KR20200132753A - 영상 부호화 및 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상의 부호화 및 복호화에 관한 것으로서, 각 픽처을 독립적으로 디스플레이 가능한 서브픽처들로의 분할하고 각 서브픽처들을 부호화 및 복호화하는 방법에 관한 것이다.

Description

영상 부호화 및 복호화 방법 및 장치{Method and Apparatus for Encoding and Decoding Video}
본 발명은 영상의 부호화 및 복호화에 관한 것으로서, 각 픽처의 독립적으로 디스플레이 가능한 서브픽처들로의 분할 및 각 서브픽처들의 부호화 및 복호화에 대한 것이다.
비디오 데이터는 음성 데이터나 정지 영상 데이터 등에 비하여 많은 데이터량을 가지기 때문에, 압축을 위한 처리 없이 그 자체를 저장하거나 전송하기 위해서는 메모리를 포함하여 많은 하드웨어 자원을 필요로 한다.
따라서, 통상적으로 비디오 데이터를 저장하거나 전송할 때에는 부호화기를 사용하여 비디오 데이터를 압축하여 저장하거나 전송하며, 복호화기에서는 압축된 비디오 데이터를 수신하여 압축을 해제하고 재생한다. 이러한 비디오 압축 기술로는 H.264/AVC를 비롯하여, H.264/AVC에 비해 약 40% 정도의 부호화 효율을 향상시킨 HEVC(High Efficiency Video Coding)가 존재한다.
그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임율이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 부호화해야 하는 데이터량도 증가하고 있으므로 기존의 압축 기술보다 더 부호화 효율이 좋고 화질 개선 효과도 높은 새로운 압축 기술이 요구된다.
또한, 360 영상과 같은 다양한 어플리케이션의 출현으로 인해, 복호화된 픽처 전체 영역을 디스플레이하는 것뿐만 아니라 픽처의 일부 영역만을 디스플레이하는 기술이 요구되고 있다.
본 개시는, 각 픽처를 서로 독립적으로 디스플레이 가능한 서브픽처들로 분할할 수 있는 기법 및 각 서브픽처들의 부호화 및 복호화 기법을 제시하고자 한다.
본 개시의 일 측면은, 복수의 코딩트리블록(coding tree block)을 포함하는 복수의 서브픽처들로 분할된 픽처들의 시퀀스(sequence)가 부호화된 비트스트림을 복호화하는 영상 복호화 방법을 제공한다. 상기 방법은, 상기 시퀀스에 포함된 픽처로부터 분할된 상기 서브픽처들의 레이아웃(layout) 정보를 상기 비트스트림으로부터 복호화하는 단계; 상기 레이아웃 정보에 의해 식별되는 서브픽처들 중 어느 한 서브픽처 내에서 복호화하고자 하는 코딩트리블록을 트리 구조로 분할하여 대상 블록을 결정하는 단계; 상기 비트스트림으로부터 상기 대상 블록을 예측하기 위한 예측정보 및 상기 대상 블록의 잔차 신호들에 대한 정보를 복호화하는 단계; 상기 예측정보에 근거하여 상기 대상 블록 내의 픽셀들을 예측함으로써 예측 블록을 생성하는 단계; 상기 잔차 신호에 대한 정보를 이용하여 상기 대상 블록에 대한 잔차 블록을 생성하는 단계; 및 상기 예측 블록과 상기 잔차 블록을 가산하여 상기 대상 블록을 복원하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 측면은, 복수의 코딩트리블록(coding tree block)을 포함하는 복수의 서브픽처들로 분할된 픽처들의 시퀀스(sequence)가 부호화된 비트스트림을 복호화하는 영상 복호화 장치를 제공한다. 상기 장치는, 상기 시퀀스에 포함된 픽처로부터 분할된 상기 서브픽처들의 레이아웃(layout) 정보를 상기 비트스트림으로부터 복호화하고, 상기 레이아웃 정보에 의해 식별되는 서브픽처들 중 어느 한 서브픽처 내에서 복호화하고자 하는 코딩트리블록을 트리 구조로 분할하여 대상 블록을 결정하며, 상기 비트스트림으로부터 상기 대상 블록을 예측하기 위한 예측정보 및 상기 대상 블록의 잔차 신호들에 대한 정보를 복호화하는 복호화부; 상기 예측정보에 근거하여 상기 대상 블록 내의 픽셀들을 예측함으로써 예측 블록을 생성하는 예측부; 상기 잔차 신호에 대한 정보를 이용하여 상기 대상 블록에 대한 잔차 블록을 생성하는 잔차 복원부; 및상기 예측 블록과 상기 잔차 블록을 가산하여 상기 대상 블록을 복원하는 가산기를 포함한다.
여기서, 상기 픽처를 구성하는 상기 서브픽처들은 서로 독립적으로 디스플레이가 가능한 단위들이다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 복수의 인트라 예측 모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 5는 비트스트림의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 6은 제3 파라미터 셋을 포함하는 NAL 유닛의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 7은 각 픽처들을 구성하는 서브픽처들의 레이아웃을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 각 픽처들을 구성하는 서브픽처들의 레이아웃을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 서로 중첩되는 서브픽처들을 처리하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 식별 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 1을 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 부호화 장치는 블록 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 재정렬부(150), 엔트로피 부호화부(155), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 루프 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
영상 부호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
하나의 영상(비디오)는 복수의 픽처들로 구성된다. 각 픽처들은 복수의 영역으로 분할되고 각 영역마다 부호화가 수행된다. 예를 들어, 하나의 픽처는 하나 이상의 타일(Tile) 또는/및 슬라이스(Slice)로 분할된다. 여기서, 하나 이상의 타일을 타일 그룹(Tile Group)으로 정의할 수 있다. 각 타일 또는/슬라이스는 하나 이상의 CTU(Coding Tree Unit)로 분할된다. 그리고 각 CTU는 트리 구조에 의해 하나 이상의 CU(Coding Unit)들로 분할된다. 각 CU에 적용되는 정보들은 CU의 신택스로서 부호화되고, 하나의 CTU에 포함된 CU들에 공통적으로 적용되는 정보는 CTU의 신택스로서 부호화된다. 또한, 하나의 슬라이스 내의 모든 블록들에 공통적으로 적용되는 정보는 슬라이스 헤더의 신택스로서 부호화되며, 하나 이상의 픽처들을 구성하는 모든 블록들에 적용되는 정보는 픽처 파라미터 셋(PPS, Picture Parameter Set) 혹은 픽처 헤더에 부호화된다. 나아가, 복수의 픽처로 구성된 시퀀스에 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 또한, 하나의 타일 또는 타일 그룹에 공통으로 적용되는 정보는 타일 또는 타일 그룹 헤더의 신택스로서 부호화될 수도 있다.
