WO2009157669A2 - 인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an intra prediction method and apparatus, and an image encoding / decoding method and apparatus using the same. More specifically, an intra prediction method and apparatus for minimizing the difference between the actual current block and the predicted current block in predicting, encoding, and decoding a current block of an image from neighboring blocks, and an encoding / decoding method of an image using the same. And to an apparatus.
  • Moving Picture Experts Group (MPEG) and Video Coding Experts Group (VCEG) have developed video compression techniques that are superior to the existing MPEG-4 Part 2 and H.263 standards.
  • the new standard is called H.264 / AVC (Advanced video Coding), which was jointly released as MPEG-4 Part 10 AVC and ITU-T Recommendation H.264.
  • H.264 / AVC hereinafter abbreviated as 'H.264'
  • Spatial predictive coding Spatial predictive coding (Spatial), which is different from international standards related to existing video encoding such as MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Part2 Visual, etc. Predictive Coding) method is used.
  • An encoder using an existing encoding method based on spatial intra prediction predicts block information to be encoded currently from information of a previous block that is already encoded and reproduced, and a difference between actual block information to be encoded. ) Only the information is encoded and transmitted to the decoder.
  • the decoder may predict the block information by transmitting the parameters necessary for predicting the block information to the decoder or by synchronizing the encoder and the decoder so as to share the parameters required for the prediction.
  • the decoder predicts the information of the neighboring block that has already been decoded and reproduced, obtains the sum of the error information transmitted from the encoder and the information of the predicted neighboring block, and generates and reproduces the information of the desired current decoding block. In this case, too, if a parameter required for prediction is transmitted from the encoder, the decoder uses the parameter to predict information of neighboring blocks.
  • Intra prediction includes intra 4 ⁇ 4 prediction, intra 16 ⁇ 16 prediction, intra 8 ⁇ 8 prediction, and the like, and each intra prediction includes a plurality of prediction modes.
  • 1 is an exemplary diagram showing nine conventional 4x4 intra prediction modes.
  • intra 4 ⁇ 4 prediction includes a vertical mode, a horizontal mode, a direct current mode, a diagonal down-left mode, and a diagonal down-right.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram showing four conventional 16x16 intra prediction modes.
  • Intra 16 ⁇ 16 prediction there are four prediction modes in the intra 16 ⁇ 16 prediction including a vertical mode, a horizontal mode, a DC mode, and a plane mode.
  • Intra 8 ⁇ 8 prediction also has four prediction modes similar to intra 16 ⁇ 16 prediction.
  • the prediction is performed on an average value in units of blocks.
  • the average value means 4 pixels (in case of intra 4 ⁇ 4 prediction) or 16 pixels (in case of intra 16 ⁇ 16 prediction) of the left block of the current block to be encoded and 4 pixels (intra 4 ⁇ 4 prediction) of the upper block. Or an average value of a total of 8 pixels (for intra 4 ⁇ 4 prediction) or 32 pixels (for intra 16 ⁇ 16 prediction) with respect to 16 pixels (for intra 16 ⁇ 16 prediction). Therefore, when intra prediction is performed by using the DC mode as the prediction mode, the average value of neighboring blocks of the current block is obtained to predict all 4x4 pixels or 16x16 pixels of the current block to be encoded.
  • the prediction value (Prediction Value or Predictor) for DC mode prediction is 16 pixels (in case of intra 4 ⁇ 4 prediction) or 256 pixels of the current block. (In case of intra 16 ⁇ 16 prediction), all have the same value. This lowers the accuracy of prediction for the current block, thereby causing a problem of lowering coding efficiency or compression efficiency.
  • the present invention has a main object to improve the compression efficiency of the image by reducing the difference between the actual block and the predicted block in performing intra prediction for predicting the current block of the image .
  • a weighted pixel value is calculated by adding a weight to a pixel value of each of one or more adjacent pixels included in a neighboring block, wherein each pixel and at least one pixel of the current block are calculated.
  • a weighted pixel value calculator configured to calculate a distance of each adjacent pixel and add weights differently according to the distance;
  • a prediction pixel value calculator configured to calculate a predicted pixel value of each pixel of the current block by averaging the weighted pixel values of one or more adjacent pixels with respect to each pixel of the current block.
  • an intra prediction method comprising: an adjacent pixel selection step of selecting one or more adjacent pixels included in a neighboring block in an image and adjacent to a current block; Calculating a distance of each pixel of the current block and each of the one or more adjacent pixels; A weighted pixel value calculating step of setting weights differently according to distances and calculating weighted pixel values in addition to pixel values of one or more adjacent pixels; And calculating a predicted pixel value of each pixel of the current block by averaging weighted pixel values of one or more adjacent pixels with respect to each pixel of the current block.
  • a weight is added to a pixel value of one or more adjacent pixels of a neighboring block according to a distance of each pixel of the current block and each of one or more adjacent pixels.
  • An intra predictor for calculating a pixel value and predicting a current block by averaging weighted pixel values of one or more adjacent pixels with respect to each pixel of the current block to calculate a predicted pixel value of each pixel of the current block;
  • a subtraction unit configured to generate a residual signal by calculating a difference value between an original pixel value of each pixel of the current block and a predicted pixel value of each pixel of the current block;
  • a converter for converting the residual signal into the frequency domain;
  • a quantizer for quantizing the transformed residual signal;
  • an encoder which encodes the quantized residual signal into a bitstream.
  • a weight is added to a pixel value of at least one adjacent pixel of a neighboring block according to a distance of each pixel of the current block and at least one neighboring pixel.
  • a weighted pixel value calculation step of calculating a pixel value An intra prediction step of predicting the current block by averaging the weighted pixel values of one or more adjacent pixels for each pixel of the current block and calculating a predicted pixel value of each pixel of the current block; Generating a residual signal by calculating a difference value between an original pixel value of each pixel of the current block and a predicted pixel value of each pixel of the current block; Converting the residual signal into a frequency domain; A quantization step of quantizing the transformed residual signal; And an encoding step of encoding the quantized residual signal into a bitstream.
  • an apparatus for decoding an image comprising: a decoder which extracts a residual signal by decoding a bitstream; An inverse quantizer for inversely quantizing the extracted residual signal; An inverse transform unit for inversely transforming an inverse quantized residual signal into a time domain; A weighted pixel value is calculated by adding a weight to a pixel value of one or more adjacent pixels of a neighboring block according to the distance of each pixel of the current block and each of the one or more adjacent pixels, and weighting one or more adjacent pixels for each pixel of the current block.
  • An intra predictor for predicting the current block by averaging pixel values and calculating a predicted pixel value of each pixel of the current block; And an adder configured to reconstruct the original pixel value of the current block by calculating a value obtained by adding the inverse transformed residual signal and the predicted pixel value of each pixel of the current block.
  • a method of decoding an image comprising: a residual signal extraction step of extracting a residual signal by decoding a bitstream; An inverse quantization step of inversely quantizing the extracted residual signal; An inverse transform step of inversely transforming an inverse quantized residual signal into a time domain; A weighted pixel value calculation step of calculating weighted pixel values by adding weights to pixel values of one or more adjacent pixels of the neighboring block according to distances of each pixel of the current block and each of the one or more adjacent pixels; An intra prediction step of predicting the current block by averaging the weighted pixel values of one or more adjacent pixels for each pixel of the current block and calculating a predicted pixel value of each pixel of the current block; And reconstructing the original pixel value of the current block by calculating a value obtained by adding the inverse transformed residual signal and the predicted pixel value of each pixel of the current block.
  • an intra prediction apparatus in an intra prediction apparatus, a pixel value of at least one neighboring pixel included in a neighboring block is weighted and averaged according to a distance between each pixel of the current block and at least one neighboring pixel.
  • An intra prediction apparatus is provided, wherein the pixel value of each pixel is predicted.
  • the encoding efficiency can be improved by reducing the difference between the actual block and the predicted block, thereby improving the compression efficiency.
  • 1 is an exemplary diagram showing nine conventional 4x4 intra prediction modes
  • 2 is an exemplary diagram showing four conventional 16 ⁇ 16 intra prediction modes
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an electronic configuration of an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating an electronic configuration of an intra prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an intra prediction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of calculating weighted pixel values of adjacent pixels for each pixel of a current block according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a video encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating an electronic configuration of an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an image decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram for describing a process of predicting a current block using weights according to distances according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an electronic configuration of an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoding apparatus 300 predicts a current block of an image using at least one neighboring block around the current block and encodes the image. It may be configured to include a 310, a subtractor 320, a transformer 330, a quantizer 340 and the encoder 350.
  • the video encoding apparatus 300 may be a personal computer (PC), a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), or a PlayStation Portable (PSP). ),
  • a communication device such as a communication modem for communicating with various devices or a wired / wireless communication network, a memory for storing various programs and data for encoding an image, and executing a program.
