KR20230026944A - Video Coding Method And Apparatus Using Improved Inloop Filter - Google Patents

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KR20230026944A
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이정경
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Abstract

A video coding method and apparatus using an improved in-loop filter are disclosed. In the present embodiment, a video coding method and apparatus are provided. In order to improve video encoding efficiency and video quality, a residual frame is generated from a restored frame using a deep learning model. The generated residual frame is applied to a linear model to approximate an original residual frame. Therefore, it is possible to improve the performance of the in-loop filter.

Description

개선된 인루프 필터를 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치{Video Coding Method And Apparatus Using Improved Inloop Filter}Video Coding Method And Apparatus Using Improved Inloop Filter

본 개시는 개선된 인루프 필터를 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치에 관한 것이다. The present disclosure relates to a video coding method and apparatus using an improved in-loop filter.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다. The contents described below merely provide background information related to the present embodiment and do not constitute prior art.

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. Since video data has a large amount of data compared to audio data or still image data, it requires a lot of hardware resources including memory to store or transmit itself without processing for compression.

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. Therefore, when video data is stored or transmitted, an encoder is used to compress and store or transmit the video data, and a decoder receives, decompresses, and reproduces the compressed video data. Examples of such video compression technologies include H.264/AVC, High Efficiency Video Coding (HEVC), and Versatile Video Coding (VVC), which has improved coding efficiency by about 30% or more compared to HEVC.

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.However, since the size, resolution, and frame rate of video are gradually increasing, and the amount of data to be encoded accordingly increases, a new compression technology with higher encoding efficiency and higher picture quality improvement effect than existing compression technologies is required.

딥러닝 기술에 기반하는 일반적인 화질 개선 알고리즘은 스킵(skip) 경로에 따른 잔차 신호를 이용함으로써, 화질 개선 및 연산량 감소 등을 추구한다. 또한, 딥러닝 기반 영상처리 기술이 기존의 부호화 요소 기술에도 적용되고 있다. 기존 부호화 기술 중 인터 예측, 인트라 예측, 인루프 필터, 변환 등과 같은 압축 기술에 딥러닝 기반 영상처리 기술을 적용함으로써, 부호화 효율을 향상시킬 수 있다. 대표적인 응용 예로는, 딥러닝 모델 기반으로 생성된 가상 참조 프레임 기반 인터 예측, 복원 프레임 기반의 인루프 필터 등이 있다. 따라서, 영상 부호화/복호화에 있어서, 부호화 효율을 향상시키고 화질을 개선하기 위해, 잔차 신호를 이용하는 딥러닝 기반 영상처리 기술의 적용이 고려될 필요가 있다.A general picture quality improvement algorithm based on deep learning technology seeks to improve picture quality and reduce the amount of computation by using a residual signal along a skip path. In addition, deep learning-based image processing technology is applied to existing encoding element technology. Encoding efficiency can be improved by applying deep learning-based image processing technology to compression technologies such as inter prediction, intra prediction, in-loop filter, and transformation among existing encoding technologies. Representative application examples include inter prediction based on a virtual reference frame generated based on a deep learning model, in-loop filter based on a restored frame, and the like. Therefore, in image encoding/decoding, application of a deep learning-based image processing technology using a residual signal needs to be considered in order to improve encoding efficiency and image quality.

본 개시는, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하기 위해, 딥러닝 모델(deep learning model)을 이용하여 복원 프레임으로부터 잔차 프레임을 생성하고, 생성된 잔차 프레임을 선형 모델(linear model)에 적용하여 원본 잔차 프레임을 근사함으로써 인루프 필터의 성능을 개선하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다. In the present disclosure, in order to improve video encoding efficiency and video quality, a residual frame is generated from a restored frame using a deep learning model, and the generated residual frame is applied to a linear model. It is an object of the present invention to provide a video coding method and apparatus for improving the performance of an in-loop filter by approximating an original residual frame.

본 개시의 실시예에 따르면, 컴퓨팅 장치가 수행하는, 복원(reconstructed) 프레임의 화질을 개선하는 방법에 있어서, 상기 복원 프레임을 획득하고, 상기 복원 프레임을 딥러닝 기반 개선 모델(improvement model)에 입력하여 원본(original) 프레임을 근사하는 출력을 생성하는 단계, 여기서, 상기 복원 프레임은, 상기 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 상기 컴퓨팅 장치에 의해 사전에 복원됨; 상기 개선 모델의 출력으로부터 상기 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차(residual) 프레임을 생성하는 단계; 상기 제1 잔차 프레임을 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성하는 단계, 여기서, 상기 선형 모델은 상기 제1 잔차 프레임과 상기 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들을 포함함; 및 상기 제2 잔차 프레임과 상기 복원 프레임을 가산하여 개선(improved) 복원 프레임을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다. According to an embodiment of the present disclosure, in a method for improving the quality of a reconstructed frame performed by a computing device, the reconstructed frame is acquired and the reconstructed frame is input to a deep learning-based improvement model. generating an output approximating an original frame, wherein the restored frame is a frame obtained by reconstructing the original frame, and is previously restored by the computing device; generating a first residual frame by subtracting the restored frame from the output of the improved model; generating a second residual frame by inputting the first residual frame into a linear model, wherein the linear model includes parameters indicating a linear relationship between the first residual frame and the second residual frame; and generating an improved reconstruction frame by adding the second residual frame and the reconstruction frame.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 포함하는 화질 개선장치에 있어서, 딥러닝 기반 개선 모델(improvement model)을 포함하고, 복원(reconstructed) 프레임을 획득하고, 상기 복원 프레임을 상기 개선 모델에 입력하여 원본(original) 프레임을 근사하는 출력을 생성하는 제1 개선부, 여기서, 상기 복원 프레임은, 상기 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 상기 영상 복호화 장치에 의해 사전에 복원됨; 상기 개선 모델의 출력으로부터 상기 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차(residual) 프레임을 생성하는 감산기; 선형 모델을 포함하고, 상기 제1 잔차 프레임을 상기 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성하는 제2 개선부, 여기서, 상기 선형 모델은 상기 제1 잔차 프레임과 상기 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들을 포함함; 및 상기 제2 잔차 프레임과 상기 복원 프레임을 가산하여 개선(improved) 복원 프레임을 생성하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 화질 개선장치를 제공한다. According to another embodiment of the present disclosure, in an image quality improving apparatus included in an image decoding apparatus, a deep learning-based improvement model is included, a reconstructed frame is obtained, and the reconstructed frame is converted into the improved model. a first enhancement unit for generating an output approximating an original frame by inputting an input to an original frame, wherein the restored frame is a frame obtained by restoring the original frame and is previously restored by the video decoding apparatus; a subtractor configured to subtract the reconstructed frame from the output of the improved model to generate a first residual frame; A second improvement unit including a linear model and generating a second residual frame by inputting the first residual frame to the linear model, wherein the linear model is a linear relationship between the first residual frame and the second residual frame including parameters representing; and an adder generating an improved reconstruction frame by adding the second residual frame and the reconstruction frame.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 컴퓨팅 장치가 수행하는, 복원(reconstructed) 프레임의 화질을 개선하는 방법에 있어서, 상기 복원 프레임을 획득하고, 상기 복원 프레임을 딥러닝 기반 개선 모델(improvement model)에 입력하여 원본 프레임을 근사하는 출력을 생성하는 단계, 여기서, 상기 복원 프레임은, 상기 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 상기 컴퓨팅 장치에 의해 사전에 복원됨; 상기 개선 모델의 출력으로부터 상기 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차(residual) 프레임을 생성하는 단계; 부호화/복호화 정보를 획득하고, 상기 부호화/복호화 정보를 딥러닝 기반 임베딩 함수(embedding function)에 입력하여 임베딩 벡터(embedding vector)를 생성하는 단계, 여기서, 상기 부호화/복호화 정보는 양자화 파라미터, 비트율 왜곡 최적화 과정에서 사용하는 라그랑쥬 상수(Lagrange constant), GOP(Group of Pictures) 내의 시간적 레이어(temporal layer), 및 프레임의 종류 중 적어도 하나임; 상기 임베딩 벡터와 상기 제1 잔차 프레임을 행렬 곱셈하여 보강(complemented) 잔차 프레임을 생성하는 단계; 상기 보강 잔차 프레임을 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성하는 단계, 여기서, 상기 선형 모델은 상기 보강 잔차 프레임과 상기 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들을 포함함; 및 상기 제2 잔차 프레임과 상기 복원 프레임을 가산하여 개선(improved) 복원 프레임을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present disclosure, in a method for improving the quality of a reconstructed frame performed by a computing device, the reconstructed frame is obtained, and the reconstructed frame is converted to a deep learning-based improvement model. generating an output approximating an original frame by inputting the restored frame, wherein the restored frame is a frame obtained by restoring the original frame, and is previously restored by the computing device; generating a first residual frame by subtracting the restored frame from the output of the improved model; Obtaining encoding/decoding information, and generating an embedding vector by inputting the encoding/decoding information into a deep learning-based embedding function, wherein the encoding/decoding information includes a quantization parameter and bit rate distortion. At least one of a Lagrange constant used in an optimization process, a temporal layer in a group of pictures (GOP), and a type of frame; generating a complemented residual frame by matrix multiplication of the embedding vector and the first residual frame; generating a second residual frame by inputting the augmented residual frame into a linear model, wherein the linear model includes parameters indicating a linear relationship between the augmented residual frame and the second residual frame; and generating an improved reconstruction frame by adding the second residual frame and the reconstruction frame.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 딥러닝 모델을 이용하여 복원 프레임으로부터 잔차 프레임을 생성하고, 생성된 잔차 프레임을 선형 모델에 적용하여 원본 잔차 프레임을 근사하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공함으로써, 인루프 필터의 성능 개선에 따라 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하는 것이 가능해지는 효과가 있다.As described above, according to the present embodiment, by providing a video coding method and apparatus for generating a residual frame from a restored frame using a deep learning model and approximating the original residual frame by applying the generated residual frame to a linear model, , there is an effect that it becomes possible to improve video encoding efficiency and video quality according to the performance improvement of the in-loop filter.

