KR20220137553A - 디코더 측면의 움직임 보상을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

디코더 측면의 움직임 보상을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치에 관한 개시로서, 본 실시예는, 디코더 측면에서 움직임 정보의 유도를 수행함에 따라 증가하는 복잡도 문제를 해결하기 위해, 움직임 정보 유도 과정을 고속화하여 디코더 측면의 움직임 보상을 수행하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.

Description

디코더 측면의 움직임 보상을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치{Video Coding Method and Apparatus Using Decoder-side Motion Compensation}

본 개시는 디코더 측면의 움직임 보상을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치에 관한 것이다.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.

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/AVC, HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 비롯하여, HEVC에 비해 약 30% 이상의 부호화 효율을 향상시킨 VVC(Versatile Video Coding)가 존재한다.

그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임률이 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.

기존의 비디오 코딩방법 및 장치에서는, 부호화기가 움직임 정보를 부호화하고, 복호화기가 해당 부호화된 움직임 정보를 복호화하여 움직임 보상을 수행한다. 이에 반하여, 이러한 움직임 정보에 대한 시그널링 없이 움직임 정보를 복호화기에서 미리 정의된 방법을 사용하여 획득하고, 이렇게 획득한 움직임 정보를 이용하여 인터 예측을 위한 예측블록을 생성하는 방법을 디코더 측면의 움직임 보상(decoder-side motion compensation) 기법으로 정의한다.

이때, 디코더 측면의 움직임 보상 기법을 사용하는 비디오 코딩방법 및 장치에서는, 움직임 정보에 대한 시그널링 없이 복호화기에서 미리 정의된 방법을 사용하여 움직임 정보를 유도하는 과정이 필요하고, 디코더가 움직임 정보를 유도하는 과정에서 추가적인 연산 복잡도로 인하여 전체적인 복잡도가 증가할 수 있다. 따라서, 부호화 효율을 향상시키고 화질을 개선하기 위해, 효과적인 디코더 측면의 움직임 보상 기법이 고려될 필요가 있다.

본 개시는, 디코더 측면에서 움직임 정보의 유도를 수행함에 따라 증가하는 복잡도 문제를 해결하기 위해, 움직임 정보 유도 과정을 고속화하여 디코더 측면의 움직임 보상을 수행하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록에 대해 움직임 정보를 유도하는 방법에 있어서, 움직임정보 유도방법의 정보를 비트스트림으로부터 복호화하는 단계, 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시함; 상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정하는 단계; 상기 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭(block matching)을 이용하여, 상기 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계; 및 상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 상기 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 현재블록에 대해 움직임정보 유도방법의 정보를 복호화하는 비트스트림으로부터 움직임 유도방법 복호화부, 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시함; 상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정하는 움직임 유도방법 선택부; 상기 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 제1 움직임정보 유도부; 및 상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 상기 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 제2 움직임정보 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 움직임정보 유도장치를 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록에 대해 움직임 정보를 유도하는 방법에 있어서, 움직임정보 유도방법의 정보를 상위 단계로부터 획득하는 단계, 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시함; 상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정하는 단계; 상기 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계; 및 상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 상기 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 움직임 정보 유도 과정을 고속화하여 디코더 측면의 움직임 보상을 수행하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공함으로써, 디코더 측면에서 움직임 정보의 유도를 수행함에 따라 증가하는 복잡도 문제를 해결하고, 부호화 효율을 향상시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.

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 3a 및 도 3b는 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 템플릿 매칭을 이용하는 디코더 측면의 움직임 보상 기법을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 양방향 매칭을 이용하는 디코더 측면의 움직임 보상 기법을 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 블록 매칭에 이용되는 화소들의 위치를 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른, 블록 매칭에 이용되는 화소들의 위치를 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른, 움직임정보 유도장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 수행하는 현재블록의 움직임 정보를 유도하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 수행하는 현재블록의 움직임 정보를 유도하는 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 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 1의 도시를 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.

영상 부호화 장치는 픽처 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)은 복수의 픽처들을 포함하는 하나 이상의 시퀀스로 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 픽처가 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 그리고, 하나 이상의 SPS가 공통으로 참조하는 정보들은 비디오 파라미터 셋(VPS, Video Parameter Set)에 부호화된다. 또한, 하나의 타일 또는 타일 그룹에 공통으로 적용되는 정보는 타일 또는 타일 그룹 헤더의 신택스로서 부호화될 수도 있다. SPS, PPS, 슬라이스 헤더, 타일 또는 타일 그룹 헤더에 포함되는 신택스들은 상위수준(high level) 신택스로 칭할 수 있다.

픽처 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.

픽처 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 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 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 2의 도시와 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.

일반적으로, 픽처 내 현재블록들은 각각 예측적으로 코딩될 수 있다. 일반적으로 현재블록의 예측은 (현재블록을 포함하는 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인트라 예측 기술 또는 (현재블록을 포함하는 픽처 이전에 코딩된 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인터 예측 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 인터 예측은 단방향 예측과 양방향 예측 모두를 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.

직사각형 모양의 현재블록에 대한 효율적인 방향성 예측을 위해, 도 3b에 점선 화살표로 도시된 방향성 모드들(67 ~ 80번, -1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)이 추가로 사용될 수 있다. 이들은 "광각 인트라 예측모드들(wide angle intra-prediction modes)"로 지칭될 수 있다. 도 3b에서 화살표들은 예측에 사용되는 대응하는 참조샘플들을 가리키는 것이며, 예측 방향을 나타내는 것이 아니다. 예측 방향은 화살표가 가리키는 방향과 반대이다. 광각 인트라 예측모드들은 현재블록이 직사각형일 때 추가적인 비트 전송 없이 특정 방향성 모드를 반대방향으로 예측을 수행하는 모드이다. 이때 광각 인트라 예측모드들 중에서, 직사각형의 현재블록의 너비와 높이의 비율에 의해, 현재블록에 이용 가능한 일부 광각 인트라 예측모드들이 결정될 수 있다. 예컨대, 45도보다 작은 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(67 ~ 80번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 높이가 너비보다 작은 직사각형 형태일 때 이용 가능하고, -135도보다 큰 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(-1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 너비가 높이보다 큰 직사각형 형태일 때 이용 가능하다.

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 비트율 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 비트율 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 비트율 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 이용하여 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: MV)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 움직임벡터는 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, 참조픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 샘플 사이의 서브 샘플들은 그 두 정수 샘플을 포함한 연속된 복수의 정수 샘플들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조픽처에 대해서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)는 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도(Adaptive Motion Vector Resolution: AMVR)가 적용되는 경우 각 대상 영역에 적용할 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 대상 영역마다 시그널링되어야 한다. 예컨대, 대상 영역이 CU인 경우, 각 CU마다 적용된 움직임벡터 해상도에 대한 정보가 시그널링된다. 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 후술할 차분 움직임벡터의 정밀도를 나타내는 정보일 수 있다.

