WO2013005968A2 - 계층적 구조의 데이터 단위를 이용한 엔트로피 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to encoding and decoding of video, and more particularly, to entropy encoding and decoding of syntax elements constituting video data.
  • the image is divided into blocks of a predetermined size, and then inter prediction or intra prediction is performed. intra prediction) to obtain residual data of a block.
  • the residual data is compressed through transform, quantization, scanning, run length coding, and entropy coding.
  • entropy coding a bitstream is output by entropy encoding a syntax element, for example, a DCT coefficient or a motion vector.
  • syntax elements are extracted from the bitstream, and decoding is performed based on the extracted syntax elements.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for efficiently entropy encoding and decoding by selecting a context model to be used for entropy encoding of syntax elements by combining additional information including syntax elements.
  • the memory requirement for storing the previously restored surrounding information may be reduced. have.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a concept of coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a detailed block diagram of a video encoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a detailed block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a frequency transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of an entropy encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the context modeler 1420 of FIG. 14.
  • FIG. 16 illustrates a data unit of a hierarchical structure and data unit division information of a hierarchical structure according to an embodiment of the present invention.
  • 17A and 17B are reference diagrams illustrating symbols representing a hierarchical structure of data units according to an embodiment of the present invention.
  • 18A and 18B illustrate examples of context indexes for determining a context model according to a combination of additional information according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a reference diagram illustrating an example of a context model according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram for describing a binary arithmetic encoding process performed by the regular coding unit 1430 of FIG. 14.
  • 22 is a flowchart illustrating an entropy encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of an entropy decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is a flowchart illustrating an entropy decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • a video encoding method includes encoding the video based on a data unit having a hierarchical structure; Determine a context model used for entropy encoding of the first syntax element of the current data unit based on at least one or more second syntax elements of the available current data unit that are different from the first syntax element of the current data unit being entropy encoded. step; And entropy encoding a first syntax element of the current data unit by using the determined context model.
  • a video encoding apparatus includes a hierarchical encoder that encodes the video based on a data unit having a hierarchical structure; Determine a context model used for entropy encoding of the first syntax element of the current data unit based on at least one or more second syntax elements of the available current data unit that are different from the first syntax element of the current data unit being entropy encoded; And an entropy encoder configured to entropy encode a first syntax element of the current data unit by using the determined context model.
  • a video decoding method includes parsing an encoded bitstream to extract syntax elements for an encoded picture based on a data unit of a hierarchical structure; Determine a context model used for entropy decoding of the first syntax element of the current data unit based on at least one or more second syntax elements of the current data unit that are different from the first syntax element of the current data unit being entropy decoded. step; And entropy decoding the first syntax element of the current data unit using the determined context model.
  • a video decoding apparatus includes: a syntax element extractor configured to parse encoded bitstreams and extract syntax elements of an encoded picture based on a data unit having a hierarchical structure; Determine a context model for entropy decoding of the first syntax element of the current data unit based on at least one or more second syntax elements of the current data unit that are different than the first syntax element of the current data unit being entropy decoded; And an entropy decoder configured to entropy decode a first syntax element of the current data unit by using the determined context model.
  • the term 'image' may refer to a generic image including a still image as well as a video such as a video.
  • the data related to the image may be divided into data groups, and the same operation may be performed on data included in the same data group.
  • a data group formed according to a predetermined criterion is referred to as a 'data unit'.
  • the operation performed for each 'data unit' means that the corresponding operation is performed using data included in the data unit.
  • a method and apparatus for encoding and decoding a video for encoding and decoding syntax elements of a tree structure based on coding units according to a hierarchical tree structure according to an embodiment of the present invention are disclosed.
  • 14 to 24 the entropy encoding and decoding process used in the encoding and decoding method of the video described with reference to FIGS. 1 to 13 will be described in detail.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 includes a hierarchical encoder 110 and an entropy encoder 120.
  • the hierarchical encoder 110 splits the current picture to be encoded into data units having a predetermined size and performs encoding for each data unit.
  • the hierarchical encoder 110 may divide the current picture based on a maximum coding unit that is a coding unit having a maximum size.
  • the maximum coding unit may be a data unit having a size of 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, etc., and may be a square data unit having a square power of 2 with a horizontal and vertical size greater than eight.
  • the coding unit according to an embodiment may be characterized by a maximum size and depth.
  • the depth indicates the number of times the coding unit is spatially divided from the maximum coding unit, and as the depth increases, the coding unit for each depth may be split from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the depth of the largest coding unit is the highest depth and the minimum coding unit may be defined as the lowest coding unit.
  • the maximum coding unit decreases as the depth increases, the size of the coding unit for each depth decreases, and thus, the coding unit of the higher depth may include coding units of a plurality of lower depths.
  • the image data of the current picture may be divided into maximum coding units according to the maximum size of the coding unit, and each maximum coding unit may include coding units divided by depths. Since the maximum coding unit is divided according to depths, image data of a spatial domain included in the maximum coding unit may be hierarchically classified according to depths.
  • the maximum depth and the maximum size of the coding unit that limit the total number of times of hierarchically dividing the height and the width of the maximum coding unit may be preset.
  • the hierarchical encoder 110 encodes at least one divided region obtained by dividing the region of the largest coding unit for each depth, and determines a depth at which the final encoding result is output for each of the at least one divided region. That is, the hierarchical encoder 110 determines the encoding depth by selecting the depth at which the smallest encoding error occurs by encoding the image data in each coding unit of the maximum coding unit of the current picture. The determined coded depth and the image data for each maximum coding unit are output to the entropy encoder 120.
  • Image data in the largest coding unit is encoded based on coding units according to depths according to at least one depth less than or equal to the maximum depth, and encoding results based on the coding units for each depth are compared. As a result of comparing the encoding error of the coding units according to depths, a depth having the smallest encoding error may be selected. At least one coding depth may be determined for each maximum coding unit.
  • the coding unit is divided into hierarchically and the number of coding units increases.
  • a coding error of each data is measured, and whether or not division into a lower depth is determined. Therefore, even in the data included in one largest coding unit, since the encoding error for each depth is different according to the position, the coding depth may be differently determined according to the position. Accordingly, one or more coding depths may be set for one maximum coding unit, and data of the maximum coding unit may be partitioned according to coding units of one or more coding depths.
  • the hierarchical encoder 110 may determine coding units having a tree structure included in the current maximum coding unit.
  • the coding units having a tree structure according to an embodiment include coding units having a depth determined as a coding depth among all deeper coding units included in the maximum coding unit.
  • the coding unit of the coding depth may be hierarchically determined according to the depth in the same region within the maximum coding unit, and may be independently determined for the other regions.
  • the coded depth for the current region may be determined independently of the coded depth for the other region.
  • the maximum depth according to an embodiment is an index related to the number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the first maximum depth according to an embodiment may represent the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the second maximum depth according to an embodiment may represent the total number of depth levels from the maximum coding unit to the minimum coding unit. For example, when the depth of the largest coding unit is 0, the depth of the coding unit obtained by dividing the largest coding unit once may be set to 1, and the depth of the coding unit divided twice may be set to 2. In this case, if the coding unit divided four times from the maximum coding unit is the minimum coding unit, since depth levels of 0, 1, 2, 3, and 4 exist, the first maximum depth is set to 4 and the second maximum depth is set to 5. Can be.
  • Predictive coding and frequency transform of the largest coding unit may be performed. Similarly, the prediction encoding and the frequency transformation are performed based on depth-wise coding units for each maximum coding unit and for each depth below the maximum depth.
  • encoding including prediction coding and frequency transformation should be performed on all the coding units for each depth generated as the depth deepens.
  • the prediction encoding and the frequency transformation will be described based on the coding unit of the current depth among at least one maximum coding unit.
  • the video encoding apparatus 100 may variously select a size or shape of a data unit for encoding image data.
  • the encoding of the image data is performed through prediction encoding, frequency conversion, entropy encoding, and the like.
  • the same data unit may be used in every step, or the data unit may be changed in steps.
  • the video encoding apparatus 100 may select not only a coding unit for encoding the image data, but also a data unit different from the coding unit in order to perform predictive encoding of the image data in the coding unit.
  • prediction encoding may be performed based on a coding unit of a coding depth, that is, a more strange undivided coding unit, according to an embodiment.
  • a more strange undivided coding unit that is the basis of prediction coding is referred to as a 'prediction unit'.
  • the partition in which the prediction unit is divided may include a data unit in which at least one of the prediction unit and the height and the width of the prediction unit are divided.
  • the partition type includes not only symmetric partitions in which the height or width of the prediction unit is divided by a symmetrical ratio, but also partitions divided in an asymmetrical ratio, such as 1: n or n: 1, by a geometric form. It may optionally include partitioned partitions, arbitrary types of partitions, and the like.
  • the prediction mode of the prediction unit may be at least one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • the intra mode and the inter mode may be performed on partitions having sizes of 2N ⁇ 2N, 2N ⁇ N, N ⁇ 2N, and N ⁇ N.
  • the skip mode may be performed only for partitions having a size of 2N ⁇ 2N.
  • the encoding may be performed independently for each prediction unit within the coding unit to select a prediction mode having the smallest encoding error.
  • the video encoding apparatus 100 may perform frequency conversion of image data of a coding unit based on not only a coding unit for encoding image data, but also a data unit different from the coding unit.
  • frequency conversion may be performed based on a data unit having a size smaller than or equal to the coding unit.
  • the data unit for frequency conversion may include a data unit for an intra mode and a data unit for an inter mode.
  • the data unit on which the frequency conversion is based may be referred to as a 'conversion unit'.
  • the residual data of the coding unit may be split according to the transform unit having a tree structure according to the transform depth.
  • a transform depth indicating a number of divisions between the height and the width of the coding unit divided to the transform unit may be set. For example, if the size of the transform unit of the current coding unit of size 2Nx2N is 2Nx2N, the transform depth is 0, the transform depth 1 if the size of the transform unit is NxN, and the transform depth 2 if the size of the transform unit is N / 2xN / 2. Can be. That is, the transformation unit having a tree structure may also be set for the transformation unit according to the transformation depth.
  • the encoded information for each coded depth requires not only the coded depth but also prediction related information and frequency transform related information. Accordingly, the hierarchical encoder 110 may determine not only a coding depth that generates a minimum encoding error, but also a partition type obtained by dividing a prediction unit into partitions, a prediction mode for each prediction unit, and a size of a transformation unit for frequency transformation. .
