KR20210114386A

KR20210114386A - 이차 변환을 이용하는 비디오 신호 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210114386A
Application number: KR1020217017610A
Authority: KR
Inventors: 정재홍; 김동철; 손주형; 고건중; 곽진삼
Original assignee: 주식회사 윌러스표준기술연구소; (주)휴맥스
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20230188754A1; US11973986B2; US11616984B2; WO2020162737A1; US20210314619A1

Abstract

비디오 신호를 인코딩하거나 디코딩하는 비디오 신호 처리 방법 및 장치가 개시된다. 구체적으로, 비디오 신호 처리 방법에 있어서, 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계; 상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하는 단계; 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하는 단계; 및 상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

이차 변환을 이용하는 비디오 신호 처리 방법 및 장치

본 발명은 비디오 신호의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비디오 신호를 인코딩하거나 디코딩하는 비디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

압축 부호화란 디지털화한 정보를 통신 회선을 통해 전송하거나, 저장 매체에 적합한 형태로 저장하기 위한 일련의 신호 처리 기술을 의미한다. 압축 부호화의 대상에는 음성, 영상, 문자 등의 대상이 존재하며, 특히 영상을 대상으로 압축 부호화를 수행하는 기술을 비디오 영상 압축이라고 일컫는다. 비디오 신호에 대한 압축 부호화는 공간적인 상관관계, 시간적인 상관관계, 확률적인 상관관계 등을 고려하여 잉여 정보를 제거함으로써 이루어진다. 그러나 최근의 다양한 미디어 및 데이터 전송 매체의 발전으로 인해, 더욱 고효율의 비디오 신호 처리 방법 및 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 비디오 신호의 코딩 효율을 높이고자 함에 있다. 구체적으로, 본 발명은 변환 블록에 적합한 변환 커널을 사용하여 코딩 효율을 높이기 위한 목적을 가지고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 비디오 신호 처리 장치 및 비디오 신호 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비디오 신호 처리 방법에 있어서, 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계; 상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하는 단계; 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하는 단계; 및 상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 방법이 제공된다.

실시예로서, 상기 이차 역변환된 블록을 생성하는 단계는, 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서에 기초하여 상기 역양자화된 변환 계수를 상기 이차 역변환의 입력 계수 배열에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예로서, 상기 우상측 대각 스캔 순서는 4x4 크기의 블록에 대한 스캔 순서로 미리 정의될 수 있다.

실시예로서, 상기 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계는, 미리 정의된 조건을 만족하는 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 지시하는 신택스 요소를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 미리 정의된 조건은 상기 현재 블록의 너비(width) 및 높이(height)가 최대 변환 크기보다 작거나 같은지 여부를 포함할 수 있다.

실시예로서, 상기 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계는, 상기 미리 정의된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 신택스 요소를 0으로 추론하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예로서, 상기 신택스 요소의 값이 0인 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되지 않는 것으로 결정되고, 상기 신택스 요소의 값이 0이 아닌 경우, 상기 신택스 요소의 값에 따라 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널이 결정될 수 있다.

실시예로서, 상기 현재 블록의 너비 또는 높이가 상기 최대 변환 크기보다 큰 경우, 상기 현재 블록은 복수의 변환 유닛으로 분할될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비디오 신호 처리 장치에 있어서, 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하고, 상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하고, 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하고, 상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하고, 상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하되, 상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 장치가 제공된다.

실시예로서, 상기 프로세서는, 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서에 기초하여 상기 역양자화된 변환 계수를 상기 이차 역변환의 입력 계수 배열에 할당할 수 있다.

실시예로서, 상기 프로세서는, 미리 정의된 조건을 만족하는 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 지시하는 신택스 요소를 획득하고, 상기 미리 정의된 조건은 상기 현재 블록의 너비(width) 및 높이(height)가 최대 변환 크기보다 작거나 같은지 여부를 포함할 수 있다.

실시예로서, 상기 프로세서는, 상기 미리 정의된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 신택스 요소를 0으로 추론할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비디오 신호 처리 방법에 있어서, 현재 블록에 이차 변환을 적용할지 여부를 결정하는 단계; 상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하는 단계; 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 현재 블록의 잔차 블록에 대하여 일차 변환을 수행함으로써, 일차 변환된 블록을 생성하는 단계; 상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 일차 변환된 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 변환을 수행함으로써, 이차 변환된 블록을 생성하는 단계; 및 상기 이차 변환된 블록을 인코딩함으로써 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 이차 변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 이차 변환된 계수를 변환 계수 배열로 구성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컴퓨팅 디바이스의 하나 이상의 프로세서에서 실행하도록 구성된 컴퓨터 실행 가능한 컴포넌트가 저장된 비 일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 매체(computer-executable component)로서, 상기 컴퓨터 실행 가능한 컴포넌트는, 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 결정하고, 상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하고, 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하고, 상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하고, 상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하되, 상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받는 것을 특징으로 하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비디오 신호의 코딩 효율이 높아질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 현재 변환 블록에 적합한 변환 커널이 선택될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 픽쳐 내에서 코딩 트리 유닛이 코딩 유닛들로 분할되는 실시예를 도시한다.
도 4는 쿼드 트리 및 멀티-타입 트리의 분할을 시그널링하는 방법의 일 실시예를 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 더욱 구체적으로 도시한다.
도 7은 인코더가 레지듀얼 신호를 변환하는 방법을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 인코더 및 디코더가 변환 계수를 역변환하여 레지듀얼 신호를 획득하는 방법을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 다중 코어 변환(adaptive multiple core transform, AMT)에서 사용하는 변환 커널의 정의를 도시한 도면으로, AMT에 적용되는 DCT-II, DCT-V (discrete cosine transform type-V), DCT-VIII (discrete cosine transform type-VIII), DST-I (discrete sine transform type-I), DST-VII 커널의 수식을 나타낸 것이다.
도 10은 AMT에서 화면내 예측 모드에 따른 변환 세트 및 변환 세트에 따라 정의되는 변환 커널 후보를 나타내는 도면이다.
도 11는 도 9에서 정의한 DCT-II, DCT-V, DCT-VIII, DST-I, DST-VII 변환의 0 번째 (해당 변환 커널의 가장 저주파 성분) 기저 함수를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변환 선택(multiple transform selection, MTS) 기술에서 사용하는 변환 커널 및 예측 모드에 따라 정의되는 변환 세트 및 변환 커널 후보를 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 DST-IV, DCT-IV 기저 함수의 정의와 DCT-II, DCT-IV, DCT-VIII, DST-IV, DST-VII의 0 번째 (가장 낮은 주파수 성분) 기저 함수의 그래프를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환을 수행하는 복호화기에서 잔차 신호를 복원하는 과정을 도시하는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환을 수행하는 복호화기에서 잔차 신호를 복원하는 과정을 블록 레벨에서 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 감소된 샘플 수를 이용하는 2차 변환을 적용하는 방법을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서의 결정 방법을 예시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 우상측 대각 스캔 순서를 블록 사이즈에 따라 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 2차 변환 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환 매트릭스 유도 과정을 예시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예를 따른 비디오 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 특정 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.

본 명세서에서 일부 용어들은 다음과 같이 해석될 수 있다. 코딩은 경우에 따라 인코딩 또는 디코딩으로 해석될 수 있다. 본 명세서에서 비디오 신호의 인코딩(부호화)을 수행하여 비디오 신호 비트스트림을 생성하는 장치는 인코딩 장치 혹은 인코더로 지칭되며, 비디오 신호 비트스트림의 디코딩(복호화)을 수행하여 비디오 신호를 복원하는 장치는 디코딩 장치 혹은 디코더로 지칭된다. 또한, 본 명세서에서 비디오 신호 처리 장치는 인코더 및 디코더를 모두 포함하는 개념의 용어로 사용된다. 정보(information)는 값(values), 파라미터(parameter), 계수(coefficients), 성분(elements) 등을 모두 포함하는 용어로서, 경우에 따라 의미는 달리 해석될 수 있으므로 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. '유닛'은 영상 처리의 기본 단위 또는 픽쳐의 특정 위치를 지칭하는 의미로 사용되며, 휘도(luma) 성분 및 색차(chroma) 성분 중 적어도 하나를 포함하는 이미지 영역을 가리킨다. 또한, ‘블록’은 휘도 성분 및 색차 성분들(즉, Cb 및 Cr) 중 특정 성분을 포함하는 이미지 영역을 가리킨다. 다만, 실시예에 따라서 ‘유닛’, '블록', '파티션' 및 '영역' 등의 용어는 서로 혼용하여 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 유닛은 코딩 유닛, 예측 유닛, 변환 유닛을 모두 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 픽쳐는 필드 혹은 프레임을 가리키며, 실시예에 따라 상기 용어들은 서로 혼용하여 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치(100)의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 인코딩 장치(100)는 변환부(110), 양자화부(115), 역양자화부(120), 역변환부(125), 필터링부(130), 예측부(150) 및 엔트로피 코딩부(160)를 포함한다.

변환부(110)는 입력 받은 비디오 신호와 예측부(150)에서 생성된 예측 신호의 차이인 레지듀얼 신호를 변환하여 변환 계수 값을 획득한다. 예를 들어, 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform, DCT), 이산 사인 변환(Discrete Sine Transform, DST) 또는 웨이블릿 변환(Wavelet Transform) 등이 사용될 수 있다. 이산 코사인 변환 및 이산 사인 변환은 입력된 픽쳐 신호를 블록 형태로 나누어 변환을 수행하게 된다. 변환에 있어서 변환 영역 내의 값들의 분포와 특성에 따라서 코딩 효율이 달라질 수 있다. 양자화부(115)는 변환부(110)에서 출력된 변환 계수 값을 양자화한다.

코딩 효율을 높이기 위하여 픽쳐 신호를 그대로 코딩하는 것이 아니라, 예측부(150)를 통해 이미 코딩된 영역을 이용하여 픽쳐를 예측하고, 예측된 픽쳐에 원본 픽쳐와 예측 픽쳐 간의 레지듀얼 값을 더하여 복원 픽쳐를 획득하는 방법이 사용된다. 인코더와 디코더에서 미스매치가 발생되지 않도록 하기 위해, 인코더에서 예측을 수행할 때에는 디코더에서도 사용 가능한 정보를 사용해야 한다. 이를 위해, 인코더에서는 부호화한 현재 블록을 다시 복원하는 과정을 수행한다. 역양자화부(120)에서는 변환 계수 값을 역양자화하고, 역변환부(125)에서는 역양자화된 변환 계수값을 이용하여 레지듀얼 값을 복원한다. 한편, 필터링부(130)는 복원된 픽쳐의 품질 개선 및 부호화 효율 향상을 위한 필터링 연산을 수행한다. 예를 들어, 디블록킹 필터, 샘플 적응적 오프셋(Sample Adaptive Offset, SAO) 및 적응적 루프 필터 등이 포함될 수 있다. 필터링을 거친 픽쳐는 출력되거나 참조 픽쳐로 이용하기 위하여 복호 픽쳐 버퍼(Decoded Picture Buffer, DPB, 156)에 저장된다.

코딩 효율을 높이기 위하여 픽쳐 신호를 그대로 코딩하는 것이 아니라, 예측부(150)를 통해 이미 코딩된 영역을 이용하여 픽쳐를 예측하고, 예측된 픽쳐에 원 픽쳐와 예측 픽쳐 간의 레지듀얼 값을 더하여 복원 픽쳐를 획득하는 방법이 사용된다. 인트라 예측부(152)에서는 현재 픽쳐 내에서 인트라 예측을 수행하며, 인터 예측부(154)에서는 복호 픽쳐 버퍼(156)에 저장된 참조 픽쳐를 이용하여 현재 픽쳐를 예측한다. 인트라 예측부(152)는 현재 픽쳐 내의 복원된 영역들로부터 인트라 예측을 수행하여, 인트라 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(160)에 전달한다. 인터 예측부(154)는 다시 모션 추정부(154a) 및 모션 보상부(154b)를 포함하여 구성될 수 있다. 모션 추정부(154a)에서는 복원된 특정 영역을 참조하여 현재 영역의 모션 벡터값을 획득한다. 모션 추정부(154a)에서는 참조 영역의 위치 정보(참조 프레임, 모션 벡터 등) 등을 엔트로피 코딩부(160)로 전달하여 비트스트림에 포함될 수 있도록 한다. 모션 추정부(154a)에서 전달된 모션 벡터값을 이용하여 모션 보상부(154b)에서는 인터 모션 보상을 수행한다.

예측부(150)는 인트라 예측부(152)와 인터 예측부(154)를 포함한다. 인트라 예측부(152)는 현재 픽쳐 내에서 인트라(intra) 예측을 수행하며, 인터 예측부(154)는 복호 픽쳐 버퍼(156)에 저장된 참조 픽쳐를 이용하여 현재 픽쳐를 예측하는 인터(inter) 예측을 수행한다. 인트라 예측부(152)는 현재 픽쳐 내의 복원된 샘플들로부터 인트라 예측을 수행하여, 인트라 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(160)에 전달한다. 인트라 부호화 정보는 인트라 예측 모드, MPM(Most Probable Mode) 플래그, MPM 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 인트라 부호화 정보는 참조 샘플에 관한 정보를 포함할 수 있다. 인터 예측부(154)는 모션 추정부(154a) 및 모션 보상부(154b)를 포함하여 구성될 수 있다. 모션 추정부(154a)는 복원된 참조 픽쳐의 특정 영역을 참조하여 현재 영역의 모션 벡터값을 획득한다. 모션 추정부(154a)는 참조 영역에 대한 모션 정보 세트(참조 픽쳐 인덱스, 모션 벡터 정보 등)를 엔트로피 코딩부(160)로 전달한다. 모션 보상부(154b)는 모션 추정부(154a)에서 전달된 모션 벡터값을 이용하여 모션 보상을 수행한다. 인터 예측부(154)는 참조 영역에 대한 모션 정보를 포함하는 인터 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(160)에 전달한다.

추가적인 실시예에 따라, 예측부(150)는 인트라 블록 카피(block copy, BC) 예측부(미도시)를 포함할 수 있다. 인트라 BC 예측부는 현재 픽쳐 내의 복원된 샘플들로부터 인트라 BC 예측을 수행하여, 인트라 BC 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(160)에 전달한다. 인트라 BC 예측부는 현재 픽쳐 내의 특정 영역을 참조하여 현재 영역의 예측에 이용되는 참조 영역을 나타내는 블록 벡터값을 획득한다. 인트라 BC 예측부는 획득된 블록 벡터값을 이용하여 인트라 BC 예측을 수행할 수 있다. 인트라 BC 예측부는 인트라 BC 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(160)로 전달한다. 인트라 BC 부호화 정보는 블록 벡터 정보를 포함할 수 있다.

위와 같은 픽쳐 예측이 수행될 경우, 변환부(110)는 원본 픽쳐와 예측 픽쳐 간의 레지듀얼 값을 변환하여 변환 계수 값을 획득한다. 이때, 변환은 픽쳐 내에서 특정 블록 단위로 수행될 수 있으며, 특정 블록의 크기는 기 설정된 범위 내에서 가변할 수 있다. 양자화부(115)는 변환부(110)에서 생성된 변환 계수 값을 양자화하여 엔트로피 코딩부(160)로 전달한다.

엔트로피 코딩부(160)는 양자화된 변환 계수를 나타내는 정보, 인트라 부호화 정보, 및 인터 부호화 정보 등을 엔트로피 코딩하여 비디오 신호 비트스트림을 생성한다. 엔트로피 코딩부(160)에서는 가변 길이 코딩(Variable Length Coding, VLC) 방식과 산술 코딩(arithmetic coding) 방식 등이 사용될 수 있다. 가변 길이 코딩(VLC) 방식은 입력되는 심볼들을 연속적인 코드워드로 변환하는데, 코드워드의 길이는 가변적일 수 있다. 예를 들어, 자주 발생하는 심볼들을 짧은 코드워드로, 자주 발생하지 않은 심볼들은 긴 코드워드로 표현하는 것이다. 가변 길이 코딩 방식으로서 컨텍스트 기반 적응형 가변 길이 코딩(Context-based Adaptive Variable Length Coding, CAVLC) 방식이 사용될 수 있다. 산술 코딩은 연속적인 데이터 심볼들을 하나의 소수로 변환하는데, 산술 코딩은 각 심볼을 표현하기 위하여 필요한 최적의 소수 비트를 얻을 수 있다. 산술 코딩으로서 컨텍스트 기반 적응형 산술 부호화(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code, CABAC)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 엔트로피 코딩부(160)는 양자화된 변환 계수를 나타내는 정보를 이진화할 수 있다. 또한, 엔트로피 코딩부(160)는 이진화된 정보를 산술 코딩하여 비트스트림을 생성할 수 있다.

