KR20160084124A - 기본 계층의 부호화 정보를 이용하여 향상 계층의 움직임 탐색 범위를 결정하는 스케일러블 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

기본 계층의 부호화 정보를 이용하여 향상 계층의 움직임 탐색 범위를 결정하는 스케일러블 부호화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기본 계층의 부호화 정보를 이용하여 향상 계층의 움직임 탐색 범위를 결정하는 스케일러블 부호화 장치 및 방법이 개시된다.
스케일러블 부호화 방법은 향상 계층(enhancement layer)의 현재 블록에 대응하는 기본 계층(basic layer)의 블록의 움직임 정보를 기초로 상기 기본 계층의 특징 정보를 결정하는 단계; 및 상기 기본 계층의 특징 정보를 기초로 상기 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

기본 계층의 부호화 정보를 이용하여 향상 계층의 움직임 탐색 범위를 결정하는 스케일러블 부호화 장치 및 방법{SCALABLE CODING APPARATUS AND METHOD FOR DECIDING MOTION SEARCH RANGE OF ENHANCEMENT LAYER USING CODED INFORMATION OF BASE LAYER}
본 발명은 스케일러블 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스케일러블 부호화 장치에서 향상 계층의 부호화 속도를 향상 시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
스케일러블(scalable) 부호화 방법은 다양한 네트워크 및 사용자 환경에 대응하기 위하여 원본 영상을 계층적 방법으로 부호화하고, 사용자의 단말은 부호화된 정보 중에서 사용자 환경에 대응하는 정보를 추출하여 사용자의 환경에 최적화된 영상을 복호화하는 방법이다.
스케일러블 부호화는 향상 계층의 움직임 벡터와 기본 계층의 움직임 벡터를 추정하여 부호화에 사용할 수 있다. 종래의 스케일러블 부호화 방법은 기본 계층에서 움직임 벡터를 추정하는 방법과 동일한 방법으로 향상 계층에서 움직임 벡터를 추정하고 있었다.
그러나, 스케일러블 부호화는 기본 계층과 향상 계층을 모두 부호화해야 하며, 향상 계층은 해상도가 기본 계층보다 높으므로, 향상 계층을 부호화하는 과정이 복잡하여 시간이 소요되는 실정이다.
따라서, 향상 계층의 움직임 벡터를 추정하는 과정을 간략화함으로써, 향상 계층의 부호화 속도를 향상 시킬 수 있는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 스케일러블 부호화 방법에서 향상 계층의 부호화 속도를 향상 시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법은 향상 계층(enhancement layer)의 현재 블록에 대응하는 기본 계층(basic layer)의 블록의 움직임 정보를 기초로 상기 기본 계층의 특징 정보를 결정하는 단계; 및 상기 기본 계층의 특징 정보를 기초로 상기 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, SHVC 기술에서 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 적응적으로 결정함으로써, SHVC의 부호화 복잡도를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치 및 스케일러블 복호화 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기본 계층의 움직임 벡터와 향상 계층의 움직임 벡터 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 기본 계층의 특징 정보를 결정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 움직임 예측의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법은 스케일러블 부호화 장치에 의해 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 복호화 방법은 스케일러블 복호화 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치 및 스케일러블 복호화 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치(100)는 특징 정보 결정부(110), 탐색 범위 결정부(120), 및 부호화부(130)을 포함할 수 있다. 이때, 스케일러블 부호화 장치(100)는 HEVC(High Efficiency Video Coding)에 기초한 SHVC(Scalable HEVC) 기술을 이용하여 영상 정보를 계층적으로 부호화할 수 있다.
특징 정보 결정부(110)는 향상 계층(enhancement layer)의 현재 블록에 대응하는 기본 계층(basic layer)의 블록의 움직임 정보를 기초로 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다. 이때, 기본 계층의 움직임 정보는 예측된 움직임 벡터(PMV: Prediction Motion Vector), 움직임 벡터(MV: Motion Vector) 및 PMV와 MV 간의 차이를 나타내는 차분 벡터(MVD: Motion Vector Difference) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 기본 계층의 특징 정보는 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정하기 위한 제1 특징 정보 및 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 레벨을 결정하기 위한 제2 특징 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 특징 정보 결정부(110)는 움직임 정보 중에서 차분 벡터를 이용하여 제1 특징 정보를 결정할 수 있다. 또한, 특징 정보 결정부(110)는 기본 계층의 움직임 벡터를 이용하여 제2 특징 정보를 결정할 수 있다. 구체적으로, 특징 정보 결정부(110)는 기본 계층의 움직임 벡터의 분산 값을 제2 특징 정보로 결정할 수 있다. 예를 들어, 특징 정보 결정부(110)는 수학식 1을 이용하여 제2 특징 정보
Figure pat00001
를 결정할 수 있다.
Figure pat00002
이때,
Figure pat00003
는
Figure pat00004
의 co-located 위치에 있는 블록일 수 있다. 또한,
Figure pat00005
MV 는
Figure pat00006
의 움직임 벡터일 수 있다.
