WO2011028046A2 - 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법, 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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    • H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51—Motion estimation or motion compensation

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to image data compression technology, and more particularly, a video encoding method, apparatus, and a recording medium using reference image-based secondary prediction, which reduce prediction errors by performing secondary prediction based on a reference image. It is about.
  • H.264 / AVC video encoding technology has improved the compression performance by 2 times compared with the previous standard.
  • This technique provides a coding step in the time and space domain based on the hybrid coding technique.
  • the encoding step in the temporal domain reduces temporal redundancy through motion compensation prediction from an image of a reference frame.
  • the motion compensation prediction is determined by the correlation between the block of the reference frame and the block of the image to be currently encoded, that is, the motion vector, and through this, a prediction image is obtained in units of blocks.
  • the prediction error obtained as the difference between the predicted image and the original image is aligned in blocks, transformed into a frequency domain, and then quantized, and then scanned by a zigzag scanning method starting from a coefficient representing a DC value.
  • Zigzag scanning produces an array of coefficients and subsequent coding steps can be optimized through CABAC or CAVLC.
  • the coding efficiency is high by the DCT transform, which transforms the frequency domain only when the prediction errors in the block correlate with each other, that is, when they exist in the low frequency band.
  • efficiency is low when only slightly correlated in the spatial domain.
  • [Document 1] adds a method of encoding a prediction error in a spatial domain without performing a DCT transform to a method of encoding a prediction error in a conventional frequency domain, thereby making a prediction.
  • a method of adaptively determining whether to convert an error signal into a frequency domain or to maintain a prediction error signal in a spatial domain for encoding is proposed.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of adaptively encoding a prediction error in [Document 1].
  • a prediction error signal of an image to be encoded is obtained through motion compensation prediction (S101).
  • step S101 For the prediction error obtained in step S101, DCT transform is performed, quantization is performed, and then quantization and DCT transform are inversely performed in the frequency domain based on the distortion and the required rate. Obtain the cost of (S102).
  • quantization is inversely performed to obtain a cost in the spatial domain based on distortion and a required rate (S103). ).
  • the technique of encoding a prediction error signal by the method of FIG. 1 provided a higher encoding performance compared to the H.264 / AVC video encoding technique. However, if the prediction error sample in the block is not only low in the spatial domain but also large and small errors are scattered irregularly, the method is also less efficient.
  • An embodiment of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to reduce the prediction error by performing a second order prediction based on a reference image in addition to the existing technology (Document 1).
  • the present invention provides a video encoding method, apparatus, and a recording medium based on second order prediction.
  • a video encoding method using reference image-based secondary prediction includes generating a primary prediction error signal based on an input signal and a prediction signal. Generating a second prediction error signal based on an error signal and a first prediction error signal of a reference block, quantizing and adaptively DCT transforming the first prediction error signal or the second prediction error signal and the quantization And encoding the quantized first order error signal or the quantized second order prediction error signal, and encoding the adaptively selected signal.
  • a video encoding apparatus using reference image-based secondary prediction may include a first prediction error signal generation unit configured to generate a first prediction error signal based on an input signal and a prediction signal.
  • a second prediction error signal generator configured to generate a second prediction error signal based on the first prediction error signal of the current block and the first prediction error signal of the reference block; or the first prediction error signal of the first prediction error signal generator;
  • An adaptive DCT transform and quantizer for adaptively DCT transforming the second prediction error signal generator and then quantizing the second prediction error signal generator may include an encoder for encoding the quantized signal.
  • An adaptive selector for adaptively selecting one of the prediction error signal and the quantized second prediction error signal based on cost
  • an inverse quantization and adaptive DCT converter that inversely quantizes and adaptively DCT transforms the output signal of the adaptive DCT transform and the quantization unit based on the output signal of the inverse quantization and adaptive DCT converter.
  • a prediction block generator for generating a signal and a reference block generator for generating the reference block based on the output signal of the inverse quantization and adaptive DCT converter.
  • a computer-readable recording medium having recorded a video encoding program through reference image-based secondary prediction is a first prediction error signal based on an input signal and a prediction signal.
  • a function of generating a second prediction error signal based on the first prediction error signal of the current block and the first prediction error signal of the reference block; adaptively generating the first prediction error signal or the second prediction error signal may include a function of quantizing after DCT transform and a function of encoding the quantized signal, and may include a function of adaptively selecting the quantized first prediction error signal and the quantized second prediction error signal.
  • the reference block is, for example, a neighboring block of the current block, or in another example, corresponds to the current block. It may be a block of a previous frame, but is not limited thereto.
  • the reference block and the prediction signal may be based on a signal obtained by inverse quantization of the quantized signal and adaptively inverse DCT conversion.
  • the adaptive DCT conversion process includes performing a DCT transform and quantization on the first prediction error signal or the second prediction error signal, and performing quantization without performing reverse quantization and DCT conversion and without performing DCT conversion.
  • the cost in the frequency domain and the cost in the spatial domain and the second prediction error signal for the first prediction error signal based on the distortion and the required rate.
  • the cost in the frequency domain and the cost in the spatial domain can be calculated, and based on the calculated cost, it is possible to selectively perform the DCT conversion and whether to perform the second prediction.
  • a prediction error signal is transformed into a frequency domain and encoded, or encoded in a spatial domain, an additional 2 with respect to the prediction error signal through a prediction error of a neighboring block or a previous frame block based on a motion vector It may include an adaptive DCT transformation and quantization process for determining whether to encode after encoding the difference in the frequency domain after encoding the difference prediction.
  • the second prediction is performed through the prediction unit of the neighboring block and the motion vector based previous frame block, the memory unit storing the prediction error of the neighboring block and the motion vector based previous frame block for the second prediction.