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 화질 개선장치를 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른 화질 개선장치를 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 개시의 또다른 실시예에 따른 화질 개선장치를 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 화질 개선방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 화질 개선방법을 나타내는 순서도이다.
1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure.
2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
3A and 3B are diagrams illustrating a plurality of intra prediction modes including wide-angle intra prediction modes.
4 is an exemplary diagram of neighboring blocks of a current block.
5 is an exemplary block diagram of a video decoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure.
6 is an exemplary diagram illustrating a picture quality improving apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
7 is an exemplary diagram illustrating a picture quality improving apparatus according to another embodiment of the present disclosure.
8 is an exemplary diagram illustrating a picture quality improving apparatus according to another embodiment of the present disclosure.
9 is a flowchart illustrating a method for improving an image quality according to an embodiment of the present disclosure.
10 is a flowchart illustrating a method for improving an image quality according to an embodiment of the present disclosure.

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.DETAILED DESCRIPTION Some embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present embodiments, the detailed description will be omitted.

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.1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure. Hereinafter, with reference to the illustration of FIG. 1, an image encoding device and sub-components of the device will be described.

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.The image encoding apparatus includes a picture division unit 110, a prediction unit 120, a subtractor 130, a transform unit 140, a quantization unit 145, a rearrangement unit 150, an entropy encoding unit 155, and an inverse quantization unit. 160, an inverse transform unit 165, an adder 170, a loop filter unit 180, and a memory 190.

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.Each component of the image encoding device may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. Also, the function of each component may be implemented as software, and the microprocessor may be implemented to execute the software function corresponding to each component.

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. One image (video) is composed of one or more sequences including a plurality of pictures. Each picture is divided into a plurality of areas and encoding is performed for each area. For example, one picture is divided into one or more tiles or/and slices. Here, one or more tiles may be defined as a tile group. Each tile or/slice is divided into one or more Coding Tree Units (CTUs). And each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure. Information applied to each CU is coded as a CU syntax, and information commonly applied to CUs included in one CTU is coded as a CTU syntax. In addition, information commonly applied to all blocks in one slice is coded as syntax of a slice header, and information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or picture coded in the header. Furthermore, information commonly referred to by a plurality of pictures is coded into a Sequence Parameter Set (SPS). Also, information commonly referred to by one or more SPSs is coded into a video parameter set (VPS). Also, information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as syntax of a tile or tile group header. Syntax included in the SPS, PPS, slice header, tile or tile group header may be referred to as high level syntax.

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. The picture divider 110 determines the size of a coding tree unit (CTU). Information on the size of the CTU (CTU size) is encoded as SPS or PPS syntax and transmitted to the video decoding apparatus.

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. The picture division unit 110 divides each picture constituting an image into a plurality of Coding Tree Units (CTUs) having a predetermined size, and then iteratively divides the CTUs using a tree structure. Divide (recursively). A leaf node in the tree structure becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding.

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. As a tree structure, a quad tree (QT) in which a parent node (or parent node) is divided into four subnodes (or child nodes) of the same size, or a binary tree (BinaryTree) in which a parent node is divided into two subnodes , BT), or a TernaryTree (TT) in which a parent node is split into three subnodes at a ratio of 1:2:1, or a structure in which two or more of these QT structures, BT structures, and TT structures are mixed. there is. For example, a QuadTree plus BinaryTree (QTBT) structure may be used, or a QuadTree plus BinaryTree TernaryTree (QTBTTT) structure may be used. Here, BTTT may be combined to be referred to as MTT (Multiple-Type Tree).

도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.

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.As shown in FIG. 2, the CTU may first be divided into QT structures. Quadtree splitting can be repeated until the size of the splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of leaf nodes allowed by QT. A first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is split into four nodes of a lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the video decoding device. If the leaf node of QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in BT, it may be further divided into either a BT structure or a TT structure. A plurality of division directions may exist in the BT structure and/or the TT structure. For example, there may be two directions in which blocks of the corresponding node are divided horizontally and vertically. As shown in FIG. 2, when MTT splitting starts, a second flag (mtt_split_flag) indicating whether nodes are split, and if split, a flag indicating additional split direction (vertical or horizontal) and/or split type (Binary or Ternary) is encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding apparatus.

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.Alternatively, prior to coding the first flag (QT_split_flag) indicating whether each node is split into four nodes of a lower layer, a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is split is coded. It could be. When the value of the CU split flag (split_cu_flag) indicates that it is not split, the block of the corresponding node becomes a leaf node in the split tree structure and becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding. When the value of the CU split flag (split_cu_flag) indicates splitting, the video encoding apparatus starts encoding from the first flag in the above-described manner.

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.As another example of a tree structure, when QTBT is used, the block of the corresponding node is divided into two blocks of the same size horizontally (i.e., symmetric horizontal splitting) and the type that splits vertically (i.e., symmetric vertical splitting). Branches may exist. A split flag (split_flag) indicating whether each node of the BT structure is split into blocks of a lower layer and split type information indicating a split type are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the video decoding device. Meanwhile, a type in which a block of a corresponding node is divided into two blocks having an asymmetric shape may additionally exist. The asymmetric form may include a form in which the block of the corresponding node is divided into two rectangular blocks having a size ratio of 1:3, or a form in which the block of the corresponding node is divided in a diagonal direction may be included.

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.A CU can have various sizes depending on the QTBT or QTBTTT split from the CTU. Hereinafter, a block corresponding to a CU to be encoded or decoded (ie, a leaf node of QTBTTT) is referred to as a 'current block'. Depending on the adoption of the QTBTTT division, the shape of the current block may be rectangular as well as square.

예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다. The prediction unit 120 predicts a current block and generates a prediction block. The prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124 .

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.In general, each current block in a picture can be coded predictively. In general, prediction of a current block uses an intra-prediction technique (using data from a picture containing the current block) or an inter-prediction technique (using data from a picture coded before the picture containing the current block). can be performed Inter prediction includes both uni-prediction and bi-prediction.

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.The intra predictor 122 predicts pixels in the current block using pixels (reference pixels) located around the current block in the current picture including the current block. A plurality of intra prediction modes exist according to the prediction direction. For example, as shown in FIG. 3A, the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode and 65 directional modes. Depending on each prediction mode, the neighboring pixels to be used and the arithmetic expression are defined differently.

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.For efficient directional prediction of the rectangular current block, directional modes (numbers 67 to 80 and -1 to -14 intra prediction modes) indicated by dotted arrows in FIG. 3B may be additionally used. These may be referred to as “wide angle intra-prediction modes”. In FIG. 3B , arrows indicate corresponding reference samples used for prediction and do not indicate prediction directions. The prediction direction is opposite to the direction the arrow is pointing. Wide-angle intra prediction modes are modes that perform prediction in the opposite direction of a specific directional mode without additional bit transmission when the current block is rectangular. At this time, among the wide-angle intra prediction modes, some wide-angle intra prediction modes usable for the current block may be determined by the ratio of the width and height of the rectangular current block. For example, wide-angle intra prediction modes (67 to 80 intra prediction modes) having an angle smaller than 45 degrees are usable when the current block has a rectangular shape with a height smaller than a width, and a wide angle having an angle greater than -135 degrees. Intra prediction modes (-1 to -14 intra prediction modes) are available when the current block has a rectangular shape where the width is greater than the height.

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.The intra prediction unit 122 may determine an intra prediction mode to be used for encoding the current block. In some examples, the intra prediction unit 122 may encode the current block using several intra prediction modes and select an appropriate intra prediction mode to be used from the tested modes. For example, the intra predictor 122 calculates rate-distortion values using rate-distortion analysis for several tested intra-prediction modes, and has the best rate-distortion characteristics among the tested modes. Intra prediction mode can also be selected.

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.The intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes, and predicts a current block using neighboring pixels (reference pixels) determined according to the selected intra prediction mode and an arithmetic expression. Information on the selected intra prediction mode is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the video decoding apparatus.

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.The inter prediction unit 124 generates a prediction block for a current block using a motion compensation process. The inter-prediction unit 124 searches for a block most similar to the current block in the encoded and decoded reference picture prior to the current picture, and generates a prediction block for the current block using the searched block. Then, a motion vector (MV) corresponding to displacement between the current block in the current picture and the prediction block in the reference picture is generated. In general, motion estimation is performed on a luma component, and a motion vector calculated based on the luma component is used for both the luma component and the chroma component. Motion information including reference picture information and motion vector information used to predict the current block is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding apparatus.

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.The inter-prediction unit 124 may perform interpolation on a reference picture or reference block in order to increase prediction accuracy. That is, subsamples between two consecutive integer samples are interpolated by applying filter coefficients to a plurality of consecutive integer samples including the two integer samples. When a process of searching for a block most similar to the current block is performed for the interpolated reference picture, the motion vector can be expressed with precision of decimal units instead of integer sample units. The precision or resolution of the motion vector may be set differently for each unit of a target region to be encoded, for example, a slice, tile, CTU, or CU. When such adaptive motion vector resolution (AMVR) is applied, information on motion vector resolution to be applied to each target region must be signaled for each target region. For example, when the target region is a CU, information on motion vector resolution applied to each CU is signaled. Information on the motion vector resolution may be information indicating the precision of differential motion vectors, which will be described later.

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.Meanwhile, the inter prediction unit 124 may perform inter prediction using bi-prediction. In the case of bi-directional prediction, two reference pictures and two motion vectors representing positions of blocks most similar to the current block within each reference picture are used. The inter prediction unit 124 selects a first reference picture and a second reference picture from reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block within each reference picture. A first reference block and a second reference block are generated. Then, a prediction block for the current block is generated by averaging or weighted averaging the first reference block and the second reference block. Further, motion information including information on two reference pictures used to predict the current block and information on two motion vectors is delivered to the encoder 150. Here, reference picture list 0 may include pictures prior to the current picture in display order among restored pictures, and reference picture list 1 may include pictures after the current picture in display order among restored pictures. there is. However, it is not necessarily limited to this, and in order of display, ups and downs pictures subsequent to the current picture may be additionally included in reference picture list 0, and conversely, ups and downs pictures prior to the current picture may be additionally included in reference picture list 1. may also be included.