  • the intra predictor 310 predicts the current block using the neighboring blocks of the current block in the image, and adds a weight value to one or more pixel values of the one or more neighboring blocks to determine the angle of the current block.
  • the current block is predicted by calculating a predicted pixel value of the pixel.
  • the neighboring block may be one or more neighboring blocks compressed before the current block and positioned around the current block.
  • the neighboring block may be one or more of a left block of the current block and an upper block of the current block.
  • the intra prediction unit 310 is a DC (Direct Current) mode, which is an intra prediction mode that predicts an average value of pixel values of one or more adjacent pixels of one or more neighboring blocks around the current block to be encoded as a pixel value of the current block.
  • DC Direct Current
  • the current block can be predicted by giving a weight as described above. The weight may also be added differently depending on the distance between the position of each pixel of the current block and the position of each of one or more adjacent pixels of one or more neighboring blocks.
  • the intra predictor 310 averages pixel values of pixels adjacent to the current block among pixels included in the neighboring blocks of the current block to predict each pixel of the current block using the DC mode, which is an intra prediction mode.
  • the pixel values of adjacent pixels are not simply averaged and the average value is predicted as the pixel values of all pixels of the current block, but the weights are set differently according to the distance between each pixel and the adjacent pixels of the current block.
  • the weighted pixel value of adjacent pixels is calculated by adding to the pixel values of the pixels, and the pixel values of all pixels of the current block are predicted by averaging the weighted pixel values.
  • the "adjacent pixel” may be a pixel included in the neighboring block but adjacent to the current block, but may also be a pixel included in the neighboring block but not adjacent to the current block.
  • the intra prediction unit 310 will be described in detail with reference to FIG. 4 in a later process.
  • the subtractor 320 generates a residual signal by calculating a difference value between an original pixel value of each pixel of the current block and a predicted pixel value of each pixel of the current block. .
  • the converter 330 converts the residual signal generated by the subtractor 320 into the frequency domain.
  • the transform unit 330 uses various transformation techniques for transforming an image signal of a time axis into a frequency axis, such as a Discrete Cosine Transform (DCT) or a Wavelet Transform.
  • DCT Discrete Cosine Transform
  • Wavelet Transform a Wavelet Transform
  • the quantization unit 340 quantizes the residual signal converted into the frequency domain by the conversion unit.
  • the encoder 350 encodes the residual signal quantized by the quantizer 340 into a bitstream.
  • an entropy encoding technique may be used, but various encoding techniques may be used without being limited thereto.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating an electronic configuration of an intra prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the intra prediction apparatus 400 may be implemented as the intra prediction unit 310 in the image encoding apparatus described above with reference to FIG. 3.
  • the intra prediction apparatus according to an embodiment of the present invention will be abbreviated as 'intra predictor 310'.
  • the intra prediction unit 310 is an intra prediction device that predicts a current block of an image by using one or more neighboring blocks around the current block, and includes one or more adjacent blocks included in one or more neighboring blocks.
  • the pixel value of the pixel is weighted averaged according to the distance between each pixel of the current block and one or more adjacent pixels to predict the pixel value of each pixel of the current block.
  • the intra predictor 310 may include a weighted pixel value calculator 410 and a predicted pixel value calculator 420, and may include weights (eg, weights) of one or more pixel values of one or more neighboring blocks. Weight value) is added to calculate the prediction pixel value of each pixel of the current block to predict the current block.
  • the weighted pixel value calculator 410 adds a weight to each pixel value of one or more adjacent pixels included in one or more neighboring blocks around the current block to be encoded (in particular, adjacent to the current block) to add one or more neighbors. Calculate the weighted pixel value of the pixel.
  • the weighted pixel value calculator 410 calculates a distance between the position of each pixel of the current block and the position of each of the one or more adjacent pixels, and adds weights differently according to the distance.
  • the weighted pixel value of the adjacent pixel can be calculated according to the weight.
  • the weighted pixel value calculator 410 may add the weights described above to pixel values of adjacent pixels so as to be inversely proportional to the calculated distance.
  • the weighted pixel value calculator 410 adds a large weight to the pixel value of the adjacent pixel because the similarity between the current pixel and the adjacent pixel may be high when the distance between the current pixel of the current block and the adjacent pixel of the neighboring block is close.
  • similarity between the current pixel and the neighboring pixel may be low, so that a small weight may be added to the pixel value of the neighboring pixel.
  • the similarity between pixels in intra prediction using the DC mode as a prediction mode (hereinafter, abbreviated as 'DC mode prediction') by adding a weight inversely proportional to the distance between the current pixel and the adjacent pixel to the pixel value of the adjacent pixel.
  • 'DC mode prediction' a prediction mode
  • the difference between the current block and the prediction block can be further reduced.
  • the prediction pixel value calculator 420 calculates a prediction pixel value of each pixel of the current block by using the weighted pixel values of one or more adjacent pixels calculated by the weighted pixel value calculator 410.
  • the prediction pixel value calculator 420 may calculate the prediction pixel value of each pixel of the current block by averaging the weighted pixel values of one or more adjacent pixels with respect to each pixel of the current block.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an intra prediction method according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoding apparatus 300 When the image encoding apparatus 300 encodes an image, the original pixel value of the current block to be encoded and the prediction pixel of the current block predicted by the previously encoded neighboring block to reduce the amount of encoded data to increase encoding efficiency. Encode the difference in value (i.e., residual signal).
  • the intra predictor 310 predicts the current block of the image using one or more neighboring blocks around the current block, and weights adjacent pixels to each pixel of the current block to be encoded.
  • the pixel value is calculated (S510). That is, the intra predictor 310 calculates weighted pixel values of one or more adjacent pixels by adding weights to pixel values of each of one or more adjacent pixels included in one or more neighboring blocks (in particular, adjacent to the current block).
  • the intra predictor 310 calculates the predicted pixel value of each pixel of the current block by using the weighted pixel value of the adjacent pixel (S520).
  • the intra predictor 310 may calculate the predicted pixel value of each pixel of the current block by averaging the weighted pixel values of one or more adjacent pixels with respect to each pixel of the current block.
  • the intra predictor 310 may add different weights according to the distance between the position of each pixel and the position of the adjacent pixel. have.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of calculating a weighted pixel value of an adjacent pixel for each pixel of a current block according to an embodiment of the present invention.
  • the intra predictor 310 selects one or more adjacent pixels adjacent to the current block among pixels included in the neighboring block from the image (S610).
  • the selected neighboring pixel may be one or more pixels of all neighboring pixels of the left block of the current block or one or more pixels of all neighboring pixels of the upper block of the current block, and all of the left block and the top block
  • the adjacent pixels may be, but are not limited thereto, and may be all pixels in a neighboring block (which may include a right block and a lower block) of the current block.
  • the intra predictor 310 selecting one or more adjacent pixels calculates a distance between the position of each pixel of the current block and the position of each of the one or more adjacent pixels (S620). As such, when the distance between each pixel of the current block and each of the one or more adjacent pixels is calculated, the intra prediction unit 310 sets the weight differently according to the distance calculated in step S620 and adds the pixel value to one or more adjacent pixels. The weighted pixel value of one or more adjacent pixels is calculated (S630).
  • the intra predictor 310 selects a specific pixel among all the pixels of the current block and calculates a distance from each of the selected one or more neighboring pixels.
  • the intra predictor 310 sets weights differently according to the distances of the adjacent pixels with respect to the specific pixel calculated as described above, and adds the weights to the pixel values of the adjacent pixels.
  • a large weight is added to consider the similarity between a specific pixel and an adjacent pixel.
  • the weighted pixel value of the adjacent pixel is calculated by reflecting the weight added differently according to the distance.
  • the intra predictor 310 calculates the weighted pixel value of the adjacent pixel with respect to a specific pixel of the current block as described above with respect to all pixels.
  • the intra prediction unit 310 calculates the weight of the current block.
  • the prediction pixel value for the specific pixel is calculated by averaging the weighted pixel values of the adjacent pixels with respect to the specific pixel, and the same process is performed for all the pixels in the current block to calculate the prediction pixel values for all the pixels in the current block. .
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a video encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoding apparatus 300 uses the intra prediction apparatus described above with reference to FIGS. 4 through 6, that is, the intra prediction unit 310 and the intra prediction method.
  • the current block is predicted by using one or more neighboring blocks around the current block, and the image is encoded.
  • the image encoding apparatus 300 estimates the current block by adding a weight to one or more pixel values of adjacent pixels of one or more neighboring blocks to calculate a predicted pixel value of each pixel of the current block (S710).