  • DCT transformer for transforming a prediction error sample into a frequency domain Quantizer in a frequency domain Quantizer in a spatial domain Quantization inverse in a frequency domain It may include an adaptive control unit for performing the second prediction based on the prediction error of the previous frame block, and thus switching between each frequency domain and the spatial domain.
  • Secondary prediction through the prediction error of the previous frame block based on the neighboring block prediction error or the motion vector is based on the characteristic that more information about the image remains as the prediction error signal is larger.
  • a reference block generation unit having a memory unit for storing a prediction block of a neighboring block prediction error or a motion vector based previous frame block for further secondary prediction of the prediction error signal. If the neighboring block prediction error and the prediction error of the previous frame block based on the motion vector have a high correlation with the prediction error to be currently encoded, the encoding technique according to the embodiment of the present invention may reduce the data rate compared to the conventional encoding technique. will be. Therefore, according to an embodiment of the present invention, in view of a prediction error signal, additional second prediction may be performed through a neighboring block prediction error or a prediction error of a motion frame based on a motion vector.
  • the determining step is cost calculated from the distortion and the demand rate weighted by the Lagrange parameter.
  • the cost is calculated based on the neighboring block prediction error and the prediction error of the previous frame block based on the motion vector, and the calculation of the motion compensation prediction error is performed as in the conventional technology. After completing all the calculations, it is possible to decide whether or not to use secondary prediction to lower costs.
  • the time-domain redundancy is reduced by block-based motion compensated prediction, and a sample of the prediction error signal is provided in the prediction error block of the spatial domain or the prediction of the previous frame block based on the neighboring block prediction error or motion vector. Provided after the second prediction through the error.
  • a specific code for an encoding mechanism such as CABAC may be based on a separately determined probability for coefficients in the frequency domain or samples in the spatial domain.
  • a method of encoding a prediction error signal including quantizing a prediction error sample in a spatial domain may be provided. That is, according to an embodiment of the present invention, the prediction error of the reference block for the prediction error, that is, in the spatial domain as well as the encoding in the frequency domain after the second prediction through the neighboring block prediction error or the prediction error of the previous frame block based on the motion vector. May also be encoded.
  • the present invention it is possible to generate a prediction error signal that performs first-order prediction and / or second-order prediction on input data, and encode the corresponding first-order and / or second-order prediction error signal in a frequency domain.
  • the final encoding may be performed in a process having the lowest cost, that is, the process having the smallest prediction error.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of adaptively encoding a prediction error according to the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video encoding apparatus through reference image-based secondary prediction according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart of a video encoding method using reference image-based secondary prediction according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a specific embodiment of the apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video encoding apparatus based on reference image-based secondary prediction according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the first prediction error signal generator 210 and the second prediction error are shown in FIG. A signal generator 220, an adaptive DCT transform and quantizer 230, an encoder 240, an inverse quantization and adaptive DCT transform unit 250, a prediction signal generator 260, and a reference block generator ( 270).
  • the first prediction error signal generator 210 generates a first prediction error signal based on an input signal and a prediction signal output from the prediction signal generator 260.
  • the second prediction error signal generator 220 is a first prediction error signal of the current block output from the first prediction error signal generator 210 and one of the reference blocks output from the reference block generator 270. A second prediction error signal is generated based on the second prediction error signal.
  • the adaptive DCT transform and quantization unit 230 may include the first prediction error signal of the first prediction error signal generator 210 and / or the second prediction error of the second prediction error signal generator 220.
  • An adaptive DCT converter (not shown) for adaptively DCT converting a signal and a quantizer (not shown) for quantizing the output signal of the adaptive DCT converter in a frequency domain or a spatial domain may be included.
  • the adaptive DCT transform unit of the adaptive DCT transform and quantization unit 230 performs DCT transform and quantization on the first prediction error signal or the second prediction error signal, and then inversely performs quantization and DCT transform.
  • DCT based on the cost in the spatial domain and the cost in the spatial domain, based on the distortion and the required rate, for the signal that has been performed and the quantized without inverse DCT conversion Optionally, perform conversion.
  • the encoder 240 encodes a signal output from the adaptive DCT transform and quantization unit 230.
  • the inverse quantization and adaptive DCT converter 250 adaptively inversely quantizes an output signal of the adaptive DCT transform and quantization unit 230 and an output signal of the inverse quantizer.
  • An adaptive inverse DCT converter (not shown) for inverse DCT conversion may be included.
  • the adaptive inverse DCT transform unit of the inverse quantization and adaptive DCT transform unit 250 selectively selects whether to inverse DCT transform in response to an operation of the adaptive DCT transform unit of the adaptive DCT transform and quantization unit 230. To do it.
  • the prediction signal generator 260 generates the prediction signal based on the output signal of the inverse quantization and adaptive DCT converter 250, and at least a motion compensation predictor (not shown) to reduce redundancy of the time domain. May include).
  • the reference block generator 270 generates the reference block based on the output signal of the inverse quantization and adaptive DCT converter 250.
  • the reference block is, for example, a neighboring block of the current block or another example. It may be a block of a previous frame corresponding to the current block, but is not limited thereto.
  • FIG. 3 is a flowchart of a video encoding method through reference image-based secondary prediction according to an embodiment of the present invention, which may be applied to the apparatus of FIG. 2 and will be described in parallel with the operation thereof.
  • the first prediction error signal generator 210 generates a first prediction error signal based on the input signal and the prediction signal (S310), and the second prediction error signal generator 220 predicts the first prediction of the current block.
  • a second prediction error signal is generated based on the error signal and the first prediction error signal of the reference block (S320).
  • the adaptive DCT transform and quantization unit 230 adaptively DCT transforms the first prediction error signal and / or the second prediction error signal and then quantizes it (S330), and the encoder 240 quantizes the quantization.
  • the encoded signal is encoded and output (S340).
