KR20190062349A - 변환 계수의 엔트로피 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

변환 계수의 엔트로피 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

변환 블록의 엔트로피 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법은 소정 스캐닝 순서에 따라서 소정 크기의 변환 블록에 구비된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정하고, 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치를 이용하여 마지막 유효 변환 계수의 위치를 부호화한다.

Description

변환 계수의 엔트로피 부호화/복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for entropy Coding and decoding of transformation coefficient}
본 발명은 변환 계수의 엔트로피 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변환 블록 내의 마지막 유효 변환 계수의 위치를 효율적으로 엔트로피 부호화, 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
H.264 및 MPEG-4와 같은, 현재 국제 비디오 코딩 표준에서, 비디오 신호는 시퀀스, 프레임, 슬라이스, 매크로 블록 및 블록으로 계층적으로 분할되며, 블록은 최소 처리 유닛이 된다. 인코딩 측면에서, 인트라-프레임 또는 인터-프레임 예측을 통하여, 블록의 레지듀얼 데이터가 획득된다. 또한, 레지듀얼 데이터는 변환, 양자화, 스캐닝, 런 렝스 코딩(Run Length Coding) 및 엔트로피 코딩을 통하여 압축된다. 디코딩 측면에서, 처리 절차는 반대가 된다. 우선, 엔트로피 코딩시에 생성된 변환 블록의 계수가 비트 스트림으로부터 추출된다. 그리고 나서, 역양자화 및 역변환을 통하여, 블록의 레지듀얼 데이터는 재구성되며, 예측 정보는 블록의 비디오 데이터를 재구성하기 위하여 사용된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 큰 크기의 변환 블록 내의 마지막 유효 변환 계수의 위치를 효율적으로 엔트로피 부호화 및 복호화하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법은 소정 스캐닝 순서에 따라서 소정 크기의 변환 블록에 구비된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정하는 단계; 및 상기 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치를 이용하여 상기 마지막 유효 변환 계수의 위치를 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 복호화 방법은 수신된 비트스트림으로부터, 소정 스캐닝 순서에 따라서 변환 블록에 구비된 0이 아닌 마지막 유효 변환 계수의 상기 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치에 관한 정보를 추출하는 단계; 및 상기 가로축 및 세로축 방향으로의 상대적 위치 정보를 복호화하여 상기 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 장치는 소정 스캐닝 순서에 따라서 소정 크기의 변환 블록에 구비된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정하고, 상기 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치를 이용하여 상기 마지막 유효 변환 계수의 위치를 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 복호화 장치는 수신된 비트스트림으로부터, 소정 스캐닝 순서에 따라서 변환 블록에 구비된 0이 아닌 마지막 유효 변환 계수의 상기 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치에 관한 정보를 추출하고, 상기 가로축 및 세로축 방향으로의 상대적 위치 정보를 복호화하여 상기 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정하는 엔트로피 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 큰 크기의 변환 블록 내에 구비된 마지막 유효 변환 계수의 위치를 효율적으로 표현할 수 있으며, 마지막 유효 변환 계수의 위치를 변환 계수의 복호화 과정과 독립적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 부호화 단위를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위, 서브 부호화 단위 및 예측 단위를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위를 도시한다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 분할 형태를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 장치의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CABAB 부호화 장치의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마지막 유효 변환 계수의 위치의 부호화를 위한 컨텍스트 선택 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 14는 도 10에 대응되는 시그니피컨스 맵을 나타낸다.
도 15는 도 10의 변환 블록에 구비된 유효 변환 계수들의 레벨값을 부호화하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라서 이용되는 VLC 테이블의 일 예를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 장치의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
이하 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는 최대 부호화 단위 분할부(110), 부호화 심도 결정부(120), 영상 데이터 부호화부(130) 및 부호화 정보 부호화부(140)를 포함한다.
최대 부호화 단위 분할부(110)는 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 프레임 또는 현재 슬라이스를 분할할 수 있다. 현재 프레임 또는 현재 슬라이스를 적어도 하나의 최대 부호화 단위로 분할할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 최대 부호화 단위 및 심도를 이용해 부호화 단위가 표현될 수 있다. 전술한 바와 같이 최대 부호화 단위는 현재 프레임의 부호화 단위 중 크기가 가장 큰 부호화 단위를 나타내며, 심도는 부호화 단위가 계층적으로 축소된 정도를 나타낸다. 심도가 커지면서, 부호화 단위는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지 축소될 수 있으며, 최대 부호화 단위의 심도는 최소 심도로 정의되고, 최소 부호화 단위의 심도는 최대 심도로 정의될 수 있다. 최대 부호화 단위는 심도가 커짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, k 심도의 서브 부호화 단위는 k보다 큰 심도의 복수 개의 서브 부호화 단위를 포함할 수 있다.
부호화되는 프레임의 크기가 커짐에 따라, 더 큰 단위로 영상을 부호화하면 더 높은 영상 압축률로 영상을 부호화할 수 있다. 그러나, 부호화 단위를 크게 하고, 그 크기를 고정시켜 버리면, 계속해서 변하는 영상의 특성을 반영하여 효율적으로 영상을 부호화할 수 없다.
예를 들어, 바다 또는 하늘에 대한 평탄한 영역을 부호화할 때에는 부호화 단위를 크게 할수록 압축률이 향상될 수 있으나, 사람들 또는 빌딩에 대한 복잡한 영역을 부호화할 때에는 부호화 단위를 작게 할수록 압축률이 향상된다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 프레임 또는 슬라이스마다 상이한 크기의 최대 영상 부호화 단위를 설정하고, 최대 심도를 설정한다. 최대 심도는 부호화 단위가 축소될 수 있는 최대 횟수를 의미하므로, 최대 심도에 따라 최대 영상 부호화 단위에 포함된 최소 부호화 단위 크기를 가변적으로 설정할 수 있게 된다.
부호화 심도 결정부(120)는 최대 심도를 결정한다. 최대 심도는 R-D 코스트(Rate-Distortion Cost) 계산에 기초해 결정될 수 있다. 최대 심도는 프레임 또는 슬라이스마다 상이하게 결정되거나, 각각의 최대 부호화 단위마다 상이하게 결정될 수도 있다. 결정된 최대 심도는 부호화 정보 부호화부(140)로 출력되고, 최대 부호화 단위별 영상 데이터는 영상 데이터 부호화부(130)로 출력된다.
