WO2011118946A2 - 비디오 신호의 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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전병문
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Abstract

본 발명은 비디오 신호의 처리 방법, 특히 인터 예측에 있어서 인터폴레이션 필터를 적용하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 인터폴레이션 필터는 상기 인터폴레이션 필터는 하나 이상의 파라미터로 표현 될 수 있고, 이러한 정보를 효율적으로 전송할 수 있다. 본 발명에서는 적응적 필터인지 여부를 나타내는 정보를 통하여 현재 프레임에 적용되는 필터를 결정하거나, 주어진 조건에서의 정보를 통하여 이용하는 필터를 결정하게 된다. 또한 본 발명에 따르면, 프레임 또는 그보다 작은 단위로 서로 다른 인터폴레이션 필터를 사용할 수 있으며, 그러한 과정에서 서브 펠의 위치, 현재 유닛의 특성 등을 고려할 수 있다. 본 발명에서는 필터 계수 값 또는 필터 형태가 다른 다양한 인터폴레이션 필터들이 고려된다.

Description

비디오 신호의 처리 방법 및 장치
본 발명은 비디오 신호의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비디오 신호를 인코딩하거나 디코딩하는 비디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
압축 부호화란 디지털화한 정보를 통신 회선을 통해 전송하거나, 저장 매체에 적합한 형태로 저장하기 위한 일련의 신호 처리 기술을 의미한다. 압축 부호화의 대상에는 음성, 영상, 문자 등의 대상이 존재하며, 특히 영상을 대상으로 압축 부호화를 수행하는 기술을 비디오 영상 압축이라고 일컫는다. 비디오 영상에 대한 압축 부호화는 공간적인 상관관계, 시간적인 상관관계, 확률적인 상관관계 등을 고려하여 잉여 정보를 제거함으로써 이루어진다.
인터폴레이션(interpolation)은 몇개의 픽셀을 근거로 그 사이에 위치한 픽셀 값을 구하는 영상 처리 방법 중 하나로, 업샘플링(up-sampling) 또는 정수 이하의 픽셀 해상도를 위하여 사용된다.
본 발명의 목적은, 화면간 예측을 이용하여 비디오 신호를 효율적으로 처리하고 압축율을 높이는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 화면간 예측에서의 모션 보상에 있어서 보다 정확한 모션 예측 및 보상을 수행할 수 있도록 다양한 방법으로 인터폴레이션 필터를 적용하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 인터폴레이션 필터 계수를 전송함에 있어서 양자화 에러를 방지하고 전송되는 비트량을 줄이는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 상황에 따라 적응적으로 필터를 적용하여 보다 정확하게 모션 예측 보상을 수행하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 파라미터 적응적 필터를 적용하는데 있어서의 연산 복잡도 및 전송량을 줄이는데 있다.
본 발명은 보다 효율적이고 정확하게 모션 보상을 하기 위한 다양한 파라미터 인터폴레이션 필터링 모델을 제시한다.
본 발명은 서브 펠의 위치에 따라 다른 방식의 인터폴레이션 필터를 적용하는 방법을 제시한다.
본 발명은 정확한 모션 보상을 위한 파라미터 인터폴레이션 필터링의 다양한 방법 및 시그널링 방법을 제시한다.
본 발명은 인터폴레이션을 위한 파라미터 셋(set)을 싱글 패스(single path)로 구하는 방법 및 이를 위한 비트스트림 구조를 제시한다.
본 발명은 프레임 또는 그 이하의 단위에서의 여러가지 필터 스위칭 방법 및 사용되는 필터 종류를 유도하는 방법을 제시한다.
본 발명은 다음과 같은 효과와 이점을 제공한다. 본 발명에 따르면, 인터폴레이션 필터를 몇개의 파라미터를 이용하여 표현함으로써, 양자화 에러를 방지하고 전송되는 비트량을 줄일 수 있다. 또한 상황에 적합한 다양한 방식의 필터링 방법을 적용함으로써, 보다 정확하게 모션 예측 보상을 수행할 수 있고, 그에 따라서 레지듀얼 전송량이 줄어들어 압축률을 높일 수 있다. 본 발명에 따른 시그널링 방법 및 프로세스를 이용하여 상황에 따라 다양한 인터폴레이션 필터를 여러가지 방식으로 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치의 개략적인 블록도.
도 3은 1D 필터를 적용하는 방법에 대한 일 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 패스 방식으로 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터를 적용하는 인코딩 방법을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 패스 디코딩을 위한 신택스 구조.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이전 필터를 이용하기 위한 신택스 구조.
도 7은 예측 유닛 파티션 단위를 나타낸 도면.
도 8은 서브 위치에 따라서 서로 다른 인터폴레이션 필터 셋을 사용하는 방법을 도시한 도면.
