컨트롤부(1415)는 기본레이어 부호화단(1410)의 향상 레이어 부호화단(1460)의 부호화 컨트롤부(1465)의 제어 신호를 제어하여, 향상 레이어 부호화단(1460)이 현재 부호화 모드를 결정하기 위해, 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 모드로부터 현재 부호화 모드를 이용할 수 있다.
특히, 일 실시예에 따른 향상 레이어 부호화단(1460)은 인터 레이어 예측 오차를 SAO 파라미터를 이용하여 부호화할 수 있다. 따라서, 기본 레이어 복원영상으로부터 결정된 향상 레이어 예측영상과 향상 레이어 복원영상 간의 예측 오차를 SAO 파라미터의 오프셋으로서 부호화할 수 있다.
도 14에서 도시된 인터-레이어 예측 방식에 따른 인터 레이어 부호화 시스템(1300)과 유사하게, 인터-레이어 예측 방식에 따른 인터-레이어 복호화 시스템도 구현될 수 있다. 즉, 인터-레이어 복호화 시스템은, 기본레이어 비트스트림 및 향상 레이어 비트스트림을 수신할 수 있다. 인터-레이어 복호화 시스템의 기본레이어 복호화단에서 기본레이어 비트스트림을 복호화하여 기본 레이어 영상들을 복원할 수 있다. 멀티 레이어 비디오의 인터-레이어 복호화 시스템의 향상 레이어 복호화단에서는, 기본레이어 복원영상과 파싱한 부호화정보를 이용하여 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 향상 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 부호화부(12)에서 인터 레이어 예측을 수행했다면, 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 복호화부(26)에서도 전술한 인터-레이어 복호화 시스템에 따라 멀티 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200) 및 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)에서, 비디오 데이터가 분할되는 블록들이 트리 구조의 부호화 단위들로 분할되고, 부호화 단위에 대한 인터 레이어 예측 또는 인터 예측을 위해 부호화 단위들, 예측 단위들, 변환 단위들이 이용되는 경우가 있음은 전술한 바와 같다. 이하 도 15a 내지 25을 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.
원칙적으로 멀티 레이어 비디오를 위한 부호화/복호화 과정에서, 기본 레이어 영상들을 위한 부호화/복호화 과정과, 향상 레이어 영상들을 위한 부호화/복호화 과정이 따로 수행된다. 즉, 멀티 레이어 비디오 중 인터 레이어 예측이 발생하는 경우에는 싱글 레이어 비디오의 부호화/복호화 결과가 상호 참조될 수 있지만, 싱그 레이어 비디오마다 별도의 부호화/복호화 과정이 발생한다.
따라서 설명의 편의를 위해 도 15a 내지 25을 참조하여 후술되는 트리구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 과정 및 비디오 복호화 과정은, 싱글 레이어 비디오에 대한 비디오 부호화 과정 및 비디오 복호화 과정이므로, 인터 예측 및 움직임 보상이 상술된다. 하지만, 도 12a 내지 14을 참조하여 전술한 바와 같이, 비디오 스트림 부호화/복호화를 위해, 기본시점 영상들과 향상 레이어 영상들 간의 인터 레이어 예측 및 보상이 수행된다.
따라서, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1200)의 부호화부(12)가 트리구조의 부호화 단위에 기초하여 멀티 레이어 비디오를 부호화하기 위해서는, 각각의 싱글 레이어 비디오마다 비디오 부호화를 수행하기 위해 도 14의 비디오 부호화 장치(1500)를 멀티 레이어 비디오의 레이어 개수만큼 포함하여 각 비디오 부호화 장치(1500)마다 할당된 싱글 레이어 비디오의 부호화를 수행하도록 제어할 수 있다. 또한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 각 비디오 부호화 장치(1500)의 별개 단일시점의 부호화 결과들을 이용하여 시점간 예측을 수행할 수 있다. 이에 따라 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 부호화부(12)는 레이어별로 부호화 결과를 수록한 기본시점 비디오스트림과 향상 레이어 비디오스트림을 생성할 수 있다.
이와 유사하게, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 복호화부(26)가 트리 구조의 부호화 단위에 기초하여 멀티 레이어 비디오를 복호화하기 위해서는, 수신한 기본 레이어 비디오스트림 및 향상 레이어 비디오스트림에 대해 레이어별로 비디오 복호화를 수행하기 위해 도 14의 비디오 복호화 장치(1550)를 멀티 레이어 비디오의 레이어 개수만큼 포함하고 각 비디오 복호화 장치(1550)마다 할당된 싱글 레이어 비디오의 복호화를 수행하도록 제어할 수 있다, 그리고 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 각 비디오 복호화 장치(1550)의 별개 싱글 레이어의 복호화 결과를 이용하여 인터 레이어 보상을 수행할 수 있다. 이에 따라 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 레이어별로 기본 레이어 복원영상들과 향상 레이어 영상들을 생성할 수 있다.
도 15a 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치(1500)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(1500)는 부호화부(1510) 및 출력부(1520)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(1500)는 '비디오 부호화 장치(1500)'로 축약하여 지칭한다.
부호화부(1510)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.
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.
부호화부(1510)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화부(1510)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(1520)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 부호화부(1510)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 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 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 최대 심도는 4로 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(1500)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(1500)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위뿐만 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 형태로 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(1500)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위뿐만 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, 부호화부(1510)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 15 내지 24을 참조하여 상세히 후술한다.