최대 심도는 최대 부호화 단위에 포함될 수 있는 가장 작은 크기의 부호화 단위 즉, 최소 부호화 단위를 의미한다. 다시 말해, 최대 부호화 단위는 상이한 심도에 따라 상이한 크기의 서브 부호화 단위로 분할될 수 있다. 도 8a 및 8b를 참조하여 상세히 후술한다. 또한, 최대 부호화 단위에 포함된 상이한 크기의 서브 부호화 단위들은 상이한 크기의 처리 단위에 기초해 예측 또는 직교 변환될 수 있다. 다시 말해, 영상 부호화 장치(100)는 영상 부호화를 위한 복수의 처리 단계들을 다양한 크기 및 다양한 형태의 처리 단위에 기초해 수행할 수 있다. 영상 데이터의 부호화를 위해서는 예측, 직교 변환, 엔트로피 부호화 등의 처리 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 크기의 처리 단위가 이용될 수도 있으며, 단계별로 상이한 크기의 처리 단위를 이용할 수 있다.
예를 들어 영상 부호화 장치(100)는 소정의 부호화 단위를 예측하기 위해, 부호화 단위와 다른 처리 단위를 선택할 수 있다.
부호화 단위의 크기가 2Nx2N(단, N은 양의 정수)인 경우, 예측을 위한 처리 단위는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 다시 말해, 부호화 단위의 높이 또는 너비 중 적어도 하나를 반분하는 형태의 처리 단위를 기반으로 움직임 예측이 수행될 수도 있다. 이하, 예측의 기초가 되는 처리 단위는 '예측 단위'라 한다.
예측 모드는 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있으며, 특정 예측 모드는 특정 크기 또는 형태의 예측 단위에 대해서만 수행될 수 있다. 예를 들어, 인트라 모드는 정방형인 2Nx2N, NxN 크기의 예측 단위에 대해서만 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 예측 단위에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 내부에 복수의 예측 단위가 있다면, 각각의 예측 단위에 대해 예측을 수행하여 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 영상 부호화 장치(100)는 부호화 단위와 다른 크기의 처리 단위에 기초해 영상 데이터를 직교 변환할 수 있다. 부호화 단위의 직교 변환을 위해서 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 데이터 단위를 기반으로 직교 변환이 수행될 수 있다. 이하, 직교 변환의 기초가 되는 처리 단위를 '변환 단위'라 한다.
부호화 심도 결정부(120)는 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용해 최대 부호화 단위에 포함된 서브 부호화 단위들을 결정할 수 있다. 다시 말해, 최대 부호화 단위가 어떠한 형태의 복수의 서브 부호화 단위로 분할되는지 결정할 수 있는데, 여기서 복수의 서브 부호화 단위는 심도에 따라 크기가 상이하다. 그런 다음, 영상 데이터 부호화부(130)는 부호화 심도 결정부(120)에서 결정된 분할 형태에 기초해 최대 부호화 단위를 부호화하여 비트스트림을 출력한다.
부호화 정보 부호화부(140)는 부호화 심도 결정부(120)에서 결정된 최대 부호화 단위의 부호화 모드에 대한 정보를 부호화한다. 최대 부호화 단위의 분할 형태에 대한 정보, 최대 심도에 대한 정보 및 심도별 서브 부호화 단위의 부호화 모드에 대한 정보를 부호화하여 비트스트림을 출력한다. 서브 부호화 단위의 부호화 모드에 대한 정보는 서브 부호화 단위의 예측 단위에 대한 정보, 예측 단위별 예측 모드 정보, 서브 부호화 단위의 변환 단위에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
최대 부호화 단위의 분할 형태에 대한 정보는 각각의 부호화 단위에 대해 분할 여부를 나타내는 정보일 수 있다. 예를 들어, 최대 부호화 단위를 분할하여 부호화하는 경우, 최대 부호화 단위에 대해 분할 여부를 나타내는 정보를 부호화하고, 최대 부호화 단위를 분할하여 생성된 서브 부호화 단위를 다시 분할하여 부호화하는 경우에도, 각각의 서브 부호화 단위에 대해서 분할 여부를 나타내는 정보를 부호화한다. 분할 여부를 나타내는 정보는 분할 여부를 나타내는 플래그 정보일 수 있다.
최대 부호화 단위마다 상이한 크기의 서브 부호화 단위가 존재하고, 각각의 서브 부호화 단위마다 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대 부호화 단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다.
영상 부호화 장치(100)는 심도가 커짐에 따라 최대 부호화 단위를 높이 및 너비를 반분하여 서브 부호화 단위를 생성할 수 있다. 즉, k 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, k+1 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다.
따라서, 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)는 영상의 특성을 고려한 최대 부호화 단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대 부호화 단위마다 최적의 분할 형태를 결정할 수 있다. 영상 특성을 고려하여 가변적으로 최대 부호화 단위의 크기를 조절하고, 상이한 심도의 서브 부호화 단위로 최대 부호화 단위를 분할하여 영상을 부호화함으로써, 다양한 해상도의 영상을 보다 효율적으로 부호화할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(200)는 영상 데이터 획득부(210), 부호화 정보 추출부(220) 및 영상 데이터 복호화부(230)를 포함한다.
영상 관련 데이터 획득부(210)는 영상 복호화 장치(200)가 수신한 비트스트림을 파싱하여, 최대 부호화 단위별로 영상 데이터를 획득하여 영상 데이터 복호화부(230)로 출력한다. 영상 데이터 획득부(210)는 현재 프레임 또는 슬라이스에 대한 헤더로부터 현재 프레임 또는 슬라이스의 최대 부호화 단위에 대한 정보를 추출할 수 있다. 다시 말해, 비트스트림을 최대 부호화 단위로 분할하여, 영상 데이터 복호화부(230)가 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화하게 한다.
부호화 정보 추출부(220)는 영상 복호화 장치(200)가 수신한 비트열을 파싱하여, 현재 프레임에 대한 헤더로부터 최대 부호화 단위, 최대 심도, 최대 부호화 단위의 분할 형태, 서브 부호화 단위의 부호화 모드에 관한 정보를 추출한다. 분할 형태 및 부호화 모드에 관한 정보는 영상 데이터 복호화부(230)로 출력된다.
최대 부호화 단위의 분할 형태에 대한 정보는 최대 부호화 단위에 포함된 심도에 따라 상이한 크기의 서브 부호화 단위에 대한 정보를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 분할 형태에 대한 정보는 각각의 부호화 단위에 대해 부호화된 분할 여부를 나타내는 정보(예를 들어, 플래그 정보)일 수 있다. 부호화 모드에 관한 정보는 서브 부호화 단위별 예측 단위에 대한 정보, 예측 모드에 대한 정보 및 변환 단위에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 부호화 정보 추출부에서 추출된 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 프레임을 복원한다.