  • the residual signal is generated by calculating a difference between the original pixel value of each pixel and the predicted pixel value of each pixel of the current block (S720), and the generated residual signal is converted into a frequency domain using DCT transform or wavelet transform. After that (S730), the residual signal transformed into the frequency domain is quantized (S740), and the quantized residual signal is encoded into a bitstream (S740).
  • the image encoded in the bitstream by the image encoding apparatus 300 is real-time or non-real-time through the wired or wireless communication network such as the Internet, local area wireless communication network, wireless LAN network, WiBro network, mobile communication network, or the like.
  • the image decoding apparatus may be transmitted to a video decoding apparatus through a communication interface such as a universal serial bus (USB), decoded by the video decoding apparatus, and restored and reproduced.
  • a communication interface such as a universal serial bus (USB)
  • FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating an electronic configuration of an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • An image decoding apparatus 800 is an apparatus for predicting a current block of an image by using one or more neighboring blocks around the current block and decoding the image. , An inverse quantizer 820, an inverse transformer 830, an adder 840, and an intra predictor 850.
  • the video decoding apparatus 800 may be a personal computer (PC), a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP: Portable Multimedia Player (PSP), PlayStation Portable (PSP: PlayStation Portable), Mobile Communication Terminal (Mobile Communication Terminal) and the like, communication devices, such as a communication modem for performing communication with various devices or wired and wireless communication network, decoding the image Means a variety of devices including a memory for storing various programs and data, a microprocessor for executing and controlling the program by executing.
  • PC personal computer
  • PDA personal digital assistant
  • PMP Portable Multimedia Player
  • PSP PlayStation Portable
  • Mobile Communication Terminal Mobile Communication Terminal
  • the decoder 810 extracts the residual signal by decoding the bitstream. That is, the decoder 810 extracts a residual signal including pixel information of the current block of the image by decoding the bitstream which is the image encoded by the image encoding apparatus 300.
  • the inverse quantizer 820 de-quantizes the residual signal extracted from the bitstream by the decoder 810.
  • the inverse transformer 830 inversely transforms the residual signal inversely quantized by the inverse quantizer 820 into a time domain.
  • the adder 830 restores the original pixel value of the current block by adding the residual signal inversely transformed by the inverse transformer 820 and the predicted pixel value of each pixel of the current block predicted by the intra predictor 850. .
  • the intra predictor 850 adds weights to pixel values of one or more adjacent pixels of one or more neighboring blocks in the periphery of the current block among several blocks of a previously decoded and reconstructed image to predict the pixel values of each pixel of the current block. Predict the current block by calculating
  • the weight may be added differently according to the distance between the position of each pixel of the current block and the position of each of one or more adjacent pixels of one or more neighboring blocks.
  • the intra predictor 850 may calculate a predicted pixel value of each pixel of the current block by assigning a weight as described above only when performing DC mode prediction.
  • the intra predictor 800 of the image decoding apparatus 800 may be the same as or similar to the intra predictor 310 of the image encoding apparatus 300 described above with reference to FIG. 3.
  • the neighboring block can be used to predict the current block. Therefore, detailed description thereof will be omitted to avoid redundant description.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an image decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the video decoding apparatus 800 which receives and stores a bitstream of an image through a wired or wireless communication network or a cable, may reproduce the current block of the image in order to reproduce the image according to a user's selection or an algorithm of another program being executed. Prediction is performed using one or more neighboring blocks in the vicinity, and the image is reconstructed by decoding.
  • the image decoding apparatus 800 decodes the bitstream and extracts a residual signal representing information about pixel values of the current block of the image (S910).
  • the image decoding apparatus 800 inversely quantizes the extracted residual signal (S920), inversely converts the inverse quantized residual signal into the time domain (S930), and indicates that the residual signal inversely transformed into the time domain is represented.
  • the current block is predicted by calculating a predicted pixel value of each pixel of the current block by weighting one or more pixel values of the one or more neighboring blocks around the current block (S940), and the residual of the current block inversely transformed in step S930.
  • the original pixel value of the current block is restored by adding the signal and the predicted pixel value of each pixel of the current block predicted in step S940 (S950).
  • FIG. 10 is an exemplary diagram for describing a process of predicting a current block using weights according to distances according to an embodiment of the present invention.
  • intra prediction is performed by using a plurality of intra prediction modes.
  • the DC mode among the plurality of intra prediction modes pixels of a neighboring block (e.g., pixels of a left block) that are already encoded are used.
  • FIG. 10 illustrates pixels used in intra 4x4 mode prediction of H.264, which is one of video compression technology standards.
  • the 16 pixels of lowercase letters a to p are the pixels of the current block to be coded, and the 13 pixels of uppercase letters A to M are the pixels (ie, adjacent pixels) of the previously compressed peripheral block.
  • the predicted pixel value of a pixel which is the pixel of the first column in the first row, is calculated as in Equation 1, and not only a pixel but also the remaining b to p pixels are calculated as a pixel. That is, the pixels in the current block are all predicted to have the same pixel value regardless of the position of the pixel.
  • all of the actual pixels of the current block to be encoded may have the same pixel value, but may have different pixel values according to the position of the pixel.
  • the pixel value of the adjacent pixel It is more likely to be similar to, and the closer the position of the pixel of the current block is to the adjacent pixel, the less likely it is to be similar to the pixel value of the adjacent pixel. That is, the pixel value of the pixel of the current block is more likely to be similar to the pixel value of the adjacent pixel as the pixel position is closer to the position of the adjacent pixel.
  • the pixel value prediction method of the current block using the conventional DC mode as described above predicts all pixels to have an average value of the pixel values of the adjacent pixels by ignoring the relationship between the position of the pixel of the current block and the position of the adjacent pixel. do.
  • the pixel value of the pixel of the current block may be predicted by reflecting the relationship between the position of the pixel of the current block and the position of the adjacent pixel.
  • the left block is adjacent to 16 pixels ranging from a to p.
  • the pixel value is calculated by adding weights to the pixels I, J, K, L and adjacent pixels A, B, C, D of the upper block.
  • the weight may be added in inverse proportion to the distance calculated by calculating a distance between the position of the pixel of the current block to be predicted and the position of the adjacent pixel of the neighboring block. That is, the pixel value of each pixel of the current block is predicted using the pixel value of the adjacent pixel of the neighboring block (particularly, the pixel value of the adjacent pixel of the left block and the pixel value of the adjacent pixel of the upper block). If the distance between the position of and the position of the adjacent pixel of the adjacent block is short, it is determined that the similarity between the current pixel and the adjacent pixel is large, and the weight value is added to the pixel value of the adjacent pixel of the neighboring block. If the distance between the positions of the adjacent pixels in the neighboring block is far, it is determined that the similarity between the current pixel and the neighboring pixel is small, and the weight is added to the pixel value of the neighboring pixel of the neighboring block.
  • the pixel values of one or more neighboring pixels included in one or more neighboring blocks are weighted and averaged according to the distance between each pixel of the current block and one or more neighboring pixels. Predict the pixel value of.
  • Equation 2 an expression for predicting a pixel value using a weighted average according to distance is expressed.
  • x is each pixel of the current block (a pixel to p pixel in FIG. 10)
  • P1 to Pn are adjacent pixels of the neighboring block (A pixel to L pixel in FIG. 10), respectively.
  • fn-1 and fn are weights according to the distance between each pixel x of the current block and adjacent pixels P1 to Pn of the neighboring block, respectively.
  • N f1 + f2 +... + fn-1 + fn.
  • Equation 2 When the pixels a to p of the current block shown in FIG. 10 are predicted by using Equation 2, Equation 2 may be expressed as Equation 3 below.
  • the neighboring block in order to predict the pixel value of each pixel, the neighboring block is limited to the left block of the current block and the upper block of the current block, and adjacent pixels in the neighboring block also belong to the row and column to which the current pixel belongs.
  • Each pixel of the current block is predicted using only adjacent pixels.
  • the present invention is not limited to this limitation, and the current pixel may be predicted using some or all adjacent pixels included in the neighboring block of the current block.
  • the pixel value of the g pixel may be determined by the adjacent pixel C of the upper block and the adjacent pixel J of the left block, where the position of the g pixel is two pixels different from the position of the C pixel. It is separated by a distance (base distance X 2) and a distance of three pixels (base distance X 3) from the position of the J pixel. Therefore, the weight for calculating the pixel value of the g pixel is given '2' for the C pixel, '3' for the J pixel, and assuming that the distance between all pixel positions is '1'.
  • one pixel of each of the left block and the upper block of the current block is used to calculate the predicted pixel value of the current block.
  • a prediction value of one pixel included in the current block may be obtained by using all or part of 16 pixel values of a to p of the left block and the upper block of the current block.
  • the prediction value of one pixel included in the current block may be obtained using all or part of one or more pixel values included in not only the left and top blocks of the current block but also all or some of the neighboring blocks.
  • the image decoding apparatus 800 is similarly performed by the intra predictors 310 and 850.