도 9는 로컬 필터 스위칭 동작을 위한 모듈의 개략적인 블록도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비디오 신호 처리 방법은 적응적 필터를 이용하는지 여부를 나타내는 필터적용정보를 획득한다. 필터적용정보에 따라 적응적 필터가 사용되는 경우, 현재 프레임에 대한 필터 정보를 이전 프레임에 대한 필터 정보로 설정하고, 이전 프레임에 대한 필터 정보를 그대로 현재 프레임에 이용할 것인지를 나타내는 이전필터이용정보를 획득 한다. 만약 이전필터이용정보가 새로운 필터를 이용하는 것을 지시하는 경우, 새로운 필터 정보를 획득하고, 이를 이용하여 상기 현재 프레임에 대한 필터 정보를 업데이트 한다. 현재 프레임에 대한 필터 정보를 이용하여, 상기 현재 프레임을 필터링 하게 된다. 여기에서 상기 필터는 정수 픽셀을 이용하여 정수 픽셀 이하의 픽셀 정밀도 신호인 서브 펠들을 생성하는 인터폴레이션 필터를 의미한다.
또한 본 발명에 따르면, 인터폴레이션 필터는 하나 이상의 파라미터로 표현될 수 있으며, 필터 정보는 이러한 파라미터들을 포함하는 것이다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 인터폴레이션 필터는 서브 펠의 위치에 따라서 서로 다른 종류의 필터가 적용될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 비디오 신호 처리 방법에서는, 적응적 필터를 이용하는지 여부를 나타내는 필터적용정보를 획득하고, 필터적용정보에 따라 적응적 필터가 사용되는 경우, 현재 프레임에 적용된 필터가 무엇인지를 나타내는 정보를 획득한다. 필터 파라미터 셋을 업데이트 하기 위한 필터 업데이트 정보를 획득하여, 이에 따라 필터 파라미터 셋을 업데이트 하게 된다. 현재 프레임에 적용된 필터 정보에 따라서 상기 현재 프레임을 필터링 하게 된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 비디오 신호 처리 방법에서는, 현재 유닛의 특성을 분석하고, 그에 따라 하나 이상의 필터 셋들 중에서 하나를 선택한다. 선택된 필터 셋을 이용하여, 현재 예측 유닛이 참조하는 참조 영상에 인터폴레이션 필터링을 적용하여 인터폴레이션 영상을 생성하고, 생성된 인터폴레이션 영상을 이용하여 현재 유닛을 디코딩한다. 이 때, 상기 현재 유닛의 특성은 상기 현재 유닛의 모션 벡터 또는, 예측 모드 종류 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 비디오 신호 처리 방법에서는 인터폴레이션하여 생성하고자 하는 서브 펠의 위치에 따라, 서브 펠들을 하나 이상의 서브 위치로 분할하고, 상기 서브 위치에 따라 필터 셋들 중에서 하나를 선택하여 참조 영상에 인터폴레이션 필터를 적용하게 된다.
여기에서 서로 다른 필터 셋들은 필터 계수 값 또는 필터 형태가 다른 것을 특징으로 하고, 필터 형태는 특히 필터 탭의 개수 또는 적용 형태가 1D 또는 2D 인지 여부 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에서 다음 용어는 다음과 같은 기준으로 해석될 수 있고, 기재되지 않은 용어라도 하기 취지에 따라 해석될 수 있다. 코딩은 경우에 따라 인코딩 또는 디코딩으로 해석될 수 있고, 정보(information)는 값(values), 파라미터(parameter), 계수(coefficients), 성분(elements) 등을 모두 포함하는 용어로서, 경우에 따라 의미는 달리 해석될 수 있으므로 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. ‘화면’ 또는 ‘픽쳐(picture)’는 일반적으로 특정 시간대의 하나의 영상을 나타내는 단위를 의미하며, ‘슬라이스(slice)’, ‘프레임(frame)’ 등은 실제 비디오 신호에의 코딩에 있어서 픽쳐의 일부를 구성하는 단위이기는 하나, 필요에 따라서는 픽쳐와 서로 혼용되어 사용 될 수 있다. ‘픽셀(pixel)’, ‘화소’ 또는 ‘펠(pel)’은 하나의 영상을 구성하는 최소의 단위를 나타내는 용어로, 동일한 의미로 사용된다. 서브 펠(sub-pel) 또는 서브 픽셀은 영상을 구성하는 정수 펠(integer pel)보다 작은 단위의 해상도에서의 픽셀 값을 통칭하는 용어로, 예를 들어 하프 펠(half-pel), 1/4 펠(quarter pel) 등이 있다. 특정한 픽셀의 값을 나타내는 용어로써 ‘샘플(sample)’을 사용할 수 있다. 샘플은 휘도(Luma) 및 색차(Chroma) 성분으로 나누어질 수 있으나, 일반적으로는 이를 모두 포함하는 용어로써 사용되었다. 상기에서 색차 성분은 정해진 색상들간의 차이를 나타내는 것으로 일반적으로 Cb 및 Cr로 구성된다. “유닛”은 영상 처리의 기본 단위 또는 영상의 특정 위치를 지칭하는 의미로 사용되었으며, 경우에 따라서는 “블록” 또는 “영역” 등의 용어와 서로 혼용하여 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 인코딩 장치의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 인코딩 장치(100)는 크게 변환부(110), 양자화부(115), 역양자화부(120), 역변환부(125), 필터링부(130), 예측부(150) 및 엔트로피 코딩부(160)를 포함한다.