블록 분할부(110)는 CTU(Coding Tree Unit)의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
블록 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 CTU(Coding Tree Unit)들로 분할한 이후에, 트리 구조(tree structure)를 이용하여 CTU를 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다.
트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT), 또는 상위 노드가 1:2:1 비율로 세 개의 하위 노드로 분할되는 터너리트리(TernaryTree, TT), 또는 이러한 QT 구조, BT 구조 및 TT 구조 중 둘 이상을 혼용한 구조일 수 있다. 예컨대, QTBT(QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있고, 또는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 여기서, BTTT를 합쳐서 MTT(Multiple-Type Tree)라 지칭될 수 있다.
도 2는 QTBTTT 분할 트리 구조를 보인다. 도 2에서 보는 바와 같이, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달할 때까지 반복될 수 있다. QT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. QT의 리프 노드가 BT에서 허용되는 루트 노드의 최대 블록 크기(MaxBTSize)보다 크지 않은 경우, BT 구조 또는 TT 구조 중 어느 하나 이상으로 더 분할될 수 있다. BT 구조 및/또는 TT 구조에서는 복수의 분할 방향이 존재할 수 있다. 예컨대, 해당 노드의 블록이 가로로 분할되는 방향과 세로로 분할되는 방향 두 가지가 존재할 수 있다. 도 2와 같이, MTT 분할이 시작되면, 노드들이 분할되었는지 여부를 지시하는 제2 플래그(mtt_split_flag)와, 분할이 되었다면 추가적으로 분할 방향(vertical 혹은 horizontal)을 나타내는 플래그 및/또는 분할 타입(Binary 혹은 Ternary)을 나타내는 플래그가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. 대안적으로, 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)를 부호화하기에 앞서, 그 노드가 분할되는지 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)가 부호화될 수도 있다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할되지 않았음을 지시하는 경우, 해당 노드의 블록이 분할 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 되어 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할됨을 지시하는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 방식으로 제1 플래그부터 부호화를 시작한다.
트리 구조의 다른 예시로서 QTBT가 사용되는 경우, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. BT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 블록으로 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할되는 타입을 지시하는 분할 타입 정보가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 한편, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태에는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태가 포함될 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태가 포함될 수도 있다.
CU는 CTU로부터의 QTBT 또는 QTBTTT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBTTT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다. QTBTTT 분할의 채용에 따라, 현재블록의 모양은 정사각형뿐만 아니라 직사각형일 수도 있다.
예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다.
인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재한다. 예컨대, 도 3a에서 보는 바와 같이, 복수의 인트라 예측모드는 planar 모드와 DC 모드를 포함하는 2개의 비방향성 모드와 65개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.
인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측모드들에 대한 레이트 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 레이트 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 레이트 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다.
인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측모드 중에서 하나의 인트라 예측모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측모드에 따라 결정되는 주변 픽셀(참조 픽셀)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측모드에 대한 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 통해 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 인터 예측부(124)는 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(motion vector)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 모션 벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 인터 예측부(124)는, 예측의 정확성을 높이기 위해, 참조 픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 픽셀 사이의 서브 픽셀들은 그 두 정수 픽셀을 포함한 연속된 복수의 정수 픽셀들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조 픽처에 대해서 현재 블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임 벡터는 정수 픽셀 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)은 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다.
감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.
변환부(140)는 잔차블록을 하나 이상의 서브블록들로 나누고, 변환을 하나 이상의 서브블록들에 적용하여, 변환블록들의 잔차 값들을 픽셀 도메인에서 주파수 도메인으로 변환한다. 주파수 도메인에서, 변환된 블록들은 하나 이상의 변환 계수 값들을 포함하는 계수블록(coefficient block)들 또는 변환블록(transform block)이라고 지칭된다. 변환에는 2차원 변환 커널이 사용될 수 있으며, 수평 방향 변환과 수직 방향 방향에 각각 1차원 변환 커널이 사용될 수도 있다. 변환 커널은 이산 코사인 변환(DCT), 이산 사인 변환(DST) 등에 기반할 수 있다.
변환부(140)는 잔차블록의 전체 크기를 변환 단위로 사용하여 잔차블록 내의 잔차 신호들을 변환할 수 있다. 또는, 잔차블록을 복수 개의 서브블록으로 분할하고 그 서브블록을 변환 단위로 사용하여 서브블록 내의 잔차 신호들을 변환할 수도 있다.
한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 매트릭스가 사용될 수 있다. 예컨대, 가로 방향 변환과 세로 방향 변환을 위한 변환 함수의 쌍을 MTS(Multiple Transform Set)로 정의할 수 있다. 변환부(140)는 MTS 중 변환 효율이 가장 좋은 하나의 변환 함수 쌍을 선택하고 가로 및 세로 방향으로 각각 잔차블록을 변환할 수 있다. MTS 중에서 선택된 변환 함수 쌍에 대한 정보(mts_idx)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화 파라미터를 이용하여 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화부(155)로 출력한다. 양자화부(145)는, 어떤 블록 혹은 프레임에 대해, 변환 없이, 관련된 잔차 블록을 곧바로 양자화할 수도 있다. 양자화부(145)는 변환블록 내의 변환 계수들의 위치에 따라 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 2차원으로 배열된 양자화된 변환 계수들에 적용되는 양자화 계수들의 행렬은 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다. 재정렬부(150)는 계수 스캐닝(coefficient scanning)을 통해 2차원의 계수 어레이를 1차원의 계수 시퀀스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(150)에서는 지그-재그 스캔(zig-zag scan) 또는 대각선 스캔(diagonal scan)을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원의 계수 시퀀스를 출력할 수 있다. 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 계수 어레이를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔, 대각선 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중에서 사용될 스캔 방법이 결정될 수도 있다.
엔트로피 부호화부(155)는, CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code), 지수 골롬(Exponential Golomb) 등의 다양한 부호화 방식을 사용하여, 재정렬부(150)로부터 출력된 1차원의 양자화된 변환 계수들의 시퀀스를 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다.
또한, 엔트로피 부호화부(155)는 블록 분할과 관련된 CTU size, CU 분할 플래그, QT 분할 플래그, MTT 분할 타입, MTT 분할 방향 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보(즉, 인트라 예측모드에 대한 정보) 또는 인터 예측정보(참조픽처 및 움직임벡터에 대한 정보)를 부호화한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 양자화와 관련된 정보, 즉, 양자화 파라미터에 대한 정보 및 양자화 행렬에 대한 정보를 부호화한다.
역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.
가산부(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀로서 사용된다.