움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. Various methods may be used to minimize the amount of bits required to encode motion information.

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.For example, when the reference picture and motion vector of the current block are the same as those of the neighboring block, the motion information of the current block can be delivered to the video decoding apparatus by encoding information capable of identifying the neighboring block. This method is called 'merge mode'.

머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다. In the merge mode, the inter prediction unit 124 selects a predetermined number of merge candidate blocks (hereinafter referred to as 'merge candidates') from neighboring blocks of the current block.

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. Neighboring blocks for deriving merge candidates include a left block (A0), a lower left block (A1), an upper block (B0), and an upper right block (B1) adjacent to the current block in the current picture, as shown in FIG. ), and all or part of the upper left block A2 may be used. Also, a block located in a reference picture (which may be the same as or different from a reference picture used to predict the current block) other than the current picture in which the current block is located may be used as a merge candidate. For example, a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be additionally used as a merge candidate. If the number of merge candidates selected by the method described above is less than the preset number, a 0 vector is added to the merge candidates.

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.The inter prediction unit 124 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates using these neighboring blocks. Among the merge candidates included in the merge list, a merge candidate to be used as motion information of the current block is selected, and merge index information for identifying the selected candidate is generated. The generated merge index information is encoded by the encoder 150 and transmitted to the video decoding apparatus.

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. Merge skip mode is a special case of merge mode. After performing quantization, when all transform coefficients for entropy encoding are close to zero, only neighboring block selection information is transmitted without transmitting a residual signal. By using the merge skip mode, it is possible to achieve a relatively high encoding efficiency in low-motion images, still images, screen content images, and the like.

이하, 머지 모드와 머지 스킵 모드를 통칭하여, 머지/스킵 모드로 나타낸다. Hereinafter, merge mode and merge skip mode are collectively referred to as merge/skip mode.

움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드이다.Another method for encoding motion information is Advanced Motion Vector Prediction (AMVP) mode.

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. In the AMVP mode, the inter prediction unit 124 derives predictive motion vector candidates for the motion vector of the current block using neighboring blocks of the current block. Neighboring blocks used to derive predictive motion vector candidates include a left block A0, a lower left block A1, an upper block B0, and an upper right block adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. B1), and all or part of the upper left block (A2) may be used. In addition, a block located in a reference picture (which may be the same as or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture where the current block is located will be used as a neighboring block used to derive motion vector candidates. may be For example, a collocated block co-located with the current block within the reference picture or blocks adjacent to the collocated block may be used. If the number of motion vector candidates is smaller than the preset number according to the method described above, a 0 vector is added to the motion vector candidates.

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. The inter-prediction unit 124 derives predicted motion vector candidates using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector for the motion vector of the current block using the predicted motion vector candidates. Then, a differential motion vector is calculated by subtracting the predicted motion vector from the motion vector of the current block.

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.The predicted motion vector may be obtained by applying a predefined function (eg, median value, average value operation, etc.) to predicted motion vector candidates. In this case, the video decoding apparatus also knows the predefined function. In addition, since a neighboring block used to derive a predicted motion vector candidate is a block that has already been encoded and decoded, the video decoding apparatus also knows the motion vector of the neighboring block. Therefore, the video encoding apparatus does not need to encode information for identifying a predictive motion vector candidate. Therefore, in this case, information on differential motion vectors and information on reference pictures used to predict the current block are encoded.

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.Meanwhile, the predicted motion vector may be determined by selecting one of the predicted motion vector candidates. In this case, along with information on differential motion vectors and information on reference pictures used to predict the current block, information for identifying the selected predictive motion vector candidate is additionally encoded.

감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.The subtractor 130 subtracts the prediction block generated by the intra prediction unit 122 or the inter prediction unit 124 from the current block to generate a residual block.

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. The transform unit 140 transforms the residual signal in the residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain. The transform unit 140 may transform residual signals in the residual block by using the entire size of the residual block as a transform unit, or divide the residual block into a plurality of subblocks and use the subblocks as a transform unit to perform transformation. You may. Alternatively, the residual signals may be divided into two subblocks, a transform region and a non-transform region, and transform the residual signals using only the transform region subblock as a transform unit. Here, the transformation region subblock may be one of two rectangular blocks having a size ratio of 1:1 based on a horizontal axis (or a vertical axis). In this case, a flag (cu_sbt_flag) indicating that only subblocks have been transformed, directional (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag), and/or location information (cu_sbt_pos_flag) are encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device. do. In addition, the size of the transform region subblock may have a size ratio of 1:3 based on the horizontal axis (or vertical axis), and in this case, a flag (cu_sbt_quad_flag) for distinguishing the corresponding division is additionally encoded by the entropy encoder 155 to obtain an image It is signaled to the decryption device.

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. Meanwhile, the transform unit 140 may individually transform the residual block in the horizontal direction and the vertical direction. For the transformation, various types of transformation functions or transformation matrices may be used. For example, a pair of transformation functions for horizontal transformation and vertical transformation may be defined as a multiple transform set (MTS). The transform unit 140 may select one transform function pair having the highest transform efficiency among the MTS and transform the residual blocks in the horizontal and vertical directions, respectively. Information (mts_idx) on a pair of transform functions selected from the MTS is encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device.

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. The quantization unit 145 quantizes transform coefficients output from the transform unit 140 using a quantization parameter, and outputs the quantized transform coefficients to the entropy encoding unit 155 . The quantization unit 145 may directly quantize a related residual block without transformation for a certain block or frame. The quantization unit 145 may apply different quantization coefficients (scaling values) according to positions of transform coefficients in the transform block. A quantization matrix applied to the two-dimensionally arranged quantized transform coefficients may be coded and signaled to the video decoding apparatus.

재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.The rearrangement unit 150 may rearrange the coefficient values of the quantized residual values.

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.The reordering unit 150 may change a 2D coefficient array into a 1D coefficient sequence using coefficient scanning. For example, the reordering unit 150 may output a one-dimensional coefficient sequence by scanning DC coefficients to coefficients in a high frequency region using a zig-zag scan or a diagonal scan. . Depending on the size of the transformation unit and intra prediction mode, instead of zig-zag scan, vertical scan that scans a 2D coefficient array in a column direction and horizontal scan that scans 2D block-shaped coefficients in a row direction may be used. That is, a scan method to be used among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan may be determined according to the size of the transform unit and the intra prediction mode.

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. The entropy encoding unit 155 uses various encoding schemes such as CABAC (Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code) and Exponential Golomb to convert the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150 to each other. A bitstream is created by encoding the sequence.

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.In addition, the entropy encoding unit 155 encodes information such as CTU size, CU splitting flag, QT splitting flag, MTT splitting type, and MTT splitting direction related to block splitting so that the video decoding apparatus can divide the block in the same way as the video encoding apparatus. make it possible to divide In addition, the entropy encoding unit 155 encodes information about a prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and encodes intra prediction information (ie, intra prediction) according to the prediction type. mode) or inter prediction information (motion information encoding mode (merge mode or AMVP mode), merge index in case of merge mode, reference picture index and differential motion vector information in case of AMVP mode) are encoded. Also, the entropy encoding unit 155 encodes information related to quantization, that is, information about quantization parameters and information about quantization matrices.

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.The inverse quantization unit 160 inversely quantizes the quantized transform coefficients output from the quantization unit 145 to generate transform coefficients. The inverse transform unit 165 transforms transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from a frequency domain to a spatial domain to restore a residual block.

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.The adder 170 restores the current block by adding the restored residual block and the predicted block generated by the predictor 120. Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.

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.The loop filter unit 180 reconstructs pixels in order to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, blurring artifacts, etc. caused by block-based prediction and transformation/quantization. perform filtering on The filter unit 180 is an in-loop filter and may include all or part of a deblocking filter 182, a sample adaptive offset (SAO) filter 184, and an adaptive loop filter (ALF) 186. .

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.The deblocking filter 182 filters the boundary between reconstructed blocks to remove blocking artifacts caused by block-by-block encoding/decoding, and the SAO filter 184 and alf 186 perform deblocking filtering. Additional filtering is performed on the image. The SAO filter 184 and the alf 186 are filters used to compensate for a difference between a reconstructed pixel and an original pixel caused by lossy coding. The SAO filter 184 improves not only subjective picture quality but also coding efficiency by applying an offset in units of CTUs. In contrast, the ALF 186 performs block-by-block filtering. Distortion is compensated for by applying different filters by distinguishing the edge of the corresponding block and the degree of change. Information on filter coefficients to be used for ALF may be coded and signaled to the video decoding apparatus.

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.The reconstruction block filtered through the deblocking filter 182, the SAO filter 184, and the ALF 186 is stored in the memory 190. When all blocks in one picture are reconstructed, the reconstructed picture can be used as a reference picture for inter-prediction of blocks in the picture to be encoded later.

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.5 is an exemplary block diagram of a video decoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure. Hereinafter, referring to FIG. 5, a video decoding device and sub-elements of the device will be described.

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. The image decoding apparatus includes an entropy decoding unit 510, a rearrangement unit 515, an inverse quantization unit 520, an inverse transform unit 530, a prediction unit 540, an adder 550, a loop filter unit 560, and a memory ( 570) may be configured.

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.Like the image encoding device of FIG. 1 , each component of the image decoding device may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. Also, the function of each component may be implemented as software, and the microprocessor may be implemented to execute the software function corresponding to each component.

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.The entropy decoding unit 510 determines a current block to be decoded by extracting information related to block division by decoding the bitstream generated by the video encoding apparatus, and provides prediction information and residual signals necessary for restoring the current block. extract information, etc.

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. The entropy decoding unit 510 determines the size of the CTU by extracting information about the CTU size from a sequence parameter set (SPS) or a picture parameter set (PPS), and divides the picture into CTUs of the determined size. Then, the CTU is divided using the tree structure by determining the CTU as the top layer of the tree structure, that is, the root node, and extracting division information for the CTU.