  • a method of determining a coding unit and a partition according to a tree structure of a maximum coding unit according to an embodiment will be described later in detail with reference to FIGS. 3 to 12.
  • the hierarchical encoder 110 may measure a coding error of coding units according to depths using a rate-distortion optimization technique based on a Lagrangian multiplier.
  • the entropy encoder 120 outputs the image data of the largest coding unit encoded and the information about the encoding modes according to depths in the form of a bitstream based on the at least one coded depth determined by the hierarchical encoder 110.
  • the encoded image data may be a result of encoding residual data of the image.
  • the information about the encoding modes according to depths may include encoding depth information, partition type information of a prediction unit, prediction mode information, size information of a transformation unit, and the like.
  • the hierarchical data described above may be used.
  • the entropy encoding is performed by selecting a context model based on additional information included in a current data unit such as hierarchical structure information of a unit and color components used in a video encoding scheme other than the hierarchical structure. Also, the entropy encoder 120 may determine a context model for entropy encoding of syntax elements of the current coding unit by considering additional information of the neighboring coding unit in addition to the additional information of the current coding unit. A process of determining the context model for entropy encoding of syntax elements by the entropy encoder 120 will be described later.
  • the coded depth information may be defined using depth-specific segmentation information indicating whether to encode to a coding unit of a lower depth without encoding to the current depth. If the current depth of the current coding unit is a coding depth, since the current coding unit is encoded in a coding unit of the current depth, split information of the current depth may be defined so that it is no longer divided into lower depths. On the contrary, if the current depth of the current coding unit is not the coding depth, encoding should be attempted using the coding unit of the lower depth, and thus split information of the current depth may be defined to be divided into coding units of the lower depth.
  • encoding is performed on the coding unit divided into the coding units of the lower depth. Since at least one coding unit of a lower depth exists in the coding unit of the current depth, encoding may be repeatedly performed for each coding unit of each lower depth, and recursive coding may be performed for each coding unit of the same depth.
  • coding units having a tree structure are determined in one largest coding unit and information about at least one coding mode should be determined for each coding unit of a coding depth, information about at least one coding mode may be determined for one maximum coding unit. Can be.
  • the coding depth may be different for each location, and thus information about the coded depth and the coding mode may be set for the data.
  • the entropy encoder 120 may allocate encoding information about a corresponding coding depth and an encoding mode to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit included in the maximum coding unit. have.
  • a minimum unit is a square data unit having a minimum coding unit, which is a lowest coding depth, divided into four pieces, and has a maximum size that may be included in all coding units, prediction units, and transformation units included in the maximum coding unit. It may be a square data unit.
  • the encoding information output through the entropy encoder 120 may be classified into encoding information according to depth coding units and encoding information according to prediction units.
  • the encoding information for each coding unit according to depth may include prediction mode information and partition size information.
  • the encoding information transmitted for each prediction unit includes information about an estimation direction of the inter mode, information about a reference image index of the inter mode, information about a motion vector, information about a chroma component of an intra mode, and information about an inter mode of an intra mode. And the like.
  • information about a maximum size and information about a maximum depth of a coding unit defined for each picture, slice, or GOP may be inserted in a header of a bitstream.
  • a coding unit according to depths is a coding unit having a size in which a height and a width of a coding unit of one layer higher depth are divided by half. That is, if the size of the coding unit of the current depth is 2Nx2N, the size of the coding unit of the lower depth is NxN.
  • the current coding unit having a size of 2N ⁇ 2N may include up to four lower depth coding units having a size of N ⁇ N.
  • the video encoding apparatus 100 determines a coding unit having an optimal shape and size for each maximum coding unit based on the size and the maximum depth of the maximum coding unit determined in consideration of characteristics of the current picture.
  • coding units having a tree structure may be configured.
  • an optimal coding mode may be determined in consideration of image characteristics of coding units having various image sizes.
  • the video encoding apparatus 100 may adjust the coding unit in consideration of the image characteristics while increasing the maximum size of the coding unit in consideration of the size of the image, thereby increasing image compression efficiency.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the video decoding apparatus 200 includes a syntax element extractor 210, an entropy decoder 220, and a hierarchical decoder 230. Definitions of various terms such as coding units, depths, prediction units, transformation units, and information about various encoding modes for various processings of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment may include the video encoding apparatus 100 of FIG. 1 and the video encoding apparatus 100. Same as described above with reference.
  • the syntax element extractor 210 receives and parses a bitstream of an encoded video.
  • the entropy decoder 220 extracts image data encoded for each coding unit from the parsed bitstream according to coding units having a tree structure for each maximum coding unit, and outputs the encoded image data to the hierarchical decoder 230.
  • the entropy decoder 220 extracts additional information such as a coded depth, an encoding mode, color component information, and a prediction mode information for the coding units having a tree structure for each maximum coding unit from the parsed bitstream.
  • the extracted information about the coded depth, the coding mode, and the like is output to the hierarchical decoder 230. Since the image data of the bit string is divided and encoded in the maximum coding unit, the hierarchical decoder 230 may decode the image data for each maximum coding unit.
  • the information about the coded depth and the encoding mode for each largest coding unit may be set with respect to one or more coded depth information, and the information about the coding mode according to the coded depths may include partition type information, prediction mode information, and transformation unit of the corresponding coding unit. May include size information and the like.
  • split information for each depth may be extracted as the coded depth information.
  • the information about the coded depth and the encoding mode for each maximum coding unit extracted by the entropy decoder 220 is repeatedly used for each coding unit according to the maximum coding units in the encoding stage, as in the video encoding apparatus 100 according to an exemplary embodiment.
  • the entropy decoder 220 may encode the coded depth for each predetermined data unit. And information about an encoding mode. If the information about the coded depth and the coding mode of the maximum coding unit is recorded for each of the predetermined data units, the predetermined data units having the information about the same coded depth and the coding mode are inferred as data units included in the same maximum coding unit. Can be.
  • the entropy decoder 220 when the entropy decoder 220 according to an embodiment decodes the syntax elements, the entropy decoder 220 may be configured based on various information such as color components in addition to the hierarchical structure information and the hierarchical structure of the data unit of the hierarchical structure described above. Select the context model to perform entropy decoding.
  • the hierarchical decoder 230 reconstructs the current picture by decoding image data of each maximum coding unit based on the information about the coded depth and the encoding mode for each maximum coding unit. That is, the image data decoder 230 may decode the encoded image data based on the read partition type, the prediction mode, and the transformation unit for each coding unit among the coding units having the tree structure included in the maximum coding unit. Can be.
  • the decoding process may include a prediction process including intra prediction and motion compensation, and a frequency inverse transform process.
  • the hierarchical decoder 230 may perform intra prediction or motion compensation according to each partition and prediction mode for each coding unit, based on partition type information and prediction mode information of the prediction unit of the coding unit for each coding depth. .
  • the hierarchical decoder 230 may perform frequency inverse transformation according to each transformation unit for each coding unit based on size information of the transformation unit of the coding unit for each coding depth, for a frequency inverse transformation for each maximum coding unit. have.
  • the hierarchical decoder 230 may determine the coded depth of the current maximum coding unit by using the split information for each depth. If the split information indicates that the split information is no longer split at the current depth, the current depth is the coded depth. Accordingly, the hierarchical decoder 230 may decode the coding unit of the current depth using the partition type, the prediction mode, and the transformation unit size information of the prediction unit, for the image data of the current maximum coding unit.
  • the hierarchical decoding unit 230 It may be regarded as one data unit to be decoded in the same encoding mode.
  • the video decoding apparatus 200 may obtain information about a coding unit that generates a minimum coding error by recursively encoding each maximum coding unit in an encoding process, and use the same to decode the current picture. have. That is, decoding of encoded image data of coding units having a tree structure determined as an optimal coding unit for each maximum coding unit can be performed.
  • the image data can be efficiently used according to the coding unit size and the encoding mode that are adaptively determined according to the characteristics of the image by using the information about the optimum encoding mode transmitted from the encoding end. Can be decoded and restored.
  • 3 illustrates a concept of hierarchical coding units.
  • a size of a coding unit may be expressed by a width x height, and may include 32x32, 16x16, and 8x8 from a coding unit having a size of 64x64.
  • Coding units of size 64x64 may be partitioned into partitions of size 64x64, 64x32, 32x64, and 32x32, coding units of size 32x32 are partitions of size 32x32, 32x16, 16x32, and 16x16, and coding units of size 16x16 are 16x16.
  • Coding units of size 8x8 may be divided into partitions of size 8x8, 8x4, 4x8, and 4x4, into partitions of 16x8, 8x16, and 8x8.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is 2.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is 3.
  • the resolution is set to 352x288, the maximum size of the coding unit is 16, and the maximum depth is 1.
  • the maximum depth illustrated in FIG. 3 represents the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the maximum size of the coding size is relatively large in order to improve the coding efficiency and accurately reflect the image characteristics. Accordingly, the video data 310 or 320 having a higher resolution than the video data 330 may be selected to have a maximum size of 64.
  • the coding unit 315 of the video data 310 is divided twice from a maximum coding unit having a long axis size of 64, and the depth is deepened by two layers, so that the long axis size is 32, 16. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 335 of the video data 330 is divided once from coding units having a long axis size of 16, and the depth is deepened by one layer to increase the long axis size to 8. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 325 of the video data 320 is divided three times from the largest coding unit having a long axis size of 64, and the depth is three layers deep, so that the long axis size is 32, 16. , Up to 8 coding units may be included. As the depth increases, the expressive power of the detailed information may be improved.
  • FIG. 4 is a detailed block diagram of a video encoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment of the present invention.
  • the intra predictor 410 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode among the current frame 405, and the motion estimator 420 and the motion compensator 425 refer to the current frame 405 and the reference of the inter mode. Inter estimation and motion compensation are performed using the frame 495.
  • Data output from the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 is output as a quantized transform coefficient through the frequency converter 430 and the quantizer 440.
  • the quantized transform coefficients are restored to the data of the spatial domain through the inverse quantizer 460 and the frequency inverse transformer 470, and the recovered data of the spatial domain is passed through the deblocking block 480 and the loop filtering unit 490. It is post-processed and output to the reference frame 495.