부호화부(1510)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(1520)는, 부호화부(1510)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(1520)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(1520)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 세그먼트 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(1520)는, 예측과 관련된 참조정보, 예측정보, 슬라이스 세그먼트 타입 정보 등을 부호화하여 출력할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)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(1500)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 11a 을 참조하여 전술한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1100)는, 멀티 레이어 비디오의 레이어들마다 싱글 레이어 영상들의 부호화를 위해, 레이어 개수만큼의 비디오 부호화 장치(1500)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기본 레이어 부호화부(12)가 하나의 비디오 부호화 장치(1500)를 포함하고, 향상 레이어 부호화부(14)가 향상 레이어의 개수만큼의 비디오 부호화 장치(1500)를 포함할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)가 기본 레이어 영상들을 부호화하는 경우에, 부호화부(1510)는 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위별로 영상간 예측을 위한 예측단위를 결정하고, 예측단위마다 영상간 예측을 수행할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)가 향상 레이어 영상들을 부호화하는 경우에도, 부호화부(1510)는 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 예측단위를 결정하고, 예측단위마다 인터 예측을 수행할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)는, 향상 레이어 영상을 예측하기 위한 인터 레이어 예측 오차를 SAO를 이용하여 부호화할 수 있다. 따라서, 픽셀 위치별로 예측 오차를 부호화할 필요 없이, 예측 오차의 샘플값 분포에 기초하여, SAO 타입 및 오프셋에 대한 정보만을 이용하여, 향상 레이어 영상의 예측 오차가 부호화될 수 있다.
도 15b 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치(1550)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(1550)는 수신부(210), 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560) 및 복호화부(1570)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(1550)는 '비디오 복호화 장치(1550)'로 축약하여 지칭한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 복호화 동작을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 8 및 비디오 부호화 장치(1500)를 참조하여 전술한 바와 동일하다.
수신 추출부(1560)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 복호화부(1570)로 출력한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)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 수신 추출부(1560)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 복호화부(1570)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하여, 복호화부(1570)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 수신 추출부(1560)가 추출한 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500)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(1550)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 수신 추출부(1560)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.
복호화부(1570)는 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 복호화부(1570)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.
복호화부(1570)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, 복호화부(1570)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.
복호화부(1570)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, 복호화부(1570)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, 복호화부(1570)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.
도 12b를 참조하여 전술한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 수신된 기본 레이어 영상스트림 및 향상 레이어 영상스트림을 복호화하여 기본 레이어 영상들 및 향상 레이어 영상들을 복원하기 위해, 비디오 복호화 장치(1550)를 시점 개수만큼 포함할 수 있다.
기본 레이어 영상스트림이 수신된 경우에는, 비디오 복호화 장치(1550)의 복호화부(1570)는, 수신 추출부(1560)에 의해 기본 레이어 영상스트림으로부터 추출된 기본 레이어 영상들의 샘플들을 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위들로 나눌 수 있다. 복호화부(1570)는 기본 레이어 영상들의 샘플들의 트리 구조에 따른 부호화 단위들마다, 영상간 예측을 위한 예측단위별로 움직임 보상을 수행하여 기본 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
향상 레이어 영상스트림이 수신된 경우에는, 비디오 복호화 장치(1550)의 복호화부(1570)는, 수신 추출부(1560)에 의해 향상 레이어 영상스트림으로부터 추출된 향상 레이어 영상들의 샘플들을 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위들로 나눌 수 있다. 복호화부(1570)는, 향상 레이어 영상들의 샘플들의 부호화 단위들마다 영상간 예측을 위한 예측단위별로 움직임 보상을 수행하여 향상 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
수신 추출부(1560)는, 수신된 향상 레이어 비트스트림으로부터 SAO 타입 및 오프셋을 획득하고, 향상 레이어 예측영상의 픽셀마다 샘플값의 분포에 따라 SAO 카테고리를 결정할 수 있으므로, SAO 타입 및 오프셋을 이용하여 SAO 카테고리별 오프셋을 획득할 수 있다. 따라서, 픽셀 별로 예측 오차를 수신하지 않더라도, 복호화부(1570)는, 향상 레이어 예측영상의 각 픽셀마다 해당 카테고리별 오프셋을 보상하고, 보상된 향상 레이어 예측영상을 참조하여 향상 레이어 복원영상을 결정할 수 있다.
결국, 비디오 복호화 장치(1550)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 16 은 다양한 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(1610)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(1620)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(1630)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 15 에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(1630)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(1610, 1620)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(1610)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(1610)의 부호화 단위(1615)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(1630)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(1630)의 부호화 단위(1635)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(1620)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(1620)의 부호화 단위(1625)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 17a 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부(1700)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(1700)는, 비디오 부호화 장치(1600)의 부호화부(1610)에서 영상 데이터를 부호화하는데 거치는 작업들을 포함한다. 즉, 인트라 예측부(1704)는 현재 프레임(1702) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(1706) 및 움직임 보상부(1708)는 인터 모드의 현재 프레임(1702) 및 참조 프레임(1726)을 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(1704), 움직임 추정부(1706) 및 움직임 보상부(1708)로부터 출력된 데이터는 변환부(1710) 및 양자화부(1712)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화부(1718), 역변환부(1720)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(1722) 및 오프셋 보상부(1724)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(1726)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(1714)를 거쳐 비트스트림(1716)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1600)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(1700)의 구성 요소들인 인트라 예측부(1704), 움직임 추정부(1706), 움직임 보상부(1708), 변환부(1710), 양자화부(1712), 엔트로피 부호화부(1714), 역양자화부(1718), 역변환부(1720), 디블로킹부(1722) 및 오프셋 보상부(1724)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(1704), 움직임 추정부(1706) 및 움직임 보상부(1708)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(1710)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 17b 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부(1750)의 블록도를 도시한다.