탐색 범위 결정부(120)는 특징 정보 결정부(110)가 결정한 기본 계층의 특징 정보를 기초로 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 결정할 수 있다. 이때, 탐색 범위 결정부(120)는 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치와 관련된 위치 임계값과 향상 계층의 움직임 벡터의 탐색 레벨과 관련된 레벨 임계값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 레벨 임계값은 Q 화소 레벨의 임계값와 H 화소 레벨의 임계값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기본 계층의 특징 정보가 위치 임계값보다 적거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 현재 블록에 인접한 주변 블록에서 예측된 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정할 수 있다. 또한, 기본 계층의 특징 정보가 위치 임계값보다 큰 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 기본 계층의 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정할 수 있다.
예를 들어, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 2를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정할 수 있다.
Figure pat00007
이때,
Figure pat00008
는 제1 특징 정보이고,
Figure pat00009
는 위치 임계값일 수 있다. 또한,
Figure pat00010
는 현재 블록에 인접한 주변 블록의 PMV이고,
Figure pat00011
는 기본 계층의 움직임 벡터일 수 있다. 그리고,
Figure pat00012
는 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치일 수 있다.
또한, 탐색 범위 결정부(120)는 기본 계층의 특징 정보와 레벨 임계값 간의 비교 결과에 따라 정수 화소(integer pel) 레벨, H 화소(half pel) 레벨 및 Q 화소(quarter pel) 레벨 중 적어도 하나의 레벨을 탐색 레벨로 결정할 수 있다.
본 계층의 제2 특징 정보가 Q 화소 레벨 임계값 보다 적거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 Q 화소 레벨을 탐색 레벨로 결정할 수 있다. 또한, 기본 계층의 제2 특징 정보가 Q 화소 레벨 임계값 보다 크고, H 화소 레벨 임계값 보다 적거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 H 화소 레벨 및 Q 화소 레벨을 탐색 레벨로 결정할 수 있다. 그리고, 기본 계층의 제2 특징 정보가 H 화소 레벨 임계값 보다 큰 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 정수 화소 레벨, H 화소 레벨 및 Q 화소 레벨을 탐색 레벨로 결정할 수 있다.
예를 들어, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 3을 이용하여 탐색 레벨
Figure pat00013
을 결정할 수 있다.
Figure pat00014
이때,
Figure pat00015
는 제2 특징 정보이고,
Figure pat00016
는 Q 화소 레벨 임계값일 수 있다. 또한,
Figure pat00017
는 H 화소 레벨 임계값일 수 있다.
예를 들어, 제2 특징 정보
Figure pat00018
가 Q 화소 레벨 임계값
Figure pat00019
보다 작거나 같을 수 있다. 이때, 탐색 레벨
Figure pat00020
는 수학식 3에 따라 quarter pel 이므로 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 범위를 Q 화소 레벨로 결정할 수 있다. 이때, 부호화부(120)는 탐색 범위 결정부(120)가 결정한 탐색 범위에 따라 정수 화소와 H 화소의 탐색을 생략하고, Q 화소에 대한 움직임 벡터만 탐색할 수 있다.
또한, 제2 특징 정보
Figure pat00021
가 Q 화소 레벨 임계값
Figure pat00022
보다 크고, H 화소 레벨 임계값
Figure pat00023
보다 작거나 같을 수 있다. 이때, 탐색 레벨
Figure pat00024
는 수학식 3에 따라 half pel이므로, 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 범위를 H 화소 레벨 및 Q 화소 레벨로 결정할 수 있다. 이때, 부호화부(120)는 탐색 범위 결정부(120)가 결정한 탐색 범위에 따라 정수 화소의 탐색을 생략하고, H 화소와 Q 화소에 대하여 움직임 벡터 탐색할 수 있다.
그리고, 제2 특징 정보
Figure pat00025
가 H 화소 레벨 임계값
Figure pat00026
보다 클 수 있다. 이때, 탐색 레벨
Figure pat00027
는 수학식 3에 따라 integer pel이므로, 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 범위를 정수 화소 레벨, H 화소 레벨 및 Q 화소 레벨로 결정할 수 있다. 이때, 부호화부(120)는 탐색 범위 결정부(120)가 결정한 탐색 범위에 따라 정수 화소 부터 H 화소 및 Q 화소까지 모든 화소에 대하여 움직임 벡터를 탐색할 수 있다.
또한, 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 레벨에 따라 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 보정 할 수 있다.
예를 들어, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 4에 탐색 레벨
Figure pat00028
를 적용하여 초기 탐색 위치 MVTemp를 쉬프트할 수 있다.
Figure pat00029
Figure pat00030
가 quarter pel인 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 초기 탐색 위치 MVTemp를 유지할 수 있다.
Figure pat00031
가 half pel인 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 4에 따라 초기 탐색 위치 MVTemp를 1bit 쉬프트할 수 있다. 그리고,
Figure pat00032
가 integer pel인 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 4에 따라 초기 탐색 위치 MVTemp를 2bit 쉬프트할 수 있다.
이때, 탐색 레벨이 half pel, 또는 integer pel인 경우, 탐색 범위 결정부(120)가 초기 탐색 위치를 쉬프트하는 정도는 실시예에 따라 변경될 수 있다.
