KR20240031030A

KR20240031030A - 1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한 2차 변환 기반 비디오 코딩방법 및 장치

Info

Publication number: KR20240031030A
Application number: KR1020230097617A
Authority: KR
Inventors: 심동규; 변주형; 이민훈; 허진; 박승욱
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2023-07-26
Publication date: 2024-03-07

Abstract

본 실시예는 1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한 2차 변환 기반 비디오 코딩방법 및 장치를 개시한다. 본 실시예에서, 영상 복호화 장치는 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정한다. 영상 복호화 장치는 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득한다. 영상 복호화 장치는 변환블록의 크기, 현재블록의 인트라 예측모드, 1차 역변환 커널에 기초하여 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정한다. 영상 복호화 장치는 2차 변환계수들에 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성한 후, 1차 변환계수들에 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성한다.

Description

1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한 2차 변환 기반 비디오 코딩방법 및 장치{Method and Apparatus for Video Coding Based on Non-separable Secondary Transform Adaptive to Primary Transform Kernel}

본 개시는 1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한 2차 변환 기반 비디오 코딩방법 및 장치에 관한 것이다.

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

비디오 데이터는 음성 데이터나 정지 영상 데이터 등에 비하여 많은 데이터량을 가지기 때문에, 압축을 위한 처리 없이 그 자체를 저장하거나 전송하기 위해서는 메모리를 포함하여 많은 하드웨어 자원을 필요로 한다.

따라서, 통상적으로 비디오 데이터를 저장하거나 전송할 때 부호화기는 비디오 데이터를 압축하여 저장하거나 전송하며, 복호화기는 압축된 비디오 데이터를 수신하여 압축을 해제하고 재생한다. 이러한 비디오 압축 기술로는 H.264/AVC, HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 비롯하여, HEVC에 비해 약 30% 이상의 부호화 효율을 향상시킨 VVC(Versatile Video Coding)가 존재한다.

그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임률이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 부호화해야 하는 데이터량도 증가하고 있으므로 기존의 압축 기술보다 더 부호화 효율이 좋고 화질 개선 효과도 높은 새로운 압축 기술이 요구된다.

LFNST(Low-frequency non-separable transform) 기술은, 인트라 예측 시, 변환 블록(TU, Transform Unit)의 1차 변환(primary transform)에 따라 생성된 변환계수들 중 저주파수(low-frequency) 영역에 대해 2차 변환(secondary transform)을 수행한다. LFNST 기술은 W×H 개의 1차 변환 계수들 중 L 개의 저주파수 1차 변환계수들에 대해 2차 변환을 수행하여 K(여기서, K≤L) 개의 2차 변환 계수를 생성한다. 이후, 부호화기는 생성된 2차 변환계수를 양자화한 후, 부호화할 수 있다. LFNST의 변환 커널의 크기는 K×L이고, 커널의 종류는 현재 TU의 인트라 예측모드, TU의 크기, 및 lfnst_idx(LFNST 인덱스)에 따라 결정될 수 있다.

한편, 인트라 예측된 TU에 대해 1차 변환으로 DCT2/DCT2 변환 커널이 적용된 경우, LFNST가 적용될 수 있다. 따라서, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하기 위해, 2차 변환의 적용 시 1차 변환의 특성을 추가적으로 활용하는 방안이 고려될 필요가 있다.

본 개시는, 1차 변환 커널의 특성을 반영하여 2차 변환 영역 및 변환 커널을 선택하고, 선택된 변환 커널을 이용하여 저주파수 영역의 변환계수들에 분리 불가능한(non-separable) 2차 변환을 적용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록을 복원하는 방법에 있어서, 상기 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정하는 단계; 상기 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득하는 단계; 상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정하는 단계; 상기 2차 변환계수들에 상기 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 역변환을 수행하는 단계; 및 상기 1차 변환계수들에 상기 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계; 상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및 상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은, 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계; 상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및 상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 1차 변환 커널의 특성을 반영하여 2차 변환 영역 및 변환 커널을 선택하고, 선택된 변환 커널을 이용하여 저주파수 영역의 변환계수들에 분리 불가능한 2차 변환을 적용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공함으로써, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하는 것이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치의 일부를 자세히 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 2차원 변환계수들의 스캐닝 순서를 나타내는 예시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 1차원 변환계수들의 스캐닝 순서를 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른, 1차원 변환계수들의 스캐닝 위치들을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 1차원 변환계수들의 스캐닝 순서를 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 변환블록을 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 변환블록을 역변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 1의 도시를 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.

영상 부호화 장치는 픽처 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 재정렬부(150), 엔트로피 부호화부(155), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 루프 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함하여 구성될 수 있다.

영상 부호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.

하나의 영상(비디오)은 복수의 픽처들을 포함하는 하나 이상의 시퀀스로 구성된다. 각 픽처들은 복수의 영역으로 분할되고 각 영역마다 부호화가 수행된다. 예를 들어, 하나의 픽처는 하나 이상의 타일(Tile) 및/또는 슬라이스(Slice)로 분할된다. 여기서, 하나 이상의 타일을 타일 그룹(Tile Group)으로 정의할 수 있다. 각 타일 또는/슬라이스는 하나 이상의 CTU(Coding Tree Unit)로 분할된다. 그리고 각 CTU는 트리 구조에 의해 하나 이상의 CU(Coding Unit)들로 분할된다. 각 CU에 적용되는 정보들은 CU의 신택스로서 부호화되고, 하나의 CTU에 포함된 CU들에 공통적으로 적용되는 정보는 CTU의 신택스로서 부호화된다. 또한, 하나의 슬라이스 내의 모든 블록들에 공통적으로 적용되는 정보는 슬라이스 헤더의 신택스로서 부호화되며, 하나 이상의 픽처들을 구성하는 모든 블록들에 적용되는 정보는 픽처 파라미터 셋(PPS, Picture Parameter Set) 혹은 픽처 헤더에 부호화된다. 나아가, 복수의 픽처가 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 그리고, 하나 이상의 SPS가 공통으로 참조하는 정보들은 비디오 파라미터 셋(VPS, Video Parameter Set)에 부호화된다. 또한, 하나의 타일 또는 타일 그룹에 공통으로 적용되는 정보는 타일 또는 타일 그룹 헤더의 신택스로서 부호화될 수도 있다. SPS, PPS, 슬라이스 헤더, 타일 또는 타일 그룹 헤더에 포함되는 신택스들은 상위수준(high level) 신택스로 칭할 수 있다.

픽처 분할부(110)는 CTU의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.

픽처 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 CTU들로 분할한 이후에, 트리 구조(tree structure)를 이용하여 CTU를 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU가 된다.