  • step S330 the quantized signal is inversely quantized through the inverse quantizer and the adaptive DCT converter 250, and then adaptively inverse DCT transformed (S350).
  • the prediction signal generator 260 may reduce the time domain redundancy based on a signal output through the inverse quantizer and the adaptive DCT converter 250 (that is, the reconstructed prediction error signal) in operation S350. After generating the prediction signal by performing motion compensation prediction or the like, the generated prediction signal is provided to the first prediction error signal generator 210 to generate the first prediction error signal in step S310 (S360). ).
  • the reference block generator 270 performs second-order prediction in step S320 based on a signal (that is, a reconstructed prediction error signal) output through the inverse quantizer and the adaptive DCT converter 250 in step S350.
  • the reference block required for generating is generated and provided to the second prediction error signal generator 220.
  • the reference block may be, for example, a neighboring block of the current block or another block of a previous frame corresponding to the current block. It is not limited to this.
  • the adaptive DCT transformation is performed by performing DCT transformation and quantization on the first prediction error signal or the second prediction error signal, and then performing quantization and DCT transformation on the reverse, and without performing DCT transformation and quantization. And then reversely quantizes the signal, selectively performing DCT conversion based on the cost in the frequency domain and the cost in the spatial domain based on the distortion and the required rate.
  • the adaptive inverse DCT transformation in step S350 is an inverse transformation process corresponding to the adaptive DCT transformation in step S330.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a specific embodiment of the apparatus of FIG. 2, which is based on H.264 / AVC technology, but may be performed in combination with an existing technology.
  • reference numeral 210 denotes a first prediction error signal generator that generates a first prediction error signal 405 by subtracting a prediction signal output from the prediction signal generator 260 from an input signal 401.
  • reference numeral 220 denotes a first subtraction of the first prediction error signal 405 to generate a second prediction error signal by subtracting the prediction error signal 435 of the reference block output from the reference block generator 270. 2 shows a prediction error signal generator 220.
  • the adaptive DCT transform and quantization unit 230 includes a DCT transform unit 406 for DCT transforming the first prediction error signal 405 and outputting the prediction error signal 408 in the frequency domain.
  • the quantization unit 407 quantizes the prediction error signal 408 in the frequency domain and outputs the prediction error signal 420 quantized in the frequency domain, and quantizes the first prediction error signal 405 in the spatial domain.
  • the second prediction error signal output from the quantization unit 409 and the second prediction error signal generator 220 which are output as the quantized prediction error signal 424 is DCT-converted to the prediction error signal 431 in the frequency domain.
  • the DCT converter 432 outputs the quantized prediction error signal 432 in the frequency domain
  • the quantizer 433 outputs the quantized prediction error signal 429 in the frequency domain
  • the spatial prediction domain Quantize in the space domain by quantizing in A quantization unit 434 outputting the predicted error signal 430, and an adaptive control unit 415 selecting one of the output signals 420, 424, 429, and 430.
  • the encoder 240 includes an entropy encoder 413 to encode one of the output signals 420, 424, 429, and 430 to output an external output signal 416.
  • Numeral 414 denotes a scan control unit.
  • the inverse quantizer and the adaptive DCT converter 250 include an inverse quantizer 410 and an inverse DCT converter 411 for inverse quantization and inverse DCT conversion on the output signal 420.
  • the adaptive controller 415 is for performing the second prediction based on the neighboring block prediction error and the prediction error of the previous frame block based on the motion vector, and for switching between the frequency domain and the spatial domain accordingly. For example, for the output signals of the configurations 411, 412, 428, and 427, the cost in the frequency domain and the cost in the spatial domain are calculated based on the distortion and the required ratio, respectively. One path having the lowest cost is selected and controlled to be encoded.
  • the prediction signal generator 260 estimates a motion based on the output of the memory unit 422, the input signal 401, and the memory unit 422 storing previous images for motion estimation.
  • the motion estimation unit 402 and the motion compensation prediction unit 403 generating a prediction signal 404 by performing motion compensation prediction based on the output of the motion estimation unit 402 and the output of the memory unit 422. have.
  • the reference block generator 270 includes a memory unit 425 that stores a prediction error signal for a neighboring block of the current block and / or a corresponding block of a previous frame corresponding to the current block. , Generates a prediction error signal 435 of the reference block and provides it to the second prediction error signal generator 220.
  • the input signal 401 undergoes motion estimation, and the motion compensation prediction unit 403 performs motion compensation prediction based on the motion estimation of the motion estimation unit 402 to provide the prediction signal 404, and the first prediction error.
  • the signal generator 210 subtracts the prediction signal 404 from the input signal 401.
  • the prediction error signal 405 generated therefrom is converted into the frequency domain 406 and quantized by the quantization unit 407.
  • the output signal 420 of the quantizer 407 is transmitted to the entropy encoder 413 of the encoder 240.
  • the prediction error signal 420 is used by the motion compensation predictor 403 for the next prediction step.
  • the quantized inverse transformed and inverse DCT transformed prediction error signal is transferred to a memory unit 425 that stores an image prediction error of a previous frame based on a neighboring block or a motion vector of a block to be currently encoded for secondary prediction.
  • the prediction error signal is added to the prediction signal and transferred to the frame memory unit 422 which stores previous images for the motion compensation predictor 403 and the motion estimation unit 402.
  • Adaptive control is provided for switching between the frequency domain and the spatial domain for transforming the prediction error signal 405.
  • the second prediction error signal generator 220 predicts an average value of a left block and an upper block of a block to be currently encoded, which is a prediction error of a spatial image, that is, a neighboring block prediction error signal 435 as a reference block. Subtract the error signal 405 to generate a second prediction error signal.
  • the neighboring block prediction error 435 brings a prediction error of the corresponding block image from the memory 425 of the reference block generator 270.