루프(loop) 필터부(180)는 블록 기반의 예측 및 변환/양자화로 인해 발생하는 블록킹 아티팩트(blocking artifacts), 링잉 아티팩트(ringing artifacts), 블러링 아티팩트(blurring artifacts) 등을 줄이기 위해 복원된 픽셀들에 대한 필터링을 수행한다. 루프 필터부(180)는 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
디블록킹 필터(182)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 필터링하고, SAO 필터(184)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터로서, 각 복원된 픽셀들에 그에 대응하는 오프셋에 가산되는 방식으로 수행된다. ALF(186)는 필터링을 수행할 대상 픽셀 및 그 대상 픽셀의 주변픽셀들에 필터 계수들을 적용하여 대상 픽셀에 대한 필터링을 수행한다. ALF(186)는 영상에 포함된 픽셀을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
루프 필터부(180)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(190)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조 픽처로 사용될 수 있다.
도 4는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 기능 블록도이다. 이하에서는 도 4를 참조하여 영상 복호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(410), 재정렬부(415), 역양자화부(420), 역변환부(430), 예측부(440), 가산기(450), 루프 필터부(460) 및 메모리(470)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
엔트로피 복호화부(410)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보와 잔차신호에 대한 정보 등을 추출한다.
엔트로피 복호화부(410)는 SPS(Sequence Parameter Set) 또는 PPS(Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고, CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할정보를 추출함으로써 트리 구조를 이용하여 CTU를 분할한다.
예컨대, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 MTT의 분할과 관련된 제2 플래그(MTT_split_flag) 및 분할 방향(vertical / horizontal) 및/또는 분할 타입(binary / ternary) 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 MTT 구조로 분할한다. 이를 통해 QT의 리프 노드 이하의 각 노드들을 BT 또는 TT 구조로 반복적으로(recursively) 분할한다.
또 다른 예로서, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 CU의 분할 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)를 추출하고, 해당 블록이 분할된 경우, 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출할 수도 있다. 분할 과정에서 각 노드는 0번 이상의 반복적인 QT 분할 후에 0번 이상의 반복적인 MTT 분할이 발생할 수 있다. 예컨대, CTU는 바로 MTT 분할이 발생하거나, 반대로 다수 번의 QT 분할만 발생할 수도 있다.
다른 예로서, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT로 더 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할 방향 정보를 추출한다.
한편, 엔트로피 복호화부(410)는 트리 구조의 분할을 통해 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. 예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(410)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 엘리먼트를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(410)는 인터 예측정보에 대한 신택스 엘리먼트, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.
또한, 엔트로피 복호화부(410)는 양자화와 관련된 정보, 및 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.
재정렬부(415)는, 영상 부호화 장치에 의해 수행된 계수 스캐닝 순서의 역순으로, 엔트로피 복호화부(410)에서 엔트로피 복호화된 1차원의 양자화된 변환계수들의 시퀀스를 다시 2차원의 계수 어레이(즉, 블록)로 변경할 수 있다.
역양자화부(420)는 양자화 파라미터를 이용하여 양자화된 변환계수들을 역양자화한다. 역양자화부(420)는 2차원으로 배열된 양자화된 변환계수들에 대해 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 역양자화부(420)는 영상 부호화 장치로부터 양자화 계수(스케일링 값)들의 행렬을 양자화된 변환계수들의 2차원 어레이에 적용하여 역양자화를 수행할 수 있다.
역변환부(430)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 복원된 잔차블록을 생성한다. 또한, MTS가 적용된 경우, 역변환부(430)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 MTS 정보(mts_idx)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 각각 적용할 변환 함수 또는 변환 매트릭스를 결정하고, 결정된 변환 함수를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 변환블록 내의 변환계수들에 대해 역변환을 수행한다.
예측부(440)는 인트라 예측부(442) 및 인터 예측부(444)를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(442)는 현재블록의 예측 타입이 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(444)는 현재블록의 예측 타입이 인터 예측일 때 활성화된다.
인트라 예측부(442)는 엔트로피 복호화부(410)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 엘리먼트로부터 복수의 인트라 예측모드 중 현재블록의 인트라 예측모드를 결정하고, 인트라 예측모드에 따라 현재블록 주변의 참조 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다.
인터 예측부(444)는 엔트로피 복호화부(410)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 엘리먼트를 이용하여 현재블록의 움직임벡터와 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정하고, 움직임벡터와 참조픽처를 이용하여 현재블록을 예측한다.
가산기(450)는 역변환부로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부 또는 인트라 예측부로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀로서 활용된다.
루프 필터부(460)는 디블록킹 필터(462), SAO 필터(464) 및 ALF(466) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디블록킹 필터(462)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)를 제거하기 위해, 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링한다. SAO 필터(464)는 손실 부호화(lossy coding)으로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 그에 대응하는 오프셋에 가산되는 방식으로 필터링을 수행한다. ALF(466)는 필터링을 수행할 대상 픽셀 및 그 대상 픽셀의 주변픽셀들에 필터 계수들을 적용하여 대상 픽셀에 대한 필터링을 수행한다. ALF(466)는 영상에 포함된 픽셀을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호화한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다.
루프 필터부(460)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(470)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조 픽처로 사용된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 영상 부호화 장치는 비디오에 대한 부호화 데이터를 포함하는 비트스트림을 전송하고, 영상 복호화 장치는 비트스트림을 복호화하여 비디오를 구성하는 각 픽처들을 복원한다.
본 개시의 일 측면으로서, 비트스트림은 다수 개의 전송 유닛, 즉, NAL(network abstraction layer) 유닛들로 구성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, NAL 유닛은 NAL 유닛 헤더와 해당 NAL 유닛을 통해 전송되는 데이터로 구성될 수 있다. NAL 유닛의 크기를 byte 단위로 맞추기 위하여 NAL 유닛을 구성하는 데이터의 뒷부분에 비트가 추가될 수 있다. NAL 유닛 헤더는 해당 NAL 유닛을 통해 전송되는 데이터의 타입을 지시하기 위한 NAL 유닛 타입, NAL 유닛의 시간적 계층(temporal layer) 아이디 등을 포함한다.