트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT), 또는 상위 노드가 1:2:1 비율로 세 개의 하위 노드로 분할되는 터너리트리(TernaryTree, TT), 또는 이러한 QT 구조, BT 구조 및 TT 구조 중 둘 이상을 혼용한 구조일 수 있다. 예컨대, QTBT(QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있고, 또는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 여기서, BTTT를 합쳐서 MTT(Multiple-Type Tree)라 지칭될 수 있다.

도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달할 때까지 반복될 수 있다. QT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 4 개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. QT의 리프 노드가 BT에서 허용되는 루트 노드의 최대 블록 크기(MaxBTSize)보다 크지 않은 경우, BT 구조 또는 TT 구조 중 어느 하나 이상으로 더 분할될 수 있다. BT 구조 및/또는 TT 구조에서는 복수의 분할 방향이 존재할 수 있다. 예컨대, 해당 노드의 블록이 가로로 분할되는 방향과 세로로 분할되는 방향 두 가지가 존재할 수 있다. 도 2의 도시와 같이, MTT 분할이 시작되면, 노드들이 분할되었는지 여부를 지시하는 제2 플래그(mtt_split_flag)와, 분할이 되었다면 추가적으로 분할 방향(vertical 혹은 horizontal)을 나타내는 플래그 및/또는 분할 타입(Binary 혹은 Ternary)을 나타내는 플래그가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.

대안적으로, 각 노드가 하위 레이어의 4 개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)를 부호화하기에 앞서, 그 노드가 분할되는지 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)가 부호화될 수도 있다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할되지 않았음을 지시하는 경우, 해당 노드의 블록이 분할 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 되어 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할됨을 지시하는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 방식으로 제1 플래그부터 부호화를 시작한다.

트리 구조의 다른 예시로서 QTBT가 사용되는 경우, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. BT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 블록으로 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할되는 타입을 지시하는 분할 타입 정보가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 한편, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태에는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태가 포함될 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태가 포함될 수도 있다.

CU는 CTU로부터의 QTBT 또는 QTBTTT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBTTT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다. QTBTTT 분할의 채용에 따라, 현재블록의 모양은 정사각형뿐만 아니라 직사각형일 수도 있다.

예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다.

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

인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재한다. 예컨대, 도 3a에서 보는 바와 같이, 복수의 인트라 예측모드는 Planar 모드와 DC 모드를 포함하는 2 개의 비방향성 모드와 65 개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.

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

인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측모드들에 대한 비트율 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 비트율 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 비트율 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다.

인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측모드 중에서 하나의 인트라 예측모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측모드에 따라 결정되는 주변 픽셀(참조 픽셀)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측모드에 대한 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.

인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 인터 예측부(124)는 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(Motion Vector: MV)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 움직임벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.

인터 예측부(124)는, 예측의 정확성을 높이기 위해, 참조픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 샘플 사이의 서브 샘플들은 그 두 정수 샘플을 포함한 연속된 복수의 정수 샘플들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조픽처에 대해서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)는 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도(Adaptive Motion Vector Resolution: AMVR)가 적용되는 경우 각 대상 영역에 적용할 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 대상 영역마다 시그널링되어야 한다. 예컨대, 대상 영역이 CU인 경우, 각 CU마다 적용된 움직임벡터 해상도에 대한 정보가 시그널링된다. 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 후술할 차분 움직임벡터의 정밀도를 나타내는 정보일 수 있다.

한편, 인터 예측부(124)는 양방향 예측(bi-prediction)을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 양방향 예측의 경우, 두 개의 참조픽처와 각 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록 위치를 나타내는 두 개의 움직임벡터가 이용된다. 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)으로부터 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 엔트로피 부호화부(155)로 전달한다. 여기서, 참조픽처 리스트 0은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이전의 픽처들로 구성되고, 참조픽처 리스트 1은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이후의 픽처들로 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 순서 상으로 현재 픽처 이후의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 0에 추가로 더 포함될 수 있고, 역으로 현재 픽처 이전의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 1에 추가로 더 포함될 수도 있다.

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

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

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

머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(B2) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 머지 후보로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 머지 후보로서 추가로 더 사용될 수 있다. 이상에서 기술된 방법에 의해 선정된 머지 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 머지 후보에 추가한다.

인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기결정된 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 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.

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

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

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

AMVP 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 4에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(B2) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(collocated block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 사용될 수 있다. 이상에서 기술된 방법에 의해 움직임벡터 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 움직임벡터 후보에 추가한다.

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

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

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

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

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

한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 행렬이 사용될 수 있다. 예컨대, 가로 방향 변환과 세로 방향 변환을 위한 변환 함수의 쌍을 MTS(Multiple Transform Set)로 정의할 수 있다. 변환부(140)는 MTS 중 변환 효율이 가장 좋은 하나의 변환 함수 쌍을 선택하고 가로 및 세로 방향으로 각각 잔차블록을 변환할 수 있다. MTS 중에서 선택된 변환 함수 쌍에 대한 정보(mts_idx)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.

양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화 파라미터를 이용하여 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화부(155)로 출력한다. 양자화부(145)는, 어떤 블록 혹은 프레임에 대해, 변환 없이, 관련된 잔차 블록을 곧바로 양자화할 수도 있다. 양자화부(145)는 변환블록 내의 변환 계수들의 위치에 따라 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 2차원으로 배열된 양자화된 변환 계수들에 적용되는 양자화 행렬은 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.

재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.

재정렬부(150)는 계수 스캐닝(coefficient scanning)을 이용하여 2차원의 계수 어레이를 1차원의 계수 시퀀스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(150)에서는 지그-재그 스캔(zig-zag scan) 또는 대각선 스캔(diagonal scan)을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원의 계수 시퀀스를 출력할 수 있다. 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 계수 어레이를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔, 대각선 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중에서 사용될 스캔 방법이 결정될 수도 있다.

엔트로피 부호화부(155)는, CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code), 지수 골롬(Exponential Golomb) 등의 다양한 부호화 방식을 사용하여, 재정렬부(150)로부터 출력된 1차원의 양자화된 변환 계수들의 시퀀스를 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다.

또한, 엔트로피 부호화부(155)는 블록 분할과 관련된 CTU size, CU 분할 플래그, QT 분할 플래그, MTT 분할 타입, MTT 분할 방향 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보(즉, 인트라 예측모드에 대한 정보) 또는 인터 예측정보(움직임 정보의 부호화 모드(머지 모드 또는 AMVP 모드), 머지 모드의 경우 머지 인덱스, AMVP 모드의 경우 참조픽처 인덱스 및 차분 움직임벡터에 대한 정보)를 부호화한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 양자화와 관련된 정보, 즉, 양자화 파라미터에 대한 정보 및 양자화 행렬에 대한 정보를 부호화한다.

역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.

가산기(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀들로서 사용된다.

루프(loop) 필터부(180)는 블록 기반의 예측 및 변환/양자화로 인해 발생하는 블록킹 아티팩트(blocking artifacts), 링잉 아티팩트(ringing artifacts), 블러링 아티팩트(blurring artifacts) 등을 줄이기 위해 복원된 픽셀들에 대한 필터링을 수행한다. 루프 필터부(180)는 인루프(in-loop) 필터로서 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.