상기 생성된 비트스트림은 NAL(Network Abstraction Layer) 유닛을 기본 단위로 캡슐화 된다. NAL 유닛은 부호화된 정수 개의 코딩 트리 유닛(coding tree unit)을 포함한다. 비디오 디코더에서 비트스트림을 복호화하기 위해서는 먼저 비트스트림을 NAL 유닛 단위로 분리한 후, 분리된 각각의 NAL 유닛을 복호화해야 한다. 한편, 비디오 신호 비트스트림의 복호화를 위해 필요한 정보들은 픽쳐 파라미터 세트(Picture Parameter Set, PPS), 시퀀스 파라미터 세트(Sequence Parameter Set, SPS), 비디오 파라미터 세트(Video Parameter Set, VPS) 등과 같은 상위 레벨 세트의 RBSP(Raw Byte Sequence Payload)를 통해 전송될 수 있다.

한편, 도 1의 블록도는 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩 장치(100)를 나타낸 것으로서, 분리하여 표시된 블록들은 인코딩 장치(100)의 엘리먼트들을 논리적으로 구별하여 도시한 것이다. 따라서 전술한 인코딩 장치(100)의 엘리먼트들은 디바이스의 설계에 따라 하나의 칩으로 또는 복수의 칩으로 장착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전술한 인코딩 장치(100)의 각 엘리먼트의 동작은 프로세서(미도시)에 의해 수행될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치(200)의 개략적인 블록도이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 디코딩 장치(200)는 엔트로피 디코딩부(210), 역양자화부(220), 역변환부(225), 필터링부(230) 및 예측부(250)를 포함한다.

엔트로피 디코딩부(210)는 비디오 신호 비트스트림을 엔트로피 디코딩하여, 각 영역에 대한 변환 계수 정보, 인트라 부호화 정보, 인터 부호화 정보 등을 추출한다. 예를 들어, 엔트로피 디코딩부(210)는 비디오 신호 비트스트림으로부터 특정 영역의 변환 계수 정보에 대한 이진화 코드를 획득할 수 있다. 또한, 엔트로피 디코딩부(210)는 이진화 코드를 역 이진화하여 양자화된 변환 계수를 획득한다. 역양자화부(220)는 양자화된 변환 계수를 역양자화하고, 역변환부(225)는 역양자화된 변환 계수를 이용하여 레지듀얼 값을 복원한다. 비디오 신호 처리 장치(200)는 역변환부(225)에서 획득된 레지듀얼 값을 예측부(250)에서 획득된 예측값과 합산하여 원래의 화소값을 복원한다.

한편, 필터링부(230)는 픽쳐에 대한 필터링을 수행하여 화질을 향상시킨다. 여기에는 블록 왜곡 현상을 감소시키기 위한 디블록킹 필터 및/또는 픽쳐 전체의 왜곡 제거를 위한 적응적 루프 필터 등이 포함될 수 있다. 필터링을 거친 픽쳐는 출력되거나 다음 픽쳐에 대한 참조 픽쳐로 이용하기 위하여 복호 픽쳐 버퍼(DPB, 256)에 저장된다.

예측부(250)는 인트라 예측부(252) 및 인터 예측부(254)를 포함한다. 예측부(250)는 전술한 엔트로피 디코딩부(210)를 통해 복호화된 부호화 타입, 각 영역에 대한 변환 계수, 인트라/인터 부호화 정보 등을 활용하여 예측 픽쳐를 생성한다. 복호화가 수행되는 현재 블록을 복원하기 위해서, 현재 블록이 포함된 현재 픽쳐 또는 다른 픽쳐들의 복호화된 영역이 이용될 수 있다. 복원에 현재 픽쳐만을 이용하는, 즉 인트라 예측 또는 인트라 BC 예측을 수행하는 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)를 인트라 픽쳐 또는 I 픽쳐(또는, 타일/슬라이스), 인트라 예측, 인터 예측 및 인트라 BC 예측을 모두 수행할 수 있는 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)를 인터 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)라고 한다. 인터 픽쳐(또는, 타일/슬라이스) 중 각 블록의 샘플값들을 예측하기 위하여 최대 하나의 모션 벡터 및 참조 픽쳐 인덱스를 이용하는 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)를 예측 픽쳐(predictive picture) 또는 P 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)라고 하며, 최대 두 개의 모션 벡터 및 참조 픽쳐 인덱스를 이용하는 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)를 쌍예측 픽쳐(Bi-predictive picture) 또는 B 픽쳐(또는, 타일/슬라이스) 라고 한다. 다시 말해서, P 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)는 각 블록을 예측하기 위해 최대 하나의 모션 정보 세트를 이용하고, B 픽쳐(또는, 타일/슬라이스)는 각 블록을 예측하기 위해 최대 두 개의 모션 정보 세트를 이용한다. 여기서, 모션 정보 세트는 하나 이상의 모션 벡터와 하나의 참조 픽쳐 인덱스를 포함한다.

인트라 예측부(252)는 인트라 부호화 정보 및 현재 픽쳐 내의 복원된 샘플들을 이용하여 예측 블록을 생성한다. 전술한 바와 같이, 인트라 부호화 정보는 인트라 예측 모드, MPM(Most Probable Mode) 플래그, MPM 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(252)는 현재 블록의 좌측 및/또는 상측에 위치한 복원된 샘플들을 참조 샘플들로 이용하여 현재 블록의 샘플 값들을 예측한다. 본 개시에서, 복원된 샘플들, 참조 샘플들 및 현재 블록의 샘플들은 픽셀들을 나타낼 수 있다. 또한, 샘플 값(sample value)들은 픽셀 값들을 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따르면, 참조 샘플들은 현재 블록의 주변 블록에 포함된 샘플들일 수 있다. 예를 들어, 참조 샘플들은 현재 블록의 좌측 경계에 인접한 샘플들 및/또는 상측 경계에 인접한 샘플들일 수 있다. 또한, 참조 샘플들은 현재 블록의 주변 블록의 샘플들 중 현재 블록의 좌측 경계로부터 기 설정된 거리 이내의 라인 상에 위치하는 샘플들 및/또는 현재 블록의 상측 경계로부터 기 설정된 거리 이내의 라인 상에 위치하는 샘플들일 수 있다. 이때, 현재 블록의 주변 블록은 현재 블록에 인접한 좌측(L) 블록, 상측(A) 블록, 하좌측(Below Left, BL) 블록, 상우측(Above Right, AR) 블록 또는 상좌측(Above Left, AL) 블록 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

인터 예측부(254)는 복호 픽쳐 버퍼(256)에 저장된 참조 픽쳐 및 인터 부호화 정보를 이용하여 예측 블록을 생성한다. 인터 부호화 정보는 참조 블록에 대한 현재 블록의 모션 정보 세트(참조 픽쳐 인덱스, 모션 벡터 정보 등)를 포함할 수 있다. 인터 예측에는 L0 예측, L1 예측 및 쌍예측(Bi-prediction)이 있을 수 있다. L0 예측은 L0 픽쳐 리스트에 포함된 1개의 참조 픽쳐를 이용한 예측이고, L1 예측은 L1 픽쳐 리스트에 포함된 1개의 참조 픽쳐를 이용한 예측을 의미한다. 이를 위해서는 1세트의 모션 정보(예를 들어, 모션 벡터 및 참조 픽쳐 인덱스)가 필요할 수 있다. 쌍예측 방식에서는 최대 2개의 참조 영역을 이용할 수 있는데, 이 2개의 참조 영역은 동일한 참조 픽쳐에 존재할 수도 있고, 서로 다른 픽쳐에 각각 존재할 수도 있다. 즉, 쌍예측 방식에서는 최대 2세트의 모션 정보(예를 들어, 모션 벡터 및 참조 픽쳐 인덱스)가 이용될 수 있는데, 2개의 모션 벡터가 동일한 참조 픽쳐 인덱스에 대응될 수도 있고 서로 다른 참조 픽쳐 인덱스에 대응될 수도 있다. 이때, 참조 픽쳐들은 시간적으로 현재 픽쳐 이전이나 이후 모두에 표시(또는 출력)될 수 있다. 일 실시예에 따라, 쌍예측 방식에서는 사용되는 2개의 참조 영역은 L0 픽쳐 리스트 및 L1 픽쳐 리스트 각각에서 선택된 영역일 수 있다.

인터 예측부(254)는 모션 벡터 및 참조 픽쳐 인덱스를 이용하여 현재 블록의 참조 블록을 획득할 수 있다. 상기 참조 블록은 참조 픽쳐 인덱스에 대응하는 참조 픽쳐 내에 존재한다. 또한, 모션 벡터에 의해서 특정된 블록의 샘플 값 또는 이의 보간(interpolation)된 값이 현재 블록의 예측자(predictor)로 이용될 수 있다. 서브펠(sub-pel) 단위의 픽셀 정확도를 갖는 모션 예측을 위하여 이를 테면, 휘도 신호에 대하여 8-탭 보간 필터가, 색차 신호에 대하여 4-탭 보간 필터가 사용될 수 있다. 다만, 서브펠 단위의 모션 예측을 위한 보간 필터는 이에 한정되지 않는다. 이와 같이 인터 예측부(254)는 이전에 복원된 픽쳐로부터 현재 유닛의 텍스쳐를 예측하는 모션 보상(motion compensation)을 수행한다. 이때, 인터 예측부는 모션 정보 세트를 이용할 수 있다.

추가적인 실시예에 따라, 예측부(250)는 인트라 BC 예측부(미도시)를 포함할 수 있다. 인트라 BC 예측부는 현재 픽쳐 내의 복원된 샘플들을 포함하는 특정 영역을 참조하여 현재 영역을 복원할 수 있다. 인트라 BC 예측부는 엔트로피 디코딩부(210)로부터 현재 영역에 대한 인트라 BC 부호화 정보를 획득한다. 인트라 BC 예측부는 현재 픽쳐 내의 특정 영역을 지시하는 현재 영역의 블록 벡터값을 획득한다. 인트라 BC 예측부는 획득된 블록 벡터값을 이용하여 인트라 BC 예측을 수행할 수 있다. 인트라 BC 부호화 정보는 블록 벡터 정보를 포함할 수 있다.

상기 인트라 예측부(252) 또는 인터 예측부(254)로부터 출력된 예측값, 및 역변환부(225)로부터 출력된 레지듀얼 값이 더해져서 복원된 비디오 픽쳐가 생성된다. 즉, 비디오 신호 디코딩 장치(200)는 예측부(250)에서 생성된 예측 블록과 역변환부(225)로부터 획득된 레지듀얼을 이용하여 현재 블록을 복원한다.

한편, 도 2의 블록도는 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 장치(200)를 나타낸 것으로서, 분리하여 표시된 블록들은 디코딩 장치(200)의 엘리먼트들을 논리적으로 구별하여 도시한 것이다. 따라서 전술한 디코딩 장치(200)의 엘리먼트들은 디바이스의 설계에 따라 하나의 칩으로 또는 복수의 칩으로 장착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전술한 디코딩 장치(200)의 각 엘리먼트의 동작은 프로세서(미도시)에 의해 수행될 수 있다.

도 3은 픽쳐 내에서 코딩 트리 유닛(Coding Tree Unit, CTU)이 코딩 유닛들(Coding Units, CUs)로 분할되는 실시예를 도시한다. 비디오 신호의 코딩 과정에서, 픽쳐는 코딩 트리 유닛(CTU)들의 시퀀스로 분할될 수 있다. 코딩 트리 유닛은 휘도(luma) 샘플들의 NXN 블록과, 이에 대응하는 색차(chroma) 샘플들의 2개의 블록들로 구성된다. 코딩 트리 유닛은 복수의 코딩 유닛들로 분할될 수 있다. 코딩 트리 유닛은 분할되지 않고 리프 노드가 될 수도 있다. 이 경우, 코딩 트리 유닛 자체가 코딩 유닛이 될 수 있다. 코딩 유닛은 상기에서 설명한 비디오 신호의 처리 과정, 즉 인트라/인터 예측, 변환, 양자화 및/또는 엔트로피 코딩 등의 과정에서 픽쳐를 처리하기 위한 기본 단위를 가리킨다. 하나의 픽쳐 내에서 코딩 유닛의 크기 및 모양은 일정하지 않을 수 있다. 코딩 유닛은 정사각형 혹은 직사각형의 모양을 가질 수 있다. 직사각형 코딩 유닛(혹은, 직사각형 블록)은 수직 코딩 유닛(혹은, 수직 블록)과 수평 코딩 유닛(혹은, 수평 블록)을 포함한다. 본 명세서에서, 수직 블록은 높이가 너비보다 큰 블록이며, 수평 블록은 너비가 높이보다 큰 블록이다. 또한, 본 명세서에서 정사각형이 아닌(non-square) 블록은 직사각형 블록을 가리킬 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 3을 참조하면, 코딩 트리 유닛은 먼저 쿼드 트리(Quad Tree, QT) 구조로 분할된다. 즉, 쿼드 트리 구조에서 2NX2N 크기를 가지는 하나의 노드는 NXN 크기를 가지는 네 개의 노드들로 분할될 수 있다. 본 명세서에서 쿼드 트리는 4진(quaternary) 트리로도 지칭될 수 있다. 쿼드 트리 분할은 재귀적으로 수행될 수 있으며, 모든 노드들이 동일한 깊이로 분할될 필요는 없다.

한편, 전술한 쿼드 트리의 리프 노드(leaf node)는 멀티-타입 트리(Multi-Type Tree, MTT) 구조로 더욱 분할될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 멀티 타입 트리 구조에서는 하나의 노드가 수평 혹은 수직 분할의 2진(binary, 바이너리) 혹은 3진(ternary, 터너리) 트리 구조로 분할될 수 있다. 즉, 멀티-타입 트리 구조에는 수직 바이너리 분할, 수평 바이너리 분할, 수직 터너리 분할 및 수평 터너리 분할의 4가지 분할 구조가 존재한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각 트리 구조에서 노드의 너비 및 높이는 모두 2의 거듭제곱 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 바이너리 트리(Binary Tree, BT) 구조에서, 2NX2N 크기의 노드는 수직 바이너리 분할에 의해 2개의 NX2N 노드들로 분할되고, 수평 바이너리 분할에 의해 2개의 2NXN 노드들로 분할될 수 있다. 또한, 터너리 트리(Ternary Tree, TT) 구조에서, 2NX2N 크기의 노드는 수직 터너리 분할에 의해 (N/2)X2N, NX2N 및 (N/2)X2N의 노드들로 분할되고, 수평 터너리 분할에 의해 2NX(N/2), 2NXN 및 2NX(N/2)의 노드들로 분할될 수 있다. 이러한 멀티-타입 트리 분할은 재귀적으로 수행될 수 있다.

멀티-타입 트리의 리프 노드는 코딩 유닛이 될 수 있다. 코딩 유닛이 최대 변환 길이에 비해 크지 않은 경우, 해당 코딩 유닛은 더 이상의 분할 없이 예측 및/또는 변환의 단위로 사용될 수 있다. 일 실시예로서, 현재 코딩 유닛의 너비 또는 높이가 최대 변환 길이보다 큰 경우, 현재 코딩 유닛은 분할에 관한 명시적 시그널링 없이 복수의 변환 유닛으로 분할될 수 있다. 한편, 전술한 쿼드 트리 및 멀티-타입 트리에서 다음의 파라메터들 중 적어도 하나가 사전에 정의되거나 PPS, SPS, VPS 등과 같은 상위 레벨 세트의 RBSP를 통해 전송될 수 있다. 1) CTU 크기: 쿼드 트리의 루트 노드(root node) 크기, 2) 최소 QT 크기(MinQtSize): 허용된 최소 QT 리프 노드 크기, 3) 최대 BT 크기(MaxBtSize): 허용된 최대 BT 루트 노드 크기, 4) 최대 TT 크기(MaxTtSize): 허용된 최대 TT 루트 노드 크기, 5) 최대 MTT 깊이(MaxMttDepth): QT의 리프 노드로부터의 MTT 분할의 최대 허용 깊이, 6) 최소 BT 크기(MinBtSize): 허용된 최소 BT 리프 노드 크기, 7) 최소 TT 크기(MinTtSize): 허용된 최소 TT 리프 노드 크기.

도 4는 쿼드 트리 및 멀티-타입 트리의 분할을 시그널링하는 방법의 일 실시예를 도시한다. 전술한 쿼드 트리 및 멀티-타입 트리의 분할을 시그널링하기 위해 기 설정된 플래그들이 사용될 수 있다. 도 4를 참조하면, 쿼드 트리 노드의 분할 여부를 지시하는 플래그 'qt_split_flag', 멀티-타입 트리 노드의 분할 여부를 지시하는 플래그 'mtt_split_flag', 멀티-타입 트리 노드의 분할 방향을 지시하는 플래그 'mtt_split_vertical_flag' 또는 멀티-타입 트리 노드의 분할 모양을 지시하는 플래그 'mtt_split_binary_flag' 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 코딩 트리 유닛은 쿼드 트리의 루트 노드이며, 쿼드 트리 구조로 우선 분할될 수 있다. 쿼드 트리 구조에서는 각각의 노드 'QT_node' 별로 'qt_split_flag'가 시그널링된다. 'qt_split_flag'의 값이 1인 경우 해당 노드는 4개의 정사각형 노드들로 분할되며, 'qt_split_flag'의 값이 0인 경우 해당 노드는 쿼드 트리의 리프 노드 'QT_leaf_node'가 된다.