데이터 필드에 포함되는 데이터의 타입에 따라 NAL 유닛은 VCL(video coding layer) 타입의 NAL 유닛과 non-VCL 타입의 NAL 유닛으로 분류될 수 있다. VCL(video coding layer) 타입의 NAL 유닛은 데이터 필드에 부호화된 픽셀 그룹의 이미지 데이터를 포함하는 NAL 유닛으로서, 통상적으로 부호화된 슬라이스(coded slice)에 대한 데이터가 포함된다. 이는 이미지 데이터들이 전송되는 단위가 슬라이스임을 의미한다. non-VCL 타입의 NAL 유닛은 데이터 필드에 픽셀 그룹의 데이터의 복호화 등을 위해 필요한 파라미터들을 포함한다. 시퀀스 레벨에서 공유되는 파라미터들을 포함하는 SPS(이하, "제1 파라미터 셋"으로 칭함), 또는 하나 이상의 픽처 레벨에서 공유되는 파라미터들을 포함하는 PPS(이하, "제2 파라미터 셋"으로 칭함) 등과 같이 하이 레벨(hige level)의 신택스들을 포함하는 NAL 유닛들이 non-VCL 타입의 NAL 유닛에 해당한다. 전송되는 NAL 유닛이 제1 파라미터 셋과 관련되는지, 제2 파라미터 셋과 관련되는지, 또는 부호화된 슬라이스와 관련되는지 등은 NAL 유닛 헤더에 포함된 NAL 유닛 타입을 의해 지시된다.
추가로, 픽처 또는 픽처보다 작은 픽셀 그룹, 예컨대, 하나 이상의 슬라이스에 공통적으로 적용되는 파라미터들을 포함하는 제3 파라미터 셋이 전송되는 NAL 유닛이 추가로 더 정의될 수 있다. 본 개시에서, 하나의 시퀀스를 표현하는 비트스트림은 제3 파라미터 셋들을 전송하는 하나 이상의 NAL 유닛들을 포함한다.
도 6은 제3 파라미터 셋을 포함하는 NAL 유닛의 구조를 나타내는 예시도이다.
제3 파라미터 셋은 NAL 유닛의 데이터 필드에 포함된다. 제3 파라미터 셋은 자신의 아이디 정보 및 파라미터 타입 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 또한, 파라미터 타입 정보에 대응하는 파라미터들을 포함한다.
각각의 제3 파라미터 셋은 자신이 전송하는 파라미터들이 어떠한 코딩 툴과 관련되는지에 따라 복수의 파라미터 타입 중 어느 하나와 관련된다. 도 6의 (A)에서 보는 바와 같이, 파라미터 타입을 나타내는 정보는 제3 파라미터 셋에 포함될 수 있다. 도 6의 (A)의 구조에서의 NAL 유닛 타입은 특정 인덱스 값을 통해 해당 NAL 유닛이 제3 파라미터 셋과 관련되는지 여부를 나타낼 수 있다. 제3 파라미터 셋에 포함된 파라미터들의 타입은 제3 파라미터 셋에 포함된 파라미터 타입 정보에 의해 식별된다. 대안적으로, 도 6의 (B)에서 보는 바와 같이, 파라미터 타입은 NAL 유닛 헤더에 포함된 NAL 유닛 타입에 의해 지시될 수도 있다. 이 경우, 제3 파라미터 셋에 포함되는 파라미터의 타입에 따라 NAL 유닛 타입들이 더 세분화된다. 예컨대, 도 6의 (B)의 구조에서는, 제3 파라미터 셋을 통해 전송되는 파라미터의 타입에 따라 NAL 유닛 타입은 서로 다른 인덱스 값을 가질 수 있다. NAL 유닛 타입의 값에 따라 해당 NAL 유닛에 포함된 데이터가 제3 파라미터 셋인지 여부 및 제3 파라미터 셋의 파라미터 타입이 식별된다. 또 다른 예시로서, 도 6의 (C)에서 보는 바와 같이, NAL 유닛의 데이터 필드에는 아이디 정보 없이 파라미터 타입 정보만이 포함될 수도 있다. 이 경우, 제3 파라미터 셋의 아이디는 부호화 또는 복호화 순서에 따라 부여된다. 파라미터 타입 별로 아이디 값이 순서대로 부여될 수도 있고, 또는 파라미터 타입과 무관하게 복호화 순서에 따라 아이디 값이 순서대로 부여될 수도 있다.
제3파리미터 셋의 파라미터 타입은, 예컨대, 루프 필터링 타입, 스케일링 리스트 타입, 예측정보 타입 등을 포함할 수 있다. 파라미터 타입 정보가 루프 필터링 타입인 경우, 제3 파라미터 셋은 루프 필터링에 사용되는 필터 계수들의 하나 이상의 셋(set)에 대한 정보를 포함한다. 여기서 각 셋에 속하는 필터 계수들은 필터 계수의 절대값(absolute value)과 필터 계수의 부호(sign)로 표현될 수 있다. 파라미터 타입 정보가 스케일링 리스트 타입인 경우, 제3 파라미터 셋은 각 변환 계수들의 양자화에 사용된 스케일링 값들, 즉, 양자화 행렬의 계수들을 포함한다. 또한, 파라미터 타입 정보가 예측정보 타입인 경우, 제3 파라미터 셋은 특정 예측모드에서 예측신호를 생성할 때 사용되는 필터 계수들의 셋을 포함한다.
영상 복호화 장치는 제3 파라미터 셋과 관련된 NAL 유닛들을 복호화하고, 제3 파라미터 셋들을 메모리에 저장한다. NAL 유닛들의 복호화에 따라 제3 파라미터 셋에 대한 아이디와 파라미터 타입이 결정된다. 파라미터 타입별로 m(m은 1이상의 정수)개씩 메모리에 저장될 수 있고, m은 파라미터 타입에 따라 다를 수 있다. 영상 복호화 장치는, 메모리에 이미 m개의 파라미터 셋이 저장된 경우, 기존에 존재하던 파라미터 셋을 삭제하고 새로이 복호화된 제3 파라미터 셋을 저장한다. 예컨대, 새로이 복호화된 제3 파라미터 셋과 아이디 및 파라미터 타입이 동일한 파리미터 셋을 메모리에서 삭제할 수 있다. 또는 가장 오래 전에 저장된 제3 파라미터 셋이 삭제될 수도 있다. 또는, 비트스트림으로부터 삭제할 제3 파라미터 셋에 대한 아이디 및 파라미터 타입 정보를 추출하여 추출된 정보에 대응하는 제3 파라미터 셋을 메모리로부터 삭제할 수도 있다.
360 영상과 같은 다양한 어플리케이션의 출현으로 인해, 복호화된 픽처 전체 영역을 디스플레이하는 것뿐만 아니라 픽처의 일부 영역만을 디스플레이하는 기술이 요구되고 있다. 이러한 기술적 요구를 지원하기 위해, 본 개시의 다른 측면은 픽처들을 복수의 서브픽처들로 분할하고 각 서브픽처들을 부호화 및 복호화하는 방법을 개시한다. 본 개시는 각 픽처들을 구성하는 서브픽처들에 대한 독립적인 부호화 또는 독립적인 전송이 가능하도록 한다. 또한, 전체 비트스트림으로부터 서브픽처들 각각에 대응하는 데이터의 독립적인 추출 또는 복호화가 가능하도록 한다. 나아가, 픽처로부터 분할된 각 서브픽처들이 서로 독립적으로 디스플레이 가능하도록 한다.