변환부(110)는 입력 받은 비디오 신호에 대한 화소값을 변환하여 변환 계수 값을 획득한다. 예를 들어, 이산 코사인 변환(DCT: Discrete Cosine Transform) 또는 웨이블릿 변환(Wavelet Transform) 등이 사용될 수 있다. 특히 이산 코사인 변환은 입력된 영상 신호를 일정 크기의 블록 형태로 나누어 변환을 수행하게 된다.
양자화부(115)는 변환부(110)에서 출력된 변환 계수 값을 양자화한다. 역양자화부(120)에서는 변환 계수 값을 역양자화하고, 역변환부(125)에서는 역양자화된 변환 계수값을 이용하여 원래의 화소값을 복원한다.
필터링부(130)는 복원된 영상의 품질 개선을 위한 필터링 연산을 수행한다. 예를 들어, 디블록킹 필터 및 적응적 루프 필터 등이 포함될 수 있다. 필터링을 거친 영상은 출력되거나 참조 영상으로 이용하기 위하여 저장부(156)에 저장된다.
코딩 효율을 높이기 위하여 영상 신호를 그대로 코딩하는 것이 아니라, 이미 코딩된 영역을 이용하여 영상을 예측하고, 예측된 영상에 원 영상과 예측 영상간의 레지듀얼 값을 더하여 복원 영상을 획득하는 방법이 사용된다. 인트라 예측부(152)에서는 현재 영상 내에서 화면간 예측을 수행하며, 인터 예측부(154)에서는 저장부(156)에 저장된 참조 영상을 이용하여 현재 영상을 예측한다. 인트라 예측부(152)는 현재 영상 내의 복원된 영역들로부터 화면내 예측을 수행하며, 화면내 부호화 정보를 엔트로피 코딩부(160)에 전달한다. 인터 예측부(154)는 다시 움직임 보상부(162) 및 움직임 추정부(164)를 포함하여 구성될 수 있다. 움직임 추정부(164)에서는 복원된 특정 영역을 참조하여 현재 영역의 모션 벡터값을 획득한다. 움직임 추정부(164)에서는 참조 영역의 위치 정보(참조 프레임, 모션 벡터 등) 등을 엔트로피 코딩부(160)로 전달하여 비트스트림에 포함될 수 있도록 한다. 움직임 추정부(164)에서 전달된 모션 벡터값을 이용하여 움직임 보상부(162)에서는 화면간 움직임 보상을 수행한다.
엔트로피 코딩부(160)는 양자화된 변환 계수, 화면간 부호화 정보, 화면내 부호화 정보 및 인터 예측부(154)로부터 입력된 참조 영역 정보 등을 엔트로피 코딩하여 비디오 신호 비트스트림을 생성한다. 여기서 엔트로피 코딩부(160)에서는 가변 길이 코딩(VLC: Variable Length Coding) 방식과 산술 코딩(arithmetic coding) 등이 사용될 수 있다. 가변 길이 코딩(VLC) 방식은 입력되는 심볼들을 연속적인 코드워드로 변환하는데, 코드워드의 길이는 가변적일 수 있다. 예를 들어, 자주 발생하는 심볼들을 짧은 코드워드로 자주 발생하지 않은 심볼들은 긴 코드워드로 표현하는 것이다. 가변 길이 코딩 방식으로서 컨텍스트 기반 적응형 가변 길이 코딩(CAVLC: Context-based Adaptive Variable Length Coding) 방식이 사용될 수 있다. 산술 코딩은 연속적인 데이터 심볼들을 하나의 소수로 변환하는 데, 산술 코딩은 각 심볼을 표현하기 위하여 필요한 최적의 소수 비트를 얻을 수 있다. 산술 코딩으로서 컨텍스트 기반 적응형 산술 부호화(CABAC: Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code)가 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호 디코딩 장치(200)의 개략적인 블록도이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 디코딩 장치(200)는 크게 엔트로피 디코딩부(210), 역양자화부(220), 역변환부(225), 필터링부(230), 예측부(250)를 포함한다.
엔트로피 디코딩부(210)는 비디오 신호 비트스트림을 엔트로피 디코딩하여, 각 영역에 대한 변환 계수, 모션 벡터 등을 추출한다. 역양자화부(220)는 엔트로피 디코딩된 변환 계수를 역양자화하고, 역변환부(225)는 역양자화된 변환 계수를 이용하여 원래의 화소값을 복원한다.
한편, 필터링부(230)는 영상에 대한 필터링을 수행하여 화질을 향상시킨다. 여기에는 블록 왜곡 현상을 감소시키기 위한 디블록킹 필터 및/또는 영상 전체의 왜곡 제거를 위한 적응적 루프 필터 등이 포함될 수 있다. 필터링을 거친 영상은 출력되거나 다음 프레임에 대한 참조 영상으로 이용하기 위하여 저장부(256)에 저장된다.