각각의 쿼드 트리 리프 노드 'QT_leaf_node'는 멀티-타입 트리 구조로 더 분할될 수 있다. 멀티-타입 트리 구조에서는 각각의 노드 'MTT_node' 별로 'mtt_split_flag'가 시그널링된다. 'mtt_split_flag'의 값이 1인 경우 해당 노드는 복수의 직사각형 노드들로 분할되며, 'mtt_split_flag'의 값이 0인 경우 해당 노드는 멀티-타입 트리의 리프 노드 'MTT_leaf_node'가 된다. 멀티-타입 트리 노드 'MTT_node'가 복수의 직사각형 노드들로 분할될 경우(즉, 'mtt_split_flag'의 값이 1인 경우), 노드 'MTT_node'를 위한 'mtt_split_vertical_flag' 및 'mtt_split_binary_flag'가 추가로 시그널링될 수 있다. 'mtt_split_vertical_flag'의 값이 1인 경우 노드 'MTT_node'의 수직 분할이 지시되며, 'mtt_split_vertical_flag'의 값이 0인 경우 노드 'MTT_node'의 수평 분할이 지시된다. 또한, 'mtt_split_binary_flag'의 값이 1인 경우 노드 'MTT_node'는 2개의 직사각형 노드들로 분할되며, 'mtt_split_binary_flag'의 값이 0인 경우 노드 'MTT_node'는 3개의 직사각형 노드들로 분할된다.

코딩을 위한 픽쳐 예측(모션 보상)은 더 이상 나누어지지 않는 코딩 유닛(즉 코딩 유닛 트리의 리프 노드)을 대상으로 이루어진다. 이러한 예측을 수행하는 기본 단위를 이하에서는 예측 유닛(prediction unit) 또는 예측 블록(prediction block)이라고 한다.

이하, 본 명세서에서 사용되는 유닛이라는 용어는 예측을 수행하는 기본 단위인 상기 예측 유닛을 대체하는 용어로 사용될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 더욱 광의적으로는 상기 코딩 유닛을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 더욱 구체적으로 도시한다. 전술한 바와 같이, 인트라 예측부는 현재 블록의 좌측 및/또는 상측에 위치한 복원된 샘플들을 참조 샘플들로 이용하여 현재 블록의 샘플 값들을 예측한다.

먼저, 도 5는 인트라 예측 모드에서 현재 블록의 예측을 위해 사용되는 참조 샘플들의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에 따르면, 참조 샘플들은 현재 블록의 좌측 경계에 인접한 샘플들 및/또는 상측 경계에 인접한 샘플들일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 현재 블록의 크기가 WXH이고 현재 블록에 인접한 단일 참조 라인(line)의 샘플들이 인트라 예측에 사용될 경우, 현재 블록의 좌측 및/또는 상측에 위치한 최대 2W+2H+1개의 주변 샘플들을 사용하여 참조 샘플들이 설정될 수 있다.

또한, 참조 샘플로 사용될 적어도 일부의 샘플이 아직 복원되지 않은 경우, 인트라 예측부는 참조 샘플 패딩 과정을 수행하여 참조 샘플을 획득할 수 있다. 또한, 인트라 예측부는 인트라 예측의 오차를 줄이기 위해 참조 샘플 필터링 과정을 수행할 수 있다. 즉, 주변 샘플들 및/또는 참조 샘플 패딩 과정에 의해 획득된 참조 샘플들에 필터링을 수행하여 필터링된 참조 샘플들을 획득할 수 있다. 인트라 예측부는 이와 같이 획득된 참조 샘플들을 이용하여 현재 블록의 샘플들을 예측한다. 인트라 예측부는 필터링되지 않은 참조 샘플들 또는 필터링된 참조 샘플들을 이용하여 현재 블록의 샘플들을 예측한다. 본 개시에서, 주변 샘플들은 적어도 하나의 참조 라인 상의 샘플들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주변 샘플들은 현재 블록의 경계에 인접한 라인 상의 인접 샘플들을 포함할 수 있다.

다음으로, 도 6은 인트라 예측에 사용되는 예측 모드들의 일 실시예를 도시한다. 인트라 예측을 위해, 인트라 예측 방향을 지시하는 인트라 예측 모드 정보가 시그널링될 수 있다. 인트라 예측 모드 정보는 인트라 예측 모드 세트를 구성하는 복수의 인트라 예측 모드들 중 어느 하나를 지시한다. 현재 블록이 인트라 예측 블록인 경우, 디코더는 비트스트림으로부터 현재 블록의 인트라 예측 모드 정보를 수신한다. 디코더의 인트라 예측부는 추출된 인트라 예측 모드 정보에 기초하여 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 인트라 예측 모드 세트는 인트라 예측에 사용되는 모든 인트라 예측 모드들(예, 총 67개의 인트라 예측 모드들)을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 인트라 예측 모드 세트는 평면 모드, DC 모드 및 복수의(예, 65개의) 각도 모드들(즉, 방향 모드들)을 포함할 수 있다. 각각의 인트라 예측 모드는 기 설정된 인덱스(즉, 인트라 예측 모드 인덱스)를 통해 지시될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 인트라 예측 모드 인덱스 0은 평면 모드를 지시하고, 인트라 예측 모드 인덱스 1은 DC 모드를 지시한다. 또한, 인트라 예측 모드 인덱스 2 내지 66은 서로 다른 각도 모드들을 각각 지시할 수 있다. 각도 모드들은 기 설정된 각도 범위 이내의 서로 다른 각도들을 각각 지시한다. 예를 들어, 각도 모드는 시계 방향으로 45도에서 -135도 사이의 각도 범위(즉, 제1 각도 범위) 이내의 각도를 지시할 수 있다. 상기 각도 모드는 12시 방향을 기준으로 정의될 수 있다. 이때, 인트라 예측 모드 인덱스 2는 수평 대각(Horizontal Diagonal, HDIA) 모드를 지시하고, 인트라 예측 모드 인덱스 18은 수평(Horizontal, HOR) 모드를 지시하고, 인트라 예측 모드 인덱스 34는 대각(Diagonal, DIA) 모드를 지시하고, 인트라 예측 모드 인덱스 50은 수직(Vertical, VER) 모드를 지시하며, 인트라 예측 모드 인덱스 66은 수직 대각(Vertical Diagonal, VDIA) 모드를 지시한다.

한편, 기 설정된 각도 범위는 현재 블록의 모양에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 현재 블록이 직사각형 블록인 경우 시계 방향으로 45도를 초과하거나 -135도 미만 각도를 지시하는 광각 모드가 추가적으로 사용될 수 있다. 현재 블록이 수평 블록인 경우, 각도 모드는 시계 방향으로 (45+offset1)도에서 (-135+offset1)도 사이의 각도 범위(즉, 제2 각도 범위) 이내의 각도를 지시할 수 있다. 이때, 제1 각도 범위를 벗어나는 각도 모드 67 내지 76이 추가적으로 사용될 수 있다. 또한, 현재 블록이 수직 블록인 경우, 각도 모드는 시계 방향으로 (45-offset2)도에서 (-135-offset2)도 사이의 각도 범위(즉, 제3 각도 범위) 이내의 각도를 지시할 수 있다. 이때, 제1 각도 범위를 벗어나는 각도 모드 -10 내지 -1이 추가적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, offset1 및 offset2의 값은 직사각형 블록의 너비와 높이 간의 비율에 따라 서로 다르게 결정될 수 있다. 또한, offset1 및 offset2는 양수일 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인트라 예측 모드 세트를 구성하는 복수의 각도 모드들은 기본 각도 모드와 확장 각도 모드를 포함할 수 있다. 이때, 확장 각도 모드는 기본 각도 모드에 기초하여 결정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 기본 각도 모드는 기존 HEVC(High Efficiency Video Coding) 표준의 인트라 예측에서 사용되는 각도에 대응하는 모드이고, 확장 각도 모드는 차세대 비디오 코덱 표준의 인트라 예측에서 새롭게 추가되는 각도에 대응하는 모드일 수 있다. 더욱 구체적으로, 기본 각도 모드는 인트라 예측 모드 {2, 4, 6, …, 66} 중 어느 하나에 대응하는 각도 모드이고, 확장 각도 모드는 인트라 예측 모드 {3, 5, 7, …, 65} 중 어느 하나에 대응하는 각도 모드일 수 있다. 즉, 확장 각도 모드는 제1 각도 범위 내에서 기본 각도 모드들 사이의 각도 모드일 수 있다. 따라서, 확장 각도 모드가 지시하는 각도는 기본 각도 모드가 지시하는 각도에 기초하여 결정될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 기본 각도 모드는 기 설정된 제1 각도 범위 이내의 각도에 대응하는 모드이고, 확장 각도 모드는 상기 제1 각도 범위를 벗어나는 광각 모드일 수 있다. 즉, 기본 각도 모드는 인트라 예측 모드 {2, 3, 4, …, 66} 중 어느 하나에 대응하는 각도 모드이고, 확장 각도 모드는 인트라 예측 모드 {-10, -9, …, -1} 및 {67, 68, …, 76} 중 어느 하나에 대응하는 각도 모드일 수 있다. 확장 각도 모드가 지시하는 각도는 대응하는 기본 각도 모드가 지시하는 각도의 반대편 각도로 결정될 수 있다. 따라서, 확장 각도 모드가 지시하는 각도는 기본 각도 모드가 지시하는 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 한편, 확장 각도 모드들의 개수는 이에 한정되지 않으며, 현재 블록의 크기 및/또는 모양에 따라 추가적인 확장 각도들이 정의될 수 있다. 예를 들어, 확장 각도 모드는 인트라 예측 모드 {-14, -13, …, -1} 및 {67, 68, …, 80} 중 어느 하나에 대응하는 각도 모드로 정의될 수도 있다. 한편, 인트라 예측 모드 세트에 포함되는 인트라 예측 모드들의 총 개수는 전술한 기본 각도 모드와 확장 각도 모드의 구성에 따라 가변할 수 있다.

상기 실시예들에서, 확장 각도 모드들 간의 간격은 대응하는 기본 각도 모드들 간의 간격에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 확장 각도 모드들 {3, 5, 7, …, 65} 간의 간격은 대응하는 기본 각도 모드들 {2, 4, 6, …, 66} 간의 간격에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 확장 각도 모드들 {-10, -9, …, -1} 간의 간격은 대응하는 반대편의 기본 각도 모드들 {56, 57, …, 65} 간의 간격에 기초하여 결정되고, 확장 각도 모드들 {67, 68, …, 76} 간의 간격은 대응하는 반대편의 기본 각도 모드들 {3, 4, …, 12} 간의 간격에 기초하여 결정될 수 있다. 확장 각도 모드들 간의 각도 간격은 대응하는 기본 각도 모드들 간의 각도 간격과 동일하도록 설정될 수 있다. 또한, 인트라 예측 모드 세트에서 확장 각도 모드들의 개수는 기본 각도 모드들의 개수 이하로 설정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 확장 각도 모드는 기본 각도 모드를 기초로 시그널링될 수 있다. 예를 들어, 광각 모드(즉, 확장 각도 모드)는 제1 각도 범위 이내의 적어도 하나의 각도 모드(즉, 기본 각도 모드)를 대체할 수 있다. 대체되는 기본 각도 모드는 광각 모드의 반대편에 대응하는 각도 모드일 수 있다. 즉, 대체되는 기본 각도 모드는 광각 모드가 지시하는 각도의 반대 방향의 각도에 대응하거나 또는 상기 반대 방향의 각도로부터 기 설정된 오프셋 인덱스만큼 차이 나는 각도에 대응하는 각도 모드이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기 설정된 오프셋 인덱스는 1이다. 대체되는 기본 각도 모드에 대응하는 인트라 예측 모드 인덱스는 광각 모드에 다시 매핑되어 해당 광각 모드를 시그널링할 수 있다. 예를 들어, 광각 모드 {-10, -9, …, -1}은 인트라 예측 모드 인덱스 {57, 58, …, 66}에 의해 각각 시그널링될 수 있고, 광각 모드 {67, 68, …, 76}은 인트라 예측 모드 인덱스 {2, 3, …, 11}에 의해 각각 시그널링될 수 있다. 이와 같이 기본 각도 모드를 위한 인트라 예측 모드 인덱스가 확장 각도 모드를 시그널링하도록 함으로, 각 블록의 인트라 예측에 사용되는 각도 모드들의 구성이 서로 다르더라도 동일한 세트의 인트라 예측 모드 인덱스들이 인트라 예측 모드의 시그널링에 사용될 수 있다. 따라서, 인트라 예측 모드 구성의 변화에 따른 시그널링 오버헤드가 최소화할 수 있다.

한편, 확장 각도 모드의 사용 여부는 현재 블록의 모양 및 크기 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 현재 블록의 크기가 기 설정된 크기보다 클 경우 확장 각도 모드가 현재 블록의 인트라 예측을 위해 사용되고, 그렇지 않을 경우 기본 각도 모드만 현재 블록의 인트라 예측을 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 현재 블록이 정사각형이 아닌 블록인 경우 확장 각도 모드가 현재 블록의 인트라 예측을 위해 사용되고, 현재 블록이 정사각형 블록인 경우 기본 각도 모드만 현재 블록의 인트라 예측을 위해 사용될 수 있다.

한편, 코딩 효율을 높이기 위하여 전술한 레지듀얼 신호를 그대로 코딩하는 것이 아니라, 레지듀얼 신호를 변환하여 획득된 변환 계수 값을 양자화하고, 양자화된 변환 계수를 코딩하는 방법이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 변환부는 레지듀얼 신호를 변환하여 변환 계수 값을 획득할 수 있다. 이때, 특정 블록의 레지듀얼 신호는 현재 블록의 전 영역에 분산되어 있을 수 있다. 이에 따라, 레지듀얼 신호에 대한 주파수 영역 변환을 통해 저주파 영역에 에너지를 집중시켜 코딩 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는, 레지듀얼 신호가 변환 또는 역변환되는 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 7은 인코더가 레지듀얼 신호를 변환하는 방법을 구체적으로 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 공간 영역의 레지듀얼 신호는 주파수 영역으로 변환될 수 있다. 인코더는 획득된 레지듀얼 신호를 변환하여 변환 계수를 획득할 수 있다. 먼저, 인코더는 현재 블록에 대한 레지듀얼 신호를 포함하는 적어도 하나의 레지듀얼 블록을 획득할 수 있다. 레지듀얼 블록은 현재 블록 또는 현재 블록으로부터 분할된 블록들 중 어느 하나일 수 있다. 본 개시에서, 레지듀얼 블록은 현재 블록의 레지듀얼 샘플들을 포함하는 레지듀얼 어레이(array) 또는 레지듀얼 매트릭스(matrix)로 지칭될 수 있다. 또한, 본 개시에서 레지듀얼 블록은 변환 유닛 또는 변환 블록의 크기와 동일한 크기의 블록을 나타낼 수 있다.

다음으로, 인코더는 변환 커널을 사용하여 레지듀얼 블록을 변환할 수 있다. 레지듀얼 블록에 대한 변환에 사용되는 변환 커널은 수직 변환 및 수평 변환의 분리 가능한 특성을 가지는 변환 커널일 수 있다. 이 경우, 레지듀얼 블록에 대한 변환은 수직 변환 및 수평 변환으로 분리되어 수행될 수 있다. 예를 들어, 인코더는 레지듀얼 블록의 수직 방향으로 변환 커널을 적용하여 수직 변환을 수행할 수 있다. 또한, 인코더는 레지듀얼 블록의 수평 방향으로 변환 커널을 적용하여 수평 변환을 수행할 수 있다. 본 개시에서, 변환 커널은 변환 매트릭스, 변환 어레이, 변환 함수, 변환과 같이 레지듀얼 신호의 변환에 사용되는 파라미터 세트를 지칭하는 용어로 사용될 수 있다. 일 실시예에 따라, 변환 커널은 복수의 사용 가능한 커널들 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 수직 변환 및 수평 변환 각각에 대해 서로 다른 변환 타입에 기반한 변환 커널이 사용될 수도 있다.

인코더는 레지듀얼 블록으로부터 변환된 변환 블록을 양자화부로 전달하여 양자화할 수 있다. 이때, 변환 블록은 복수의 변환 계수들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 변환 블록은 2차원 배열된 복수의 변환 계수들로 구성될 수 있다. 변환 블록의 크기는 레지듀얼 블록과 마찬가지로 현재 블록 또는 현재 블록으로부터 분할된 블록 중 어느 하나와 동일할 수 있다. 양자화부로 전달된 변환 계수들은 양자화된 값으로 표현될 수 있다.