한편, 인터 예측부(124)는 양방향 예측(bi-prediction)을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 양방향 예측의 경우, 두 개의 참조픽처와 각 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록 위치를 나타내는 두 개의 움직임벡터가 이용된다. 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)로부터 각각 제1 참조픽처 및 제2 참조픽처를 선택하고, 각 참조픽처 내에서 현재블록과 유사한 블록을 탐색하여 제1 참조블록과 제2 참조블록을 생성한다. 그리고, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중 평균하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고 현재블록을 예측하기 위해 사용한 두 개의 참조픽처에 대한 정보 및 두 개의 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보를 부호화부(150)로 전달한다. 여기서, 참조픽처 리스트 0은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이전의 픽처들로 구성되고, 참조픽처 리스트 1은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이후의 픽처들로 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 순서 상으로 현재 픽처 이후의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 0에 추가로 더 포함될 수 있고, 역으로 현재 픽처 이전의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 1에 추가로 더 포함될 수도 있다.

움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.

예컨대, 현재블록의 참조픽처와 움직임벡터가 주변블록의 참조픽처 및 움직임벡터와 동일한 경우에는 그 주변블록을 식별할 수 있는 정보를 부호화함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 영상 복호화 장치로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 '머지 모드(merge mode)'라 한다.

머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다.

머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(A2) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 머지 후보로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 머지 후보로서 추가로 더 사용될 수 있다. 이상에서 기술된 방법에 의해 선정된 머지 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 머지 후보에 추가한다.

인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기 결정된 개수의 머지 후보를 포함하는 머지 리스트를 구성한다. 머지 리스트에 포함된 머지 후보들 중에서 현재블록의 움직임정보로서 사용할 머지 후보를 선택하고 선택된 후보를 식별하기 위한 머지 인덱스 정보를 생성한다. 생성된 머지 인덱스 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.

머지 스킵(merge skip) 모드는 머지 모드의 특별한 경우로서, 양자화를 수행한 후, 엔트로피 부호화를 위한 변환 계수가 모두 영(zero)에 가까울 때, 잔차신호의 전송 없이 주변블록 선택 정보만을 전송한다. 머지 스킵 모드를 이용함으로써, 움직임이 적은 영상, 정지 영상, 스크린 콘텐츠 영상 등에서 상대적으로 높은 부호화 효율을 달성할 수 있다.

이하, 머지 모드와 머지 스킵 모드를 통칭하여, 머지/스킵 모드로 나타낸다.

움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드이다.

AMVP 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 4에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(A2) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(collocated block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 사용될 수 있다. 이상에서 기술된 방법에 의해 움직임벡터 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 움직임벡터 후보에 추가한다.

인터 예측부(124)는 이 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 현재블록의 움직임벡터로부터 예측 움직임벡터를 감산하여 차분 움직임벡터를 산출한다.

예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 기 정의된 함수(예컨대, 중앙값, 평균값 연산 등)를 적용하여 구할 수 있다. 이 경우, 영상 복호화 장치도 기 정의된 함수를 알고 있다. 또한, 예측 움직임벡터 후보를 유도하기 위해 사용하는 주변블록은 이미 부호화 및 복호화가 완료된 블록이므로 영상 복호화 장치도 그 주변블록의 움직임벡터도 이미 알고 있다. 그러므로 영상 부호화 장치는 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보를 부호화할 필요가 없다. 따라서, 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보와 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보가 부호화된다.

한편, 예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나를 선택하는 방식으로 결정될 수도 있다. 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보와 함께, 선택된 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보가 추가로 부호화된다.

감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.

변환부(140)는 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차블록 내의 잔차신호를 주파수 도메인의 변환 계수로 변환한다. 변환부(140)는 잔차블록의 전체 크기를 변환 단위로 사용하여 잔차블록 내의 잔차신호들을 변환할 수 있으며, 또는 잔차블록을 복수 개의 서브블록으로 분할하고 그 서브블록을 변환 단위로 사용하여 변환을 할 수도 있다. 또는, 변환 영역 및 비변환 영역인 두 개의 서브블록으로 구분하여, 변환 영역 서브블록만 변환 단위로 사용하여 잔차신호들을 변환할 수 있다. 여기서, 변환 영역 서브블록은 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:1의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록 중 하나일 수 있다. 이런 경우, 서브블록 만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. 또한, 변환 영역 서브블록의 크기는 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:3의 크기 비율을 가질 수 있으며, 이런 경우 해당 분할을 구분하는 플래그(cu_sbt_quad_flag)가 추가적으로 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.

한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 행렬이 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 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 이용하여 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(움직임 정보의 부호화 모드(머지 모드 또는 AMVP 모드), 머지 모드의 경우 머지 인덱스, AMVP 모드의 경우 참조픽처 인덱스 및 차분 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. 필터부(180)는 인루프(in-loop) 필터로서 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186)의 전부 또는 일부를 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) 및 alf(186)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184) 및 alf(186)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터이다. SAO 필터(184)는 CTU 단위로 오프셋을 적용함으로써 주관적 화질뿐만 아니라 부호화 효율도 향상시킨다. 이에 비하여 ALF(186)는 블록 단위의 필터링을 수행하는데, 해당 블록의 에지 및 변화량의 정도를 구분하여 상이한 필터를 적용하여 왜곡을 보상한다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.

디블록킹 필터(182), SAO 필터(184) 및 ALF(186)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 참조픽처로 사용될 수 있다.

도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 영상 복호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.

영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510), 재정렬부(515), 역양자화부(520), 역변환부(530), 예측부(540), 가산기(550), 루프 필터부(560) 및 메모리(570)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(510)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(510)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. 이에 따라 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(510)는 트리 구조의 분할을 이용하여 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(510)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 요소를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.

또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화 관련된 정보, 및 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.

재정렬부(515)는, 영상 부호화 장치에 의해 수행된 계수 스캐닝 순서의 역순으로, 엔트로피 복호화부(510)에서 엔트로피 복호화된 1차원의 양자화된 변환계수들의 시퀀스를 다시 2차원의 계수 어레이(즉, 블록)로 변경할 수 있다.

역양자화부(520)는 양자화된 변환계수들을 역양자화하고, 양자화 파라미터를 이용하여 양자화된 변환계수들을 역양자화한다. 역양자화부(520)는 2차원으로 배열된 양자화된 변환계수들에 대해 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 역양자화부(520)는 영상 부호화 장치로부터 양자화 계수(스케일링 값)들의 행렬을 양자화된 변환계수들의 2차원 어레이에 적용하여 역양자화를 수행할 수 있다.

역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.

또한, 역변환부(530)는 변환블록의 일부 영역(서브블록)만 역변환하는 경우, 변환블록의 서브블록만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 서브블록의 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 서브블록의 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)를 추출하여, 해당 서브블록의 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환함으로써 잔차신호들을 복원하고, 역변환되지 않은 영역에 대해서는 잔차신호로 “0”값을 채움으로써 현재블록에 대한 최종 잔차블록을 생성한다.