최대 부호화 단위의 분할 형태에 대한 정보에 기초하여, 영상 데이터 복호화부(230)는 최대 부호화 단위에 포함된 서브 부호화 단위를 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 인터 예측 과정 및 직교 역변환 과정을 포함할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 서브 부호화 단위의 예측을 위해, 서브 부호화 단위별 예측 단위에 대한 정보 및 예측 모드에 대한 정보에 기초해 인트라 예측 또는 인터 예측을 수행할 수 있다. 또한, 영상 데이터 복호화부(230)는 서브 부호화 단위의 변환 단위에 대한 정보에 기초해 서브 부호화 단위마다 직교 역변환을 수행할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 부호화 단위를 도시한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 계층적 부호화 단위는 너비x높이가 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8, 및 4x4를 포함할 수 있다. 정사각형 형태의 부호화 단위 이외에도, 너비x높이가 64x32, 32x64, 32x16, 16x32, 16x8, 8x16, 8x4, 4x8인 부호화 단위들이 존재할 수 있다.
도 3을 참조하면, 해상도가 1920x1080인 영상 데이터(310)에 대해서, 최대 부호화 단위의 크기는 64x64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다.
또 다른 해상도가 1920x1080인 영상 데이터(320)에 대해서 최대 부호화 단위의 크기는 64x64, 최대 심도가 4로 설정되어 있다. 해상도가 352x288인 비디오 데이터(330)에 대해서 최대 부호화 단위의 크기는 16x16, 최대 심도가 2로 설정되어 있다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 압축률 향상뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반영하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 영상 데이터(330)에 비해, 해상도가 높은 영상 데이터(310 및 320)는 최대 부호화 단위의 크기가 64x64로 선택될 수 있다.
최대 심도는 계층적 부호화 단위에서 총 계층수를 나타낸다. 영상 데이터(310)의 최대 심도는 2이므로, 영상 데이터(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 심도가 증가함에 따라 장축 크기가 32, 16인 서브 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
반면, 영상 데이터(330)의 최대 심도는 2이므로, 영상 데이터(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 최대 부호화 단위들로부터, 심도가 증가함에 따라 장축 크기가 8, 4인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
영상 데이터(320)의 최대 심도는 4이므로, 비디오 데이터(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 심도가 증가함에 따라 장축 크기가 32, 16, 8, 4인 서브 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 증가할수록 더 작은 서브 부호화 단위에 기초해 영상을 부호화하므로 보다 세밀한 장면을 포함하고 있는 영상을 부호화하는데 적합해진다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부를 도시한다.
인트라 예측부(410)는 현재 프레임(405) 중 인트라 모드의 예측 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 인터 모드의 예측 단위에 대해 현재 프레임(405) 및 참조 프레임(495)을 이용해 인터 예측 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)로부터 출력된 예측 단위에 기초해 레지듀얼 값들이 생성되고, 생성된 레지듀얼 값들은 직교 변환부(430) 및 양자화부(440)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다.
양자화된 변환 계수는 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470)를 통해 다시 레지듀얼 값으로 복원되고, 복원된 레지듀얼 값들은 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(495)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법에 따라 부호화하기 위해, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420), 움직임 보상부(425), 직교 변환부(430), 양자화부(440), 엔트로피 부호화부(450), 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470), 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)는 모두 최대 부호화 단위, 심도에 따른 서브 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위에 기초해 영상 부호화 과정들을 처리한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부를 도시한다.
비트스트림(505)이 파싱부(510)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 및 역양자화부(530)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 주파수 역변환부(540)를 거쳐 레지듀얼 값들로 복원된다. 레지듀얼 값들은 인트라 예측부(550)의 인트라 예측의 결과 또는 움직임 보상부(560)의 움직임 보상 결과와 가산되어 부호화 단위 별로 복원된다. 복원된 부호화 단위는 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 다음 부호화 단위 또는 다음 프레임의 예측에 이용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법에 따라 복호화하기 위해 영상 복호화부(400)의 구성 요소들인 파싱부(510), 엔트로피 복호화부(520), 역양자화부(530), 주파수 역변환부(540), 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560), 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)가 모두 최대 부호화 단위, 심도에 따른 서브 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위에 기초해 영상 복호화 과정들을 처리한다.
특히, 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560)는 최대 부호화 단위 및 심도를 고려하여 서브 부호화 단위 내의 예측 단위 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 역변환부(540)는 변환 단위의 크기를 고려하여 직교 역변환을 수행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위, 서브 부호화 단위 및 예측 단위를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 및 영상 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하여 부호화, 복호화를 수행하기 위해 계층적인 부호화 단위를 이용한다. 최대 부호화 단위 및 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 설정되거나, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 최대 부호화 단위(610)의 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 4인 경우를 도시한다. 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 증가하고, 심도의 증가에 따라 서브 부호화 단위(620 내지 650)의 너비 및 높이가 축소된다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 최대 부호화 단위(610) 및 서브 부호화 단위(620 내지 650)의 예측 단위가 도시되어 있다.
최대 부호화 단위(610)는 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 너비 및 높이가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 증가하며, 크기 32x32인 심도 1의 서브 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2의 서브 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 서브 부호화 단위(640), 크기 4x4인 심도 4의 서브 부호화 단위(650)가 존재한다. 크기 4x4인 심도 4의 서브 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이다.
도 6을 참조하면, 각각의 심도별로 가로축을 따라 예측 단위의 예시들이 도시되어 있다. 즉, 심도 0의 최대 부호화 단위(610)의 예측 단위는, 크기 64x64의 부호화 단위(610)와 동일하거나 작은 크기인 크기 64x64의 예측 단위(610), 크기 64x32의 예측 단위(612), 크기 32x64의 예측 단위(614), 크기 32x32의 예측 단위(616)일 수 있다.
심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)와 동일하거나 작은 크기인 크기 32x32의 예측 단위(620), 크기 32x16의 예측 단위(622), 크기 16x32의 예측 단위(624), 크기 16x16의 예측 단위(626)일 수 있다.
심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)와 동일하거나 작은 크기인 크기 16x16의 예측 단위(630), 크기 16x8의 예측 단위(632), 크기 8x16의 예측 단위(634), 크기 8x8의 예측 단위(636)일 수 있다.
심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)와 동일하거나 작은 크기인 크기 8x8의 예측 단위(640), 크기 8x4의 예측 단위(642), 크기 4x8의 예측 단위(644), 크기 4x4의 예측 단위(646)일 수 있다.
마지막으로, 심도 4의 크기 4x4의 부호화 단위(650)는 최대 심도의 부호화 단위이고, 예측 단위는 크기 4x4의 예측 단위(650)이다. 그러나, 최대 심도의 부호화 단위라고 하여 반드시 부호화 단위와 예측 단위의 크기가 동일할 필요는 없으며, 다른 부호화 단위(610 내지 650)와 마찬가지로 부호화 단위보다 작은 크기의 예측 단위로 분할하여 예측을 수행할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100) 및 영상 복호화 장치(200)는, 최대 부호화 단위 그대로 부호화하거나, 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 서브 부호화 단위로 최대 부호화 단위를 분할하여 부호화한다. 부호화 과정 중 직교 변환을 위한 변환 단위의 크기도 부호화 단위 및 예측 단위와 무관하게 가장 높은 압축률을 위한 크기로 선택될 수 있다. 예를 들어, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 직교 변환이 수행될 수도 있다. 또한, 부호화 단위보다 큰 변환 단위를 설정할 수도 있다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 분할 형태를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위 및 예측 단위를 도시한다.