  • the quantized transform coefficients may be output to the bitstream 455 via the entropy encoder 450.
  • the entropy decoder 450 When the entropy decoder 450 according to an embodiment encodes the image data of the maximum coding unit and the syntax elements of the encoding modes according to depths, the entropy decoder 450 may include color components in addition to the hierarchical structure information and the hierarchical structure. Entropy decoding is performed by selecting a context model based on various information.
  • an intra predictor 410, a motion estimator 420, a motion compensator 425, and a frequency converter that are components of the image encoder 400 may be used.
  • 430, quantization unit 440, entropy encoding unit 450, inverse quantization unit 460, frequency inverse transform unit 470, deblocking unit 480, and loop filtering unit 490 are all the maximum coding units. In each case, an operation based on each coding unit among the coding units having a tree structure should be performed in consideration of the maximum depth.
  • the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 partition each coding unit among coding units having a tree structure in consideration of the maximum size and the maximum depth of the current maximum coding unit.
  • a prediction mode, and the frequency converter 430 determines the size of a transform unit in each coding unit among the coding units having a tree structure.
  • the entropy encoding unit 450 uses the context model used to entropy encode the syntax elements according to the type of the syntax element, in addition to the hierarchical structure information and the hierarchical structure of the data unit of the hierarchical structure. Entropy encoding is performed by selecting a context model based on various information such as components.
  • FIG. 5 is a detailed block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment of the present invention.
  • the bitstream 505 is parsed through the parsing unit 510, and the encoded image data to be decoded and information about encoding necessary for decoding are parsed.
  • the encoded image data is output as inverse quantized data through the entropy decoder 520 and the inverse quantizer 530, and the image data of the spatial domain is restored through the frequency inverse transformer 540.
  • the intra prediction unit 550 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode, and the motion compensator 560 uses the reference frame 585 together to apply the coding unit of the inter mode. Perform motion compensation for the
  • Data in the spatial domain that has passed through the intra predictor 550 and the motion compensator 560 may be post-processed through the deblocking unit 570 and the loop filtering unit 580 to be output to the reconstructed frame 595.
  • the post-processed data through the deblocking unit 570 and the loop filtering unit 580 may be output as the reference frame 585.
  • a parser 510 In order to be applied to the video decoding apparatus 200 according to an exemplary embodiment, a parser 510, an entropy decoder 520, an inverse quantizer 530, and a frequency inverse transform unit which are components of the image decoder 500 may be used.
  • the intra predictor 550, the motion compensator 560, the deblocking unit 570, and the loop filtering unit 580 all perform operations based on coding units having a tree structure for each largest coding unit. shall.
  • the intra predictor 550 and the motion compensator 560 determine partitions and prediction modes for each coding unit having a tree structure, and the frequency inverse transform unit 540 must determine the size of the transform unit for each coding unit. do.
  • the entropy decoding unit 520 uses a context model used to entropy decode the encoded image data to be decoded and syntax elements representing information about encoding necessary for decoding, as the type of the syntax element. Accordingly, the entropy decoding is performed by selecting a context model based on the hierarchical structure information and the hierarchical structure of the data unit of the hierarchical structure and various information such as color components.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment use hierarchical coding units to consider image characteristics.
  • the maximum height, width, and maximum depth of the coding unit may be adaptively determined according to the characteristics of the image, and may be variously set according to a user's request. According to the maximum size of the preset coding unit, the size of the coding unit for each depth may be determined.
  • the hierarchical structure 600 of a coding unit illustrates a case in which a maximum height and a width of a coding unit are 64 and a maximum depth is four. Since the depth deepens along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit according to an embodiment, the height and the width of the coding unit for each depth are divided. In addition, a prediction unit and a partition on which the prediction encoding of each depth-based coding unit is shown along the horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit are illustrated.
  • the coding unit 610 has a depth of 0 as the largest coding unit of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and the size, ie, the height and width, of the coding unit is 64x64.
  • the depth is deeper along the vertical axis, the coding unit 620 of depth 1 having a size of 32x32, the coding unit 630 of depth 2 having a size of 16x16, the coding unit 640 of depth 3 having a size of 8x8, and the depth 4 of depth 4x4.
  • the coding unit 650 exists.
  • a coding unit 650 having a depth of 4 having a size of 4 ⁇ 4 is a minimum coding unit.
  • Prediction units and partitions of the coding unit are arranged along the horizontal axis for each depth. That is, if the coding unit 610 of size 64x64 having a depth of zero is a prediction unit, the prediction unit may include a partition 610 of size 64x64, partitions 612 of size 64x32, and size included in the coding unit 610 of size 64x64. 32x64 partitions 614, 32x32 partitions 616.
  • the prediction unit of the coding unit 620 having a size of 32x32 having a depth of 1 includes a partition 620 of size 32x32, partitions 622 of size 32x16 and a partition of size 16x32 included in the coding unit 620 of size 32x32. 624, partitions 626 of size 16x16.
  • the prediction unit of the coding unit 630 of size 16x16 having a depth of 2 includes a partition 630 of size 16x16, partitions 632 of size 16x8, and a partition of size 8x16 included in the coding unit 630 of size 16x16. 634, partitions 636 of size 8x8.
  • the prediction unit of the coding unit 640 of size 8x8 having a depth of 3 includes a partition 640 of size 8x8, partitions 642 of size 8x4 and a partition of size 4x8 included in the coding unit 640 of size 8x8. 644, partitions 646 of size 4x4.
  • the coding unit 650 of size 4x4 having a depth of 4 is the minimum coding unit and the coding unit of the lowest depth, and the corresponding prediction unit may also be set only as the partition 650 having a size of 4x4.
  • the coding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 may determine a coding depth of the maximum coding unit 610.
  • the number of deeper coding units according to depths for including data having the same range and size increases as the depth increases. For example, four coding units of depth 2 are required for data included in one coding unit of depth 1. Therefore, in order to compare the encoding results of the same data for each depth, each of the coding units having one depth 1 and four coding units having four depths 2 should be encoded.
  • encoding may be performed for each prediction unit of a coding unit according to depths along a horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and a representative coding error, which is the smallest coding error at a corresponding depth, may be selected. .
  • a depth deeper along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit the encoding may be performed for each depth, and the minimum coding error may be searched by comparing the representative coding error for each depth.
  • the depth and the partition in which the minimum coding error occurs in the maximum coding unit 610 may be selected as the coding depth and the partition type of the maximum coding unit 610.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 encodes or decodes an image in coding units having a size smaller than or equal to the maximum coding unit for each maximum coding unit.
  • the size of a transform unit for frequency transformation during the encoding process may be selected based on a data unit that is not larger than each coding unit.
  • the 32x32 transform unit 720 may be selected. Frequency conversion can be performed using the above.
  • the data of the 64x64 coding unit 710 is encoded by performing frequency transformation on the 32x32, 16x16, 8x8, and 4x4 transform units having a size of 64x64 or less, and the transform unit having the least error with the original is obtained. Can be selected.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • the output unit 130 of the video encoding apparatus 100 is information about an encoding mode, and information about a partition type 800 and information 810 about a prediction mode for each coding unit of each coded depth.
  • the information 820 about the size of the transformation unit may be encoded and transmitted.
  • the information about the partition type 800 is a data unit for predictive encoding of the current coding unit and indicates information about a partition type in which the prediction unit of the current coding unit is divided.
  • the current coding unit CU_0 of size 2Nx2N may be any one of a partition 802 of size 2Nx2N, a partition 804 of size 2NxN, a partition 806 of size Nx2N, and a partition 808 of size NxN. It can be divided and used.
  • the information 800 about the partition type of the current coding unit represents one of a partition 802 of size 2Nx2N, a partition 804 of size 2NxN, a partition 806 of size Nx2N, and a partition 808 of size NxN. It is set to.
  • Information 810 relating to the prediction mode indicates the prediction mode of each partition. For example, through the information 810 about the prediction mode, whether the partition indicated by the information 800 about the partition type is performed in one of the intra mode 812, the inter mode 814, and the skip mode 816 is performed. Whether or not can be set.
  • the information about the transform unit size 820 indicates whether to transform the current coding unit based on the transform unit.
  • the transform unit may be one of a first intra transform unit size 822, a second intra transform unit size 824, a first inter transform unit size 826, and a second intra transform unit size 828. have.
  • the image data and encoding information extractor 210 of the video decoding apparatus 200 may include information about a partition type 800, information 810 about a prediction mode, and transformation for each depth-based coding unit. Information 820 about the unit size may be extracted and used for decoding.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • Segmentation information may be used to indicate a change in depth.
  • the split information indicates whether a coding unit of a current depth is split into coding units of a lower depth.
  • the prediction unit 910 for predictive encoding of the coding unit 900 having depth 0 and 2N_0x2N_0 size includes a partition type 912 having a size of 2N_0x2N_0, a partition type 914 having a size of 2N_0xN_0, a partition type 916 having a size of N_0x2N_0, and a N_0xN_0 It may include a partition type 918 of size. Although only partitions 912, 914, 916, and 918 in which the prediction unit is divided by a symmetrical ratio are illustrated, as described above, the partition type is not limited thereto, and asymmetric partitions, arbitrary partitions, geometric partitions, and the like. It may include.
  • prediction coding For each partition type, prediction coding must be performed repeatedly for one 2N_0x2N_0 partition, two 2N_0xN_0 partitions, two N_0x2N_0 partitions, and four N_0xN_0 partitions.
  • prediction encoding For partitions having a size 2N_0x2N_0, a size N_0x2N_0, a size 2N_0xN_0, and a size N_0xN_0, prediction encoding may be performed in an intra mode and an inter mode. The skip mode may be performed only for prediction encoding on partitions having a size of 2N_0x2N_0.
  • the depth 0 is changed to 1 and split (920), and the encoding is repeatedly performed on the depth 2 and the coding units 930 of the partition type having the size N_0xN_0.
  • the depth 1 is changed to the depth 2 and divided (950), and repeatedly for the depth 2 and the coding units 960 of the size N_2xN_2.
  • the encoding may be performed to search for a minimum encoding error.