인트라 예측부(252)에서는 현재 영상 내의 디코딩된 샘플로부터 화면내 예측을 수행하게 된다. 인터 예측부(254)는 저장부(256)에 저장된 참조 영상을 이용하여 모션 벡터를 추정하고 예측 영상을 생성한다. 인터 예측부(254)는 다시 움직임 보상부(262) 및 움직임 추정부(264)를 포함하여 구성될 수 있다. 움직임 추정부(264)에서는 현재 블록과 코딩에 사용하는 참조 프레임의 참조 블록간의 관계를 나타내는 모션 벡터를 획득하여 움직임 보상부(262)로 전달한다. 움직임 보상부(262)에서는, 상기 정보들을 이용하여 화면간 움직임 보상을 수행한다. 이 때, 영상 품질 향상을 위하여 인터폴레이션 필터를 이용할 수 있는데, 이에 대하여는 본 발명의 실시예와 관련하여 상세하게 후술한다.
인트라 예측부(252) 또는 인터 예측부(254)로부터 출력된 예측값, 및 역변환부(225)로부터 출력된 화소값이 더해져서 복원된 비디오 프레임이 생성된다.
이하에서는, 상기 인코더 장치와 디코더 장치의 동작에 있어서 본 발명의 실시예에 따라 인터 예측부에서의 영상 품질 향상을 위한 인터폴레이션 필터의 다양한 실시예에 대하여 상술한다.
모션 벡터를 이용한 화면간 예측에 있어서, 이웃 프레임에서 예측하고자 하는 실제 위치는 영상 내 픽셀의 샘플링 격자(grid)에서 벗어날 수 있다. 따라서, 정수 픽셀 이하의 픽셀 정밀도 신호는 참조 영상(reference picture)의 픽셀 값들 간의 인터폴레이션(interpolation, 보간법)을 통하여 생성된다. 인터폴레이션은 보다 정밀하게 예측 신호를 생성할 수 있도록 하며, 따라서 전송해야할 레지듀얼 신호의 양을 줄여 압축 효율을 높이게 된다. 인터폴레이션은 통상 참조 영상의 픽셀에 대하여 인터폴레이션 필터를 적용하여 이루어진다.
인터폴레이션은 두단계로 나누어서 진행될 수 있다. 먼저 수직, 수평 방향 각각에 대하여 1-D 필터를 적용하여 하프 펠(half-pel)단위로 인터폴레이션 된 신호를 생성한다. 이 때 1-D 필터로는 6탭 FIR (Finite Impulse Response) 필터 등이 이용될 수 있다. 생성된 하프 펠 단위의 신호를 인터폴레이션하여 1/4 펠(quarter pel)을 생성하게 된다 이 때에는 예를 들어, 평균치 필터 등이 이용될 수 있다. 첫번째 단계에서 샘플링율(sampling rate)은 zero-insertion 을 통해 두배가 될 수 있다.
혹은, 1/4 펠은 하프 펠을 거치지 않고 정수 펠들로부터 직접 인터폴레이션 필터링을 적용하여 구할 수도 있다. 이 경우 두단계를 거쳤을 때 발생할 수 있는 라운딩(rounding) 왜곡을 줄일 수 있고, 하프 펠에 적용된 필터와 다른 성격을 가진 필터를 1/4 펠에 적용할 수 있으므로 필터의 다양성을 얻을 수 있다.
상기의 인터폴레이션 필터링 과정에서 사용되는 필터 형태 및/또는 필터 계수들은 해당 정보가 비트 스트림에 포함되어 전송되거나, 미리 정해진 값이 이용될 수 있다.
이 때, 필터 형태 또는 필터 계수는 모든 비디오 시퀀스에서 동일하게 적용할 수도 있지만, 보다 정확한 모션 보상을 위하여 매 프레임 마다 적응적으로 다른 필터를 적용하는 방법을 사용할 수 있다. 여러 종류의 필터를 상황에 따라 변환하는 방법에 대하여는 뒤에서 상술한다. 이러한 경우 적용되는 필터의 계수를 비트스트림에 포함하여 전송하거나, 기 정해진 필터 계수 집합 중에서 어떠한 필터를 사용할 것인지를 유도하여 사용할 수 있다. 필터 계수가 비트스트림에 포함되는 경우, 필터 계수를 코딩하는 과정에 있어서, 양자화 에러 등이 발생할 가능성이 있고, 필터 계수 자체에 대한 비트 수 증가로 압축률을 저하시키게 된다. 부가 정보의 부담을 줄이기 위하여 대칭형 등으로 필터를 설계하여 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 필터 계수들을 비트스트림을 통하여 전송하는 대신에, 필터를 몇 개의 파라미터들을 이용하여 표현한다. 이 경우 해당 필터를 나타내는 파라미터들 만이 비트 스트림에 포함되면 된다. 이러한 방식을 파라미터 인터폴레이션 필터(Parametric interpolation filter) 라고 한다.
전송되는 파라미터들은 필터 모델링 방식에 따라서 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 임펄스 응답(impulse reponse)은 수학식1과 같이 모델링 될 수 있다.