디블록킹 필터(182)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 필터링하고, SAO 필터(184) 및 ALF(186)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184) 및 ALF(186)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 픽셀들과 원본 픽셀들 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터이다. SAO 필터(184)는 CTU 단위로 오프셋을 적용함으로써 주관적 화질뿐만 아니라 부호화 효율도 향상시킨다. 이에 비하여 ALF(186)는 블록 단위의 필터링을 수행하는데, 해당 블록의 에지 및 변화량의 정도를 구분하여 상이한 필터를 적용하여 왜곡을 보상한다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.

디블록킹 필터(182), SAO 필터(184) 및 ALF(186)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(190)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용될 수 있다.

영상 부호화 장치는 부호화된 비디오 데이터의 비트스트림을 비일시적인 기록매체에 저장하거나 통신 네트워크를 이용하여 영상 복호화 장치에게 전송할 수 있다.

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

영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510), 재정렬부(515), 역양자화부(520), 역변환부(530), 예측부(540), 가산기(550), 루프 필터부(560) 및 메모리(570)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.

엔트로피 복호화부(510)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보, 잔차신호들에 대한 정보 등을 추출한다.

엔트로피 복호화부(510)는 SPS(Sequence Parameter Set) 또는 PPS(Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고, CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할정보를 추출함으로써 트리 구조를 이용하여 CTU를 분할한다.

예컨대, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 MTT의 분할과 관련된 제2 플래그(mtt_split_flag) 및 분할 방향(vertical / horizontal) 및/또는 분할 타입(binary / ternary) 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 MTT 구조로 분할한다. 이에 따라 QT의 리프 노드 이하의 각 노드들을 BT 또는 TT 구조로 반복적으로(recursively) 분할한다.

또 다른 예로서, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 CU의 분할 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)를 추출하고, 해당 블록이 분할된 경우, 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출할 수도 있다. 분할 과정에서 각 노드는 0번 이상의 반복적인 QT 분할 후에 0번 이상의 반복적인 MTT 분할이 발생할 수 있다. 예컨대, CTU는 바로 MTT 분할이 발생하거나, 반대로 다수 번의 QT 분할만 발생할 수도 있다.

다른 예로서, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT로 더 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할 방향 정보를 추출한다.

한편, 엔트로피 복호화부(510)는 트리 구조의 분할을 이용하여 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. 예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 요소를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

가산기(550)는 역변환부(530)로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부(544) 또는 인트라 예측부(542)로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀들로서 활용된다.

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

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

본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 1차 변환 커널의 특성을 반영하여 2차 변환 영역 및 변환 커널을 선택하고, 선택된 변환 커널을 이용하여 저주파수 영역의 변환계수들에 분리 불가능한(non-separable) 2차 변환을 적용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.

이하의 실시예들은 영상 부호화 장치(video encoding device) 내 변환부(140) 및 역변환부(165)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치(video decoding device) 내 역변환부(530)에 의해 수행될 수 있다.

영상 부호화 장치는, 현재블록의 부호화에 있어서, 비트율 왜곡 최적화 측면에서 본 실시예와 관련된 시그널링 정보를 생성할 수 있다. 영상 부호화 장치는 엔트로피 부호화부(155)를 이용하여 이를 부호화한 후, 영상 복호화 장치로 전송할 수 있다. 영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510)를 이용하여 비트스트림으로부터 현재블록의 복호화와 관련된 시그널링 정보를 복호화할 수 있다.

이하의 설명에서, '대상 블록'이라는 용어는 현재블록 또는 코딩유닛(CU, Coding Unit)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 또는 코딩유닛의 일부 영역을 의미할 수도 있다.

또한, 하나의 플래그의 값이 참이라는 것은 플래그가 1로 설정되는 경우를 나타낸다. 또한, 하나의 플래그의 값이 거짓이라는 것은 플래그가 0으로 설정되는 경우를 나타낸다.

I. 변환 기술 - 1차 변환 기술

전술한 바와 같이, 효율적인 비디오 압축을 위하여, 다양한 예측기술에 따라 예측하고 남은 잔차 신호들(residual signals)에 양자화 또는 스케일링(scaling)이 추가로 적용될 수 있다. 이때, 잔차 신호들에 내재된 인지적 시각 정보의 중요성을 기반으로 변환(transform) 기법을 적용하여 주파수 성분에 따라 잔차 신호들이 한 쪽으로 모이게 한 후, 스케일링이 진행될 수 있다. 하지만, 스크린 콘텐츠(screen contents)와 같이 자연 신호가 아닌 경우, 이러한 주파수 기반의 변환 기법이 비효율적일 수 있다. 이러한 경우, 변환 기법을 생략하고, 스케일링만이 진행되거나 스케일링을 적용하지 않은 채로 부호화/복호화가 수행될 수 있다.

HEVC에서 변환이 적용되는 경우, 잔차 신호들을 변환하기 위한 변환 커널(transform kernel, 이하, 변환 타입(transform type)과 호환하여 사용)로서 DCT-II가 사용된다. 그러나, 잔차 신호 특성의 다양성에 따라 보다 적절한 변환 기법을 적용하기 위하여, 다중변환선택(Multiple Transform Selection, MTS)이 사용될 수 있다. MTS는 다중의 변환 타입들 중 하나 또는 둘의 최적의 타입을 결정한 후, 결정된 변환 타입에 따라 블록을 변환한다. 예컨대, VVC에서는 표 1과 같이, DCT-II 외에 두 개의 다른 변환 타입인 DCT-VIII 및 DST-VII이 추가되어, 잔차 신호들이 다양하게 변환될 수 있도록 한다.

여기서, 베이시스 함수들은 각 변환 타입을 정의하는 변환 행렬을 구성한다. 이하, DCT-II, DCT-VIII 및 DST-VII는 각각 DCT2, DCT8 및 DST7과 호환적으로 사용된다.

한편, MTS의 사용 여부를 결정하는 플래그는 블록 단위에서 제어가 가능하다. 또한, 상위 SPS 레벨에서의 활성화 플래그를 이용하여 MTS의 사용 여부가 제어될 수도 있다.

SPS에서 MTS를 활성화하는 경우, MTS 적용 여부를 나타내는 CU 레벨 플래그가 표시될 수 있다. 여기서, MTS는 루마 성분에 대해 적용될 수 있다. TB의 너비와 높이 모두 32 픽셀보다 작거나 같고, 변환 계수 레벨들 중 0이 아닌 값이 있는지를 표시하는 CBF(Coded Block Flag)가 참인 경우, CU 레벨 플래그가 표현될 수 있다.