또한, 인코더는 변환 계수가 양자화되기 전에 추가적인 변환을 수행할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 변환 방법은 1차 변환(primary transform)으로 지칭되고, 추가적인 변환은 2차 변환(secondary transform)으로 지칭될 수 있다. 2차 변환은 레지듀얼 블록 별로 선택적일 수 있다. 일 실시예에 따라, 인코더는 1차 변환만으로 저주파 영역에 에너지를 집중시키기 어려운 영역에 대해 2차 변환을 수행하여 코딩 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 레지듀얼 값들이 레지듀얼 블록의 수평 또는 수직 방향 이외의 방향에서 크게 나타나는 블록에 대해 2차 변환이 추가될 수 있다. 인트라 예측된 블록의 레지듀얼 값들은 인터 예측된 블록의 레지듀얼 값들에 비해 수평 또는 수직 방향 이외의 방향으로 변화할 확률이 높을 수 있다. 이에 따라, 인코더는 인트라 예측된 블록의 레지듀얼 신호에 대해 2차 변환을 추가적으로 수행할 수 있다. 또한, 인코더는 인터 예측된 블록의 레지듀얼 신호에 대해 2차 변환을 생략할 수 있다.

다른 예로, 현재 블록 또는 레지듀얼 블록의 크기에 따라, 2차 변환 수행 여부가 결정될 수 있다. 또한, 현재 블록 또는 레지듀얼 블록의 크기에 따라 크기가 서로 다른 변환 커널이 사용될 수 있다. 예를 들어, 너비 또는 높이 중 짧은 변의 길이가 제1 기 설정된 길이 보다 크거나 같은 블록에 대해서는 8X8 2차 변환이 적용될 수 있다. 또한, 너비 또는 높이 중 짧은 변의 길이가 제2 기 설정된 길이 보다 크거나 같고, 제1 기 설정된 길이 보다 작은 블록에 대해서는 4X4 2차 변환이 적용될 수 있다. 이때, 제1 기 설정된 길이는 제2 기 설정된 길이 보다 큰 값일 수 있으나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 2차 변환은 1차 변환과 달리 수직 변환 및 수평 변환으로 분리되어 수행되지 않을 수 있다. 이러한 2차 변환은 저대역 비-분리 변환(Low Frequency Non-Separable Transform, LFNST)으로 지칭될 수 있다.

또한, 특정 영역의 비디오 신호의 경우, 급격한 밝기 변화로 인해 주파수 변환을 수행하여도 고주파 대역 에너지가 줄어들지 않을 수 있다. 이에 따라, 양자화에 의한 압축 성능이 저하될 수 있다. 또한, 레지듀얼 값이 드물게 존재하는 영역에 대해 변환을 수행하는 경우, 인코딩 시간 및 디코딩 시간이 불필요하게 증가할 수 있다. 이에 따라, 특정 영역의 레지듀얼 신호에 대한 변환은 생략될 수 있다. 특정 영역의 레지듀얼 신호에 대한 변환 수행 여부는 특정 영역의 변환과 관련된 신택스 요소에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 신택스 요소는 변환 스킵 정보(transform skip information)를 포함할 수 있다. 변환 스킵 정보는 변환 스킵 플래그(transform skip flag)일 수 있다. 레지듀얼 블록에 대한 변환 스킵 정보가 변환 스킵을 나타내는 경우, 해당 레지듀얼 블록에 대한 변환이 수행되지 않는다. 이 경우, 인코더는 해당 영역의 변환이 수행되지 않은 레지듀얼 신호를 곧바로 양자화할 수 있다. 도 7 을 참조하여 설명된 인코더의 동작들은 도 1의 변환부를 통해 수행될 수 있다.

전술한 변환 관련 신택스 요소들은 비디오 신호 비트스트림으로부터 파싱된 정보일 수 있다. 디코더는 비디오 신호 비트스트림을 엔트로피 디코딩하여 변환 관련 신택스 요소들을 획득할 수 있다. 또한, 인코더는 변환 관련 신택스 요소들을 엔트로피 코딩하여 비디오 신호 비트스트림을 생성할 수 있다.

도 8은 인코더 및 디코더가 변환 계수를 역변환하여 레지듀얼 신호를 획득하는 방법을 구체적으로 나타내는 도면이다. 이하 설명의 편의를 위해, 인코더 및 디코더 각각의 역변환부를 통해 역변환 동작이 수행되는 것으로 설명한다. 역변환부는 역양자화된 변환 계수를 역변환하여 레지듀얼 신호를 획득할 수 있다. 먼저, 역변환부는 특정 영역의 변환 관련 신택스 요소로부터 해당 영역에 대한 역변환이 수행되는지 검출할 수 있다. 일 실시예에 따라, 특정 변환 블록에 대한 변환 관련 신택스 요소가 변환 스킵을 나타내는 경우, 해당 변환 블록에 대한 변환이 생략될 수 있다. 이 경우, 변환 블록에 대해 전술한 1차 역변환 및 2차 역변환이 모두 생략될 수 있다. 또한, 역양자화된 변환 계수는 레지듀얼 신호로 사용될 수 있다. 예를 들어, 디코더는 역양자화된 변환 계수를 레지듀얼 신호로 사용하여 현재 블록을 복원할 수 있다. 전술한 1차 역변환은 1차 변환에 대한 역변환을 나타내며, 역 1차 변환(inverse primary transform)으로 지칭될 수 있다. 2차 역변환은 2차 변환에 대한 역변환을 나타내며, 역 2차 변환(inverse secondary transform) 또는 inverse LFNST로 지칭될 수 있다. 본 발명에서 1차 (역)변환은 제1 (역)변환으로 지칭될 수 있으며, 2차 (역)변환은 제2 (역)변환으로 지칭될 수 있다.

다른 일 실시예에 따라, 특정 변환 블록에 대한 변환 관련 신택스 요소가 변환 스킵을 나타내지 않을 수 있다. 이 경우, 역변환부는 2차 변환에 대한 2차 역변환 수행 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 변환 블록이 인트라 예측된 블록의 변환 블록인 경우, 변환 블록에 대한 2차 역변환이 수행될 수 있다. 또한, 변환 블록에 대응하는 인트라 예측 모드에 기초하여 해당 변환 블록에 사용되는 2차 변환 커널이 결정될 수 있다. 다른 예로, 변환 블록의 크기에 기초하여 2차 역변환 수행 여부가 결정될 수도 있다. 2차 역변환은 역양자화 과정 이후 1차 역변환이 수행되기 전에 수행될 수 있다.

역변환부는 역양자화된 변환 계수 또는 2차 역변환된 변환 계수에 대한 1차 역변환을 수행할 수 있다. 1차 역변환의 경우, 1차 변환과 마찬가지로 수직 변환 및 수평 변환으로 분리되어 수행될 수 있다. 예를 들어, 역변환부는 변환 블록에 대한 수직 역변환 및 수평 역변환을 수행하여 레지듀얼 블록을 획득할 수 있다. 역변환부는 변환 블록의 변환에 사용된 변환 커널에 기초하여 변환 블록을 역변환할 수 있다. 예를 들어, 인코더는 복수의 사용 가능한 변환 커널들 중 현재 변환 블록에 적용된 변환 커널을 지시하는 정보를 명시적 또는 묵시적으로 시그널링할 수 있다. 디코더는 시그널링된 변환 커널을 나타내는 정보를 이용하여 복수의 사용 가능한 변환 커널들 중 변환 블록의 역변환에 사용될 변환 커널을 선택할 수 있다. 역변환부는 변환 계수에 대한 역변환을 통해 획득된 레지듀얼 신호를 이용하여 현재 블록을 복원할 수 있다.

한편, 픽쳐의 레지듀얼 신호의 분포는 영역 별로 다를 수 있다. 예를 들어, 특정 영역 내의 레지듀얼 신호는 예측 방법에 따라 값의 분포가 달라질 수 있다. 복수의 서로 다른 변환 영역들에 대해 동일한 변환 커널을 사용하여 변환을 수행하는 경우, 변환 영역 내의 값들의 분포와 특성에 따라 변환 영역 별로 코딩 효율이 달라질 수 있다. 이에 따라, 복수의 사용 가능한 변환 커널 중 특정 변환 블록의 변환에 사용되는 변환 커널을 적응적으로 선택하는 경우 코딩 효율이 추가적으로 향상될 수 있다. 즉, 인코더 및 디코더는 비디오 신호의 변환에 있어서, 기본 변환 커널 이외의 변환 커널을 추가적으로 사용 가능하도록 설정할 수 있다. 변환 커널을 적응적으로 선택하는 방법은 적응적 다중 코어 변환(adaptive multiple core transform, AMT) 또는 다중 변환 선택(multiple transform selection, MTS)으로 지칭될 수 있다. 변환 커널을 적응적으로 선택하는 방법에 대해서는 관련 도면을 참조하여 후술하도록 한다. 본 개시에서는 설명의 편의를 위해 변환 및 역변환을 통틀어 변환이라 지칭한다. 또한, 변환 커널 및 역변환 커널을 통틀어 변환 커널이라 지칭한다.

원본 신호와 화면간 예측 또는 화면내 예측을 통해 생성한 예측 신호의 차이 신호인 잔차(레지듀얼) 신호는 픽셀 도메인 전 영역에 에너지가 분산되어 있으므로, 잔차 신호의 픽셀 값 자체를 부호화할 경우, 압축 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 따라서 픽셀 도메인의 잔차 신호를 변환 부호화를 통해 주파수 도메인의 저주파 영역으로 에너지를 집중시키는 과정이 필요하다.

HEVC(high efficiency video coding) 표준에서는 신호가 픽셀 도메인에서 고르게 분포하는 경우(이웃하는 픽셀 값이 유사한 경우)에 효율적인 DCT-II(discrete cosine transform type-II)를 대부분 사용하고, 화면내 예측된 4x4 블록에만 DST-VII(discrete sine transform type-VII)을 한정적으로 사용하여 픽셀 도메인의 잔차 신호를 주파수 영역으로 변환하였다. DCT-II 변환의 경우, 화면간 예측을 통해 생성한 잔차 신호 (픽셀 도메인에서 에너지가 고르게 분포하는 경우)에 적합할 수 있으나, 화면내 예측을 통해 생성한 잔차 신호의 경우, 현재 부호화 유닛 주변의 복원된 참조 샘플을 사용하여 예측하는 화면내 예측의 특성 상, 참조 샘플과 멀어질수록 잔차 신호의 에너지가 증가하는 경향을 보일 수 있으므로 DCT-II 변환만을 사용하는 경우, 높은 부호화 효율을 달성할 수 없다.

AMT는 예측 방법에 따라 여러 개의 기 설정된 변환 커널 중 적응적으로 변환 커널을 선택하는 변환 기법으로, 어떤 예측 방법을 사용하였는지에 따라 잔차 신호의 픽셀 도메인에서의 패턴 (수평 방향으로 신호의 특성, 수직 방향으로 신호의 특성)이 달라지기 때문에, 단순히 DCT-II만을 사용했을 때 보다 높은 부호화 효율을 기대할 수 있다. 본 발명에서, AMT는 그 명칭에 제한되지 않으며, MTS(multiple transform selection)으로 지칭될 수 있다.

도 9는 AMT에서 사용하는 변환 커널의 정의를 도시한 도면으로, AMT에 적용되는 DCT-II, DCT-V(discrete cosine transform type-V), DCT-VIII(discrete cosine transform type-VIII), DST-I(discrete sine transform type-I), DST-VII 커널의 수식을 나타낸 것이다.

DCT와 DST는 각각 코사인, 사인의 함수로 표현이 가능하며, 샘플 수 N에 대한 변환 커널의 기저 함수를 Ti(j)로 표현할 경우, 인덱스 i는 주파수 도메인에서의 인덱스를 나타내며, 인덱스 j는 기저 함수 내의 인덱스를 나타낸다. 즉, i가 작아질수록 저주파 기저 함수를 나타내며, i가 커질수록 고주파 기저 함수를 나타낸다. 기저 함수 Ti(j)는 2차원 행렬로 표현했을 때, i 번째 행의 j 번째 요소를 나타낼 수 있으며, 도 9 에 도시한 변환 커널은 모두 분리 가능한 특성을 가지고 있으므로, 잔차 신호 X에 대하여 수평 방향과 수직 방향에 각각 변환을 수행할 수 있다. 즉, 잔차 신호 블록을 X라 하고, 변환 커널 행렬을 T라 했을 때, 잔차 신호 X에 대한 변환은 TXT’으로 나타낼 수 있다. 이때, T’는 변환 커널 행렬 T의 전치(transpose) 행렬을 의미한다.

도 9에 도시된 기저 함수에 의해 정의되는 변환 매트릭스의 값들은 정수 형태가 아닌 소수 형태일 수 있다. 비디오 인코딩 장치 및 디코딩 장치에 하드웨어적으로 소수 형태의 값들을 구현하기 어려울 수 있다. 따라서 소수 형태의 값들을 포함하는 원형(original) 변환 커널로부터 정수 근사화된 변환 커널이 비디오 신호의 인코딩 및 디코딩에 사용될 수 있다. 정수 형태의 값들을 포함하는 근사화된 변환 커널은 원형 변형 커널에 대한 스케일링 및 라운딩을 통해 생성될 수 있다. 근사화된 변환 커널이 포함하는 정수 값은 기 설정된 개수의 비트로 표현 가능한 범위 내의 값일 수 있다. 기 설정된 개수의 비트는 8-bit 또는 10-bit일 수 있다. 근사화에 따라 DCT와 DST의 정규 직교 (orthonormal) 성질은 유지되지 않을 수 있다. 그러나, 이에 따른 부호화 효율 손실이 크지 않으므로, 변환 커널을 정수 형태로 근사화 시키는 것이 하드웨어적 구현 측면에서 유리할 수 있다.

도 10은 AMT에서 화면내 예측 모드에 따른 변환 세트 및 변환 세트에 따라 정의되는 변환 커널 후보를 나타내는 도면이다. 화면내 예측은 부호화 유닛 주변의 복원된 참조 샘플을 활용하여 무 방향성 예측{ INTRA_PLANAR (0번 모드), INTRA_DC (1번 모드) }, 방향성 예측{ INTRA_ANGULAR2, INTRA_ANGULAR3, …, INTRA_ANGULAR66 }으로 구성될 수 있으며, 추가적으로 직사각형 블록에 적용되는 광각 예측 모드 및 색차 성분 신호를 복원된 휘도 성분 신호로부터 예측하는 CCLM(cross-component linear model)을 포함할 수 있다. 이러한 화면내 예측의 방법에 따라 잔차 신호 블록의 수평 방향과 수직 방향의 패턴이 다를 수 있으므로, 예측 모드에 따라 사용할 수 있는 변환 커널 세트를 정의하고, 세트 내에서 사용하는 변환 후보 인덱스를 수평 방향과 수직 방향에 대하여 각각 1-bit으로 시그널링하여 복호화기에서는 부호화기에서 찾은 최적의 변환 커널을 적용하여 역변환을 수행할 수 있다. 도 10(a)는 67개의 화면내 예측 모드를 사용하는 경우, 예측 모드에 따라 정의되는 변환 세트 인덱스를 도시한 것이며, V(vertical)은 수직 방향에 적용되는 변환 세트를 나타내며, H(horizontal)은 수평 방향에 적용되는 변환 세트를 의미한다. 화면내 예측 모드에 따라 다른 변환 세트를 사용할 수 있으며, 특정 예측 모드에서 수평과 수직 방향에 적용되는 변환 세트는 다를 수 있다. 도 10(b)는 화면내 예측에서 사용하는 변환 세트 및 변환 세트에 따라 사용할 수 있는 변환 커널 후보를 도시한다. 변환 세트(Transform Set) 0은 {DST-VII, DCT-VIII}로 구성되며, 변환 세트 1은 {DST-VII, DST-I}으로 구성되며, 변환 세트 2는 {DST-VII, DCT-V}로 구성된다. 화면내 예측의 경우, 현재 블록 주변의 복원된 참조 샘플을 활용하여 예측하는 화면내 예측의 특성 상, 참조 샘플과 멀어질수록, 즉, 잔차 신호 블록의 좌상단 좌표를 기준으로 수평 방향과 수직 방향으로 멀어질수록 잔차 신호의 에너지가 증가하는 경향이 있으므로 이를 잘 표현하는 DST-VII이 효과적이다. 따라서 모든 변환 세트에 DST-VII이 포함될 수 있다.

도 10(c)는 화면간 예측에서 사용하는 변환 세트 및 변환 세트에 따라 사용할 수 있는 변환 커널 후보를 도시한다. 화면간 예측의 경우, 사용할 수 있는 변환 세트는 하나이며, 변환 세트 0 {DCT-VIII, DST-VII}으로 구성된다.

AMT는 휘도 성분에만 적용 가능하며, 색차 성분에 대해서는 HEVC와 같이 DCT-II 변환을 사용할 수 있다. 부호화 유닛 단위에서 AMT를 컨트롤할 수 있도록 1-bit 플래그로 온(on)/오프(off)를 지시할 수 있으며, 이 플래그가 오프를 지시할 경우 색차 성분과 같이 기본 커널인 DCT-II를 사용할 수 있다. 반면 이 플래그가 온을 지시하는 경우, 예측 모드에 따라 기 설정된 변환 세트 내에서 사용하는 변환 후보 인덱스를 시그널링하여 복호화기에서 인덱스에 해당하는 변환 커널을 적용하여 역변환을 수행할 수 있다. 수평과 수직 방향에 각기 다른 변환을 적용할 수 있으므로 각각 1-bit씩 총 2-bit로 사용하는 변환 인덱스를 지시할 수 있다. 화면내 예측의 경우, 해당 블록에 AMT를 적용함을 나타내는 플래그가 온(on)이라도 0이 아닌(non-zero) 계수의 개수에 따라 변환 후보 인덱스를 시그널링하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 0이 아닌 계수의 개수가 하나 또는 둘인 경우 변환 후보 인덱스를 시그널링하지 않으며 이때에는 수평, 수직 방향 모두 DST-VII을 사용하여 부호화/복호화한다.