또한, MTS가 적용된 경우, 역변환부(530)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 MTS 정보(mts_idx)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 각각 적용할 변환 함수 또는 변환 행렬을 결정하고, 결정된 변환 함수를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 변환블록 내의 변환계수들에 대해 역변환을 수행한다.

예측부(540)는 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(542)는 현재블록의 예측 타입이 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(544)는 현재블록의 예측 타입이 인터 예측일 때 활성화된다.

인트라 예측부(542)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 요소로부터 복수의 인트라 예측모드 중 현재블록의 인트라 예측모드를 결정하고, 인트라 예측모드에 따라 현재블록 주변의 참조 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다.

인터 예측부(544)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인터 예측모드에 대한 신택스 요소를 이용하여 현재블록의 움직임벡터와 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정하고, 움직임벡터와 참조픽처를 이용하여 현재블록을 예측한다.

가산기(550)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(560)는 인루프 필터로서 디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)를 포함할 수 있다. 디블록킹 필터(562)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해, 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링한다. SAO 필터(564) 및 ALF(566)는 손실 부호화(lossy coding)으로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다.

디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(570)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용된다.

본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 디코더 측면에서 움직임 정보의 유도를 수행함에 따라 증가하는 복잡도 문제를 해결하기 위해, 움직임 정보 유도 과정을 고속화하여 디코더 측면의 움직임 보상을 수행하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.

이하의 설명에서, 부호화/복호화하고자 하는 '대상블록(target block)'이라는 용어는 전술한 바와 같은 현재블록, 현재 코딩 유닛(CU), 또는 대상 CU와 동일한 의미로 사용될 수 있다.

이하, 움직임 정보는, 움직임벡터, 참조픽처 리스트, 참조픽처에 대한 인덱스, 및 참조 방향 등을 포함할 수 있다.

이하, 디코더는 영상 복호화 장치와 호환적으로 이용될 수 있다. 또한, 디코더는 영상 부호화 장치 내 복원 영상을 생성하는 구성요소들을 암묵적으로 지칭할 수 있다. 따라서, 이하의 실시예들은 영상 복호화 장치 내 엔트로피 복호화부(510) 및 인터 예측부(544)에 적용될 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치 내 인터 예측부(124)에 적용될 수 있다.

I. 인터 예측의 머지 모드

이하, 인터 예측의 머지 모드에서 움직임 정보의 머지 후보 리스트를 구성하는 방법을 설명한다. 머지 모드를 지원하기 위해, 영상 부호화 장치 내 인터 예측부(124)는 기설정된 개수(예컨대, 6 개)의 머지 후보를 선정하여 머지 후보 리스트를 구성할 수 있다.

인터 예측부(124)는 공간적 머지 후보를 탐색한다. 인터 예측부(124)는, 도 4의 예시된 바와 같은 주변블록들로부터 공간적 머지 후보를 탐색한다. 공간적 머지 후보는 최대 4 개까지 선정될 수 있다.

인터 예측부(124)는 시간적 머지 후보를 탐색한다. 인터 예측부(124)는, 대상블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내의 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block)을 시간적 머지 후보로 추가할 수 있다. 시간적 머지 후보는 1 개가 선정될 수 있다.

인터 예측부(124)는 HMVP(History-based Motion Vector Predictor) 후보를 탐색한다. 인터 예측부(124)는 이전 n(여기서, n은 자연수) 개의 CU의 움직임벡터를 테이블에 저장한 후, 머지 후보로 이용할 수 있다. 테이블의 크기는 6이며, FiFO(First-in First Out) 방식에 따라 이전 CU의 움직임벡터를 저장한다. 이는 HMVP 후보가 최대 6 개까지 테이블에 저장됨을 나타낸다. 인터 예측부(124)는 테이블에 저장된 HMVP 후보 중, 최근의 움직임벡터들을 머지 후보로 설정할 수 있다.

인터 예측부(124)는 PAMVP(Pairwise Average MVP) 후보를 탐색한다. 인터 예측부(124)는 머지 후보 리스트에서 첫 번째 후보와 두 번째 후보의 움직임벡터 평균을 머지 후보로 설정할 수 있다.

전술한 탐색 과정을 모두 수행해도 머지 후보 리스트를 채울 수 없는 경우(즉, 기설정된 개수를 충원하지 못하는 경우), 인터 예측부(124)는 제로(zero) 움직임벡터를 머지 후보로 추가한다.

전술한 머지 후보 리스트를 구성하는 방법은 영상 부호화 장치 내 인터 예측부(124)에 의해 동일하게 수행될 수 있다.

II. 디코더 측면의 움직임 보상 기법

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 템플릿 매칭을 이용하는 디코더 측면의 움직임 보상 기법을 나타내는 예시도이다.

본 실시예에서, 디코더는, 디코더 측면의 움직임 보상을 위하여 움직임 정보를 유도하는 방법으로서 템플릿 매칭(template matching) 방식을 이용할 수 있다. 템플릿 매칭을 이용하는 움직임 유도방법에서는, 대상블록, 즉 현재블록에 공간적으로 인접한 일부 화소 영역이 템플릿(template)으로 정의된다. 이때, 현재블록의 상단에 위치하는 화소의 집합을 상단 템플릿으로 표현하고, 현재블록의 좌측에 위치하는 화소의 집합을 좌측 템플릿으로 표현한다. 현재 픽처에 시간적으로 인접한 기복원된 픽처들 중 현재블록의 참조픽처들로부터, 현재블록의 템플릿들을 이용하여 현재블록과 화소 유사도(similarity)가 높은 위치에 대응하는 움직임 정보를 획득함으로써, 템플릿 매칭을 이용한 움직임 유도방법이 구현될 수 있다.

디코더는 상단과 좌측에 인접한 화소들의 참조 가능 여부를 먼저 확인한다. 상단 및 좌측에 공간적으로 인접한 화소들을 참조하는 것이 가능한 경우, 디코더는 상단 및 좌측의 템플릿들을 사용하여 움직임을 유도할 수 있다. 한편, 현재블록이 픽처, 슬라이스, 또는 타일의 경계에 위치하여 현재블록의 상단에 위치하는 화소들을 참조하지 못하는 경우, 상단 템플릿이 사용되지 않는다. 반면, 현재블록이 픽처, 슬라이스, 또는 타일의 경계에 위치하여 현재블록의 좌측에 위치하는 화소들을 참조하지 못하는 경우, 좌측 템플릿이 사용되지 않는다. 이때, 상단과 좌측 템플릿들을 모두 사용하지 않는 경우, 디코더는 템플릿 매칭을 이용한 움직임 유도방법을 수행하지 않을 수 있으며, 이를 위한 상위수준의 시그널링 및 파싱도 수행하지 않을 수 있다.