비트스트림(1752)이 파싱부(1754)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(1756) 및 역양자화부(1758)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 역변환부(1760)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(1762)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(1764)는 참조 프레임(1770)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(1762) 및 움직임 보상부(1764)를 거친 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(1766) 및 오프셋 보상부(1768)를 거쳐 후처리되어 복원 프레임(1772)으로 출력될 수 있다. 또한, 디블로킹부(1766) 및 루프 필터링부(1768)를 거쳐 후처리된 데이터는 참조 프레임(1770)으로서 출력될 수 있다.
비디오 복호화 장치(6550)의 복호화부(1670)에서 영상 데이터를 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(1750)의 파싱부(1754) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1650)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(1750)의 구성 요소들인 파싱부(1754), 엔트로피 복호화부(1756), 역양자화부(1758), 역변환부(1760), 인트라 예측부(1762), 움직임 보상부(1764), 디블로킹부(1766) 및 오프셋 보상부(1768)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(1762), 움직임 보상부(1764)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 역변환부(1760)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 17a의 부호화 동작 및 도 17b의 복호화 동작은 각각 단일 레이어에서의 비디오스트림 부호화 동작 및 복호화 동작을 상술한 것이다. 따라서, 도 12a의 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)가 둘 이상의 레이어의 비디오스트림을 부호화한다면, 레이어별로 영상부호화부(1700)를 포함할 수 있다. 유사하게, 도 12b의 케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 둘 이상의 레이어의 비디오스트림을 복호화한다면, 레이어별로 영상복호화부(1750)를 포함할 수 있다.
도 18 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)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(1800)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 3인 경우를 도시하고 있다. 이 때, 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(1800)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(1800)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(1810)는 부호화 단위의 계층 구조(1800) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(1820), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(1830), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(1840)가 존재한다. 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(1840)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(1810)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(1810)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(1810), 크기 64x32의 파티션들(1812), 크기 32x64의 파티션들(1814), 크기 32x32의 파티션들(1816)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(1820)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(1820)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(1820), 크기 32x16의 파티션들(1822), 크기 16x32의 파티션들(1824), 크기 16x16의 파티션들(1826)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(1830)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(1830)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(1830), 크기 16x8의 파티션들(1832), 크기 8x16의 파티션들(1834), 크기 8x8의 파티션들(1836)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(1840)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(1840)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(1840), 크기 8x4의 파티션들(1842), 크기 4x8의 파티션들(1844), 크기 4x4의 파티션들(1846)로 분할될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화부(1510)는, 최대 부호화 단위(1810)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(1810)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(1800)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(1800)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(1810) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(1810)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 19 은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)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(1500) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)에서, 현재 부호화 단위(1910)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(1920)를 이용하여 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(1910)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 20 은 다양한 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(1520)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(2000), 예측 모드에 관한 정보(2010), 변환 단위 크기에 대한 정보(2020)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(2000)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 형태에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(2002), 크기 2NxN의 파티션(2004), 크기 Nx2N의 파티션(2006), 크기 NxN의 파티션(2008) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(2000)는 크기 2Nx2N의 파티션(2002), 크기 2NxN의 파티션(2004), 크기 Nx2N의 파티션(2006) 및 크기 NxN의 파티션(2008) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(2010)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(2010)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(2000)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(2012), 인터 모드(2014) 및 스킵 모드(2016) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(2020)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(2022), 제 2 인트라 변환 단위 크기(2024), 제 1 인터 변환 단위 크기(2026), 제 2 인터 변환 단위 크기(2028) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 수신 추출부(1560)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(2000), 예측 모드에 관한 정보(2010), 변환 단위 크기에 대한 정보(2020)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 21 는 다양한 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(2100)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(2110)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(2112), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(2114), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(2116), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(2118)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(2112, 2014, 2016, 2018)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(2112, 2114, 2116) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(2118)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(2120), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(2130)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(2130)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(2140)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(2142), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(2144), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(2146), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(2148)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(2148)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(2150), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(2160)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(2170)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(2180)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(2190)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(2192), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(2194), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(2196), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(2198)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(2198)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(2100)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(2152)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(2199)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(2100)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(1550)의 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 부호화 단위(2100)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(2112)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)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 22, 23 및 24는 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(2210)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(2260)는 부호화 단위(2210) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(2270)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(2210)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(2212, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(2214, 2216, 2218, 2228, 2250, 2252)은 심도가 2, 부호화 단위들(2220, 2222, 2224, 2226, 2230, 2232, 2248)은 심도가 3, 부호화 단위들(2240, 2242, 2244, 2246)은 심도가 4이다.
예측 단위들(2260) 중 일부 파티션(2214, 2216, 2222, 2232, 2248, 2250, 2252, 2254)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(2214, 2222, 2250, 2254)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(2216, 2248, 2252)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(2232)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(2210)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(2270) 중 일부(2252)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 변환 또는 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(2214, 2216, 2222, 2232, 2248, 2250, 2252, 2254)는 예측 단위들(2260) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(1550)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(1500) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
표 1
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(1520)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 부호화 정보 수신 추출부(1560)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 25 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대 부호화 단위(2500)는 부호화 심도의 부호화 단위들(2502, 2504, 2506, 2512, 2514, 2516, 2518)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(2518)는 부호화 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(2518)의 파티션 타입 정보는, 파티션 타입 2Nx2N(2522), 2NxN(2524), Nx2N(2526), NxN(2528), 2NxnU(2532), 2NxnD(2534), nLx2N(2536) 및 nRx2N(2538) 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(2522), 2NxN(2524), Nx2N(2526) 및 NxN(2528) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(2542)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(2544)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(2532), 2NxnD(2534), nLx2N(2536) 및 nRx2N(2538) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(2552)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(2554)가 설정될 수 있다.