[규칙 제26조에 의한 보정 30.05.2011]　
수학식 1
Figure WO-DOC-MATHS-1
상기 필터는 참조 프레임의 특정 영역 (예를 들면, 4x4 크기의 블록 영역)에 적용될 수 있다. 이 때 참조 프레임은 zero-insertion을 통해 업샘플링된 것일 수 있다. 이에 따르면, 필터가 적용될 각 영역에 대하여, a, b, c, w1, w2의 값이 각각 전송된다. 각 파라미터들의 범위는 a:[-0.1, 0.1], b:[-pi/22, pi/22], c:[-pi/22, pi/22], w1:[0,pi], w2:[0,pi] 로 한정될 수 있다. 상기 식에서 상수 N은 전송된 다른 계수들의 값을 이용하여, 필터의 게인(gain)이 필터가 적용되는 영역의 크기와 동일하도록 (예를 들어, 4x4 크기 블록인 경우 16이 되도록) 결정되는 값이다. 참조 프레임의 모든 서브 펠(sub-pel)의 위치에 대하여, 상기 2D 필터를 적용하여 인터폴레이션된 신호를 획득한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 임펄스 응답(impulse reponse)은, 수학식 2와 같이 모델링 될 수 있다.
[규칙 제26조에 의한 보정 30.05.2011]　
수학식 2
Figure WO-DOC-MATHS-2
마찬가지로, a, b, c, w1, w2의 값이 비트스트림을 통하여 전송된다. 각 파라미터들의 범위는 a:[-0.1, 0.1], b:[0, pi/11], c:[0, pi/11], w1:[0,pi], w2:[0,pi] 로 한정될 수 있다. 이 때, N은 미리 정해진 고정된 값이 사용되고, 상기 파라미터들은 이를 고려하여 가장 최적화된 값으로 결정될 수 있다. 정규화 상수에 대한 제한을 제거함으로써, 필터 오프셋을 고려할 수 있게 된다. 이러한 형태의 필터는 두 프레임 사이에 밝기 변화가 있는 경우 등에 보다 정확한 인터폴레이션 결과를 얻을 수 있다. 본 필터는 참조 프레임의 픽셀들에 대하여 수직(vertical) 및 수평(horizontal) 방향으로 독립적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 임펄스 응답(impulse reponse)은, 수학식 3과 같이 모델링 될 수 있다.
[규칙 제26조에 의한 보정 30.05.2011]　
수학식 3
Figure WO-DOC-MATHS-3
상기 필터링 모델에서는 a, b, w 만을 전송하게 된다. 이 때 각 파라미터의 범위는 a:[-0.1, 0.1], b:[0, pi/11], w:[0, pi] 로 한정될 수 있다. N은 마찬가지로 고정된 값을 사용하게 된다. 다른 모델링 된 필터 들에 비하여 전송되는 파라미터가 적으므로, 압축률을 높일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 필터는, 각각의 1D 서브 펠들에 대하여 수학식 4와 같이 모델링 될 수 있다.
[규칙 제26조에 의한 보정 30.05.2011]　
수학식 4
Figure WO-DOC-MATHS-4
도 3은 1D 필터를 적용하는 방법에 대한 일 실시예를 나타낸다. 이웃한 두 정수 펠(Integer pel) 사이의 영역(320, 330)에는 1D 필터를 적용하여 서브 펠들을 생성하고, 나머지 부분(340)에는 다른 필터를 적용할 수 있다. 이 경우 나머지 부분에 적용되는 필터는 하나의 2D 필터일 수도 있고, 여러 개의 1D 필터일 수 있다. 대각선 방향의 1D 필터도 또한 적용될 수 있다.
디코더에서는, 비트스트림으로부터 수신된 파라미터들을 이용하여 상기의 필터들을 적용하게 된다. 좀 더 정확하게 픽셀들을 복원하기 위하여 필터 오프셋을 추가로 전송할 수 있다. 필터 오프셋은 필터링을 통하여 획득된 픽셀 값에 더해진다. 오프셋 타입은 정수형 또는 실수형 모두 될 수 있으며, 필요에 따라 정확도를 조절 할 수 있다. 각 참조 픽쳐별로 하나의 오프셋을 적용하거나, 모든 참조 픽쳐에 하나의 오프셋을 적용하거나, 각 list suffices마다 하나의 오프셋을 적용하거나, 각 서브-위치 및 각 참조 픽쳐들마다 하나의 오프셋이 적용될 수 있다.
한편, 파라미터 값은 특정 범위에서만 발생할 확률이 높을 수 있다. 따라서 상기의 필터에서 파라미터들의 범위를 좀 더 제한할 수 있다. 예를 들어, w1, w2의 범위는 [0, pi]에서 [0.5, 1.0]까지로 제한할 수 있다. 파라미터의 범위가 변경되면, 양자화(Quantization) 스텝 역시 변경될 수 있다. 예를 들어, [0, pi]의 범위인 경우, 8196 스텝으로 균등하게 양자화 할 수 있다. 이는 13 비트 고정 길이 코딩으로 코딩된다. 이를 [0.5, 1.0] 범위로 변경하여, 2048 스텝으로 균등하게 양자화 될 수 있고, 11비트 고정 길이 코딩으로 코딩할 수 있다. 상기에서 예를 든 경우에서, [0,5, 1.0] 구간으로 범위가 줄어든 이상, 더 적은 양자화 스텝 사이즈를 사용하고도 양자화 레졸루션(resolution)은 더 높일 수 있다.