도 8a의 좌측은 최대 부호화 단위(810)를 부호화하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)가 선택한 분할 형태를 도시한다. 영상 부호화 장치(100)는 다양한 형태로 최대 부호화 단위(810)를 분할하고, 부호화한 다음 다양한 분할 형태의 부호화 결과를 R-D 코스트에 기초해 비교하여 최적의 분할 형태를 선택한다. 최대 부호화 단위(810)를 그대로 부호화하는 것이 최적일 경우에는 도 8a 및 8b와 같이 최대 부호화 단위(810)를 분할하지 않고 최대 부호화 단위(800)를 부호화할 수도 있다.
도 8a의 좌측을 참조하면, 심도 0인 최대 부호화 단위(810)를 심도 1 이상의 서브 부호화 단위로 분할하여 부호화한다. 최대 부호화 단위(810)를 네 개의 심도 1의 서브 부호화 단위로 분할한 다음, 전부 또는 일부의 심도 1의 서브 부호화 단위를 다시 심도 2의 서브 부호화 단위로 분할한다.
심도 1의 서브 부호화 단위 중 우측 상부에 외치한 서브 부호화 단위 및 좌측 하부에 위치한 서브 부호화 단위가 심도 2 이상의 서브 부호화 단위로 분할되었다. 심도 2 이상의 서브 부호화 단위 중 일부는 다시 심도 3 이상의 서브 부호화 단위로 분할될 수 있다.
도 8a의 우측은 최대 부호화 단위(810)에 대한 예측 단위의 분할 형태를 도시한다.
도 8a의 우측을 참조하면, 최대 부호화 단위에 대한 예측 단위(860)는 최대 부호화 단위(810)와 상이하게 분할될 수 있다. 다시 말해, 서브 부호화 단위들 각각에 대한 예측 단위는 서브 부호화 단위보다 작을 수 있다.
예를 들어, 심도 1의 서브 부호화 단위 중 우측 하부에 외치한 서브 부호화 단위(854)에 대한 예측 단위는 서브 부호화 단위(854)보다 작을 수 있다. 심도 2의 서브 부호화 단위들(814, 816, 818, 828, 850, 852) 중 일부 서브 부호화 단위(815, 816, 850, 852)에 대한 예측 단위는 서브 부호화 단위보다 작을 수 있다. 또한, 심도 3의 서브 부호화 단위(822, 832, 848)에 대한 예측 단위는 서브 부호화 단위보다 작을 수 있다. 예측 단위는 각각의 서브 부호화 단위를 높이 또는 너비 방향으로 반분한 형태일 수도 있고, 높이 및 너비 방향으로 4분한 형태일 수도 있다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 단위 및 변환 단위를 도시한다.
도 8b의 좌측은 도 8a의 우측에 도시된 최대 부호화 단위(810)에 대한 예측 단위의 분할 형태를 도시하고, 도 8b의 우측은 최대 부호화 단위(810)의 변환 단위의 분할 형태를 도시한다.
도 8b의 우측을 참조하면, 변환 단위(870)의 분할 형태는 예측 단위(860)와 상이하게 설정될 수 있다.
예를 들어, 심도 1의 부호화 단위(854)에 대한 예측 단위가 높이를 반분한 형태로 선택되더라도, 변환 단위는 심도 1의 부호화 단위(854)의 크기와 동일한 크기로 선택될 수 있다. 마찬가지로, 심도 2의 부호화 단위(814, 850)에 대한 예측 단위가 심도 2의 부호화 단위(814, 850)의 높이를 반분한 형태로 선택되더라도 변환 단위는 심도 2의 부호화 단위(814, 850)의 원래 크기와 동일한 크기로 선택될 수 있다.
예측 단위보다 더 작은 크기로 변환 단위가 선택될 수도 있다. 예를 들어, 심도 2의 부호화 단위(852)에 대한 예측 단위가 너비를 반분한 형태로 선택된 경우에 변환 단위는 예측 단위보다 더 작은 크기인 높이 및 너비를 반분한 형태로 선택될 수 있다. 가장 작은 변환 단위로서 2x2 크기로 변환 단위를 설정할 수도 있다. 변환 단위는 부호화 단위와 무관하게 부호화 단위의 크기보다 크게 변환 단위가 설정될 수도 있다.
이하, 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(400)의 엔트로피 부호화부(450) 및 도 5의 영상 복호화 장치(500)의 엔트로피 복호화부(520)에서 수행되는 엔트로피 부호화 및 복호화 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(400) 및 영상 복호화 장치(500)는, 최대 부호화 단위 그대로 부호화하거나, 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 서브 부호화 단위로 최대 부호화 단위를 분할하여 부호화한다. 부호화 과정 중 직교 변환을 위한 변환 단위의 크기도 부호화 단위 및 예측 단위와 무관하게 가장 높은 압축률을 위한 크기로 선택될 수 있다. 예를 들어, 현재 부호화 단위가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위를 이용하여 직교 변환이 수행될 수도 있다. 또한, 부호화 단위보다 큰 변환 단위를 설정할 수도 있다. 종래 H.264와 같은 부호화 과정에서 4x4 크기의 상대적으로 작은 크기의 변환 단위에 기초하여 변환 및 양자화된 레지듀얼 데이터를 엔트로피 부호화한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 엔트로피 부호화되는 변환 단위(이하 "변환 블록"이라 한다)는 4x4나 8x8뿐만 아니라, 16x16, 32x32, 64x64, 128x128와 같은 상대적으로 큰 크기를 갖을 수 있으므로 0이 아닌 유효 변환 계수 사이의 연속적인 0인 계수의 갯수를 가리키는 런(run)의 길이가 커질 수 있으므로 큰 런 값을 적절히 부호화할 필요가 있다. 또한, 종래 기술에 따르면 변환 블록 내에 구비된 계수들의 정보를 부호화하기 위하여 0이 아닌 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 시그니피컨스 맵(significance map)과 함께 각 유효 변환 계수가 마지막 유효 변환 계수인지 여부를 나타내는 신택스 엘리먼트인 last_significant_coeff_flag가 함께 엔트로피 부호화된다. 그러나, 이와 같이 시그니피컨스 맵과 last_significant_coeff_flag을 결합하여 변환 블록을 엔트로피 부호화하는 경우, 엔트로피 복호화시에 각 유효 변환 계수마다 마지막 유효 변환 계수인지 여부를 판단하여야 한다. 따라서, 종래 기술에 따르면 수신된 비트스트림으로부터 전체 유효 변환 계수를 나타내는 데이터를 바로 식별하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 변환 블록의 엔트로피 부호화 방법에서는 이러한 큰 크기의 변환 블록 내의 마지막 유효 변환 계수의 위치를 효율적으로 엔트로피 부호화 및 복호화하는 방법을 제공한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 9를 참조하면, 단계 910에서 엔트로피 부호화부(450)은 소정 스캐닝 순서에 따라서 소정 크기의 변환 블록에 구비된 0이 아닌 유효 변환 계수들 중 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정한다. 구체적으로, 변환 및 양자화 과정을 거쳐서 변환 계수들로 구성된 변환 블록이 입력되면, 엔트로피 부호화부(450)는 지그재그 스캔 순서와 같은 소정의 스캐닝 순서에 따라서 변환 블록 내에 구비된 유효 변환 계수들을 판단하고 마지막에 스캐닝되는 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정한다.