도 19을 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(1550)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 15 내지 25를 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.
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.
설명의 편의를 위해 앞서 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 부호화 방법 및/또는 비디오 부호화 방법은, '본 발명의 비디오 부호화 방법'으로 통칭한다. 또한, 앞서 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 복호화 방법 및/또는 비디오 복호화 방법은 '본 발명의 비디오 복호화 방법'으로 지칭한다
또한, 앞서 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 복호화 장치(1200), 비디오 부호화 장치(1500) 또는 영상 부호화부(1700)로 구성된 비디오 부호화 장치는, '본 발명의 비디오 부호화 장치'로 통칭한다. 또한, 앞서 도 11a 내지 24을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250), 비디오 복호화 장치(1550) 또는 영상 복호화부(1750)로 구성된 비디오 복호화 장치는, '본 발명의 비디오 복호화 장치'로 통칭한다.
일 실시예에 따른 프로그램이 저장되는 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체가 디스크(26000)인 실시예를 이하 상술한다.
도 26은 다양한 실시예에 따른 프로그램이 저장된 디스크(26000)의 물리적 구조를 예시한다. 저장매체로서 전술된 디스크(26000)는, 하드드라이브, 시디롬(CD-ROM) 디스크, 블루레이(Blu-ray) 디스크, DVD 디스크일 수 있다. 디스크(26000)는 다수의 동심원의 트랙(tr)들로 구성되고, 트랙들은 둘레 방향에 따라 소정 개수의 섹터(Se)들로 분할된다. 상기 전술된 일 실시예에 따른 프로그램을 저장하는 디스크(26000) 중 특정 영역에, 전술된 양자화 파라미터 결정 방법, 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법을 구현하기 위한 프로그램이 할당되어 저장될 수 있다.
전술된 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하는 저장매체를 이용하여 달성된 컴퓨터 시스템이 도 21를 참조하여 후술된다.
도 27는 디스크(26000)를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브(26800)를 도시한다. 컴퓨터 시스템(26700)은 디스크드라이브(26800)를 이용하여 본 발명의 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위한 프로그램을 디스크(26000)에 저장할 수 있다. 디스크(26000)에 저장된 프로그램을 컴퓨터 시스템(26700)상에서 실행하기 위해, 디스크 드라이브(26800)에 의해 디스크(26000)로부터 프로그램이 판독되고, 프로그램이 컴퓨터 시스템(26700)에게로 전송될 수 있다.
도 26 및 28서 예시된 디스크(26000) 뿐만 아니라, 메모리 카드, 롬 카세트, SSD(Solid State Drive)에도 본 발명의 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위한 프로그램이 저장될 수 있다.
전술된 실시예에 따른 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용된 시스템이 후술된다.
도 28은 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)(11000)의 전체적 구조를 도시한다. 통신시스템의 서비스 영역은 소정 크기의 셀들로 분할되고, 각 셀에 베이스 스테이션이 되는 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)이 설치된다.
컨텐트 공급 시스템(11000)은 다수의 독립 디바이스들을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터(12100), PDA(Personal Digital Assistant)(12200), 카메라(12300) 및 휴대폰(12500)과 같은 독립디바이스들이, 인터넷 서비스 공급자(11200), 통신망(11400), 및 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)을 거쳐 인터넷(11100)에 연결된다.
그러나, 컨텐트 공급 시스템(11000)은 도 23에 도시된 구조에만 한정되는 것이 아니며, 디바이스들이 선택적으로 연결될 수 있다. 독립 디바이스들은 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)을 거치지 않고 통신망(11400)에 직접 연결될 수도 있다.
비디오 카메라(12300)는 디지털 비디오 카메라와 같이 비디오 영상을 촬영할 수 있는 촬상 디바이스이다. 휴대폰(12500)은 PDC(Personal Digital Communications), CDMA(code division multiple access), W-CDMA(wideband code division multiple access), GSM(Global System for Mobile Communications), 및 PHS(Personal Handyphone System)방식과 같은 다양한 프로토콜들 중 적어도 하나의 통신방식을 채택할 수 있다.
비디오 카메라(12300)는 무선기지국(11900) 및 통신망(11400)을 거쳐 스트리밍 서버(11300)에 연결될 수 있다. 스트리밍 서버(11300)는 사용자가 비디오 카메라(12300)를 사용하여 전송한 컨텐트를 실시간 방송으로 스트리밍 전송할 수 있다. 비디오 카메라(12300)로부터 수신된 컨텐트는 비디오 카메라(12300) 또는 스트리밍 서버(11300)에 의해 부호화될 수 있다. 비디오 카메라(12300)로 촬영된 비디오 데이터는 컴퓨터(12100)을 거쳐 스트리밍 서버(11300)로 전송될 수도 있다.
카메라(12600)로 촬영된 비디오 데이터도 컴퓨터(12100)를 거쳐 스트리밍 서버(11300)로 전송될 수도 있다. 카메라(12600)는 디지털 카메라와 같이 정지영상과 비디오 영상을 모두 촬영할 수 있는 촬상 장치이다. 카메라(12600)로부터 수신된 비디오 데이터는 카메라(12600) 또는 컴퓨터(12100)에 의해 부호화될 수 있다. 비디오 부호화 및 복호화를 위한 소프트웨어는 컴퓨터(12100)가 억세스할 수 있는 시디롬 디스크, 플로피디스크, 하드디스크 드라이브, SSD , 메모리 카드와 같은 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다.