도 7은 각 픽처들을 구성하는 서브픽처들의 레이아웃을 설명하기 위한 예시도이다.
픽처로부터 분할된 서브픽처들의 레이아웃(layout)을 표현하기 위해, 코딩유닛(CU)들의 그룹이 정의될 수 있다. 코딩유닛 그룹은 CTU, 슬라이스, 타일, 또는 기정의된 크기의 그리드(grid) 등일 수 있다. 코딩유닛 그룹은 서브픽처를 구성하는 기본 단위인 제1 코딩유닛 그룹과 복수 개의 제1 코딩유닛 그룹으로 구성된 제2 코딩유닛 그룹으로 분류될 수 있다. 예컨대, 제1 코딩유닛 그룹은 CTU일 수 있고, 제2 코딩유닛 그룹은 전송 단위에 해당하는 슬라이스일 수도 있다. 서브픽처는 하나 이상의 제2 코딩유닛 그룹으로 구성될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 제1 코딩유닛 그룹을 CTU로 제2 코딩유닛 그룹을 슬라이스로 가정하여 설명하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않음은 자명하다. 예컨대, 제1 코딩유닛 그룹은 기정의된 크기의 그리드일 수도 있고 제2 코딩유닛 그룹은 슬라이스 또는 타일일 수도 있다.
레이아웃 정보는 픽처 내 서브픽처들의 개수, 각 서브픽처의 아이디, 및 픽처 내의 각 서브픽처들의 위치 및 크기로 표현된다. 여기서, 각 서브픽처들의 위치 및 크기는 각 서브픽처를 구성하는 CTU들을 식별할 수 있는 정보로 표현될 수 있다.
각 서브픽처를 구성하는 CTU들은 래스터 스캔 순서(raster scan order)로 서브픽처를 구성하는 처음 CTU와 마지막 CTU에 의해 식별될 수 있다. 직사각형 형태의 서브픽처에 대해, 래스터 스캔 순서(raster scan order)로 처음 CTU와 마지막 CTU는 각 서브픽처 내의 좌상단에 위치한 CTU 및 우하단에 위치한 CTU를 의미한다. 따라서, 서브픽처를 구성하는 CTU들을 식별하기 위한 정보는 좌상단 CTU의 위치를 식별하기 위한 식별정보(예컨대, 좌상단 CTU의 좌표 정보)와 우하단에 위치한 CTU를 식별하기 위한 식별정보(예컨대, 우하단 CTU의 좌표 정보)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 서브픽처를 구성하는 CTU들을 식별하기 위한 정보는 좌상단 CTU의 위치를 식별하기 위한 식별 정보, 서브픽처의 가로 방향으로의 CTU의 개수 및 세로 방향으로서의 CTU의 개수에 의해 표현될 수도 있다.
도 8은 각 픽처들을 구성하는 서브픽처들의 레이아웃을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.
도 8의 예시에서, 서브픽처를 구성하는 기본 단위인 제1 코딩유닛 그룹은 다수 개의 픽셀들을 그룹핑한 그리드이다. 서브픽쳐는 그리드를 그루핑한 것일 수 있다.
서브픽처들의 레이아웃 정보는 그리드에 의해 표현될 수 있다. 픽처 내 서브픽처들의 레이아웃 정보로서, 먼저 그리드의 크기가 정의된다. 그리드의 크기는 그리드의 가로 및 세로의 길이, 또는 픽처의 가로 및 세로 방향으로의 그리드의 개수에 의해 정의될 수 있다.
서브픽처들의 레이아웃 정보는 픽처 내 서브픽처들의 개수, 각 서브픽처의 아이디, 각 서브픽처를 구성하는 그리드를 식별하기 위한 식별정보를 포함한다. 예컨대, 식별정보는 서브픽처 내에서 래스터 스캔 순서로 첫 번째 그리드의 식별정보 및 마지막 그리드의 식별정보를 포함한다. 직사각형 형태의 서브픽처에서, 첫 번째 그리드는 서브픽처 내의 좌상단 그리드에 해당하고, 마지막 그리드는 서브픽처 내의 우하단 그리드에 해당한다. 따라서, 식별정보는 서브픽처 내의 좌상단 그리드의 식별정보와 우하단 그리드의 식별정보를 포함한다. 대안적으로, 식별정보는 서브픽처 내의 좌상단 그리드의 식별정보 및, 가로 방향 및 세로 방향으로의 그리드의 개수 정보를 포함할 수도 있다. 하나의 구현 예로서, 식별정보는 그리드의 위치일 수 있다. 다른 구현 예에서, 식별정보는 그리드의 아이디 또는 주소로 표현될 수도 있다. 여기서, 픽처 내 그리드들에 대한 아이디 또는 주소는 특정의 스캔 순서, 예컨대, 레스터 스캔 순서에 따라서 0부터 시작하여 오름차순으로 부여될 수 있다.
영상 부호화 장치는 각 픽처들을 서브픽처들로 분할하기 위한 분할 정보, 즉, 레이아웃 정보를 부호화한다. 레이아웃 정보는 전술한 제1 파라미터 셋이나 또는 제2 파라미터 셋에 포함될 수 있다. 영상 복호화 장치는 제1 파라미터 셋 또는 제2 파라미터 셋에 포함된 레이아웃 정보를 추출하여 각 픽처들을 구성하는 서브픽처들을 식별한다.
영상 부호화 장치는 전송 단위인 슬라이스마다 서브픽처 아이디를 부호화한다. 영상 복호화 장치는 슬라이스 단위로 서브픽처 아이디를 추출함으로써, 해당 슬라이스가 어떤 서브픽처에 포함되는지를 확인할 수 있다. 그리고, 서브픽처를 구성하는 하나 이상의 슬라이스들 내의 블록들을 전술한 복호화 과정을 통해 복호화함으로써 각 서브픽처들을 복원한다.
서브픽처들은 독립적인 전송 및 부호화/복호화가 가능해야 하며 또한 서로 독립적으로 디스플레이 가능해야 한다. 따라서, 본 개시의 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치는, 서브픽처의 부호화 또는 복호화 과정에서, 서브픽처 경계를 벗어나는 복원된 픽셀들에 대한 참조를 허용하지 않도록 하는 프로세스를 수행할 수 있다. 여기서, 서브픽처들의 경계는 레이아웃 정보에 의해 식별될 수 있다.