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.For example, when a CTU is split using the QTBTTT structure, a first flag (QT_split_flag) related to splitting of QT is first extracted and each node is split into four nodes of a lower layer. In addition, for a node corresponding to a leaf node of QT, a second flag (MTT_split_flag) related to splitting of MTT and split direction (vertical / horizontal) and / or split type (binary / ternary) information are extracted and the corresponding leaf node is MTT split into structures Accordingly, each node below the leaf node of QT is recursively divided into a BT or TT structure.

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. As another example, when a CTU is split using the QTBTTT structure, a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the CU is split is first extracted, and when the corresponding block is split, a first flag (QT_split_flag) is extracted. may be During the splitting process, each node may have zero or more iterative MTT splits after zero or more repetitive QT splits. For example, the CTU may immediately undergo MTT splitting, or conversely, only QT splitting may occur multiple times.

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.As another example, when a CTU is split using a QTBT structure, a first flag (QT_split_flag) related to QT splitting is extracted and each node is split into four nodes of a lower layer. And, for a node corresponding to a leaf node of QT, a split flag (split_flag) indicating whether to further split into BTs and split direction information are extracted.

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.Meanwhile, when the entropy decoding unit 510 determines a current block to be decoded by using tree structure partitioning, it extracts information about a prediction type indicating whether the current block is intra-predicted or inter-predicted. When the prediction type information indicates intra prediction, the entropy decoding unit 510 extracts syntax elements for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block. When the prediction type information indicates inter prediction, the entropy decoding unit 510 extracts syntax elements for the inter prediction information, that is, information indicating a motion vector and a reference picture to which the motion vector refers.

또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화 관련된 정보, 및 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.In addition, the entropy decoding unit 510 extracts quantization-related information and information about quantized transform coefficients of the current block as information about the residual signal.

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.The reordering unit 515 converts the sequence of 1-dimensional quantized transform coefficients entropy-decoded in the entropy decoding unit 510 into a 2-dimensional coefficient array (ie, in the reverse order of the coefficient scanning performed by the image encoding apparatus). block) can be changed.

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. The inverse quantization unit 520 inverse quantizes the quantized transform coefficients and inverse quantizes the quantized transform coefficients using a quantization parameter. The inverse quantization unit 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to the two-dimensionally arranged quantized transform coefficients. The inverse quantization unit 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from the image encoding device to a 2D array of quantized transformation coefficients.

역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.The inverse transform unit 530 inversely transforms the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to restore residual signals, thereby generating a residual block for the current block.

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.In addition, when the inverse transform unit 530 inverse transforms only a partial region (subblock) of a transform block, a flag (cu_sbt_flag) indicating that only a subblock of the transform block has been transformed, and direction information (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag) of the transform block ) and/or the location information (cu_sbt_pos_flag) of the subblock, and inversely transforms the transform coefficients of the corresponding subblock from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual signals. By filling , the final residual block for the current block is created.

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.In addition, when the MTS is applied, the inverse transform unit 530 determines transform functions or transform matrices to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using MTS information (mts_idx) signaled from the video encoding device, and uses the determined transform functions. Inverse transform is performed on the transform coefficients in the transform block in the horizontal and vertical directions.

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.The prediction unit 540 may include an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544 . The intra prediction unit 542 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction, and the inter prediction unit 544 is activated when the prediction type of the current block is inter prediction.

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.The intra prediction unit 542 determines the intra prediction mode of the current block among a plurality of intra prediction modes from the syntax element for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and references the current block according to the intra prediction mode. The current block is predicted using pixels.

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.The inter prediction unit 544 determines the motion vector of the current block and the reference picture referred to by the motion vector by using the syntax element for the inter prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and converts the motion vector and the reference picture. to predict the current block.

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.The adder 550 restores the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit and the prediction block output from the inter prediction unit or intra prediction unit. Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting a block to be decoded later.

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. The loop filter unit 560 may include a deblocking filter 562, an SAO filter 564, and an ALF 566 as in-loop filters. The deblocking filter 562 performs deblocking filtering on boundaries between reconstructed blocks in order to remove blocking artifacts generated by block-by-block decoding. The SAO filter 564 and the ALF 566 perform additional filtering on the reconstructed block after deblocking filtering to compensate for the difference between the reconstructed pixel and the original pixel caused by lossy coding. ALF filter coefficients are determined using information on filter coefficients decoded from the non-stream.

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.The reconstruction block filtered through the deblocking filter 562, the SAO filter 564, and the ALF 566 is stored in the memory 570. When all blocks in one picture are reconstructed, the reconstructed picture is used as a reference picture for inter-prediction of blocks in the picture to be encoded later.

본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하기 위해, 딥러닝 모델(deep learning model)을 이용하여 복원(reconstructed) 프레임으로부터 잔차(residual) 프레임을 생성하고, 생성된 잔차 프레임을 선형 모델(linear model)에 적용하여 원본(original) 잔차 프레임을 근사함으로써 인루프 필터의 성능을 개선하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.This embodiment relates to encoding and decoding of images (video) as described above. More specifically, in order to improve video encoding efficiency and video quality, a residual frame is generated from a reconstructed frame using a deep learning model, and the generated residual frame is used as a linear model. Provided is a video coding method and apparatus for improving the performance of an in-loop filter by approximating an original residual frame by applying a linear model.

이하의 실시예들은 영상 부호화 장치 내 루프 필터부(180) 및 영상 복호화 장치 내 루프 필터부(560)에 공통적으로 적용될 수 있다. 또한, 이하의 실시예들은 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치의 딥러닝 기술을 이용하는 부분에 공통적으로 적용될 수 있다. The following embodiments may be commonly applied to the loop filter unit 180 in the video encoding apparatus and the loop filter unit 560 in the video decoding apparatus. In addition, the following embodiments may be commonly applied to a part using deep learning technology of an image encoding device and an image decoding device.

이하의 설명에서, '대상블록(target block)'이라는 용어는 전술한 바와 같은 현재블록 또는 코딩 유닛(CU, Coding Unit)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 또는 코딩 유닛의 일부 영역을 의미할 수도 있다.In the following description, the term 'target block' may be used in the same meaning as the current block or coding unit (CU, Coding Unit) as described above, or may mean a partial region of the coding unit. .

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 화질 개선장치를 나타내는 예시도이다.6 is an exemplary diagram illustrating a picture quality improving apparatus according to an embodiment of the present disclosure.

본 실시예에 따른 화질 개선장치는 딥러닝 모델을 이용하여 복원 프레임으로부터 잔차 프레임을 생성하고, 생성된 잔차 프레임을 선형 모델에 적용하여 원본 잔차 프레임을 근사하며, 근사된 원본 잔차 프레임을 이용하여 개선된(improved) 복원 프레임을 생성한다. 화질 개선장치는 제1 개선부(602), 감산기(604), 제2 개선부(606), 및 가산기(608)의 전부 또는 일부를 포함한다. 또한, 제1 개선부(602)는 딥러닝 모델인 개선 모델(improvement model)을 포함하고, 제2 개선부(606)는 선형 모델을 포함한다. The picture quality improving apparatus according to the present embodiment generates a residual frame from a restored frame using a deep learning model, applies the generated residual frame to a linear model to approximate the original residual frame, and uses the approximated original residual frame to improve the image quality. Create an improved recovery frame. The image quality improving device includes all or part of the first enhancer 602 , the subtracter 604 , the second enhancer 606 , and the adder 608 . In addition, the first improvement unit 602 includes an improvement model that is a deep learning model, and the second improvement unit 606 includes a linear model.

본 실시예에 따른 화질 개선장치가 영상 부호화 장치에 포함된 경우, 화질 개선장치에 포함되는 구성요소가 반드시 도 1의 예시에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 화질 개선장치는 개선 모델의 트레이닝을 위한 트레이닝부(미도시)를 추가로 구비하거나, 외부의 트레이닝부와 연동되는 형태로 구현될 수 있다.When the picture quality improving device according to the present embodiment is included in the video encoding device, components included in the picture quality improving device are not necessarily limited to the example of FIG. 1 . For example, the picture quality improving apparatus may additionally include a training unit (not shown) for training the enhancement model, or may be implemented in a form interlocked with an external training unit.

제1 개선부(602)는 복원 프레임 xrec[i,j]를 입력으로 획득하고, 복원 프레임 xrec[i,j]를 개선 모델에 입력하여 원본 프레임 xori[i,j]을 근사한 출력 xnn[i,j]을 생성한다. 여기서, [i,j]는 프레임 내 픽셀의 위치를 나타낸다. 개선 모델은 복수의 레이어들을 이용하여 근사 출력 xnn을 생성할 수 있다. 여기서, 복수의 레이어들은 딥러닝 기반 비디오 신호처리에 적합한 콘볼루션 레이어들(convolutional layers)일 수 있다. The first enhancement unit 602 obtains the restored frame x rec [i, j] as an input, inputs the restored frame x rec [i, j] to the improved model, and approximates the original frame x ori [i, j] as an output Generates x nn [i,j]. Here, [i,j] represents the position of a pixel in a frame. The improved model may generate an approximate output x nn using a plurality of layers. Here, the plurality of layers may be convolutional layers suitable for deep learning-based video signal processing.

감산기(604)는, 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 근사 출력 xnn[i,j]으로부터 복원 프레임 xrec[i,j]를 감산하여 잔차 프레임 xres[i,j]를 생성한다. Subtractor 604 subtracts the reconstructed frame x rec [i, j] from the approximate output x nn [i, j] to produce a residual frame x res [i, j], as shown in equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

따라서, 잔차 프레임 xres는 원본 프레임 xori과 복원 프레임 xrec 간의 차이를 근사한다. 이하, 이러한 차이를 '원본 잔차 프레임 xo_res'으로 명칭한다. 원본 잔차 프레임 xo_res[i,j]은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Thus, the residual frame x res approximates the difference between the original frame x ori and the reconstructed frame x rec . Hereinafter, this difference is referred to as 'original residual frame x o_res '. The original residual frame x o_res [i, j] can be expressed as in Equation 2.