CU 레벨 플래그가 0인 경우, 가로 및 세로 양방향의 커널들로서 DCT2가 이용된다. 반면, CU 레벨 플래그가 0이 아닌 경우, MTS가 적용된다. MTS는 명시적(explicit) MTS 및 암시적(implicit) MTS의 두 가지 방식이 이용될 수 있다.

명시적 MTS에서는 TB에 사용하는 커널이 명시적으로 전송된다. 일반적으로 변환 커널의 인덱스가 전송될 수 있다. 예컨대, 표 2와 같이 커널의 인덱스인 mts_idx가 정의될 수 있다.

여기서, trTypeHor 및 trTypeVer는 수평 방향의 변환 타입 및 수직 방향의 변환 타입을 나타낸다. 또한, 0는 DCT2, 1은 DST7, 및 2는 DCT8을 나타낸다.

한편, 암시적 MTS에서는, 예컨대 인트라 블록인 경우 MTS를 명시적으로 시그널링하지 않더라도 암시적으로 변환 타입이 결정될 수 있다. VVC에서는, 수학식 1과 같이, 수평 및 수직 방향의 변환 타입이 암시적으로 결정될 수 있다.

여기서, nTbW와 nTbH는 각각 변환블록의 가로와 세로의 길이를 나타낸다.

일 예로서, 특정 부호화 기술이 적용되는 경우, 명시적 MTS 또는 암시적 MTS가 적용될 수 있다. 예컨대, MIP(Matrix-weighted Intra Prediction)인 경우, 명시적 인트라 MTS가 사용될 수 있다. ISP(Intra Sub-Partitions) 모드인 경우, 암시적 인터 MTS가 사용되고, 변환 타입으로서 DST7 또는 DCT2가 사용된다.

한편, 변환블록이 적어도 하나의 비-DC(non-DC) 계수를 포함하는 경우, mts_idx가 시그널링된다. 즉, 스캐닝 순서에 따른 마지막 유효 계수의 위치가 0보다 큰 경우, mts_idx가 시그널링된다. 반면, 변환블록이 단지 하나의 비-DC(non-DC) 계수를 포함하는 경우, mts_idx의 시그널링이 생략되고, mts_idx = 0로 유도되어 변환 커널로서 DCT2가 적용된다.

시그널링되는 mts_idx의 첫 번째 빈은, mts_idx가 0보다 큰지 여부를 나타낸다. mts_idx가 0보다 큰 경우(즉, mts_idx가 1 내지 4 중 하나를 지시), 4 개의 후보들 중에서 시그널링된 mts_idx를 나타내기 위해, 2비트의 고정 길이 코드가 추가로 시그널링된다.

한편, 차세대 기술인 ECM(Enhanced Compression Model) 소프트웨어에서는, MTS 커널의 개수와 종류를 증가시켜, DST7, DCT8, DCT5, DST4, DST1 및 항등 변환(identity transform)이 추가된다.

II. LFNST(Low-frequency Non-separable Transform)

LFNST 기술은, 인트라 예측 시, 변환 블록(TU, Transform Unit)의 1차 변환(primary transform)에 따라 생성된 변환계수들 중 저주파수(low-frequency) 영역에 대해 2차 변환(secondary transform)을 수행한다. 부호화 측면에서, LFNST 기술은 W×H 개의 1차 변환 계수들 중 L 개의 저주파수 1차 변환계수들에 대해 2차 변환을 수행하여 K(여기서, K≤L) 개의 2차 변환 계수를 생성한다. 여기서, LFNST의 변환 커널의 크기는 L×K이다. 즉, LFNST 기술은 W×H 개의 1차 변환 계수들 중 L 개의 저주파수 1차 변환계수들을 1×L 벡터로 표현한 후, L×K 변환 커널을 적용하여 1×K 벡터를 생성한다. 이후, LFNST 기술은 양자화와 같은 이후 과정을 위해, 1×K 벡터를 저주파수 영역의 2차원 배열로 표현한다.

수평, 수직 방향으로 별도의(separate) 변환 커널들을 적용하는 1차 변환과 비교하여, LFNST 기술은 1차원 벡터를 변환하는 분리 불가능한 변환(Non-separable transform)을 수행한다.

한편, 변환 커널의 종류는 현재 TU의 인트라 예측모드, TU의 크기, 및 LFNST 인덱스(lfnst_idx)에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 현재 TU의 인트라 예측모드(IntraPredMode)에 따라 표 2와 같이 변환 커널 셋이 결정될 수 있다.

여기서, 인트라 예측모드(IntraPredMode)는 도 3b의 예시에 따른다. 또한, lfnstTrSetIdx는 커널 셋를 지시하는 인덱스이다. 표 3에서 IntraPredMode가 81, 82, 83인 경우는, CCLM(Cross-component Linear Model) 예측모드들을 나타낸다.

각 커널 셋(lfnstTrSetIdx)에 대해 2 종류의 커널이 정의된다. 2 종류의 커널들 중 어느 커널을 선택할지는 LFNST 인덱스에 의해 지시될 수 있다. LFNST 인덱스가 0인 경우, LFNST가 수행되지 않음을 의미하고, LFNST 인덱스가 1 또는 2인 경우, 동일 커널 셋 내의 상이한 LFNST 커널이 적용된다. TU의 크기에 따라 커널 셋이 하나 더 존재하므로, 모두 4×2×2 = 16 개의 변환 커널이 존재한다. LFNST의 커널의 크기는 16×16 및 16×48로 정의된다. 또한, TU의 크기에 따라 표 4와 같이 커널의 크기가 조정될 수 있다.

한편, 인트라 예측된 TU에 대해 1차 변환으로 DCT2/DCT2 변환 커널이 적용된 경우, LFNST 기술이 2차 변환으로 적용될 수 있다.

이하의 실시예들은, 영상 복호화 장치를 중심으로 기술되나, 영상 부호화 장치에서도 동일하거나 유사하게 구현될 수 있다.

III. 본 개시에 따른 실시예들

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치의 일부를 자세히 나타내는 블록도이다.

본 실시예에 따른 영상 복호화 장치는 예측 및 변환 단위를 결정하고, 결정된 단위에 해당하는 현재블록에 대해, 결정된 예측기술 및 예측모드를 이용하여 예측과 역변환을 수행함으로써, 최종적으로 현재블록의 복원블록을 생성할 수 있다. 도 6에 예시된 바는 영상 복호화 장치의 역변환부(530), 예측부(540) 및 가산기(550)에 의해 수행될 수 있다. 한편, 도 6에 예시된 바와 동일한 동작들이 영상 부호화 장치의 역변환부(165), 픽처 분할부(110), 예측부(120), 및 가산기(170)에 의해 수행될 수 있다. 이때, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 파싱된 부호화 정보를 이용하나, 영상 부호화 장치는, 비트율 왜곡 최소화 측면에서 상위 레벨로부터 설정된 부호화 정보를 이용할 수 있다. 이하, 편의상 영상 복호화 장치를 중심으로 본 실시예를 기술한다.