  • a prediction error of a previous frame block based on a motion vector may be used as a reference block, and in terms of time, secondary prediction may be performed using a prediction error of a corresponding block of a previous frame most similar to the current block based on a motion vector.
  • a signal obtained by subtracting the neighboring block prediction error or the prediction error 435 of the previous frame block based on the motion vector from the prediction error signal 405 is quantized in the frequency domain and the spatial domain.
  • the adaptation control unit 415 generates signals and parameters to control the adaptive switching between the frequency domain and the spatial domain.
  • the adaptive control information signal 421 corresponds to four switches that switch between position A, position B, position C, and position D. FIG. When the second prediction is not performed and the transformation is performed in the frequency domain, the four switches are in position A. If the spatial area is used, the switch is switched to position B.
  • the switch when the second prediction is performed through the prediction error of the previous frame block based on the neighboring block prediction error and the motion vector, the switch is in position C when the transform is performed in the frequency domain, and the switch is in position D when the spatial domain is used. Is switched to.
  • the side information signal 121 that is, the side information signal 421 of the region used for the encoding procedure of the picture, is also transmitted to the entropy encoder 413.
  • the video encoding method through the reference image-based secondary prediction according to the embodiment of the present invention described with reference to FIG. 3 may be implemented as a computer-readable recording medium including program instructions for performing various computer-implemented operations.
  • the computer readable recording medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc. alone or in combination.
  • the recording medium may be those specially designed and constructed for the embodiments of the present invention, or may be known and available to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs, DVDs, magnetic-optical media such as floppy disks, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • the recording medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a local data structure, or the like.
  • Examples of program instructions may include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as produced by a compiler.
  • an embodiment of the present invention is applied to the field of image data compression technology to perform a second order prediction and adaptively perform a DCT transformation based on a reference image (that is, adaptively in a spatial domain or a frequency domain) It is a very useful invention that can significantly reduce the prediction error by performing quantization.

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Abstract

본 발명의 실시예는 참조 이미지를 기반으로 2차 예측을 수행하여 예측 오차를 줄이는, 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상(적응적 예측 에러) 부호화 방법, 장치 및 기록 매체에 관한 것으로서, 그방법의 일 예는 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 단계 현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 단계 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 단계 양자화된 상기 1차 예측 에러 신호 또는 양자화된 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 선택하는 단계 상기 적응적으로 선택된 신호를 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법, 장치 및 기록 매체
본 발명의 실시예는 영상 데이터 압축 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 참조 이미지를 기반으로 2차 예측을 수행하여 예측 오차를 줄이는, 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법, 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로, 비디오 압축 기술의 발달은 영상 매체를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 방법의 기반을 마련하였다. 특히 H.264/AVC 동영상 부호화 기술은 이전 표준에 비해 2배 정도의 압축 성능이 향상 되었다. 이 기술은 복합형 부호화 기술에 기초하여 시간 및 공간 영역에서의 부호화 단계를 제공한다. 시간적 영역에서의 부호화 단계는 참조 프레임의 이미지로부터의 움직임 보상 예측(Motion Compensated prediction)을 통해 중복성(temporal redundancy)이 감소된다. 움직임 보상 예측은 참조 프레임의 블록과 현재 부호화 하고자 하는 이미지의 블록의 상관관계, 즉 움직임 벡터에 의해 결정되고 이를 통해 블록단위로 예측 이미지를 얻는다. 예측 이미지와 원본 이미지의 차로서 얻어진 예측 에러는 블록 단위로 정렬되고 주파수 영역으로 변환된 후 양자화되어, DC 값을 나타내는 계수에서부터 시작하여 지그재그 스캐닝 방식으로 스캔 된다. 지그재그 스캐닝은 계수 어레이를 생성하게 되고 후속 부호화 단계는 CABAC 이나 CAVLC를 통해 최적화 될 수 있다. 하지만 블록 내의 예측 에러들이 서로 상관관계를 가질 때만, 즉 낮은 주파수 대역에 존재할 경우에만 주파수 영역으로 변환하는 DCT 변환에 의해 부호화 효율이 높다. 반면 공간 영역에서 약간만 상관되어 있는 경우 효율이 낮다.
[문헌 1] Matthias Narroschke, Hans Georg Musmann "Adaptive prediction error coding in spatial and frequency domain for H.264/AVC" VCEG- AB06, 16-20 January, 2006
이러한 문제를 해결하기 위해 [문헌 1]은 기존의 주파수 영역에서 예측 에러(prediction error)를 부호화하는 방법에 DCT 변환을 하지 않고 공간적 영역에서 예측 에러(prediction error)를 부호화하는 방법을 추가하여, 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지, 또는 부호화를 위해 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 적응적으로 판단하여 사용하는 방법을 제안하였다.
도 1은 [문헌 1]에서 적응적으로 예측 에러(prediction error)를 부호화하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 움직임 보상 예측을 통해 부호화 하고자 하는 이미지의 예측 에러 신호를 얻는다(S101).
단계 S101에서 얻어진 예측 에러(prediction error)에 대하여, DCT 변환을 수행하고, 양자화를 한 후, 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행하여 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 주파수 영역에서의 비용(cost)를 구한다(S102).
단계 S101에서 얻어진 예측 에러(prediction error)에 대하여, 양자화를 수행한 후, 역으로 양자화를 수행하여 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 공간적 영역에서의 비용(cost)를 구한다(S103).
마지막으로, 단계 S102 및 S103에서 각각 구해진 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용을 비교하여, 비용이 더 낮은 부호화 방법을 선택하여 예측 에러 신호를 부호화한다(S104).
도 1의 방법에서는 DCT 변환을 수행하지 않을 때, DCT 변환을 할 경우보다 오히려 더 효과적인 경우가 존재한다는 것을 전제로 한다.