일 실시예로서, 영상 부호화 장치의 예측부(120)와 영상 복호화 장치의 예측부(440)는 현재블록의 예측정보(인터 예측정보 또는 인트라 예측정보)에 근거하여 기복원된 픽셀들로부터 현재블록 내의 픽셀을 예측한다. 예측부(120, 440)는 예측정보에 근거하여 결정되는 픽셀 위치가 현재 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 그 결정된 위치에 기복원된 픽셀이 존재하더라도, 그 결정된 위치의 기복원된 픽셀 대신 대체 픽셀을 이용하여 현재블록 내의 픽셀을 예측한다. 여기서, 대체 픽셀은 기정의된 고정된 픽셀 값을 가질 수 있고, 또는 현재 서브픽처 내부의 기정의된 위치의 픽셀, 예컨대, 현재 서브픽처 내에서 서브픽처의 경계에 접하는 픽셀일 수도 있다.
현재 서브픽처의 경계를 벗어나는 기복원된 픽셀 대신 대체 픽셀을 이용하는 프로세스는 다양한 예측 과정에 수반될 수 있다. 예컨대, 현재블록의 인트라 예측을 위해 이용되는 현재블록 주변의 기복원된 참조 픽셀들이 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 그 참조 픽셀들은 기정의된 고정된 픽셀 값으로 대체될 수 있다. 다른 예시로서, 인터 예측에서 서브 픽셀들을 보간하기 위해 사용되는 정수 픽셀들 중 적어도 일부가 현재 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 현재 서브픽처의 경계를 벗어나는 정수 픽셀들 대신 그 경계에 인접하는 서브픽처 내의 정수 픽셀들이 사용될 수 있다.
다른 실시예로서, 영상 부호화 장치의 루프 필터부(180)와 영상 복호화 장치의 루프 필터부(460)는 복원된 현재블록 내에서 필터링하고자 하는 대상 픽셀 및 그 대상 픽셀의 주변 픽셀들에 필터 계수들을 적용하여 대상 픽셀에 대한 루프 필터링(loop filtering)을 수행할 수 있다. 루프 필터부(180, 460)는, 주변 픽셀들 중 적어도 하나가 현재 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 현재 서브픽처의 경계를 벗어나는 주변 픽셀들 대신 대체 픽셀을 이용하여 대상 픽셀에 대한 루프 필터링을 수행한다. 대체 픽셀은 기정의된 고정된 픽셀 값을 가질 수 있고, 또는 현재 서브픽처 내부의 기정의된 위치의 픽셀, 예컨대, 현재 서브픽처 내에서 서브픽처의 경계에 접하는 픽셀일 수도 있다.
루프 필터링에 사용할 필터 계수들은 전술한 제3 파라미터 셋들로부터 결정될 수 있다. 영상 부호화 장치는 코딩유닛 그룹별로, 예컨대 슬라이스별로 루프 필터링 타입과 관련된 제3 파라미터 셋의 아이디 정보를 시그널링한다. 영상 복호화 장치는 코딩유닛 그룹의 헤더, 예컨대 슬라이스 헤더로부터 루프 필터링과 관련된 제3 파라미터 셋의 아이디 정보를 복호화하고, 메모리에 저장된 제3 파라미터 셋들 중에서 복호화된 아이디 정보에 대응하는 제3 파라미터 셋을 선택한다.
슬라이스 단위로 루프 필터링과 관련된 복수 개의 제3 파라미터 셋의 아이디 정보가 시그널링될 수도 있다. 이를 위해, 슬라이스에 포함되는 제3 파라미터 셋의 아이디의 개수에 대한 정보가 먼저 시그널링되고, 그 개수만큼의 제3 파라미터 셋의 아이디 정보가 시그널링된다. 시그널링되는 아이디 정보의 개수는 필터링의 대상이 되는 픽셀들의 색상 성분(color component)에 따라, 즉, 색상 성분이 루마(luma)인지 아니면 크로마(chroma)인지 여부에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 루마 성분의 경우에는 아이디 정보의 개수가 먼저 시그널링되고 그 개수만큼의 제3 파라미터 셋의 아이디 정보가 시그널링된다. 반면, 크로마 성분의 경우에는, 항상 루프 필터링 타입의 하나의 제3 파라미터 셋이 사용될 수 있다. 따라서, 아이디 정보의 개수에 대한 정보의 시그널링 없이 하나의 아이디 정보만 시그널링될 수 있다.
슬라이스 내 블록들에 적용할 필터 계수는 해당 슬라이스 단위로 선택된 제3 파라미터 셋들을 이용하여 CTU 단위로 결정될 수 있다. 하나의 CTU 내에 포함된 모든 블록들은 동일한 필터 계수들을 공유한다.
전술한 것처럼 각 제3 파라미터 셋은 하나 이상의 필터 계수 셋들을 포함할 수 있다. 하나의 필터 계수 셋에는 복수의 필터 계수들이 포함된다. 필터 계수의 개수는 하나 픽셀을 필터링하기 위해 사용되는 픽셀들의 개수에 의존하여 결정된다. 예컨대, 하나의 픽셀을 필터링하기 위해 총 n개의 픽셀(필터링 대상 픽셀과 그 대상 픽셀 주변의 픽셀들)이 사용되는 경우, 하나의 필터 셋은 n의 픽셀들에 대응하는 n개의 필터 계수를 포함한다.
영상 부호화 장치는 CTU 단위로 해당 CTU를 루프 필터링하기 위한 필터 정보를 시그널링한다. 영상 복호화 장치는 시그널링된 필터 정보를 이용하여 CTU로 단위로 해당 CTU에 적용할 필터 계수 셋을 결정한다.
슬라이스 단위로 하나의 제3 파라미터 셋을 선택하는 일 실시예에서는, CTU 단위로 그 하나의 제3 파라미터 셋에 포함된 필터 계수 셋들 중에서 하나의 필터 계수 셋을 지시하는 필터 인덱스 정보가 시그널링될 수 있다.