디코더는, 현재블록의 참조픽처 중 L0 방향의 참조픽처에서 현재블록의 상단 템플릿과 좌측 템플릿을 이용하여 화소들 간의 오차가 가장 작은 위치를 탐색하고, 이에 대응하는 움직임 정보를 L0 방향의 움직임 정보로 사용할 수 있다. 또한, 디코더는, 현재블록의 참조픽처 중 L1 방향의 참조픽처에서 현재블록의 상단 템플릿과 좌측 템플릿을 이용하여 화소들 간의 오차가 가장 작은 위치를 탐색하고, 이에 대응하는 움직임 정보를 L1 방향의 움직임 정보로 사용할 수 있다.

이때, 템플릿들 간의 오차를 측정함에 있어서, 템플릿 내의 전체 또는 일부 화소들 간의 SAD(Sum of Absolute Difference)를 이용하여 오차가 측정될 수 있다. 또한, SATD(Sum of Transformed Difference) 및 SSE(Sum of Square Error) 중 하나를 이용하여 템플릿들 간의 오차가 측정될 수 있다.

도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 양방향 매칭을 이용하는 디코더 측면의 움직임 보상 기법을 나타내는 예시도이다.

본 실시예에서, 디코더는, 디코더 측면의 움직임 보상을 위하여 움직임 정보를 유도하는 방법으로서 양방향 매칭 방법을 사용할 수 있다. 양방향 매칭을 이용하는 움직임 유도방법에서는, 현재블록에 시간적으로 인접한 블록들이 하나의 대칭적인 움직임 정보를 이용하여 획득된다. 이러한 움직임 정보를 움직임 궤도(motion trajectory)라고 정의한다. 움직임 궤도의 L0 및 L1 방향의 움직임 정보들은 서로 원점 대칭으로 구성되는 움직임 정보를 의미한다. 예컨대, L0 방향의 움직임 정보가 (10,10)인 경우, 움직임 궤도에 따라 원점 대칭으로 구성되는 L1 방향의 움직임 정보는 (-10,-10)이다.

본 실시예에서, 디코더는 도 7에 예시된 바와 같이, 현재블록의 중심을 원점으로 하여, L0 방향의 대응 블록과 L1 방향의 대응 블록 간의 블록 유사도를 산정한다. 디코더는 이러한 블록 유사도가 가장 높은 움직임 궤도를 갖는 L0 및 L1 대응 블록들의 위치 정보를 현재블록의 움직임 정보로서 사용할 수 있다.

이때, 디코더는 블록 유사도를 측정하기 위해 L0 대응 블록과 L1 대응 블록 간의 SAD를 이용하여 블록들 간의 오차를 측정한 후, SAD가 가장 작은 움직임 궤도를 선정할 수 있다. 또한, SAD 외에 추가적으로 SATD 및 SSE 중 하나를 이용하여 대응 블록들 간의 오차를 측정하고, 오차가 가장 작은 움직임 궤도가 선정될 수 있다.

이하, 도 8 및 도 9의 도시를 이용하여, 전술한 블록들 간 비교, 즉 블록 매칭에 이용되는 화소들의 위치를 기술한다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 블록 매칭에 이용되는 화소들의 위치를 나타내는 예시도이다.

블록 매칭을 수행하는 대상 블록에 대해, 도 8에 예시된 바와 같이, 블록 내의 화소들이 도시될 수 있다. 블록 매칭에서 이용될 수 있는 화소들로서, 블록 내부의 모든 화소들이 이용될 수 있다. 디코더는, 블록 내부의 모든 화소들을 이용하여, 전술한 바와 같은 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도를 측정할 수 있다.

따라서, 두 블록들 간의 유사도는 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 산정된 블록 오차로 표현될 수 있다. 이하, 블록 오차 및 블록 매칭 코스트(block matching cost)를 호환적으로 이용한다.

다른 예로서, 디코더 측면의 움직임 유도 과정의 복잡도를 감소시키기 위해, 도 8에 예시된 바와 같이, 블록 내부의 화소들을 짝수 행들과 홀수 행들로 분류하고, 짝수 행들에 포함되는 화소들만을 이용하여 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도가 측정될 수 있다. 또는, 홀수 행들에 포함되는 화소들만을 이용하여 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도가 측정될 수 있다.

추가적으로 디코더 측면의 움직임 유도 과정의 복잡도를 감소시키기 위하여, 도 8에 예시된 바와 같이, 블록 내부의 화소들 중 짝수 행들과 짝수 열들에 포함되는 화소들, 즉, 서브 샘플링된 위치의 화소들만을 이용하여 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도가 측정될 수 있다.

다른 예로서, 블록 내의 화소들을 지시하기 위해 인덱스가 이용될 수 있다. 예컨대 인덱스 값에 따라, 화소의 전부, 짝수 행들, 홀수 행들, 짝수 열들, 홀수 열들, 및 서브샘프링된 화소들 중 하나의 사용이 지시될 수 있다. 화소들을 지시하기 위한 인덱스는 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로 전송될 수 있다.

도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른, 블록 매칭에 이용되는 화소들의 위치를 나타내는 예시도이다.

도 8에 예시된 바는 블록 매칭을 수행하는 대상 블록의 너비(width)와 높이 (height)가 동일한 경우를 한정하나, 도 9에 예시된 바는 블록 매칭을 수행하는 대상 블록의 너비와 높이가 상이한 경우를 나타낸다. 디코더 측면의 움직임 보상을 위한 움직임 유도 과정에서 대상 블록의 너비와 높이가 상이한 경우, 블록 매칭을 수행하는 대상 블록에 대해, 도 9에 예시된 바와 같이, 블록 내의 화소들이 도시될 수 있다.

우선, 블록 매칭에서 이용될 수 있는 화소들로서, 블록 내부의 모든 화소들이 이용될 수 있다. 디코더는, 블록 내부의 모든 화소들을 이용하여, 전술한 바와 같은 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도를 측정할 수 있다.

반면, 블록의 높이가 너비보다 큰 경우에 대해, 디코더는 짝수 행들 또는 홀수 행들에 포함되는 화소들만을 이용하여 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도를 측정할 수 있다. 또는, 블록의 너비가 블록의 높이보다 큰 경우에 대해, 디코더는 짝수 열들 또는 홀수 열들에 포함되는 화소들만을 이용하여 SAD, SATD, SSE 등의 방법에 따라 상이한 두 블록들 간의 유사도를 측정할 수 있다. 즉, 블록들 간의 유사도를 측정함에 있어서, 두 블록들 간의 화소 유사도를 더 잘 반영하기 위해 디코더는 블록의 형태에 따라 대상 화소들을 선택적으로 사용할 수 있다.

다른 예로서, 블록 내의 화소들을 지시하기 위해 인덱스가 이용될 수 있다. 예컨대 인덱스 값에 따라, 화소의 전부, 짝수 행들, 홀수 행들, 짝수 열들, 및 홀수 열들 중 하나의 사용이 지시될 수 있다. 화소들을 지시하기 위한 인덱스는 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로 전송될 수 있다.