Figure pat00002
Figure pat00002

제2 개선부(606)는 선형 모델을 이용하여 잔차 프레임 xres로부터 원본 잔차 프레임 xo_res를 한번 더 근사한다. 선형 모델이 제공하는 선형 관계(linear relation)을 나타내는 파라미터들을 α 및 β라 할 때, 선형 근사된 잔차 프레임 x'res[i,j]은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. The second refiner 606 approximates the original residual frame x o_res once more from the residual frame x res using a linear model. When α and β are the parameters representing the linear relation provided by the linear model, the linearly approximated residual frame x' res [i,j] can be expressed as in Equation 3.

Figure pat00003
Figure pat00003

이하, 잔차 프레임 xres은 '제1 잔차 프레임'과 호환적으로 이용되고, 선형 근사된 잔차 프레임 x'res은 '제2 잔차 프레임'과 호환적으로 이용된다.Hereinafter, the residual frame x res is used interchangeably with the 'first residual frame', and the linearly approximated residual frame x' res is interchangeably used with the 'second residual frame'.

가산기(608)는, 수학식 4에 나타낸 바와 같이, 제2 잔차 프레임 x'res[i,j]과 복원 프레임 xrec[i,j]을 가산하여 개선 복원 프레임 x'rec[i,j]를 생성한다. As shown in Equation 4, the adder 608 adds the second residual frame x' res [i,j] and the reconstructed frame x rec [i,j] to obtain an improved reconstructed frame x' rec [i,j] generate

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 3 및 수학식 4로부터 제2 잔차 프레임 x'res[i,j]는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다. From Equations 3 and 4, the second residual frame x' res [i,j] can be expressed as Equation 5.

Figure pat00005
Figure pat00005

한편, 개선 모델이 원본 프레임 xori를 근사하는 것을 학습할 수 있도록, 트레이닝부는 원본 잔차 프레임 xo_res를 타겟으로 이용하여 개선 모델을 트레이닝시킬 수 있다. 트레이닝부는 수학식 6에 나타낸 바와 같은 손실 함수를 이용하여 다수의 레이어들에 포함된 파라미터들을 업데이트할 수 있다. Meanwhile, the training unit may train the improved model by using the original residual frame x o_res as a target so that the improved model can learn to approximate the original frame x ori . The training unit may update parameters included in the plurality of layers using a loss function as shown in Equation 6.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, ∥·∥은 L2 메트릭을 나타낸다. 한편, 수학식 6에 나타낸 바와 같이, 개선 모델의 손실 함수는 L2 메트릭으로 표현되나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 잔차 프레임 xres과 원본 잔차 프레임 xo_res 간의 거리를 나타낼 수 있는 어느 메트릭이든 손실 함수로서 이용될 수 있다. Here, ?·? denotes the L2 metric. Meanwhile, as shown in Equation 6, the loss function of the improvement model is expressed as an L2 metric, but is not necessarily limited thereto. Any metric that can represent the distance between the first residual frame x res and the original residual frame x o_res can be used as the loss function.

선형 모델의 파라미터들 α 및 β는 제1 잔차 프레임 xres[i,j]과 제2 잔차 프레임 x'res[i,j]을 이용하여 산정될 수 있다. 이때, 제2 잔차 프레임 x'res[i,j]은 아직 확정되지 않은 값이나 원본 잔차 프레임을 근사하므로, 원본 잔차 프레임 xo_res[i,j]가 대신 사용될 수 있다. 선형 최소 제곱 방정식(linear least square equation)을 활용하여 α 및 β는 수학식 7에 나타낸 바와 같이 추정될 수 있다. Parameters α and β of the linear model may be calculated using the first residual frame x res [i,j] and the second residual frame x'res [i,j]. In this case, since the second residual frame x' res [i, j] approximates the value not yet determined or the original residual frame, the original residual frame x o_res [i, j] may be used instead. Utilizing the linear least square equation, α and β can be estimated as shown in Equation 7.

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, K는 프레임에 포함된 전체 픽셀들의 개수를 나타낸다. 즉, α 및 β를 산정하기 위해, [i,j]는 [k]로 대체될 수 있다. 따라서, 선형 모델은 제1 잔차 프레임 xres 내 픽셀들과 원본 잔차 프레임 xo_res 내 픽셀들 간의 선형 관계를 제공한다. Here, K represents the total number of pixels included in the frame. That is, to calculate α and β, [i,j] can be replaced by [k]. Thus, the linear model provides a linear relationship between pixels in the first residual frame x res and pixels in the original residual frame x o_res .

한편, α 및 β 중 하나가 0으로 설정된 경우, 수학식 7에 따라 0이 아닌 파라미터를 추정할 수 있다. 이후, 제2 개선부(606)는 추정된 하나의 파라미터를 포함하는 수학식 3을 이용하여 제2 잔차 프레임 x'res[i,j]를 생성할 수 있다. Meanwhile, when one of α and β is set to 0, a non-zero parameter may be estimated according to Equation 7. Thereafter, the second improver 606 may generate a second residual frame x' res [i, j] by using Equation 3 including one estimated parameter.

도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른 화질 개선장치를 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary diagram illustrating a picture quality improving apparatus according to another embodiment of the present disclosure.

본 실시예에 따른 화질 개선장치는 비디오 부/복호화 정보의 임베딩 벡터(embedding vector)를 이용하여 제1 잔차 프레임 xres을 보강할 수 있다. 화질 개선장치는 추가적으로 임베딩벡터 생성부(702) 및 행렬 승산기(704)를 포함할 수 있다. The picture quality improving apparatus according to the present embodiment may enhance the first residual frame x res by using an embedding vector of video encoding/decoding information. The picture quality improving apparatus may additionally include an embedding vector generator 702 and a matrix multiplier 704 .

임베딩벡터 생성부(702)는 임베딩 함수(embedding function) e(·)를 이용하여 비디오 부호화/복호화 정보 P로부터 임베딩 벡터 λP를 생성한다. 여기서, 임베딩 함수는 전연결 레이어(fully-connected layer) 또는 콘볼루션 레이어로 이루어진 딥러닝 모델이다. The embedding vector generator 702 generates an embedding vector λ P from video encoding/decoding information P using an embedding function e(·). Here, the embedding function is a deep learning model composed of a fully-connected layer or a convolutional layer.

부호화/복호화 정보 P로는, 양자화 파라미터(quantization parameter), 비트율 왜곡 최적화 과정에서 사용하는 라그랑쥬 상수(Lagrange constant), GOP(Group of Pictures) 내의 시간적 레이어(temporal layer), 프레임의 종류(I/P/B, Intra/Predictive/Bi-Predictive) 등이 이용될 수 있다. 또는, 이들의 전부 또는 일부의 조합이 부호화/복호화 정보 P로 사용될 수 있다.The encoding/decoding information P includes a quantization parameter, a Lagrange constant used in the bit rate distortion optimization process, a temporal layer within a group of pictures (GOP), and a type of frame (I/P /B, Intra/Predictive/Bi-Predictive), etc. may be used. Alternatively, a combination of all or part of these may be used as the encoding/decoding information P.

행렬 승산기(704)는 임베딩 벡터 λP과 제1 잔차 프레임 xres을 행렬 곱셈하여 xres와 동일한 크기의 보강된(complemented) 잔차 프레임 xh_res[i,j]을 생성한다. 여기서, 행렬 곱셈은, 예컨대, 임베딩 벡터와 제1 잔차 프레임 내 행들 간의 요소별(component-wise) 곱셈일 수 있다, 이를 위해, 임베딩 벡터의 크기가 제1 잔차 프레임 내 행의 크기와 동일해지도록, 임베딩 함수가 정의될 수 있다. 다른 예로서, 행렬 곱셈은 임베딩 벡터와 제1 잔차 프레임 내 열들 간의 요소별 곱셈일 수 있다, 이를 위해, 임베딩 벡터의 크기가 제1 잔차 프레임 내 열의 크기와 동일해지도록, 임베딩 함수가 정의될 수 있다. The matrix multiplier 704 matrix-multiplies the embedding vector λ P and the first residual frame x res to generate a complemented residual frame x h_res [i,j] having the same size as x res . Here, the matrix multiplication may be, for example, component-wise multiplication between the embedding vector and rows in the first residual frame, for which the size of the embedding vector is the same as the size of the row in the first residual frame. , an embedding function can be defined. As another example, matrix multiplication may be element-by-element multiplication between an embedding vector and columns in the first residual frame. To this end, an embedding function may be defined such that the size of the embedding vector is equal to the size of a column in the first residual frame. there is.

제2 개선부(606)는 선형 모델을 이용하여 보강된 잔차 프레임 xh_res[i,j]로부터 원본 잔차 프레임 xo_res를 한번 더 근사한다. 선형 모델을 나타내는 파라미터들 α 및 β에 대해, 선형 근사된 잔차 프레임 x'res[i,j]은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.The second refiner 606 approximates the original residual frame x o_res once more from the augmented residual frame x h_res [i,j] using a linear model. For the parameters α and β representing the linear model, the linearly approximated residual frame x' res [i, j] can be expressed as Equation 8.

Figure pat00008
Figure pat00008

이때, 선형 모델의 파라미터들 α 및 β는 원본 잔차 프레임 xo_res[i,j]과 보강된 잔차 프레임 xh_res[i,j]을 이용하여 수학식 9에 나타낸 바와 같이 추정될 수 있다. In this case, parameters α and β of the linear model may be estimated as shown in Equation 9 using the original residual frame x o_res [i, j] and the enhanced residual frame x h_res [i, j].