  • the intra 16 ⁇ mode may be either intra 4 ⁇ 4 mode prediction.
  • the predicted current block can be more similar to the original current block, thereby obtaining the optimal predicted pixel value.
  • compression efficiency can be improved without reducing the performance of intra prediction, and the amount of data to be transmitted can be reduced.
  • the image encoding apparatus 300 and the image decoding apparatus 800 are respectively implemented as independent apparatuses, but the image encoding apparatus 300 and the image decoding apparatus 800 may be implemented in one apparatus.
  • the components of the image encoding apparatus 300 and the image decoding apparatus 800 that is, the encoder 350 and the decoder 810, the quantizer 340, the inverse quantizer 820, and the converter 330
  • the inverse transform unit 830, the subtractor 320, the adder 840, and the intra predictor 310 and 850 each include a memory for storing a program and a microprocessor for executing a program.
  • the hardware may be implemented as independent hardware, but may be implemented as a program module that performs each function in hardware, such as the image encoding apparatus 300 and the image decoding apparatus 800.
  • each component that performs a function corresponding to each other that is, the encoder 350 and the decoder 810,
  • the quantizer 340, the inverse quantizer 820, the transformer 330, the inverse transformer 830, the subtractor 320, the adder 840, and the intra predictor 310, 850 are one program. It can be implemented as a module.
  • the present invention provides an intra prediction method and apparatus for minimizing a difference between an actual current block and a predicted current block in predicting, encoding, and decoding a current block of an image from neighboring blocks, and encoding of an image using the same.
  • Applied to the field of decoding / decoding method it is possible to predict the current block to be encoded more accurately, thereby reducing the difference between the actual block and the predicted block, thereby improving the efficiency of encoding and thereby improving the compression efficiency. Is a very useful invention.

Abstract

본 발명은 인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 인트라 예측 장치에 있어서, 주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소의 화소값을 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소와의 거리에 따라 가중 평균하여 현재 블록의 각 화소의 화소값을 예측하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 부호화하고자 하는 현재 블록을 더욱 정확하게 예측함으로써, 실제 블록과 예측된 블록 간의 차이를 줄여 부호화의 효율을 높일 수 있으며, 그를 통해 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 19.10.2009]　인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치
본 발명은 인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 영상의 현재 블록을 주변 블록으로부터 예측하고 부호화하고 복호화하는 데 있어서, 실제의 현재 블록과 예측된 현재 블록 간의 차이를 최소화하는 인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상의 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
MPEG(Moving Picture Experts Group)과 VCEG(Video Coding Experts Group)은 기존의 MPEG-4 Part 2와 H.263 표준안보다 우수하고 뛰어난 비디오 압축 기술을 개발하였다. 이 새로운 표준안은 H.264/AVC(Advanced video Coding)이라 하며, MPEG-4 Part 10 AVC와 ITU-T Recommendation H.264로 공동으로 발표되었다. 이러한 H.264/AVC(이하 'H.264'라 약칭함)에서는 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Part2 Visual 등 기존의 동영상 부호화와 관련된 국제 표준과는 다른 방법인 공간 예측 부호화(Spatial Predictive Coding) 방법을 사용한다.
기존의 동영상 부호화 방법에서는 이산 코사인 변환 영역(DCT Domain: Discrete Cosine Transform Domain)에서 변환된 계수(Coefficient)값에 대한 "인트라 예측(Intra Prediction)"을 사용함으로써 부호화 효율 증대를 추구하며, 그로 인해 저역 전송 비트율 대의 주관적 화질을 열화시키는 결과를 초래하였다. 하지만, H.264에서는 변환 영역(Transform Domain)이 아닌 공간 영역(Spatial Domain)에서의 공간적 인트라 예측(Spatial Intra Prediction)을 기반으로 하는 부호화 방법을 채택하고 있다.
기존의 공간적 인트라 예측을 기반으로 하는 부호화 방법을 사용하는 부호화기(Encoder)는 이미 부호화가 완료되어 재생된 이전 블록의 정보로부터 현재 부호화하고자 하는 블록 정보를 예측하고 부호화하고자 하는 실제 블록 정보의 차이(Difference) 정보만을 부호화해서 복호화기(Decoder)로 전송한다. 이때, 블록 정보를 예측하는 데 필요한 파라미터를 복호화기로 전송하거나, 부호화기와 복호화기를 동기화시켜 예측에 필요한 파라미터를 공유하도록 함으로써 복호화기가 블록 정보를 예측하도록 할 수도 있다. 복호화기는 이미 복호화가 완료되어 재생된 주변 블록의 정보를 예측하고, 부호화기로부터 전송된 오차 정보와 예측된 주변 블록의 정보의 합을 구하여 원하는 현재 복호화하고자 하는 블록의 정보를 생성하여 재생한다. 이때도 역시 부호화기로부터 예측에 필요한 파라미터가 전송되었다면, 복호화기는 해당 파라미터를 이용하여 주변 블록의 정보를 예측하는데 이용한다.
한편, 인트라 예측에는 인트라 4×4 예측, 인트라 16×16 예측 및 인트라 8×8 예측 등이 있는데, 각 인트라 예측에는 복수 개의 예측 모드를 포함하고 있다.
도 1은 통상적인 9 가지의 4×4 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 인트라 4×4 예측에는, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 대각선 왼쪽(Diagonal down-left) 모드, 대각선 오른쪽(Diagonal down-right), 수직 오른쪽(Vertical-right) 모드, 수평 아래쪽(Horizontal-down) 모드, 수직 왼쪽(Vertical-left) 및 수평 위쪽(Horizontal-up) 모드를 포함하는 9 가지의 예측 모드가 있다.
도 2는 통상적인 4 가지 16×16 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도이다.
도 2를 참조하면, 인트라 16×16 예측에는, 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC 모드 및 플래인(Plane) 모드를 포함하는 4 가지의 예측 모드가 있다. 인트라 8×8 예측도 인트라 16×16 예측과 유사하게 4 가지의 예측 모드가 있다.
예측 모드로서 DC 모드를 활용하는 인트라 예측(이하에서는 'DC 모드 예측'이라 약칭함)에서는 블록 단위의 평균값으로 예측이 된다. 여기서, 평균값이란 부호화하고자 하는 현재 블록의 좌측 블록의 4 화소(인트라 4×4 예측인 경우) 또는 16 화소(인트라 16×16 예측인 경우)와 상단 블록의 4 화소(인트라 4×4 예측인 경우) 또는 16 화소(인트라 16×16 예측인 경우)에 대한 총 8 화소(인트라 4×4 예측인 경우) 또는 32 화소(인트라 16×16 예측인 경우)의 평균값을 말한다. 따라서, DC 모드를 예측 모드로서 활용하여 인트라 예측을 하는 경우, 현재 블록의 주변 블록의 평균값을 구해 부호화하고자 하는 현재 블록의 4×4 화소 또는 16×16 화소 모두를 예측한다.
따라서, 인트라 4×4 예측, 인트라 16×16 예측 등의 종류에 관계없이, DC 모드 예측을 위한 예측값(Prediction Value 또는 Predictor)은 현재 블록의 16 화소(인트라 4×4 예측인 경우) 또는 256 화소(인트라 16×16 예측인 경우)에 대하여 모두 같은 값을 갖는다. 이는 현재 블록에 대한 예측의 정확성을 저하시켜 부호화 효율 또는 압축 효율을 저하하는 문제점을 발생시킨다.