부호화부(130)는 기본 계층을 부호화하여 기본 계층의 부호화 정보를 생성할 수 있다. 또한, 부호화부(130)는 기본 계층의 부호화 정보를 분석하여 기본 계층의 움직임 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 부호화부(130)는 향상 계층의 움직임 벡터를 탐색한 결과를 이용하여 향상 계층을 예측 부호화할 수 있다.
스케일러블 부호화 장치(100)는 SHVC 기술에서 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 적응적으로 결정함으로써, SHVC의 부호화 복잡도를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 스케일러블 부호화 장치(100)는 향상 계층보다 먼저 부호화되는 기본 계층의 부호화 정보를 분석하여 기본 계층의 움직임 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 스케일러블 부호화 장치(100)는 기본 계층의 움직임 정보를 기초로 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 결정함으로써, 향상 계층의 부호화 속도를 향상 시킬 수 있다.
스케일러블 복호화 장치(100)는 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위가 적응적으로 결정되어 빠르게 부호화된 스케일러블 부호화 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 스케일러블 복호화 장치(100)는 수신한 스케일러블 부호화 정보를 복호화하여 기본 계층, 또는 향상 계층 중 적어도 하나를 복호화할 수 있다. 또한, 스케일러블 복호화 장치(100)는 복호화한 기본 계층, 또는 향상 계층 중 적어도 하나를 이용하여 원본 영상을 재생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기본 계층의 움직임 벡터와 향상 계층의 움직임 벡터 간의 관계를 나타내는 도면이다.
향상 계층과 기본 계층은 동일한 시간에 출력되며 해상도만 서로 다른 영상일 수 있다. 따라서, 향상 계층에서 기본 계층에 대응되는 영역의 움직임 벡터 방향은 유사할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 기본 계층과 향상 계층 간의 배율(scale factor)이 1: 2일 수 있다. 이때, 기본 계층의 H 화소(half pel) 단위(210)의 움직임 벡터 방향은 향상 계층의 정수 화소(integer pel) 단위(220)의 움직임 벡터 방향과 유사할 수 있다. 또한, 기본 계층의 Q 화소(quarter pel) 단위의 움직임 벡터 방향은 향상 계층의 H 화소 단위의 움직임 벡터 방향과 유사할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 기본 계층의 특징 정보를 결정하는 과정을 나타내는 도면이다.
기본 계층의 MVD는 기본 계층의 PMV와 기본 계층의 부호화 정보에서 추출한 기본 계층의 움직임 벡터 간의 차이에 따라 결정될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 향상 계층보다 먼저 부호화된 기본 계층은 향상 계층을 부호화하기 전에 MVD가 결정될 수 있다.
그리고, 특징 정보 결정부(110)는 기본 계층의 MVD를 이용하여 향상 계층의 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정하기 위한 제1 특징 정보 를 결정할 수 있다.
예를 들어, 특징 정보 결정부(110)는 수학식 5를 이용하여 제1 특징 정보
Figure pat00033
를 결정할 수 있다.
Figure pat00034
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정하는 과정을 나타내는 도면이다.
기본 계층의 제1 특징 정보
Figure pat00035
가 위치 임계값
Figure pat00036
보다 작거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 현재 블록에 인접한 주변 블록에서 예측된 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치
Figure pat00037
를 결정할 수 있다.
예를 들어, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 6을 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치
Figure pat00038
를 결정할 수 있다.
Figure pat00039
이때,
Figure pat00040
는 도 4에 도시된 바와 같이 현재 블록에 인접한 주변 블록의 PMV일 수 있다.
또한, 기본 계층의 제1 특징 정보
Figure pat00041
가 위치 임계값
Figure pat00042
보다 큰 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 기본 계층의 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치
Figure pat00043
를 결정할 수 있다.
예를 들어, 탐색 범위 결정부(120)는 수학식 7을 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치
Figure pat00044
를 결정할 수 있다.
Figure pat00045
이때,
Figure pat00046
는 도 4에 도시된 바와 같이 기본 계층의 움직임 벡터일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 움직임 예측의 일례이다.
움직임 예측은 부호화부(130)의 화면간 예측 모드에서 수행될 수 있다. 또한, 도 5는 제2 특징 정보
Figure pat00047
가 H 화소 레벨 임계값
Figure pat00048
보다 커서 정수 화소부터 H 화소 및 Q 화소까지 모든 화소에 대하여 움직임 벡터를 탐색하는 경우, 부호화부(30)의 움직임 예측의 일례이다.
단계(510)에서 부호화부(130)는 탐색 범위 결정부(120)가 초기 탐색 위치로 결정한 화소(500)에서 일정 범위 안에 있는 정수 화소(integer pel)들에 대하여 움직임 벡터를 탐색할 수 있다. 이때, 부호화부(130)는 탐색한 정수 화소들의 비용값(mcost)을 비교할 수 있다. 그리고, 부호화부(130)는 최소 비용값을 갖는 정수 화소(511)을 선택할 수 있다.
단계(520)에서 부호화부(130)는 단계(510)에서 선택한 정수 화소(511)에서 일정 범위 안에 있는 H 화소(half pel)들에 대해서 움직임 벡터를 탐색할 수 있다. 이때, 부호화부(130)는 탐색한 H 화소들의 비용값을 계산할 수 있다. 그리고, 부호화부(130)는 최소 비용값을 갖는 H 화소(521)를 선택할 수 있다.