도 5의 예시와 같이 예측부(540)는, 예측기술에 따라 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함하나, 도 6에 예시된 바와 같이, 예측부(540)는 예측모드 결정부(602) 및 예측 수행부(604)를 포함할 수 있다.

입력 비디오의 컬러 포맷이 YUV 포맷(YUV420, YUV411, YUV422, YUV444 등)인 경우, 영상 복호화 장치는 루마 성분의 예측 및 복원 수행 후, 크로마 성분의 예측 및 복원을 수행할 수 있다. 즉, 루마 성분과 크로마 성분은 도 6에 예시된 구성요소들에 의해 순차적으로 복원될 수 있다. 여기서, YUV 포맷인 경우, 컬러 포맷은 루마 성분의 픽셀들과 크로마 성분의 픽셀들 간의 대응 관계를 나타낸다.

예측모드 결정부(602)는 현재블록에 대해 예측기술(예를 들어, 인트라 예측, 인터 예측, 또는 IBC(Intra Block Copy) 모드, 팔레트 모드 등)을 결정한다. 또한, 예측모드 결정부(602)는 예측기술에 대해 세부적인 예측모드를 결정한다. 예측 수행부(604)는 결정된 예측기술 및 예측모드에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다.

역변환부(530)는 역양자화 신호들로 표현된 TU를 역변환하여 잔차신호들을 생성한다.

가산기(550)는 예측블록과 잔차신호들을 가산하여 복원블록을 생성한다. 복원블록은 메모리에 저장된 채로, 이후 다른 블록의 예측에 이용될 수 있다.

이하, TU는 변환블록과 호환적으로 사용된다.

도 6의 예시와 같이, 역변환부(530)는 1차역변환 커널결정부(610), 2차역변환 수행결정부(612), 2차역변환 커널결정부(614), 2차 역변환부(616) 및 1차 역변환부(618)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 역변환부(530)는 이러한 구성요소들을 이용하여, 저주파수 영역의 변환계수들에 대해, 1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한(non-separable) 2차 역변환을 수행한다.

1차역변환 커널결정부(610)는, 전술한 바와 같이, 현재블록의 예측기술 및 예측모드, 현재 변환블록의 크기, mts_idx 등에 기초하여 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정할 수 있다.

1차 역변환 커널은 파싱된 mts_idx에 따라 명시적으로 결정될 수 있다. 또는, 1차 역변환 커널은 서브블록 변환 여부, TU의 크기 등에 기초하여 암시적으로 결정될 수 있다. 이때, 현재블록이 인트라 예측모드에 따라 예측되고 파싱된 mts_idx에 따라 명시적으로 수직, 수평 방향의 1차 역변환 커널이 결정되는 경우, 현재 TU의 크기 및 인트라 예측모드에 기초하여 mts_idx가 가리키는 커널의 종류가 결정될 수 있다. 즉, 가능한 TU 크기(4×4, 4×8, 8×4, 8×8,…)와 인트라 예측모드의 조합에 대해 mts_idx가 나타내는 수직, 수평 방향의 1차원 역변환 커널의 종류를 약속에 따라 정의한 후, 1차역변환 커널결정부(610)는, mts_idx를 파싱하여 최종 역변환 커널을 결정할 수 있다.

이때, 인트라 예측모드(IntraPredMode)는 좌상향의 대각선 모드(34번 모드)를 중심으로 A 개의 모드 집합으로 구분될 수 있다. A=4인 경우, 도 3b의 예시에 기초하여 모드 집합은 표 5와 같이 표현된다.

행렬 기반 예측모드는 비방향성 모드 집합(모드 집합 0)에 포함되거나 별도의 집합으로 구분될 수 있다. 또한, 크로마 성분과 루마 성분 간의 관계를 이용하는 성분간 예측 모드로 크로마 블록이 예측된 경우, 1차역변환 커널결정부(610)는 대응 루마 블록의 중앙 위치의 인트라 예측모드를 현재 크로마 블록의 인트라 예측모드로 매핑한다. 1차역변환 커널결정부(610)는 표 5에 기초하여 매핑된 인트라 예측모드로부터 모드 집합을 설정한 후, 모드 집합을 1차 역변환 커널의 결정에 이용할 수 있다.

현재블록이 인터 예측에 기초하여 예측된 경우, TU 크기에 따른 mts_idx가 나타내는 변환 커널이 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 결정될 수 있다. 또는, mts_idx가 나타내는 커널이 고정될 수 있다.

예컨대, 현재블록이 CCIP(Combined Inter-intra Prediction) 모드에 따라 예측된 경우, 인트라 예측모드와 TU 크기에 따라 인트라 예측블록의 커널을 결정하는 방법과 동일한 방법에 따라 현재 TU의 1차 역변환 커널이 결정될 수 있다. 여기서, CIIP는, 인터 예측에 기초하여 예측된 블록과 인트라 예측에 기초하여 예측된 블록을 가중합하여 현재블록의 최종 예측블록을 생성하는 모드들 중 일 예이다. 또는, 현재블록이 CCIP 모드에 따라 예측된 경우, 인터 예측과 동일한 방법으로 현재 TU의 1차 역변환 커널이 결정될 수 있다.

실시예에 따라, 인트라 예측블록의 가중치가 인터 예측블록의 가중치보다 큰 경우, 인트라 예측과 동일한 방법으로 현재 TU의 1차 역변환 커널이 결정될 수 있다. 이때, 변환 블록 크기와 인트라 예측모드에 기초하여, DCT-N(N=1, …. 8), DST-N, IDT(Identity Transform) 중 일부의 커널이 수직, 수평 방향의 1차 역변환 커널로 각각 선택될 수 있다. 예컨대, DCT-2, DCT-5, DCT-8, DST-1, DST-4, DST-7, IDT 커널이 1차 역변환 커널로 사용될 수 있다.

2차역변환 수행결정부(612)는 2차 역변환의 적용 여부를 나타내는 1-비트 플래그(lfnst_flag, 이하, 'LFNST 플래그'), 또는 LFNST 인덱스(lfnst_idx)를 파싱 하여, 2차 역변환 적용 여부를 결정할 수 있다. 이때, LFNST 인덱스를 파싱하는 경우, 특정 인덱스 값(예를 들어, lfnst_idx=0)이 2차 역변환의 미적용을 지시함이 사전에 약속될 수 있다.

일 예로서, 2차 역변환의 적용 여부는, 수직, 수평 방향의 1차 변환 커널의 종류에 따라 암시적으로 결정될 수 있다. 특정 1차 변환 커널에 대해 2차 역변환이 적용되는 경우, LFNST 플래그 또는 LFNST 인덱스의 전송이 생략될 수 있다. 또한, 특정 1차 변환 커널을 제외한 나머지 변환 커널들에 대해 암시적으로 2차 역변환이 적용되지 않을 수 있다.