또한, 예측의 정확성이 떨어진다면 실제 블록과 예측된 블록 간의 차분 값은 커지게 되는데, 전술한 바와 같은 DC 모드 예측은 오차 정보를 증가시켜 부호화 효율을 저하하는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 영상의 현재 블록을 예측하는 인트라 예측을 수행하는 데 있어서 실제 블록과 예측된 블록 간의 차이를 줄일 수 있도록 하여 영상의 압축 효율을 향상시키는 데 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 인트라 예측 장치에 있어서, 주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소 각각의 화소값에 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하되, 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리를 계산하여 거리에 따라 가중치를 다르게 부가하는 가중 화소값 계산부; 및 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산하는 예측 화소값 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 인트라 예측 방법에 있어서, 영상에서 주변 블록에 포함되되 현재 블록과 인접하는 하나 이상의 인접 화소를 선택하는 인접 화소 선택 단계; 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리를 계산하는 거리 계산 단계; 가중치를 거리에 따라 다르게 설정하여 하나 이상의 인접 화소 각각의 화소값에 부가하여 가중 화소값을 계산하는 가중 화소값 계산 단계; 및 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산하는 예측 화소값 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 부호화하는 장치에 있어서, 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하고, 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측하는 인트라 예측부; 현재 블록의 각 화소의 원 화소값과 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값의 차이값을 계산하여 잔차신호를 생성하는 감산부; 잔차신호를 주파수 영역으로 변환하는 변환부; 변환된 잔차신호를 양자화하는 양자화부; 및 양자화된 잔차신호를 비트스트림으로 부호화하는 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 부호화하는 방법에 있어서, 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하는 가중 화소값 계산 단계; 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측하는 인트라 예측 단계; 현재 블록의 각 화소의 원 화소값과 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값의 차이값을 계산하여 잔차신호를 생성하는 잔차 신호 생성 단계; 잔차신호를 주파수 영역으로 변환하는 변환 단계; 변환된 잔차신호를 양자화하는 양자화 단계; 및 양자화된 잔차신호를 비트스트림으로 부호화하는 부호화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 복호화하는 장치에 있어서, 비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하는 복호화부; 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화부; 역 양자화된 잔차신호를 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환부; 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하고, 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측하는 인트라 예측부; 및 역 변환된 잔차신호와 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 더한 값을 계산하여 현재 블록의 원 화소값을 복원하는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 영상을 복호화하는 방법에 있어서, 비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하는 잔차신호 추출 단계; 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화 단계; 역 양자화된 잔차신호를 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환 단계; 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하는 가중 화소값 계산 단계; 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측하는 인트라 예측 단계; 및 역 변환된 잔차신호와 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 더한 값을 계산하여 현재 블록의 원 화소값을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 인트라 예측 장치에 있어서, 주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소의 화소값을 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소와의 거리에 따라 가중 평균하여 현재 블록의 각 화소의 화소값을 예측하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부호화하고자 하는 현재 블록을 더욱 정확하게 예측함으로써, 실제 블록과 예측된 블록 간의 차이를 줄여 부호화의 효율을 높일 수 있으며, 그를 통해 압축 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 9 가지의 4×4 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도,
도 2는 통상적인 4 가지 16×16 인트라 예측 모드를 나타내는 예시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 현재 블록의 각 화소에 대한 인접 화소의 가중 화소값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 거리에 따른 가중치를 이용하여 현재 블록을 예측하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(300)는 영상의 현재 블록을 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록을 이용하여 예측하고 영상을 부호화하는 장치로서, 도시한 바와 같이, 인트라 예측부(310), 감산부(320), 변환부(330), 양자화부(340) 및 부호화부(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 영상 부호화 장치(300)는 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 플레이스테이션 포터블(PSP: PlayStation Portable), 이동통신 단말기(Mobile Communication Terminal) 등일 수 있으며, 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 부호화하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미한다.
인트라 예측부(310)는 현재 블록을 영상 내에서 현재 블록의 주변 블록을 이용하여 예측하는데, 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 화소값(Pixel Value)에 가중치(Weight Value)를 부가하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값(Predicted Pixel Value)을 계산함으로써 현재 블록을 예측한다. 여기서, 주변 블록은 전술한 바와 같이, 현재 블록 이전에 압축되고 현재 블록의 주변에 위치한 하나 이상의 주변 블록일 수 있는데, 특히 현재 블록의 좌측 블록 및 현재 블록의 상단 블록 중 하나 이상일 수 있다.
또한, 인트라 예측부(310)는 부호화하고자 하는 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값의 평균값을 현재 블록의 화소값으로 예측하는 인트라 예측 모드인 DC(Direct Current) 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행할 때에만 전술한 바와 같이 가중치를 부여하여 현재 블록을 예측할 수 있다. 또한, 가중치는 현재 블록의 각 화소의 위치와 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소 각각의 위치 간의 거리에 따라 다르게 부가될 수 있다.
즉, 인트라 예측부(310)는 현재 블록의 주변 블록에 포함된 화소들 중 현재 블록과 인접한 화소들의 화소값을 평균하여 현재 블록의 각 화소를 예측하는 인트라 예측 모드인 DC 모드를 이용하여 현재 블록을 예측할 때에는, 인접 화소들의 화소값을 단순히 평균하여 그 평균값을 현재 블록의 모든 화소의 화소값으로 예측하는 것이 아니라, 현재 블록의 각 화소와 인접 화소들 간의 거리에 따라 가중치를 다르게 설정하여 인접 화소들의 화소값에 부가함으로써 인접 화소들의 가중 화소값(Weighted Pixel Value)을 계산하고 가중 화소값을 평균하여 현재 블록의 모든 화소의 화소값을 예측한다. 여기서, "인접 화소"란, 주변 블록에 포함되되 현재 블록과 인접해 있는 화소일 수 있지만, 주변 블록에 포함되되 현재 블록과 인접하지 않은 화소도 될 수 있다. 인트라 예측부(310)에 대해서는 후술하는 과정에서 도 4를 통해 상세히 설명한다.
감산부(320)는 현재 블록의 각 화소의 원 화소값(Original Pixel Value)과 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값(Predicted Pixel Value)의 차이값을 계산하여 잔차신호(Residual Signal)를 생성한다.
변환부(330)는 감산부(320)에 의해 생성된 잔차신호를 주파수 영역으로 변환한다. 여기서, 변환부(330)는 이산 코사인 변환(DCT: Discrete Cosine Transform, 이하 'DCT 변환'이라 칭함) 또는 웨이블릿 변환(Wavelet Transform) 등의 시간축의 화상 신호를 주파수축으로 변환하는 다양한 변환 기법을 이용하여 잔차신호를 주파수 영역으로 변환할 수 있다.
양자화부(340)는 변환부에 의해 주파수 영역으로 변환된 잔차신호를 양자화(Quantization)한다. 부호화부(350)는 양자화부(340)에 의해 양자화된 잔차신호를 비트스트림으로 부호화한다. 이러한 부호화 기술로서는 엔트로피 부호화(Entropy Encoding) 기술이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정하지 않고 다른 다양한 부호화 기술이 사용될 수도 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 장치(400)는 도 3을 통해 전술한 영상 부호화 장치에서는 인트라 예측부(310)로 구현될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 장치를 '인트라 예측부(310)'라 약칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측부(310)는 영상의 현재 블록을 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록을 이용하여 예측하는 인트라 예측 장치로서, 하나 이상의 주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소의 화소값을 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소와의 거리에 따라 가중 평균하여 현재 블록의 각 화소의 화소값을 예측한다.
또한, 인트라 예측부(310)는 가중 화소값 계산부(410) 및 예측 화소값 계산부(420)를 포함하여 구성될 수 있으며, 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 화소값(Pixel Value)에 가중치(Weight Value)를 부가하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측한다.
가중 화소값 계산부(410)는 부호화하고자 하는 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록에 포함되는(특히, 현재 블록과 인접하는) 하나 이상의 인접 화소 각각의 화소값에 가중치를 부가하여 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 계산한다.
여기서, 가중 화소값 계산부(410)는 현재 블록의 각 화소의 위치와 하나 이상의 인접 화소 각각의 위치 간의 거리를 계산하여 거리에 따라 가중치를 다르게 부가할 수 있으며, 이와 같이 거리에 따라 다르게 부가되는 가중치에 따라 인접 화소의 가중 화소값을 계산할 수 있다. 또한, 가중 화소값 계산부(410)는 전술한 가중치를 인접 화소의 화소값에 부가하는 데 있어서, 계산된 거리에 반비례하도록 부가할 수 있다.
즉, 가중 화소값 계산부(410)는 현재 블록의 현재 화소와 주변 블록의 인접 화소와의 거리가 가까우면 현재 화소와 인접 화소 간의 유사성이 높을 수 있으므로 큰 가중치를 인접 화소의 화소값에 부가하며, 현재 블록의 현재 화소와 주변 블록의 인접 화소와의 거리가 멀면 현재 화소와 인접 화소 간의 유사성이 낮을 수 있으므로 작은 가중치를 인접 화소의 화소값에 부가할 수 있다. 이와 같이, 인접 화소의 화소값에 현재 화소와 인접 화소와의 거리에 반비례하는 가중치를 부가함으로써 예측 모드로서 DC 모드를 활용하는 인트라 예측(이하 'DC 모드 예측'이라 약칭함)에서 화소 간의 유사성을 반영하여 현재 블록과 예측 블록 간의 차이를 더욱 줄일 수 있다.
예측 화소값 계산부(420)는 가중 화소값 계산부(410)에 의해 계산된 하나 이상의 인접 화소에 대한 가중 화소값을 이용하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산한다. 여기서, 예측 화소값 계산부(420)는 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
영상 부호화 장치(300)는 영상을 부호화할 때, 부호화된 데이터의 양을 줄여 부호화 효율을 높이기 위해 부호화하고자 하는 현재 블록의 원 화소값과 이전에 부호화된 주변 블록에 의해 예측된 현재 블록의 예측 화소값의 차이(즉, 잔차 신호)를 부호화한다.