단계(530)에서 부호화부(130)는 단계(520)에서 선택한 H 화소(521)에서 일정 범위 안에 있는 Q 화소(quarter pel)들에 대해서 움직임 벡터를 탐색할 수 있다. 이때, 부호화부(130)는 탐색한 Q 화소들의 비용값을 계산할 수 있다. 그리고, 부호화부(130)는 최소 비용값을 갖는 Q 화소(531)를 선택할 수 있다.
이때, Q 화소(531)에 대응하는 움직임 벡터가 현재 PU(Prediction Unit)의 움직임 벡터일 수 있다.
그리고, 제2 특징 정보
Figure pat00049
의 크기에 따라 부호화부(130)는 단계(510) 내지 단계(530) 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
예를 들어, 제2 특징 정보
Figure pat00050
가 Q 화소 레벨 임계값
Figure pat00051
보다 작거나 같을 수 있다. 이때, 부호화부(130)는 탐색 범위 결정부(120)의 결정에 따라 단계(530)만 수행하여 Q 화소에 대한 움직임 벡터만 탐색할 수 있다.
또한, 제2 특징 정보
Figure pat00052
가 Q 화소 레벨 임계값
Figure pat00053
보다 크고, H 화소 레벨 임계값
Figure pat00054
보다 작거나 같을 수 있다. 이때, 부호화부(130)는 탐색 범위 결정부(120)의 결정에 따라 단계(520)와 단계(530)을 수행하여 H 화소와 Q 화소에 대하여 움직임 벡터를 탐색할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(610)에서 특징 정보 결정부(110)는 향상 계층의 현재 블록에 대응하는 기본 계층의 블록의 움직임 정보를 기초로 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다. 구체적으로, 특징 정보 결정부(110)는 움직임 정보 중에서 차분 벡터를 이용하여 제1 특징 정보를 결정할 수 있다. 또한, 특징 정보 결정부(110)는 기본 계층의 움직임 벡터를 이용하여 제2 특징 정보를 결정할 수 있다.
단계(620)에서 탐색 범위 결정부(120)는 단계(610)에서 결정한 제1 특징 정보가 제1 임계값 보다 적거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 제1 임계값은 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치와 관련된 위치 임계값일 수 있다.
제1 특징 정보가 제1 임계값 보다 큰 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 단계(630)을 수행할 수 있다. 또한, 제1 특징 정보가 제1 임계값 보다 적거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 단계(640)을 수행할 수 있다.
단계(630)에서 탐색 범위 결정부(120)는 기본 계층의 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정할 수 있다.
단계(640)에서 탐색 범위 결정부(120)는 현재 블록에 인접한 주변 블록에서 예측된 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 움직임 벡터의 초기 탐색 위치를 결정할 수 있다.
단계(650)에서 탐색 범위 결정부(120)는 단계(610)에서 결정한 제2 특징 정보가 제2 임계값보다 적거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 제2 임계값은 향상 계층의 움직임 벡터의 탐색 레벨과 관련된 레벨 임계값 중 Q 화소 레벨 임계값일 수 있다.
제2 특징 정보가 제2 임계값 보다 적거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 단계(660)을 수행할 수 있다. 또한, 제2 특징 정보가 제2 임계값 보다 큰 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 단계(670)을 수행할 수 있다.
단계(660)에서 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 범위를 Q 화소 레벨로 결정할 수 있다. 이때, 부호화부(120)는 탐색 범위 결정부(120)가 결정한 탐색 범위에 따라 정수 화소와 H 화소의 탐색을 생략하고, Q 화소에 대한 움직임 벡터만 탐색할 수 있다.
단계(670)에서 탐색 범위 결정부(120)는 단계(610)에서 결정한 제2 특징 정보가 제3 임계값보다 적거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 제3 임계값은 레벨 임계값 중 H 화소 레벨 임계값일 수 있다.
제2 특징 정보가 제3 임계값 보다 적거나 같은 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 단계(680)을 수행할 수 있다. 또한, 제2 특징 정보가 제3 임계값 보다 큰 경우, 탐색 범위 결정부(120)는 단계(690)을 수행할 수 있다.
단계(680)에서 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 범위를 H 화소 레벨 및 Q 화소 레벨로 결정할 수 있다. 이때, 부호화부(120)는 탐색 범위 결정부(120)가 결정한 탐색 범위에 따라 정수 화소의 탐색을 생략하고, H 화소와 Q 화소에 대하여 움직임 벡터 탐색할 수 있다.
단계(690)에서 탐색 범위 결정부(120)는 탐색 범위를 정수 화소 레벨, H 화소 레벨 및 Q 화소 레벨로 결정할 수 있다. 이때, 부호화부(120)는 탐색 범위 결정부(120)가 결정한 탐색 범위에 따라 정수 화소 부터 H 화소 및 Q 화소까지 모든 화소에 대하여 움직임 벡터를 탐색할 수 있다.