단계 920에서, 엔트로피 부호화부(450)은 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치를 이용하여 마지막 유효 변환 계수의 위치를 부호화한다. 만약, 마지막 유효 변환 계수가 변환 블록의 최좌상측으로부터 가로축 방향으로 x번째(x는 0 이상의 정수), 세로축 방향으로 y번째(y는 0 이상의 정수)에 위치한 경우, 엔트로피 부호화부(450)은 마지막 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 x 값 및 y 값을 부호화하게 된다. 종래 기술에 따르면, 각 유효 변환 계수마다 마지막 유효 변환 계수인지 여부를 나타내는 last_significant_coeff_flag를 부호화하였지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법에서는 마지막 유효 변환 계수의 변환 블록 내의 상대적 위치를 나타내는 좌표 정보만을 부호화한다. 마지막 유효 변환 계수의 상대적 위치 정보는 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화(context-adaptive binary arithmetic coding, 이하 "CABAC"이라 한다) 방식이나 가변 길이 부호화(Variable length coding) 방식을 통해 부호화될 수 있다. CABAC 또는 가변 길이 부호화 방식을 통해 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보를 부호화하는 방법에 대해서는 후술한다.
엔트로피 부호화부(450)는 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보를 부호화한 다음, 변환 블록 내에 위치한 각 유효 변환 계수의 레벨 정보를 부호화한다. 레벨 정보로써 엔트로피 부호화부(450)는 유효 변환 계수의 부호값(sign) 및 절대값(abs) 정보를 부호화한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 10을 참조하면, 엔트로피 부호화부(450)은 변환 블록(1000) 내의 변환 계수들을 도시된 바와 같은 지그 재그 스캔 순서에 따라서 스캐닝한다. 도 10에서 미표시된 빈 공간은 모두 '0'인 값을 갖는 변환 계수라고 가정한다. 도 10의 예에서 마지막 유효 변환 계수는 '-1'의 값을 갖는 도면 부호 1010으로 표시된 변환 계수이다. 도 10에 도시된 바와 같이 최좌상측의 변환 계수를 중심으로 마지막 유효 변환 계수 '-1'(1010)은 가로축 방향으로 5번째, 세로축 방향으로 5번째에 위치한다. 따라서, 엔트로피 부호화부(450)은 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보로써 x=5, y=5의 값을 부호화하게 된다.
*도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 장치의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 장치(1100)은 스위칭부(1110), 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화부(CABAC)(1120) 및 가변 길이 부호화부(VLC)(1130)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 마지막 유효 변환 계수의 위치가 결정되면, 마지막 유효 변환 계수의 위치는 CABAC 또는 가변 길이 부호화 방식을 통해 부호화된다. 스위칭부(1110)는 슬라이스 단위, 픽처 단위, 픽처 그룹 단위로 부호화되는 마지막 유효 변환 계수의 상대적 위치 정보를 CABAC(1120) 또는 VLC(1130)으로 출력되도록 제어한다. CABAC 또는 가변 길이 부호화 방식 중 어느 방식을 통해 마지막 유효 변환 계수를 부호화할 지 여부는 각 부호화 방식에 따른 R-D(rate-distortion) 코스트를 비교해서 결정될 수도 있다.
먼저, 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보를 CABAC을 통해 부호화하는 방식에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CABAB 부호화 장치의 블록도이다.
도 12를 참조하면, CABAC 부호화 장치는 크게 이진화부(Binarizer)(1210), 컨텍스트 모델러(Context modeler)(1220), 이진 산술 부호화부(Binary arithmetic coder)(1230)를 포함한다. 또한, 이진 산술 부호화부(1230)는 레귤러 코딩부(Regular coding engine)(1232)와 바이패스 코딩부(Bypass coding engine)(1234)를 포함한다.
이진화부(1210)는 마지막 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치(x) 및 세로축 방향으로의 상대적 위치(y)를 이진값으로 변환하여 빈 스트링(bin string)을 출력한다. 빈(bin)은 빈 스트링의 각 비트를 나타낸다. 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보를 이진화하기 위한 방식으로는 단항 이진 부호화(Unary Binarization), 절삭형 단항 이진 부호화(Truncated Unary Binarization), 단항/k차 지수골룸 이진 부호화(Concatenated Unary/k-th order exponential Golomb Binarization), 고정 길이 이진 부호화(Fixed Length Binarization) 등의 다양한 이진화 방식을 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 10의 예에서 마지막 유효 변환 계수의 위치가 X=5 및 Y=5의 경우, 절삭형 단항 이진 부호화를 이용하여 각각 X=000001, Y=000001로 이진화될 수 있다.
이진화부(1210)에 의해서 이진값으로 맵핑된 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보는 컨텍스트 모델러(1220)로 입력된다. 컨텍스트 모델러(1220)는 입력된 빈(bin) 값 또는 이전에 부호화된 신택스 엘리먼트에 기초하여 현재 입력된 빈(bin)을 부호화하는데 필요한 확률모델인 컨텍스트를 결정한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 미리 정해진 소정의 컨텍스트들 중 하나가 선택될 수 있다.
레귤러 코딩부(1232)는 컨텍스트 모델러(1220)에서 결정된 확률모델에 기반하여 입력된 빈(bin) 값을 산술 부호화하여 비트스트림을 생성한다.