도 11은 도 9에서 정의한 DCT-II, DCT-V, DCT-VIII, DST-I, DST-VII 변환의 0 번째(해당 변환 커널의 가장 저주파 성분) 기저 함수를 도시한 도면이다. 도 9에서 정의한 DCT/DST의 변환 기저 함수인 Ti(j)에 대해 N이 8이고, i가 0일 때의 그래프로써, 가로축은 변환 기저 함수 내의 인덱스 j (j=0, 1, …, N-1)을 나타내며, 세로축은 신호의 크기 값을 나타낸다.

도 11에 도시된 바와 같이 DST-VII은 인덱스 j가 증가할수록 신호가 증가하는 경향을 보이므로 화면내 예측과 같이 잔차 신호 블록 내에서 블록의 좌상단 좌표를 기준으로 수평, 수직 방향으로의 거리가 멀어질수록 잔차 신호의 에너지가 증가하는 잔차 신호의 패턴에 효율적일 수 있다.

반면, DCT-VIII의 경우, 인덱스 j가 증가할수록 신호의 크기가 감소하는 패턴을 보이므로 잔차 신호 블록 내에서 블록의 좌상단 좌표를 기준으로 수평, 수직 방향으로의 거리가 멀어질수록 잔차 신호의 에너지가 감소하는 잔차 신호의 패턴에 효율적일 수 있다.

DST-I의 경우, 기저 함수 내의 인덱스 j가 증가할수록 신호가 증가하다가 특정 인덱스를 기점으로 신호의 크기가 감소하는 형태를 보인다. 따라서 잔차 블록 내의 중앙으로 이동할수록 잔차 신호의 에너지가 증가하는 잔차 신호의 패턴에 효율적일 수 있다.

DCT-II의 경우, 0 번째 기저 함수는 DC를 나타내며, 화면간 예측과 같이 잔차 블록 내의 화소 값 분포가 균일한 잔차 신호의 패턴에 효율적일 수 있다.

DCT-V의 경우, DCT-II와 유사하지만 j가 0일 때의 값이 j가 0이 아닐 때의 값보다 작은 값을 가지므로 j가 1일 때 직선이 꺾이는 형태의 신호 모형을 가진다.

DCT-II만을 주요하게 사용한 기존의 비디오 코덱의 경우, 예측 모드와 원본 신호의 특성에 따라 달라지는 잔차 신호의 패턴에 적응적으로 변환을 수행할 수 없으므로 최적의 부호화 효율을 달성할 수 없으나, 다양한 변환 커널을 예측 모드에 따라 달리 사용하여 잔차 신호의 패턴에 최적화된 변환 커널을 선택하여 변환 부호화를 수행하는 AMT의 경우 높은 압축 효율을 기대할 수 있다. AMT와 마찬가지로, 다중 변환 선택(multiple transform selection, MTS) 기술은 예측 모드에 따라 적응적으로 변환 커널을 선택하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있는 변환 부호화 방법이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTS에서 사용되는 변환 커널과 예측 모드에 따라 정의되는 변환 세트 및 변환 커널 후보를 도시한다. 도 12(a)는 MTS에서 사용되는 DCT-II, DCT-VIII, DST-VII 커널을 구성하는 기저 함수의 수식을 나타낸 것이다. DCT와 DST는 각각 코사인, 사인의 함수로 표현이 가능하며, 샘플 수 N에 대한 변환 커널의 기저 함수를 Ti(j)로 표현할 경우, 인덱스 i는 주파수 도메인에서의 인덱스를 나타내며, 인덱스 j는 기저 함수 내의 인덱스를 나타낸다. 즉, i가 작아질수록 저주파 기저 함수를 나타내며, i가 커질수록 고주파 기저 함수를 나타낸다. 기저 함수 Ti(j)는 2차원 행렬로 표현했을 때, i 번째 행의 j 번째 요소를 나타낼 수 있으며, 도 12(a)에 도시한 변환 커널은 모두 분리 가능한 특성을 가지고 있으므로, 잔차 신호 X에 대하여 수평 방향과 수직 방향에 각각 변환을 수행할 수 있다. 즉, 잔차 신호 블록을 X라 하고, 변환 커널 행렬을 T라 했을 때, 잔차 신호 X에 대한 변환은 TXT’으로 나타낼 수 있다. 이때, T’는 변환 커널 행렬 T의 전치(transpose) 행렬을 의미한다.

도 9에서 전술한 바와 같이, 기저 함수에 의해 정의되는 변환 매트릭스의 값들은 정수 형태가 아닌 소수 형태일 수 있다. 비디오 인코딩 장치 및 디코딩 장치에 하드웨어적으로 소수 형태의 값들을 구현하기 어려울 수 있다. 따라서 소수 형태의 값들을 포함하는 원형(original) 변환 커널로부터 정수 근사화된 변환 커널이 비디오 신호의 인코딩 및 디코딩에 사용될 수 있다. 정수 형태의 값들을 포함하는 근사화된 변환 커널은 원형 변형 커널에 대한 스케일링 및 라운딩을 통해 생성될 수 있다. 근사화된 변환 커널이 포함하는 정수 값은 기 설정된 개수의 비트로 표현 가능한 범위 내의 값일 수 있다. 기 설정된 개수의 비트는 8-bit 또는 10-bit일 수 있다. 근사화에 따라 DCT와 DST의 정규 직교 (orthonormal) 성질은 유지되지 않을 수 있다. 그러나, 이에 따른 부호화 효율 손실이 크지 않으므로, 변환 커널을 정수 형태로 근사화 시키는 것이 하드웨어적 구현 측면에서 유리할 수 있다.

도 12(b), (c)는 화면내 예측 모드에 따른 변환 세트 및 변환 세트에 따라 정의되는 변환 커널 후보를 나타낸 도면이다. 화면내 예측은 부호화 유닛 주변의 복원된 참조 샘플을 활용하여 무방향성 예측 { INTRA_PLANAR (0번 모드), INTRA_DC (1번 모드) }, 방향성 예측 { INTRA_ANGULAR2, INTRA_ANGULAR3, …, INTRA_ANGULAR66 }으로 구성될 수 있으며, 추가적으로 직사각형 블록에 적용되는 광각 예측 모드 및 색차 성분 신호를 복원된 휘도 신호로부터 예측하는 CCLM(cross-component linear model)을 포함할 수 있다. 이러한 화면내 예측의 방법에 따라 잔차 신호 블록의 수평 방향과 수직 방향의 패턴이 다를 수 있으므로, 예측 모드에 따라 사용할 수 있는 변환 커널 세트를 정의하고, 세트 내에서 사용하는 변환 후보 인덱스를 시그널링하여 복호화기에서는 부호화기에서 찾은 최적의 변환 커널을 적용하여 역변환을 수행할 수 있다. 도 12(b)는 67개의 화면내 예측 모드를 사용하는 경우, 예측 모드에 따라 정의되는 변환 세트 인덱스를 도시한 것이며, V(vertical)은 수직 방향에 적용하는 변환 세트를 나타내며, H(horizontal)은 수평 방향으로 적용하는 변환 세트를 의미한다. 화면내 예측 모드에 따라 다른 변환 세트를 사용할 수 있으며, 특정 예측 모드에서 수평과 수직 방향에 적용되는 변환 세트는 다를 수 있다. 도 12(c)는 화면내 예측에서 사용하는 변환 세트 및 변환 세트에 따라 사용할 수 있는 변환 커널 후보를 도시한다. 변환 세트(Transform Set) 0, 1, 2 모두 {DST-VII, DCT-VIII}로 구성된다. 즉, 화면내 예측 모드에 상관없이 하나의 변환 세트를 사용 (모든 화면내 예측 모드에 동일한 변환 커널 후보 사용)하는 것으로 해석할 수 있으나, AMT와 같이 변환 세트 각각이 모두 다른 변환 커널 후보로 구성될 수도 있다. 변환 커널 매트릭스는 실수 형태의 원형 매트릭스로부터 정수 형태로 근사화될 수 있으며, 이는 8-bit 또는 10-bit 정밀도로 표현될 수 있다. 이러한 모든 변환 커널은 부호화기, 복호화기에 미리 메모리에 저장되어야 하므로 변환 커널의 종류가 늘어날수록 부호화기, 복호화기의 메모리 부담이 커진다. 따라서 부호화 효율 성능에 가장 큰 영향을 미치는 DCT-II, DCT-VIII, DST-VII에 기반하는 변환 커널만을 사용하여 변환 커널 저장에 필요한 메모리 용량을 줄일 수 있다.

도 12(d)는 화면간 예측에서 사용되는 변환 세트 및 변환 세트에 따라 사용될 수 있는 변환 커널 후보를 도시한다. 화면간 예측의 경우, 사용될 수 있는 변환 세트는 하나이며, 변환 세트 0 {DST-VII, DCT-VIII}으로 구성된다.

MTS는 휘도 성분에만 적용 가능하며, 색차 성분에 대해서는 DCT-II 변환을 사용할 수 있다. 부호화 유닛 단위에서 MTS를 컨트롤할 수 있도록 1-bit 플래그로 온(on)/오프(off)를 지시할 수 있으며, 이 플래그가 오프를 지시할 경우 색차 성분과 같이 기본 커널인 DCT-II가 수평 방향과 수직 방향에 적용될 수 있다. 반면 이 플래그가 온을 지시하는 경우, 예측 모드에 따라 기 설정된 변환 세트 내에서 사용하는 변환 후보 인덱스를 시그널링하여 복호화기에서 인덱스에 해당하는 변환 커널을 적용하여 역변환을 수행할 수 있다. 수평과 수직 방향에 각기 다른 변환을 적용할 수 있으므로 각각 1-bit씩 총 2-bit로 사용하는 변환 인덱스를 지시할 수 있다. 또는 절삭형 단항(truncated unary) 이진화 방법을 사용하여 변환 인덱스를 지시할 수 있다. 예를 들어, DST-VII, DCT-VIII 두 커널을 사용할 수 있는 경우, 현재 블록에 적용 가능한 변환 커널 조합은 4가지이며, 인코더는 이를 다음과 같이 디코더로 시그널링할 수 있다.

{수평: DST-VII, 수직: DST-VII}, 0

{수평: DCT-VIII, 수직: DST-VII}, 10

{수평: DST-VII, 수직: DCT-VIII}, 110

{수평: DCT-VIII, 수직: DCT-VIII}, 111

MTS에서 통계적으로 {수평: DST-VII, 수직: DST-VII} 조합이 선택될 확률이 높으므로, 고정 길이의 2-bit를 사용하여 변환 커널을 시그널링하는 것보다 상기 기술한 절삭형 단항 이진화 방법을 사용하여 변환 커널을 시그널링할 경우, 부호화 효율 향상을 기대할 수 있다.

변환 커널을 지시하는 다른 실시예로, MTS를 컨트롤하는 1-bit 온(on)/오프(off) 플래그와 변환 커널을 나타내는 인덱스가 하나의 신택스 요소로 시그널링 될 수 있다. 예를 들어, mts_idx는 절삭형 단항 이진화 방법을 사용하여 이진 코드로 표현될 수 있으며, 수평 방향 및 수직 방향에 적용되는 변환 커널을 지시할 수 있다.

mts_idx가 0인 경우(이진 코드 0), 수평 방향과 수직 방향에 모두 DCT-II에 기반하는 기본 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있다.

mts_idx가 1인 경우(이진 코드 10), 수평 방향과 수직 방향에 모두 DST-VII에 기반하는 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있다.

mts_idx가 2인 경우(이진 코드 110), 수평 방향에는 DCT-VIII에 기반하는 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있으며, 수직 방향에는 DST-VII에 기반하는 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있다.

mts_idx가 3인 경우(이진 코드 1110), 수평 방향에는 DST-VII에 기반하는 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있으며, 수직 방향에는 DCT-VIII에 기반하는 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있다.

mts_idx가 4인 경우(이진 코드 1111), 수평 방향과 수직 방향에 모두 DCT-VIII에 기반하는 커널이 적용되는 것을 나타낼 수 있다.

도 7 내지 도 8에서 전술한 1차 변환 및 역 1차 변환의 경우, 분리 가능한 변환 커널에 대하여 2차원 행렬로 표현하여 수직 방향과 수평 방향에 각각 변환을 수행하는 것이므로 2차원 행렬 곱 연산을 두 차례 수행하는 것으로 볼 수 있다. 이는 많은 연산량을 수반하므로 구현 관점에서 문제가 될 수 있다. 따라서 구현 관점에서 DCT-II와 같이 버터플라이 구조(butterfly structure) 또는 하프 버터플라이 구조(half butterfly structure)와 하프 매트릭스 곱셈기(half matrix multiplier)의 조합 구조를 사용하여 연산량을 줄일 수 있는지 또는 해당 변환 커널을 구현 복잡도가 낮은 변환 커널들로 분해가 가능한지 (복잡도가 낮은 행렬들의 곱으로 해당 커널을 표현할 수 있는지)가 중요한 이슈가 될 수 있다. 그리고 변환 커널의 요소(변환 커널의 행렬 요소)들은 연산을 위해 메모리에 저장되어 있어야하므로, 커널 행렬 저장을 위한 메모리 용량도 구현에 고려되어야 한다. 이러한 관점에서 보았을 때, DST-VII과 DCT-VIII의 구현 복잡도는 높은 편이므로 DST-VII, DCT-VIII과 유사한 특성을 보이면서 구현 복잡도가 낮은 변환은 DST-VII과 DCT-VIII을 대체할 수 있다.

DST-IV(discrete sine transform type-IV)와 DCT-IV(discrete cosine transform type-IV)는 각각 DST-VII, DCT-VIII을 대체할 수 있는 후보로 볼 수 있다. 샘플 수 2N에 대한 DCT-II 커널은 샘플 수 N에 대한 DCT-IV 커널을 포함하고 있고, 샘플 수 N에 대한 DST-IV 커널은 샘플 수 N에 대한 DCT-IV 커널로부터 간단한 연산인 부호 반전과 해당 기저 함수를 역순으로 정렬함으로써 구현할 수 있으므로, 샘플수 2N에 대한 DCT-II로부터 간단하게 샘플수 N에 대한 DST-IV와 DCT-IV를 유도할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 DST-IV, DCT-IV 기저 함수의 정의와 DCT-II, DCT-IV, DCT-VIII, DST-IV, DST-VII의 0 번째 (가장 낮은 주파수 성분) 기저 함수의 그래프를 도시한 도면이다. 도 12(a), 도 13(a) 에서 정의한 DCT/DST의 변환 기저 함수인 Ti(j)에 대해 N이 8이고, i가 0일 때의 그래프로써, 가로축은 변환 기저 함수 내의 인덱스 j (j=0, 1, …, N-1)을 나타내며, 세로축은 신호의 크기 값을 나타낸다.

DST-IV와 DST-VII은 유사한 신호 모형으로, 인덱스 j가 증가할수록 신호가 증가하는 경향을 보이므로 화면내 예측과 같이 잔차 신호 블록 내에서 블록의 좌상단 좌표를 기준으로 수평, 수직 방향으로의 거리가 멀어질수록 잔차 신호의 에너지가 증가하는 잔차 신호의 패턴에 효율적일 수 있다.

DCT-IV와 DCT-VIII은 유사한 신호 모형으로, 인덱스 j가 증가할수록 신호의 크기가 감소하는 패턴을 보이므로 잔차 신호 블록 내에서 블록의 좌상단 좌표를 기준으로 수평, 수직 방향으로의 거리가 멀어질수록 잔차 신호의 에너지가 감소하는 잔차 신호의 패턴에 효율적일 수 있다.

잔차 신호의 패턴은 예측 방법뿐만 아니라, 블록의 크기에도 영향을 받으므로 이를 고려하여 변환 커널 세트를 구성할 수 있다. 4-point(4개의 잔차 신호 픽셀)에 대해서는 DST-VII/DCT-VIII보다 DST-IV/DCT-IV가 더 효율적으로 잔차 신호를 표현할 수 있는 경향이 있으므로 4x4 DST-VII 커널을 4x4 DST-IV 커널로 대체하고, 4x4 DCT-VIII 커널을 4x4 DCT-IV 커널로 대체할 수 있다. 나머지 크기의 변환 커널은 도 12에서 기술한 DST-VII, DCT-VIII을 사용할 수 있다.