본 발명은 SHVC 기술에서 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 적응적으로 결정함으로써, SHVC의 부호화 복잡도를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 향상 계층보다 먼저 부호화되는 기본 계층의 부호화 정보를 분석하여 기본 계층의 움직임 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 본 발명은 기본 계층의 움직임 정보를 기초로 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 결정함으로써, 향상 계층의 부호화 속도를 향상 시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치 및 스케일러블 복호화 장치를 나타내는 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치(700)는 특징 정보 결정부(710), 플래그 결정부(720), 및 부호화부(730)를 포함할 수 있다. 이때, 스케일러블 부호화 장치(700)는 HEVC(High Efficiency Video Coding)에 기초한 SHVC(Scalable HEVC) 기술을 이용하여 영상 정보를 계층적으로 부호화할 수 있다.
특징 정보 결정부(710)는 향상 계층(enhancement layer)의 현재 블록에 대응하는 기본 계층(base layer)의 블록의 잔차 신호를 기초로 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다.
구체적으로, 특징 정보 결정부(710)는 향상 계층에서 부호화하고자 하는 CU(Coding Unit)의 위치를 식별할 수 있다. 다음으로, 특징 정보 결정부(710)는 기본 계층의 블록 중에서 CU에 대응하는 블록
Figure pat00055
를 검색할 수 있다. 마지막으로 특징 정보 결정부(710)는 블록
Figure pat00056
의 복원된 잔차 신호를 이용하여 기본 계층의 특징 정보
Figure pat00057
를 결정할 수 있다. 이때, 복원된 잔차 신호는 부호화부(730)가 부호화한 기본 계층을 복호화하여 생성될 수 있다.
또한, 특징 정보 결정부(710)는 잔차 신호의 에너지(energy), 또는 변화량(variance)을 이용하여 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 특징 정보 결정부(710)는 수학식 8, 또는 수학식 9를 이용하여 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다.
Figure pat00058
이때, Var()은
Figure pat00059
의 변화량을 결정하는 함수이고,
Figure pat00060
는 기본 계층의 블록인
Figure pat00061
의 잔차 신호일 수 있다.
Figure pat00062
이때, Energy()은
Figure pat00063
의 에너지를 결정하는 함수일 수 있다.
그리고, 특징 정보 결정부(710)는 잔차 신호의 에너지, 또는 변화량 외에도 잔차 신호와 관련된 정보를 이용하여 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수도 있다.
플래그 결정부(720)는 특징 정보 결정부(710)가 결정한 기본 계층의 특징 정보를 기초로 향상 계층의 플래그를 결정할 수 있다. 이때, 플래그는 변환 단위 TU(Transform Unit)별로 결정되며, 각각의 변환 단위에 부호화할 변환 계수의 존재 여부를 나타내는 정보일 수 있다. 예를 들어, 플래그는 CBF(Coded Block Flag)일 수 있다.
특징 정보 결정부(710)가 결정한 기본 계층의 특징 정보가 임계값보다 작은 경우, 플래그 결정부(720)는 변환 계수를 가지고 있지 않은 것을 나타내는 플래그를 변환 단위의 플래그로 결정할 수 있다. 또한, 특징 정보 결정부(710)가 결정한 기본 계층의 특징 정보가 임계값보다 크거나 같은 경우, 플래그 결정부(720)는 변환 계수를 가지고 있는 것을 나타내는 플래그를 변환 단위의 플래그로 결정할 수 있다.
예를 들어, 플래그 결정부(720)는 수학식 10을 이용하여 변환 단위의 플래그를 결정할 수 있다.
Figure pat00064
이때,
Figure pat00065
는 변환 단위의 cbf 값을 결정하는 함수이고, th는 임계값일 수 있다. 또한, 변환 단위에 부호화할 변환 계수가 존재하는 경우, cbf는 1의 값을 가질 수 있다. 그리고, 변환 단위에 부호화할 변환 계수가 존재하지 않는 경우, cbf는 0의 값을 가질 수 있다.
부호화부(730)는 플래그 결정부(720)가 결정한 변환 단위의 플래그에 따라 향상 계층을 부호화할 수 있다.
플래그가 상기 변환 계수를 가지고 있지 않다는 것을 나타내는 경우, 부호화부(730)는 향상 계층의 대상 변환 단위에 대해 하위 깊이의 플래그를 결정하는 과정을 생략하고, 상기 변환 단위를 부호화할 수 있다. 구체적으로, 변환 단위에 설정된 cbf가 0인 경우, 부호화부(730)는 변환 단위의 하위 깊이(depth)에 대한 RQT(Residual Quad Tree) 과정을 생략하고 향상 계층을 부호화할 수 있다.
또한, 플래그가 상기 변환 계수를 가지고 있다는 것을 나타내는 경우, 부호화부(730)는 향상 계층의 대상 변환 단위에 대해 하위 깊이의 플래그를 결정하는 과정을 포함하여 상기 변환 단위를 부호화할 수 있다. 구체적으로, 변환 단위에 설정된 cbf가 1인 경우, 부호화부(730)는 변환 단위의 하위 깊이에 대한 RQT 과정을 포함하여 향상 계층을 부호화할 수 있다.
스케일러블 부호화 장치(700)는 기본 계층의 특징 정보와 임계값을 비교하여 간단하게 변환 단위의 cbf를 결정함으로써, 스케일러블 부호화 과정에서 변환 단위의 cbf를 결정하기 위하여 필요한 연산, 및 시간을 단축할 수 있다. 또한, 스케일러블 부호화 장치(700)는 변환 단위의 cbf가 0인 경우, 변환 단위의 하위 깊이에 대한 RQT 과정을 생략함으로써, 향상 계층의 부호화 속도를 향상시킬 수 있다.