바이패스 코딩부(1234)는 압축을 수행하지 않고 입력값을 그대로 출력하는 모드로써, PCM 데이터와 같은 데이터가 입력되었을 때 해당 데이터를 부호화한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마지막 유효 변환 계수의 위치의 부호화를 위한 컨텍스트 선택 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
컨텍스트 모델러(1220)은 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 미리 준비된 복수 개의 컨텍스트 중 하나를 선택한다. 복수 개의 컨텍스트는 '0'과 '1'의 이진 신호를 각각 발생 확률이 높은 심볼(MPS:Most probable Symbol)과 발생 확률이 작은 심볼(LPS:Least Probable Symbol)로 분류하고, MPS 및 LPS의 확률값을 설정한 것이다. 복수 개의 컨텍스트는 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 '0'과 '1'의 이진 신호 중 어느 것이 각각 MPS 및 LPS에 해당되며, MPS 및 LPS의 확률값을 설정한 것으로, '0'과 '1'중 어느 심볼을 MPS 또는 LPS로 설정하며 각 MPS 및 LPS의 확률값을 어떻게 설정할 것인지 여부는 필요에 따라 설계가능한 사항이다. 도 13에서는 지그재그 스캐닝 순서에 따라서 변환블록 내의 변환 계수들을 스캐닝할 때, DC에 해당하는 최좌상측을 제외하고 마지막 변환 계수의 위치에 따라서 선택되는 컨텍스트들을 도시한다. 도 13 을 참조하면, 컨텍스트 모델러(1220)은 4x4 변환 블록에 대해서 0,1,2의 인덱스 값을 갖는 3개의 컨텍스트들을 구비하고, 최좌상측을 제외한 4x4 변환 블록 내의 나머지 위치 내에서 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 0,1,2의 인덱스 값을 갖는 3개의 컨텍스트들 중에서 하나를 선택한다. 즉, 4x4 변환 블록에서 마지막 유효 변환 계수가 (1,0)에 위치한 경우 0의 인덱스값을 갖는 컨텍스트가 선택되며, 마지막 유효 변환 계수가 (0,1)에 위치한 경우 1의 인덱스값을 갖는 컨텍스트가 선택되며, (1,1)에 위치한 경우 2의 인덱스값을 갖는 컨텍스트가 선택된다. 유사하게, 컨텍스트 모델러(1220)은 8x8 변환 블록에 대해서 0 내지 6의 인덱스 값을 갖는 7개의 컨텍스트들을 구비하고, 최좌상측을 제외하고 8x8 변환 블록 내에서 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 0 내지 6의 인덱스 값을 갖는 7개의 컨텍스트들 중에서 하나를 선택한다. 유사하게, 컨텍스트 모델러(1220)은 16x16 변환 블록에 대해서 0 내지 11의 인덱스 값을 갖는 12개의 컨텍스트들을 구비하고, 최좌상측을 제외하고 16x16 변환 블록 내에서 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 0 내지 11의 인덱스 값을 갖는 11개의 컨텍스트들 중에서 하나를 선택한다.
레귤러 코딩부(1232)는 컨텍스트 모델러(1220)에서 결정된 컨텍스트에 기반하여 입력된 마지막 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 빈(bin) 값을 산술 부호화하여 비트스트림을 생성한다. 일 예로, 마지막 유효 변환 계수의 가로축 방향의 위치인 X는 3의 값을 갖으며, 이진화부(1210)은 이러한 3의 값을 이진화하여 '010'이라는 빈 스트링을 생성했다고 가정한다. 또한, 컨텍스트 모델러(1220)에서 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 선택된 컨텍스트에 따르면 MPS는 0.8의 확률값을 갖는 '0'이며, LPS는 0.2의 확률값을 갖는 '1'이라고 가정한다. 레귤러 코딩부(1232)는 [0,1]의 구간을 '010'의 빈 스트링을 구성하는 최초 빈(bin)인 '0'의 확률값에 따라서 분할하여 [0,0.8]로 갱신하고, 다음 빈인 '1'의 확률값에 따라서 [0,0.8]의 구간을 다시 갱신하여 새로운 구간 [0.64, 0.8]을 결정한다. 또한, 레귤러 코딩부(1232)는 마지막 빈인 '0'의 확률값에 따라서 구간 [0.64, 0.8]을 갱신하여 새로운 구간 [0.64, 0.768]을 결정한다. 레귤러 코딩부(1232)는 [0.64, 0.768] 구간 내에 들어가는 실수 0.75의 2진 표현인 '0.11'에서 최초 자리수를 뺀 '11'을 마지막 유효 변환 계수의 가로축 방향의 위치를 나타내는 3의 값에 대응되는 코드 워드로 출력한다. 유사하게, 레귤러 코딩부(1232)는 마지막 유효 변환 계수의 세로축 방향의 위치를 나타내는 좌표값 Y를 이진화하고, 선택된 컨텍스트에 따라서 이진화된 좌표값 Y를 부호화하여 비트스트림을 생성한다.
한편, 도 11의 CABAC(1120)은 전술한 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보 이외에, 변환 블록 내에 0이 아닌 유효 변환 계수가 존재하는지 여부를 나타내는 coded_block_flag 및 변환 블록 내의 각 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 significant_coeff_flag를 부호화한다. coded_block_flag 및 significant_coeff_flag의 부호화 과정은 종래 H.264에서와 동일하게 수행될 수 있다. 일 예로, 도 10에 대응되는 시그니피컨스 맵을 나타낸 도 14을 참조하면, 시그니피컨스 맵(1400)은 i번째 스캐닝되는 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우 significant_coeff_flag[i]를 1로 설정하고, i번째 스캐닝되는 변환 계수가 0인 경우 significant_coeff_flag[i]를 0으로 설정함으로써 표현될 수 있다. 이러한 시그니피컨스 맵은 H.264와 같은 15개의 확률 모델들에 의하여 부호화될 수 있다.
엔트로피 부호화부(450)는 마지막 유효 변환 계수의 상대적 위치 정보를 부호화한 다음, 변환 블록 내에 위치한 각 유효 변환 계수의 레벨 정보를 부호화한다.
도 15는 도 10의 변환 블록에 구비된 유효 변환 계수들의 레벨값을 부호화하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 10 및 도 15를 참조하면, 엔트로피 부호화부(450)는 도 10의 변환 계수들을 지그재그 스캐닝 순서에 따라서 최좌상측 변환 계수로부터 마지막 유효 변환 계수까지 스캐닝하여 도 15와 같이 1차원 형태로 배열된 변환 계수들을 얻는다.