2차역변환 커널결정부(614)는, 2차 역변환 수행이 결정된 경우, 현재 TU의 크기, 인트라 예측모드, 및 1차 역변환 커널에 기초하여 2차 역변환 커널을 결정할 수 있다.

일 예로서, 2차 역변환 커널의 크기는, TU의 크기에 따라 C 개의 상이한 크기를 갖는 커널 사이즈 집합(S)에 의존할 수 있다.

예컨대, 다음의 조건(TU의 크기)에 따라 커널의 크기가 결정될 수 있으며, 실시예에 따라 집합을 구분하는 기준이 다양할 수 있다.

<실시예 1>

S₀: 4×N/N×4 (N≥4), S₁: 8×N/N×8 (N≥8), S₂: M×N (M,N≥16)

<실시예 2>

S₀: 4×4, S₁: 4×N/N×4 (N≥8), S₂: 8×8, S₃: M×N (M,N≥8, M=N=8 제외)

각 집합의 역변환 커널은 p_i×q_i(0≤i<C)의 크기를 갖는다. 이때, p_i는 출력되는 1차 변환계수의 크기, q_i는 입력되는 2차 변환 계수의 크기를 의미하고 p_i≥q_i일 수 있다.

전술한 바와 같이, TU 크기에 따라 결정된 커널 사이즈 집합(S)에 대해, 현재블록의 인트라 예측모드 및 1차 변환 커널 종류에 기초하여 A(인트라 예측모드 집합)×K(1차 변환 커널 집합) = T 개의 2차 역변환 커널 집합(또는 '커널 집합')이 존재할 수 있다.

인트라 예측모드는 표 5의 일 예시와 같이, 좌상향의 대각선 모드를 중심으로 A 개의 모드 집합으로 구분될 수 있다. 행렬 기반 예측모드는 비방향성 모드 집합(모드 집합 0)에 포함되거나 별도의 집합으로 구분될 수 있다. 또한, 크로마 성분과 루마 성분 간의 관계를 이용하여 예측을 수행하는 성분간 예측(예컨대, CCLM 모드)에 따라 크로마 블록이 예측된 경우, 2차역변환 커널결정부(614)는 대응 루마 블록의 중앙 위치의 인트라 예측모드를 현재 크로마 블록의 인트라 예측모드로 매핑한다. 2차역변환 커널결정부(614)는 표 5에 기초하여 매핑된 인트라 예측모드로부터 모드 집합을 설정한 후, 모드 집합을 2차 역변환 커널의 결정에 이용할 수 있다.

실시예에 따라, 1차 변환/역변환 커널 종류에 따라 K 개의 {수직, 수평} 커널 집합이 분류될 수 있다. 커널 집합은 다음과 같이 분류될 수 있으며, 실시예에 따라 집합을 구분하는 기준이 다양할 수 있다.

<실시예 1>

S₀: {DCT-2, DCT-2}, S₁: {DCT-2, IDT}, S₂: {IDT, DCT-2}

<실시예 2>

S₀: {DCT-2, DCT-2}, S₁: 그외 커널

<실시예 3>

S₀: {DCT-2, DCT-2}, S₁: {DST-7, DST-7}, S₂: 그외 커널

<실시예 4>

S₀: {DCT-2, DCT-2}, S₁: {DST-N, DCT-M}, {DCT-M, DST-N},

S₂: {DCT-N, IDT}, {IDT, DCT-N}, S₃: 그외 커널,

N, M={1 and/or 2 and/or, ..., 8}

<실시예 5>

S₀: {DCT-2, DCT-2}, S₁: {DST-7, DST-7}, S₂: {DCT-N, IDT}, {IDT, DCT-N},

S₃: {DST-N, IDT}, {IDT, DST-N}, S₄: 그외 커널,

N={1 and/or 2 and/or, ..., 8}

여기서, 그외 커널은 2차 변환/역변환이 수행되는 1차 커널 조합들 중 이전 집합에 포함되지 않는 1차 변환 커널들의 조합일 수 있다.

TU 크기, 인트라 예측모드, 1차 역변환 커널을 기반으로 결정된 C×T 개의 2차 커널 집합은 하나 또는 다수의 2차 역변환 커널을 포함할 수 있다. 다수의 커널이 포함되는 경우, 2차역변환 커널결정부(614)는 LFNST 인덱스를 파싱하고, 파싱된 LFNST 인덱스에 따라 현재 커널 집합에서 2차 역변환 커널을 결정할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 특정 1차 변환 커널에 대해 2차 역변환이 적용되는 경우이나, 커널 집합이 다수의 2차 역변환 커널을 포함하는 경우, LFNST 인덱스의 전송은 생략될 수 없다.

이때, LFNST 인덱스가 0인 경우, 2차 역변환이 수행되지 않음을 의미하고, lfnst_idx≥1인 경우, LFNST 인덱스에 기초하여 2차 역변환이 적용될 수 있다.

한편, 엔트로피 복호화부(510)는 2차 역변환이 적용되는 경우, 양자화된 2차 변환계수를 복원한다. 또는, 엔트로피 복호화부(510)는 2차 역변환이 적용되지 않은 경우, 양자화된 1차 변환계수를 복원할 수 있다. 이때, 2차 변환계수 및 1차 변환계수는 모두 2차원 행렬 형태의 데이터이다.

2차 역변환부(616)는 역양자화된 2차 변환계수를 입력받아 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수를 복원한다.

2차 역변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 2차 역변환부(616)는 복원된 q 개의 2차 변환계수를 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 2차 변환계수 벡터()를 생성할 수 있다. 여기서, 스캐닝 순서는 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간에 사전에 약속될 수 있다. 예컨대, 2차 역변환 계수의 크기 q가 8(도 7a), M×N(도 7b), 또는 48(도 7c)인 경우, 7a 내지 도 7c의 예시된 스캐닝 순서와 같이 2차 변환계수 벡터가 생성될 수 있다. 실시예에 따라, 2차 변환계수 벡터의 생성을 위한 스캐닝은 역순으로 수행될 수 있다.

도 7b의 예시에서, 2차 변환계수 벡터의 크기가 16인 경우 M=N=4이고, 2차 변환계수 벡터의 크기가 32인 경우, M=8, N=4 또는 M=4, N=8일 수 있다.

도 7a 내지 도 7c의 예시에서 W_tb는 변환블록의 너비를 나타내고, H_tb는 변환블록의 높이를 나타낸다.

2차 역변환부(616)는 q 크기의 2차 변환계수 벡터와 p×q 크기의 2차 역변환 커널 F 간의 행렬 곱을 이용하여 역변환을 수행한다. 2차 역변환부(616)는, 수학식 2와 같이 2차 역변환을 수행하여 p 크기의 1차 변환계수 벡터()를 생성할 수 있다.