  • the split information for each depth may be set until the depth d-1, and the split information may be set up to the depth d-2. That is, when encoding is performed from the depth d-2 to the depth d-1 to the depth d-1, the prediction encoding of the coding unit 980 of the depth d-1 and the size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1)
  • the prediction unit for 990 is a partition type 992 of size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), partition type 994 of size 2N_ (d-1) xN_ (d-1), size A partition type 996 of N_ (d-1) x2N_ (d-1) and a partition type 998 of size N_ (d-1) xN_ (d-1) may be included.
  • one partition 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), two partitions 2N_ (d-1) xN_ (d-1), two sizes N_ (d-1) x2N_ Prediction encoding is repeatedly performed for each partition of (d-1) and four partitions of size N_ (d-1) xN_ (d-1), so that a partition type having a minimum encoding error may be searched. .
  • the coding unit CU_ (d-1) of the depth d-1 is no longer
  • the encoding depth of the current maximum coding unit 900 may be determined as the depth d-1, and the partition type may be determined as N_ (d-1) xN_ (d-1) without going through a division process into lower depths.
  • split information is not set for the coding unit 952 having the depth d-1.
  • the data unit 999 may be referred to as a 'minimum unit' for the current maximum coding unit.
  • the minimum unit may be a square data unit having a size obtained by dividing the minimum coding unit, which is the lowest coding depth, into four divisions.
  • the video encoding apparatus 100 compares the encoding errors for each depth of the coding unit 900, selects a depth at which the smallest encoding error occurs, and determines a coding depth.
  • the partition type and the prediction mode may be set to the encoding mode of the coded depth.
  • the depth with the smallest error can be determined by comparing the minimum coding errors for all depths of depths 0, 1, ..., d-1, d, and can be determined as the coding depth.
  • the coded depth, the partition type of the prediction unit, and the prediction mode may be encoded and transmitted as information about an encoding mode.
  • the coding unit since the coding unit must be split from the depth 0 to the coded depth, only the split information of the coded depth is set to '0', and the split information for each depth except the coded depth should be set to '1'.
  • the image data and encoding information extractor 220 of the video decoding apparatus 200 may extract information about a coding depth and a prediction unit for the coding unit 900 and use the same to decode the coding unit 912. Can be.
  • the video decoding apparatus 200 may identify a depth having split information of '0' as a coding depth using split information according to depths, and may use it for decoding by using information about an encoding mode for a corresponding depth. have.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a frequency transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • the coding units 1010 are coding units according to coding depths determined by the video encoding apparatus 100 according to an embodiment with respect to the maximum coding unit.
  • the prediction unit 1060 is partitions of prediction units of each coding depth of each coding depth among the coding units 1010, and the transformation unit 1070 is transformation units of each coding depth for each coding depth.
  • the depth-based coding units 1010 have a depth of 0
  • the coding units 1012 and 1054 have a depth of 1
  • the coding units 1014, 1016, 1018, 1028, 1050, and 1052 have depths.
  • coding units 1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, and 1048 have a depth of three
  • coding units 1040, 1042, 1044, and 1046 have a depth of four.
  • partitions 1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, and 1054 of the prediction units 1060 are obtained by splitting coding units. That is, partitions 1014, 1022, 1050, and 1054 are partition types of 2NxN, partitions 1016, 1048, and 1052 are partition types of Nx2N, and partitions 1032 are partition types of NxN. Prediction units and partitions of the coding units 1010 according to depths are smaller than or equal to each coding unit.
  • the image data of the part 1052 of the transformation units 1070 may be frequency transformed or inversely transformed in a data unit having a smaller size than the coding unit.
  • the transformation units 1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, and 1054 are data units having different sizes or shapes when compared to corresponding prediction units and partitions among the prediction units 1060. That is, the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to the embodiment may be an intra prediction / motion estimation / motion compensation operation and a frequency transform / inverse transform operation for the same coding unit. Each can be performed based on separate data units.
  • encoding is performed recursively for each coding unit having a hierarchical structure for each largest coding unit to determine an optimal coding unit, and thus, coding units having a tree structure may be configured.
  • the encoding information may include split information about a coding unit, partition type information, prediction mode information, and transformation unit size information. Table 1 below shows an example that can be set in the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment.
  • the entropy encoder 120 of the video encoding apparatus 100 outputs encoding information about coding units having a tree structure, and the entropy decoder of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment (
  • the 210 may parse the received bitstream to extract encoding information about coding units having a tree structure.
  • the split information indicates whether the current coding unit is split into coding units of a lower depth. If the split information of the current depth d is 0, partition type information, prediction mode, and transform unit size information are defined for the coded depth because the depth in which the current coding unit is no longer divided into the lower coding units is a coded depth. Can be. If it is to be further split by the split information, encoding should be performed independently for each coding unit of the divided four lower depths.
  • the prediction mode may be represented by one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • Intra mode and inter mode can be defined in all partition types, and skip mode can be defined only in partition type 2Nx2N.
  • the partition type information indicates the symmetric partition types 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, and NxN, in which the height or width of the prediction unit is divided by the symmetric ratio, and the asymmetric partition types 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N, which are divided by the asymmetric ratio.
  • Asymmetric partition types 2NxnU and 2NxnD are divided into heights of 1: n (n is an integer greater than 1) and n: 1, respectively, and asymmetric partition types nLx2N and nRx2N are 1: n and n: 1, respectively. The form is divided into.
  • the conversion unit size may be set to two kinds of sizes in the intra mode and two kinds of sizes in the inter mode. That is, if the transformation unit split information is 0, the size of the transformation unit is set to the size 2Nx2N of the current coding unit. If the transform unit split information is 1, a transform unit having a size obtained by dividing the current coding unit may be set. In addition, if the partition type for the current coding unit having a size of 2Nx2N is a symmetric partition type, the size of the transform unit may be set to NxN, and if the asymmetric partition type is N / 2xN / 2.
  • Encoding information of coding units having a tree structure may be allocated to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit unit of a coding depth.
  • the coding unit of the coding depth may include at least one prediction unit and at least one minimum unit having the same encoding information.
  • the encoding information held by each adjacent data unit is checked, it may be determined whether the adjacent data units are included in the coding unit having the same coding depth.
  • the coding unit of the corresponding coding depth may be identified by using the encoding information held by the data unit, the distribution of the coded depths within the maximum coding unit may be inferred.
  • the encoding information of the data unit in the depth-specific coding unit adjacent to the current coding unit may be directly referred to and used.
  • the prediction coding when the prediction coding is performed by referring to the neighboring coding unit, the data adjacent to the current coding unit in the coding unit according to depths is encoded by using the encoding information of the adjacent coding units according to depths.
  • the neighboring coding unit may be referred to by searching.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to encoding mode information of Table 1.
  • the maximum coding unit 1300 includes coding units 1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, and 1318 of a coded depth. Since one coding unit 1318 is a coding unit of a coded depth, split information may be set to zero.
  • the partition type information of the coding unit 1318 having a size of 2Nx2N is partition type 2Nx2N 1322, 2NxN 1324, Nx2N 1326, NxN 1328, 2NxnU 1332, 2NxnD 1334, nLx2N (1336). And nRx2N 1338.
  • partition type information is set to one of symmetric partition types 2Nx2N (1322), 2NxN (1324), Nx2N (1326), and NxN (1328)
  • the conversion unit of size 2Nx2N when the conversion unit partition information (TU size flag) is 0 1134 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1344 of size NxN may be set.
  • the partition type information is set to one of the asymmetric partition types 2NxnU (1332), 2NxnD (1334), nLx2N (1336), and nRx2N (1338), if the conversion unit partition information (TU size flag) is 0, a conversion unit of size 2Nx2N ( 1352 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1354 of size N / 2 ⁇ N / 2 may be set.
  • the transform unit split information (TU size flag) is a type of transform index, and a size of a transform unit corresponding to the transform index may be changed according to a prediction unit type or a partition type of a coding unit.
  • the partition type information is set to one of the symmetric partition types 2Nx2N 1322, 2NxN 1324, Nx2N 1326, and NxN 1328
  • the conversion unit partition information is 0, a conversion unit of size 2Nx2N ( 1342 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1344 of size NxN may be set.
  • the partition type information is set to one of the asymmetric partition types 2NxnU (1332), 2NxnD (1334), nLx2N (1336), and nRx2N (1338), if the conversion unit partition information (TU size flag) is 0, a conversion unit of size 2Nx2N ( 1352 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1354 of size N / 2 ⁇ N / 2 may be set.
  • the conversion unit splitting information (TU size flag) described above with reference to FIG. 9 is a flag having a value of 0 or 1
  • the conversion unit splitting information according to an embodiment is not limited to a 1-bit flag and is set to 0 according to a setting. , 1, 2, 3., etc., and may be divided hierarchically.
  • the transformation unit partition information may be used as an embodiment of the transformation index.
  • the size of the transformation unit actually used may be expressed.
  • the video encoding apparatus 100 may encode maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information.
  • the encoded maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information may be inserted into the SPS.
  • the video decoding apparatus 200 may use the maximum transform unit size information, the minimum transform unit size information, and the maximum transform unit split information to use for video decoding.
  • the maximum transform unit split information as 'MaxTransformSizeIndex'
  • the minimum transform unit size as 'MinTransformSize'
  • the transform unit split information is 0, that is, the size of the base transform unit RootTu as 'RootTuSize'
  • the minimum transform unit size 'CurrMinTuSize' possible in the coding unit may be defined as in Equation (1) below.
  • the base transform unit size 'RootTuSize' may indicate the maximum transform unit size that can be adopted in the system. That is, according to relation (1), 'RootTuSize / (2 ⁇ MaxTransformSizeIndex)' is a transform unit size obtained by dividing 'RootTuSize', which is the basic transform unit size, by the number of times corresponding to the maximum transform unit partition information, and 'MinTransformSize' is Since the minimum transform unit size, a smaller value among them may be the minimum transform unit size 'CurrMinTuSize' possible in the current current coding unit.
  • the base transform unit size RootTuSize may vary depending on the prediction mode.
  • RootTuSize may be determined according to the following relation (2).
  • 'MaxTransformSize' represents the maximum transform unit size
  • 'PUSize' represents the current prediction unit size.
  • RootTuSize min (MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
  • 'RootTuSize' which is a basic transform unit size that is a transform unit when the transform unit split information is 0, may be set to a smaller value among the maximum transform unit size and the current prediction unit size.