한편, 각 파라미터를 코딩함에 있어서, 고정 길이 코딩 대신에 가변 길이 코딩도 이용 가능하다. 이 경우, 비균등적인 양자화 또한 가능하며, 빈번하게 등장하는 파라미터 값이 더 작은 비트수로 코딩될 수 있다.
상기에서 설명한 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터(Parametric Adaptive Interpolation Filter) 방법에 있어서, 인코더가 필더 정보를 획득하기 위하여는 멀티-패스 인코딩이 필요하다. 즉, 하나의 프레임에 대하여 여러 번 처리가 필요하고, 이는 인코더에 과도한 부담을 가져올 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 패스(single path)를 이용한 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터를 이용한 인코딩 방법을 도시한 순서도이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이전 픽쳐들로부터 생성된 필터를 현재 픽쳐의 코딩에 이용하게 된다. 이를 위하여, 이전 픽쳐를 인터폴레이션하는데 사용한 몇 개의 필터 셋(set)들을 저장해둔다. n-1 번째 픽쳐는 상기 필터 셋 중 어느 하나를 이용하여 코딩된다(410). n-1 번째 픽쳐를 이용하여 새로운 필터 셋을 생성하여, 저장된 필터 셋들을 업데이트 한다(420). n번째 필터는 업데이트된 필터 셋 중 어느 하나를 이용하여 인코딩한다(430). 그 후, 마찬가지로 n번째 픽쳐에 대한 새로운 필터 셋을 업데이트 한다(440). 이러한 과정을 반복하여 전체 픽쳐에 대한 인코딩 과정을 수행하게 된다. 상기 프로세스는 프레임 또는 슬라이스 단위로 동일하게 수행될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 패스 디코딩을 위한 신택스 구조를 나타낸다. 디코더는 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터를 이용하는지 여부를 나타내는 정보(510)를 획득한다. 만약 상기 정보가 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터를 이용한다고 지시하는 경우, 저장된 필터 계수들 중에서 어떤 필터를 이용할 것인지를 나타내는 정보(520)를 획득하게 된다. 이러한 정보는 특정 필터를 나타내는 식별자 또는 필터 배열 내에서의 인덱스일 수 있다. 추가적으로, 필터 파라미터 셋 업데이트를 위한 정보(530)를 획득할 수 있다.
한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면 현재 픽쳐에 대하여 이전 픽쳐에서 사용한 필터를 그대로 이용하거나, 새로운 필터를 이용할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이전 필터를 이용하기 위한 신택스 구조를 나타낸다. 디코더는 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터를 이용하는지 여부를 나타내는 정보(610)를 획득한다. 만약 상기 정보가 파라미터 적응적 인터폴레이션 필터를 이용한다고 지시하는 경우, 이전에 사용한 필터 계수를 그대로 사용하는지 여부를 지시하는 플래그 정보(620)을 획득한다. 만약 이전에 사용한 필터 계수를 그대로 사용하지 않으면, 파라미터 셋을 업데이트 하기 위한 파라미터 정보(630)를 추가로 획득하게 된다. 이를 구현하기 위하여, 이전 프레임에 대한 필터 파라미터를 현재 프레임에 대한 필터 파라미터의 기본값으로 사용한다. 만일, 이전에 사용한 필터 계수를 그대로 사용하지 않는 경우, 현재 프레임에 대한 필터 파라미터의 값을 상기 획득된 파라미터 셋 업데이트를 위한 파라미터 정보로 업데이트 한다. 상기 프로세스는 프레임 또는 슬라이스 단위로 동일하게 수행될 수 있음은 물론이다.
각 픽쳐 또는 프레임 별로 적용되는 인터폴레이션 필터가 변경(switching)될 수 있다. 예를 들면, 디코더는 미리 정해진 몇가지 종류의 인터폴레이션 필터 셋을 가지고 있고, 이 중 어떠한 필터를 이용하였는지를 나타내는 상기 정보를 이용하여 필터를 적용하게 된다. 여기에서 사용되는 여러 종류의 인터폴레이션 필터들이란, 필터 형태(예를 들어, 1D 필터 인지 2D 필터 인지 여부, 임펄스 응답 모델링 형태, 필터 탭(Tap)의 개수 등)가 다르거나, 같은 형태의 필터라도 필터 계수가 다른 필터들을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 픽쳐나 프레임보다 더 작은 단위를 기준으로 사용되는 인터폴레이션 필터를 변경할 수 있다. 예를 들면, 임의의 크기를 가지는 블록으로 프레임을 분할하여 각 블록에 대하여 서로 다른 필터를 적용할 수도 있고, 최대 코딩 유닛 단위, 예측 유닛 단위, 예측 유닛 파티션 단위 또는, 변환 유닛 단위 등 기본적인 처리 단위를 기준으로 필터 변환을 수행할 수 있다.