원본 신호와 예측 신호의 차이인 잔차 신호는 예측 방법에 따라 신호의 에너지 분포가 변하는 특성을 보이므로, AMT 또는 MTS와 같이 예측 방법에 따라 변환 커널을 적응적으로 선택할 경우 부호화 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 도 7 내지 도 8에서 전술한 바와 같이, 1차 변환 및 역 1차 변환(1차 변환에 상응하는 역변환) 이외에 추가적인 변환인 2차 변환 및 역 2차 변환(2차 변환에 상응하는 역변환)을 수행하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 2차 변환은 특히 잔차 신호 블록의 수평 또는 수직 방향이 아닌 방향으로 강한 에너지가 존재할 가능성이 높은 화면내 예측된 잔차 신호 블록에 대하여 에너지 압축(energy compaction)을 향상시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 2차 변환은 저대역 비-분리 변환(Low Frequency Non-Separable Transform, LFNST)으로 지칭될 수 있다. 그리고, 상기 1차 변환은 코어 변환(core transform)으로 지칭될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환을 수행하는 복호화기에서 잔차 신호를 복원하는 과정을 도시하는 블록도이다. 먼저, 엔트로피 코더는 비트스트림으로부터 잔차 신호와 관련된 syntax 요소를 파싱하고 역이진화를 통해 양자화 계수가 획득될 수 있다. 복원된 양자화 계수에 역양자화를 수행하여 변환 계수를 획득할 수 있으며, 변환 계수에 역 변환을 수행하여 잔차 신호 블록을 복원할 수 있다. 역변환은 변환 생략(transform skip, TS)이 적용되지 않는 블록에 적용될 수 있으며, 역변환은 복호화기에서 2차 역변환, 1차 역변환 순으로 수행될 수 있다. 이때, 2차 역변환은 생략될 수도 있으며, 2차 역변환이 생략될 수 있는 조건은 화면간 예측된 블록일 수 있다. 또는 블록 크기 조건에 따라 2차 역변환이 생략될 수 있다. 복원된 잔차 신호는 양자화 오차가 포함된 것으로, 2차 변환은 잔차 신호의 에너지 분포를 변화시킴으로써 1차 변환만을 수행했을 때보다 양자화 오차를 줄일 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환을 수행하는 복호화기에서 잔차 신호를 복원하는 과정을 블록 레벨에서 도시하는 도면이다. 잔차 신호의 복원은 변환 유닛(transform unit, TU) 또는 TU 내의 서브-블록 단위로 수행될 수 있다. 도 15는 2차 변환이 적용되는 잔차 신호 블록의 복원 과정을 도시한 것으로, 역양자화된 변환 계수 블록에 대하여 2차 역변환이 먼저 수행될 수 있다. TU 내의 WxH (W: 너비, 수평 샘플 수, H: 높이, 수직 샘플 수)개의 모든 샘플들에 대하여 2차 역변환을 수행할 수도 있지만, 복잡도를 고려하여 가장 영향력이 높은 저 주파 영역인 좌-상단 W’xH’ 크기의 서브-블록에 대해서만 2차 역변환을 수행할 수도 있다. 이때, W’은 W보다 작거나 같고, H’은 H보다 작거나 같다. 좌 상단 서브-블록 사이즈인 W’xH’은 TU 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, min(W, H)=4인 경우, W’와 H’는 모두 4로 설정될 수 있고, min(W, H)>=8인 경우, W’와 H’는 모두 8로 설정될 수 있다. min(x, y)는 x가 y보다 작거나 같은 경우 x를 반환하고, x가 y보다 큰 경우 y를 반환하는 연산을 나타낸다. 2차 역변환을 수행한 후, TU 내의 좌-상단 W’xH’ 크기의 서브-블록 변환 계수를 획득할 수 있고, 전체 WxH 크기의 변환 계수 블록에 대하여 1차 역변환을 수행하여 잔차 신호 블록을 복원할 수 있다.

2차 변환을 수행하는지 여부는 시퀀스 파라미터 세트(sequence parameter set, SPS), 픽쳐 파라미터 세트(picture parameter set, PPS), 픽쳐 헤더, 슬라이스 헤더, 타일 그룹 헤더 등의 상위 레벨 신택스(High Level Syntax, HLS) RBSP 중의 적어도 어느 하나에 1-bit 플래그 형태로 포함되어 지시될 수 있다. 추가적으로, 2차 변환을 수행하는 경우, 2차 변환에서 고려하는 좌 상단 서브-블록의 사이즈를 지시할 수도 있다. 예를 들어, 4x4, 8x8 크기의 서브-블록을 고려하는 2차 변환의 경우, 8x8 크기의 서브-블록을 사용할 수 있는지를 1-bit 플래그로 지시할 수 있다.

HLS에서 2차 변환을 수행하는 것이 지시되는 경우, 부호화 유닛(coding unit, CU) 레벨에서 2차 변환의 적용 여부가 1-bit 플래그로 지시될 수 있다. 또한 현재 블록에 2차 변환이 적용되는 경우, 2차 변환에 사용되는 변환 커널을 나타내는 인덱스가 지시될 수 있으며, 예측 모드에 따라 기 설정된 변환 커널 세트 내에서 해당 인덱스가 지시하는 변환 커널을 사용하여 2차 변환을 수행할 수 있다. 변환 커널을 나타내는 인덱스는 절삭형 단항 또는 고정 길이 이진화 방법을 사용하여 이진화될 수 있다. CU 레벨에서 2차 변환의 적용 여부를 나타내는 1-bit 플래그와 변환 커널을 지시하는 인덱스는 하나의 신택스 요소를 사용하여 지시될 수도 있으며, 본 발명에서는 이를 st_idx로 지칭하나, 본 발명이 이러한 명칭에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 st_idx는 2차 변환 인덱스, LFNST 인덱스로 지칭될 수 있다. 실시예로서, st_idx의 첫 번째 비트는 CU 레벨에서 2차 변환의 적용 여부를 나타낼 수 있으며, 나머지 비트는 2차 변환에서 사용하는 변환 커널을 지시하는 인덱스를 나타낼 수 있다. 이러한 st_idx는 컨텍스트(context)에 따라 적응적으로 부호화하는 CABAC(context adeptive binary arithmetic coding), CAVLC (context adaptive variable length coding) 등의 엔트로피 코더를 사용하여 부호화될 수 있다. 현재 CU에 대하여 CU 크기보다 작은 다수의 TU로 분할되는 경우, 2차 변환은 적용되지 않을 수 있고, 2차 변환과 관련된 신택스 요소인 st_idx는 시그널링 없이 0으로 설정될 수 있다. 예를 들어, st_idx가 0인 경우, 2차 변환이 사용되지 않는 것을 나타낼 수 있다. 반면, st_idx가 0보다 큰 경우, 2차 변환이 적용되는 것을 나타낼 수 있으며, st_idx에 기초하여 2차 변환에 사용되는 변환 커널이 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 멀티-타입 트리의 리프 노드는 코딩 유닛이 될 수 있다. 코딩 유닛이 최대 변환 길이에 비해 크지 않은 경우, 해당 코딩 유닛은 더 이상의 분할 없이 예측 및/또는 변환의 단위로 사용될 수 있다. 일 실시예로서, 현재 코딩 유닛의 너비 또는 높이가 최대 변환 길이보다 큰 경우, 현재 코딩 유닛은 분할에 관한 명시적 시그널링 없이 복수의 변환 유닛으로 분할될 수 있다. 코딩 유닛의 크기가 최대 변환 크기보다 큰 경우 시그널링 없이 복수 개의 변환 블록으로 분할될 수 있다. 이 경우 2차 변환을 적용하게 되면 성능 저하 및 복잡도가 증가할 수 있기 때문에, 2차 변환이 적용되는 최대 코딩 블록(또는 코딩 블록의 최대 크기)을 제한할 수 있다. 최대 코딩 블록의 크기는 최대 변환 크기와 같을 수 있다. 또는 기 설정된 코딩 블록의 크기로 정의될 수 있다. 일 실시예로서, 기 설정된 값은 64, 32, 16일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 이때, 기 설정된 값(또는 최대 변환 크기)와 비교되는 값은 긴 변의 길이 또는 총 샘플의 개수로 정의될 수 있다.

한편, 1차 변환에서 사용하는 DCT-II, DST-VII, DCT-VIII 커널은 분리 가능한 특성을 가지므로, NxN 크기의 잔차 블록 내 샘플들에 대하여 수직/수평 방향으로의 두 번의 변환이 수행될 수 있으며, 변환 커널의 사이즈는 NxN일 수 있다. 반면, 2차 변환의 경우, 변환 커널이 분리 불가능한 특성을 가지므로 2차 변환에서 고려되는 샘플 수가 nxn인 경우, 한번의 변환이 수행될 수 있으며, 변환 커널의 사이즈는 (n^2)x(n^2)일 수 있다. 예를 들어, 좌-상단 4x4 계수 블록에 2차 변환을 수행하는 경우, 16x16 크기의 변환 커널이 적용될 수 있으며, 좌-상단 8x8 계수 블록에 2차 변환을 수행하는 경우, 64x64 크기의 변환 커널이 적용될 수 있다. 64x64 크기의 변환 커널은 많은 양의 곱셈 연산을 수반하므로, 인코더와 디코더에 큰 부담이 될 수 있다. 따라서, 2차 변환에서 고려되는 샘플 수를 줄일 경우, 연산량과 변환 커널 저장에 필요한 메모리를 줄일 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 감소된 샘플 수를 이용하는 2차 변환을 적용하는 방법을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 2차 변환은 2차 변환 커널 행렬과 1차 변환된 계수 벡터의 곱으로 표현될 수 있으며, 1차 변환된 계수를 또 다른 공간으로 매핑하는 것으로 해석할 수 있다. 이때, 2차 변환되는 계수의 개수를 줄일 경우, 즉, 2차 변환 커널을 구성하는 기저 벡터의 수를 줄일 경우, 2차 변환에서 필요한 연산량과 변환 커널 저장에 필요한 메모리 용량을 줄일 수 있다. 예를 들어, 좌-상단 8x8 계수 블록에 2차 변환을 수행할 때, 2차 변환되는 계수의 개수를 16개로 줄이는 경우, 16(행)x64(열) 크기(또는 16(행)x48(열) 크기)의 2차 변환 커널이 적용될 수 있다. 인코더의 변환부는 변환 커널 매트릭스를 구성하는 각각의 행 벡터와 1차 변환된 계수 벡터와의 내적(inner product)을 통해 2차 변환된 계수 벡터를 획득할 수 있다. 인코더 및 디코더의 역변환부는 변환 커널 매트릭스를 구성하는 각각의 열 벡터와 2차 변환된 계수 벡터와의 내적을 통해 1차 변환된 계수 벡터를 획득할 수 있다.

도 16을 참조하면, 인코더는 먼저 잔차 신호 블록에 대하여 1차 변환(forward primary transform)을 수행하여 1차 변환된 계수 블록을 얻을 수 있다. 1차 변환된 계수 블록의 사이즈를 MxN이라 하였을 때, min(M, N)의 값이 4인 인트라 예측된 블록에 대하여, 1차 변환된 계수 블록의 좌-상단 4x4 샘플들에 4x4 2차 변환(forward secondary transform)이 수행될 수 있다. min(M, N)의 값이 8 이상인 인트라 예측된 블록에 대해서는, 1차 변환된 계수 블록의 좌-상단 8x8 샘플들에 8x8 2차 변환이 수행될 수 있다. 8x8 2차 변환의 경우, 많은 연산량과 메모리를 수반하므로, 8x8 샘플들 중의 일부만이 활용될 수도 있다. 일 실시예에서, 부호화 효율 향상을 위하여, min(M,N)의 값이 4이고, M 또는 N이 8보다 큰 직사각형 블록에 대하여 (예를 들어, 4x16, 16x4 크기의 직사각형 블록), 1차 변환된 계수 블록 내 두 개의 좌-상단 4x4 서브 블록에 각각 4x4 2차 변환이 수행될 수도 있다.

2차 변환은 2차 변환 커널 행렬과 입력 벡터의 곱으로 계산이 될 수 있으므로, 먼저 1차 변환된 계수 블록의 좌-상단 서브 블록 내의 계수들을 벡터 형태로 구성할 수 있다. 벡터로 구성하는 방법은 인트라 예측 모드에 의존적일 수 있다. 예를 들어, 인트라 예측 모드가 앞서 도 6에서 도시한 인트라 예측 모드 중에서, 34번 각도 모드 이하인 경우, 1차 변환된 계수 블록의 좌-상단 서브 블록을 수평 방향으로 스캔하여 계수들을 벡터로 구성할 수 있다. 1차 변환된 계수 블록의 좌-상단 nxn 블록의 i번째 행, j번째 열의 원소를 x_ij라고 표현할 경우, 벡터화된 계수는 [x_00,x_01, ..., x_0n-1, x_10, x_11, …, x_1n-1, ..., x_n-10, x_n-11, ..., x_n-1n-1]로 표현할 수 있다. 반면, 인트라 예측 모드가 34번 각도 모드보다 큰 경우, 1차 변환된 계수 블록의 좌-상단 서브 블록을 수직 방향으로 스캔하여 계수들을 벡터로 구성할 수 있다. 벡터화된 계수는 [x_00, x_10, ..., x_n-10, x_01, x_11, ..., x_n-11, ..., x_0n-1, x_1n-1, ..., x_n-1n-1]로 표현될 수 있다. 연산량을 줄이기 위하여, 8x8 2차 변환에서 8x8 샘플들 중의 일부만을 활용하는 경우, 상기 기술한 벡터 구성 방법에서 i>3이고 j>3인 계수 x_ij는 포함되지 않을 수도 있다. 이 경우, 4x4 2차 변환에서는 16개의 1차 변환된 계수가 2차 변환의 입력으로 고려될 수 있으며, 8x8 2차 변환에서는 48개의 1차 변환된 계수가 2차 변환의 입력으로 고려될 수 있다.

벡터화된 1차 변환 계수 블록의 좌-상단 서브 블록 샘플들은 2차 변환 커널 매트릭스와의 곱을 통해 2차 변환된 계수들을 획득할 수 있으며, 2차 변환 커널은 변환 유닛의 사이즈, 인트라 모드, 변환 커널을 지시하는 신택스 요소에 따라 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 2차 변환되는 계수의 개수를 줄일 경우, 연산량과 변환 커널 저장에 필요한 메모리를 줄일 수 있으므로, 현재 변환 블록의 사이즈에 따라 2차 변환되는 계수의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 4x4 블록의 경우, 길이가 16인 벡터와 8(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 8인 계수 벡터를 획득할 수 있다. 8(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스는 16(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스를 구성하는 첫 번째 기저 벡터부터 여덟 번째 기저 벡터에 기초하여 획득될 수 있다. 4xN 또는 Mx4 블록(N과 M은 8 이상)의 경우, 길이가 16인 벡터와 16(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 16인 계수 벡터를 획득할 수 있다. 8x8 블록의 경우, 길이가 48인 벡터와 8(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 8인 계수 벡터를 획득할 수 있다. 8(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스는 16(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스를 구성하는 첫 번째 기저 벡터부터 여덟 번째 기저 벡터에 기초하여 획득될 수 있다. 8x8을 제외한 MxN 블록(M과 N은 8 이상)의 경우, 길이가 48인 벡터와 16(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 16인 계수 벡터를 획득할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 2차 변환된 계수들은 벡터 형태이므로, 2차원 형태의 데이터로 표현될 수 있다. 기 설정된 스캔 순서에 따라 2차 변환된 계수들은 좌-상단 계수 서브-블록으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 기 설정된 스캔 순서는 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서일 수 있다. 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 우상측 대각 스캔 순서는 후술하는 도 17, 도 18에서 기술하는 방법에 기초하여 결정될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2차 변환된 계수들을 포함하는 전체 변환 유닛 크기의 변환 계수들은 양자화(quantization) 이후, 비트스트림에 포함되어 전송될 수 있다. 비트스트림은 2차 변환과 관련된 신택스 요소를 포함할 수 있다. 구체적으로, 비트스트림은 현재 블록에 2차 변환이 적용되는지 여부에 관한 정보 및 상기 현재 블록에 적용되는 변환 커널을 지시하는 정보를 포함할 수 있다.