  • 'RootTuSize' may be determined according to Equation (3) below.
  • 'PartitionSize' represents the size of the current partition unit.
  • RootTuSize min (MaxTransformSize, PartitionSize) ........... (3)
  • the base transform unit size 'RootTuSize' may be set to a smaller value among the maximum transform unit size and the current partition unit size.
  • the basic transform unit size 'RootTuSize' which is the current maximum transform unit size according to an embodiment that varies according to the prediction mode of the partition unit, is only an embodiment, and a factor for determining the current maximum transform unit size is not limited thereto. It should be noted.
  • the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 perform encoding and decoding by dividing the maximum coding unit into coding units smaller than or equal to the maximum coding unit.
  • the prediction unit and the transformation unit used in the prediction process and the transformation process may be determined based on cost independently of other data units.
  • encoding is recursively performed for each coding unit of a hierarchical structure included in the maximum coding unit to determine an optimal coding unit, thereby configuring data units having a tree structure. That is, coding units having a tree structure, prediction units having a tree structure, and transformation units may be determined for each largest coding unit.
  • layer information which is information indicating structure information of data units of the hierarchical structure, and out-of-layer information for decoding in addition to the layer information.
  • the information related to the hierarchical structure is information necessary for determining the coding unit of the tree structure, the prediction unit of the tree structure, and the transformation unit of the tree structure described above with reference to FIGS. 10 to 12. And a depth flag, partition information of a prediction unit, a split flag indicating whether a coding unit is split, size information of a transform unit, and a transform unit split flag indicating a split unit of a transform unit.
  • Encoding information other than hierarchical structure information includes prediction mode information of intra / inter prediction applied to each prediction unit, motion vector information, prediction direction information, and color component information applied to a corresponding data unit when a plurality of color components are used, and transformation. Texture information such as coefficients, and the like. In the description below,.
  • the layer information and the out of layer information transmitted for decoding may be referred to as a syntax element that is an object of entropy encoding.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of an entropy encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the entropy encoding apparatus 1400 of FIG. 14 corresponds to the entropy encoding unit 120 of the video encoding apparatus 100 of FIG. 1.
  • an entropy encoding apparatus 1400 may include a binarizer 1410, a context modeler 1420, and a binary arithmetic coder 1430. Include.
  • the binary arithmetic encoder 1430 includes a regular coding engine 1432 and a bypass coding engine 1434.
  • the binarization unit 1410 binarizes the syntax elements to a binary value of zero or one. Outputs a bin string of strings.
  • a bin represents each bit of a stream composed of 0 or 1, and each bin is encoded through Context Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC). If the syntax element is data having the same frequency of 0 and 1, it is output to the bypass coding unit 1434 that does not use the probability value and encoded.
  • CABAC Context Adaptive Binary Arithmetic Coding
  • the context modeler 1420 provides the regular coding unit 1432 to provide a probability model for the current coded symbol.
  • the context modeler 1420 outputs the occurrence probability of the binary value for encoding the binary value of the current encoded symbol to the binary arithmetic encoder 1430.
  • the current coded symbol indicates each binary value when the current syntax element to be encoded is composed of binary values, that is, binary values.
  • the context modeler 1420 may determine a context model for the first syntax element to be encoded of the current coding unit, in order to determine a context model for the first syntax element to be encoded.
  • the context model to be applied to the first syntax element may be determined based on the information of the syntax element.
  • information about a syntax element identical to the predetermined syntax element is obtained from a neighboring block to determine a context to be applied to a predetermined syntax element of the current block. Decided.
  • the context modeler 1420 selects a context model for entropy encoding of the first syntax element by using other second syntax elements available in the current coding unit, instead of using information of the neighboring coding units. In addition to reducing the number of memory accesses, the memory for storing syntax elements can be reduced.
  • the context modeler 1420 obtains a syntax element of the same type as the first syntax element that is currently entropy coded from the neighboring coding unit, and obtains a second syntax element obtained from the current coding unit.
  • a context model for entropy encoding the first syntax element of the current coding unit may be determined by combining the first syntax element of the neighboring coding unit.
  • the context model is a probability model for bins, and includes information on which values of 0 and 1 correspond to Most Probable Symbols (MPSs) and Least Probable Symbols (LPSs), and probabilities of MPSs or LPSs.
  • MPSs Most Probable Symbols
  • LPSs Least Probable Symbols
  • the regular coding unit 1432 performs binary arithmetic encoding on the current coded symbol based on the Most Probable Symbol (MPS), the Least Probable Symbol (LPS) provided from the context modeler 1420, and the probability information of the MPS or LPS. do.
  • MPS Most Probable Symbol
  • LPS Least Probable Symbol
  • FIG. 15 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the context modeler 1420 of FIG. 14.
  • the context modeler 1420 includes an additional information acquirer 1421 and a probability model determiner 1422.
  • the additional information obtaining unit 1421 obtains information on second syntax elements of the current coding unit that are available when entropy encoding the first syntax element of the current data unit.
  • the second syntax element may include size information of a current data unit, information indicating a relative size of a current data unit related to the first syntax element in relation to a data unit of a higher layer larger than the current data unit, and a data unit. It includes color type information, prediction mode information, and the like of the belonging color picture, and is additional information of a current coding unit available at the time when the first syntax element is entropy encoded.
  • the probability model determiner 1422 determines a context model used for entropy encoding of the first syntax element based on the obtained additional information about the second syntax elements. Specifically, when the second syntax element that is available for entropy encoding of the first syntax element to be currently encoded has a (a is a positive integer) state values, the probability model determination unit 1422 may determine the second syntax.
  • the context model to be used for entropy encoding of the first syntax element of the current coding unit may be determined by determining a context index indicating one of a context models according to the state value of the element.
  • the size of the current data unit to which the first syntax element to be currently encoded has a total of five state values of 2x2, 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, and 64x64, and the size of the data unit is used as the second syntax element.
  • the probability model determiner 1410 sets up five or less context models according to the size of the data unit, which is the second syntax element, and based on the current second syntax element, that is, the size of the current data unit.
  • a context index indicating a context model to be used for entropy encoding of the first syntax element may be determined and output.
  • the probability model determiner 1422 may determine a context model for entropy encoding a first syntax element of a current coding unit by using a plurality of second syntax elements.
  • n n is an integer
  • ai i is 1 to n
  • an one context model used for entropy encoding of a first syntax element among a plurality of context models based on a1 * a2 * ... * an, which is the number of combinations of state values of the second syntax elements. You can decide.
  • a context model for entropy encoding of a CBF flag of a current transform unit is It may be determined based on the color component information of the picture to which the current transform unit belongs and the size information of the current transform unit.
  • the color component information is one of Y, Cb, and Cr, and it is assumed that an index (color_type_index) representing a color component is set to 0, 1, and 2 for Y, Cb, and Cr, respectively.
  • the index (TU_Block_size_index) indicating the size of the transformation unit is set to 0, 1, 2, and 3 for 4x4, 8x8, 16x16, and 32x32.
  • the case of using the size information and the color component information of the transform unit in the case of the CBF flag, the second syntax element used for the selection of the first syntax element and the context model entropy-encoded is currently available data unit It may be variously set using additional information of.
  • the additional information obtaining unit 1421 may obtain a first syntax element of the same type as the first syntax element that is currently entropy-encoded from the neighboring data unit of the current data unit.
  • 1142 may determine a probability model for entropy encoding of the first syntax element of the current data unit by using the first syntax element obtained from the neighboring coding unit and another second syntax element of the current coding unit. For example, it is assumed that the first syntax element encoded in the current data unit is a split flag indicating whether the current data unit is split.
  • the probability model determiner 1422 obtains a split flag from the left or upper peripheral data unit, and other syntax elements except for the split flag of the neighboring data unit (split_flag_neighbor) and the available split flag of the current data unit.
  • the additional information obtaining unit 1421 may include a first syntax element of the same type from a neighboring data unit for entropy encoding of the first syntax element of the current data unit.
  • information about the corresponding first syntax element is obtained from neighboring data adjacent to the left of the current data unit. Because the information about the data unit is generally stored and read in line in the buffer from the peripheral data unit adjacent to the current data unit to the left rather than using the first syntax element information of the neighboring data unit upwardly adjacent to the current data unit. Obtaining the first syntax element information is desirable because it can reduce the size of the buffer. In addition, when considering a processing sequence such as a raster scan, rather than using information of the upper peripheral data unit for entropy encoding of the first syntax element of the current data unit, it is located on the same line as the current data unit and before the current data unit. It is preferable to use the information of the processed left neighboring peripheral data because it can reduce the buffer size.
  • the data unit 16 illustrates a data unit of a hierarchical structure and data unit division information of a hierarchical structure according to an embodiment of the present invention.
  • the data unit may be any of the aforementioned coding unit, prediction unit, and transformation unit.
  • a split flag indicating whether each data unit is divided into data units of one level lower level may be used. For example, if the division flag for the current data unit is 1, this may indicate that the current data unit is divided into lower-level data units.
  • each data Split information about a unit may also form a hierarchical structure. That is, the data unit division information 33 of the hierarchical structure includes the data unit division information 34 of the highest level 0, the data unit division information 35a, 35b, 35c, and 35d of the level 1, and the data unit division of the level 2.
  • the data unit division information 34 of level 0 among the data unit division information 33 of the hierarchical structure may indicate that the data unit of the highest level 0 is divided.
  • the partial data unit division information 35a and 35d of the level 1 respectively indicate that the data units 31a and 31d of the level 1 are respectively the level 2 data units 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, and 32f. , 32g, 32h).
  • level 1 Some data units 31b and 31c of level 1 correspond to leaf nodes which are no longer split and in which no child nodes exist in the tree structure.
  • level 2 data units 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, and 32h correspond to leaf nodes that are no longer divided into lower level data units.
  • a split flag indicating whether a data unit of a higher level is divided into a data unit of a lower level may be used as a symbol representing a hierarchical structure of the data unit.
  • the entropy encoder 120 When entropy encoding a split flag indicating a hierarchical structure of such data units, the entropy encoder 120 according to an embodiment entropy encodes a split flag of data units of all nodes. Only the partition flag of the data unit corresponding to the leaf node having no child node may be entropy encoded.
  • 17A and 17B are reference diagrams illustrating symbols representing a hierarchical structure of data units according to an embodiment of the present invention.