이하, 도 10의 도시를 이용하여, 디코더 측면의 움직임 보상을 위해 전술한 움직임 정보 유도방법들을 수행하는 장치에 대해 기술한다. 이하에 기술되는 움직임정보 유도장치는 영상 복호화 장치 내 엔트로피 복호화부(510) 및 인터 예측부(544)에 포함될 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치 내 인터 예측부(124)에 포함될 수 있다.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른, 움직임정보 유도장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.

본 실시예에 따른 움직임정보 유도장치는, 디코더 측면의 움직임 보상을 위한 움직임 정보 유도 과정에서 복수의 움직임 정보 유도방법들 중 하나를 선택한 후, 선택된 방법에 따라 움직임 정보를 유도한다. 움직임정보 유도장치는 움직임 유도방법 복호화부(1010), 움직임 유도방법 선택부(1020), 제1 움직임정보 유도부(1030), 및 제2 움직임정보 유도부(1040)의 전부 또는 일부를 포함한다.

움직임 유도방법 복호화부(1010)는 하나 이상의 디코더 측면 움직임 유도방법을 사용하여 움직임 보상을 수행하는 경우, 하나 이상의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나의 방법에 대해 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 정보를 비트스트림으로부터 파싱한다.

일 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 2 개인 경우, 움직임 유도방법 복호화부(1010)는 유도방법을 지시하는 플래그를 복호화할 수 있다. 이하, 이 플래그를 움직임정보 유도방법 플래그로 나타낸다.

다른 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 3 개 이상인 경우, 움직임 유도방법 복호화부(1010)는 움직임 유도방법을 지시하는 인덱스를 복호화할 수 있다.

또한, 움직임 유도방법들의 개수가 1 개인 경우, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간의 사전 약속에 따라 유도방법이 설정될 수 있다. 따라서, 움직임 유도방법을 지시하는 정보의 전송이 생략될 수 있다.

움직임 유도방법 선택부(1020)는 파싱된 정보를 바탕으로 하나 이상의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나의 방법을 결정한다.

일 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 2 개이고, 움직임정보 유도방법 플래그가 0인 경우, 템플릿 매칭을 이용하는 움직임 정보 유도방법이 사용되고, 움직임정보 유도방법 플래그가 1인 경우, 양방향 매칭을 이용하는 움직임 정보 유도방법이 사용될 수 있다.

다른 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 3 개 이상인 경우, 움직임 유도방법을 지시하는 인덱스에 따라 움직임 유도방법이 결정될 수 있다.

움직임정보 유도장치는 선택된 유도방법에 따라 움직임 정보를 유도한다. 이때, 현재블록에 대해 움직임 정보를 유도하는 과정은 제1 움직임정보 유도부(1030) 및 제2 움직임정보 유도부(1040)에 의해 2 단계로 수행될 수 있다.

제1 움직임정보 유도부(1030)는 선택된 유도방법에 따라 현재블록 전체에 대해 움직임 정보를 유도한다.

먼저 템플릿 매칭을 이용하는 움직임 정보 유도방법인 경우, 제1 움직임정보 유도부(1030)는 CU 단위로 현재블록의 상단 템플릿과 좌측 템플릿을 이용하여 블록 전체에 대해 1차적인 움직임 예측을 수행한다.

다음, 양방향 매칭을 이용하는 움직임 정보 유도방법인 경우, 제1 움직임정보 유도부(1030)는 CU 단위로 하나의 움직임 궤도를 이용하여 블록 전체에 대해 1차적인 움직임 예측을 수행한다.

한편, 템플릿 매칭 또는 양방향 매칭을 이용하는 CU 단위의 1차적인 움직임 예측은 다음과 같이 진행될 수 있다.

제1 움직임정보 유도부(1030)는, 대상 CU에 공간적 및 시간적으로 인접한 블록들로부터 템플릿 매칭 혹은 양방향 매칭을 이용한 디코더 측면의 움직임 정보 유도를 수행하기 위해 참조 움직임 정보 리스트를 생성한다. 이때, CU 단위 참조 움직임 정보 리스트를 구성하는 순서 및 단계는, 전술한 바와 같은 CU 단위 움직임 정보의 머지 리스트를 구성하는 순서 및 단계와 동일할 수 있다. 또한, CU 단위 참조 움직임 정보 리스트는, 서브블록 단위 움직임 정보의 머지 후보를 제외한 것일 수 있다.

제1 움직임정보 유도부(1030)는, 대상 CU의 참조 움직임 정보 리스트에 대해 템플릿 매칭 또는 양방향 매칭을 이용하여 최적의 블록 유사도를 가지는 움직임 정보를 유도한다. 이때, 제1 움직임정보 유도부(1030)는, 도 8 및 도 9에 예시된 바와 같은 블록 매칭을 사용하여 현재 CU의 전체 영역에 대한 블록 오차를 산정할 수 있다. 이후, 최소의 블록 오차를 갖는 움직임 정보가 CU 단위 최적의 움직임 정보로 결정될 수 있다.

제2 움직임정보 유도부(1040)는 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 움직임 정보를 유도한다.

먼저 템플릿 매칭을 이용하는 움직임 정보 유도방법인 경우, 제2 움직임정보 유도부(1040)는 CU 단위의 최적의 블록 유사도를 가지는 위치를 시작 위치로 하여, 서브블록 단위의 2차적인 움직임 예측을 수행함으로써, 최종 움직임 정보를 유도한다.

다음, 양방향 매칭을 이용하는 움직임 정보 유도방법인 경우, 제2 움직임정보 유도부(1040)는 CU 단위의 최적의 블록 유사도를 가지는 움직임 궤도를 기준으로 서브블록 단위의 2차적인 움직임 예측을 수행함으로써, 최종 움직임 정보를 유도한다.

한편, 제1 움직임정보 유도부(1030)에서 유도된 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 제2 움직임정보 유도부(1040)의 동작은 생략될 수 있다. 반면, 블록 오차가 기정의된 임계치 이상인 경우, 템플릿 매칭 또는 양방향 매칭을 이용하는 서브블록 단위의 2차적인 움직임 예측은 다음과 같이 진행될 수 있다.

제2 움직임정보 유도부(1040)는, CU 단위 최적의 움직임 정보를 기반으로 대상 CU 내부의 다수의 서브블록들을 위한 움직임 정보의 유도를 위해 참조 움직임 정보 리스트를 생성한다. 여기서, 서브블록들은 현재 CU가 분할된 더 작은 정방형의 블록들을 지칭한다. 서브블록들은 동일한 크기를 가지며, 그 크기는 4×4, 8×8 및 16×16 중 하나일 수 있다.