디코더는 먼저 비트스트림으로부터 양자화된 변환 계수들을 파싱할 수 있고, 역-양자화(de-quantization)를 통해 변환 계수들을 획득할 수 있다. 역-양자화는 스케일링(scaling)으로 지칭될 수 있다. 디코더는 2차 변환과 관련된 신택스 요소에 기반하여 현재 블록에 2차 역변환이 수행될지를 결정할 수 있다. 현재 변환 유닛에 2차 역변환이 적용되는 경우, 변환 유닛의 사이즈에 따라 8개 또는 16개의 변환 계수가 2차 역변환의 입력이 될 수 있으며, 이는 인코더의 2차 변환에서 출력되는 계수의 개수와 일치할 수 있다. 예를 들어, 변환 유닛의 사이즈가 4x4 또는 8x8인 경우, 8개의 변환 계수가 2차 역변환의 입력이 될 수 있으며, 그렇지 않은 경우, 16개의 변환 계수가 2차 역변환의 입력이 될 수 있다. 변환 유닛의 크기가 MxN일 때, min(M, N)의 값이 4인 인트라 예측된 블록에 대하여 변환 계수 블록의 좌-상단 4x4 서브 블록의 16개 또는 8개의 계수에 4x4 2차 역변환이 수행될 수 있다. min(M, N)이 8 이상인 인트라 예측된 블록에 대해서는 변환 계수 블록의 좌-상단 4x4 서브 블록의 16개 또는 8개의 계수에 8x8 2차 역변환이 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 부호화 효율 향상을 위하여 min(M,N)이 4이고, M 또는 N이 8보다 큰 경우 (예를 들어, 4x16, 16x4 크기의 직사각형 블록), 변환 계수 블록 내 두 개의 좌-상단 4x4 서브 블록에 각각 4x4 2차 역변환이 수행될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 2차 역변환은 2차 역변환 커널 행렬과 입력 벡터의 곱으로 계산이 될 수 있으므로, 디코더는 먼저 입력이 되는 역-양자화된 변환 계수 블록을 기 설정된 스캔 순서에 따라 벡터 형태로 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 기 설정된 스캔 순서는 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서일 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 우상측 대각 스캔 순서는 후술하는 도 17, 도 18에서 기술하는 방법에 기초하여 결정될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 디코더는 벡터화된 변환 계수와 2차 역변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 1차 변환된 계수를 획득할 수 있다. 이때, 2차 역변환 커널은 변환 유닛의 사이즈, 인트라 모드, 변환 커널을 지시하는 신택스 요소에 따라 결정될 수 있다. 2차 역변환 커널 행렬은 2차 변환 커널 행렬의 전치 행렬일 수 있으며, 구현의 복잡도를 고려하여 커널 행렬의 원소는 10-bit 또는 8-bit 정확도로 표현되는 정수일 수 있다. 현재 변환 블록의 사이즈에 기초하여 2차 역변환의 출력이 되는 벡터의 길이가 결정될 수 있다. 예를 들어, 4x4 블록의 경우, 길이가 8인 벡터와 8(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 16인 계수 벡터를 획득할 수 있다. 8(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스는 16(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스를 구성하는 첫 번째 기저 벡터부터 여덟 번째 기저 벡터에 기초하여 획득될 수 있다. 4xN 또는 MxN 블록(N과 M은 8 이상)의 경우, 길이가 16인 벡터와 16(행)x16(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 16인 계수 벡터를 획득할 수 있다. 8x8 블록의 경우, 길이가 8인 벡터와 8(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 48인 계수 벡터를 획득할 수 있다. 8(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스는 16(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스를 구성하는 첫 번째 기저 벡터부터 여덟 번째 기저 벡터에 기초하여 획득될 수 있다. 8x8을 제외한 MxN 블록(M과 N은 8 이상)의 경우, 길이가 16인 벡터와 16(행)x48(열) 변환 커널 매트릭스의 곱을 통해 길이가 48인 계수 벡터를 획득할 수 있다.

일 실시예에서, 2차 역변환을 통해 획득한 1차 변환 계수는 벡터 형태이므로, 디코더는 이를 다시 2차원 형태의 데이터로 표현할 수 있으며, 이는 인트라 모드에 의존적일 수 있다. 인코더에서 적용한 인트라 모드에 기반하는 매핑 관계를 동일하게 적용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 인트라 예측 모드가 34번 각도 모드 이하인 경우, 2차 역변환된 계수 벡터를 수평 방향으로 스캔하여 2차원 형태의 변환 계수 어레이를 획득할 수 있으며, 인트라 예측 모드가 34번 각도 모드보다 큰 경우, 2차 역변환된 계수 벡터를 수직 방향으로 스캔하여 2차원 형태의 변환 계수 어레이를 획득할 수 있다. 2차 역변환을 수행하여 획득한 변환 계수를 포함하는 전체 변환 유닛 사이즈의 변환 계수 블록에 대하여 1차 역변환을 수행하여 잔차 신호를 획득할 수 있다.

도 16에서는 도시하지 않았으나, 변환 또는 역변환 이후 변환 커널로 인해 증가하는 스케일을 보정해 주기 위하여, 비트 쉬프트 연산을 이용한 스케일링 과정이 포함될 수도 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서의 결정 방법을 예시하는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인코딩 또는 디코딩 시에 스캔 순서를 초기화하는 과정이 수행될 수 있다. 블록 사이즈에 따라 스캔 순서 정보를 포함하는 배열의 초기화가 수행될 수 있다. 구체적으로, log2BlockWidth, log2BlockHeight 조합에 대하여 1<<log2BlockWidth, 1<<log2BlockHeight을 입력으로 하는 도 17에 도시된 우상측 대각 스캔 순서 배열 초기화 과정이 호출(또는 수행)될 수 있다. 우상측 대각 스캔 순서 배열 초기화 과정의 출력은 DiagScanOrder[log2BlockWidth][log2BlockHeight]에 할당될 수 있다. 여기서, log2BlockWidth 및 log2BlockHeight는 각각 블록의 너비 및 높이에 대하여 밑이 2이 로그를 취한 값을 나타내는 변수를 나타내며, [0, 4] 범위의 값일 수 있다.

도 17에 도시된 우상측 대각 스캔 순서 배열 초기화 과정을 통해, 인코더/디코더는 입력 받은 블록의 너비인 blkWidth, 블록의 높이인 blkHeight에 대하여 배열 diagScan[sPos][sComp]를 출력할 수 있다. 배열의 인덱스인 sPos는 스캔 포지션을 나타낼 수 있으며, [0, blkWidth*blkHeight-1] 범위의 값일 수 있다. 배열의 인덱스인 sComp가 0인 경우, 수평 컴포넌트(x)를 나타낼 수 있으며, sComp가 1인 경우, 수직 컴포넌트(y)를 나타낼 수 있다. 도 17에 도시된 알고리즘은 우상측 대각 스캔 순서에 의하여 스캔 포지션 sPos일 때의 2차원 좌표 상의 x 좌표 값, y좌표 값이 각각 diagScan[sPos][0], diagScan[sPos][1]에 할당되는 것으로 해석할 수 있다. 즉, DiagScanOrder[log2BlockWidth][log2BlockHeight][sPos][sComp] 배열(또는 어레이)에 저장된 값은 블록의 너비와 높이가 각각 1<< log2BlockWidth, 1<< log2BlockHeight인 블록의 우상측 대각 스캔 순서에서 sPos 스캔 위치일 때의 sComp에 해당하는 좌표 값을 의미할 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 우상측 대각 스캔 순서를 블록 사이즈에 따라 나타낸 도면이다. 도 18(a)를 참조하면, log2BlockWidth와 log2BlockHeight가 모두 2인 경우, 4x4 크기의 블록을 의미할 수 있다. 도 18(b)를 참조하면, log2BlockWidth와 log2BlockHeight가 모두 3인 경우, 8x8 크기의 블록을 의미할 수 있다. 도 18에서, 회색 음영 영역에 표시된 숫자는 스캔 위치 sPos를 나타낸다. sPos 위치에서의 x 좌표 값, y 좌표 값이 각각 DiagScanOrder[log2BlockWidth][log2BlockHeight][sPos][0], DiagScanOrder[log2BlockWidth][log2BlockHeight][sPos][1]에 할당될 수 있다.

인코더/디코더는 상기 기술한 스캔 순서에 기반하여 변환 계수 정보를 코딩할 수 있다. 본 발명에서는 우상측 스캔 방법이 사용되는 경우에 기반하는 실시예를 위주로 기술하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 이외에 공지된 다른 스캔 방법에 대해서도 적용될 수 있다.

이하에서는, 2차 변환과 관련된 디코딩 과정을 상세히 기술한다. 설명의 편의를 위해 2차 변환과 관련된 과정을 디코더를 위주로 설명하나, 이하에서 설명하는 실시예는 실질적으로 동일한 방법으로 인코더에 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 2차 변환의 변환 과정(transform process)는 다음의 변수를 입력 받을 수 있다.

- (xTbY, yTbY): 현재 루마 변환 블록의 좌-상단 루마 샘플 위치(또는 좌표)를 나타내며, 현재 픽쳐의 좌-상단 루마 샘플에 대한 상대적인 위치일 수 있다.

- nTbW, nTbH: 각각 현재 변환 블록의 너비와 높이를 나타낸다.

- cIdx: 현재 블록의 컬러 성분을 의미하는 변수를 나타내며, cIdx가 0일 때는 루마 Y, 1일 때는 크로마 Cb, 2일 때는 크로마 Cr을 의미할 수 있다.

- d[x][y]: (nTbW)x(nTbH) 사이즈의 배열로서, 변환 계수 어레이를 나타낸다. 이때, x는 [0, nTbW-1], y는 [0, nTbH-1]의 범위일 수 있다.

본 실시예에 따른 변환 과정은 (nTbW)x(nTbH) 사이즈의 잔차 샘플 배열인 r[x][y]를 출력할 수 있으며, 이때, x는 [0, nTbW-1], y는 [0, nTbH-1]의 범위일 수 있다.

일 실시예에서, 현재 블록에 2차 변환이 적용되는지는 2차 변환 인덱스(또는 LFNST 인덱스)를 나타내는 신택스 요소 st_idx[xTbY][yTbY]의 값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, st_idx[xTbY][yTbY]의 값이 0보다 큰 경우, 2차 변환과 관련된 디코딩 과정이 수행될 수 있으며, st_idx[xTbY][yTbY]의 값이 0인 경우, 2차 변환은 수행(또는 적용)되지 않고, 1차 변환만이 수행될 수 있다. 추가적인 실시예로서, st_idx[xTbY][yTbY]의 값이 0보다 크더라도, 현재 처리되는 컬러 성분에 따라 2차 변환과 관련된 디코딩 과정은 수행되지 않을 수 있다. 2차 변환이 적용되는 경우, 디코더에서는 2차 역변환 및 1차 역변환이 수행된 이후에 레지듀얼 샘플이 획득될 수 있으므로, 1차 역변환만이 적용될 때에 비해 지연 시간이 증가될 수 있다. 특히, 2차 변환을 수행함으로써 발생하는 지연 시간은 루마와 크로마 성분이 모두 존재할 수 있는 싱글 트리(single tree) 부호화 구조(루마와 크로마 성분이 동일한 코딩 트리로 부호화 되는 구조)에서 가장 크므로, 싱글 트리 부호화 구조에서 크로마 변환 블록에서는 st_idx[xTbY][yTbY]가 0보다 크더라도 2차 역변환은 적용되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, st_idx[xTbY][yTbY]의 값이 0보다 큰 경우, 다음과 같이 변환 과정에 관련된 변수가 설정될 수 있다.

- nTbW와 nTbH가 모두 8 이상인 경우, log2StSize는 3, nStOutSize는 48로 설정될 수 있다. 그렇지 않은 경우, log2StSize는 2, nStOutSize는 16으로 설정될 수 있다. log2StSize는 2차 변환이 적용되는 사이즈에 밑이 2인 로그를 취한 값을 나타내는 변수이다. log2StSize가 2인 경우, 4x4 2차 변환이 적용되는 것을 나타낼 수 있으며, log2StSize가 3인 경우, 8x8 2차 변환이 적용되는 것을 나타낼 수 있다. nStOutSize는 2차 변환에 의해 출력되는 샘플 수를 나타내는 변수이다.

- nStSize는 (1<<log2StSize)로 설정될 수 있다. 여기서, nStSize는 2차 변환이 적용되는 사이즈를 나타내는 변수이다.

- log2SbSize는 서브 블록의 크기를 나타내는 변수로서, 2로 설정될 수 있다.

- nTbH가 4이고, nTbW가 8보다 큰 경우, 변수 numStX는 2로 설정될 수 있고, 그렇지 않은 경우 1로 설정될 수 있다. 여기서, numStX는 2차 변환의 입력이 되는 수평 방향으로의 서브 블록 수를 나타내는 변수이다.

- nTbW가 4이고, nTbH가 8보다 큰 경우, 변수 numStY는 2로 설정될 수 있고, 그렇지 않은 경우 1로 설정될 수 있다. 여기서, numStY는 2차 변환의 입력이 되는 수직 방향으로의 서브 블록 수를 나타내는 변수이다.

- nTbW와 nTbH가 모두 4이거나, nTbW와 nTbH가 모두 8인 경우, 즉, 4x4 또는 8x8 블록인 경우 nonZeroSize는 8로 설정될 수 있으며, 그렇지 않은 경우 16으로 설정될 수 있다. 여기서, nonZeroSize는 2차 변환의 입력이 되는 계수 벡터의 사이즈를 나타내는 변수이다.

상기 설정된 변수에 기반하여, 수평 방향의 서브 블록 인덱스인 xSbIdx가 0에서 numStX-1까지, 수직 방향의 서브 블록 인덱스인 ySbIdx가 0에서 numStY-1까지 다음의 과정이 적용될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 좌상측 1개의 서브 블록(또는 좌상측 미리 정의된 특정 영역)에 대해서만 2차 변환이 적용되는 경우에도 동일하게 다음의 과정이 적용될 수 있다.

- 배열 u[x]는 2차 변환의 입력이 되는 계수 벡터로서, x는 [0, nonZeroSize-1]의 범위일 수 있다. 본 실시예에 따른 변환 과정의 입력이 되는 스케일링된 변환 계수(scaled transform coefficient)(또는 역 양자화된 변환 계수)인 d[xC][yC]는 2차원 배열(또는 어레이)로서, 디코더는 d[xC][yC]의 전체 샘플 중 스캔 오더에 따라 nonZeroSize 개의 샘플을 u[x]에 할당할 수 있다. 여기서, nonZeroSize는 입력 벡터의 길이 또는 입력 벡터가 포함할 수 있는 유효 계수의 최대 개수를 나타내는 변수이다. xC와 yC 인덱스 설정에서, 배열 u의 인덱스인 x는 스캔 순서 상의 스캔 포지션을 의미할 수 있다. 디코더는 DiagScanOrder[log2SbSize][log2SbSize][x][0]의 값을 통해 스캔 위치 x에 대한 서브 블록 내의 x 좌표 값을 획득하고, 이에 기초하여 xC를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 디코더는 DiagScanOrder[log2SbSize][log2SbSize][x][0]의 값을 통해 스캔 위치 x에 대한 서브 블록 내의 x 좌표 값을 xC로 결정할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 디코더는 서브 블록의 좌-상단 x 좌표 값에 (xSbIdx<<log2StSize)을 더함으로써 xC를 결정할 수 있다. 마찬가지로, DiagScanOrder[log2SbSize][log2SbSize][x][1]의 값을 통해 스캔 위치 x에 대한 서브 블록 내의 y 좌표 값을 획득하고, 이에 기초하여 yC를 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 디코더는 DiagScanOrder[log2SbSize][log2SbSize][x][1]의 값을 통해 스캔 위치 x에 대한 서브 블록 내의 y 좌표 값을 yC로 결정할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 서브 블록의 좌-상단 y 좌표 값에 (ySbIdx<<log2StSize)를 더함으로써 yC를 결정할 수 있다. 디코더는 x가 0에서 nonZeroSize-1까지 u[x]에 d[xC][yC]를 할당할 수 있다. 이때, 스캔 순서는 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서일 수 있으며, 앞서 도 17 및 도 18에서 설명한 방법이 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 배열 u[x]는 다음의 수학식 1에 기초하여 결정(또는 유도)될 수 있다.

일 실시예에서, 스캔 순서를 결정하기 위한 엘리먼트 중의 하나인 블록 사이즈는 항상 4x4 (즉, log2SbSize=2)로 정의될 수 있다. 다시 말해, 수학식 1의 log2SbSize는 2로 정의(또는 설정)될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 좌상측 1개의 서브 블록(또는 좌상측 미리 정의된 특정 영역)에 대해서만 2차 변환이 적용될 수 있고(즉, xSbIdx=0이고, ySbIdx=0인 영역 ), 이 경우, 배열 u[x]는 다음의 수학식 2에 기초하여 결정(또는 유도)될 수 있다.

수학식 2에서, 스캔 순서를 결정하기 위한 엘리먼트 중의 하나인 블록 사이즈는 항상 4x4 (즉, log2SbSize=2)로 정의될 수 있다. 다시 말해, 수학식 2의 log2SbSize는 2로 정의(또는 설정)될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 디코더는 xC, yC를 결정하기 위하여 DiagScanOrder의 인자를 [log2StSize][log2StSize]로 설정할 수도 있다. 이때, 변환 블록의 사이즈가 8x8 보다 큰 경우, 도 18(b)에 도시된 바와 같이, 첫 번째 서브 블록 (x=0, 1, …, 9, 11, 12, 13), 두 번째 서브 블록 (x=10, 15), 세 번째 서브 블록 (x=14) 내의 d[xC][yC]가 u[x]로 할당될 수 있다. 이 경우, 변환 블록의 크기에 따라 좌상단(top-left) 서브 블록 내에 위치하지 않는 변환 계수가 2차 변환을 위한 입력으로 할당되는 문제가 발생한다. 반면에, 전술한 본 발명의 실시예에서와 같이, DiagScanOrder의 인자를 [log2SbSize][log2SbSize]로 설정하는 경우, 첫 번째 서브 블록 (x=0, 1, 2, …, 15) (즉, 좌상단 서브 블록) 내의 d[xC][yC]가 u[x]로 할당될 수 있고, 상술한 문제점을 해결할 수 있다.