  • a flag is assumed to be a split flag of a data unit indicating whether a data unit of each node is divided into data units of a lower level in the tree structure 33 of FIG. 16.
  • the entity encoding unit 120 according to an embodiment is a symbol representing a hierarchical structure of data units, and data units 30, 31a, 31b, 31c, 31d, 32a, and 32b of all levels.
  • Entropy encoding all the split flag information (flag0, flag1a, flag1b, flag1c, flag1d, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h) for, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h) Can be.
  • the entropy encoding unit 120 divides flag information (flag1b, flag1c, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, and flag2g) of data units corresponding to leaf nodes having no child nodes. Only flag2h can be entropy encoded.
  • the video decoding apparatus 200 may include all levels of data units 30, 31a, 31b, 31c, 31d, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, and 32f according to a symbolic hierarchical decoding mode. By extracting and reading all the split flags (flag, flag1a, flag1b, flag1c, flag1d, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h) for 32g, 32h) to determine the hierarchical structure of the data unit Can be.
  • the video decoding apparatus 200 may divide partition flags flag1b for data units 31b, 31c, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, and 32h corresponding to leaf nodes. If only flag1c, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h are encoded, the extracted split flags (flag1b, flag1c, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h) By determining the division flags flag0, flag1a, flag1b, flag1c, and flag1d of the remaining unencoded data units, the hierarchical structure of the data unit may be determined.
  • the context modeler 1420 may determine one context model among a plurality of context models for entropy encoding a partition flag indicating a hierarchical structure of a data unit based on a state value according to a combination of additional information.
  • 18A and 18B illustrate examples of context indexes for determining a context model according to a combination of additional information according to an embodiment of the present invention.
  • the context modeler 1420 may determine a context model to be used for entropy encoding of the partition flag of the current data unit based on other available information except for the partition flag of the data unit to which the partition flag belongs. . Assuming that the context modeler 1420 has state values of a i (a i is an integer and i is an integer from 1 to n) of n pieces of additional information, the context modeler 1420 is a 1 xa 2 x. A context model to be used for entropy encoding of a split flag among a plurality of context models may be determined based on a context index (ctxIdx) determined according to a combination of ..xa n state values.
  • ctxIdx context index
  • the context modeler 1420 may group m state values S 1 , S 2 ,..., S m to determine a context index according to a combination of additional information. .
  • 19 is a reference diagram illustrating an example of a context model according to an embodiment of the present invention.
  • the probabilistic model determiner 1422 uses information about binary signals corresponding to Most Probable Symbol (MPS) and Least Probable Symbol (LPS) among 0 and 1 binary signals using context index information determined according to a combination of additional information. And determine the probability value information for the MPS or LPS and output.
  • the probability model determiner 1422 includes a probability of generating a binary signal in the form of a lookup table 1900, and regularly codes probability value information corresponding to a context index (ctxIdx) determined according to a combination of additional information. The output is made to the unit 1432.
  • the probability model determiner 1422 may determine the index of the occurrence probability table corresponding to the context index ( pStateIdx) and the binary signal corresponding to the MPS may be determined.
  • the context modeler 1420 may similarly entropy encode a syntax element of the current data unit among a plurality of contexts according to a combination of the additional information of the current data unit and the additional information of the neighboring data unit adjacent to the current data unit. You can determine the context model.
  • the occurrence probability table indicates a probability value of the MPS.
  • the probability value of the corresponding MPS is determined.
  • the probability model determiner 1422 determines the context index among the context models shown in FIG. 19.
  • the pStateIdx value 7 corresponding to 1 and the MPS determine 0.
  • the probability model determination unit 1422 updates the value of pStateIdx according to whether the regular coding unit 1432 encodes an MPS or an LPS each time one bin is encoded, thereby generating a binary signal.
  • the probability values of MPS and LPS can be updated.
  • the probability model determiner 1422 determines transIdxMPS, which is the value of pStateIdx after updating, when encoding MPS, and tranIdxLPS, which is the value of pStateIdx after updating, when encoding LPS, in consideration of the encoding result of the regular coding unit 1432.
  • the probability value of the MPS can be changed by setting the lookup table to and updating the pStateIdx value for each encoding operation.
  • the regular coding unit 1432 entropy encodes and outputs a binary signal of a symbol for a current syntax element based on binary signal information and probability value information corresponding to the MPS or the LPS.
  • FIG. 21 is a diagram for describing a binary arithmetic encoding process performed by the regular coding unit 1430 of FIG. 14.
  • a split flag indicating a hierarchical structure of a data unit is a binary value “010”
  • a probability of occurrence of 1 is 0.2
  • a probability of occurrence of 0 is 0.8.
  • the probability of occurrence of 1 and 0 should be updated every time the binary value is encoded, but a fixed probability value is assumed for convenience of explanation.
  • 22 is a flowchart illustrating an entropy encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the hierarchical encoder 110 encodes a video based on a data unit having a hierarchical structure.
  • the context modeler 1420 entropy of the first syntax element of the current data unit based on at least one or more second syntax elements of the current data unit that are different from the first syntax element of the current data unit being entropy coded. Determine the context model used for encoding. As described above, when the number of second syntax elements is n (n is an integer) and the number of state values that each of the n second syntax elements can have is ai (i is an integer from 1 to n).
  • the context modeler 1420 may determine a context model indicated by the context index ctxIdx determined based on a1 * a2 * ... * an, which is the number of combinations of state values of the second syntax elements.
  • the regular coding unit 1432 entropy encodes the first syntax element of the data unit by using the determined context model.
  • FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of an entropy decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the entropy decoding apparatus 2300 includes a context modeler 2310, a regular decoding unit 2320, a bypass decoding unit 2330, and an inverse binarization unit 2340.
  • the entropy decoding apparatus 2300 performs an inverse process of the entropy encoding process performed by the entropy encoding apparatus 1400 described above.
  • the symbol encoded by the bypass coding is output to the bypass decoding unit 2330 and decoded, and the symbol encoded by the regular coding is decoded by the regular decoding unit 2320.
  • the regular decoding unit 2320 performs an arithmetic decoding on the binary value of the current coded symbol based on the context model provided by the context modeler 2310.
  • the context modeler 2310 is based on at least one second syntax element of the current data that is different from the first syntax element of the current data unit, similar to the context modeler 1420 of FIG. 14 described above. 1 Determines the context model used for entropy decoding of syntax elements. As described above, the context modeler 2310 obtains information about the first syntax element of the same type as the first syntax element of the current data unit from the neighboring data unit adjacent to the current data unit, and obtains the information obtained from the surrounding data unit. A context model for entropy decoding the first syntax element of the current data unit may be determined using the first syntax element and the available second syntax element obtained from the current data unit.
  • the operation of the context modeler 2310 of FIG. 23 is identical to that of the context modeler 1420 of FIG. 14 on the encoding side except that the operation of the context modeler 2310 is performed on the decoding side.
  • the debinarization unit 2340 restores the bin strings restored by the regular decoding unit 2320 or the bypass decoding unit 2330 back into a syntax element.
  • 24 is a flowchart illustrating an entropy decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the syntax element extractor 210 parses an encoded bitstream to extract syntax elements for an encoded picture based on a data unit of a hierarchical structure.
  • the context modeler 2310 of the entropy decoding apparatus 2300 may determine a current data unit based on at least one second syntax element of an available current data unit that is different from the first syntax element of the current data unit to be entropy decoded. Determines the context model used for entropy decoding of the first syntax element of.
  • the context modeler 2310 obtains a first syntax element of the same type as the first syntax element from a neighboring data unit adjacent to the current data unit to the left or above.
  • the context model for entropy decoding the first syntax element of the current coding unit may be selected in combination with the second syntax element obtained from the current data unit.
  • the regular decoding unit 2320 entropy decodes the syntax element of the data unit by using the determined context model.
  • the invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

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Abstract

비디오의 부호화, 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 비디오 부호화 방법은 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 비디오를 부호화하고, 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 부가 정보에 기초하여 데이터 단위의 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하며, 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 데이터 단위의 구문 요소를 엔트로피 부호화한다.

Description

계층적 구조의 데이터 단위를 이용한 엔트로피 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치
본 발명은 비디오의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비디오 데이터를 구성하는 구문 요소들(syntax element)의 엔트로피 부호화 및 복호화에 관한 것이다.
MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video coding)와 같은 영상 압축 방식에서는 영상을 소정 크기의 블록으로 나눈 다음, 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)을 이용해 블록의 레지듀얼 데이터를 획득한다. 레지듀얼 데이터는 변환, 양자화, 스캐닝, 런 렝스 코딩(Run Length Coding) 및 엔트로피 코딩을 통하여 압축된다. 엔트로피 코딩시에는 구문 요소들(syntax element), 예를 들어 DCT 계수나 움직임 벡터 등을 엔트로피 부호화하여 비트스트림을 출력한다. 디코더 측면에서, 비트스트림으로부터 구문 요소들은 추출하고, 추출된 구문 요소들에 기초하여 복호화가 수행된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 구문 요소가 포함된 부가 정보들을 조합하여 구문 요소의 엔트로피 부호화 이용할 컨텍스트 모델을 선택하여 효율적으로 엔트로피 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
현재 데이터 단위의 이용가능한 구문 요소에 기초하여 현재 데이터 단위의 다른 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델을 결정한다.
본 발명에 따르면 이전에 복원된 주변 정보를 이용하는 것이 아니라 현재 구문 요소가 포함된 데이터 단위의 정보에 기초하여 컨텍스트 모델을 선택함으로써, 이전에 복원된 주변 정보를 저장하기 위한 메모리 요구량 등이 감소될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 구체적인 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 구체적인 블록도를 도시한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 15는 도 14의 컨텍스트 모델러(1420)의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 구조의 데이터 단위와, 계층적 구조의 데이터 단위 분할 정보를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 심볼들을 도시한 참조도이다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 부가 정보의 조합에 따라서 컨텍스트 모델을 결정하기 위한 컨텍스트 인덱스의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨텍스트 모델의 일 예를 나타낸 참조도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 MPS의 발생 확률값의 일 예를 나타낸다.