2차 역변환부(616)는, 2차 역변환에 따라 생성된 1차 변환계수 벡터로부터 현재 TU의 크기에 따라 2차원 행렬을 생성할 수 있다. 도 8a 내지 도 8b의 예시와 같이, 1차 변환계수 벡터의 크기 p에 기초하여, 1차 변환계수들이 TU의 좌측 상단에 스캐닝 순서대로 할당될 수 있다. 2차 변환을 위해 영상 부호화 장치가 1차 변환계수들을 스캐닝한 순서에 의존하여, 2차 역변환부(616)에 의해 이용되는 스캐닝 순서는 다양할 수 있다.

이때, 영상 복호화 장치는 1차 변환계수가 존재하지 않는 나머지 TU 영역의 변환계수를 0으로 유도할 수 있다.

일 예로서, 수직 또는 수평 방향 중 한 방향에 IDT이 1차 변환 커널로서 적용된 경우, 2차 역변환부(616)는 IDT가 적용되는 방향을 고려하여 1차 변환계수들을 할당할 수 있다. 즉, 2차 역변환부(616)는 1차 변환계수 벡터를 이용하여, 스캐닝 순서에 따라 도 9에 예시된 영역에 p 개의 1차 변환계수들을 할당할 수 있다. 여기서, 스캐닝 순서는 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 사전에 설정될 수 있다. 수평 방향으로 IDT 변환이 적용된 경우, p=W_tb×L을 만족하고, 수직 방향으로 IDT 변환이 수행된 경우, p=L×H_tb를 만족한다. 이때, p의 크기는, 2차역변환 커널결정부(614)에서 결정된 2차 역변환 커널에 따라 정의될 수 있다. 도 9의 예시에서, 영상 복호화 장치는 p 개의 1차 변환계수들이 존재하는 않는 나머지 TU 영역의 변환계수를 0으로 유도할 수 있다.

다른 예로서, 수직과 수평 방향의 1차 변환 커널들이 상이한 경우, 수직과 수평 방향의 커널 종류에 기초하여 1차 변환계수 벡터를 TU 내에 할당하는 스캐닝 순서가 결정될 수 있다. 수직 방향으로 B 커널이, 수평 방향으로 A 커널이 적용된 블록, 및 수직 방향으로 A, 수평 방향으로 B 커널이 적용된 블록에 대해 동일한 2차 변환 커널을 적용하는 경우, 2차 역변환부(616)는 도 10의 예시와 같이, 특정 커널 방향을 먼저 스캐닝하여 1차 변환계수 벡터를 TU 블록의 변환계수들로 매핑할 수 있다.

1차 역변환부(618)는, 2차 역변환에 따라 TU 블록의 픽셀값으로 할당된 1차 변환계수에 대해, 1차역변환 커널결정부(610)에서 결정된 1차 역변환 커널을 이용하여 수직, 수평 방향으로 1차 역변환을 수행할 수 있다.

이하, 도 11 및 도 12의 도시를 이용하여, 현재블록의 변환블록을 변환 및 역변환하는 방법을 기술한다.

도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 변환블록을 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.

영상 부호화 장치는 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득한다(S1100).

영상 부호화 장치는 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정한다(S1102).

영상 부호화 장치는 변환블록의 크기, 현재블록의 인트라 예측모드, 및 1차 변환 커널에 기초하여 변환블록의 2차 변환 커널을 결정한다(S1104).

영상 부호화 장치는 기설정된 모드 집합들 중 현재블록의 인트라 예측모드가 포함된 모드 집합을 선택한다. 영상 부호화 장치는 기설정된 1차 커널 집합들 중, 1차 변환 커널이 포함된 1차 커널 집합을 선택한다. 영상 부호화 장치는 기설정된 커널 사이즈 집합들 중, 변환블록의 크기가 포함된 커널 사이즈 집합을 선택한다. 영상 부호화 장치는 선택된 모드 집합, 선택된 1차 커널 집합, 및 선택된 커널 사이즈 집합에 따른 2차 커널 집합을 선택한다.

2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는 2차 변환 커널을 하나의 2차 커널로 설정한다. 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는 2차 변환 커널을 다수의 2차 커널들 중 하나로 설정할 수 있다.

영상 부호화 장치는 잔차신호들에 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행한다(S1106).

영상 부호화 장치는 1차 변환계수들에 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행한다(S1108).

2차 변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 영상 부호화 장치는 1차 변환계수들의 일부를 기설정된 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 1차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 부호화 장치는 1차 변환계수 벡터와 2차 변환 커널 간의 행렬 곱을 수행하여 2차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 부호화 장치는 2차 변환계수 벡터를 변환블록의 좌측 상단에 기설정된 스캐닝 순서에 따라 할당하여 2차 변환계수들을 생성할 수 있다.

영상 부호화 장치는 1차 변환계수들 및 2차 변환계수들에 기초하여, LFNST 인덱스를 결정한다(S1110). 여기서, LFNST 인덱스는 2차 변환의 적용 여부를 지시한다.

비트율-왜곡 최적화 측면에서 영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스의 값을 결정할 수 있다. 예컨대, 1차 변환계수들이 최적인 경우, 영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 0으로 설정할 수 있다. 반면, 2차 변환계수들이 최적인 경우, 전술한 2차 커널 집합이 포함하는 2차 커널의 개수에 따라 LFNST 인덱스를 설정할 수 있다. 2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 1로 설정할 수 있다. 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는, 다수의 2차 커널들 중 하나를 지시하도록 LFNST 인덱스를 설정할 수 있다.

영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 부호화한다(S1112).

영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 확인한다(S1114).

LFNST 인덱스가 0인 경우(S1114의 Yes), 영상 부호화 장치는 1차 변환계수들을 부호화한다(S1116). 영상 부호화 장치는 1차 변환계수들을 양자화 및 엔트로피 부호화하여 1차 변환계수들의 비트스트림을 생성할 수 있다.

반면, LFNST 인덱스가 0 보다 큰 경우(S1114의 No), 영상 부호화 장치는 2차 변환계수들을 부호화한다(S1118). 영상 부호화 장치는 2차 변환계수들을 양자화 및 엔트로피 부호화하여 2차 변환계수들의 비트스트림을 생성할 수 있다.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 변환블록을 역변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.

영상 복호화 장치는 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정한다(S1200).

영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 LFNST 인덱스를 복호화한다(S1202). 여기서, LFNST 인덱스는 2차 역변환의 적용 여부를 지시한다.

영상 복호화 장치는 LFNST 인덱스를 확인한다(S1204).

LFNST 인덱스가 0인 경우(S1204의 Yes), 영상 복호화 장치는 다음의 단계들(S1206 및 S1208)을 수행한다.

영상 복호화 장치는 변환블록에 대해 역양자화된 1차 변환계수들을 획득한다(S1206).

영상 복호화 장치는 1차 변환계수들에 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행한다(S1208).