Figure pat00009
Figure pat00009

일 예로서, 영상 부호화 장치는 선형 모델의 파라미터들을 유도한 후, 비트스트림으로 부호화하여 영상 복호화 장치로 전송할 수 있다. 이때, 화질 개선의 적용 여부는 프레임, 픽처, 서브 픽처, 슬라이스, 타일, 블록 단위 및 화소 단위 수준에서 결정될 수 있다. 블록 단위인 경우, CTU, CU/PU(Prediction Unit)에 기초하여 화질 개선의 적용 여부가 결정될 수 있다. 또는, sub-CU와 같은 크기에 기초하여 화질 개선의 적용 여부가 결정될 수 있다. 블록의 집합으로서 타일이나 서브 픽처와 같은 크기에 기초하여 화질 개선의 적용 여부가 결정될 수 있다. As an example, the video encoding apparatus may derive the parameters of the linear model, encode them into a bitstream, and transmit the data to the video decoding apparatus. In this case, whether or not to apply picture quality improvement may be determined at the frame, picture, subpicture, slice, tile, block, and pixel levels. In the case of block units, whether to apply picture quality improvement may be determined based on CTUs and CU/Prediction Units (CUs/PUs). Alternatively, whether to apply picture quality improvement may be determined based on the same size as the sub-CU. Whether or not to apply picture quality improvement may be determined based on a size such as a tile or a subpicture as a set of blocks.

다른 예로서, 영상 부호화 장치는 플래그를 이용하여 화질 개선 여부를 영상 복호화 장치로 시그널링할 수 있다. 영상 부호화 장치는 이 플래그를 상위 레벨로부터 전달받을 수 있고, 영상 복호화 장치는 비트스트림을 복호화하여 이 플래그를 획득할 수 있다. 한편, 적용 단위에 관계 없이 파라미터들의 정보를 부호화하는 방법이 기존의 복원 신호만을 전송하는 방법보다 비트율 왜곡 측면에서 손해인 경우, 플래그 값에 따라 화질 개선방법이 적용되지 않을 수 있다. As another example, the video encoding apparatus may signal to the video decoding apparatus whether or not the image quality is improved by using a flag. An image encoding device may receive this flag from a higher level, and an image decoding device may obtain this flag by decoding a bitstream. On the other hand, if the method of encoding the parameter information regardless of the application unit is more damaging in terms of bit rate distortion than the existing method of transmitting only the restored signal, the picture quality improvement method may not be applied according to the flag value.

다른 예로서, 모든 적용 단위에 대해 선형 모델의 파라미터 값들을 전송하는 방법 외에, 비디오의 부호화/복호화 정보에 따른 파라미터 값들이 통계적으로 활용될 수 있다. 예를 들어, 양자화 파라미터가 22인 경우 자주 발생하는 선형 모델의 파라미터의 값들을 미리 계산한 후, 계산된 값들을 이용하여 파라미터 값들이 기설정될 수 있다. 또는, 부호화/복호화 정보에 따른 파라미터 값들의 통계를 기반으로 룩업테이블(lookup table)을 생성한 후, 룩업테이블이 사용될 수 있다. 이때, 양자화 파라미터 값, 프레임 타입, GOP 내 시간적 식별자(temporal ID), 적용 블록의 크기, 블록의 인트라/인터 코딩 여부 등에 따라 하나 이상의 룩업테이블들이 생성된 후, 화질 개선방법의 적용 시 활용될 수 있다.As another example, in addition to the method of transmitting parameter values of a linear model for all application units, parameter values according to video encoding/decoding information may be statistically utilized. For example, when the quantization parameter is 22, parameter values of a linear model that frequently occur may be pre-calculated, and then parameter values may be preset using the calculated values. Alternatively, after generating a lookup table based on statistics of parameter values according to encoding/decoding information, the lookup table may be used. At this time, after one or more lookup tables are created according to the quantization parameter value, frame type, temporal ID in the GOP, size of the applied block, whether the block is intra/inter coded, etc., it can be used when the picture quality improvement method is applied. there is.

다른 예로서, 부호화/복호화 정보에 따른 파라미터 값들의 통계를 기반으로 복수의 (α,β) 쌍들, 및 그에 해당하는 인덱스가 사전에 설정될 수 있다. 영상 부호화 장치는 인덱스를 시그널링하고, 영상 복호화 장치는 인덱스를 이용하여 사전에 정의한 α 및 β를 획득할 수 있다. 이때, α 또는 β 중의 하나가 0으로 고정되는 경우, 0이 아닌 파라미터 값에 대해 인덱스가 시그널링될 수 있다. As another example, a plurality of (α, β) pairs and corresponding indexes may be set in advance based on statistics of parameter values according to encoding/decoding information. The video encoding apparatus may signal an index, and the video decoding apparatus may obtain predefined α and β using the index. In this case, when one of α or β is fixed to 0, an index may be signaled for a parameter value other than 0.

한편, 화질 개선장치는 영상 부호화 장치 내 루프 필터부(180) 또는 영상 복호화 장치 내 루프 필터부(560)에 포함되는 하나의 필터일 수 있다. 따라서, 복원 프레임 xrec는 원본 프레임을 복원한 프레임으로서, 영상 부호화 장치 또는 영상 복호화 장치에 의해 사전에 복원된 어느 프레임이든 사용될 수 있다. 예컨대, 복원 프레임 xrec는 메모리(190, 570) 내 DPB(Decoded Picture Buffer)에 저장된 신호, 디블록킹 필터(182, 562)의 출력, SAO 필터(184, 564)의 출력, BF(Bilateral Filter)의 출력, 및 ALF(186, 566)의 출력 중 하나일 수 있다. 여기서, BF는 인루프 필터의 하나로서, 복원 프레임의 화질 개선을 위해 적용될 수 있다. 또한, DPB에 저장된 신호는 가산기(170, 550)의 출력, 즉 예측 신호와 역변환 신호의 합에 해당하는 복원 신호로 정의한다. 한편, DBP는, 도 1 및 도 5에 예시와 같이, 인루프 필터들을 모두 통과하여 생성된 복원 픽처들을 저장할 수 있다. Meanwhile, the picture quality improving device may be one filter included in the loop filter unit 180 in the video encoding device or the loop filter unit 560 in the video decoding device. Accordingly, the restored frame x rec is a frame obtained by reconstructing the original frame, and any frame previously restored by the video encoding device or the video decoding device may be used. For example, the restored frame x rec is a signal stored in a decoded picture buffer (DPB) in the memory 190 or 570, an output of the deblocking filter 182 or 562, an output of the SAO filter 184 or 564, or a bilateral filter (BF) It may be one of the output of , and the output of the ALF (186, 566). Here, BF is one of the in-loop filters and can be applied to improve the picture quality of the restored frame. In addition, the signal stored in the DPB is defined as an output of the adders 170 and 550, that is, a restored signal corresponding to the sum of the prediction signal and the inverse transform signal. Meanwhile, as illustrated in FIGS. 1 and 5 , the DBP may store reconstructed pictures generated by passing through all in-loop filters.

다른 예로서, 인루프 필터 외에 xrec는 인터 예측 신호 또는 인트라 예측 신호일 수 있으며, 예측 신호의 개선, 압축 후 화질 개선 등이 본 실시예에 따른 화질 개선방법에 의해 수행될 수 있다.As another example, in addition to the in-loop filter, x rec may be an inter-prediction signal or an intra-prediction signal, and improvement of the prediction signal, improvement of picture quality after compression, and the like may be performed by the picture quality improvement method according to the present embodiment.

도 6 및 도 7의 예시에서, 수학식 1에 따른 xnn은 딥러닝 모델인 개선 모델의 출력이다. 하지만, 딥러닝 모델이 사용되지 않는 경우, xnn은 디블록킹 필터(182, 562)의 출력, SAO 필터(184, 564)의 출력, 바이래터럴 필터의 출력, 및 ALF(186, 566)의 출력 중 하나일 수 있다. In the examples of FIGS. 6 and 7 , x nn according to Equation 1 is an output of an enhancement model that is a deep learning model. However, when a deep learning model is not used, x nn is the output of the deblocking filter (182, 562), the output of the SAO filter (184, 564), the output of the bilateral filter, and the output of the ALF (186, 566) can be one of

도 8은 본 개시의 또다른 실시예에 따른 화질 개선장치를 나타내는 예시도이다.8 is an exemplary diagram illustrating a picture quality improving apparatus according to another embodiment of the present disclosure.

예를 들어, 도 8에 예시된 바와 같이, xrec는 SAO(564)의 출력이자 ALF(566)의 입력으로 이용되고, xnn은 ALF(566)의 출력으로 사용될 수 있다, 이후, xnn은 개선된 복원 신호 x'rec를 생성하기 위해 이용될 수 있다. 도 8에 예시된 화질 개선장치는 영상 복호화 장치 내 인루프 필터들에 기초하여 구성되나. 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 화질 개선장치는 영상 부호화 장치 내 인루프 필터들에 기초하여 유사하게 구성될 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 8, x rec is used as an output of the SAO 564 and an input of the ALF 566, and x nn may be used as an output of the ALF 566. Then, x nn may be used to generate the improved recovery signal x' rec . The picture quality improvement apparatus illustrated in FIG. 8 is configured based on in-loop filters in the video decoding apparatus. It is not necessarily limited to this. For example, the picture quality improving device may be similarly configured based on in-loop filters in the video encoding device.

이하, 도 9 및 도 10을 이용하여, 선형 모델을 이용하는 화질 개선방법을 기술한다.Hereinafter, a picture quality improvement method using a linear model will be described using FIGS. 9 and 10 .

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 화질 개선방법을 나타내는 순서도이다. 9 is a flowchart illustrating a method for improving an image quality according to an embodiment of the present disclosure.

화질 개선장치는 복원 프레임을 획득한다(S900).The picture quality improving device obtains a restored frame (S900).

화질 개선장치는 복원 프레임을 딥러닝 기반 개선 모델에 입력하여 원본 프레임을 근사하는 출력을 생성한다(S902). 여기서, 복원 프레임은 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 영상 부호화 장치 또는 영상 복호화 장치에 의해 사전에 복원된다. 예컨대, 복원 프레임은 메모리(190, 570) 내 DPB에 저장된 신호, 디블록킹 필터(182, 562)의 출력, SAO 필터(184, 564)의 출력, BF의 출력, 및 ALF(186, 566)의 출력 중 하나일 수 있다. The picture quality improving apparatus generates an output approximating the original frame by inputting the restored frame to the deep learning-based enhancement model (S902). Here, the restored frame is a frame obtained by restoring an original frame, and is previously restored by an image encoding device or an image decoding device. For example, the restored frame includes signals stored in DPBs in the memories 190 and 570, outputs of the deblocking filters 182 and 562, outputs of the SAO filters 184 and 564, outputs of the BFs, and ALFs 186 and 566. It can be one of the outputs.