또한 휴대폰(12500)에 탑재된 카메라에 의해 비디오가 촬영된 경우, 비디오 데이터가 휴대폰(12500)으로부터 수신될 수 있다.
비디오 데이터는, 비디오 카메라(12300), 휴대폰(12500) 또는 카메라(12600)에 탑재된 LSI(Large scale integrated circuit) 시스템에 의해 부호화될 수 있다.
일 실시예에 따른 컨텐트 공급 시스템(11000)에서, 예를 들어 콘서트의 현장녹화 컨텐트와 같이, 사용자가 비디오 카메라(12300), 카메라(12600), 휴대폰(12500) 또는 다른 촬상 디바이스를 이용하여 녹화된 컨텐트가 부호화되고, 스트리밍 서버(11300)로 전송된다. 스트리밍 서버(11300)는 컨텐트 데이터를 요청한 다른 클라이언트들에게 컨텐트 데이터를 스트리밍 전송할 수 있다.
클라이언트들은 부호화된 컨텐트 데이터를 복호화할 수 있는 디바이스이며, 예를 들어 컴퓨터(12100), PDA(12200), 비디오 카메라(12300) 또는 휴대폰(12500)일 수 있다. 따라서, 컨텐트 공급 시스템(11000)은, 클라이언트들이 부호화된 컨텐트 데이터를 수신하여 재생할 수 있도록 한다. 또한 컨텐트 공급 시스템(11000)은, 클라이언트들이 부호화된 컨텐트 데이터를 수신하여 실시간으로 복호화하고 재생할 수 있도록 하여, 개인방송(personal broadcasting)이 가능하게 한다.
컨텐트 공급 시스템(11000)에 포함된 독립 디바이스들의 부호화 동작 및 복호화 동작에 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치가 적용될 수 있다.
도 29 및 31을 참조하여 컨텐트 공급 시스템(11000) 중 휴대폰(12500)의 일 실시예가 상세히 후술된다.
도 29은, 다양한 실시예에 따른 본 발명의 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용되는 휴대폰(12500)의 외부 구조를 도시한다. 휴대폰(12500)은 기능이 제한되어 있지 않고 응용 프로그램을 통해 상당 부분의 기능을 변경하거나 확장할 수 있는 스마트폰일 수 있다.
휴대폰(12500)은, 무선기지국(12000)과 RF신호를 교환하기 위한 내장 안테나(12510)을 포함하고, 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상들 또는 안테나(12510)에 의해 수신되어 복호화된 영상들을 디스플레이하기 위한 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes)화면 같은 디스플레이화면(12520)를 포함한다. 스마트폰(12510)은 제어버튼, 터치패널을 포함하는 동작 패널(12540)를 포함한다. 디스플레이화면(12520)이 터치스크린인 경우, 동작 패널(12540)은 디스플레이화면(12520)의 터치감지패널을 더 포함한다. 스마트폰(12510)은 음성, 음향을 출력하기 위한 스피커(12580) 또는 다른 형태의 음향출력부와, 음성, 음향이 입력되는 마이크로폰(12550) 또는 다른 형태의 음향입력부를 포함한다. 스마트폰(12510)은 비디오 및 정지영상을 촬영하기 위한 CCD 카메라와 같은 카메라(12530)를 더 포함한다. 또한, 스마트폰(12510)은 카메라(12530)에 의해 촬영되거나 이메일(E-mail)로 수신되거나 다른 형태로 획득된 비디오나 정지영상들과 같이, 부호화되거나 복호화된 데이터를 저장하기 위한 저장매체(12570); 그리고 저장매체(12570)를 휴대폰(12500)에 장착하기 위한 슬롯(12560)을 포함할 수 있다. 저장매체(12570)는 SD카드 또는 플라스틱 케이스에 내장된 EEPROM(electrically erasable and programmable read only memory)와 같은 다른 형태의 플래쉬 메모리일 수 있다.
도 30은 휴대폰(12500)의 내부 구조를 도시한다. 디스플레이화면(12520) 및 동작 패널(12540)로 구성된 휴대폰(12500)의 각 파트를 조직적으로 제어하기 위해, 전력공급회로(12700), 동작입력제어부(12640), 영상부호화부(12720), 카메라 인터페이스(12630), LCD제어부(12620), 영상복호화부(12690), 멀티플렉서/디멀티플렉서(multiplexer/demultiplexer)(12680), 기록/판독부(12670), 변조/복조(modulation/demodulation)부(12660) 및 음향처리부(12650)가, 동기화 버스(12730)를 통해 중앙제어부(12710)에 연결된다.
사용자가 전원 버튼을 동작하여 '전원꺼짐' 상태에서 '전원켜짐' 상태로 설정하면, 전력공급회로(12700)는 배터리팩으로부터 휴대폰(12500)의 각 파트에 전력을 공급함으로써, 휴대폰(12500)가 동작 모드로 셋팅될 수 있다.
중앙제어부(12710)는 CPU, ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함한다.