슬라이스 단위로 복수 개의 제3 파라미터 셋이 결정되는 다른 실시예에서는, CTU 단위로 그 복수 개의 제3 파라미터 셋들 중 어느 파라미터 셋을 사용할지 여부를 나타내는 파라미터 아이디 정보가 시그널링될 수 있다. 또한, 파라미터 아이디 정보에 대응하는 제3 파라미터 셋에 포함된 필터 계수 셋들 중에서 하나의 필터 계수 셋을 지시하는 필터 인덱스 정보가 추가로 시그널링될 수 있다. 대안적으로, 파라미터 아이디 정보에 대응하는 제3 파라미터 셋에 포함된 필터 계수 셋들 중에서 어느 필터 계수 셋을 사용할지는, CTU 내에서 필터링하고자 하는 대상 픽셀의 특성에 근거하여 유도될 수도 있다. 예컨대, 그 대상 픽셀과 주변 픽셀들을 이용하여 그 대상 픽셀의 방향성(directionality)이나 액티비티(activity) 등과 같은 특성을 산출하고, 산출된 특성에 따라 각각의 대상 픽셀들에 대해 적용할 필터 계수 셋이 선택될 수 있다. 여기서, 대상 픽셀의 방향성이나 액티비티 등과 같은 픽셀의 특성은 그 대상 픽셀과 그 주변픽셀들, 예컨대, 대상 픽셀을 포함하는 일정 영역 내의 픽셀들을 이용한 그레디언트(gradient) 연산을 통해 산출될 수 있다. 이 대안적 실시예에서는, 파라미터 아이디 정보에 대응하는 제3 파라미터 셋에 포함된 필터 계수 셋들 중에서 어느 필터 계수 셋을 사용할지를 나타내는 필터 인덱스 정보에 대한 시그널링은 요구되지 않는다. 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치는 대상 필터의 특성을 산출하고 산출된 특성에 따라 필터 셋을 선택할 수 있다.
한편, 제3 파라미터 셋들에 포함된 필터 계수 셋 이외에 기정의된 복수의 필터 계수 셋들이 더 사용될 수도 있다. 여기서 기정의된 복수의 필터 계수 셋들은 복호화 순서에서 현재 CTU 바로 직전에 복호화된 하나 이상의 CTU들에 대해 결정된 필터 계수 셋들일 수도 있고, 또는 현재 CTU에 인접한 기정의된 위치의 주변 CTU들(예컨대, 현재 CTU의 상측 및/또는 좌측에 위치하는 CTU)에 대해 결정된 필터 계수 셋들일 수 있다. 또는, 기정의된 복수의 필터 계수 셋들은 모든 CTU들에 대해 고정적으로 미리 설정되어 있는 필터 계수 셋들일 수도 있다. 이하에서는 이전에 복호화된 CTU에서 사용된 미리 설정된 필터 계수 셋들을 '필터 셋 참조 리스트'로서 칭한다. 먼저, 현재 CTU에 대해 필터 셋 참조 리스트가 사용되는지 여부를 나타내는 정보가 시그널링된다.
필터 셋 참조 리스트가 사용되지 않는 경우, 현재 CTU에서 사용할 필터 계수 셋을 제3 파라미터 셋들 중 파라미터 아이디 정보와 필터 인덱스 정보 중 하나 이상이 시그널링될 수 있고, 영상 복호화 장치는 전술한 방법과 같이 시그널링된 정보를 이용하여 현재 CTU 또는 현재 CTU 내의 각 픽셀들에 적용할 필터 계수 셋을 유도할 수 있다.
필터 셋 참조 리스트가 사용되는 경우, 기설정된 필터 셋 참조 리스트에 포함된 필터 셋들 중에서 현재 CTU에 적용할 필터 셋이 선택된다. 그 선택은 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로 시그널링된 필터 인덱스 정보에 의해 수행될 수도 있고, 또는 전술한 바와 같이 현재 CTU 내 각 픽셀들의 특성을 산출하고 산출된 특성에 따라 각 픽셀마다 유도될 수도 있다.
전술한 바와 같은 복호화 과정을 통해 복원된 서브픽처들은 서로 독립적으로 디스플레이가 가능하다. 각각의 서브픽처들은 하나의 메모리의 서로 다른 저장공간에 저장되거나 또는 다수의 메모리에 개별적으로 저장될 수 있다.
다수개의 서브프레임이 동일한 메모리에 저장될 시, 서브픽처들은 서로 간 일정 공간을 두고 저장될 수 있다.
서브프레임 단위의 메모리 저장 구조는 픽처 또는 서브픽처 단위로 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있고, 또는 서브픽처의 인덱스, 좌표, 상호 간의 참조 관계 등에 의해 유도될 수도 있다. 하나의 예로서, 참조 관계에 있지 않은 다수개의 서브픽처들은 서로 다른 메모리에 저장될 수 있다. 다른 예로서, 동일한 위치 또는 동일한 크기 또는 동일한 서브픽처 인덱스 또는 동일한 메모리 인덱스를 갖는 다수 개의 서브픽처들은 동일한 메모리에 저장될 수 있다.
서로 다른 메모리에 저장되어 있는 다수 개의 복원된 서브픽처들은 디스플레이되기 이전에 동일한 메모리에 저장될 수 있다. 동일한 메모리에 불연속적으로 저장되어 있는 다수 개의 복원된 서브프레임이 디스플레이되기 이전에 연속적으로 저장될 수 있다.
한편, 도 9에서 보는 바와 같이, 각 픽처는, 서브픽처들 간에 중첩되는 영역이 존재하도록, 복수의 서브픽처들로 분할될 수 있다. 영상 복호화 장치는 중첩 영역을 구성하는 서로 다른 서브픽처 내의 픽셀들 중 어느 하나의 서브픽처의 픽셀을 선택하여 메모리에 저장하거나 또는 디스플레이할 수 있다. 어느 서브픽처 내의 픽셀을 선택할지는 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다. 대안적으로, 영상 복호화 장치는 중첩 영역을 구성하는 복수의 서브픽처들에 평균 또는 가중 평균과 같은 산술식을 적용하여 저장 또는 디스플레이할 중첩 영역 내의 픽셀값들을 유도할 수도 있다.
이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기능적 컴포넌트들은 그들의 구현 독립성을 특히 더 강조하기 위해 "...부(unit)" 로 라벨링되었음을 이해해야 한다.
