WO2010143858A2 - 대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 - Google Patents

대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 Download PDF

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WO2010143858A2
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prediction
odd
actual
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이재준
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    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/102—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or selection affected or controlled by the adaptive coding
    • H04N19/103—Selection of coding mode or of prediction mode
    • H04N19/105—Selection of the reference unit for prediction within a chosen coding or prediction mode, e.g. adaptive choice of position and number of pixels used for prediction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
    • H04N19/17—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object

Definitions

  • An apparatus and method according to an embodiment of the present invention are to encode and decode an image, and more particularly, to an image encoding apparatus and method for efficiently transmitting a large amount of image, and an image decoding apparatus and method.
  • UHDTV ultra high definition TV
  • 3D TV 3D TV
  • various broadcasting services are already being provided around HDTV
  • a high-definition TV in many countries, preparations for UHDTV, the next-generation broadcasting service after HDTV, have been prepared to satisfy consumers' desire for clearer and more natural video on a larger screen. Is in progress.
  • the demand for 3D TV services using multi-view image technology which is one of 3D image processing technologies, is increasing.
  • An image encoding apparatus divides an input image in pixel units to generate an image of an actual image of a first region and an actual image of a second region that is distinct from the first region.
  • the image filter unit may generate a predicted image of the second region by performing predictive filtering on the real image of the first region through a predictive filter, and calculate the predicted image of the second region and the predicted image of the second region by
  • the image calculating unit may generate a difference image of a second region, and an image encoder encoding an actual image of the first region, a difference image of the second region, and filter coefficients of a prediction filter.
  • An image encoding apparatus divides an input image in units of pixels and generates an actual image of a first region and an actual image of a second region different from the first region with respect to the input image.
  • a separation unit to predict-filter the real image of the first region through a predictive filter to generate a predicted image of the second region, and to calculate a real image of the second region and a predicted image of the second region
  • an image encoder configured to generate a differential image of the second region, and an image encoder to differentially encode and encode a quantization offset with respect to a real image of the first region, a differential image of the second region, and a filter coefficient of a prediction filter.
  • an image encoding apparatus includes a first prediction mode in which an upper reference pixel extends in a vertical direction and performs prediction, a second prediction mode in which a left reference pixel extends in a horizontal direction and performs prediction; Optimal for an input image among a third prediction mode for performing prediction using a mean of the upper reference pixel and the left reference pixel, a fourth prediction mode for not performing prediction, and a fifth prediction mode for not performing compression
  • a prediction mode determiner configured to determine a prediction mode and perform prediction based on the determined optimal prediction mode, a DCT converter converting data of the predicted input image from a spatial domain to a frequency domain, and through the DCT transform
  • a quantization unit for quantizing the calculated coefficients and entropy encoding the quantized coefficients through the quantization unit to convert the coefficients into bitstreams It may include an entropy encoder.
  • the image decoding apparatus is an image decoder which decodes the actual image of the first region, the differential image of the second region distinguished from the first region, and the filter coefficients of the predictive filter with respect to the encoded input image.
  • an image filter unit configured to predict and filter the real image of the first region through the predictive filter, to generate a predicted image of the second region, and to calculate the difference image between the predicted image of the second region and the second region.
  • the image calculating unit may generate a sum image of the second region and an image combiner to generate an original input image by combining the real image of the first region and the sum image of the second region.
  • An image decoding apparatus is a filter of a real image of a first region, a difference image of a second region distinguished from the first region, and a prediction filter with respect to an input image encoded by applying a quantization offset differentially.
  • An image decoder which decodes coefficients, an image filter unit which predictively filters an actual image of the first region through the prediction filter, and generates a predictive image of the second region, a prediction image of the second region, and the second region
  • An image operation unit configured to generate a sum image of the second region by calculating a difference image of the second region, and an image combination unit to generate an original input image by combining the real image of the first region and the sum image of the second region.
  • An image decoding apparatus includes an entropy decoding unit for generating reconstruction information by entropy decoding an input bitstream, an inverse quantizer for dequantizing the reconstruction information, and a frequency of the dequantized reconstruction information.
  • the DCT inverse transform unit for transforming from domain to spatial domain and a first prediction mode in which the upper reference pixel is extended in the vertical direction to perform prediction, a second prediction mode in which the left reference pixel is extended in the horizontal direction to perform prediction; According to the prediction mode performed in the encoding process among the third prediction mode for performing prediction using the average of the pixel and the left reference pixel, the fourth prediction mode for not performing prediction, and the fifth prediction mode for not performing compression
  • the prediction decoder may include a prediction decoder that decodes the real image, the difference image, and the filter coefficient by performing the prediction.
  • An image encoding method comprises the steps of: separating an input image in pixel units to generate an actual image of a first region and an actual image of a second region different from the first region, for the input image; Predicting and filtering the real image of the first region through a prediction filter to generate a predicted image of the second region, calculating the real image of the second region and the predicted image of the second region,
  • the method may include generating a difference image and encoding a real image of the first region, a difference image of the second region, and filter coefficients of a prediction filter.
  • An image decoding method includes decoding a real image of a first region, a differential image of a second region distinct from the first region, and filter coefficients of a predictive filter with respect to an encoded input image. Generating a predicted image of the second region by performing predictive filtering on the actual image of the first region through a predictive filter, and calculating the predicted image of the second region and the difference image of the second region and summing the second region. Generating an image and generating an original input image by combining an actual image of the first region and a sum image of the second region.
  • a large-capacity image can be efficiently encoded by separating an input image by a pixel unit and encoding the image except for a specific region.
  • a large-capacity image may be efficiently encoded by predicting an image of another region through prediction filtering from an image of a specific region separated by pixel, and encoding the image except for the predicted image.
  • a large-capacity image may be efficiently restored by decoding an input image in which only a partial region is encoded, and generating an image of another region by predictively filtering an image of the partial region through a prediction filter.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process of encoding based on an actual odd image or an actual even image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of encoding based on an actual odd image or an actual even image according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a process of decoding based on an actual odd image or an actual even image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an image encoding apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an image decoding apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a process of generating a differential even thermal image from an actual odd thermal image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a process of generating a differential odd thermal image from an actual even thermal image, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for describing a process of generating a differential even row image from an actual odd row image, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for describing a process of generating a differential odd-row image from an actual even-row image, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an entire process of an image encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an entire process of an image decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a video encoding method according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating a video decoding method according to another embodiment of the present invention.
  • An image encoding method according to an embodiment of the present invention may be performed by an image encoding apparatus.
  • the image decoding method according to an embodiment of the present invention can be performed by the image decoding apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an image separator 101 an image filter 102, an image calculator 103, and an image encoder 104 may be included.
  • the image separator 101 may generate an actual image of the first region and an actual image of the second region different from the first region by dividing the input image in pixel units.
  • An image encoding apparatus can efficiently reduce the amount of image data before encoding a large amount of image data.
  • the first region represents a region to be encoded
  • the second region represents a region to be excluded before the input image is encoded.
  • the image separator 101 separates an input image in units of pixels, and thus, an actual even image composed of pixels in even columns or rows and an actual odd image composed of pixels in odd columns or rows with respect to the input image. can be separated by (real odd image).
  • the first region is an actual even image
  • the second region may be an actual odd image
  • the first region is an actual odd image
  • the second region may be an actual even image
  • the image filter 102 may generate a predicted image of the second region by performing predictive filtering on the actual image of the first region through the predictive filter. Although the real image of the first region and the real image of the second region are distinguished from the input image, correlations may exist. For example, the image filter unit 102 obtains filter coefficients of a predictive filter that can best predict a real image of the second region from the real image of the first region, and applies a predictive filter to which the filter coefficients are applied. A prediction image of the second area may be generated.
  • the image filter unit 102 may generate a predictive odd image by filtering the real even image through the prediction filter.
  • the image filter 102 may generate a predictive even image by filtering the real odd image through the prediction filter.
  • the image calculator 103 may generate the difference image of the second region by calculating the actual image of the second region and the predicted image of the second region. If the predicted image of the second region predicted from the real image of the first region is exactly the same as the actual image of the second region, the difference image of the second region may be 0. That is, the better the performance of the prediction filter, the closer the data of the second region to be excluded when encoding to zero. Then, even if only the actual image of the first region is decoded, the second region can be almost completely retrieved from the actual image of the first region.
  • the image calculator 103 may generate a differential odd image by differentiating the predicted odd image from the actual odd image.
  • the image calculator 103 may generate a differential even image by differentially predicting an even image from an actual even image.
  • the image encoder 104 may encode the input image by encoding the real image of the first region, the differential image of the second region, and the filter coefficients of the prediction filter.
  • the difference image of the second region may have a value of almost zero. That is, when the predicted image of the second region is ideally predicted from the actual image of the first region, even if only 1/2 of the input image is encoded, the same effect as that of encoding the entire image may be obtained.
  • the amount of data to be encoded may be efficiently reduced by using a prediction filter capable of most efficiently predicting the real image of the second region from the real image of the first region.