휴대폰(12500)이 외부로 통신데이터를 송신하는 과정에서는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 휴대폰(12500)에서 디지털 신호가 생성된다, 예를 들어, 음향처리부(12650)에서는 디지털 음향신호가 생성되고, 영상 부호화부(12720)에서는 디지털 영상신호가 생성되며, 동작 패널(12540) 및 동작 입력제어부(12640)를 통해 메시지의 텍스트 데이터가 생성될 수 있다. 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 디지털 신호가 변조/복조부(12660)에게 전달되면, 변조/복조부(12660)는 디지털 신호의 주파수대역을 변조하고, 통신회로(12610)는 대역변조된 디지털 음향신호에 대해 D/A변환(Digital-Analog conversion) 및 주파수변환(frequency conversion) 처리를 수행한다. 통신회로(12610)로부터 출력된 송신신호는 안테나(12510)를 통해 음성통신기지국 또는 무선기지국(12000)으로 송출될 수 있다.
예를 들어, 휴대폰(12500)이 통화 모드일 때 마이크로폰(12550)에 의해 획득된 음향신호는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 음향처리부(12650)에서 디지털 음향신호로 변환된다. 생성된 디지털 음향신호는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 거쳐 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 송출될 수 있다.
데이터통신 모드에서 이메일과 같은 텍스트 메시지가 전송되는 경우, 동작 패널(12540)을 이용하여 메시지의 텍스트 데이터가 입력되고, 텍스트 데이터가 동작 입력제어부(12640)를 통해 중앙제어부(12610)로 전송된다. 중앙제어부(12610)의 제어에 따라, 텍스트 데이터는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 통해 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 무선기지국(12000)에게로 송출된다.
데이터통신 모드에서 영상 데이터를 전송하기 위해, 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상 데이터가 카메라 인터페이스(12630)를 통해 영상부호화부(12720)로 제공된다. 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상 데이터는 카메라 인터페이스(12630) 및 LCD제어부(12620)를 통해 디스플레이화면(12520)에 곧바로 디스플레이될 수 있다.
영상부호화부(12720)의 구조는, 전술된 본 발명의 비디오 부호화 장치의 구조와 상응할 수 있다. 영상부호화부(12720)는, 카메라(12530)로부터 제공된 영상 데이터를, 전술된 본 발명의 비디오 부호화 방식에 따라 부호화하여, 압축 부호화된 영상 데이터로 변환하고, 부호화된 영상 데이터를 다중화/역다중화부(12680)로 출력할 수 있다. 카메라(12530)의 녹화 중에 휴대폰(12500)의 마이크로폰(12550)에 의해 획득된 음향신호도 음향처리부(12650)를 거쳐 디지털 음향데이터로 변환되고, 디지털 음향데이터는 다중화/역다중화부(12680)로 전달될 수 있다.
다중화/역다중화부(12680)는 음향처리부(12650)로부터 제공된 음향데이터와 함께 영상부호화부(12720)로부터 제공된 부호화된 영상 데이터를 다중화한다. 다중화된 데이터는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 통해 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 송출될 수 있다.
휴대폰(12500)이 외부로부터 통신데이터를 수신하는 과정에서는, 안테나(12510)를 통해 수신된 신호를 주파수복원(frequency recovery) 및 A/D변환(Analog-Digital conversion) 처리를 통해 디지털 신호를 변환한다. 변조/복조부(12660)는 디지털 신호의 주파수대역을 복조한다. 대역복조된 디지털 신호는 종류에 따라 비디오 복호화부(12690), 음향처리부(12650) 또는 LCD제어부(12620)로 전달된다.
휴대폰(12500)은 통화 모드일 때, 안테나(12510)를 통해 수신된 신호를 증폭하고 주파수변환 및 A/D변환(Analog-Digital conversion) 처리를 통해 디지털 음향 신호를 생성한다. 수신된 디지털 음향 신호는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 변조/복조부(12660) 및 음향처리부(12650)를 거쳐 아날로그 음향 신호로 변환되고, 아날로그 음향 신호가 스피커(12580)를 통해 출력된다.
데이터통신 모드에서 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 비디오 파일의 데이터가 수신되는 경우, 안테나(12510)를 통해 무선기지국(12000)으로부터 수신된 신호는 변조/복조부(12660)의 처리결과 다중화된 데이터를 출력하고, 다중화된 데이터는 다중화/역다중화부(12680)로 전달된다.
안테나(12510)를 통해 수신한 다중화된 데이터를 복호화하기 위해, 다중화/역다중화부(12680)는 다중화된 데이터를 역다중화하여 부호화된 비디오 데이터스트림과 부호화된 오디오 데이터스트림을 분리한다. 동기화 버스(12730)에 의해, 부호화된 비디오 데이터스트림은 비디오 복호화부(12690)로 제공되고, 부호화된 오디오 데이터스트림은 음향처리부(12650)로 제공된다.
영상복호화부(12690)의 구조는, 전술된 본 발명의 비디오 복호화 장치의 구조와 상응할 수 있다. 영상복호화부(12690)는 전술된 본 발명의 비디오 복호화 방법을 이용하여, 부호화된 비디오 데이터를 복호화하여 복원된 비디오 데이터를 생성하고, 복원된 비디오 데이터를 LCD제어부(1262)를 거쳐 디스플레이화면(1252)에게 복원된 비디오 데이터를 제공할 수 있다.
이에 따라 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 비디오 파일의 비디오 데이터가 디스플레이화면(1252)에서 디스플레이될 수 있다. 이와 동시에 음향처리부(1265)도 오디오 데이터를 아날로그 음향 신호로 변환하고, 아날로그 음향 신호를 스피커(1258)로 제공할 수 있다. 이에 따라, 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 비디오 파일에 포함된 오디오 데이터도 스피커(1258)에서 재생될 수 있다.