화질 개선장치는 개선 모델의 출력으로부터 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차 프레임을 생성한다(S904). 제1 잔차 프레임은 원본 잔차 프레임을 근사하되, 원본 잔차 프레임은 원본 프레임과 복원 프레임 간의 차이이다.The picture quality improving apparatus generates a first residual frame by subtracting the restored frame from the output of the improvement model (S904). The first residual frame approximates the original residual frame, and the original residual frame is the difference between the original frame and the reconstructed frame.

개선 모델은 다수의 레이어들을 포함하는 딥러닝 모델로서, 원본 프레임을 근사하는 것을 학습하도록 트레이닝된다. 개선 모델은 수학식 6에 나타낸 바와 같은, 제1 잔차 프레임과 원본 잔차 프레임 간의 차이에 기반하는 손실 함수를 이용하여 트레이닝될 수 있다.The enhancement model is a deep learning model that includes multiple layers and is trained to learn to approximate the original frame. An improved model may be trained using a loss function based on the difference between the first residual frame and the original residual frame, as shown in Equation (6).

화질 개선장치는 제1 잔차 프레임을 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성한다(S906). 여기서, 선형 모델은 제1 잔차 프레임과 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들 α 및 β를 포함한다.The picture quality improving apparatus generates a second residual frame by inputting the first residual frame to the linear model (S906). Here, the linear model includes parameters α and β representing a linear relationship between the first residual frame and the second residual frame.

선형 모델의 파라미터들은 제1 잔차 프레임과 제2 잔차 프레임을 이용하여 산정될 수 있다. 이때, 제2 잔차 프레임은 아직 확정되지 않은 값이지만 원본 잔차 프레임을 근사하므로, 원본 잔차 프레임이 대신 사용될 수 있다. 선형 모델의 파라미터들은 선형 최소 제곱 방정식을 활용하여 수학식 7에 나타낸 바와 같이 산정될 수 있다. 선형 모델은 제1 잔차 프레임 내의 픽셀값들과 원본 잔차 프레임 내의 픽셀값들 간의 선형 관계를 제공할 수 있다. Parameters of the linear model may be calculated using the first residual frame and the second residual frame. At this time, the second residual frame is a value that has not yet been determined, but since it approximates the original residual frame, the original residual frame may be used instead. Parameters of the linear model may be calculated as shown in Equation 7 utilizing the linear least squares equation. The linear model may provide a linear relationship between pixel values in the first residual frame and pixel values in the original residual frame.

화질 개선장치는 제2 잔차 프레임과 복원 프레임을 가산하여 개선 복원 프레임을 생성한다(908).The picture quality improving apparatus generates an improved restored frame by adding the second residual frame and the restored frame (908).

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 화질 개선방법을 나타내는 순서도이다. 10 is a flowchart illustrating a method for improving an image quality according to an embodiment of the present disclosure.

화질 개선장치는 복원 프레임을 획득한다(S1000).The picture quality improving device obtains a restored frame (S1000).

화질 개선장치는 복원 프레임을 딥러닝 기반 개선 모델에 입력하여 원본 프레임을 근사하는 출력을 생성한다(S1002). 여기서, 복원 프레임은 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 영상 부호화 장치 또는 영상 복호화 장치에 의해 사전에 복원된다.The picture quality improving apparatus generates an output approximating the original frame by inputting the restored frame to the deep learning-based enhancement model (S1002). Here, the restored frame is a frame obtained by restoring an original frame, and is previously restored by an image encoding device or an image decoding device.

화질 개선장치는 개선 모델의 출력으로부터 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차 프레임을 생성한다(S1004).The picture quality improving apparatus generates a first residual frame by subtracting the restored frame from the output of the improvement model (S1004).

화질 개선장치는 부호화/복호화 정보를 획득한다(S1006). 여기서, 부호화/복호화 정보로는, 양자화 파라미터, 비트율 왜곡 최적화 과정에서 사용하는 라그랑쥬 상수, GOP 내의 시간적 레이어, 프레임의 종류(I/P/B) 등이 이용될 수 있다. 또는, 이들의 전부 또는 일부의 조합이 부호화/복호화 정보로 사용될 수 있다. The picture quality improving device acquires encoding/decoding information (S1006). Here, as the encoding/decoding information, a quantization parameter, a Lagrange constant used in a bit rate distortion optimization process, a temporal layer in a GOP, a frame type (I/P/B), and the like may be used. Alternatively, a combination of all or part of these may be used as encoding/decoding information.

화질 개선장치는 부호화/복호화 정보를 딥러닝 기반 임베딩 함수에 입력하여 임베딩 벡터를 생성한다(S1008). 임베딩 함수는 전연결 레이어 또는 콘볼루션 레이어로 이루어진 딥러닝 모델이다. The picture quality improving apparatus generates an embedding vector by inputting encoding/decoding information to a deep learning-based embedding function (S1008). The embedding function is a deep learning model composed of fully connected layers or convolutional layers.

화질 개선장치는 임베딩 벡터와 제1 잔차 프레임을 행렬 곱셈하여 보강 잔차 프레임을 생성한다(S1010). 여기서, 행렬 곱셈은, 예컨대, 임베딩 벡터와 제1 잔차 프레임 내 행들 간의 요소별 곱셈일 수 있다, 다른 예로서, 행렬 곱셈은 임베딩 벡터와 제1 잔차 프레임 내 열들 간의 요소별 곱셈일 수 있다, The picture quality improving apparatus generates an enhancement residual frame by matrix-multiplying the embedding vector and the first residual frame (S1010). Here, matrix multiplication may be, for example, element-by-element multiplication between the embedding vector and rows in the first residual frame. As another example, matrix multiplication may be element-wise multiplication between the embedding vector and columns in the first residual frame,

화질 개선장치는 보강 잔차 프레임을 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성한다(S1012). 여기서, 선형 모델은 보강 잔차 프레임과 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들 α 및 β를 포함한다. 선형 모델의 파라미터들은 원본 잔차 프레임과 보강 잔차 프레임을 이용하여 수학식 9에 나타낸 바와 같이 산정될 수 있다. The picture quality improving apparatus generates a second residual frame by inputting the augmented residual frame into the linear model (S1012). Here, the linear model includes parameters α and β representing a linear relationship between the reinforcement residual frame and the second residual frame. Parameters of the linear model can be calculated as shown in Equation 9 using the original residual frame and the augmented residual frame.

화질 개선장치는 제2 잔차 프레임과 복원 프레임을 가산하여 개선복원 프레임을 생성한다(S1014).The picture quality improving apparatus generates an improved and restored frame by adding the second residual frame and the restored frame (S1014).

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.In the flow chart/timing diagram of the present specification, it is described that each process is sequentially executed, but this is merely an example of the technical idea of one embodiment of the present disclosure. In other words, those skilled in the art to which an embodiment of the present disclosure belongs may change and execute the order described in the flowchart/timing diagram within the range that does not deviate from the essential characteristics of the embodiment of the present disclosure, or one of each process Since the above process can be applied by performing various modifications and variations in parallel, the flow chart/timing chart is not limited to a time-series sequence.

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. In the above description, it should be understood that the exemplary embodiments may be implemented in many different ways. Functions or methods described in one or more examples may be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof. It should be understood that the functional components described in this specification have been labeled "...unit" to particularly emphasize their implementation independence.

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.Meanwhile, various functions or methods described in this embodiment may be implemented as instructions stored in a non-transitory storage medium that can be read and executed by one or more processors. Non-transitory recording media include, for example, all types of recording devices in which data is stored in a form readable by a computer system. For example, the non-transitory recording medium includes storage media such as an erasable programmable read only memory (EPROM), a flash drive, an optical drive, a magnetic hard drive, and a solid state drive (SSD).

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.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.

180: 루프 필터부
560: 루프 필터부
602: 제1 개선부
606: 제2 개선부
702: 임베딩벡터 생성부
180: loop filter unit
560: loop filter unit
602: first improvement section
606: second improvement section
702: embedding vector generation unit

Claims (17)