  • the image encoder 104 may encode filter coefficients of an actual even image, a differential odd image, and a prediction filter.
  • the image encoder 104 may encode filter coefficients of the actual odd image, the differential even image, and the prediction filter.
  • the image encoder 104 may encode at least one of an actual image of the first region, a differential image of the second region, and filter coefficients of the prediction filter by performing intra prediction according to five newly defined prediction modes.
  • the quantization offset may be differentially applied to each of the real image of the first region, the difference image of the second region, and the filter coefficients of the prediction filter. That is, encoding using the newly defined mode may be performed on all or part of the image input to the image encoder. For example, an intra prediction according to the five newly defined prediction modes is performed and encoded on the real image of the first region, and H.264 / AVC is applied to the filter coefficients of the differential image and the prediction filter of the second region. It can be encoded using the prediction mode used in the standard.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the image decoding apparatus 200 may include an image decoder 201, an image filter 202, an image calculator 203, and an image combiner 204.
  • the image decoder 201 may decode the real image of the first region, the difference image of the second region distinct from the first region, and the filter coefficients of the predictive filter with respect to the encoded input image.
  • the first area and the second area may refer to areas separated in pixel units from the input image.
  • the second region when the first region is an even column according to the pixel unit, the second region may be an odd column, and when the first region is an even row, the second region may be an odd row.
  • the first region is an odd column
  • the second region may be an even column, and when the first region is an odd row, the second region may be an even row.
  • the actual image of the second region may be accurately predicted from the real image of the first region.
  • the better the performance of the prediction filter the closer the difference image of the second region is to zero.
  • the image decoding apparatus 101 may generate the entire original input image through the actual image of the first region.
  • the image decoder 201 may decode the filter coefficients of the actual even image, the differential odd image, and the prediction filter. Conversely, when the input image is encoded for pixels in odd columns or rows, the image decoder 201 may decode filter coefficients of the actual odd image, the differential even image, and the prediction filter.
  • the image decoder 201 performs intra prediction according to the prediction mode performed in the encoding process among the five prediction modes mentioned above, so as to filter the real image of the first region, the differential image of the second region, and the prediction filter. Coefficients can be decoded.
  • a process of performing intra prediction according to a prediction mode performed in the encoding process and performing decoding is described in detail below with reference to FIG. 7.
  • the image filter 202 may generate a predictive image of the second region by predictively filtering the real image of the first region through the predictive filter. For example, when the input image is encoded for pixels in even columns or rows, the image filter unit 202 may generate a predictive odd image by filtering the real even image through the prediction filter. In contrast, when the input image is encoded for pixels in odd columns or rows, the image filter unit 202 may generate a predictive even image by filtering the actual odd image through the prediction filter.
  • the image calculator 203 may generate the summed image of the second region by calculating the predicted image of the second region and the difference image of the second region. For example, when the input image is encoded for pixels in even columns or rows, the image calculator 203 may generate a sum odd image by adding the differential odd image and the predictive odd image. In contrast, when the input image is encoded for pixels in odd columns or rows, the image calculator 203 may generate a sum even image by adding the differential even image and the predictive even image.
  • the image combiner 204 may generate an original input image by combining the real image of the first region and the sum image of the second region.
  • the image combination unit 204 may generate the original input image by combining the real even image and the summed odd image.
  • the image combiner 204 may generate the original input image by combining the real odd image and the sum even image.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process of encoding based on an actual odd image or an actual even image according to an embodiment of the present invention.
  • the image separator 101 may divide the input image into a first region and a second region in pixel units.
  • the first region and the second region may be actual odd images composed only of pixels in odd rows or actual even images composed only of pixels in even columns.
  • the first region and the second region may be an actual even image composed of only even rows of pixels or an actual odd image composed only of pixels of odd rows.
  • FIG. 3 a process of encoding an input image based on an actual odd image including pixels in odd columns or rows is described.
  • the process of encoding an input image based on an actual even image composed of pixels in even columns or rows may be applied in reverse.
  • the image filter 102 may generate a predictive even image by applying a predictive filter to an actual odd image to perform predictive filtering. As the filter coefficients of the predictive filter are optimized, the predictive even image may become almost the same as the actual even image. For example, the image filter unit 102 may use an actual even image when calculating a filter coefficient of a prediction filter to be applied to the actual odd image.
  • the image calculator 103 may generate a differential even image by differentially predicting the even image from the actual even image.
  • the differential even image may have a value close to zero.
  • the image encoder 104 may encode the input image by encoding the actual odd image, the differential even image, and the filter coefficients of the prediction filter.
  • the filter coefficients of the prediction filter are optimized, the differential even image has a value close to zero, and thus data of the input image to be encoded may be efficiently reduced.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of encoding based on an actual odd image or an actual even image according to another embodiment of the present invention.
  • the image separator 401 may divide the input image into a first region and a second region in pixel units.
  • the first region and the second region may be, for example, an actual odd image composed only of pixels in odd rows or an actual even image composed only of pixels in even columns.
  • the first region and the second region may be an actual even image composed of only even rows of pixels or an actual odd image composed of only odd rows of pixels.
  • the image encoder 402 may first generate an encoded odd image by encoding the actual odd image.
  • the image filter 403 may generate a predictive even image by applying predictive filtering to the odd image that is encoded through the image encoder 402 and then decoded again. As the filter coefficients of the predictive filter are optimized, the predictive even image may become almost the same as the actual even image. For example, the image filter 403 may calculate filter coefficients of the predictive filter using the odd image decoded again by the image encoder 402. In addition, the image filter 403 may calculate filter coefficients of the predictive filter using the actual image separated by the image separator 401.
  • the image calculator 404 may generate the differential even image by differentially predicting the even image from the actual even image.
  • the differential even image may have a value close to zero.
  • the image encoder 402 may encode the differential even image and output the encoded image together with the encoded odd image.
  • the filter coefficients have been described as if they are encoded, but this is exemplary. Accordingly, the filter coefficients are not encoded, but may be stored together with the encoded real image and the differential image or transmitted to another device. If the filter coefficients are not encoded, the filter coefficients included in the header of the encoded image may be extracted and used in the image decoding process.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a process of decoding based on an actual odd image or an actual even image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 a process of decoding an input image encoded based on an actual odd image including pixels of odd columns or rows is described.
  • the process of decoding the input image encoded based on the actual even image composed of pixels of even columns or rows may be applied in reverse.
  • the encoded input image may be input to the image decoding apparatus 200. Then, the image decoder 201 may decode the encoded input image to generate filter coefficients of an actual odd image, a differential even image, and a prediction filter.
  • the image filter unit 202 may generate a predictive even image by filtering the real odd image through the predictive filter. As the performance of the prediction filter is superior, the predictive even image may have almost the same value as the actual even image.
  • the image calculator 203 may generate a sum even image by adding the differential even image and the predictive even image. As the performance of the predictive filter is better, the differential even image has a value close to zero, and thus, the actual even image can be perfectly derived from the real odd image. Then, the image combiner 204 may generate the original input image by combining the real odd image and the sum even image.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an image encoding apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the image encoding apparatus 600 may include a prediction mode determiner 610, a DCT converter 620, a quantizer 630, and an entropy encoder 640.
  • the prediction mode determiner 610 may determine an optimal prediction mode for the input image from among the plurality of prediction modes.
  • the input image may include at least one of an actual image, a difference image, and a filter coefficient
  • the determined optimal prediction mode may be a prediction mode having the best compression performance with respect to the input image.
  • the prediction mode determiner 610 may determine the prediction mode having the best compression performance as the optimal prediction mode by determining the prediction mode having the lowest rate distortion cost as the optimal prediction mode.
  • the plurality of prediction modes may include: a first prediction mode in which an upper reference pixel extends in a vertical direction to perform prediction, a second prediction mode in which a left reference pixel extends in a horizontal direction and performs prediction; A third prediction mode for performing prediction using the average of the left reference pixels, a fourth prediction mode for not performing prediction, and a fifth prediction mode for not performing compression may be included.
  • the first prediction mode, the second prediction mode, and the third prediction mode may use the horizontal mode, the vertical mode, and the DC mode of H.264 / AVC, respectively.
  • pixel values may be compressed as it is without performing prediction from neighboring boundary pixels on the input image.
  • the optimal prediction mode determined by the prediction mode determiner 610 is the fifth prediction mode
  • the entire compression process for the input image may not be performed. That is, in the fifth prediction mode, the entirety of the prediction, the DCT transformation, the quantization, and the entropy encoding process for the input image may not be performed, and no pixel information may be transmitted to the decoding apparatus.
  • the DCT converter 620 may convert data of the input image from the spatial domain to the frequency domain. In this case, as described above, when the optimal prediction mode is determined as the fifth prediction mode, the entire compression process is not performed, and therefore, not only the prediction process but also the process after the DCT conversion is not performed.
  • the quantization unit 630 may quantize the coefficient calculated through the DCT transform.
  • quantization may mean a process of rounding a DCT coefficient to an integer.