이를 위해, 인트라 예측부(310)는 전술한 바와 같이, 영상의 현재 블록을 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록을 이용하여 예측하는데, 부호화할 대상인 현재 블록의 각 화소에 대해 인접 화소의 가중 화소값을 계산한다(S510). 즉, 인트라 예측부(310)는 하나 이상의 주변 블록에 포함되는(특히, 현재 블록과 인접하는) 하나 이상의 인접 화소 각각의 화소값에 가중치를 부가하여 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 계산한다.
또한, 인접 화소의 가중 화소값이 계산되면, 인트라 예측부(310)는 인접 화소의 가중 화소값을 이용하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산한다(S520). 여기서, 인트라 예측부(310)는 현재 블록의 각 화소에 대해 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산할 수 있다.
한편, 인트라 예측부(310)는 단계 S510에서, 현재 블록의 각 화소에 대한 인접 화소의 가중 화소값을 계산할 때, 각 화소의 위치와 인접 화소의 위치와의 거리에 따라 가중치를 다르게 부가할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 현재 블록의 각 화소에 대한 인접 화소의 가중 화소값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
인트라 예측부(310)는 영상에서 부호화하고자 하는 블록 즉, 현재 블록이 정해지면, 영상 중에서 주변 블록에 포함되는 화소들 중에서 현재 블록과 인접하는 하나 이상의 인접 화소를 선택한다(S610). 여기서, 선택되는 인접 화소는 현재 블록의 좌측 블록의 모든 인접 화소 중 하나 또는 그 이상의 화소들이거나 현재 블록의 상단 블록의 모든 인접 화소 중 하나 또는 그 이상의 화소들일 수 있으며, 좌측 블록과 상단 블록의 모든 인접 화소들일 수도 있지만, 반드시 이에 한정하지 않고 현재 블록의 주변 블록(우측블록과 하단 블록을 포함할 수 있음)에 있는 모든 화소들일 수 있다.
하나 이상의 인접 화소를 선택한 인트라 예측부(310)는 현재 블록의 각 화소의 위치와 하나 이상의 인접 화소 각각의 위치 간의 거리를 계산한다(S620). 이와 같이, 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소 각각과의 거리가 계산되면, 인트라 예측부(310)는 가중치를 단계 S620에서 계산된 거리에 따라 다르게 설정하여 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 부가하고 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 계산한다(S630).
즉, 인트라 예측부(310)는 단계 S610에서와 같이, 주변 블록의 인접 화소들이 선택되면, 현재 블록의 모든 화소 중에 특정 화소를 선택하여 선택된 하나 이상의 인접 화소 각각과의 거리를 계산한다. 인트라 예측부(310)는 이와 같이 계산된 특정 화소에 대한 인접 화소 각각과의 거리에 따라 가중치를 다르게 설정하여 각 인접 화소의 화소값에 부가하는데, 거리가 멀면 작은 가중치를 부가하고 거리가 가까우면 큰 가중치를 부가하여 특정 화소와 인접 화소 간의 유사성을 고려한다. 이와 같이, 거리에 따라 다르게 부가된 가중치를 반영하여 인접 화소의 가중 화소값을 계산한다. 인트라 예측부(310)는 전술한 바와 같은 현재 블록의 특정 화소에 대해 인접 화소의 가중 화소값을 계산하는 작업을 모든 화소에 대해 수행한다.
현재 블록의 모든 화소에 대해 각 화소의 위치와 인접 화소의 위치와의 거리에 따라 다른 가중치를 인접 화소의 화소값에 부가하여 가중 화소값을 계산한 후, 인트라 예측부(310)는 현재 블록의 특정 화소에 대해 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 특정 화소에 대한 예측 화소값을 계산하며, 이와 같은 과정을 현재 블록의 모든 화소에 대해 수행하여 현재 블록의 모든 화소에 대한 예측 화소값을 계산한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 통해 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(300)는 도 4 내지 도 6을 통해 전술한 인트라 예측 장치 즉, 인트라 예측부(310)와 인트라 예측 방법을 이용하여 영상의 현재 블록을 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록을 이용하여 예측하고 영상을 부호화한다.
즉, 영상 부호화 장치(300)는 하나 이상의 주변 블록의 인접 화소의 하나 이상의 화소값에 가중치를 부가하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측하고(S710), 현재 블록의 각 화소의 원 화소값과 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값의 차이값을 계산하여 잔차신호를 생성하며(S720), 생성된 잔차신호를 DCT 변환 또는 웨이블릿 변환 등을 이용하여 주파수 영역으로 변환한 후(S730), 주파수 영역으로 변환된 잔차신호를 양자화하여(S740), 양자화된 잔차신호를 비트스트림으로 부호화한다(S740).
전술한 바와 같이, 영상 부호화 장치(300)에 의해 비트스트림으로 부호화된 영상은 실시간 또는 비실시간으로 인터넷, 근거리 무선 통신망, 무선랜망, 와이브로망, 이동통신망 등의 유무선 통신망 등을 통하거나 케이블, 범용 직렬 버스(USB: Universal Serial Bus) 등의 통신 인터페이스를 통해 영상 복호화 장치로 전송되어 영상 복호화 장치에서 복호화되어 영상으로 복원되고 재생될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 전자적인 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(800)는 영상의 현재 블록을 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록을 이용하여 예측하고 영상을 복호화(Decoding)하는 장치로서, 복호화부(810), 역 양자화부(820), 역 변환부(830), 가산부(840) 및 인트라 예측부(850)를 포함하여 구성된다.
이러한 영상 복호화 장치(800)는 도 3을 통해 전술한 영상 부호화 장치(300)와 같이, 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 플레이스테이션 포터블(PSP: PlayStation Portable), 이동통신 단말기(Mobile Communication Terminal) 등일 수 있으며, 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 복호화하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미한다.
복호화부(810)는 비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출한다. 즉, 복호화부(810)는 영상 부호화 장치(300)에 의해 부호화된 영상인 비트스트림을 복호화하여 영상의 현재 블록에 대한 화소 정보를 포함하고 있는 잔차신호를 추출한다.
역 양자화부(820)는 복호화부(810)에 의해 비트스트림으로부터 추출된 잔차신호를 역 양자화(De-quantization)한다. 역 변환부(830)는 역 양자화부(820)에 의해 역 양자화된 잔차신호를 시간 영역으로 역 변환(Inverse Trasformation)한다.
가산부(830)는 역 변환부(820)에 의해 역 변환된 잔차신호와 인트라 예측부(850)에 의해 예측된 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 더하여 현재 블록의 원 화소값을 복원한다.
인트라 예측부(850)는 이전에 복호화되어 복원된 영상의 여러 블록 중에 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 가중치를 부가하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측한다.
여기서, 가중치는 현재 블록의 각 화소의 위치와 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소 각각의 위치 간의 거리에 따라 다르게 부가될 수 있다. 또한, 인트라 예측부(850)는 DC 모드 예측을 수행할 때에만 전술한 바와 같이 가중치를 부여하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산할 수 있다.
이뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치(800)의 인트라 예측부(800)는 도 3을 통해 전술한 영상 부호화 장치(300)의 인트라 예측부(310)와 동일 또는 유사하게 주변 블록을 이용하여 현재 블록을 예측할 수 있다. 따라서, 중복 설명을 피하기 위해 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
유무선 통신망 또는 케이블 등을 통해 영상에 대한 비트스트림을 수신하여 저장한 영상 복호화 장치(800)는 사용자의 선택 또는 실행 중인 다른 프로그램의 알고리즘에 따라 영상을 재생하기 위해, 영상의 현재 블록을 현재 블록의 주변에 있는 하나 이상의 주변 블록을 이용하여 예측하고 영상을 복호화하여 복원한다.
이를 위해, 영상 복호화 장치(800)는 비트스트림을 복호화하여 영상의 현재 블록의 화소값에 대한 정보를 나타내는 잔차 신호를 추출한다(S910). 잔차 신호가 추출되면 영상 복호화 장치(800)는 추출된 잔차신호를 역 양자화하고(S920), 역 양자화된 잔차신호를 시간 영역으로 역 변환하며(S930), 시간 영역으로 역 변환된 잔차신호가 나타내는 현재 블록 주위에 있는 하나 이상의 주변 블록의 하나 이상의 화소값에 가중치를 부가하여 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 현재 블록을 예측하고(S940), 단계 S930에서 역 변환된 현재 블록의 잔차신호와 단계 S940에서 예측된 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 더하여 현재 블록의 원 화소값을 복원한다(S950).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 거리에 따른 가중치를 이용하여 현재 블록을 예측하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
통상적으로 인트라 예측을 수행할 때에는 "복수 개의 인트라 예측 모드"를 이용하여 인트라 예측을 수행하는데, "복수 개의 인트라 예측 모드" 중 DC 모드에서는 이미 부호화된 주변 블록의 화소(특히, 좌측 블록의 화소와 상단 블록의 화소일 수 있음)들의 평균값을 이용하여 현재 블록의 모든 화소의 화소값을 예측하고 그를 통해 현재 블록을 예측한다.