엔트로피 부호화부(450)는 종래 H.264와 유사하게 유효 변환 계수 사이의 연속적인 0의 개수를 나타내는 런(run)과 각 유효 변환 계수의 값을 나타내는 레벨을 이용하여 도 15에 도시된 바와 같은 1차원 형태로 배열된 변환 계수들을 부호화한다. 구체적으로, 엔트로피 부호화부(450)는 스캐닝 순서와 반대로, 즉 도 15에서 우측에서 좌측 방향으로 런과 레벨을 결정한 다음, 런과 레벨을 소정의 VLC 테이블을 이용하여 부호화한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라서 이용되는 VLC 테이블의 일 예를 나타낸 것이다. 엔트로피 부호화부(450)은 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라서 복수 개의 VLC 테이블들(VLC0 내지 VLC8) 중 하나를 선택하여 런과 레벨을 부호화할 수 있다. 일 예로, 도 15에 도시된 바와 같이, 마지막 유효 변환 계수인 '-1'을 기점으로 하여, 각 유효 변환 계수 사이의 연속적인 0의 개수를 가리키는 런들(1530, 1540,1550, 1560)이 VLC 테이블을 이용하여 가변 길이 부호화된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 변환 블록은 16x16 이상의 큰 크기를 갖을 수 있으므로 런 값이 커질 수 있다. 예를 들어, VLC 테이블에서 설정된 런 값이 0부터 63까지만 존재하는, 런 값이 63보다 큰 값을 갖는다면 VLC 테이블을 이용하여 런 값을 부호화할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(450)은 VLC 테이블에서 이용가능한 최대 런 값을 고려하여, 변환 블록이 최대 런 값을 초과하는 런 값을 갖는 경우, 최대 런 값까지의 런을 부호화한 다음 나머지 런 값을 부호화한다. 예를 들어, 최대 런 값이 63, 부호화할 런 값이 70의 값을 갖는다면, 70의 런을 63과 7로 분할하고 63과 7의 런 값들을 런 정보로써 부호화한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 마지막 유효 변환 계수의 위치 (x,y) 값은 전술한 CABAC 이외에 가변 길이 부호화 방식을 통하여 부호화될 수도 있다. 즉, 엔트로피 부호화부(450)은 x,y의 값에 따라서 미리 준비된 가변 길이 부호화 테이블을 참조하여 x,y의 값을 가변 길이 부호화할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(450)은 변환 블록을 소정 크기의 서브 블록들로 분할하고, 서브 블록들 중에서 마지막 유효 변환 계수가 존재하는 서브 블록의 인덱스와 함께, 마지막 유효 변환 계수가 속하는 서브 블록내에서 마지막 유효 변환 계수의 상대적 위치 정보를 부호화한다. 도 17에서, (Sa,b)는 서브 블록 a의 b번째 스캔 인덱스의 변환 계수를 나타낸다고 가정한다. 도 17을 참조하면, 마지막 유효 변환 계수가 서브 블록 1(1771)에 존재하는 S1,12라고 가정하면, 엔트로피 부호화부(450)은 서브 블록 1을 가리키는 소정 인덱스 정보와 함께, 서브 블록 1 내에서 마지막 유효 변환 계수 S1,12의 위치를 나타내는 (2,2)를 서브 블록 내에서의 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보로써 부호화한다.
한편, 다시 도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법에서는, 변환 블록 내의 마지막 유효 변환 계수(1010)(이하, "제 1 마지막 유효 변환 계수"라고 함)과 마지막 유효 변환 계수의 이전 유효 변환 계수(1020)(이하, "제 2 마지막 유효 변환 계수"라고 함)을 이용하여 변환 계수를 부호화한다. 구체적으로, 엔트로피 부호화부(450)은 제 2 마지막 유효 변환 계수(1020)의 위치인 (3,4)를 전술한 일 실시예에서와 같이 부호화한다. 그리고, 엔트로피 부호화부(450)은 제 1 마지막 유효 변환 계수(1010)과 제 2 마지막 유효 변환 계수(1020) 사이의 런 값을 부호화한다. 이와 같이, 제 2 마지막 유효 변환 계수(1020)의 위치를 알고 있는 경우, 제 2 마지막 유효 변환 계수(1020)에 제 1 마지막 유효 변환 계수(1010)과 제 2 마지막 유효 변환 계수(1020) 사이의 런 값을 더하면 제 1 마지막 유효 변환 계수(1010)의 위치를 알 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 부호화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
엔트로피 부호화부(450)은 지그재그 스캔 순서 및 역 지그재그 스캔 순서 중에서 어느 순서에 의할 때 마지막 유효 변환 계수가 먼저 스캐닝되는지, 즉 마지막 유효 변환 계수가 변환 블록의 최좌상측지점으로부터 가까운지, 아니면 최우하측 지점으로부터 가까운지에 따라서 하나의 스캔 방향을 선택하고, 선택된 스캔 방향에 대한 인덱스 정보와 함께, 마지막 유효 변환 계수의 위치를 함께 부호화할 수 있다. 예를 들어, 도 18a에 도시된 바와 같이, 도면 부호 1812는 중간 지점을 가리킨다고 하였을 때, 마지막 유효 변환 계수(1812)는 최좌상측으로부터 더 가깝게 위치한다. 이러한 경우, 엔트로피 부호화부(450)은 마지막 유효 변환 계수(1812)의 위치와 함께 최좌상측으로부터 스캐닝을 수행할 것을 나타내는 인덱스(forward scan index)를 함께 부호화할 수 있다. 또한, 도 18b에 도시된 바와 같이, 도면 부호 1822는 중간 지점을 가리키며 마지막 유효 변환 계수(1821)는 최우하측으로부터 더 가깝게 위치하는 경우, 엔트로피 부호화부(450)은 마지막 유효 변환 계수(1821)의 위치와 함께 최우하측으로부터 스캐닝을 수행할 것을 나타내는 인덱스(backward scan index)를 함께 부호화할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 런 값을 부호화하기 위하여 소정의 글로벌 런(global)을 설정하고, 런 값을 글로벌 런으로 나눈 몫과 나머지(RunRefinement)를 통해 표현할 수 있다. 예를 들어, 런 값이 78이며, 글로벌 런은 16의 값을 갖는다고 가정한다. 이 경우 78은 16으로 나누었을 때 몫의 값은 4이고 나머지는 14이다. 따라서, 이러한 78의 런 값은 글로벌 런 정보, 몫 정보인 4의 값, 나머지인 14의 값을 통해 표현될 수 있다. 엔트로피 부호화부(450)은 이러한 글로벌 런 정보, 몫 정보 및 나머지 정보를 가변 길이 부호화나 CABAC을 통해 부호화할 수 있다. 만약, 부호화측과 복호화측에서 글로벌 런이 동일하게 미리 설정된 경우에는 글로벌 런 정보를 별도로 부호화할 필요는 없다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 엔트로피 부호화부(450)은 마지막 유효 변환 계수가 포함된 변환 블록의 크기에 따라서 서로 다른 가변 길이 부호화 테이블을 적용하여 마지막 유효 변환 계수의 위치를 부호화할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 계수의 엔트로피 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 19를 참조하면, 단계 1910에서 엔트로피 복호화부(520)은 수신된 비트스트림으로부터, 소정 스캐닝 순서에 따라서 변환 블록에 구비된 0이 아닌 마지막 유효 변환 계수의 변환 블록 내의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치에 관한 정보를 추출한다. 전술한 바와 같이, 마지막 유효 변환 계수의 위치 정보는 변환 블록의 최좌상측으로부터 가로축 방향으로 x번째(x는 0 이상의 정수), 세로축 방향으로 y번째(y는 0 이상의 정수)에 위치한 경우, x값 및 y값에 대한 정보를 포함한다.