도 1의 방법으로 예측 에러(prediction error) 신호를 부호화 하는 기술은, H.264/AVC 동영상 부호화 기술과 비교해 더 높은 부호화 성능을 제공하였다. 그러나 블록 내 예측 에러 샘플이 공간 영역에서 상관성이 낮을 뿐만 아니라 큰 에러와 작은 에러들이 불규칙 적으로 산재되어 있는 경우, 상기 방법 또한 효율성이 떨어진다.
본 발명의 실시예는 상술된 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 기존의 기술(문헌 1)에 부가하여, 참조 이미지를 기반으로 2차 예측을 수행하여 예측 오차를 줄이기 위한, 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법, 장치 및 기록 매체를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법은, 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 단계 현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 단계 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 단계 및 상기 양자화된 신호를 부호화하는 단계를 포함할 수 있고, 양자화된 상기 1차 예측 에러 신호 또는 양자화된 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 선택하고, 상기 적응적으로 선택된 신호를 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치는, 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 제 1 예측 에러 신호 생성부 현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 제 2 예측 에러 신호 생성부 상기 제 1 예측 에러 신호 생성부의 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 제 2 예측 에러 신호 생성부의 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 적응적 DCT 변환 및 양자화부 상기 양자화된 신호를 부호화하는 부호화부를 포함할 수 있고, 상기 양자화된 제 1 예측 에러 신호 및 양자화된 제 2차 예측 에러 신호 중 하나를 비용(cost)에 근거하여 적응적으로 선택하는 적응적 선택부를 포함할 수 있으며, 상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부의 출력 신호를 역으로 양자화하고 적응적으로 DCT 변환하는 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부 상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부의 출력 신호를 근거로 상기 예측 신호를 생성하는 예측 신호 생성부 및 상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부의 출력 신호를 근거로 상기 참조 블록을 생성하는 참조 블록 생성부를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 기능 현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 기능 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 기능 및 상기 양자화된 신호를 부호화하는 기능을 포함할 수 있고, 상기 양자화된 제 1 예측 에러 신호 및 양자화된 제 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 선택하는 기능을 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 다양한 측면에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법, 장치 및 기록 매체에서, 상기 참조 블록은, 일 예로 상기 현재 블록의 주변 블록이거나, 다른 예로 상기 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 블록일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 참조 블록 및 상기 예측 신호는 상기 양자화된 신호를 역양자화하고 적응적으로 역 DCT 변환한 신호를 기반으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 적응적인 DCT 변환 과정은, 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를, DCT 변환하고 양자화한 후 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행한 신호 및 DCT 변환은 하지 않고 양자화한 후 다시 역으로 양자화한 신호 각각에 대하여, 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 상기 1차 예측 에러신호에 대한 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용 및 상기 2차 예측 에러신호에 대한 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용을 각각 산출하고 그 산출된 비용에 근거하여 DCT 변환 여부 및 2차 예측 수행 여부를 선택적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환하여 부호화 할 것인지, 공간 영역에서 부호화 할 것인지, 주변 블록 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통해 상기 예측 에러 신호에 대하여 추가적인 2차 예측을 한 후 주파수 영역으로 변환하여 부호화 할 것인지, 공간 영역에서 부호화 할 것인지를 결정하는 적응적 DCT 변환 및 양자화 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 2차 예측을 위해 주변 블록 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 저장하는 메모리부, 주변 블록 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통해 2차 예측을 수행한 예측 에러 샘플을 주파수 영역으로 변환하기 위한DCT 변환부 주파수 영역에서의 양자화부 공간 영역에서의 양자화부 주파수 영역의 양자화 역 변환부 공간 영역의 양자화 역 변환부 역 DCT 변환부 주변 블록 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 바탕으로 한 2차 예측의 수행 여부, 그에 따른 각각의 주파수 영역과 공간 영역 사이의 전환을 위한 적응적 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 예측 에러 신호를 그대로 유지하여 부호화 할 것인지, 혹은 예측 에러에 대하여 주변 블록 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 기반으로 2차 예측을 한 후 부호화 할 것인지를 결정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 예측 에러를 그대로 유지하여 부호화 할 것인지, 주변 블록 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통해 2차 예측을 한 후 부호화 할 것인지를 결정할 수 있다. 주변 블록 예측 에러 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통한 2차 예측은 예측 에러 신호가 클수록 이미지에 대한 정보가 많이 남아 있다는 특성을 바탕으로 한다.
본 실시예에 따르면 이러한 예측 에러 신호에 대한 추가적인 2차 예측을 위해 주변 블록 예측 에러 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 저장하는 메모리부를 가진 참조 블록 생성부를 제공한다. 주변 블록 예측 에러 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러가 현재 부호화 하고자 하는 예측 에러와 높은 상관도를 갖는다면, 본 발명이 실시예에 따른 부호화 기술은 기존의 부호화 기술에 비해 데이터 비율이 감소할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 예측 에러 신호의 관점에서, 주변 블록 예측 에러 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통한 추가적인 2차 예측을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 결정 단계는 라그랑주(Lagrange) 파라미터에 의해 가중되는 왜곡(distortion)과 요구 비율(rate)에 의해 비용(cost)이 계산된다. 여기서 비용(cost)은 주변 블록 예측 에러 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 바탕으로 2차 예측을 한 신호의 계산과 기존 기술과 같이 움직임 보상 예측 에러에 대한 계산이 모두 수행된다. 모든 계산을 마친 후 비용이 더 낮도록 2차 예측의 사용 여부가 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시영역 중복성이 블록 기반 움직임 보상 예측에 의해 감소되고, 예측 에러 신호의 샘플이 공간 영역의 예측 에러 블록에서 제공 되거나 주변 블록 예측 에러 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통한 2차 예측 후 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, CABAC 등과 같은 부호화 메커니즘에 대한 특정 코드는 주파수 영역의 계수 또는 공간 영역의 샘플에 대해 별도로 결정된 확률에 기반할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공간 영역의 예측 에러 샘플을 양자화하는 단계를 포함하는 예측 에러 신호를 부호화하는 방법이 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 예측 에러에 대한 참조 블록의 예측 에러 즉, 주변 블록 예측 에러 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통한 2차 예측 후 주파수 영역에서의 부호화뿐만 아니라 공간 영역에서의 부호화도 가능할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입력 데이터에 대해 1차 예측 및/또는 2차 예측을 수행한 예측 에러 신호를 생성할 수 있고, 해당 1차 및/또는 2차 예측 에러 신호에 대해 주파수 영역에서 부호화하거나 공간 영역에서 부호화할 수있으므로, 비용이 가장 낮은 과정 즉, 예측 오차가 가장 작은 과정으로 최종 부호화를 수행할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 측면에 의하면, 참조 이미지를 기반으로 2차 예측을 수행하고 적응적으로 DCT 변환을 수행(즉, 공간 영역 또는 주파수 영역에서 적응적으로 양자화를 수행)하여 예측 오차를 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 적응적으로 예측 에러(prediction error)를 부호화하는 방법을 나타내는 흐름도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치의 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법의 흐름도,
도 4는 도 2의 장치의 구체적인 일 실시예를 나타내는 블록도.