서브블록 단위 참조 움직임 정보 리스트를 구성함에 있어서, 제2 움직임정보 유도부(1040)는 현재 CU 단위의 최적의 움직임 정보를 제1 참조 움직임 정보 후보로 구성한다. 이후, CU 단위 참조 움직임 정보 리스트를 구성하는 과정에서 유도되는 서브블록 단위 움직임 정보 머지 후보들이 제2, 제3의 참조 움직임 정보 후보로 구성될 수 있다.

제2 움직임정보 유도부(1040)는 현재 CU 내의 다수의 서브블록들에 대해, 서브블록 단위로 템플릿 매칭 또는 양방향 매칭을 이용하여 최적의 블록 유사도를 가지는 움직임 정보를 유도한다. 이때, 제2 움직임정보 유도부(1040)는, 도 8 및 도 9에 예시된 바와 같은 블록 매칭을 사용하여 현재 서브블록 영역에 대해 블록 오차를 산정할 수 있다. 이후, 가장 작은 블록 오차를 갖는 움직임 정보가 현재 서브블록의 최적의 움직임 정보로 결정될 수 있다.

제2 움직임정보 유도부(1040)는 서브블록 단위 최적의 움직임 정보를 기반으로 최종 서브블록 단위 움직임 정보를 결정한다. 이때, 제2 움직임정보 유도부(1040)는 DMVR(Decoder-side Motion Vector Refinement), BDOF(Bi-directional Optical Flow) 등과 같은 움직임 보정 방법을 이용하여 서브블록 단위 움직임 정보를 최종 보정할 수 있다.

BDOF, 즉, 양방향 옵티컬 플로우는 영상을 구성하는 샘플 또는 객체가 일정한 속도로 이동하고 샘플 값의 변화가 거의 없다는 가정을 기반으로, 양방향 움직임 예측을 이용하여 예측된 샘플들의 움직임을 옵티컬 플로우(Optical Flow: OF)를 기반으로 추가로 보상한다.

전술한 바와 같이, 양방향 예측을 이용한 인터 예측의 경우, 참조픽처 리스트 LO에서 선택된 참조픽처 Ref0과 Ref0을 참조하는 움직임벡터 MV0, 및 참조픽처 리스트 L1에서 선택된 참조픽처 Ref1과 Ref1을 참조하는 움직임벡터 MV1이 결정된다. DMVR은 양방향 예측을 위한 두 개의 움직임벡터 MV0과 MV1을 미세하게 조절하여 정제된 움직임벡터들을 생성한 후, 이들을 이용하여 인터 예측을 정확도를 향상시킨다.

전술한 움직임 보정 방법들을 이용하는 보정 단계는 특정한 조건에 따라 선택적으로 수행될 수 있다. 예컨대, 제2 움직임정보 유도부(1040)에서 유도된 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 이러한 보정 단계는 생략될 수 있다.

영상 복호화 장치는 CU 단위 또는 서브블록 단위 움직임 정보를 이용하여 인터 예측을 수행함으로써, 현재블록의 예측블록을 생성할 수 있다.

전술한 바와 같은, 디코더 측면의 움직임 보상은 영상 복호화 장치를 중심으로 하나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 영상 부호화 장치에도 유사하게 적용될 수 있다. 단, 영상 부호화 장치는, 비트율 왜곡 최적화 측면에서 필요한 정보를 설정하고, 이들을 상위 단계로부터 획득하여 이용할 수 있다.

기존의 AMVP 모드를 사용하여 움직임 정보를 시그널링하는 경우, 영상 부호화 장치는 AMVP에 대응하는 참조 움직임벡터 리스트를 생성하고, 해당 참조 움직임 벡터 리스트에서 최적의 참조 움직임벡터 후보에 대한 인덱스를 시그널링한다. 이후, 영상 부호화 장치는 해당 최적의 참조 움직임벡터 후보와 최종 움직임벡터 간의 차분값을 시그널링하여 최종 움직임벡터에 대한 시그널링의 효율을 높인다.

도 11은 본 개시의 또다른 실시예에 따른, 양방향 매칭을 이용하는 움직임 정보의 시그널링 감소를 나타내는 예시도이다.

본 실시예에서는. 움직임 벡터에 대한 시그널링의 효율을 향상시키기 위하여, 영상 부호화 장치는 참조 움직임벡터 리스트에서 L0 또는 L1의 움직임 정보 중 단 방향에 대응하는 참조 움직임벡터를 선정하여 움직임 궤도를 구성함으로써, 참조 움직임벡터 후보와 최종 움직임벡터 간의 차분값의 시그널링을 생략할 수 있다. 단, 최적의 AMVP 참조 움직임벡터 후보에 대한 인덱스를 획득하여 선택된 참조 움직임벡터가 양방향 움직임 벡터, 즉, L0와 L1 방향으로 모두 움직임벡터들을 가지는 경우, L0와 L1 방향 중 하나의 움직임벡터를 선정하기 위하여, 도 11에 예시한 바와 같은 템플릿 매칭 방법이 사용하여 L0와 L1 중 하나의 방향을 선정할 수 있다.

템플릿 매칭 방법을 사용하여 선정된 L0 또는 L1 방향에 대해 현재블록의 중심을 원점으로 원점 대칭으로 구성되는 L1 또는 L0 방향의 움직임벡터를 구성함으로써, 하나의 움직임 궤도를 생성할 수 있다. 생성한 움직임 궤도를 바탕으로 기정의된 탐색 범위 내에서 움직임 궤도를 탐색하여, 가장 높은 블록 유사도를 가지는 움직임 궤도가 현재블록의 움직임 정보로 사용될 수 있다.

도 11의 예시에서는, L0 방향의 움직임벡터를 선정하고, 이에 원점 대칭되는 L1 방향에 대한 움직임 벡터를 선정하여 하나의 움직임 궤도가 생성된다.

도 11에 따른 기술은 영상 부호화 장치를 중심으로 하나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 최적의 AMVP 참조 움직임벡터 후보에 대한 인덱스를 복호화하여 선택된 참조 움직임벡터가 양방향 움직임 벡터, 즉, L0와 L1 방향으로 모두 움직임벡터들을 가지는 경우, 영상 복호화 장치는 템플릿 매칭 방법을 사용하여 L0와 L1 중 하나의 방향을 선정하고, 선정된 방향을 이용하여 움직임 궤도를 구성할 수 있다. 즉, 영상 복호화 장치는 참조 움직임벡터 후보와 최종 움직임벡터 간의 차분값의 복호화를 생략할 수 있다.

이하, 도 12 및 도 13의 도시를 이용하여, 영상 복호화 장치 및 영상 부호화 장치 내 움직임정보 유도장치가 수행하는, 현재블록의 움직임 정보를 유도하는 방법을 기술한다.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 수행하는 현재블록의 움직임 정보를 유도하는 방법을 나타내는 순서도이다.