- 상기 설정된 배열 u[x] (x의 범위는 [0, nonZeroSize-1])는 후술하는 도 19의 2차 변환 과정(secondary transform process)에 의해 배열 v[x] (x의 범위는 [0, nStOutSize-1])로 변환될 수 있다. 이때, 상기 2차 변환 과정은 변환 입력(transform input) 길이인 nonZeroSize, 변환 출력(transform output) 길이인 nStOutSize, 역 양자화된 변환 계수인 u[x] (길이는 nonZeroSize-1이며, x의 범위는 [0, nonZeroSize-1]), 현재 블록의 화면내 예측 모드인 stPredModeIntra, st_idx[xTbY][yTbY]를 입력 받을 수 있으며, 변환된 계수 v[x] (길이는 nStOutSize이며, x의 범위는 [0, nStOutSize-1])를 출력할 수 있다.

- 2차 변환 과정의 출력인 배열 v[x]는 다음과 같이, 인트라 예측 모드에 따라 d[(xSbIdx<<log2StSize)+x][(ySbIdx<<log2StSize)+y]로 할당될 수 있으며, x와 y의 범위는 모두 [0, nStSize-1]일 수 있다.

- 아래의 수학식 3에 기반하면, 인트라 모드가 34 이하인 경우, y<4 이거나 y>=4 && x<4일 때에는 v를 수평 방향으로 순차적으로 (수평방향으로 스캔하여) 할당할 수 있다. x>=4 && y>=4 일 때에는 v를 d에 할당하지 않을 수 있다.

- 아래의 수학식 4에 기반하면, 인트라 모드가 34보다 큰 경우, y<4 이거나 y>=4 && x<4일 때에는 v를 수직 방향으로 순차적으로 (수직 방향으로 스캔하여) 할당할 수 있다. x>=4 && y>=4일 때에는 v를 d에 할당하지 않을 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 2차 변환 과정의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환 과정은 다음의 변수를 입력 받을 수 있다.

- nTrS: 변환 출력 길이를 지시하는 변수를 나타낸다.

- nonZeroSize: 변환 입력 길이를 지시하는 변수를 나타낸다.

- x[j]: 배열 x[j]는 변환 입력을 나타내며, j는 [0, nonZeroSize-1] 범위일 수 있다.

- stPredModeIntra: 현재 블록의 인트라 예측 모드를 지시하는 변수를 나타내며, 변환 커널 세트의 인덱스 결정에 이용될 수 있다.

- stIdx: 상기 stPredModeIntra에 기반하여 특정 변환 커널 세트를 결정할 수 있으며, stIdx에 기반하여 변환 커널 세트 내의 특정 변환 커널을 선택할 수 있다. 즉, stIdx는 stPredModeIntra에 기초하여 결정된 특정 변환 커널 세트 내 현재 블록의 2차 변환에 이용되는 특정 변환 커널을 지시하는 인덱스를 나타낸다.

본 실시예에 따른 2차 변환 과정은 변환 출력 샘플(transform output sample) 배열인 y[i]를 출력할 수 있으며, i의 범위는 [0, nTrS-1]일 수 있다. 2차 변환 과정에서는 먼저 후술하는 도 20의 변환 매트릭스 유도 과정(transform matrix derivation process)이 수행될 수 있다. 이때, 변환 매트릭스 유도 과정은 변환 출력 길이를 나타내는 nTrS, 변환 커널 세트를 위한 인트라 예측 모드 stPredModeIntra, 변환 커널 세트 내의 변환 커널을 지시하는 인덱스 stIdx를 입력 받을 수 있다. 그리고, 상기 변환 매트릭스 유도 과정은 변환 커널 행렬인 secTransMatrix를 출력할 수 있다. 이때, 출력되는 secTransMatrix는 (nTrS)x(nonZeroSize) 크기일 수 있으며, secTransMatrix의 요소는 정수일 수 있다. 변환 출력의 i번째 요소인 y[i]는 secTransMatrix의 i번째 열과 변환 입력 배열 x의 내적을 이용하여 계산될 수 있다. 이때, 실시예로서, 클리핑 연산을 통해 계산 결과가 최소 계수 값 CoeffMin과 최대 계수 값 CoeffMax 사이의 값으로 클리핑될 수 있다. 도 19의 Clip3(x, y, z) 연산에서, z가 x보다 작을 때, 연산의 결과는 x로 설정되며, z가 y보다 클 때, 연산의 결과는 y로 설정될 수 있다. 그렇지 않은 경우에는 x로 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 변환 계수는 기 설정된 정밀도로 표현될 수 있으며, 상기 기 설정된 정밀도는 16 비트일 수 있다. 이 경우, CoeffMin, CoeffMax는 각각 ?(2^16), (2^16)-1로 설정될 수 있다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환 매트릭스 유도 과정을 예시하는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2차 변환 매트릭스 유도 과정은 다음과 같은 변수를 입력 받을 수 있다.

- nTrS: 변환 출력 길이를 지시하는 변수를 나타낸다.

- stPredModeIntra는 현재 블록의 인트라 예측 모드를 지시하는 변수를 나타내며, 변환 커널 세트의 인덱스 결정에 이용될 수 있다.

- stIdx: 선택된 변환 커널 세트 내 변환 커널을 지시하는 인덱스를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 2차 변환 커널 세트의 결정은 인트라 모드(또는 인트라 예측 모드)에 의존적일 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 표와 같이, 인코더/디코더는 인트라 모드를 4개의 모드 그룹들로 그룹핑할 수 있다. 각 그룹에 대한 변환 커널 세트는 stTrSetIdx로 지시(또는 할당)될 수 있다. 또한, 4x4 2차 변환 커널인지, 8x8 2차 변환 커널인지는 nTrS 변수로 지시될 수 있다. nTrS는 변환 출력 길이를 지시하는 변수이다. stTrSetIdx에 의해 지시되는 변환 커널 세트 내에서 nTrS 변수가 지시하는 사이즈의 변환 커널 중 stIdx 번째 변환 커널 매트릭스가 secTransMatrix로 출력될 수 있다. 이때, nTrS는 16 또는 48일 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 인트라 예측 모드가 INTRA_DC 모드인 경우, stPredModeIntra는 1이며, 0번째 변환 커널 세트가 선택될 수 있다. 이때, nTrS가 16이고 stIdx가 1인 경우, 4x4 2차 변환 커널들 중 첫 번째 변환 커널 행렬이 출력될 수 있다. 또 다른 예로, 인트라 모드가 INTRA_LT_CCLM (81), INTRA_L_CCLM (82), INTRA_T_CCLM (83)인 경우, stTrSetIdx는 1이 아닌 0으로 결정될 수 있으며, 이는 0번째 변환 커널 세트가 사용됨을 나타낼 수 있다.

변환 커널 세트를 결정하는 다른 실시예로서, 인트라 모드가 홀수인지 짝수인지에 따라 인트라 모드를 그룹핑할 수 있다. 방향성 인트라 모드에 대하여, stPredModeIntra <= 80 이고, stPredModeIntra가 홀수인 경우 stTrSetIdx는 1로 할당될 수 있다. 또한, stPredModeIntra <= 80이고, stPredModeIntra가 짝수인 경우, stTrSetIdx를 2로 할당될 수 있다. stPredModeIntra가 0, 1, 81, 82, 83 중의 하나일 경우, stTrSetIdx는 0으로 할당될 수 있다.

또한, 할당될 변환 커널 세트를 결정하는 다른 실시예로서, 인코더/디코더는 CCLM 모드들에 대한 stTrSetIdx를 다르게 할당할 수 있다. INTRA_L_CCLM (82)의 경우 현재 블록과 인접한 좌측의 복원된 크로마 샘플들과 이에 상응하는 루마 샘플들 간의 선형 관계를 유도하여 예측에 사용하므로, 현재 블록과 인접한 좌측의 복원된 샘플들을 참조 샘플로써 활용하는 INTRA_ANGULAR_18 (18) 모드와 잔차 신호의 패턴이 유사할 수 있다. 또한, INTRA_T_CCLM (83)의 경우 현재 블록과 인접한 상측의 복원된 크로마 샘플들과 이에 상응하는 루마 샘플들 간의 선형 관계를 유도하여 예측에 사용하므로, 현재 블록과 인접한 상측의 복원된 샘플들을 참조 샘플로써 활용하는 INTRA_ANGULAR_50 (50) 모드와 잔차 신호의 패턴이 유사할 수 있다. 따라서, 도 20에 도시된 표에서, 인코더/디코더는 stPredModeIntra가 81 (INTRA_LT_CCLM)인 경우 stTrSetIdx를 0으로 설정하고, stPredModeIntra가 82 (INTRA_L_CCLM) 또는 83 (INTRA_T_CCLM)인 경우 stTrSetIdx를 2로 설정할 수 있다.

또한, 변환 커널 세트를 결정하는 다른 실시예로서, 모든 인트라 모드가 동일한 변환 커널 세트를 사용할 수 있다. 즉, 사용되는 변환 커널은 인트라 모드에 의존적이지 않고, nTrS와 stIdx에 의해서 결정될 수 있으며, nTrS가 지시하는 크기의 변환 커널들 중 stIdx 번째 변환 커널이 선택될 수 있다.

또한, 변환 커널 세트를 결정하는 다른 실시예로서, 인트라 모드에 기반하지 않고, 1차 변환에 적용되는 변환 커널에 기반하여 변환 커널 세트가 결정될 수 있다. 예를 들어, 수평, 수직 방향 모두에 DST-VII이 적용되는 경우 stTrSetIdx는 1로 설정될 수 있다. 수평, 수직 방향 중 한쪽 방향에만 DST-VII이 적용되는 경우 stTrSetIdx는 2로 설정될 수 있다. 그렇지 않은 경우, stTrSetIdx는 0으로 설정될 수 있다.

도 21은 본 발명의 일 실시예를 따른 비디오 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 21을 참조하면, 설명의 편의를 위해 디코더를 위주로 설명하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 실시예에 따른 비디오 신호 처리 방법은 인코더에도 실질적으로 동일한 방법으로 적용될 수 있다.

디코더는 현재 블록에 이차 변환(또는 이차 역변환)이 적용되는지 여부를 결정한다(S2101). 전술한 바와 같이, 상기 이차 변환은 저대역 비-분리 변환(Low Frequency Non-Separable Transform, LFNST)으로 지칭될 수 있다. 상기 이차 변환은 인코더 측을 기준으로 일차 변환(primary transform)이 적용된 후에 적용될 수 있다. 즉, 상기 이차 변환은 명칭에도 불구하고 디코더 측을 기준으로 일차 변환보다 앞서 적용되는 변환을 나타낼 수 있다.

디코더는 상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도한다(S2102).

디코더는 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정한다(S2103).

디코더는 상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성한다(S2104).

디코더는 상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성한다(S2105).

전술한 바와 같이, 상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받아 수행될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 이차 역변환된 블록을 생성하는 단계는, 우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서에 기초하여 상기 역양자화된 변환 계수를 상기 이차 역변환의 입력 계수 배열에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 우상측 대각 스캔 순서는 4x4 크기의 블록에 대한 스캔 순서로 미리 정의될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계는, 미리 정의된 조건을 만족하는 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 지시하는 신택스 요소를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 신택스 요소는 2차 변환 인덱스, LFNST 인덱스로 지칭될 수 있다. 실시예로서, 상기 미리 정의된 조건은 상기 현재 블록의 너비(width) 및 높이(height)가 최대 변환 크기보다 작거나 같은지 여부를 포함할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계는, 상기 미리 정의된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 신택스 요소를 0으로 추론하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 신택스 요소의 값이 0인 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되지 않는 것으로 결정되고, 상기 신택스 요소의 값이 0이 아닌 경우, 상기 신택스 요소의 값에 따라 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널이 결정될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 현재 블록의 너비 또는 높이가 상기 최대 변환 크기보다 큰 경우, 상기 현재 블록은 복수의 변환 유닛으로 분할될 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 프로세서와 데이터를 주고받을 수 있다.

일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조 또는 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아는 것으로 해석해야 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

비디오 신호 처리 방법에 있어서,
현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계;
상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하는 단계;
상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하는 단계;
상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하는 단계; 및
상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하는 단계를 포함하되,
상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 이차 역변환된 블록을 생성하는 단계는,
우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서에 기초하여 상기 역양자화된 변환 계수를 상기 이차 역변환의 입력 계수 배열에 할당하는 단계를 포함하는, 비디오 신호 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 우상측 대각 스캔 순서는 4x4 크기의 블록에 대한 스캔 순서로 미리 정의되는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계는,
미리 정의된 조건을 만족하는 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 지시하는 신택스 요소를 획득하는 단계를 포함하고,
상기 미리 정의된 조건은 상기 현재 블록의 너비(width) 및 높이(height)가 최대 변환 크기보다 작거나 같은지 여부를 포함하는, 비디오 신호 처리 방법.
제4항에 있어서,
상기 현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하는 단계는,
상기 미리 정의된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 신택스 요소를 0으로 추론하는 단계를 포함하는, 비디오 신호 처리 방법.
제5항에 있어서,
상기 신택스 요소의 값이 0인 경우, 상기 현재 블록에 이차 역변환이 적용되지 않는 것으로 결정되고,
상기 신택스 요소의 값이 0이 아닌 경우, 상기 신택스 요소의 값에 따라 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널이 결정되는, 비디오 신호 처리 방법.
제4항에 있어서,
상기 현재 블록의 너비 또는 높이가 상기 최대 변환 크기보다 큰 경우, 상기 현재 블록은 복수의 변환 유닛으로 분할되는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 방법.
비디오 신호 처리 장치에 있어서,
프로세서를 포함하며,
상기 프로세서는,
현재 블록에 이차 역변환이 적용되는지 여부를 결정하고,
상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하고,
상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하고,
상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하고,
상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하되,
상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 장치.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
우상측 대각(up-right diagonal) 스캔 순서에 기초하여 상기 역양자화된 변환 계수를 상기 이차 역변환의 입력 계수 배열에 할당하는, 비디오 신호 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 우상측 대각 스캔 순서는 4x4 크기의 블록에 대한 스캔 순서로 미리 정의되는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 장치.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
미리 정의된 조건을 만족하는 경우, 상기 현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 지시하는 신택스 요소를 획득하고,
상기 미리 정의된 조건은 상기 현재 블록의 너비(width) 및 높이(height)가 최대 변환 크기보다 작거나 같은지 여부를 포함하는, 비디오 신호 처리 장치.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 미리 정의된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 신택스 요소를 0으로 추론하는, 비디오 신호 처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 신택스 요소의 값이 0인 경우, 상기 현재 블록에 이차 역변환이 적용되지 않는 것으로 결정되고,
상기 신택스 요소의 값이 0이 아닌 경우, 상기 신택스 요소의 값에 따라 상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널이 결정되는, 비디오 신호 처리 장치.
제11항에 있어서,
상기 현재 블록의 너비 또는 높이가 상기 최대 변환 크기보다 큰 경우, 상기 현재 블록은 복수의 변환 유닛으로 분할되는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 장치.
비디오 신호 처리 방법에 있어서,
현재 블록에 이차 변환을 적용할지 여부를 결정하는 단계;
상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하는 단계;
상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하는 단계;
상기 현재 블록의 잔차 블록에 대하여 일차 변환을 수행함으로써, 일차 변환된 블록을 생성하는 단계;
상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 일차 변환된 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 변환을 수행함으로써, 이차 변환된 블록을 생성하는 단계; 및
상기 이차 변환된 블록을 인코딩함으로써 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하되,
상기 이차 변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 이차 변환된 계수를 변환 계수 배열로 구성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 비디오 신호 처리 방법.
컴퓨팅 디바이스의 하나 이상의 프로세서에서 실행하도록 구성된 컴퓨터 실행 가능한 컴포넌트가 저장된 비 일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 매체(computer-executable component)로서, 상기 컴퓨터 실행 가능한 컴포넌트는,
현재 블록에 이차 변환이 적용되는지 여부를 결정하고,
상기 현재 블록에 상기 이차 변환이 적용되는 경우, 상기 현재 블록의 인트라 예측 모드에 기초하여 미리 정의된 이차 변환 커널 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널 세트를 유도하고,
상기 결정된 이차 변환 커널 세트 내에서 상기 현재 블록에 적용되는 이차 변환 커널을 결정하고,
상기 이차 변환 커널을 이용하여 상기 현재 블록의 좌상단 특정 영역에 대하여 이차 역변환을 수행함으로써, 이차 역변환된 블록을 생성하고,
상기 이차 역변환된 블록에 대하여 일차 역변환을 수행함으로써, 상기 현재 블록의 잔차 블록을 생성하되,
상기 이차 역변환은 상기 이차 변환 커널의 크기와 무관하게 고정된 스캔 순서에 기초하여 역양자화된 변환 계수를 입력 받는 것을 특징으로 하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.