도 10에서는 비디오 압축 기술의 표준 중 하나인 H.264의 인트라 4×4 모드 예측에서 사용되는 화소들을 나타내었다. 소문자 a 내지 p까지의 16 개의 화소들은 부호화할 현재 블록의 화소들이고, 대문자 A 내지 M까지의 13 개의 화소들은 이전에 압축된 주변 블록의 화소들(즉, 인접 화소들)이다.
도 1을 통해 전술한 통상적인 인트라 4×4 모드 예측을 위한 9 개의 인트라 예측 모드를 이용하여 도 10에 도시한 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하면, 이미 압축된 주변 블록의 인접 화소 A 내지 M의 화소값을 이용하여 9 개 방향으로 예측하고, 율-왜곡 최적화 방식(RDO: Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 9 개의 인트라 예측 모드 중에서 최적 예측 모드를 결정한다.
도 1에 도시된 2 번의 인트라 예측 모드인 DC 모드를 이용하여 도 10에 도시한 현재 블록의 화소들의 화소값을 예측할 때, 통상적인 예측 방법의 경우에는 a 내지 p에 이르는 16 개의 화소가 모두 같은 값으로 예측된다. 예를 들어, 첫 번째 행에서 첫 번째 열의 화소인 a 화소의 예측 화소값은 수학식 1과 같이 계산되며, a 화소뿐만 아니라 나머지 b 화소 내지 p 화소도 a 화소와 같이 계산된다. 즉, 현재 블록 내의 화소는 화소의 위치에 관계없이 모두 같은 화소값을 같도록 예측된다.
수학식 1
Figure PCTKR2009003237-appb-M000001
이와 같이 통상적인 DC 모드를 이용한 현재 블록의 화소값 예측 방법은 현재 블록 내의 화소의 위치가 인접 화소들(A 내지 L)의 위치와 관계없이 모두 같은 화소값으로 예측되기 때문에, 현재 블록 내에서 화소의 위치에 따른 정확한 화소값의 예측이 불가능하다.
즉, 부호화하고자 하는 현재 블록의 실제의 화소는 모두 같은 화소값을 가질 수도 있지만 화소의 위치에 따라 다른 화소값을 가질 수 있으며, 현재 블록의 화소의 위치가 인접 화소와 가까울수록 인접 화소의 화소값과 유사할 가능성이 크고 현재 블록의 화소의 위치가 인접 화소와 멀수록 인접 화소의 화소값과 유사할 가능성이 작다. 즉, 현재 블록의 화소의 화소값은 화소의 위치가 인접 화소의 위치와 가까울수록 인접 화소의 화소값과 유사할 가능성이 크다. 하지만, 전술한 바와 같은 통상적인 DC 모드를 이용한 현재 블록의 화소값 예측 방법은 이러한 현재 블록의 화소의 위치와 인접 화소의 위치 간의 관계를 무시하여 모든 화소가 인접 화소의 화소값의 평균값을 갖도록 예측된다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 현재 블록의 화소의 위치와 인접 화소의 위치 간의 관계를 반영하여 현재 블록의 화소의 화소값을 예측할 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같은 인트라 4×4 모드 예측에서 사용되는 화소들의 화소값을 본 발명의 일 실시예에 따라 예측하면, a 내지 p에 이르는 16 개의 화소에 대한 좌측 블록의 인접 화소(I, J, K, L)와 상단 블록의 인접 화소(A, B, C, D)에 가중치를 부가하여 화소값을 계산한다.
여기서, 가중치는 예측하고자 하는 현재 블록의 화소의 위치와 주변 블록의 인접 화소 위치 사이의 거리(Distance)를 계산하여 계산된 거리에 반비례하도록 부가될 수 있다. 즉, 현재 블록의 각 화소의 화소값은 주변 블록의 인접 화소의 화소값(특히, 좌측 블록의 인접 화소의 화소값과 상단 블록의 인접 화소의 화소값)을 이용해서 예측되는데, 현재 블록의 화소의 위치와 인접 블록의 인접 화소의 위치 사이의 거리가 짧다면 현재 화소와 인접 화소 사이의 유사성이 클 것이라 판단하여 주변 블록의 인접 화소의 화소값에 가중치를 크게 부가하고, 현재 블록의 화소 위치와 주변 블록의 인접 화소의 위치 사이의 거리가 멀다면 현재 화소와 인접 화소 사이의 유사성이 작을 것이라 판단하여 인접 블록의 인접 화소의 화소값에 가중치를 작게 부가한다.
본 발명의 일 실시예에서는 전술한 바와 같이, 하나 이상의 주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소의 화소값을 현재 블록의 각 화소와 하나 이상의 인접 화소와의 거리에 따라 가중 평균하여 현재 블록의 각 화소의 화소값을 예측한다. 수학식 2에서는 이와 같이 거리에 따른 가중 평균을 이용하여 화소값을 예측하기 위한 식을 표현하였다.
수학식 2
Figure PCTKR2009003237-appb-M000002
여기서, x는 현재 블록의 각 화소이고(도 10에서는 a 화소 내지 p 화소), P1 내지 Pn은 각각 주변 블록의 인접 화소이며(도 10에서는 A 화소 내지 L 화소), f1, f2, … fn-1, fn은 각각 현재 블록의 각 화소 x와 주변 블록의 인접 화소 P1 내지 Pn 과의 거리에 따른 가중치이다. 또한, N = f1 + f2 + … + fn-1 + fn이다.
이와 같은 수학식 2를 이용하여 도 10에 도시한 현재 블록의 각 화소 a 내지 p를 예측하면 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해 각 화소의 화소값을 예측하는 데 있어서, 주변 블록을 현재 블록의 좌측 블록과 현재 블록의 상단 블록으로 한정하였고, 주변 블록 내에 있는 인접 화소도 현재 화소가 속한 행과 열에 속한 인접 화소만을 이용하여 현재 블록의 각 화소를 예측하는 것으로 한정하였다. 하지만, 본 발명은 이러한 한정에 제약되지 않으며, 현재 블록의 주변 블록에 포함된 일부 또는 전부의 인접 화소를 이용하여 현재 화소를 예측할 수도 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2009003237-appb-M000003
여기서, a 화소의 화소값에 대해 살펴보면, a 화소의 화소값은 상단 블록의 인접 화소 A와 좌측 블록의 인접 화소 I에 의해 결정될 수 있는데, a 화소의 위치와 A 화소의 위치 및 I 화소의 위치는 모두 같으며 하나의 화소의 거리(기본 거리)만큼 떨어져 있다. 따라서, a 화소는 A 화소와 I 화소와 기본 거리만큼 떨어져 있으므로 A 화소와 I 화소에 기본 가중치인 '1'을 부가하여 계산되며, 모든 화소의 위치 간의 거리를 '1'이라고 가정하면, a = (1 × A + 1 × I) / (1 + 1) = (A + I) / 2가 된다.
또한, g 화소의 화소값에 대해 살펴보면, g 화소의 화소값은 상단 블록의 인접 화소 C와 좌측 블록의 인접 화소 J에 의해 결정될 수 있는데, g 화소의 위치는 C 화소의 위치와는 두 개의 화소의 거리(기본 거리 X 2)만큼 떨어져 있고 J 화소의 위치와는 세 개의 화소의 거리(기본 거리 X 3)만큼 떨어져 있다. 따라서, g 화소의 화소값을 계산하기 위한 가중치는 C 화소의 경우에는 '2'가 주어지고 J 화소의 경우에는 '3'이 주어지며, 모든 화소의 위치 간의 거리를 '1'이라고 가정하면, g = (3 × C + 2 × J) / (3 + 2) = (3C + 2J) / 5가 된다.
이와 같이, 현재 블록의 화소와 주변 블록의 인접 화소와의 거리에 따른 가중치가 고려된 인접 블록의 인접 화소의 화소값을 이용하여 DC 모드 예측을 수행하는 경우, 통상적인 DC 모드 예측을 수행할 때 현재 블록의 예측 화소 값들이 모두 같은 화소값들을 갖는 것과는 달리, 현재 블록의 각 화소 위치에 따라 다른 예측 화소값으로 예측될 수 있다.
도 10을 통해 전술한 예에서는 현재 블록의 예측 화소값을 계산하기 위해 현재 블록의 좌측 블록과 상단 블록의 각 하나의 화소를 이용하였다. 그러나 본 발명은 이러한 예시에 반드시 한정되지 않고, 현재 블록의 좌측 블록과 상단 블록의 a내지 p까지의 16 개의 화소값 전부 또는 일부를 이용하여 현재 블록에 포함된 하나의 화소의 예측값을 얻을 수도 있으며, 현재 블록의 좌측 블록과 상단 블록뿐만 아니라 주변의 모든 블록 또는 일부 블록에 포함된 하나 이상의 화소값의 전부 또는 일부를 이용하여 현재 블록에 포함된 하나의 화소의 예측값을 얻을 수도 있다.