도 21은 도 14의 레귤러 코딩부(1430)에서 수행되는 이진 산술 부호화 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법은 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 상기 비디오를 부호화하는 단계; 엔트로피 부호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치는 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 상기 비디오를 부호화하는 계층적 부호화부; 엔트로피 부호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하고, 상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법은 부호화된 비트스트림을 파싱하여 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 부호화된 픽처에 대한 구문 요소들을 추출하는 단계; 엔트로피 복호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치는 부호화된 비트스트림을 파싱하여 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 부호화된 픽처에 대한 구문 요소들을 추출하는 구문 요소 추출부; 엔트로피 복호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하고, 상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하는 엔트로피 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 명세서에 기재된 본 발명의 다양한 실시예들에서, '영상'은 정지 영상 뿐만 아니라 비디오와 같은 동영상을 포함하여 포괄적으로 지칭할 수 있다.
영상과 관련된 데이터에 대해 각종 동작이 수행될 때, 영상과 관련된 데이터는 데이터 그룹들로 분할되고, 동일 데이터 그룹에 포함되는 데이터에 대해 동일한 동작이 수행될 수 있다. 이하 본 명세서에, 소정 기준에 따라 형성되는 데이터 그룹을 '데이터 단위'라 지칭한다. 이하 본 명세서에, '데이터 단위'마다 이루어지는 동작은, 데이터 단위에 포함된 데이터들을 이용하여 해당 동작이 수행됨을 의미한다.
이하 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 계층적 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 트리 구조의 구문 요소을 부호화 및 복호화하는 비디오의 부호화 및 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 또한, 도 14 내지 도 24를 참조하여, 도 1 내지 도 13에서 설명된 비디오의 부호화 및 복호화 방식에서 이용되는 엔트로피 부호화 및 복호화 과정이 구체적으로 상술된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 계층적 부호화부(110) 및 엔트로피 부호화부(120)을 포함한다.
계층적 부호화부(110)는 부호화되는 현재 픽처를 소정 크기의 데이터 단위들로 분할하여 데이터 단위별로 부호화를 수행한다. 구체적으로, 계층적 부호화부(110)는 현재 픽처를 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 픽처를 분할할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 8보다 큰 2의 제곱승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위는 최대 크기 및 심도로 특징지어질 수 있다. 심도란 최대 부호화 단위로부터 부호화 단위가 공간적으로 분할한 횟수를 나타내며, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지 분할될 수 있다. 최대 부호화 단위의 심도가 최상위 심도이며 최소 부호화 단위가 최하위 부호화 단위로 정의될 수 있다. 최대 부호화 단위는 심도가 깊어짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, 상위 심도의 부호화 단위는 복수 개의 하위 심도의 부호화 단위를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 현재 픽처의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하며, 각각의 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되는 부호화 단위들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되므로, 최대 부호화 단위에 포함된 공간 영역(spatial domain)의 영상 데이터가 심도에 따라 계층적으로 분류될 수 있다.
최대 부호화 단위의 높이 및 너비를 계층적으로 분할할 수 있는 총 횟수를 제한하는 최대 심도 및 부호화 단위의 최대 크기가 미리 설정되어 있을 수 있다.
계층적 부호화부(110)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 계층적 부호화부(110)는, 현재 픽처의 최대 부호화 단위마다 심도별 부호화 단위로 영상 데이터를 부호화하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여 부호화 심도로 결정한다. 결정된 부호화 심도 및 최대 부호화 단위별 영상 데이터는 엔트로피 부호화부(120)로 출력된다.
최대 부호화 단위 내의 영상 데이터는 최대 심도 이하의 적어도 하나의 심도에 따라 심도별 부호화 단위에 기반하여 부호화되고, 각각의 심도별 부호화 단위에 기반한 부호화 결과가 비교된다. 심도별 부호화 단위의 부호화 오차의 비교 결과 부호화 오차가 가장 작은 심도가 선택될 수 있다. 각각의 최대화 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 심도가 결정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 크기는 심도가 깊어짐에 따라 부호화 단위가 계층적으로 분할되어 분할되며 부호화 단위의 개수는 증가한다. 또한, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 동일한 심도의 부호화 단위들이라 하더라도, 각각의 데이터에 대한 부호화 오차를 측정하고 하위 심도로의 분할 여부가 결정된다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터라 하더라도 위치에 따라 심도별 부호화 오차가 다르므로 위치에 따라 부호화 심도가 달리 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 대해 부호화 심도가 하나 이상 설정될 수 있으며, 최대 부호화 단위의 데이터는 하나 이상의 부호화 심도의 부호화 단위에 따라 구획될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 계층적 부호화부(110)는, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따른 '트리 구조에 따른 부호화 단위들'은, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 심도별 부호화 단위들 중, 부호화 심도로 결정된 심도의 부호화 단위들을 포함한다. 부호화 심도의 부호화 단위는, 최대 부호화 단위 내에서 동일 영역에서는 심도에 따라 계층적으로 결정되고, 다른 영역들에 대해서는 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 현재 영역에 대한 부호화 심도는, 다른 영역에 대한 부호화 심도와 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 분할 횟수와 관련된 지표이다. 일 실시예에 따른 제 1 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 제 2 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 심도 레벨의 총 개수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 할 때, 최대 부호화 단위가 1회 분할된 부호화 단위의 심도는 1로 설정되고, 2회 분할된 부호화 단위의 심도가 2로 설정될 수 있다. 이 경우, 최대 부호화 단위로부터 4회 분할된 부호화 단위가 최소 부호화 단위라면, 심도 0, 1, 2, 3 및 4의 심도 레벨이 존재하므로 제 1 최대 심도는 4, 제 2 최대 심도는 5로 설정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화 및 주파수 변환이 수행될 수 있다. 예측 부호화 및 주파수 변환도 마찬가지로, 최대 부호화 단위마다, 최대 심도 이하의 심도마다 심도별 부호화 단위를 기반으로 수행된다.
최대 부호화 단위가 심도별로 분할될 때마다 심도별 부호화 단위의 개수가 증가하므로, 심도가 깊어짐에 따라 생성되는 모든 심도별 부호화 단위에 대해 예측 부호화 및 주파수 변환을 포함한 부호화가 수행되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 최대 부호화 단위 중 현재 심도의 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화 및 주파수 변환을 설명한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 데이터 단위의 크기 또는 형태를 다양하게 선택할 수 있다. 영상 데이터의 부호화를 위해서는 예측 부호화, 주파수 변환, 엔트로피 부호화 등의 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 데이터 단위가 사용될 수도 있으며, 단계별로 데이터 단위가 변경될 수도 있다.
예를 들어 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위의 영상 데이터의 예측 부호화를 수행하기 위해, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 선택할 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화를 위해서는, 일 실시예에 따른 부호화 심도의 부호화 단위, 즉 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 이하, 예측 부호화의 기반이 되는 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 '예측 단위'라고 지칭한다. 예측 단위가 분할된 파티션은, 예측 단위 및 예측 단위의 높이 및 너비 중 적어도 하나가 분할된 데이터 단위를 포함할 수 있다.
예를 들어, 크기 2Nx2N(단, N은 양의 정수)의 부호화 단위가 더 이상 분할되지 않는 경우, 크기 2Nx2N의 예측 단위가 되며, 파티션의 크기는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 일 실시예에 따른 파티션 타입은 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션들뿐만 아니라, 1:n 또는 n:1과 같이 비대칭적 비율로 분할된 파티션들, 기하학적인 형태로 분할된 파티션들, 임의적 형태의 파티션들 등을 선택적으로 포함할 수도 있다.
예측 단위의 예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어 인트라 모드 및 인터 모드는, 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 크기의 파티션에 대해서 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 파티션에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 이내의 하나의 예측 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 기반으로 부호화 단위의 영상 데이터의 주파수 변환을 수행할 수 있다.
부호화 단위의 주파수 변환을 위해서는, 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 데이터 단위를 기반으로 주파수 변환이 수행될 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환을 위한 데이터 단위는, 인트라 모드를 위한 데이터 단위 및 인터 모드를 위한 데이터 단위를 포함할 수 있다.
이하, 주파수 변환의 기반이 되는 데이터 단위는 '변환 단위'라고 지칭될 수 있다. 부호화 단위와 유사한 방식으로, 부호화 단위 내의 변환 단위도 재귀적으로 더 작은 크기의 변환 단위로 분할되면서, 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위에 따라 분할될 수 있다.
일 실시예에 따른 변환 단위에 대해서도, 부호화 단위의 높이 및 너비가 분할하여 변환 단위에 이르기까지의 분할 횟수를 나타내는 변환 심도가 설정될 수 있다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위의 변환 단위의 크기가 2Nx2N이라면 변환 심도 0, 변환 단위의 크기가 NxN이라면 변환 심도 1, 변환 단위의 크기가 N/2xN/2이라면 변환 심도 2로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위에 대해서도 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위가 설정될 수 있다.
부호화 심도별 부호화 정보는, 부호화 심도 뿐만 아니라 예측 관련 정보 및 주파수 변환 관련 정보가 필요하다. 따라서, 계층적 부호화부(110)는 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 심도 뿐만 아니라, 예측 단위를 파티션으로 분할한 파티션 타입, 예측 단위별 예측 모드, 주파수 변환을 위한 변환 단위의 크기 등을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 파티션의 결정 방식에 대해서는, 도 3 내지 12을 참조하여 상세히 후술한다.
계층적 부호화부(110)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
엔트로피 부호화부(120)는, 계층적 부호화부(110)에서 결정된 적어도 하나의 부호화 심도에 기초하여 부호화된 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다. 부호화된 영상 데이터는 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다. 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 부호화 심도 정보, 예측 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 특히 후술되는 바와 같이, 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(120)는 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 구문 요소들(Syntax Element)을 부호화할 때, 전술한 계층적 구조의 데이터 단위의 계층 구조 정보 및 계층 구조 이외의 비디오 부호화 방식에 이용된 컬러 성분 등의 현재 데이터 단위가 갖는 부가 정보들에 기초하여 컨텍스트 모델을 선택하여 엔트로피 부호화를 수행한다. 또한, 엔트로피 부호화부(120)는 현재 부호화 단위의 부가 정보 이외에 주변 부호화 단위가 갖는 부가 정보를 함께 고려하여 현재 부호화 단위의 구문 요소들의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다. 엔트로피 부호화부(120)에서 구문 요소들의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델을 결정하는 과정에 대해서는 후술한다.