휴대폰(1150) 또는 다른 형태의 통신단말기는 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 모두 포함하는 송수신 단말기이거나, 전술된 본 발명의 비디오 부호화 장치만을 포함하는 송신단말기이거나, 본 발명의 비디오 복호화 장치만을 포함하는 수신단말기일 수 있다.
본 발명의 통신시스템은 도 28를 참조하여 전술한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 31은 다양한 실시예에 따른 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다. 도 31의 일 실시예에 따른 디지털 방송 시스템은, 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하여, 위성 또는 지상파 네트워크를 통해 전송되는 디지털 방송을 수신할 수 있다.
구체적으로 보면, 방송국(12890)은 전파를 통해 비디오 데이터스트림을 통신위성 또는 방송위성(12900)으로 전송한다. 방송위성(12900)은 방송신호를 전송하고, 방송신호는 가정에 있는 안테나(12860)에 의해 위성방송수신기로 수신된다. 각 가정에서, 부호화된 비디오스트림은 TV수신기(12810), 셋탑박스(set-top box)(12870) 또는 다른 디바이스에 의해 복호화되어 재생될 수 있다.
재생장치(12830)에서 본 발명의 비디오 복호화 장치가 구현됨으로써, 재생장치(12830)가 디스크 및 메모리 카드와 같은 저장매체(12820)에 기록된 부호화된 비디오스트림을 판독하여 복호화할 수 있다. 이에 따라 복원된 비디오 신호는 예를 들어 모니터(12840)에서 재생될 수 있다.
위성/지상파 방송을 위한 안테나(12860) 또는 케이블TV 수신을 위한 케이블 안테나(12850)에 연결된 셋탑박스(12870)에도, 본 발명의 비디오 복호화 장치가 탑재될 수 있다. 셋탑박스(12870)의 출력데이터도 TV모니터(12880)에서 재생될 수 있다.
다른 예로, 셋탑박스(12870) 대신에 TV수신기(12810) 자체에 본 발명의 비디오 복호화 장치가 탑재될 수도 있다.
적절한 안테나(12910)를 구비한 자동차(12920)가 위성(12800) 또는 무선기지국(11700)으로부터 송출되는 신호를 수신할 수도 있다. 자동차(12920)에 탑재된 자동차 네비게이션 시스템(12930)의 디스플레이 화면에 복호화된 비디오가 재생될 수 있다.
비디오 신호는, 본 발명의 비디오 부호화 장치에 의해 부호화되어 저장매체에 기록되어 저장될 수 있다. 구체적으로 보면, DVD 레코더에 의해 영상 신호가 DVD디스크(12960)에 저장되거나, 하드디스크 레코더(12950)에 의해 하드디스크에 영상 신호가 저장될 수 있다. 다른 예로, 비디오 신호는 SD카드(12970)에 저장될 수도 있다. 하드디스크 레코더(12950)가 일 실시예에 따른 본 발명의 비디오 복호화 장치를 구비하면, DVD디스크(12960), SD카드(12970) 또는 다른 형태의 저장매체에 기록된 비디오 신호가 모니터(12880)에서 재생될 수 있다.
자동차 네비게이션 시스템(12930)은 도 30의 카메라(12530), 카메라 인터페이스(12630) 및 영상 부호화부(12720)를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(12100) 및 TV수신기(12810)도, 도 30의 카메라(12530), 카메라 인터페이스(12630) 및 영상 부호화부(12720)를 포함하지 않을 수 있다.
도 32은 다양한 실시예에 따른 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
본 발명의 클라우드 컴퓨팅 시스템은 클라우드 컴퓨팅 서버(14100), 사용자 DB(14100), 컴퓨팅 자원(14200) 및 사용자 단말기를 포함하여 이루어질 수 있다.
클라우드 컴퓨팅 시스템은, 사용자 단말기의 요청에 따라 인터넷과 같은 정보 통신망을 통해 컴퓨팅 자원의 온 디맨드 아웃소싱 서비스를 제공한다. 클라우드 컴퓨팅 환경에서, 서비스 제공자는 서로 다른 물리적인 위치에 존재하는 데이터 센터의 컴퓨팅 자원를 가상화 기술로 통합하여 사용자들에게 필요로 하는 서비스를 제공한다. 서비스 사용자는 어플리케이션(Application), 스토리지(Storage), 운영체제(OS), 보안(Security) 등의 컴퓨팅 자원을 각 사용자 소유의 단말에 설치하여 사용하는 것이 아니라, 가상화 기술을 통해 생성된 가상 공간상의 서비스를 원하는 시점에 원하는 만큼 골라서 사용할 수 있다.
특정 서비스 사용자의 사용자 단말기는 인터넷 및 이동통신망을 포함하는 정보통신망을 통해 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)에 접속한다. 사용자 단말기들은 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)로부터 클라우드 컴퓨팅 서비스 특히, 동영상 재생 서비스를 제공받을 수 있다. 사용자 단말기는 데스트탑 PC(14300), 스마트TV(14400), 스마트폰(14500), 노트북(14600), PMP(Portable Multimedia Player)(14700), 태블릿 PC(14800) 등, 인터넷 접속이 가능한 모든 전자 기기가 될 수 있다.
클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 클라우드 망에 분산되어 있는 다수의 컴퓨팅 자원(14200)을 통합하여 사용자 단말기에게 제공할 수 있다. 다수의 컴퓨팅 자원(14200)은 여러가지 데이터 서비스를 포함하며, 사용자 단말기로부터 업로드된 데이터를 포함할 수 있다. 이런 식으로 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 여러 곳에 분산되어 있는 동영상 데이터베이스를 가상화 기술로 통합하여 사용자 단말기가 요구하는 서비스를 제공한다.