영상 복호화 장치는 움직임정보 유도방법의 정보를 비트스트림으로부터 복호화한다(S1200). 여기서, 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시한다.

일 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 2 개인 경우, 영상 복호화 장치는 움직임정보 유도방법 플래그를 복호화할 수 있다.

다른 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 3 개 이상인 경우, 영상 복호화 장치는 움직임 유도방법을 지시하는 인덱스를 복호화할 수 있다.

또한, 움직임 유도방법들의 개수가 1 개인 경우, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간의 사전 약속에 따라 유도방법이 설정될 수 있다. 따라서, 움직임 유도방법을 지시하는 정보의 전송이 생략될 수 있다.

영상 복호화 장치는 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정한다(S1202).

일 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 2 개이고, 움직임정보 유도방법 플래그가 0인 경우, 템플릿 매칭을 기반의 제1 움직인 유도방법이 사용되고, 움직임정보 유도방법 플래그가 1인 경우, 양방향 매칭 기반의 제2 움직임 유도방법이 사용될 수 있다.

영상 복호화 장치는 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭(block matching)을 이용하여, 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도한다(S1204).

템플릿 매칭 기반 제1 움직임 유도방법인 경우, 영상 복호화 장치는 CU 단위로 현재블록의 상단 템플릿과 좌측 템플릿을 이용하여 블록 전체에 대해 1차적인 움직임 예측을 수행한다.

또한, 양방향 매칭 기반 제2 움직임 유도방법인 경우, 영상 복호화 장치는 CU 단위로 하나의 움직임 궤도를 이용하여 블록 전체에 대해 1차적인 움직임 예측을 수행한다.

영상 복호화 장치는, 상이한 두 블록들에 대해 블록 매칭을 적용하여 두 블록들 간의 유사도를 측정할 수 있다. 이때, 두 블록들 간의 유사도는 SAD, SATD 및 SSE 중 하나에 따라 산정되고, 전술한 바와 같이 블록 오차로도 표현될 수 있다.

CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 다음과 같이 구현될 수 있다.

영상 복호화 장치는 현재블록에 공간적 및 시간적으로 인접한 블록들로부터 참조 움직임 정보 리스트를 생성한다(S1210).

CU 단위 참조 움직임 정보 리스트를 구성하는 순서 및 단계는, 전술한 바와 같은 CU 단위 움직임 정보의 머지 리스트를 구성하는 순서 및 단계와 동일할 수 있다.

영상 복호화 장치는 제1 움직임 유도방법 또는 제2 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 참조 움직임 정보 리스트에 적용하여, 블록 오차가 최소인 움직임 정보를 선택함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 결정한다(S1212).

영상 복호화 장치는 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도한다(S1206).

템플릿 매칭 기반 제1 움직임 유도방법인 경우, 영상 복호화 장치는 CU 단위의 최적의 블록 유사도를 가지는 위치를 시작 위치로 하여, 서브블록 단위의 2차적인 움직임 예측을 수행함으로써, 최종 움직임 정보를 유도한다.

양방향 매칭을 기반 제2 움직임 유도방법인 경우, 영상 복호화 장치는 CU 단위의 최적의 블록 유사도를 가지는 움직임 궤도를 기준으로 서브블록 단위의 2차적인 움직임 예측을 수행함으로써, 최종 움직임 정보를 유도한다.

현재블록의 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 생략될 수 있다. 반면, 블록 오차가 기정의된 임계치 이상인 경우, 템플릿 매칭 또는 양방향 매칭을 이용하는 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 다음과 같이 진행될 수 있다.

영상 복호화 장치는 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로, 현재 서브블록의 참조 움직임 정보 리스트를 생성한다(S1220).

현재 서브블록의 참조 움직임 정보 리스트를 구성함에 있어서, 영상 복호화 장치는 현재블록의 움직임 정보를 제1 참조 움직임 정보 후보로 구성한다. CU 단위 참조 움직임 정보 리스트를 구성하는 과정에서 유도되는 서브블록 단위 움직임 정보 머지 후보들이 제2, 제3의 참조 움직임 정보 후보로 구성될 수 있다.

영상 복호화 장치는 제1 움직임 유도방법 또는 제2 움직임 유도방법에 따른 블록 매칭을 참조 움직임 정보 리스트에 적용하여, 블록 오차가 최소인 움직임 정보를 선택함으로써, 현재 서브블록의 움직임 정보를 결정한다(S1222).

영상 복호화 장치는 움직임 보정 방법을 이용하여 추가적으로 현재 서브블록의 움직임 정보를 보정한다(S1224). 여기서, 움직임 보정 방법은 DMVR 또는 BDOF일 수 있다.

한편, 현재 서브블록의 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 현재 서브블록의 움직임 정보를 보정하는 단계는 생략될 수 있다.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 수행하는 현재블록의 움직임 정보를 유도하는 방법을 나타내는 순서도이다.

영상 부호화 장치는 움직임정보 유도방법의 정보를 상위 단계로부터 획득한다(S1300), 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시한다.

일 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 2 개인 경우, 영상 부호화 장치는 움직임정보 유도방법 플래그를 획득할 수 있다.

다른 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 3 개 이상인 경우, 영상 부호화 장치는 움직임 유도방법을 지시하는 인덱스를 획득할 수 있다.

또한, 움직임 유도방법들의 개수가 1 개인 경우, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간의 사전 약속에 따라 유도방법이 설정될 수 있다. 따라서, 움직임 유도방법을 지시하는 정보의 전송이 생략될 수 있다.

영상 부호화 장치는 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정한다(S1302).

일 예로서, 움직임 유도방법들의 개수가 2 개이고, 움직임정보 유도방법 플래그가 0인 경우, 템플릿 매칭을 기반의 제1 움직인 유도방법이 사용되고, 움직임정보 유도방법 플래그가 1인 경우, 양방향 매칭 기반의 제2 움직임 유도방법이 사용될 수 있다.

영상 부호화 장치는 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도한다(S1304).

CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 다음과 같이 구현될 수 있다.

영상 부호화 장치는 현재블록에 공간적 및 시간적으로 인접한 블록들로부터 참조 움직임 정보 리스트를 생성한다(S1310).

영상 부호화 장치는 제1 움직임 유도방법 또는 제2 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 참조 움직임 정보 리스트에 적용하여, 블록 오차가 최소인 움직임 정보를 선택함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 결정한다(S1312).

영상 부호화 장치는 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도한다(S1306).

현재블록의 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 생략될 수 있다. 반면, 블록 오차가 기정의된 임계치 이상인 경우, 템플릿 매칭 또는 양방향 매칭을 이용하는 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 다음과 같이 진행될 수 있다.

영상 부호화 장치는 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로, 현재 서브블록의 참조 움직임 정보 리스트를 생성한다(S1320).

영상 부호화 장치는 제1 움직임 유도방법 또는 제2 움직임 유도방법에 따른 블록 매칭을 참조 움직임 정보 리스트에 적용하여, 블록 오차가 최소인 움직임 정보를 선택함으로써, 현재 서브블록의 움직임 정보를 결정한다(S1322).