이와 같이 현재 블록의 화소의 위치와 주변 블록의 인접 화소의 위치 간의 거리에 따라 부가되는 가중치를 반영한 인접 화소의 화소값을 이용하여 현재 블록의 화소값을 예측하는 것은 영상 부호화 장치(300)뿐만 아니라 영상 복호화 장치(800)에서도 인트라 예측부(310, 850)에 의해 동일하게 수행된다.
이와 같이, 영상 부호화 장치(300)와 영상 복호화 장치(800)가 DC 모드 예측을 수행할 때, 현재 블록이 DC 모드로 인트라 예측이 수행되었다고 판단되는 경우에는 인트라 4×4 모드 예측이든 인트라 16×16 모드 예측이든 거리에 따른 가중치를 고려하여 현재 블록의 화소값을 예측함으로써, 예측된 현재 블록이 원래의 현재 블록과 더욱 유사해 지도록 하여 최적의 예측 화소값을 얻을 수 있으며, 그로 인해 원래의 현재 블록과 예측된 현재 블록 간의 차분값을 줄일 수 있어 인트라 예측의 성능을 저하하지 않으면서도 압축 효율을 향상시킬 수 있으며 전송할 데이터량을 줄일 수 있다.
이상에서는 영상 부호화 장치(300)와 영상 복호화 장치(800)가 각각 독립적인 장치로 구현되는 것으로 설명했지만, 영상 부호화 장치(300)와 영상 복호화 장치(800)는 하나의 장치 내에서 구현될 수도 있다. 영상 부호화 장치(300)와 영상 복호화 장치(800)의 각 구성 요소들 즉, 부호화부(350)와 복호화부(810), 양자화부(340)와 역 양자화부(820), 변환부(330)와 역 변환부(830), 감산부(320)와 가산부(840), 인트라 예측부(310, 850)는 각각이 프로그램을 저장하는 메모리와 프로그램을 실행하여 각 기능을 수행하는 마이크로프로세서를 포함하는 독립적인 하드웨어로 구현될 수도 있지만, 영상 부호화 장치(300) 및 영상 복호화 장치(800)라는 하드웨어 내에서 각 기능을 수행하는 프로그램 모듈로서 구현될 수도 있다.
또한, 영상 부호화 장치(300)와 영상 복호화 장치(800)가 하나의 장치 내에서 구현되는 경우에는, 서로 대응되는 기능을 수행하는 각 구성들 즉, 부호화부(350)와 복호화부(810), 양자화부(340)와 역 양자화부(820), 변환부(330)와 역 변환부(830), 감산부(320)와 가산부(840), 인트라 예측부(310, 850)은 하나의 프로그램 모듈로서 구현될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 영상의 현재 블록을 주변 블록으로부터 예측하고 부호화하고 복호화하는 데 있어서, 실제의 현재 블록과 예측된 현재 블록 간의 차이를 최소화하는 인트라 예측 방법 및 장치와 그를 이용한 영상의 부호화/복호화 방법 및 장치의 분야에 적용되어, 부호화하고자 하는 현재 블록을 더욱 정확하게 예측함으로써 실제 블록과 예측된 블록 간의 차이를 줄여 부호화의 효율을 높일 수 있으며 그를 통해 압축 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 발생하는 매우 유용한 발명이다.
본 특허출원은 2008. 06. 24.에 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2008-0059322 호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.(This non-provisional application claims priorities under 35 U.S.C § 119(a) on Patent Application No.10-2008-0059322 filed in Korea on June 24, 2008, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.) 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (15)

  1. 인트라 예측 장치에 있어서,
    주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소 각각의 화소값에 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하되, 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리를 계산하여 상기 거리에 따라 상기 가중치를 다르게 부가하는 가중 화소값 계산부; 및
    상기 현재 블록의 각 화소에 대해 상기 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산하는 예측 화소값 계산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주변 블록은,
    상기 현재 블록의 좌측 블록 및 상기 현재 블록의 상단 블록 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가중 화소값 계산부는,
    상기 가중치를 상기 거리에 반비례하도록 부가하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
  4. 인트라 예측 방법에 있어서,
    영상에서 주변 블록에 포함되되 현재 블록과 인접하는 하나 이상의 인접 화소를 선택하는 인접 화소 선택 단계;
    상기 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리를 계산하는 거리 계산 단계;
    상기 가중치를 상기 거리에 따라 다르게 설정하여 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 화소값에 부가하여 가중 화소값을 계산하는 가중 화소값 계산 단계; 및
    상기 현재 블록의 각 화소에 대해 상기 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균함으로써 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산하는 예측 화소값 계산 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 인접 화소 선택 단계는,
    상기 영상에서 상기 현재 블록의 좌측 블록 및 상기 현재 블록의 상단 블록 중 하나 이상을 상기 주변 블록으로 선택하는 주변 블록 선택 단계; 및
    상기 좌측 블록 및 상기 상단 블록 중 하나 이상에서 상기 현재 블록과 인접하는 하나 이상의 인접 화소를 선택하는 화소 선택 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 가중치는,
    상기 거리에 반비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 방법.
  7. 영상을 부호화하는 장치에 있어서,
    주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하고, 상기 현재 블록의 각 화소에 대해 상기 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 상기 현재 블록을 예측하는 인트라 예측부;
    상기 현재 블록의 각 화소의 원 화소값과 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값의 차이값을 계산하여 잔차신호를 생성하는 감산부;
    상기 잔차신호를 주파수 영역으로 변환하는 변환부;
    상기 변환된 잔차신호를 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 잔차신호를 비트스트림으로 부호화하는 부호화부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 인트라 예측부는,
    상기 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값의 평균값을 상기 현재 블록의 각 화소의 화소값으로 예측하는 인트라 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행할 때, 상기 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 인트라 예측 모드는,
    DC(Direct Current) 모드인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  10. 영상을 부호화하는 방법에 있어서,
    주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하는 가중 화소값 계산 단계;
    상기 현재 블록의 각 화소에 대해 상기 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 상기 현재 블록을 예측하는 인트라 예측 단계;
    상기 현재 블록의 각 화소의 원 화소값과 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값의 차이값을 계산하여 잔차신호를 생성하는 잔차 신호 생성 단계;
    상기 잔차신호를 주파수 영역으로 변환하는 변환 단계;
    상기 변환된 잔차신호를 양자화하는 양자화 단계; 및
    상기 양자화된 잔차신호를 비트스트림으로 부호화하는 부호화 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  11. 영상을 복호화하는 장치에 있어서,
    비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하는 복호화부;
    상기 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화부;
    상기 역 양자화된 잔차신호를 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환부;
    주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하고, 상기 현재 블록의 각 화소에 대해 상기 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 상기 현재 블록을 예측하는 인트라 예측부; 및
    상기 역 변환된 잔차신호와 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 더한 값을 계산하여 상기 현재 블록의 원 화소값을 복원하는 가산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 인트라 예측부는,
    상기 주변 블록의 하나 이상의 인접 화소들의 화소값의 평균값을 상기 현재 블록의 각 화소의 화소값으로 예측하는 인트라 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행할 때, 상기 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 인트라 예측 모드는,
    DC(Direct Current) 모드인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  14. 영상을 복호화하는 방법에 있어서,
    비트스트림을 복호화하여 잔차신호를 추출하는 잔차신호 추출 단계;
    상기 추출된 잔차신호를 역 양자화하는 역 양자화 단계;
    상기 역 양자화된 잔차신호를 시간 영역으로 역 변환하는 역 변환 단계;
    주변 블록의 하나 이상의 인접 화소의 화소값에 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소 각각의 거리에 따라 가중치를 부가하여 가중 화소값을 계산하는 가중 화소값 계산 단계;
    상기 현재 블록의 각 화소에 대해 상기 하나 이상의 인접 화소의 가중 화소값을 평균하여 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 계산함으로써 상기 현재 블록을 예측하는 인트라 예측 단계; 및
    상기 역 변환된 잔차신호와 상기 현재 블록의 각 화소의 예측 화소값을 더한 값을 계산하여 상기 현재 블록의 원 화소값을 복원하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  15. 인트라 예측 장치에 있어서,
    주변 블록에 포함되는 하나 이상의 인접 화소의 화소값을 현재 블록의 각 화소와 상기 하나 이상의 인접 화소와의 거리에 따라 가중 평균하여 상기 현재 블록의 각 화소의 화소값을 예측하는 것을 특징으로 하는 인트라 예측 장치.
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