스케일러블 복호화 장치(700)는 기본 계층의 특징 정보와 임계값의 비교 결과에 따라 향상 계층의 변환 단위의 cbf가 결정되어 빠르게 부호화된 스케일러블 부호화 정보를 수신할 수 있다. 또한, 스케일러블 복호화 장치(700)가 수신한 스케일러블 부호화 정보는 변환 단위의 cbf가 0인 경우, 변환 단위의 하위 깊이에 대한 RQT 과정을 생략하여 부호화된 정보일 수 있다. 그리고, 스케일러블 복호화 장치(700)는 수신한 스케일러블 부호화 정보를 복호화하여 기본 계층, 또는 향상 계층 중 적어도 하나를 복호화할 수 있다. 또한, 스케일러블 복호화 장치(700)는 복호화한 기본 계층, 또는 향상 계층 중 적어도 하나를 이용하여 원본 영상을 재생할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 플래그 결정 일례이다.
cbf는 RQT 과정에 의하여 크기가 결정된 변환 단위 TU별로 결정될 수 있다.
변환 단위 TU(810)에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 클 수 있다. 이때, 플래그 결정부(720)는 변환 단위 TU(810)의 cbf(811)를 1로 설정할 수 있다. 그리고, 부호화부(730)는 변환 단위 TU(810)를 RQT 과정을 포함하여 변환 단위 TU(830), 또는 변환 단위 TU(840)와 같이 분할하고, 분할된 블록들을 부호화할 수 있다.
변환 단위 TU(820)에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 작거나 같을 수 있다. 이때, 플래그 결정부(720)는 변환 단위 TU(820)의 cbf(821)를 0으로 설정할 수 있다. 그리고, 부호화부(730)는 변환 단위 TU(820)를 RQT 과정을 생략하여 분할 없이 부호화할 수 있다. 즉, 부호화부(730)는 변환 계수가 존재하지 않는 변환 단위 TU(820)의 부호화 과정에서 RQT 과정을 생략함으로써, 부호화 속도를 향상시킬 수 있다.
변환 단위 TU(830)에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 클 수 있다. 이때, 플래그 결정부(720)는 변환 단위 TU(830)의 cbf를 1로 설정할 수 있다. 그리고, 부호화부(730)는 RQT 과정을 통하여 변환 단위 TU(830)를 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU로 분할할 수 있다. 그리고, 플래그 결정부(720)는 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU 각각에 대응하는 기본 계층의 특징 정보를 임계값과 비교하여 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU 각각의 cbf를 결정할 수 있다.
이때, 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 및 제3 변환 단위 TU에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 클 수 있다. 따라서, 플래그 결정부(720)는 제1 변환 단위 TU의 cbf(831), 제2 변환 단위 TU의 cbf(832), 및 제3 변환 단위 TU의 cbf(833)를 1로 설정할 수 있다. 또한, 제4 변환 단위 TU에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 작거나 같을 수 있다. 따라서, 플래그 결정부(720)는 제4 변환 단위 TU의 cbf(834)를 0으로 설정할 수 있다.
이때, 부호화부(730)는 변환 계수가 존재하지 않는 제4 변환 단위 TU의 부호화 과정에서 RQT 과정을 생략함으로써, 부호화 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 변환 단위 TU(840)에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 클 수 있다. 이때, 플래그 결정부(720)는 변환 단위 TU(840)의 cbf를 1로 설정할 수 있다. 그리고, 부호화부(730)는 RQT 과정을 통하여 변환 단위 TU(840)를 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU로 분할할 수 있다. 그리고, 플래그 결정부(720)는 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU 각각에 대응하는 기본 계층의 특징 정보를 임계값과 비교하여 제1 변환 단위 TU, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU 각각의 cbf를 결정할 수 있다.
이때, 제1 변환 단위 TU에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 클 수 있다. 따라서, 플래그 결정부(720)는 제1 변환 단위 TU의 cbf(841)를 1로 설정할 수 있다. 또한, 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU에 대응하는 기본 계층의 특징 정보는 임계값보다 작거나 같을 수 있다. 따라서, 플래그 결정부(720)는 제2 변환 단위 TU의 cbf(842), 및 제3 변환 단위 TU의 cbf(843), 제4 변환 단위 TU의 cbf(844)를 0으로 설정할 수 있다.
이때, 부호화부(730)는 변환 계수가 존재하지 않는 제2 변환 단위 TU, 제3 변환 단위 TU, 및 제4 변환 단위 TU의 부호화 과정에서 RQT 과정을 생략함으로써, 부호화 속도를 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(910)에서 특징 정보 결정부(710)는 향상 계층의 현재 블록에 대응하는 기본 계층의 블록의 잔차 신호를 기초로 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다. 이때, 특징 정보 결정부(710)는 잔차 신호의 에너지, 또는 변화량을 이용하여 기본 계층의 특징 정보를 결정할 수 있다.