  • the DCT coefficients obtained through the DCT transformation can be divided into predefined constants, and the result is rounded to an integer value.
  • the quantization unit 630 may apply different quantization offsets to the real image and the differential image, and apply different compression ratios to the real image and the differential image.
  • the amount of intra compression bits depends on the spatial homogeneity of the image. Therefore, when the similarity of the images is very low, the correlation between the odd image and the even image is low, so that accurate prediction cannot be made. Since differential signals with large values generate many compressed bits, the quantization offset is applied differently to the differential signal and the real image (ex. Odd image) to induce the differential signal to be compressed more than the real image (ex. Odd image). can do
  • the entropy encoder 640 may entropy-encode the coefficients quantized by the quantizer 630 and convert them into a bitstream.
  • the efficiency of prediction can be improved.
  • the pixel values are immediately compressed without performing prediction and input.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an image decoding apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the image decoding apparatus 700 may be performed by applying the image code and the encoding process of the apparatus 600 inversely.
  • the image decoding apparatus 700 may include an entropy decoder 610, an inverse quantizer 720, a DCT inverse transformer 730, and a predictive decoder 740.
  • the entropy decoder 610 may generate reconstruction information by entropy decoding the input bitstream.
  • the inverse quantization unit 720 may inverse quantize the restoration information.
  • the DCT inverse transform unit 730 may convert inverse quantized recovery information from the frequency domain to the spatial domain.
  • the prediction decoder 740 may decode the real image, the differential image, and the filter coefficient by performing the prediction according to the prediction mode performed in the encoding process among the plurality of prediction modes.
  • the plurality of prediction modes include a first prediction mode in which the upper reference pixel extends in the vertical direction and performs prediction, a second prediction mode in which the left reference pixel extends in the horizontal direction and performs prediction. And a third prediction mode for performing prediction using an average of an upper reference pixel and the left reference pixel, a fourth prediction mode for not performing prediction, and a fifth prediction mode for not performing compression.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a process of generating a differential even image from an actual odd image, according to an exemplary embodiment.
  • the image encoding apparatus 100 may generate an actual image of the first region and the second region by dividing the input image in pixel units.
  • the first area and the second area may be configured of pixels of a row or column unit.
  • the first region and the second region may be one of an actual odd image or an actual even image.
  • the actual odd image 801 may include pixels in odd-numbered columns of pixels of the input image.
  • FIG. 8 illustrates a process of generating a differential even image 804 from an actual odd image 801 including pixels in odd columns, the same may be applied to an actual odd image composed of pixels in odd rows.
  • a process of generating a differential even image from an actual odd image composed of pixels in odd rows will be described with reference to FIG. 10.
  • the image encoding apparatus 100 may generate a predictive even image 802 by performing predictive filtering on the real odd image using a predictive filter.
  • the generated predictive even image 802 may correspond to an actual even image 803 including pixels of even columns of the input image.
  • the performance of the prediction filter is superior, the actual even image 803 and the predictive even image 802 become the same.
  • the image encoding apparatus 100 may generate the differential even image 804 by differentiating the actual even image 803 and the predictive even image 802. As mentioned above, since the better the performance of the prediction filter, the actual even image 803 and the predictive even image 802 become the same, the differential even image 804 has a value close to zero. In other words, when the differential even image 804 is close to zero, the data amount for encoding the input image may be reduced to 1/2 of the data amount of the entire input image.
  • the image encoding apparatus 100 may encode a real odd image 801, a differential even image 804, and filter coefficients of a prediction filter.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a process of generating a differential odd image from an actual even image, according to an exemplary embodiment.
  • the actual even image 901 may be configured with pixels in even columns of pixels of the input image.
  • FIG. 9 illustrates a process of generating a differential odd image 904 from an actual even image 901 including pixels in even columns, the same may be applied to an actual even image composed of pixels in even rows.
  • a process of generating a differential odd image from an actual even image composed of even rows of pixels will be described below with reference to FIG. 11.
  • the image encoding apparatus 100 may generate the predictive odd image 902 by performing predictive filtering on the real even image through the predictive filter.
  • the generated predictive odd image 902 may correspond to an actual odd image 903 including pixels of odd-numbered columns of the input image.
  • the actual odd image 903 and the predictive odd image 902 become the same.
  • the image encoding apparatus 100 may generate the differential odd image 904 by differentiating the actual odd image 903 and the predicted odd image 902. As mentioned above, since the better the performance of the prediction filter, the actual odd image 903 and the predictive odd image 902 become the same, the difference odd image 904 has a value close to zero. In other words, when the differential odd image 904 is close to zero, the data amount for encoding the input image may be reduced to 1/2 of the data amount of the entire input image.
  • the image encoding apparatus 100 may encode a real even image 901, a differential odd image 904, and filter coefficients of a prediction filter.
  • FIG. 10 is a diagram for describing a process of generating a differential even row image from an actual odd row image, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 10 illustrates a process of generating a differential even image 1004 from an actual odd image 1001 including pixels in odd rows.
  • the image encoding apparatus 100 may generate a predictive even image 1002 by performing predictive filtering on the real odd image using a predictive filter.
  • the generated predictive even image 1002 may correspond to an actual even image 1003 including pixels of even rows of the input image.
  • the performance of the prediction filter is superior, the actual even image 1003 and the predictive even image 1002 become the same.
  • the image encoding apparatus 100 may generate the differential even image 1004 by differentiating the actual even image 1003 and the predictive even image 1002. As mentioned above, since the better the performance of the prediction filter, the actual even image 1003 and the predictive even image 1002 become the same, the differential even image 1004 has a value close to zero.
  • the image encoding apparatus 100 may encode a real odd image 1001, a differential even image 1004, and filter coefficients of a prediction filter.
  • FIG. 11 is a diagram for describing a process of generating a differential odd-row image from an actual even-row image, according to another exemplary embodiment.
  • the actual even image 1101 may be composed of pixels in even-numbered rows of pixels of the input image.
  • 11 illustrates a process of generating a differential odd image 1104 from an actual even image 1101 including pixels in even rows.
  • the image encoding apparatus 100 may generate the predictive odd image 1102 by performing predictive filtering on the real even image through the predictive filter.
  • the generated predictive odd image 1102 may correspond to the actual odd image 1103 including pixels of odd-numbered rows of the input image.
  • the performance of the predictive filter is excellent, the actual odd image 1103 and the predictive odd image 1102 become the same.
  • the image encoding apparatus 100 may generate the differential odd image 1104 by differentiating the actual odd image 1103 and the predicted odd image 1102. As mentioned above, since the better the performance of the prediction filter, the actual odd image 1103 and the predictive odd image 1102 become the same, the differential odd image 1104 has a value close to zero. In other words, when the differential odd image 1104 is close to zero, the data amount for encoding the input image may be reduced to 1/2 of the data amount of the entire input image.
  • the image encoding apparatus 100 may encode a real even image 1101, a differential odd image 1104, and filter coefficients of a prediction filter.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an entire process of an image encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a process of encoding an input image using an actual odd image, and the process of encoding an input image using an actual even image may be similarly applied.
  • the image encoding apparatus may generate an actual odd image and an actual even image by dividing the input image in pixel units (S1201).
  • the actual odd image may mean an image composed of pixels of odd-numbered columns or rows of the input image
  • the actual even image may refer to an image composed of pixels of even-numbered columns or rows of the input image.
  • the image encoding apparatus may generate a predictive even image by performing predictive filtering on an actual odd image through a predictive filter.
  • the apparatus for encoding an image may obtain a filter coefficient that may best predict a predictive even image from an actual odd image, and apply the predictive filter to which the filter coefficient is applied to the actual odd image.
  • the apparatus for encoding an image may generate a predictive odd image by performing predictive filtering on the real even image through the predictive filter.
  • the image encoding apparatus may generate a differential even image by differentially predicting an even image generated by predictive filtering from an actual even image (S1203).
  • the differential even image may have a value close to zero since the predictive even image and the actual even image have almost the same value.
  • the apparatus for encoding an image may generate a differential odd image by differentiating a predictive odd image from an actual odd image.
  • the image encoding apparatus may encode the real odd image, the differential even image, and the filter coefficients of the prediction filter (S1204).
  • the apparatus for encoding an image may encode filter coefficients of an actual even image, a differential odd image, and a prediction filter.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an entire process of an image decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the image decoding apparatus may extract the real odd image, the differential even image, and the filter coefficients of the predictive filter by decoding the encoded input image (S1301). As another example, the image decoding apparatus may extract the real even image, the differential odd image, and the filter coefficients of the predictive filter by decoding the encoded input image.
  • the image decoding apparatus may generate a predictive even image by performing predictive filtering on the actual odd image through the predictive filter.
  • the image decoding apparatus may generate a predictive odd image by predictively filtering the real even image through the predictive filter.
  • the image decoding apparatus may generate the sum even image by summing the differential even image and the predictive even image (S1303).
  • the image decoding apparatus may generate a summed odd image by summing the difference odd image and the predicted odd image.