이하, 본 발명의 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.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치의 블록도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 예측 에러 신호 생성부(210), 제 2 예측 에러 신호 생성부(220), 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230), 부호화부(240), 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부(250), 예측 신호 생성부(260), 및 참조 블록 생성부(270)를 포함한다.
상기 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)는 입력 신호 및 상기 예측 신호 생성부(260)로부터 출력된 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성한다.
상기 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)는 상기 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)로부터 출력된 현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 상기 참조 블록 생성부(270)로부터 출력된 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성한다.
상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)는 상기 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)의 상기 1차 예측 에러 신호 및/또는 상기 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)의 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환하는 적응적 DCT 변환부(미도시) 및 그 적응적 DCT 변환부의 출력 신호를 주파수 영역 또는 공간적 영역에서 양자화하는 양자화부(미도시)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)의 상기 적응적 DCT 변환부는, 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를, DCT 변환하고 양자화한 후 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행한 신호 및 DCT 변환은 하지 않고 양자화한 후 다시 역으로 양자화한 신호에 대하여, 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 구해진 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용에 근거하여 DCT 변환 여부를 선택적으로 수행하도록 한다.
상기 부호화부(240)는 상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)로부터 출력된 신호를 부호화한다.
상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부(250)는 상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)의 출력 신호를 역으로 양자화하는 역 양자화부(미도시) 및 그 역 양자화부의 출력 신호를 적응적으로 역 DCT 변환하는 적응적 역 DCT 변환부(미도시)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부(250)의 상기 적응적 역 DCT 변환부는 상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)의 상기 적응적 DCT 변환부의 동작에 대응하여 역 DCT 변환 여부를 선택적으로 수행하도록 한다.
상기 예측 신호 생성부(260)는 상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부(250)의 출력 신호를 근거로 상기 예측 신호를 생성하는 것으로, 적어도 시영역의 중복성을 감소시키기 위한 움직임 보상 예측부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 참조 블록 생성부(270)는 상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부(250)의 출력 신호를 근거로 상기 참조 블록을 생성하는 것으로, 상기 참조 블록은 일 예로 현재 블록의 주변 블록이거나, 다른 예로 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 블록일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법의 흐름도로서, 도 2의 장치에 적용될 수 있으므로 그 동작과 병행하여 설명한다.
먼저, 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)에서 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하고(S310), 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)에서 현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성한다(S320).
다음, 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)에서 상기 1차 예측 에러 신호 및/또는 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하고(S330), 부호화부(240)에서 상기 양자화된 신호를 부호화하여 출력한다(S340).
한편, 상기 단계 S330에서 상기 양자화된 신호는 역 양자화부 및 적응적 DCT 변환부(250)를 통해 역 양자화된 후 적응적으로 역 DCT 변환된다(S350).
이어, 예측 신호 생성부(260)는 상기 단계 S350에서 역 양자화부 및 적응적 DCT 변환부(250)를 통해 출력된 신호(즉, 복원된 예측 에러 신호)를 근거로 시영역 중복성을 감소시키기 위한 움직임 보상 예측 등을 수행하여 상기 예측 신호를 생성한 후 그 생성된 예측 신호를 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)에 제공하여 상기 단계 S310에서 제 1 예측 에러 신호를 생성할 수 있도록 한다(S360).
또한, 참조 블록 생성부(270)는 상기 단계 S350에서 역 양자화부 및 적응적 DCT 변환부(250)를 통해 출력된 신호(즉, 복원된 예측 에러 신호)를 근거로 상기 단계 S320에서 2차 예측을 위해 필요한 상기 참조 블록을 생성하여 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)로 제공하는데, 상기 참조 블록은 일 예로 현재 블록의 주변 블록이거나 또는 다른 예로 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 블록일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 단계 S330에서 상기 적응적인 DCT 변환은, 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를, DCT 변환하고 양자화한 후 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행한 신호 및 DCT 변환은 하지 않고 양자화한 후 다시 역으로 양자화한 신호에 대하여, 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 구해진 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용에 근거하여 DCT 변환 여부를 선택적으로 수행하는 것을 나타내며, 상기 단계 S350에서의 상기 적응적인 역 DCT 변환은 상기 단계 S330에서의 상기 적응적인 DCT 변환에 대응하여 역 변환 과정이다.
도 4는 도 2의 장치의 구체적인 일 실시예를 나타내는 블록도로서, 본 실시예는 H.264/AVC 기술을 기본으로 하나, 기존 기술과 결합하여 수행될 수도 있다.