단계(920)에서 플래그 결정부(720)는 단계(910)에서 결정한 특징 정보가 임계값보다 작은지 여부를 확인할 수 있다. 특징 정보가 임계값보다 작은 경우, 플래그 결정부(720)는 단계(930)을 수행할 수 있다. 또한, 특징 정보가 임계값보다 크거나 같은 경우, 플래그 결정부(720)는 단계(940)을 수행할 수 있다.
단계(930)에서 플래그 결정부(720)는 변환 계수를 가지고 있지 않은 것을 나타내는 플래그를 변환 단위의 플래그로 결정할 수 있다. 예를 들어, 플래그 결정부(720)는 cbf의 값을 0으로 결정할 수 있다.
단계(940)에서 플래그 결정부(720)는 변환 계수를 가지고 있는 것을 나타내는 플래그를 변환 단위의 플래그로 결정할 수 있다. 예를 들어, 플래그 결정부(720)는 cbf의 값을 1로 결정할 수 있다.
구체적으로, 플래그 결정부(720)는 향상 계층의 변환 단위를 변환, 및 양자화를 수행하여 변환 단위의 플래그를 결정할 수 있다. 변환 단위의 플래그 결정 과정은 이하 도 10를 참조하여 상세히 설명한다.
단계(950)에서 부호화부(730)는 단계(930), 또는 단계(940)에서 결정된 변환 단위의 플래그가 1인지 여부를 확인할 수 있다. 변환 단위의 플래그가 1이 아닌 0인 경우, 부호화부(730)는 단계(960)을 수행할 수 있다. 또한, 변환 단위의 플래그가 1인 경우, 부호화부(730)는 단계(970)을 수행할 수 있다.
단계(960)에서 부호화부(730)는 향상 계층의 하위 깊이의 플래그를 결정하는 과정을 생략하고, 향상 계층을 부호화할 수 있다. 구체적으로, 변환 단위에 설정된 cbf가 0인 경우, 부호화부(730)는 변환 단위의 하위 깊이(depth)에 대한 RQT(Residual Quad Tree) 과정을 생략하고 향상 계층을 부호화할 수 있다.
단계(970)에서 부호화부(730)는 향상 계층의 하위 깊이의 플래그를 결정하는 과정을 포함하여 향상 계층을 부호화할 수 있다. 구체적으로, 변환 단위에 설정된 cbf가 1인 경우, 부호화부(730)는 변환 단위의 하위 깊이에 대한 RQT 과정을 포함하여 향상 계층을 부호화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법의 플래그 결정 과정을 도시한 플로우차트이다. 이때, 도 10의 단계(1010) 내지 단계(1050)는 도 9의 단계(940)에 포함될 수 있다.
단계(1010)에서 플래그 결정부(720)는 변환 단위의 깊이(Depth)를 0으로 초기화할 수 있다.
단계(1020)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1010)에서 깊이가 초기화된 변환 단위의 잔차 신호를 변환(Transform)할 수 있다.
단계(1030)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1020)에서 변환된 변환 단위의 잔차 신호를 양자화(Quantization)할 수 있다.
단계(1040)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1030)에서 잔차 신호가 양자화된 변환 단위를 엔트로피 부호화(Entropy coding)할 수 있다.
단계(1050)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1040)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위의 플래그를 결정할 수 있다. 구체적으로, 플래그 결정부(720)는 단계(1040)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위에 부호화할 변환 계수들이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 단계(1040)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위에 부호화할 변환 계수들이 존재하는 경우, 플래그 결정부(720)는 변환 단위의 cbf를 1로 결정할 수 있다. 또한, 단계(1040)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위에 부호화할 변환 계수들이 존재하지 않는 경우, 플래그 결정부(720)는 변환 단위의 cbf를 0으로 결정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법의 RQT를 포함하는 부호화 과정을 도시한 플로우차트이다. 이때, 도 11의 단계(1110) 내지 단계(1140)는 도 9의 단계(970)에 포함될 수 있다.
단계(1110)에서 부호화부(730)는 변환 단위의 잔차 신호를 역변환(Inverse Transform)할 수 있다.
단계(1120)에서 부호화부(730)는 단계(1110)에서 역변환한 변환 단위의 잔차 신호를 역양자화(Inverse Quantization)할 수 있다.
단계(1130)에서 부호화부(730)는 단계(1120)에서 역양자화한 변환 단위의 깊이 레벨을 증가시킬 수 있다. 단계(1130)에서 깊이 레벨이 증가된 변환 단위는 단계(1120)에서 역양자화한 변환 단위의 하위 깊이 변환 단위일 수 있다.
단계(1140)에서 부호화부(730)는 단계(1130)에서 깊이 레벨을 증가시킨 변환 단위에 RQT 과정을 수행함으로써, 변환 단위의 크기를 결정할 수 있다. 구체적으로, 부호화부(730)는 변환 단위에 RQT 과정을 수행하여 변환 단위가 분할될 수 있는 회수인 깊이 레벨을 결정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 스케일러블 부호화 방법의 RQT 과정을 도시한 플로우차트이다. 이때, 도 12의 단계(1210) 내지 단계(1295)는 도 11의 단계(1140)에 포함될 수 있다.
단계(1210)에서 부호화부(730)는 단계(1130)에서 깊이 레벨을 증가시킨 변환 단위의 잔차 신호를 변환(Transform)할 수 있다.