영상 부호화 장치는 움직임 보정 방법을 이용하여 추가적으로 현재 서브블록의 움직임 정보를 보정한다(S1324).

한편, 현재 서브블록의 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 현재 서브블록의 움직임 정보를 보정하는 단계는 생략될 수 있다.

본 명세서의 흐름도/타이밍도에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 흐름도/타이밍도에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 흐름도/타이밍도는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들 혹은 방법들은 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 실시예에서 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.

124: 인터 예측부
510: 엔트로피 복호화부
544: 인터 예측부
1010: 움직임 유도방법 복호화부
1020: 움직임 유도방법 선택부
1030: 제1 움직임정보 유도부
1040: 제2 움직임정보 유도부

Claims (17)

1. 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록에 대해 움직임 정보를 유도하는 방법에 있어서,
   움직임정보 유도방법의 정보를 비트스트림으로부터 복호화하는 단계, 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시함;
   상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정하는 단계;
   상기 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭(block matching)을 이용하여, 상기 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계; 및
   상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 상기 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 움직임 유도방법을 결정하는 단계는
   상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 템플릿 매칭(template matching) 기반의 제1 움직임 유도방법 또는 양방향 매칭(bidirectional matching) 기반의 제2 움직임 유도방법을 상기 움직임 유도방법으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 유도방법은,
   상기 현재블록의 상단 템플릿 및 좌측 템플릿을 이용하여 상기 움직임 정보를 유도하되, 상기 현재블록의 L0 방향의 참조픽처에서 화소들 간의 블록 오차가 최소인 위치를 탐색한 후, 상기 블록 오차가 최소인 위치에 대응하는 위치 정보를 L0 방향의 움직임 정보로 사용하고, 상기 현재블록의 L1 방향의 참조픽처에서 화소들 간의 블록 오차가 최소인 위치를 탐색한 후, 상기 블록 오차가 최소인 위치에 대응하는 위치 정보를 L1 방향의 움직임 정보로 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 유도방법은,
   상기 현재블록의 중심을 원점으로 하여 움직임 궤도(motion trajectory)를 구성하는 L0 방향의 대응 블록과 L1 방향의 대응 블록 간의 블록 오차를 산정하고, 상기 블록 오차가 최소인 움직임 궤도를 갖는 L0 방향의 대응 블록과 L1 방향의 대응 블록의 위치 정보를 상기 움직임 정보로 이용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 블록 오차는,
   상이한 두 블록들에 대해, 상기 블록 매칭을 이용하여 산정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 블록 매칭은,
   각 블록의 내부의 모든 화소들을 이용하여 SAD(Sum of Absolute Difference), SATD(Sum of Transformed Difference) 및 SSE(Sum of Square Error) 중 하나에 따라 상기 두 블록들 간의 유사도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 블록 매칭은,
   각 블록의 내부의 화소들을 짝수 행들과 홀수 행들로 분류하고, 상기 각 블록, 상기 짝수 행들, 및 상기 홀수 행들 중 어느 하나에 포함되는 화소들을 이용하여 SAD, SATD 및 SSE 중 하나에 따라 상기 두 블록들 간의 유사도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 블록 매칭은,
   각 블록의 내부의 화소들을 짝수 열들과 홀수 열들로 분류하고, 상기 각 블록의 너비가 블록의 높이보다 큰 경우, 상기 각 블록, 상기 짝수 열들, 및 상기 홀수 열들 중 어느 하나에 포함되는 화소들을 이용하여 SAD, SATD 및 SSE 중 하나에 따라 상기 두 블록들 간의 유사도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
9. 제2항에 있어서,
   상기 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는,
   상기 현재블록에 공간적 및 시간적으로 인접한 블록들로부터 참조 움직임 정보 리스트를 생성하는 단계; 및
   상기 제1 움직임 유도방법 또는 제2 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 상기 참조 움직임 정보 리스트에 적용하여, 블록 오차가 최소인 움직임 정보를 선택함으로써, 상기 현재블록의 움직임 정보를 결정하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 현재블록의 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 상기 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는 생략되는 것을 특징으로 하는, 방법.
11. 제2항에 있어서,
    상기 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계는,
    상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로, 현재 서브블록의 참조 움직임 정보 리스트를 생성하는 단계;
    상기 제1 움직임 유도방법 또는 제2 움직임 유도방법에 따른 블록 매칭을 상기 참조 움직임 정보 리스트에 적용하여, 블록 오차가 최소인 움직임 정보를 선택함으로써, 상기 현재 서브블록의 움직임 정보를 결정하는 단계; 및
    움직임 보정 방법을 이용하여 추가적으로 상기 현재 서브블록의 움직임 정보를 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 현재 서브블록의 움직임 정보에 대응하는 블록 오차가 기정의된 임계치보다 작은 경우, 상기 보정하는 단계는 생략되는 것을 특징으로 하는, 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 참조 움직임 정보 리스트를 생성하는 단계는,
    상기 CU 단위의 움직임 정보를 상기 참조 움직임 정보 리스트의 제1 참조 움직임 정보 후보로 구성하는 것을 특징으로 하는, 방법.
14. 현재블록에 대해 움직임정보 유도방법의 정보를 복호화하는 비트스트림으로부터 움직임 유도방법 복호화부, 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시함;
    상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정하는 움직임 유도방법 선택부;
    상기 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 제1 움직임정보 유도부; 및
    상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 상기 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 제2 움직임정보 유도부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 움직임정보 유도장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 움직임 유도방법 선택부는,
    상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 템플릿 매칭 기반의 제1 움직임 유도방법 또는 양방향 매칭 기반의 제2 움직임 유도방법을 상기 움직임 유도방법으로 결정하는 특징으로 하는, 움직임정보 유도장치.
16. 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록에 대해 움직임 정보를 유도하는 방법에 있어서,
    움직임정보 유도방법의 정보를 상위 단계로부터 획득하는 단계, 여기서, 상기 움직임정보 유도방법의 정보는 적어도 하나의 디코더 측면 움직임 유도방법들 중 하나를 지시함;
    상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 움직임 유도방법을 결정하는 단계;
    상기 결정된 움직임 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록 전체에 대해 CU 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계; 및
    상기 CU 단위의 움직임 정보를 기반으로 상기 결정된 유도방법에 기초하는 블록 매칭을 이용하여, 상기 현재블록이 분할된 서브블록들에 대해 서브블록 단위의 움직임 정보를 유도하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 움직임 유도방법을 결정하는 단계는,
    상기 움직임정보 유도방법의 정보에 따라 템플릿 매칭 기반의 제1 움직임 유도방법 또는 양방향 매칭 기반의 제2 움직임 유도방법을 상기 움직임 유도방법으로 결정하는 특징으로 하는, 방법.
    

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