한편, 본 개시에서 설명된 다양한 기능들 혹은 방법들은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 비일시적 기록매체에 저장된 명령어들로 구현될 수도 있다. 비일시적 기록매체는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독가능한 형태로 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 비일시적 기록매체는 EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 드라이브, 광학 드라이브, 자기 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 복수의 코딩트리블록(coding tree block)을 포함하는 복수의 서브픽처들로 분할된 픽처들의 시퀀스(sequence)가 부호화된 비트스트림을 복호화하는 영상 복호화 방법에 있어서,
    상기 시퀀스에 포함된 픽처로부터 분할된 상기 서브픽처들의 레이아웃(layout) 정보를 상기 비트스트림으로부터 복호화하는 단계;
    상기 레이아웃 정보에 의해 식별되는 서브픽처들 중 어느 한 서브픽처 내에서 복호화하고자 하는 코딩트리블록을 트리 구조로 분할하여 대상 블록을 결정하는 단계;
    상기 비트스트림으로부터 상기 대상 블록을 예측하기 위한 예측정보 및 상기 대상 블록의 잔차 신호들에 대한 정보를 복호화하는 단계;
    상기 예측정보에 근거하여 상기 대상 블록 내의 픽셀들을 예측함으로써 예측 블록을 생성하는 단계;
    상기 잔차 신호에 대한 정보를 이용하여 상기 대상 블록에 대한 잔차 블록을 생성하는 단계; 및
    상기 예측 블록과 상기 잔차 블록을 가산하여 상기 대상 블록을 복원하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 픽처 내의 상기 서브픽처들은 서로 독립적으로 디스플레이가 가능한 단위인 것을 특징을 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이아웃 정보는,
    상기 서브픽처들의 개수, 각 서브픽처 내 래스터 스캔 순서(raster scan order)로 첫 번째 코딩트리블록(coding tree block)의 위치를 식별하기 위한 식별정보, 및 상기 서브픽처의 크기에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 식별정보는 상기 각 서브픽처 내의 좌상단(top left)에 위치한 코딩트리블록의 위치를 식별하기 위한 정보인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 서브픽처의 크기에 대한 정보는 가로 방향으로의 코딩트리블록의 개수 및 세로 방향으로의 코딩트리블록의 개수를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 예측 블록을 생성하는 단계는,
    상기 예측정보에 근거하여 결정된 위치의 기복원된 픽셀이 상기 대상 블록이 위치하는 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 상기 기복원된 픽셀 대신 대체 픽셀을 이용하여 상기 대상 블록 내의 픽셀을 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복원된 대상 블록 내에서 필터링하고자 하는 대상 픽셀 및 그 대상 픽셀의 주변 픽셀들에 필터 계수들을 적용하여 상기 대상 픽셀에 대한 루프 필터링(loop filtering)을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 주변 픽셀들 중 적어도 하나가 상기 대상 블록이 위치하는 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 상기 적어도 하나의 주변 픽셀 대신 대체 픽셀을 이용하여 상기 대상 픽셀에 대한 루프 필터링을 수행하는 영상 복호화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비트스트림은 상기 시퀀스의 레벨에 공통적으로 적용되는 파라미터들을 전송하는 제1 파라미터 셋(parameter set), 및 상기 픽처들의 레벨에 공통적으로 적용되는 파라미터들을 전송하는 제2 파라미터 셋을 포함하고,
    상기 레이아웃 정보는 상기 제1 파라미터 셋 또는 상기 제2 파라미터 셋으로부터 복호화되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비트스트림은, 상기 픽처 이하의 크기를 가지는 픽셀 그룹에 공통적으로 적용되는 파라미터들을 전송하는 하나 이상의 제3 파라미터 셋들을 포함하고,
    상기 제3 파라미터 셋들 각각은, 아이디 정보, 복수의 파라미터 타입 중 상기 제3 파라미터 셋을 통해 전송되는 파라미터들의 타입을 나타내는 타입 정보, 및 상기 타입 정보에 대응하는 파라미터들을 포함하며,
    상기 복수의 파라미터 타입은 적어도 상기 루프 필터링과 관련된 파라미터 타입을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  10. 제8항에서 있어서,
    상기 서브픽처들 각각은 복수의 코딩트리블록을 포함하는 하나 이상의 슬라이스들로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 루프 필터링과 관련된 제3 파라미터 셋을 지시하는 하나 이상의 아이디 정보가 상기 대상 블록이 위치하는 슬라이스의 헤더로부터 복호화되고,
    상기 슬라이스의 헤더로부터 복호화된 상기 아이디 정보에 대응하는 제3 파라미터 셋으로부터 상기 슬라이스 내 블록들의 루프 필터링을 위한 하나 이상의 필터 계수 셋들이 복원되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 루프 필터링을 위한 필터 계수들은 코딩트리블록의 단위로 상기 하나 이상의 필터 계수 셋들 중에서 결정되고,
    상기 복원된 대상 블록 내의 픽셀에 대한 루프 필터링은 상기 대상 블록이 위치하는 코딩트리블록에 대응하는 필터 계수들을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  13. 복수의 코딩트리블록(coding tree block)을 포함하는 복수의 서브픽처들로 분할된 픽처들의 시퀀스(sequence)가 부호화된 비트스트림을 복호화하는 영상 복호화 장치에 있어서,
    상기 시퀀스에 포함된 픽처로부터 분할된 상기 서브픽처들의 레이아웃(layout) 정보를 상기 비트스트림으로부터 복호화하고, 상기 레이아웃 정보에 의해 식별되는 서브픽처들 중 어느 한 서브픽처 내에서 복호화하고자 하는 코딩트리블록을 트리 구조로 분할하여 대상 블록을 결정하며, 상기 비트스트림으로부터 상기 대상 블록을 예측하기 위한 예측정보 및 상기 대상 블록의 잔차 신호들에 대한 정보를 복호화하는 복호화부;
    상기 예측정보에 근거하여 상기 대상 블록 내의 픽셀들을 예측함으로써 예측 블록을 생성하는 예측부;
    상기 잔차 신호에 대한 정보를 이용하여 상기 대상 블록에 대한 잔차 블록을 생성하는 잔차 복원부; 및
    상기 예측 블록과 상기 잔차 블록을 가산하여 상기 대상 블록을 복원하는 가산
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 픽처 내의 상기 서브픽처들은 서로 독립적으로 디스플레이가 가능한 단위인 것을 특징을 하는 영상 복호화 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 레이아웃 정보는,
    상기 서브픽처들의 개수, 각 서브픽처 내 래스터 스캔 순서(raster scan order)로 첫 번째 코딩트리블록(coding tree block)의 위치를 식별하기 위한 식별정보, 및 상기 서브픽처의 크기에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 예측정보에 근거하여 결정된 위치의 기복원된 픽셀이 상기 대상 블록이 위치하는 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 상기 기복원된 픽셀 대신 대체 픽셀을 이용하여 상기 대상 블록 내의 픽셀을 예측하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 복원된 대상 블록 내에서 필터링하고자 하는 대상 픽셀 및 그 대상 픽셀의 주변 픽셀들에 필터 계수들을 적용하여 상기 대상 픽셀에 대한 루프 필터링(loop filtering)을 수행하는 루프 필터부를 더 포함하되,
    상기 루프 필터부는, 상기 주변 픽셀들 중 적어도 하나가 상기 대상 블록이 위치하는 서브픽처의 경계를 벗어나는 경우, 상기 적어도 하나의 주변 픽셀 대신 대체 픽셀을 이용하여 상기 대상 픽셀에 대한 루프 필터링을 수행하는 영상 복호화 장치.
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