단계(1220)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1210)에서 변환된 변환 단위의 잔차 신호를 양자화할 수 있다.
단계(1230)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1220)에서 잔차 신호가 양자화된 변환 단위를 엔트로피 부호화(Entropy coding)할 수 있다.
단계(1240)에서 플래그 결정부(720)는 단계(1230)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위의 플래그를 결정할 수 있다. 구체적으로, 플래그 결정부(720)는 단계(1240)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위에 부호화할 변환 계수들이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 단계(1240)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위에 부호화할 변환 계수들이 존재하는 경우, 플래그 결정부(720)는 변환 단위의 cbf를 1로 결정할 수 있다. 또한, 단계(1240)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위에 부호화할 변환 계수들이 존재하지 않는 경우, 플래그 결정부(720)는 변환 단위의 cbf를 0으로 결정할 수 있다.
단계(1250)에서 부호화부(730)는 단계(1250)에서 결정된 변환 단위의 플래그가 1인지 여부를 확인할 수 있다. 변환 단위의 플래그가 1이 아닌 0인 경우, 변환 단위는 분할하여 부호화할 필요가 없을 수 있다. 따라서, 부호화부(730)는 도 12에 도시된 바와 같이 RQT 과정을 종료할 수 있다.
또한, 변환 단위의 플래그가 1인 경우, 부호화부(730)는 단계(1260)을 수행할 수 있다.
단계(1260)에서 부호화부(730)는 단계(1230)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위의 잔차 신호를 역변환할 수 있다.
단계(1270)에서 부호화부(730)는 단계(1260)에서 역변환한 변환 단위의 잔차 신호를 역양자화할 수 있다.
단계(1280)에서 부호화부(730)는 단계(1270)에서 역양자화한 변환 단위의 깊이 레벨이 변환 단위의 최대 깊이 레벨인지 여부를 확인할 수 있다.
단계(1270)에서 역양자화한 변환 단위의 깊이 레벨이 변환 단위의 최대 깊이 레벨인 경우, 부호화부(730)는 변환 단위를 더 이상 분할할 수 없다. 따라서, 부호화부(730)는 도 12에 도시된 바와 같이 RQT 과정을 종료할 수 있다.
반면, 단계(1270)에서 역양자화한 변환 단위의 깊이 레벨이 변환 단위의 최대 깊이 레벨 미만인 경우, 부호화부(730)는 변환 단위를 분할할 수 있다. 따라서, 부호화부(730)는 단계(1290)을 수행할 수 있다.
단계(1290)에서 부호화부(730)는 단계(1270)에서 역양자화한 변환 단위의 깊이 레벨을 증가시킬 수 있다. 단계(1290)에서 깊이 레벨이 증가된 변환 단위는 단계(1270)에서 역양자화한 변환 단위의 하위 깊이 변환 단위일 수 있다.
단계(1295)에서 부호화부(730)는 단계(1290)에서 깊이 레벨을 증가시킨 변환 단위에 RQT 과정을 수행함으로써, 변환 단위의 크기를 결정할 수 있다. 구체적으로, 부호화부(730)는 역양자화한 변환 단위의 깊이 레벨이 변환 단위의 최대 깊이 레벨이 되거나, 단계(1230)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위의 플래그가 0이 될 때까지 RQT를 중첩하여 수행할 수 있다. 그리고, 부호화부(730)는 변환 단위의 최대 깊이 레벨, 또는 단계(1230)에서 엔트로피 부호화된 변환 단위의 플래그가 0이 되는 시점의 변환 단위의 깊이 레벨에 기초하여 분할된 변환 단위의 최종 크기를 결정할 수 있다.
또한, 단계(1290)에서 깊이 레벨을 증가시킨 변환 단위는 깊이 레벨의 증가에 따라 4개의 변환 단위로 분할될 수 있다. 이때, 부호화부(730)는 단계(1295)에서 4개의 변환 단위 각각에 대하여 RQT 과정을 수행할 수 있다.
본 발명은 향상 계층보다 먼저 부호화되는 기본 계층의 부호화 정보를 이용하여 향상 계층의 cbf(Coded Block Flag)를 간단하게 결정함으로써, SHVC의 부호화 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 향상 계층의 cbf가 0인 경우, 향상 계층의 하위 깊이에 대한 RQT를 생략하여 부호화함으로써, 부호화 속도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 스케일러블 부호화 장치
110: 특징 정보 결정부
120: 탐색 범위 결정부

Claims (1)

  1. 스케일러블 부호화 방법에 있어서,
    향상 계층(enhancement layer)의 현재 블록에 대응하는 기본 계층(basic layer)의 블록의 움직임 정보를 기초로 상기 기본 계층의 특징 정보를 결정하는 단계; 및
    상기 기본 계층의 특징 정보를 기초로 상기 향상 계층의 움직임 벡터 탐색 범위를 결정하는 단계
    를 포함하는 스케일러블 부호화 방법.
KR1020150000632A 2015-01-05 2015-01-05 기본 계층의 부호화 정보를 이용하여 향상 계층의 움직임 탐색 범위를 결정하는 스케일러블 부호화 장치 및 방법 KR20160084124A (ko)

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