  • the image decoding apparatus may generate the original input image by combining the real odd image and the sum even image.
  • the image decoding apparatus may generate the original input image by combining the real even image and the sum of the odd images (S1304).
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a video encoding method according to another embodiment of the present invention.
  • the image encoding apparatus may determine an optimal prediction mode for an input image among the first to fifth prediction modes, and perform prediction based on the determined optimal prediction mode (S1401). .
  • the first prediction mode to the fifth prediction mode include a first prediction mode in which an upper reference pixel extends in a vertical direction to perform prediction, a second prediction mode in which a left reference pixel extends in a horizontal direction and performs prediction; A third prediction mode that performs prediction by using an average of an upper reference pixel and the left reference pixel, a fourth prediction mode that does not perform prediction, and a fifth prediction mode that does not perform compression. That is, in the fourth prediction mode, the prediction step S1401 is not performed, and in the fifth prediction mode, the entire compression process S1401, S1402, S1403, and S1403 is not performed in the fifth prediction mode.
  • the image encoding apparatus may convert the data of the predicted input image from the spatial domain to the frequency domain (S1402).
  • the image encoding apparatus may quantize coefficients calculated through the DCT transform (S1403). Therefore, the coefficient calculated through the DCT transform can be rounded to an integer through quantization.
  • the quantization offsets for the real image and the differential image may be differentially applied, and the compression ratios for the real image and the differential image may be differently applied.
  • the image encoding apparatus may entropy-encode the coefficients quantized through the quantization unit and convert the coefficients into bitstreams.
  • 15 is a flowchart illustrating a video decoding method according to another embodiment of the present invention.
  • the image decoding apparatus may generate reconstruction information by entropy decoding an input bitstream (S1501).
  • the image decoding apparatus may dequantize the reconstructed information (S1502), and may convert the dequantized reconstructed information from the frequency domain to the spatial domain (S1503).
  • the image decoding apparatus may decode the real image, the differential image, and the filter coefficient by performing the prediction according to the prediction mode performed in the encoding process among the first to fifth prediction modes.
  • the five prediction modes are used for the real image and the difference image, but the present invention is not limited thereto.
  • the prediction mode used in the H.264 / AVC standard published by the ITU-T in March 2009 may be used for the actual image, and the five prediction modes mentioned herein may be used for the differential image. have.
  • an image encoding method or an image decoding method includes a computer readable medium including program instructions for performing operations implemented by various computers.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the medium or program instructions may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • the medium may be a transmission medium for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, or the like.
  • program instructions include machine code, such as produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

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Abstract

대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치 가 개시된다. 영상 부호화 장치는 픽셀 단위로 입력 영상을 분리하여 제1 영역 및 제2 영역의 실제 영상을 생성하고, 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터링하여 제2 영상의 예측 영상을 생성하며, 제2 영상의 실제 영상으로부터 제2 영상의 예측 영상을 차분함으로써 입력 영상을 부호화하기 전에 데이터량을 효율적으로 줄일 수 있다.

Description

대용량의 영상을 효율적으로 전송하는 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치
본 발명의 일실시예에 따른 장치 및 방법은 영상을 부호화하고 복호화하는 것으로, 보다 자세하게는 대용량의 영상을 효율적으로 전송할 수 있는 영상 부호화 장치 및 방법, 그리고, 영상 복호화 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 영상 기술이 발전하면서 UHDTV(Ultra High Definition TV), 3D TV(3 Dimension TV)에 대한 연구가 활발이 이루어지고 있다. 이미 여러 나라에서 고해상도 TV인 HDTV를 중심으로 다양한 방송 서비스가 제공되고 있지만, 좀더 큰 화면에서 더욱 깨끗하고 자연스러운 영상을 원하는 소비자들의 욕구를 만족하기 위해 HDTV 이후의 차세대 방송 서비스인 UHDTV를 위한 준비 작업이 진행 중이다. 또한, 대화형 및 실감 컨텐츠의 이용을 요구하는 소비자가 증가함에 따라 3D 영상 처리 기술의 한 분야인 복수 시점 영상 기술을 이용한 3D TV서비스의 요구도 증가하고 있다.
이러한 소비자 요구의 변화에 따라 UHDTV 및 3D TV의 중요성이 커지고 있지만, HD 화면의 16배 크기에 해당하는 UHDTV와 한 시점에 대해 2장 이상의 영상이 필요한 3D TV로 인해 데이터량이 증가함으로써, 종래의 영상 압축 방법으로 부호화할 때 문제점이 발생하고 있다. UHDTV와 3D TV 서비스의 성공적인 진행을 위해서는 대용량의 영상 데이터를 효율적으로 부호화하고 복호화하는 방법이 요구된다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치는 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 상기 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 실제 영상을 생성하는 영상 분리부, 상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부, 상기 제2 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 차분 영상을 생성하는 영상 연산부 및 상기 제1 영역의 실제 영상, 상기 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화하는 영상 부호화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 부호화 장치는 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 상기 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 실제 영상을 생성하는 영상 분리부, 상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부, 상기 제2 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 차분 영상을 생성하는 영상 연산부 및 상기 제1 영역의 실제 영상, 상기 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수에 대하여 양자화 오프셋을 차등 적용하여 부호화하는 영상 부호화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따른 영상 부호화 장치는 위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드 중 입력 영상에 대한 최적의 예측모드를 결정하고, 상기 결정된 최적의 예측모드에 기초하여 예측을 수행하는 예측모드 결정부, 상기 예측 수행된 입력 영상의 데이터를 공간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하는 DCT 변환부, 상기 DCT 변환을 통해 산출된 계수를 양자화하는 양자화부 및 상기 양자화부를 통해 양자화된 계수를 엔트로피 부호화하여 비트스트림으로 변환하는 엔트로피 부호화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치는 부호화된 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상, 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하는 영상 복호화부, 상기 제1 영역의 실제 영상을 상기 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부, 상기 제2 영역의 예측 영상과 상기 제2 영역의 차분 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 합산 영상을 생성하는 영상 연산부 및 상기 제1 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 영상 조합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 복호화 장치는 양자화 오프셋이 차등 적용되어 부호화된 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상, 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하는 영상 복호화부, 상기 제1 영역의 실제 영상을 상기 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부, 상기 제2 영역의 예측 영상과 상기 제2 영역의 차분 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 합산 영상을 생성하는 영상 연산부 및 상기 제1 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 영상 조합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따른 영상 복호화 장치는 입력된 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 복원정보를 생성하는 엔트로피 복호화부, 상기 복원정보를 역양자화하는 역양자화부, 상기 역양자화된 복원정보를 주파수 도메인에서 공간 도메인으로 변환하는 DCT 역변환부 및 위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드 중 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 예측을 수행하여 실제 영상, 차분 영상, 및 필터 계수를 복호화하는 예측 복호화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법은 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 상기 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 실제 영상을 생성하는 단계, 상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 단계, 상기 제2 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 차분 영상을 생성하는 단계 및 상기 제1 영역의 실제 영상, 상기 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 방법은 부호화된 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상, 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화하는 단계, 상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 단계, 상기 제2 영역의 예측 영상과 상기 제2 영역의 차분 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 합산 영상을 생성하는 단계 및 상기 제1 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 특정 영역에 해당하는 영상을 제외하고 부호화함으로써 대용량의 영상을 효율적으로 부호화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 픽셀 단위로 분리된 특정 영역의 영상으로부터 예측 필터링을 통해 다른 영역의 영상을 예측하고, 예측된 영상을 제외하여 부호화함으로써 대용량의 영상을 효율적으로 부호화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 일부 영역만 부호화된 입력 영상을 복호화하고, 예측 필터를 통해 일부 영역의 영상을 예측 필터링하여 다른 영역의 영상을 생성함으로써 대용량의 영상을 효율적으로 복원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치의 전체 구성을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치의 전체 구성을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상을 기초로 부호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상을 기초로 부호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상을 기초로 복호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따라 영상 부호화 장치의 구성을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따라 영상 복호화 장치의 구성을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실제 홀수 열 영상으로부터 차분 짝수 열 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실제 짝수 열 영상으로부터 차분 홀수 열 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 실제 홀수 행 영상으로부터 차분 짝수 행 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 실제 짝수 행 영상으로부터 차분 홀수 행 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법의 전체 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 방법의 전체 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 14는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법은 영상 부호화 장치에 의해 수행될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 방법은 영상 복호화 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 1을 참고하면, 영상 분리부(101), 영상 필터부(102), 영상 연산부(103) 및 영상 부호화부(104)를 포함할 수 있다.
영상 분리부(101)는 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상 및 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 실제 영상을 생성할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치는 대용량의 영상 데이터를 부호화하기 전에 영상 데이터량을 효율적으로 줄일 수 있다. 이 때, 제1 영역은 부호화 대상이 되는 영역을 나타내고, 제2 영역은 입력 영상이 부호화되기 전에 미리 제외되는 영역을 나타낸다.