도 4의 실시예에서, 참조 번호 210은 입력 신호(401)에서 예측 신호 생성부(260)로부터 출력된 예측 신호를 감산하여 1차 예측 에러 신호(405)를 생성하는 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)를 나타내고, 참조 번호 220은 1차 예측 에러 신호(405)에서 참조 블록 생성부(270)로부터 출력된 참조 블록의 예측 에러 신호(435)를 감산하여 2차 예측 에러 신호를 생성하는 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)를 나타낸다.
도 4의 실시예에서 적응적 DCT 변환 및 양자화부(230)는, 1차 예측 에러 신호(405)를 DCT 변환하여 주파수 영역에서의 예측 에러 신호(408)로 출력하는 DCT 변환부(406), 주파수 영역에서의 예측 에러 신호(408)를 양자화하여 주파수 영역에서 양자화된 예측 에러 신호(420)로 출력하는 양자화부(407), 1차 예측 에러 신호(405)를 공간 영역에서 양자화하여 공간 영역에서 양자화된 예측 에러 신호(424)로 출력하는 양자화부(409), 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)로부터 출력된 2차 예측 에러 신호를 DCT 변환하여 주파수 영역에서의 예측 에러 신호(431)로 출력하는 DCT 변환부(432), 주파수 영역에서의 예측 에러 신호(432)를 양자화하여 주파수 영역에서 양자화된 예측 에러 신호(429)로 출력하는 양자화부(433), 2차 예측 에러 신호를 공간 영역에서 양자화하여 공간 영역에서 양자화된 예측 에러 신호(430)로 출력하는 양자화부(434), 및 상기 출력 신호들(420, 424, 429, 430) 중 하나를 선택하는 적응적 제어부(415)를 포함한다.
도 4의 실시예에서, 부호화부(240)는 엔트로피 부호화기(413)로 구성되어 상기 출력 신호들(420, 424, 429, 430) 중 하나를 부호화하여 외부 출력신호(416)로 출력하고, 참조 번호 414는 스캔 제어부를 나타낸다.
다시 도 4의 실시예에서 역 양자화부 및 적응적 DCT 변환부(250)는, 상기 출력 신호(420)에 대하여 역 양자화하고 역 DCT 변환하는 역 양자화부(410)와 역 DCT 변환부(411), 상기 출력 신호(424)에 대하여 역 양자화하는 역 양자화부(412), 상기 출력 신호(429)에 대하여 역 양자화하고 역 DCT 변환하는 역 양자화부(426)와 역 DCT 변환부(428), 상기 출력 신호(430)에 대하여 역 양자화하는 역 양자화부(427), 및 상기 출력 신호들 A, B, C, D 중 하나를 선택하는 적응적 제어부(415)를 포함한다.
적응적 제어부(415)는 주변 블록 예측 에러 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 바탕으로 한 2차 예측의 수행 여부와 그에 따른 각각의 주파수 영역과 공간 영역 사이의 전환을 위한 것으로, 예를 들어, 상기 구성(411,412,428,427)의 출력 신호에 대해 각각 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용을 구하고 그 결과로 A, D, C, D 중에 해당 비용이 가장 낮은 하나의 경로가 선택되어 부호화되도록 제어한다.
도 4의 실시예에서, 예측 신호 생성부(260)는 움직임 추정을 위해 이전 이미지들을 저장하는 메모리부(422), 입력 신호(401)와 메모리부(422)의 출력을 근거로 움직임을 추정하는 움직임 추정부(402), 및 움직임 추정부(402)의 출력과 메모리부(422)의 출력을 근거로 움직임 보상 예측하여 예측 신호(404)를 생성하는 움직임 보상 예측부(403)를 포함할 수 있다.
다시 도 4의 실시예에서, 참조 블록 생성부(270)는 현재 블록의 주변 블록 및/또는 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 해당 블록에 대한 예측 에러 신호를 저장하는 메모리부(425)를 포함하고, 참조 블록의 예측 에러 신호(435)를 생성하여 제 2 예측 에러 신호 생성부(220)로 제공한다.
이어, 도 4의 실시예에 대한 동작을 설명한다.
입력신호(401)는 움직임 추정을 거치며 예측 신호(404)를 제공하기 위해 움직임 추정부(402)의 움직임 추정에 기반하여 움직임 보상 예측부(403)에서 움직임 보상 예측이 수행되고, 제 1 예측 에러 신호 생성부(210)는 예측 신호(404)를 입력 신호(401)로부터 차감한다. 이로부터 생성되는 예측 에러 신호(405)를 주파수 영역(406)으로 변환하며 양자화부(407)를 통해 양자화 한다. 상기 양자화부(407)의출력 신호(420)는 부호화부(240)의 엔트로피 부호화기(413)로 전달된다. 역 양자화부(410)와역 DCT 변환부(411)를 통해 예측 에러 신호(420)는 움직임 보상 예측부(403)에서 다음 예측 단계를 위해 이용된다. 양자화 역변환되고 역 DCT 변환된 예측 에러 신호는 2차 예측을 위해 현재 부호화 하고자 하는 블록의 주변 블록 또는 움직임 벡터에 기반한 이전 프레임의 이미지 예측 에러를 저장하는 메모리부(425)에전달된다. 또한 예측 에러 신호는 예측 신호에 부가되어, 움직임 보상 예측부(403)와 움직임 추정부(402)를 위해 이전 이미지들을 저장하는 프레임 메모리부(422)로 전달된다. 예측 에러 신호(405)를 변환하기 위한 주파수 영역과 공간 영역 사이의 전환을 위해 적응적으로 제어한다.