LFNST 인덱스가 0보다 큰 경우(S1204의 No), 영상 복호화 장치는 다음의 단계들(S1220 내지 S1224, S1208)을 수행한다.

영상 복호화 장치는 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득한다(S1220).

영상 복호화 장치는 변환블록의 크기, 현재블록의 인트라 예측모드, 및 1차 역변환 커널에 기초하여 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정한다(S1222).

영상 복호화 장치는 기설정된 모드 집합들 중 현재블록의 인트라 예측모드가 포함된 모드 집합을 선택한다. 영상 복호화 장치는 기설정된 1차 커널 집합들 중, 1차 역변환 커널이 포함된 1차 커널 집합을 선택한다. 영상 복호화 장치는 기설정된 커널 사이즈 집합들 중, 변환블록의 크기가 포함된 커널 사이즈 집합을 선택한다. 영상 복호화 장치는 선택된 모드 집합, 선택된 1차 커널 집합, 및 선택된 커널 사이즈 집합에 따른 2차 커널 집합을 선택한다.

2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 영상 복호화 장치는 2차 변환 커널을 하나의 2차 커널로 설정한다. 이때, LFNST 인덱스는 1로 복호화될 수 있다. 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 영상 복호화 장치는 2차 변환 커널을 LFNST 인덱스에 의해 지시되는 2차 커널로 설정할 수 있다.

영상 복호화 장치는 2차 변환계수들에 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 역변환을 수행한다(S1224).

영상 복호화 장치는 2차 역변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 2차 변환계수들의 일부를 기설정된 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 2차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 복호화 장치는 2차 변환계수 벡터와 2차 역변환 커널 간의 행렬 곱을 수행하여 1차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 복호화 장치는 1차 변환계수 벡터를 변환블록의 좌측 상단에 기설정된 스캐닝 순서에 따라 할당하여 1차 변환계수들을 생성할 수 있다.

이후, 영상 복호화 장치는 잔차신호들과 현재블록의 예측블록을 가산하여 현재블록의 복원 블록을 생성할 수 있다.

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

이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들 혹은 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기능적 컴포넌트들은 그들의 구현 독립성을 특히 더 강조하기 위해 "...부(unit)" 로 라벨링되었음을 이해해야 한다.

한편, 본 실시예에서 설명된 다양한 기능들 혹은 방법들은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 비일시적 기록매체에 저장된 명령어들로 구현될 수도 있다. 비일시적 기록매체는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독가능한 형태로 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 비일시적 기록매체는 EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 드라이브, 광학 드라이브, 자기 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 저장매체를 포함한다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

140: 변환부
165: 역변환부
530: 역변환부
610: 1차역변환 커널결정부
612: 2차역변환 수행결정부
614: 2차역변환 커널결정부
616: 2차 역변환부
618: 1차 역변환부

Claims

영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록을 복원하는 방법에 있어서,
상기 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정하는 단계;
상기 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득하는 단계;
상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정하는 단계;
상기 2차 변환계수들에 상기 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 역변환을 수행하는 단계; 및
상기 1차 변환계수들에 상기 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
비트스트림으로부터 LFNST(Low Frequency Non-separable Transform) 인덱스를 복호화하는 단계, 여기서, 상기 LFNST 인덱스는 2차 역변환의 적용 여부를 지시함; 및
상기 LFNST 인덱스를 확인하는 단계
를 더 포함하되,
상기 LFNST 인덱스가 0보다 큰 경우, 상기 2차 변환계수들을 획득하는 단계 내지 상기 2차 역변환을 수행하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 LFNST 인덱스가 0인 경우, 상기 변환블록에 대해 역양자화된 1차 변환계수들을 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 1차 역변환 커널을 결정하는 단계, 및 상기 1차 역변환을 수행하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 역변환 커널을 결정하는 단계는,
상기 1차 역변환 커널을 지시하는 인덱스를 복호화하는 단계; 및
상기 인덱스에 따라 상기 1차 역변환 커널을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 1차 역변환 커널은,
상기 현재블록의 인트라 예측모드 및 상기 변환블록의 크기에 기초하여 상기 인덱스가 지시하는 변환 커널의 종류가 사전에 정의되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제2항에 있어서,
상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,
기설정된 모드 집합들 중 상기 현재블록의 인트라 예측모드가 포함된 모드 집합을 선택하는 단계; 및
기설정된 1차 커널 집합들 중, 상기 1차 역변환 커널이 포함된 1차 커널 집합을 선택하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,
기설정된 커널 사이즈 집합들 중, 상기 변환블록의 크기가 포함된 커널 사이즈 집합을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 모드 집합, 상기 선택된 1차 커널 집합, 및 상기 선택된 커널 사이즈 집합에 따른 2차 커널 집합을 선택하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,
상기 2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 상기 2차 역변환 커널을 상기 하나의 2차 커널로 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,
상기 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 상기 2차 역변환 커널을 상기 LFNST 인덱스에 의해 지시되는 2차 커널로 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 역변환을 수행하는 단계는,
상기 2차 역변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 상기 2차 변환계수들의 일부를 기설정된 제1 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 2차 변환계수 벡터를 생성하는 단계;
상기 2차 변환계수 벡터와 상기 2차 역변환 커널 간의 행렬 곱을 수행하여 1차 변환계수 벡터를 생성하는 단계; 및
상기 1차 변환계수 벡터를 상기 변환블록의 좌측 상단에 기설정된 제2 스캐닝 순서에 따라 할당하여 상기 1차 변환계수들을 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 1차 변환계수들을 생성하는 단계는,
상기 변환블록에 대해 수평 또는 수직 방향 중 한 방향에 IDT(identity transform)이 상기 1차 변환 커널로 적용되는 경우, 상기 IDT가 적용되는 방향을 고려하여 상기 1차 변환계수 벡터를 할당하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 1차 변환계수들을 생성하는 단계는,
상기 변환블록에 대해, 수직과 수평 방향의 1차 변환 커널들이 상이한 경우, 특정한 1차 변환 커널의 방향을 먼저 스캐닝하여 상기 1차 변환계수 벡터를 할당하는 것을 특징으로 하는, 방법.
영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록을 부호화하는 방법에 있어서,
상기 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계;
상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계;
상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계;
상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및
상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제12항에 있어서,
상기 1차 변환계수들 및 상기 2차 변환계수들에 기초하여, LFNST(Low Frequency Non-separable Transform) 인덱스를 결정하는 단계, 여기서, 상기 LFNST 인덱스는 2차 변환의 적용 여부를 지시함; 및
상기 LFNST 인덱스를 부호화하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 LFNST 인덱스를 확인하는 단계를 더 포함하고,
상기 LFNST 인덱스가 0인 경우, 상기 1차 변환계수들을 부호화하는 단계를 더 포함하고, 상기 LFNST 인덱스가 0보다 큰 경우, 상기 2차 변환계수들을 부호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은,
현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계;
상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계;
상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계;
상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및
상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체.