여기에서 코딩 유닛이란 상기에서 설명한 비디오 신호의 처리 과정, 예를 들어 화면내(intra)/화면간(inter) 예측, 변환(transform), 양자화(quantization) 및/또는 엔트로피 코딩(entropy coding) 등의 과정에서 영상을 처리하기 위한 기본 단위를 의미한다. 하나의 영상을 코딩하는 데 있어서 사용되는 코딩 유닛의 크기는 일정하지 않을 수 있다. 코딩 유닛은 사각형 형태를 가질 수 있고, 하나의 코딩 유닛은 다시 여러 개의 코딩 유닛으로 분할 가능하다. 예를 들어, 2N x 2N 크기를 가지는 하나의 코딩 유닛은 다시 네 개의 NxN 크기를 가지는 코딩 유닛으로 분할될 수 있다. 이러한 코딩 유닛의 분할은 재귀적으로 이루어질 수 있으며, 모든 코딩 유닛들이 동일한 형태로 분할 될 필요는 없다. 다만 코딩 및 처리과정에서의 편의를 위하여 코딩 유닛의 최대 크기 또는 최소 크기에 대한 제한이 있을 수 있다. 최대 코딩 유닛 단위는, 이러한 코딩 유닛 중 가장 큰 코딩 유닛을 의미한다.
코딩을 위한 영상 예측(모션 보상)은 더 이상 나누어지지 않는 코딩 유닛을 대상으로 이루어진다. 이러한 예측을 수행하는 기본 단위를 예측 유닛이라고 한다. 예측 블록은 도 7과 같은 다양한 형태로 분할 가능하고, 이를 예측 유닛 파티션 단위라고 한다.
한편, 영상에 대한 변환(예를 들어 DCT)은 예측 유닛과는 별도의 단위로 이루어진다. 이하에서는 이러한 기본 단위를 변환 유닛(Transform unit)이라고 한다. 이산 변환 등을 위하여 변환 유닛은 정방형의 형태를 가지는 것이 보통이며, 코딩 유닛과 유사하게 재귀적으로 분할될 수 있다.
디코더 측에서는 이하에서 설명하는 방법으로, 현재 프레임 또는 상기에서 설명한 그보다 작은 단위들에 대하여 어떠한 종류의 필터를 이용할지를 유도할 수 있다. 현재 처리 유닛의 상황을 고려하여, 가장 예측 복원을 잘 할 수 있는 필터를 선택하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 현재 유닛의 모션 벡터의 절대값을 이용하여 필터를 선택할 수 있다. 예를 들면, 모션 벡터의 절대값의 크기가 클수록 스무딩(smoothing)을 강하게 하는 경향의 필터를 적용하거나, 그 반대로 선명도(sharpness)가 보존되는 경향을 가지는 필터를 적용할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 현재 유닛에 대한 예측 모드 종류, 예를 들어 모션 예측이 하나의 참조 영상을 이용하는 것인지(uni-prediction), 두개의 참조 영상을 이용하는 것인지(bi-prediction) 등에 따라서 서로 다른 필터 셋을 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 현재 블록의 레지듀얼 분포에 따라서 필터를 선택할 수 있다. 예를 들어, 공간 레지듀얼의 분포(예를 들면, variation) 를 이용할 수 있는데, 레지듀얼이 평평(flat)하게 분포하는지 여부에 따라서 필터를 결정할 수 있다. 혹은, 레지듀얼의 주파수(frequency) 성분을 분석하여 현재 블록 내의 경계(edge)의 방향성을 검출하고, 이 방향성을 고려하여 필터를 결정할 수 있다. 이 경우 인터폴레이션 필터 셋은 방향성을 고려해서 만들어져야할 것이다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 공간적, 시간적 또는 코딩 순서상으로 인접한 이미 복원된 블록들의 모션 보상 값과 복원 값과의 차이를 각 후보 필터 셋마다 계산하여, 그 차이값이 최소값이 되는 필터를 선택하게 된다.
한편, 서브 펠의 위치에 따라서 다른 인터폴레이션 필터 셋을 적용하는 방법도 가능하다. 도 8은 서브 펠의 위치에 따라서 여러 서브 위치(sub-position)로 분할하여, 각각의 서브 위치에 따라서 서로 다른 인터폴레이션 필터 셋을 사용하는 방법을 나타낸 것이다. 예를 들어, 1/4 펠 단위의 모션 벡터를 사용하는 경우, 도 8에서 도시하는 바와 같이 각 서브 위치마다 다른 필터 셋을 적용할 수 있다.
또는, 하프 펠 위치에는 일괄적으로 특정 필터 셋(예를 들어 0번 필터), 1/4 펠 위치에는 다른 필터(예를 들면 1번 필터)를 적용하는 방법도 가능하다. 한편, 같은 1/4이라도 외부와 내부 위치에 따라서 적용되는 필터의 종류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 안쪽의 1/4 펠의 경우에는 필터의 탭(Tap) 수를 줄여서 사용할 수 있다.