단계 1920에서 엔트로피 복호화부(520)은 가로축 및 세로축 방향으로의 상대적 위치 정보를 복호화하여 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정한다. 엔트로피 복호화부(520)는 엔트로피 부호화부(450)에서 수행되는 부호화 과정과 역과정으로써 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화(Context-adaptive binary arithmetic decoding) 또는 가변 길이 복호화 방법을 적용하여 마지막 유효 변환 계수의 위치를 복호화하여 마지막 유효 변환 계수의 위치를 결정한다. 구체적으로, 엔트로피 복호화부(520)은 소정의 가변 길이 부호화 룩업(look-up) 테이블을 참조하여 마지막 유효 변환 계수의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치를 가변 길이 복호화할 수 있다. 또한, 엔트로피 복호화부(520)은 복수 개의 컨텍스트들 중 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라 하나의 컨텍스트를 선택하고, 선택된 컨텍스트에 따라서 마지막 유효 변환 계수의 위치를 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화할 수 있다.
단계 1930에서, 엔트로피 복호화부(520)은 마지막 유효 변환 계수의 위치를 이용하여, 비트스트림에 구비된 런과 레벨 정보를 복호화한다. 엔트로피 복호화부(520)은 런의 길이가 소정 임계값보다 큰 경우, 임계값 길이까지의 런 정보를 복호화한 다음, 임계값을 초과하는 런 정보를 다시 복호화한다. 전술한 바와 같이, 63까지의 런 값을 부호화하도록 임계값이 설정된 경우 70의 런 값은 63과 7의 값으로 분리되어 부호화되므로, 엔트로피 복호화부(520)은 63과 7의 런 값을 각각 복호화한 다음 이를 결합하여 70의 런 값을 복호화할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 장치의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 장치(2000)은 스위칭부(2010), 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화부(CABAD)(2020) 및 가변 길이 복호화부(VLD)(2030)를 포함한다.
스위칭부(2010)은 슬라이스 단위, 픽처 단위, 픽처 그룹 단위들로 설정된 변환 계수의 부호화 모드 정보를 이용하여 부호화된 변환 계수의 정보를 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화부(CABAD)(2020) 및 가변 길이 복호화부(VLD)(2030) 중 하나로 출력한다.
가변 길이 복호화부(2030)은 소정의 가변 길이 부호화 룩업(look-up) 테이블을 참조하여 마지막 유효 변환 계수의 가로축 방향으로의 상대적 위치 및 세로축 방향으로의 상대적 위치를 가변 길이 복호화할 수 있다. 또한, 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화부(2020)은 복수 개의 컨텍스트들 중 마지막 유효 변환 계수의 위치에 따라 하나의 컨텍스트를 선택하고, 선택된 컨텍스트에 따라서 마지막 유효 변환 계수의 위치를 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 영상을 복수의 최대 부호화 단위들로 분할하는 단계;
    상기 최대 부호화 단위들 중 하나의 최대 부호화 단위를 적어도 하나의 부호화 단위로 계층적으로 분할하는 단계;
    상기 적어도 하나의 부호화 단위 중 하나의 부호화 단위로부터 분할된 변환 블록을 획득하는 단계;
    상기 변환 블록 내의 변환 계수들 중 최종유효계수의 x좌표를 나타내는 x 인덱스 및 상기 최종유효계수의 y좌표를 나타내는 y 인덱스를 비트스트림으로부터 획득하는 단계;
    상기 x 인덱스 및 상기 y 인덱스를 근거로 상기 최종유효계수의 스캔 인덱스를 결정하는 단계;
    상기 최종유효계수의 레벨 정보를 획득하는 단계;
    상기 최종유효계수의 레벨 정보를 이용하여 상기 최종유효계수를 복원하는 단계;
    상기 최종유효계수의 스캔 인덱스를 근거로, 상기 변환 계수들 중 상기 최종유효계수를 제외한 유효계수의 상기 변환 블록 내 위치를 지시하는 유효계수플래그를 상기 비트스트림으로부터 획득하는 단계; 및
    상기 유효계수의 상기 유효계수플래그를 이용하여 상기 유효계수를 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 x 인덱스는, 상기 변환블록의 최좌상측 계수의 위치로부터 가로축 방향에 따라 x번째(x는 0 이상의 정수) 좌표를 나타내고,
    상기 y 인덱스는, 상기 변환블록의 최좌상측 계수의 위치로부터 세로축 방향에 따라 y번째(y는 0 이상의 정수) 좌표를 나타내는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 x 인덱스 및 y 인덱스를 획득하는 단계는,
    상기 비트스트림에 대해 복호화를 수행하여 상기 x 인덱스를 획득하는 단계; 및
    상기 비트스트림에 대해 복호화를 수행하여 상기 y 인덱스를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유효 계수는 상기 변환 블록의 상기 변환 계수들 중 레벨이 0이 아닌 계수이고,
    상기 x 좌표 및 상기 y 좌표의 기준점은 상기 변환 블록의 좌측 상단 지점인 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  5. 변환 블록을 역변환하기 위한 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 영상을 복수의 최대 부호화 단위들로 분할하고, 상기 최대 부호화 단위들 중 하나의 최대 부호화 단위를 적어도 하나의 부호화 단위로 계층적으로 분할하고, 상기 적어도 하나의 부호화 단위 중 하나의 부호화 단위로부터 분할된 변환 블록을 획득하고,
    상기 변환 블록 내의 변환 계수들 중 최종유효계수의 x좌표를 나타내는 x 인덱스 및 상기 최종유효계수의 y좌표를 나타내는 y 인덱스를 비트스트림으로부터 획득하고,
    상기 x 인덱스 및 상기 y 인덱스를 근거로 상기 최종유효계수의 스캔 인덱스를 결정하고,
    상기 최종유효계수의 레벨 정보를 획득하고,
    상기 최종유효계수의 레벨 정보를 이용하여 상기 최종유효계수를 복원하고,
    상기 최종유효계수의 스캔 인덱스를 근거로, 상기 변환 계수들 중 상기 최종유효계수를 제외한 유효계수의 상기 변환 블록 내 위치를 지시하는 유효계수플래그를 상기 비트스트림으로부터 획득하고, 상기 유효계수의 상기 유효계수플래그를 이용하여 상기 유효계수를 복호화하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
KR1020190062059A 2010-07-09 2019-05-27 변환 계수의 엔트로피 부호화/복호화 방법 및 장치 KR102118694B1 (ko)

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