컴퓨팅 장치가 수행하는, 복원(reconstructed) 프레임의 화질을 개선하는 방법에 있어서,
상기 복원 프레임을 획득하고, 상기 복원 프레임을 딥러닝 기반 개선 모델(improvement model)에 입력하여 원본(original) 프레임을 근사하는 출력을 생성하는 단계, 여기서, 상기 복원 프레임은, 상기 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 상기 컴퓨팅 장치에 의해 사전에 복원됨;
상기 개선 모델의 출력으로부터 상기 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차(residual) 프레임을 생성하는 단계;
상기 제1 잔차 프레임을 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성하는 단계, 여기서, 상기 선형 모델은 상기 제1 잔차 프레임과 상기 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들을 포함함; 및
상기 제2 잔차 프레임과 상기 복원 프레임을 가산하여 개선(improved) 복원 프레임을 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
A method for improving the quality of a reconstructed frame, performed by a computing device, comprising:
Obtaining the restored frame, and generating an output approximating an original frame by inputting the restored frame to a deep learning-based improvement model, wherein the restored frame comprises reconstructing the original frame frame, previously restored by the computing device;
generating a first residual frame by subtracting the restored frame from the output of the improved model;
generating a second residual frame by inputting the first residual frame into a linear model, wherein the linear model includes parameters indicating a linear relationship between the first residual frame and the second residual frame; and
generating an improved reconstruction frame by adding the second residual frame and the reconstruction frame;
Characterized in that, the method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1 잔차 프레임은,
원본 잔차 프레임을 근사하되, 상기 원본 잔차 프레임은 상기 원본 프레임과 상기 복원 프레임 간의 차이인 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 1,
The first residual frame,
Approximating an original residual frame, wherein the original residual frame is a difference between the original frame and the reconstructed frame.
제2항에 있어서,
상기 개선 모델은,
다수의 레이어들을 포함하는 딥러닝 모델이고, 상기 제1 잔차 프레임과 상기 원본 잔차 프레임 간의 차이에 기반하는 손실 함수를 이용하여 트레이닝되는 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 2,
The improvement model,
A deep learning model comprising a plurality of layers, characterized in that it is trained using a loss function based on a difference between the first residual frame and the original residual frame.
제1항에 있어서,
상기 복원 프레임은,
DPB(Decoded Picture Buffer)에 저장된 복원 신호, 디블록킹 필터의 출력, SAO(Sample Adaptive Offset) 필터의 출력, 및 ALF(Adaptive Loop Filter)의 출력 중 하나이되, 상기 복원 신호는 예측 신호와 역변환 신호의 합인 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 1,
The restoration frame,
One of a reconstruction signal stored in a decoded picture buffer (DPB), an output of a deblocking filter, an output of a sample adaptive offset (SAO) filter, and an output of an adaptive loop filter (ALF), wherein the reconstruction signal is a prediction signal and an inverse transformation signal. characterized in that it is a sum.
제1항에 있어서,
상기 화질을 개선하는 방법의 적용 여부를 지시하는 플래그를 시그널링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 1,
The method further comprising signaling a flag indicating whether or not the method of improving picture quality is applied.
제2항에 있어서,
상기 선형 모델의 파라미터들은,
상기 제1 잔차 프레임 내의 픽셀값들과 상기 원본 잔차 프레임 내의 픽셀값들에 기초하는 선형 최소 제곱 방정식(linear least square equation)을 활용하여 추정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 2,
The parameters of the linear model are,
characterized in that the estimation is made utilizing a linear least square equation based on pixel values in the first residual frame and pixel values in the original residual frame.
제1항에 있어서,
상기 선형 모델의 파라미터들은,
영상 부호화 장치에 의해 유도되고 비트스트림으로 부호화된 후, 영상 복호화 장치로 전송되는 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 1,
The parameters of the linear model are,
Characterized in that, after being induced by a video encoding device and encoded into a bitstream, it is transmitted to a video decoding device.
제1항에 있어서,
상기 선형 모델의 파라미터들은,
기설정된 값들을 이용하되, 상기 기설정된 값들은 부호화 및 복호화 정보에 기초하여 통계적으로 자주 발생하는 값들인 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 1,
The parameters of the linear model are,
A method using preset values, characterized in that the preset values are statistically frequently occurring values based on encoding and decoding information.
제1항에 있어서,
상기 선형 모델의 파라미터들은,
상기 선형 모델의 파라미터 값들 및 해당되는 인덱스가 사전에 설정되되, 영상 부호화 장치는 상기 인덱스를 영상 복호화 장치로 시그널링하고, 상기 영상 복호화 장치는 상기 인덱스를 이용하여 사전에 설정된 상기 파라미터 값들을 획득하는 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 1,
The parameters of the linear model are,
Parameter values of the linear model and a corresponding index are set in advance, the video encoding device signals the index to the video decoding device, and the video decoding device acquires the parameter values set in advance using the index. characterized, how.
영상 복호화 장치가 포함하는 화질 개선장치에 있어서,
딥러닝 기반 개선 모델(improvement model)을 포함하고, 복원(reconstructed) 프레임을 획득하고, 상기 복원 프레임을 상기 개선 모델에 입력하여 원본(original) 프레임을 근사하는 출력을 생성하는 제1 개선부, 여기서, 상기 복원 프레임은, 상기 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 상기 영상 복호화 장치에 의해 사전에 복원됨;
상기 개선 모델의 출력으로부터 상기 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차(residual) 프레임을 생성하는 감산기;
선형 모델을 포함하고, 상기 제1 잔차 프레임을 상기 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성하는 제2 개선부, 여기서, 상기 선형 모델은 상기 제1 잔차 프레임과 상기 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들을 포함함; 및
상기 제2 잔차 프레임과 상기 복원 프레임을 가산하여 개선(improved) 복원 프레임을 생성하는 가산기
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 화질 개선장치.
In the picture quality improving device included in the video decoding device,
A first improvement unit that includes a deep learning-based improvement model, obtains a reconstructed frame, and generates an output approximating an original frame by inputting the reconstructed frame to the improvement model, wherein , The restored frame is a frame obtained by restoring the original frame, and is previously restored by the video decoding apparatus;
a subtractor configured to subtract the reconstructed frame from the output of the improved model to generate a first residual frame;
A second improvement unit including a linear model and generating a second residual frame by inputting the first residual frame to the linear model, wherein the linear model is a linear relationship between the first residual frame and the second residual frame including parameters representing; and
An adder generating an improved reconstruction frame by adding the second residual frame and the reconstruction frame
Characterized in that it comprises a picture quality improving device.
제10항에 있어서,
상기 제1 잔차 프레임은,
원본 잔차 프레임을 근사하되, 상기 원본 잔차 프레임은 상기 원본 프레임과 상기 복원 프레임 간의 차이인 것을 특징으로 하는, 화질 개선장치.
According to claim 10,
The first residual frame,
Approximate an original residual frame, wherein the original residual frame is a difference between the original frame and the restored frame.
제11항에 있어서,
상기 개선 모델은,
다수의 레이어들을 포함하는 딥러닝 모델이고, 상기 제1 잔차 프레임과 상기 원본 잔차 프레임 간의 차이에 기반하는 손실 함수를 이용하여 트레이닝되는 것을 특징으로 하는, 화질 개선장치.
According to claim 11,
The improvement model,
A deep learning model including a plurality of layers, characterized in that it is trained using a loss function based on a difference between the first residual frame and the original residual frame.
제11항에 있어서,
상기 선형 모델의 파라미터들은,
상기 제1 잔차 프레임 내의 픽셀값들과 상기 원본 잔차 프레임 내의 픽셀값들에 기초하는 선형 최소 제곱 방정식(linear least square equation)을 활용하여 추정되는 것을 특징으로 하는, 화질 개선장치.
According to claim 11,
The parameters of the linear model are,
characterized in that the estimation is performed using a linear least square equation based on pixel values in the first residual frame and pixel values in the original residual frame.
컴퓨팅 장치가 수행하는, 복원(reconstructed) 프레임의 화질을 개선하는 방법에 있어서,
상기 복원 프레임을 획득하고, 상기 복원 프레임을 딥러닝 기반 개선 모델(improvement model)에 입력하여 원본 프레임을 근사하는 출력을 생성하는 단계, 여기서, 상기 복원 프레임은, 상기 원본 프레임을 복원한 프레임이고, 상기 컴퓨팅 장치에 의해 사전에 복원됨;
상기 개선 모델의 출력으로부터 상기 복원 프레임을 감산하여 제1 잔차(residual) 프레임을 생성하는 단계;
부호화/복호화 정보를 획득하고, 상기 부호화/복호화 정보를 딥러닝 기반 임베딩 함수(embedding function)에 입력하여 임베딩 벡터(embedding vector)를 생성하는 단계, 여기서, 상기 부호화/복호화 정보는 양자화 파라미터, 비트율 왜곡 최적화 과정에서 사용하는 라그랑쥬 상수(Lagrange constant), GOP(Group of Pictures) 내의 시간적 레이어(temporal layer), 및 프레임의 종류 중 적어도 하나임;
상기 임베딩 벡터와 상기 제1 잔차 프레임을 행렬 곱셈하여 보강(complemented) 잔차 프레임을 생성하는 단계;
상기 보강 잔차 프레임을 선형 모델에 입력하여 제2 잔차 프레임을 생성하는 단계, 여기서, 상기 선형 모델은 상기 보강 잔차 프레임과 상기 제2 잔차 프레임 간의 선형 관계를 나타내는 파라미터들을 포함함; 및
상기 제2 잔차 프레임과 상기 복원 프레임을 가산하여 개선(improved) 복원 프레임을 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
A method for improving the quality of a reconstructed frame, performed by a computing device, comprising:
Obtaining the restored frame and generating an output approximating the original frame by inputting the restored frame to a deep learning-based improvement model, wherein the restored frame is a frame obtained by reconstructing the original frame; previously restored by the computing device;
generating a first residual frame by subtracting the restored frame from the output of the improved model;
Obtaining encoding/decoding information, and generating an embedding vector by inputting the encoding/decoding information into a deep learning-based embedding function, wherein the encoding/decoding information includes a quantization parameter and bit rate distortion. At least one of a Lagrange constant used in an optimization process, a temporal layer in a group of pictures (GOP), and a type of frame;
generating a complemented residual frame by matrix multiplication of the embedding vector and the first residual frame;
generating a second residual frame by inputting the augmented residual frame into a linear model, wherein the linear model includes parameters indicating a linear relationship between the augmented residual frame and the second residual frame; and
generating an improved reconstruction frame by adding the second residual frame and the reconstruction frame;
Characterized in that, the method comprising a.
제14항에 있어서,
상기 제1 잔차 프레임은,
원본 잔차 프레임을 근사하되, 상기 원본 잔차 프레임은 상기 원본 프레임과 상기 복원 프레임 간의 차이인 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 14,
The first residual frame,
Approximating an original residual frame, wherein the original residual frame is a difference between the original frame and the reconstructed frame.
제15항에 있어서,
상기 개선 모델은,
다수의 레이어들을 포함하는 딥러닝 모델이고, 상기 제1 잔차 프레임과 상기 원본 잔차 프레임 간의 차이에 기반하는 손실 함수를 이용하여 트레이닝되는 것을 특징으로 하는, 방법.
According to claim 15,
The improvement model,
A deep learning model comprising a plurality of layers, characterized in that it is trained using a loss function based on a difference between the first residual frame and the original residual frame.
제15항에 있어서,
상기 선형 모델의 파라미터들은,
상기 보강 잔차 프레임 내의 픽셀값들과 상기 원본 잔차 프레임 내의 픽셀값들에 기초하는 선형 최소 제곱 방정식(linear least square equation)을 활용하여 추정되는 것을 특징으로 하는, 방법.




According to claim 15,
The parameters of the linear model are,
characterized in that the estimation is made utilizing a linear least squares equation based on pixel values in the enhanced residual frame and pixel values in the original residual frame.




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