일례로, 영상 분리부(101)는 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 입력 영상에 대해 짝수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상(real even image)과 홀수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상(real odd image)으로 분리할 수 있다. 제1 영역이 실제 짝수 영상인 경우, 제2 영역은 실제 홀수 영상이 될 수 있고, 제1 영역이 실제 홀수 영상인 경우, 제2 영역은 실제 짝수 영상이 될 수 있다.
영상 필터부(102)는 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 제2 영역의 예측 영상을 생성할 수 있다. 제1 영역의 실제 영상과 제2 영역의 실제 영상은 입력 영상에서 구별되는 것이지만, 서로 연관성이 존재할 수 있다. 일례로, 영상 필터부(102)는 제1 영역의 실제 영상으로부터 제2 영역의 실제 영상을 가장 잘 예측할 수 있는 예측 필터(predictive filter)의 필터 계수를 구하고, 필터 계수가 적용된 예측 필터를 적용하여 제2 영역의 예측 영상을 생성할 수 있다.
이 때, 입력 영상의 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 영상 필터부(102)는 예측 필터를 통해 실제 짝수 영상을 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성할 수 있다. 반대로, 입력 영상의 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 영상 필터부(102)는 예측 필터를 통해 실제 홀수 영상을 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다.
영상 연산부(103)는 제2 영역의 실제 영상과 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 제2 영역의 차분 영상을 생성할 수 있다. 만약, 제1 영역의 실제 영상으로부터 예측된 제2 영역의 예측 영상이 제2 영역의 실제 영상과 완전히 동일한 경우, 제2 영역의 차분 영상은 0이라고 할 수 있다. 즉, 예측 필터의 성능이 우수할수록 부호화할 때 제외되어야 하는 제2 영역의 데이터가 0에 가까울 수 있다. 그러면, 제1 영역의 실제 영상만을 복호화하더라도, 이후 제1 영역의 실제 영상으로부터 제2 영역을 거의 완벽하게 불러올 수 있다.
일례로, 입력 영상의 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 영상 연산부(103)는 실제 홀수 영상으로부터 예측 홀수 영상을 차분하여 차분 홀수 영상을 생성할 수 있다. 반대로, 입력 영상의 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 영상 연산부(103)는 실제 짝수 영상으로부터 예측 짝수 영상을 차분하여 차분 짝수 영상을 생성할 수 있다.
영상 부호화부(104)는 제1 영역의 실제 영상, 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화하여 입력 영상을 부호화할 수 있다. 앞에서 이미 언급했듯이, 제2 영역의 예측 영상이 제1 영역의 실제 영상으로부터 이상적으로 예측되는 경우, 제2 영역의 차분 영상은 거의 0의 값을 가질 수 있다. 즉, 제2 영역의 예측 영상이 제1 영역의 실제 영상으로부터 이상적으로 예측되는 경우, 입력 영상의 1/2만 부호화하더라도 전체 영상을 부호화하는 것과 동일한 효과가 나타날 수 있다. 결국, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 영역의 실제 영상으로부터 제2 영역의 실제 영상을 가장 효율적으로 예측할 수 있는 예측 필터를 사용함으로써, 부호화되는 데이터량이 효율적으로 감소될 수 있다.
일례로, 입력 영상의 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 영상 부호화부(104)는 실제 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다. 반대로, 입력 영상의 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 영상 부호화부(104)는 실제 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
또한, 영상 부호화부(104)는 새롭게 정의된 5개의 예측 모드에 따른 인트라 예측을 수행하여, 제1 영역의 실제 영상, 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수 중 적어도 하나를 부호화할 수 있고, 상기 제1 영역의 실제 영상, 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수 각각에 대하여 양자화 오프셋을 차등 적용할 수 있다. 즉, 상기 새롭게 정의된 모드를 사용한 부호화는 영상 부호화부에 입력되는 영상 전부 또는 일부에 대해 수행될 수 있다. 일례로, 상기 제1 영역의 실제 영상에 대해서는 상기 새롭게 정의된 5개의 예측모드에 따른 인트라 예측을 수행하여 부호화하고, 상기 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터계수에 대해서는 H.264/AVC 표준에서 사용하는 예측모드를 사용하여 부호화할 수 있다.
여기서, 상기 새롭게 정의된 5개의 예측 모드 및 인트라 예측을 수행하여 부호화를 수행하는 과정은 도 6을 참고하여 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2를 참고하면, 영상 복호화 장치(200)는 영상 복호화부(201), 영상 필터부(202), 영상 연산부(203) 및 영상 조합부(204)를 포함할 수 있다.
영상 복호화부(201)는 부호화된 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상, 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화할 수 있다. 도 1에서 이미 설명하였듯이, 제1 영역과 제2 영역은 입력 영상에 대해 픽셀 단위로 분리된 영역을 의미할 수 있다. 이 때, 픽셀 단위에 따라 제1 영역이 짝수 열인 경우, 제2 영역은 홀수 열일 수 있고, 제1 영역이 짝수 행인 경우, 제2 영역은 홀수 행일 수 있다. 유사하게, 제1 영역이 홀수 열인 경우, 제2 영역은 짝수 열일 수 있고, 제1 영역이 홀수 행인 경우, 제2 영역은 짝수 행일 수 있다.
예측 필터의 성능이 뛰어날수록 제1 영역의 실제 영상으로부터 제2 영역의 실제 영상을 정확하게 예측할 수 있다. 다시 말해서, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 제2 영역의 차분 영상은 0에 가까워진다. 영상 부호화 장치(100)를 통해 생성된 제2 영역의 차분 영상이 0에 가까운 경우, 영상 복호화 장치(101)는 제1 영역의 실제 영상을 통해 원래의 입력 영상 전체를 생성할 수 있다.
일례로, 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 복호화부(201)는 실제 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화할 수 있다. 반대로, 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 복호화부(201)는 실제 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화할 수 있다.
또한, 영상 복호화부(201)는 상기 언급된 5개의 예측 모드 중 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여, 제1 영역의 실제 영상, 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 복호화할 수 있다. 이때, 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 인트라 예측을 수행하여 복호화를 수행하는 과정은 도 7을 참고하여 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
영상 필터부(202)는 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 제2 영역의 예측 영상을 생성할 수 있다. 일례로, 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 필터부(202)는 예측 필터를 통해 실제 짝수 영상을 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성할 수 있다. 반대로, 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 필터부(202)는 예측 필터를 통해 실제 홀수 영상을 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다.
영상 연산부(203)는 제2 영역의 예측 영상과 제2 영역의 차분 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 합산 영상을 생성할 수 있다. 일례로, 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 연산부(203)는 차분 홀수 영상과 예측 홀수 영상을 합산하여 합산 홀수 영상을 생성할 수 있다. 반대로, 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 연산부(203)는 차분 짝수 영상과 예측 짝수 영상을 합산하여 합산 짝수 영상을 생성할 수 있다.
영상 조합부(204)는 제1 영역의 실제 영상과 제2 영역의 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다. 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 조합부(204)는 실제 짝수 영상과 합산 홀수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다. 반대로, 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 영상 조합부(204)는 실제 홀수 영상과 합산 짝수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상을 기초로 부호화하는 과정을 도시한 도면이다.
영상 부호화 장치(100)에 입력 영상이 입력되면, 영상 분리부(101)는 픽셀 단위로 입력 영상을 제1 영역 및 제2 영역으로 분리할 수 있다. 일례로, 제1 영역 및 제2 영역은 홀수 열의 픽셀들로만 구성된 실제 홀수 영상 또는 짝수 열의 픽셀들로만 구성된 실제 짝수 영상일 수 있다. 또는 제1 영역 및 제2 영역은 짝수 행의 픽셀들로만 구성된 실제 짝수 영상 또는 홀수 행의 픽셀들로만 구성된 실제 홀수 영상일 수 있다.
도 3에서는 홀수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상을 기초로 입력영상을 부호화하는 과정을 설명한다. 짝수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상을 기초로 입력 영상을 부호화하는 과정은 상기 설명을 반대로 적용하면 된다.
영상 필터부(102)는 실제 홀수 영상에 예측 필터를 적용하여 예측 필터링함으로써 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다. 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록 예측 짝수 영상은 실제 짝수 영상과 거의 동일하게 될 수 있다. 일례로, 영상 필터부(102)는 실제 홀수 영상에 적용할 예측 필터의 필터 계수를 산출할 때, 실제 짝수 영상을 사용할 수 있다.
그러면, 영상 연산부(103)는 실제 짝수 영상으로부터 예측 짝수 영상을 차분하여 차분 짝수 영상을 생성할 수 있다. 이 때, 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록, 차분 짝수 영상은 거의 0에 가까운 값을 가질 수 있다.