본 실시예에서, 2차 예측 에러 신호 생성부(220)는 공간적 이미지의 예측 에러 즉, 참조 블록으로서의 주변 블록 예측 에러 신호(435)인 현재 부호화 하고자 하는 블록의 왼쪽 블록과 위쪽 블록의 평균치를 예측 에러 신호(405)에서 차감하여 2차 예측 에러 신호를 생성한다. 주변 블록 예측 에러(435)는 참조 블록 생성부(270)의 메모리(425)로부터 해당 블록 이미지의 예측 에러를 가져온다. 경우에 따라 참조 블록으로서 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 이용할 수 있으며, 시간적 측면에서 보면, 움직임 벡터를 기반한 현재 블록과 가장 흡사한 이전 프레임의 해당 블록의 예측 에러를 이용해 2차 예측을 할 수 있다. 예측 에러 신호(405)에 주변 블록 예측 에러 또는 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러(435)를 차감한 신호는 주파수 영역과 공간 영역에서 양자화 된다. 상기 적응 제어부(415)는 주파수 영역과 공간 영역 사이의 적응 전환을 제어하기 위해 신호와 파라미터를 생성한다. 따라서, 적응 제어 정보 신호(421)는 위치 A, 위치 B, 위치 C, 그리고 위치 D 사이에서 전환하는 네 개의 스위치에 대응된다. 본 실시예에 따른 2차 예측을 하지 않는 경우 주파수 영역에서 변환이 수행되면, 상기 네 개의 스위치는 위치 A에 있게 된다. 공간 영역이 이용되면, 상기 스위치는 위치 B로 전환된다. 반면에 주변 블록 예측 에러 및 움직임 벡터 기반 이전 프레임 블록의 예측 에러를 통해 2차 예측을 수행하는 경우 주파수 영역에서 변환이 수행되면 상기 스위치는 위치 C에 있게 되고 공간 영역이 이용되면 상기 스위치는 위치 D로 전환된다. 또한, 사이드 정보 신호(side information signal; 121), 즉 화상(picture)의 부호화 절차를 위해 사용되었던 상기 영역의 사이드 정보 신호(421) 또한 엔트로피 부호화기(413)로 전달된다.
도 3을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예에 따른 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 기록 매체는 본 발명의 실시예를 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, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 기록 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 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 포함할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나 지 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.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 영상 데이터 압축 기술 분야에 적용되어, 참조 이미지를 기반으로 2차 예측을 수행하고 적응적으로 DCT 변환을 수행(즉, 공간 영역 또는 주파수 영역에서 적응적으로 양자화를 수행)하여 예측 오차를 현저히 줄일 수 있는 매우 유용한 발명이다.
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Claims (15)

  1. 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 단계
    현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 단계;
    상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 단계; 및
    상기 양자화된 신호를 부호화하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 참조 블록은 상기 현재 블록의 주변 블록인 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 참조 블록은 상기 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 블록인 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 참조 블록 및 상기 예측 신호는 상기 양자화된 신호를 역양자화하고 적응적으로 역 DCT 변환한 신호를 기반으로 이루어진 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적응적인 DCT 변환은, 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를, DCT 변환하고 양자화한 후 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행한 신호 및 DCT 변환은 하지 않고 양자화한 후 다시 역으로 양자화한 신호에 대하여, 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 구해진 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용에 근거하여 DCT 변환 여부를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 방법.
  6. 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 제 1 예측 에러 신호 생성부;
    현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 제 2 예측 에러 신호 생성부;
    제 1 예측 에러 신호 생성부의 상기 1차 예측 에러 신호 또는 제 2 예측 에러 신호 생성부의 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 적응적 DCT 변환 및 양자화부; 및
    상기 양자화된 신호를 부호화하는 부호화부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부의 출력 신호를 역으로 양자화하고 적응적으로 DCT 변환하는 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부;
    상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부의 출력 신호를 근거로 상기 예측 신호를 생성하는 예측 신호 생성부; 및
    상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부의 출력 신호를 근거로 상기 참조 블록을 생성하는 참조 블록 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 참조 블록은 상기 현재 블록의 주변 블록인 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 참조 블록은 상기 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 블록인 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 적응적 DCT 변환 및 양자화부와, 상기 역 양자화 및 적응적 DCT 변환부는,
    상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를, DCT 변환하고 양자화한 후 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행한 신호 및 DCT 변환은 하지 않고 양자화한 후 다시 역으로 양자화한 신호에 대하여, 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 구해진 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용에 근거하여 DCT 변환 여부 및 DCT 역변환 여부를 선택적으로 각각 수행하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 장치.
  11. 입력 신호 및 예측 신호를 기반으로 1차 예측 에러 신호를 생성하는 기능
    현재 블록의 1차 예측 에러 신호 및 참조 블록의 1차 예측 에러 신호를 기반으로 2차 예측 에러 신호를 생성하는 기능;
    상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를 적응적으로 DCT 변환한 후 양자화하는 기능; 및
    상기 양자화된 신호를 부호화하는 기능;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 참조 블록은 상기 현재 블록의 주변 블록인 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 참조 블록은 상기 현재 블록에 대응하는 이전 프레임의 블록인 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 참조 블록 및 상기 예측 신호는 상기 양자화된 신호를 역양자화하고 적응적으로 역 DCT 변환한 신호를 기반으로 이루어진 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 적응적인 DCT 변환은, 상기 1차 예측 에러 신호 또는 상기 2차 예측 에러 신호를, DCT 변환하고 양자화한 후 다시 역으로 양자화와 DCT 변환을 수행한 신호 및 DCT 변환은 하지 않고 양자화한 후 다시 역으로 양자화한 신호에 대하여, 왜곡(distortion)과 요구비율(rate)을 바탕으로 구해진 주파수 영역에서의 비용과 공간적 영역에서의 비용에 근거하여 DCT 변환 여부를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 참조 이미지 기반 2차 예측을 통한 동영상 부호화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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