전술한 필터 셋의 개수 및 종류나 필터의 적용 위치는 다양하게 변화할 수 있다. 이에 대한 정보는 시퀀스 파라미터 셋(SPS), PPS 혹은 슬라이스 헤더에 포함될 수 있다.
도 9는 상기에서 설명한 로컬 필터 스위칭 동작을 하는 모듈의 개략적인 블록도이다. 도 9를 참조하면, 인터 예측부(154, 254)는 필터 셋 선택부(910), 필터 셋 저장부(920), 인터폴레이션 필터링부(930) 등을 더 포함하여 구성될 수 있다. 인코더 및 디코더는 필터 셋 저장부(920)에 다양한 종류의 필터들을 미리 정하여 저장해둘 수 있다. 필터 셋 저장부(920)에 저장된 필터 셋들은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 변경될 수 있음은 물론이다. 참조 영상 신호에 대하여, 필터 셋 선택부는 상기에서 설명한 여러가지 조건들을 고려하여 현재 프레임 (또는 유닛 단위 등)에 가장 적합한 필터 셋을 선택하게 된다. 인터폴레이션 필터링부(930)에서는 선택된 인터폴레이션 필터를 참조 영상 신호에 적용하여 새로운 인터폴레이션 신호를 생성하게 된다.
본 발명이 적용되는 디코딩/인코딩 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 본 발명에 따른 데이터 구조를 가지는 멀티미디어 데이터도 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 인코딩 방법에 의해 생성된 비트스트림은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되거나, 유/무선 통신망을 이용해 전송될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부에 의해 실행될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 비디오 신호를 인코딩 또는 디코딩 하는데 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적응적 필터를 이용하는지 여부를 나타내는 필터적용정보를 획득하는 단계;
    상기 필터적용정보에 따라 적응적 필터가 사용되는 경우, 현재 프레임에 대한 필터 정보를 이전 프레임에 대한 필터 정보로 설정하고, 상기 이전 프레임에 대한 필터 정보를 그대로 상기 현재 프레임에 이용할 것인지를 나타내는 이전필터이용정보를 획득하는 단계;
    상기 이전필터이용정보가 새로운 필터를 이용하는 것을 지시하는 경우, 새로운 필터 정보를 획득하고, 상기 새로운 필터 정보를 이용하여 상기 현재 프레임에 대한 필터 정보를 업데이트 하는 단계; 및
    상기 현재 프레임에 대한 필터 정보를 이용하여, 상기 현재 프레임을 필터링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 정수 픽셀을 이용하여 서브 펠들을 생성하는 인터폴레이션 필터이고, 상기 서브 펠은 정수 픽셀 이하의 픽셀 정밀도 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 인터폴레이션 필터는 하나 이상의 파라미터들을 포함하는 집합으로 표현되며, 상기 필터 정보는 상기 집합을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 인터폴레이션 필터는 서브 펠의 위치에 따라서 서로 다른 종류의 필터가 적용되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  5. 적응적 필터를 이용하는지 여부를 나타내는 필터적용정보를 획득하는 단계;
    상기 필터적용정보에 따라 적응적 필터가 사용되는 경우, 현재 프레임에 적용된 필터 정보를 획득하는 단계;
    필터 파라미터 셋을 업데이트 하기 위한 필터 업데이트 정보를 획득하는 단계;
    상기 필터 업데이트 정보에 따라 필터 파라미터 셋을 업데이트 하는 단계; 및
    상기 현재 프레임에 적용된 필터 정보에 따라서 상기 현재 프레임을 필터링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  6. 현재 유닛의 특성을 분석하는 단계;
    상기 현재 유닛의 특성에 따라 하나 이상의 필터 셋들 중에서 하나를 선택하는 단계;
    상기 선택된 필터 셋을 이용하여, 상기 현재 유닛이 참조하는 참조 영상에 인터폴레이션 필터링을 수행하여 인터폴레이션 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 인터폴레이션 영상을 이용하여, 상기 현재 유닛을 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법
  7. 제 6항에 있어서, 상기 현재 유닛의 특성은 상기 현재 유닛의 모션 벡터, 또는 상기 현재 유닛이 하나의 참조 영상을 참조하는지 두개의 참조 영상을 참조하는지 여부인 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법
  8. 인터폴레이션하여 생성하고자 하는 서브 펠의 위치에 따라, 서브 펠들을 하나 이상의 서브 위치로 분할하는 단계;
    상기 서브 위치에 따라 하나 이상의 필터 셋들 중에서 하나의 필터 셋을 선택하는 단계;
    상기 선택된 필터 셋을 이용하여, 상기 현재 유닛이 참조하는 참조 영상에 인터폴레이션 필터링을 수행하여 인터폴레이션 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 인터폴레이션 영상을 이용하여, 상기 현재 유닛을 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  9. 제 6항 또는 제 8항 있어서, 상기 필터 셋들은 필터 계수 값 또는 필터 형태가 다른 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 필터 형태는 필터 탭의 개수, 또는 적용 형태가 1D 또는 2D 인지 여부 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호의 처리 방법
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