이 후, 영상 부호화부(104)는 실제 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화함으로써 입력 영상을 부호화할 수 있다. 이 때, 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록 차분 짝수 영상은 거의 0에 가까운 값을 가지므로, 부호화되는 입력 영상의 데이터가 효율적으로 감소될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상을 기초로 부호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 영상 부호화 장치(400)에 입력 영상이 입력되면, 영상 분리부(401)는 픽셀 단위로 입력 영상을 제1 영역 및 제2 영역으로 분리할 수 있다. 여기서, 제1 영역 및 제2 영역은 일례로, 홀수 열의 픽셀들로만 구성된 실제 홀수 영상 또는 짝수 열의 픽셀들로만 구성된 실제 짝수 영상일 수 있다. 또는, 제1 영역 및 제2 영역은 짝수 행의 픽셀들로만 구성된 실제 짝수 영상 또는 홀수 행의 픽셀들로만 구성된 실제 홀수 영상일 수 있다.
영상 부호화부(402)는 우선, 상기 실제 홀수 영상을 부호화하여 부호화된 홀수 영상을 생성할 수 있다.
영상 필터부(403)는 영상 부호화부(402)를 통해 부호화된 후 다시 복호화된 홀수 영상에 예측 필터를 적용하여 예측 필터링함으로써 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다. 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록 예측 짝수 영상은 실제 짝수 영상과 거의 동일하게 될 수 있다. 일례로, 영상 필터부(403)는 영상 부호화부(402)를 통해 다시 복호화된 홀수 영상을 이용하여 예측 필터의 필터 계수를 산출할 수 있다. 또한, 영상 필터부(403)는 영상 분리부(401)를 통해 분리된 실제 영상을 이용하여 예측 필터의 필터 계수를 산출할 수 있다.
그러면, 영상 연산부(404)는 실제 짝수 영상으로부터 예측 짝수 영상을 차분하여 차분 짝수 영상을 생성할 수 있다. 이 때, 예측 필터의 필터 계수가 최적화될수록, 차분 짝수 영상은 거의 0에 가까운 값을 가질 수 있다.
이후, 영상 부호화부(402)는 차분 짝수 영상을 부호화하여, 상기 부호화된 홀수 영상과 함께 부호화된 영상을 출력할 수 있다.
이상에서는 필터 계수가 부호화되는 것처럼 설명하였으나, 이는 예시적인 것이다. 따라서 필터 계수는 부호화되지 않고, 부호화된 실제 영상 및 차분 영상과 함께 저장되거나 다른 장치로 전송될 수도 있다. 필터 계수가 부호화되지 않는 경우라면, 영상 복호화 과정에서 부호화된 영상의 헤더 등에 포함된 필터 계수를 추출하여 영상 복호화 과정에 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상을 기초로 복호화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5에서는 홀수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상을 기초로 부호화된 입력영상을 복호화하는 과정을 설명한다. 짝수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상을 기초로 부호화된 입력 영상을 복호화하는 과정은 상기 설명을 반대로 적용하면 된다.
부호화된 입력 영상이 영상 복호화 장치(200)에 입력될 수 있다. 그러면, 영상 복호화부(201)는 부호화된 입력 영상을 복호화하여 실제 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 생성할 수 있다. 영상 필터부(202)는 실제 홀수 영상을 예측 필터를 통해 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다. 예측 필터의 성능이 우수할수록 예측 짝수 영상은 실제 짝수 영상과 거의 동일한 값을 가질 수 있다.
영상 연산부(203)는 차분 짝수 영상과 예측 짝수 영상을 합산하여 합산 짝수 영상을 생성할 수 있다. 예측 필터의 성능이 우수할수록 차분 짝수 영상은 0에 가까운 값을 가지므로, 결국 실제 홀수 영상으로부터 완벽하게 실제 짝수 영상을 도출할 수 있다. 그러면, 영상 조합부(204)는 실제 홀수 영상과 합산 짝수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 6을 참고하면, 영상 부호화 장치(600)는 예측모드 결정부(610), DCT 변환부(620), 양자화부(630), 및 엔트로피 부호화부(640)를 포함할 수 있다.
예측모드 결정부(610)는 복수 개의 예측모드 중에서 입력 영상에 대한 최적의 예측모드를 결정할 수 있다. 여기서, 입력 영상은 실제 영상, 차분 영상, 및 필터 계수 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 결정된 최적의 예측모드는 입력 영상에 대한 압축 성능이 가장 뛰어난 예측모드일 수 있다. 일례로, 예측모드 결정부(610)는 율 왜곡 비용이 최소인 예측모드를 최적의 예측모드로 결정함으로써, 압축 성능이 가장 뛰어난 예측모드를 최적의 예측모드로 결정할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 예측모드는, 위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 예측모드, 제2 예측모드, 및 제3 예측모드는 H.264/AVC의 Horizontal 모드, Vertical 모드, 및 DC 모드를 각각 그대로 사용할 수 있다.
한편, 예측모드 결정부(610)에 의해 결정된 최적의 예측모드가 제4 예측모드인 경우, 상기 입력 영상에 대하여 주변 경계 픽셀들로부터 예측을 수행하지 않고 픽셀값들을 그대로 압축할 수 있다.
또한, 예측모드 결정부(610)에 의해 결정된 최적의 예측모드가 제5 예측모드인 경우, 상기 입력 영상에 대한 압축 과정 전체를 수행하지 않을 수 있다. 즉, 제5 예측 모드의 경우, 입력 영상에 대한 예측, DCT 변환, 양자화, 및 엔트로피 부호화 과정 전체를 수행하지 않으며, 어떠한 픽셀 정보도 복호화 장치에 전송하지 않을 수 있다.
DCT 변환부(620)는 상기 입력 영상의 데이터를 공간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 이때, 상기 언급한 바와 같이, 최적의 예측모드가 제5 예측모드로 결정되는 경우는, 압축 과정 전체를 수행하지 않으므로, 예측 과정뿐만 아니라, DCT 변환 이후 과정을 수행하지 않는다.
양자화부(630)는 DCT 변환을 통해 산출된 계수를 양자화할 수 있다. 여기서, 양자화란 DCT 계수를 정수로 반올림하는 과정을 의미할 수 있다. 이 과정에서는 DCT 변환을 통해 얻은 DCT계수를 각각 미리 정의된 상수로 나누고 그 결과를 정수값으로 반올림할 수 있다.
또한, 양자화부(630)는 실제 영상과 차분 영상에 대한 양자화 오프셋을 차등 적용하여, 실제 영상과 차분 영상에 대한 압축률을 다르게 적용할 수 있다. 인트라 압축 비트의 양은 영상의 공간적 유사성(Homogeneity)에 의존적이다. 따라서, 영상의 유사성이 크게 낮을 경우 홀수 영상과 짝수 영상의 상관 관계가 낮아져 정확한 예측을 할 수 없으므로 차분신호의 값이 커질 수 있다. 큰 값을 가지는 차분 신호들은 많은 압축 비트들을 발생하기 때문에 양자화 오프셋을 차분 신호와 실제 영상(ex. 홀수 영상)에 대해 다르게 적용하여 차분 신호가 실제 영상(ex. 홀수 영상)보다 더 많이 압축되도록 유도할 수 있다
엔트로피 부호화부(640)는 양자화부(630)를 통해 양자화된 계수를 엔트로피 부호화하여 비트스트림으로 변환할 수 있다.
상기와 같이, 새롭게 정의한 5개의 예측모드를 사용하여 예측을 수행함으로써, 예측의 효율을 높일 수 있고, 특히, 차분 신호의 값이 매우 작은 경우, 예측을 수행하지 않고 바로 픽셀값들을 압축하며, 입력 영상에 따라 압축과정 전체를 수행하지 않음으로써, 비트 사용을 절감하고 부호화의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따라 영상 복호화 장치의 구성을 도시한 블록 다이어그램이다. 이때, 영상 복호화 장치(700)는 영상 부호와 장치(600)의 부호화 과정을 역으로 적용하여 수행될 수 있다.
도 7을 참고하면, 영상 복호화 장치(700)는 엔트로피 복호화부(610), 역양자화부(720), DCT 역변환부(730), 및 예측 복호화부(740)를 포함할 수 있다.
엔트로피 복호화부(610)는 입력된 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 복원정보를 생성할 수 있다.
역양자화부(720)는 상기 복원정보를 역양자화할 수 있다.
DCT 역변환부(730)는 역양자화된 복원정보를 주파수 도메인에서 공간 도메인으로 변환할 수 있다.
예측 복호화부(740)는 복수의 예측모드 중 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 예측을 수행하여 실제 영상, 차분 영상, 및 필터 계수를 복호화할 수 있다. 여기서, 복수의 예측모드는 상기 언급된 바와 같이, 위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실제 홀수 영상으로부터 차분 짝수 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 제1 영역 및 제2 영역의 실제 영상을 생성할 수 있다. 이 때, 제1 영역 및 제2 영역은 입력 영상을 행 또는 열 단위의 픽셀로 구성될 수 있다. 일례로, 제1 영역 및 제2 영역은 실제 홀수 영상 또는 실제 짝수 영상 중 하나가 될 수 있다.
도 8에서 볼 수 있듯이, 실제 홀수 영상(801)은 입력 영상의 픽셀들 중 홀수 번째 열의 픽셀로 구성될 수 있다. 도 8은 홀수 열의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상(801)으로부터 차분 짝수 영상(804)을 생성하는 과정을 도시하였으나, 홀수 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상에도 동일하게 적용될 수 있다. 홀수 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상으로부터 차분 짝수 영상을 생성하는 과정은 이하 도 10을 참고하여 설명한다.