사용자 DB(14100)에는 클라우드 컴퓨팅 서비스에 가입되어 있는 사용자 정보가 저장된다. 여기서, 사용자 정보는 로그인 정보와, 주소, 이름 등 개인 신용 정보를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 정보는 동영상의 인덱스(Index)를 포함할 수 있다. 여기서, 인덱스는 재생을 완료한 동영상 목록과, 재생 중인 동영상 목록과, 재생 중인 동영상의 정지 시점 등을 포함할 수 있다.
사용자 DB(14100)에 저장된 동영상에 대한 정보는, 사용자 디바이스들 간에 공유될 수 있다. 따라서 예를 들어 노트북(14600)으로부터 재생 요청되어 노트북(14600)에게 소정 동영상 서비스를 제공한 경우, 사용자 DB(14100)에 소정 동영상 서비스의 재생 히스토리가 저장된다. 스마트폰(14500)으로부터 동일한 동영상 서비스의 재생 요청이 수신되는 경우, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 DB(14100)을 참조하여 소정 동영상 서비스를 찾아서 재생한다. 스마트폰(14500)이 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)를 통해 동영상 데이터스트림을 수신하는 경우, 동영상 데이터스트림을 복호화하여 비디오를 재생하는 동작은, 앞서 도 24을 참조하여 전술한 휴대폰(12500)의 동작과 유사하다.
클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 DB(14100)에 저장된 소정 동영상 서비스의 재생 히스토리를 참조할 수도 있다. 예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 단말기로부터 사용자 DB(14100)에 저장된 동영상에 대한 재생 요청을 수신한다. 동영상이 그 전에 재생 중이었던 것이면, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 단말기로의 선택에 따라 처음부터 재생하거나, 이전 정지 시점부터 재생하느냐에 따라 스트리밍 방법이 달라진다. 예를 들어, 사용자 단말기가 처음부터 재생하도록 요청한 경우에는 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)가 사용자 단말기에게 해당 동영상을 첫 프레임부터 스트리밍 전송한다. 반면, 단말기가 이전 정지시점부터 이어서 재생하도록 요청한 경우에는, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)가 사용자 단말기에게 해당 동영상을 정지시점의 프레임부터 스트리밍 전송한다.
이 때 사용자 단말기는, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술한 본 발명의 비디오 복호화 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로, 사용자 단말기는, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술한 본 발명의 비디오 부호화 장치를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 단말기는, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술한 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 모두 포함할 수도 있다.
도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법, 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치가 활용되는 다양한 실시예들이 도 21 내지 도 27에서 전술되었다. 하지만, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 저장매체에 저장되거나 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치가 디바이스에서 구현되는 다양한 실시예들은, 도 21 내지 도 27의 실시예들에 한정되지 않는다.
이제까지 개시된 다양한 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에서 개시된 실시예들의 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 명세서의 개시 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 명세서의 개시범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 스케일러블 비디오 부호화 방법에 있어서,
향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위해, 기본 레이어 영상들 중 상기 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계;
상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷 에 따라 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계;
위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계;
상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여, 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계;
상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계;
상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계; 및
상기 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계는
상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및
상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법. - 제3항에 있어서,
상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는
상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및
상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 비디오 부호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 비디오 부호화 방법. - 스케일러블 비디오 복호화 방법에 있어서,
부호화된 기본 레이어 영상들이 포함된 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 획득한 상기 기본 레이어 영상들 중 향상 레이어 영상과 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계;
상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱과 상기 향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위한 예측 오차가 포함된 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 상기 예측 오차 및 상기 스케일러블 코덱을 획득하는 단계;
상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계;
위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계;
상기 스케일러블 코덱을 이용하여, 상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계;
상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여 상기 향상 레이어 영상을 복원하는 단계를 포함하는 비디오 복호화 방법. - 제6항에 있어서,
상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 더 포함하는 비디오 복호화 방법. - 제6항에 있어서,
상기 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는
상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및
상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는
상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및
상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 컬러 포맷을 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 컬러 포맷을 루마 픽셀과 두 크로마 픽셀의 비가 4:2:2 또는 4:4:4가 되도록 변환하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법. - 제6항에 있어서,
상기 비디오 복호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 비디오 복호화 방법. - 스케일러블 비디오 부호화 장치에 있어서,
위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부;
기본 레이어 중에서 선택된 참조 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상에 대응되는 향상 레이어 영상의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여, 상기 참조 레이어 영상의 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 픽셀 간의 위상차를 결정하고, 상기 필터 계수 데이터 중에서 상기 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부;
상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행하는 업샘플링부;
상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 예측 오차 획득부;
상기 기본 레이어 영상에 대해 부호화를 수행하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 기본 레이어 부호화부;
상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 향상 레이어 부호화부를 포함하는 비디오 부호화 장치. - 스케일러블 비디오 복호화 장치에 있어서,
위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부;
향상 레이어 비트스트림으로부터, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 예측 오차 및 상기 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 획득하는 향상 레이어 비트스트림 복호화부;
기본 레이어 비트스트림으로부터, 기본 레이어 영상을 생성하는 기본 레이어 비트스트림 복호화부;
상기 필터데이터 저장부에 저장된 필터 계수 세트들 중에서, 상기 스케일러블 코덱으로부터 결정되는 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부;
상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행하여 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 획득하는 업샘플링부;
상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여, 향상 레이어 영상을 획득하는 향상 레이어 획득부를 포함하는 비디오 복호화 방법. - 제1항의 비디오 부호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
- 제8항의 비디오 복호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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