영상 부호화 장치(100)는 실제 홀수 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 예측 짝수 영상(802)을 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 예측 짝수 영상(802)은 입력 영상의 짝수 번째 열의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상(803)에 대응될 수 있다. 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 짝수 영상(803)과 예측 짝수 영상(802)은 동일하게 된다.
그러면, 영상 부호화 장치(100)는 실제 짝수 영상(803)과 예측 짝수 영상(802)을 차분하여 차분 짝수 영상(804)을 생성할 수 있다. 앞에서 언급했듯이, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 짝수 영상(803)과 예측 짝수 영상(802)은 동일하게 되므로, 차분 짝수 영상(804)은 거의 0에 가까운 값을 가진다. 다시 말해서, 차분 짝수 영상(804)이 0에 가까운 경우, 입력 영상을 부호화하기 위한 데이터량이 전체 입력 영상의 데이터량의 1/2로 감소될 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 실제 홀수 영상(801), 차분 짝수 영상(804) 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실제 짝수 영상으로부터 차분 홀수 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에서 볼 수 있듯이, 실제 짝수 영상(901)은 입력 영상의 픽셀들 중 짝수 번째 열의 픽셀로 구성될 수 있다. 도 9는 짝수 열의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상(901)으로부터 차분 홀수 영상(904)을 생성하는 과정을 도시하였으나, 짝수 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상에도 동일하게 적용될 수 있다. 짝수 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상으로부터 차분 홀수 영상을 생성하는 과정은 이하 도 11을 참고하여 설명한다.
영상 부호화 장치(100)는 실제 짝수 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 예측 홀수 영상(902)을 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 예측 홀수 영상(902)은 입력 영상의 홀수 번째 열의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상(903)에 대응될 수 있다. 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 홀수 영상(903)과 예측 홀수 영상(902)은 동일하게 된다.
그러면, 영상 부호화 장치(100)는 실제 홀수 영상(903)과 예측 홀수 영상(902)을 차분하여 차분 홀수 영상(904)을 생성할 수 있다. 앞에서 언급했듯이, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 홀수 영상(903)과 예측 홀수 영상(902)은 동일하게 되므로, 차분 홀수 영상(904)은 거의 0에 가까운 값을 가진다. 다시 말해서, 차분 홀수 영상(904)이 0에 가까운 경우, 입력 영상을 부호화하기 위한 데이터량이 전체 입력 영상의 데이터량의 1/2로 감소될 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 실제 짝수 영상(901), 차분 홀수 영상(904) 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 실제 홀수 행 영상으로부터 차분 짝수 행 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에서는 홀수 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상(1001)으로부터 차분 짝수 영상(1004)을 생성하는 과정을 도시하였다.
영상 부호화 장치(100)는 실제 홀수 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 예측 짝수 영상(1002)을 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 예측 짝수 영상(1002)은 입력 영상의 짝수 번째 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상(1003)에 대응될 수 있다. 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 짝수 영상(1003)과 예측 짝수 영상(1002)은 동일하게 된다.
그러면, 영상 부호화 장치(100)는 실제 짝수 영상(1003)과 예측 짝수 영상(1002)을 차분하여 차분 짝수 영상(1004)을 생성할 수 있다. 앞에서 언급했듯이, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 짝수 영상(1003)과 예측 짝수 영상(1002)은 동일하게 되므로, 차분 짝수 영상(1004)은 거의 0에 가까운 값을 가진다. 영상 부호화 장치(100)는 실제 홀수 영상(1001), 차분 짝수 영상(1004) 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 실제 짝수 행 영상으로부터 차분 홀수 행 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11에서 볼 수 있듯이, 실제 짝수 영상(1101)은 입력 영상의 픽셀들 중 짝수 번째 행의 픽셀로 구성될 수 있다. 도 11은 짝수 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상(1101)으로부터 차분 홀수 영상(1104)을 생성하는 과정을 도시하였다.
영상 부호화 장치(100)는 실제 짝수 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 예측 홀수 영상(1102)을 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 예측 홀수 영상(1102)은 입력 영상의 홀수 번째 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상(1103)에 대응될 수 있다. 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 홀수 영상(1103)과 예측 홀수 영상(1102)은 동일하게 된다.
그러면, 영상 부호화 장치(100)는 실제 홀수 영상(1103)과 예측 홀수 영상(1102)을 차분하여 차분 홀수 영상(1104)을 생성할 수 있다. 앞에서 언급했듯이, 예측 필터의 성능이 뛰어날수록 실제 홀수 영상(1103)과 예측 홀수 영상(1102)은 동일하게 되므로, 차분 홀수 영상(1104)은 거의 0에 가까운 값을 가진다. 다시 말해서, 차분 홀수 영상(1104)이 0에 가까운 경우, 입력 영상을 부호화하기 위한 데이터량이 전체 입력 영상의 데이터량의 1/2로 감소될 수 있다. 영상 부호화 장치(100)는 실제 짝수 영상(1101), 차분 홀수 영상(1104) 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법의 전체 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 12는 실제 홀수 영상을 이용하여 입력 영상을 부호화하는 과정을 설명한 것이며, 실제 짝수 영상을 이용하여 입력 영상을 부호화하는 과정도 동일하게 적용될 수 있다.
영상 부호화 장치는 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 실제 홀수 영상 및 실제 짝수 영상을 생성할 수 있다(S1201). 이 때, 실제 홀수 영상은 입력 영상의 홀수 번째 열 또는 행의 픽셀로 구성된 영상을 의미하며, 실제 짝수 영상은 입력 영상의 짝수 번째 열 또는 행의 픽셀로 구성된 영상을 의미할 수 있다.
그리고, 영상 부호화 장치는 실제 홀수 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다(S1202). 일례로, 영상 부호화 장치는 실제 홀수 영상으로부터 예측 짝수 영상을 가장 잘 예측할 수 있는 필터 계수를 구하고, 상기 필터 계수가 적용된 예측 필터를 실제 홀수 영상에 적용할 수 있다.
다른 일례로, 영상 부호화 장치는 실제 짝수 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성할 수 있다.
영상 부호화 장치는 실제 짝수 영상으로부터 예측 필터링을 통해 생성된 예측 짝수 영상을 차분하여 차분 짝수 영상을 생성할 수 있다(S1203). 예측 필터의 계수가 우수한 경우, 예측 짝수 영상과 실제 짝수 영상이 거의 동일한 값을 가지므로, 차분 짝수 영상은 0에 가까운 값을 가질 수 있다.
다른 일례로, 영상 부호화 장치는 실제 홀수 영상으로부터 예측 홀수 영상을 차분하여 차분 홀수 영상을 생성할 수 있다.
영상 부호화 장치는 실제 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다(S1204). 다른 일례로, 영상 부호화 장치는 실제 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 부호화할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 방법의 전체 과정을 도시한 플로우차트이다.
영상 복호화 장치는 부호화된 입력 영상을 복호화하여 실제 홀수 영상, 차분 짝수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 추출할 수 있다(S1301). 다른 일례로, 영상 복호화 장치는 부호화된 입력 영상을 복호화하여 실제 짝수 영상, 차분 홀수 영상 및 예측 필터의 필터 계수를 추출할 수 있다.
그리고, 영상 복호화 장치는 예측 필터를 통해 실제 홀수 영상을 예측 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성할 수 있다(S1302). 다른 일례로, 영상 복호화 장치는 예측 필터를 통해 실제 짝수 영상을 예측 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성할 수 있다.
이 후, 영상 복호화 장치는 차분 짝수 영상과 예측 짝수 영상을 합산하여 합산 짝수 영상을 생성할 수 있다(S1303). 다른 일례로, 영상 복호화 장치는 차분 홀수 영상과 예측 홀수 영상을 합산하여 합산 홀수 영상을 생성할 수 있다.
그러면, 영상 복호화 장치는 실제 홀수 영상과 합산 짝수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다. 다른 일례로, 영상 복호화 장치는 실제 짝수 영상과 합산 홀수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성할 수 있다(S1304).
도 14는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 14를 참고하면, 영상 부호화 장치는 제1 예측모드 내지 제5 예측모드 중 입력 영상에 대한 최적의 예측모드를 결정하고, 상기 결정된 최적의 예측모드에 기초하여 예측을 수행할 수 있다(S1401). 이때, 상기 제1 예측모드 내지 제5 예측모드는 위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드일 수 있다. 즉, 제4 예측모드에서는 예측 단계(S1401)를 수행하지 않고, 제5 예측모드에서는 예측 단계 이하 압축 과정 전체(S1401, S1402, S1403, S1403)를 수행하지 않는다.
이후, 영상 부호화 장치는 예측 수행된 입력 영상의 데이터를 공간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환할 수 있다(S1402).
다음으로, 영상 부호화 장치는 DCT 변환을 통해 산출된 계수를 양자화할 수 있다(S1403). 따라서, 양자화를 통해 DCT 변환을 통해 산출된 계수를 정수로 반올림할 수 있다.
또한, 상기에서 언급한 바와 같이, 양자화 과정에서는 실제 영상과 차분 영상에 대한 양자화 오프셋을 차등 적용하여, 실제 영상과 차분 영상에 대한 압축률을 다르게 적용할 수 있다.
그리고, 영상 부호화 장치는 양자화부를 통해 양자화된 계수를 엔트로피 부호화하여 비트스트림으로 변환할 수 있다(S1404).
도 15는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 15를 참고하면, 영상 복호화 장치는 입력된 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 복원정보를 생성할 수 있다(S1501).
또한, 영상 복호화 장치는 상기 복원정보를 역양자화 할 수 있고(S1502), 역양자화된 복원정보를 주파수 도메인에서 공간 도메인으로 변환할 수 있다(S1503).
이후, 영상 복호화 장치는 상기 업급된 제1 예측모드 내지 제5 예측모드 중 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 예측을 수행하여 실제 영상, 차분 영상, 및 필터 계수를 복호화할 수 있다(S1504).
한편, 도 12 내지 도 15에서 설명되지 않은 부분은 도 1 내지 도 11의 설명을 참고할 수 있다.
이상에서는 실제 영상과 차분 영상을 위해 5개의 예측 모드가 사용되는 것처럼 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예로써, 실제 영상에 대해서는 2009년 3월에 ITU-T에서 공표된 H.264/AVC 표준에서 사용되는 예측 모드가 사용되고, 차분 영상에 대해서는 본 명세서에서 언급된 5개의 예측 모드가 사용될 수도 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 방법 또는 영상 복호화 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 입력 영상의 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부;
    상기 제2 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 차분 영상을 생성하는 영상 연산부; 및
    상기 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제2 영역의 차분 영상을 부호화하는 영상 부호화부
    를 포함하는 영상 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 영상에 대해 상기 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제2 영역의 실제 영상을 생성하는 영상 분리부를 더 포함하고,
    상기 영상 분리부는,
    상기 입력 영상을 픽셀 단위로 분리하여 상기 입력 영상에 대해 짝수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 짝수 영상과 홀수 열 또는 행의 픽셀로 구성된 실제 홀수 영상을 생성하는 영상 부호화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영상 필터부는,
    상기 입력 영상의 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 상기 예측 필터를 통해 상기 실제 짝수 영상을 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성하고,
    상기 영상 연산부는,
    상기 실제 홀수 영상으로부터 상기 예측 홀수 영상을 차분하여 차분 홀수 영상을 생성하는 것을 영상 부호화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 영상 필터부는,
    상기 입력 영상의 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 상기 예측 필터를 통해 상기 실제 홀수 영상을 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성하고,
    상기 영상 연산부는,
    상기 실제 짝수 영상으로부터 상기 예측 짝수 영상을 차분하여 차분 짝수 영상을 생성하는 것을 영상 부호화 장치.
  5. 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 부호화부는,
    상기 입력 영상의 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 상기 실제 짝수 영상 및 상기 차분 홀수 영상을 부호화하고,
    상기 입력 영상의 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화하는 경우, 상기 실제 홀수 영상 및 상기 차분 짝수 영상을 부호화하는 것을 영상 부호화 장치.
  6. 입력 영상의 제1 영역의 실제 영상을 부호화하는 영상 부호화부;
    상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부; 및
    상기 제2 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 차분 영상을 생성하는 영상 연산부
    를 포함하고,
    상기 영상 부호화부는,
    상기 제2 영역의 차분 영상을 부호화하는 것을 영상 부호화 장치.
  7. 입력 영상의 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터를 통해 예측 필터링하여 상기 입력 영상의 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부;
    상기 제2 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 예측 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 차분 영상을 생성하는 영상 연산부; 및
    상기 제1 영역의 실제 영상, 상기 제2 영역의 차분 영상 및 예측 필터의 필터 계수 중 적어도 하나에 대하여 양자화 오프셋을 차등 적용하여 부호화하는 영상 부호화부
    를 포함하는 것을 영상 부호화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상 부호화부는,
    위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드 중 적어도 하나의 예측 모드를 통해 인트라 예측 부호화를 수행하는 것을 영상 부호화 장치.
  9. 위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드 중 입력 영상에 대한 최적의 예측모드를 결정하고, 상기 결정된 최적의 예측모드에 기초하여 상기 입력 영상에 대한 예측을 수행하는 예측모드 결정부;
    상기 예측 수행된 입력 영상의 데이터를 공간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하는 DCT 변환부;
    상기 DCT 변환을 통해 산출된 계수를 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화부를 통해 양자화된 계수를 엔트로피 부호화하여 비트스트림으로 변환하는 엔트로피 부호화부
    를 포함하는 것을 영상 부호화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 예측모드 결정부는,
    율 왜곡 비용이 최소인 예측모드를 상기 최적의 예측모드로 선택하는 것을 영상 부호화 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 입력 영상은,
    실제 영상 및 차분 영상 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 양자화부는,
    상기 실제 영상과 상기 차분 영상에 대한 양자화 오프셋을 차등 적용하는 것을 영상 부호화 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 결정된 최적의 예측모드가 제4 예측모드인 경우, 상기 입력 영상에 대한 예측을 수행하지 않고,
    상기 결정된 최적의 예측모드가 제5 예측모드인 경우, 상기 입력 영상에 대한 예측, DCT 변환, 양자화, 및 엔트로피 부호화를 수행하지 않는 것을 영상 부호화 장치.
  13. 부호화된 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 차분 영상을 복호화하는 영상 복호화부;
    상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부;
    상기 제2 영역의 예측 영상과 상기 제2 영역의 차분 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 합산 영상을 생성하는 영상 연산부; 및
    상기 제1 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 영상 조합부
    를 포함하는 영상 복호화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 영상 복호화부는,
    상기 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 상기 실제 짝수 영상 및 상기 차분 홀수 영상을 복호화하고,
    상기 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 상기 실제 홀수 영상 및 상기 차분 짝수 영상을 복호화하는 것을 영상 복호화 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 영상 필터부는,
    상기 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 상기 예측 필터를 통해 상기 실제 짝수 영상을 필터링하여 예측 홀수 영상을 생성하고,
    상기 영상 연산부는,
    상기 차분 홀수 영상과 상기 예측 홀수 영상을 합산하여 합산 홀수 영상을 생성하는 것을 영상 복호화 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 영상 필터부는,
    상기 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 상기 예측 필터를 통해 상기 실제 홀수 영상을 필터링하여 예측 짝수 영상을 생성하고,
    상기 영상 연산부는,
    상기 차분 짝수 영상과 상기 예측 짝수 영상을 합산하여 합산 짝수 영상을 생성하는 것을 영상 복호화 장치.
  17. 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 조합부는,
    상기 입력 영상이 짝수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 상기 실제 짝수 영상과 상기 합산 홀수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하고,
    상기 입력 영상이 홀수 열 또는 행의 픽셀에 대해서 부호화된 경우, 상기 실제 홀수 영상과 상기 합산 짝수 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 것을 영상 복호화 장치.
  18. 양자화 오프셋이 차등 적용되어 부호화된 입력 영상에 대해 제1 영역의 실제 영상 및 상기 제1 영역과 구별되는 제2 영역의 차분 영상을 복호화하는 영상 복호화부;
    상기 제1 영역의 실제 영상을 예측 필터링하여 상기 제2 영역의 예측 영상을 생성하는 영상 필터부;
    상기 제2 영역의 예측 영상과 상기 제2 영역의 차분 영상을 연산하여 상기 제2 영역의 합산 영상을 생성하는 영상 연산부; 및
    상기 제1 영역의 실제 영상과 상기 제2 영역의 합산 영상을 조합하여 원래의 입력 영상을 생성하는 영상 조합부
    를 포함하는 영상 복호화 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 영상 복호화부는,
    위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드 중 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 예측을 수행하여 실제 영상 및 차분 영상을 복호화하는 것을 영상 복호화 장치.
  20. 입력된 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 복원정보를 생성하는 엔트로피 복호화부;
    상기 복원정보를 역양자화하는 역양자화부;
    상기 역양자화된 복원정보를 주파수 도메인에서 공간 도메인으로 변환하는 DCT 역변환부; 및
    위쪽 참조 픽셀이 수직 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제1 예측모드, 왼쪽 참조 픽셀이 수평 방향으로 확장되어 예측을 수행하는 제2 예측모드, 상기 위쪽 참조 픽셀과 상기 왼쪽 참조 픽셀의 평균을 이용하여 예측을 수행하는 제3 예측모드, 예측을 수행하지 않는 제4 예측모드, 및 압축을 수행하지 않는 제5 예측모드 중 부호화 과정에서 수행된 예측 모드에 따라 예측을 수행하여 실제 영상 및 차분 영상을 복호화하는 예측 복호화부
    를 포함하는 것을 영상 복호화 장치.
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