부호화 심도 정보는, 현재 심도로 부호화하지 않고 하위 심도의 부호화 단위로 부호화할지 여부를 나타내는 심도별 분할 정보를 이용하여 정의될 수 있다. 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도라면, 현재 부호화 단위는 현재 심도의 부호화 단위로 부호화되므로 현재 심도의 분할 정보는 더 이상 하위 심도로 분할되지 않도록 정의될 수 있다. 반대로, 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도가 아니라면 하위 심도의 부호화 단위를 이용한 부호화를 시도해보아야 하므로, 현재 심도의 분할 정보는 하위 심도의 부호화 단위로 분할되도록 정의될 수 있다.
현재 심도가 부호화 심도가 아니라면, 하위 심도의 부호화 단위로 분할된 부호화 단위에 대해 부호화가 수행된다. 현재 심도의 부호화 단위 내에 하위 심도의 부호화 단위가 하나 이상 존재하므로, 각각의 하위 심도의 부호화 단위마다 반복적으로 부호화가 수행되어, 동일한 심도의 부호화 단위마다 재귀적(recursive) 부호화가 수행될 수 있다.
하나의 최대 부호화 단위 안에 트리 구조의 부호화 단위들이 결정되며 부호화 심도의 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대 부호화 단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다. 또한, 최대 부호화 단위의 데이터는 심도에 따라 계층적으로 분할되어 위치 별로 부호화 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(120)는, 최대 부호화 단위에 포함되어 있는 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 적어도 하나에 대해, 해당 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보를 할당할 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위이며, 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위 내에 포함될 수 있는 최대 크기의 정사각 데이터 단위일 수 있다.
예를 들어 엔트로피 부호화부(120)를 통해 출력되는 부호화 정보는, 심도별 부호화 단위별 부호화 정보와 예측 단위별 부호화 정보로 분류될 수 있다. 심도별 부호화 단위별 부호화 정보는, 예측 모드 정보, 파티션 크기 정보를 포함할 수 있다. 예측 단위별로 전송되는 부호화 정보는 인터 모드의 추정 방향에 관한 정보, 인터 모드의 참조 영상 인덱스에 관한 정보, 움직임 벡터에 관한 정보, 인트라 모드의 크로마 성분에 관한 정보, 인트라 모드의 보간 방식에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 픽처, 슬라이스 또는 GOP별로 정의되는 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 최대 심도에 관한 정보는 비트스트림의 헤더에 삽입될 수 있다.
비디오 부호화 장치(100)의 가장 간단한 형태의 실시예에 따르면, 심도별 부호화 단위는 한 계층 상위 심도의 부호화 단위의 높이 및 너비를 반분한 크기의 부호화 단위이다. 즉, 현재 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, 하위 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다. 또한, 2Nx2N 크기의 현재 부호화 단위는 NxN 크기의 하위 심도 부호화 단위를 최대 4개 포함할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 현재 픽처의 특성을 고려하여 결정된 최대 부호화 단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대 부호화 단위마다 최적의 형태 및 크기의 부호화 단위를 결정하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최대 부호화 단위마다 다양한 예측 모드, 주파수 변환 방식 등으로 부호화할 수 있으므로, 다양한 영상 크기의 부호화 단위의 영상 특성을 고려하여 최적의 부호화 모드가 결정될 수 있다.
따라서, 영상의 해상도가 매우 높거나 데이터량이 매우 큰 영상을 기존 매크로블록 단위로 부호화한다면, 픽처당 매크로블록의 수가 과도하게 많아진다. 이에 따라, 매크로블록마다 생성되는 압축 정보도 많아지므로 압축 정보의 전송 부담이 커지고 데이터 압축 효율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 구문요소 추출부(210), 엔트로피 복호화부(220) 및 계층적 복호화부(230)를 포함한다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 각종 프로세싱을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 1 및 비디오 부호화 장치(100)을 참조하여 전술한 바와 동일하다.
구문요소 추출부(210)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱(parsing)한다. 엔트로피 복호화부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 계층적 복호화부(230)로 출력한다.
엔트로피 복호화부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 심도, 부호화 모드, 컬러 성분 정보, 예측 모드 정보 등의 부가 정보를 추출한다. 추출된 부호화 심도 및 부호화 모드 등에 관한 정보는 계층적 복호화부(230)로 출력된다. 비트열의 영상 데이터는 최대 부호화 단위로 분할되어 부호화되었으므로, 계층적 복호화부(230)는 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화할 수 있다.
최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 하나 이상의 부호화 심도 정보에 대해 설정될 수 있으며, 부호화 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
엔트로피 복호화부(220)가 추출한 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)와 같이 부호화단에서, 최대 부호화 단위별 심도별 부호화 단위마다 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시키는 것으로 결정된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보이다. 따라서, 비디오 복호화 장치(200)는 최소 부호화 오차를 발생시키는 부호화 방식에 따라 데이터를 복호화하여 영상을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보는, 해당 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 할당되어 있을 수 있으므로, 엔트로피 복호화부(220)는 소정 데이터 단위별로 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출할 수 있다. 소정 데이터 단위별로, 해당 최대 부호화 단위의 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 기록되어 있다면, 동일한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 갖고 있는 소정 데이터 단위들은 동일한 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터 단위로 유추될 수 있다.
특히 후술되는 바와 같이, 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화부(220)는 구문 요소들을 복호화할 때, 전술한 계층적 구조의 데이터 단위의 계층 구조 정보 및 계층 구조 이외에 컬러 성분 등의 다양한 정보에 기초하여 컨텍스트 모델을 선택하여 엔트로피 복호화를 수행한다.
계층적 복호화부(230)는 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 가운데 각각의 부호화 단위마다, 판독된 파티션 타입, 예측 모드, 변환 단위에 기초하여 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 예측 과정, 및 주파수 역변환 과정을 포함할 수 있다.
계층적 복호화부(230)는, 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위의 파티션 타입 정보 및 예측 모드 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 파티션 및 예측 모드에 따라 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 계층적 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위별 주파수 역변환을 위해, 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위의 크기 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 변환 단위에 따라 주파수 역변환을 수행할 수 있다.
계층적 복호화부(230)는 심도별 분할 정보를 이용하여 현재 최대 부호화 단위의 부호화 심도를 결정할 수 있다. 만약, 분할 정보가 현재 심도에서 더 이상 분할되지 않음을 나타내고 있다면 현재 심도가 부호화 심도이다. 따라서, 계층적 복호화부(230)는 현재 최대 부호화 단위의 영상 데이터에 대해 현재 심도의 부호화 단위를 예측 단위의 파티션 타입, 예측 모드 및 변환 단위 크기 정보를 이용하여 복호화할 수 있다.
즉, 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 설정되어 있는 부호화 정보를 관찰하여, 동일한 분할 정보를 포함한 부호화 정보를 보유하고 있는 데이터 단위가 모여, 계층적 복호화부(230)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 부호화 과정에서 최대 부호화 단위마다 재귀적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 단위에 대한 정보를 획득하여, 현재 픽처에 대한 복호화에 이용할 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 최적 부호화 단위로 결정된 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화된 영상 데이터의 복호화가 가능해진다.
따라서, 높은 해상도의 영상 또는 데이터량이 과도하게 많은 영상이라도 부호화단으로부터 전송된 최적 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여, 영상의 특성에 적응적으로 결정된 부호화 단위의 크기 및 부호화 모드에 따라 효율적으로 영상 데이터를 복호화하여 복원할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들, 예측 단위 및 변환 단위의 결정 방식이 상술된다.
도 3 은 계층적 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
비디오 데이터(310)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(320)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(330)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 3에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상 및 영상 특성을 정확히 반영하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(330)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(310, 320)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(310)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 비디오 데이터(330)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(320)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 구체적인 블록도를 도시한다.
인트라 예측부(410)는 현재 프레임(405) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 인터 모드의 현재 프레임(405) 및 참조 프레임(495)를 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)로부터 출력된 데이터는 주파수 변환부(430) 및 양자화부(440)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(495)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 엔트로피 복호화부(450)는 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 구문 요소들을 부호화할 때, 계층적 구조의 데이터 단위의 계층 구조 정보 및 계층 구조 이외에 컬러 성분 등의 다양한 정보에 기초하여 컨텍스트 모델을 선택하여 엔트로피 복호화를 수행한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420), 움직임 보상부(425), 주파수 변환부(430), 양자화부(440), 엔트로피 부호화부(450), 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470), 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 변환부(430)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(450)는 구문 요소들을 엔트로피 부호화하는데 이용되는 컨텍스트 모델을 해당 구문 요소의 유형에 따라 계층적 구조의 데이터 단위의 계층 구조 정보 및 계층 구조 이외에 컬러 성분 등의 다양한 정보에 기초하여 컨텍스트 모델을 선택하여 엔트로피 부호화를 수행한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 구체적인 블록도를 도시한다.
비트스트림(505)이 파싱부(510)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 및 역양자화부(530)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 주파수 역변환부(540)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(550)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(560)는 참조 프레임(585)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(550) 및 움직임 보상부(560)를 거친 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 후처리되어 복원 프레임(595)으로 출력될 수 있다. 또한, 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 후처리된 데이터는 참조 프레임(585)으로서 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(500)의 구성 요소들인 파싱부(510), 엔트로피 복호화부(520), 역양자화부(530), 주파수 역변환부(540), 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560), 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 역변환부(540)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화부(520)는 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보를 나타내는 구문 요소들을 엔트로피 복호화하는데 이용되는 컨텍스트 모델을 해당 구문 요소의 유형에 따라 계층적 구조의 데이터 단위의 계층 구조 정보 및 계층 구조 이외에 컬러 성분 등의 다양한 정보에 기초하여 컨텍스트 모델을 선택하여 엔트로피 복호화를 수행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 4인 경우를 도시하고 있다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(610)는 부호화 단위의 계층 구조(600) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640), 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)가 존재한다. 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(610)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(610)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(610), 크기 64x32의 파티션들(612), 크기 32x64의 파티션들(614), 크기 32x32의 파티션들(616)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(620), 크기 32x16의 파티션들(622), 크기 16x32의 파티션들(624), 크기 16x16의 파티션들(626)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(630), 크기 16x8의 파티션들(632), 크기 8x16의 파티션들(634), 크기 8x8의 파티션들(636)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(640), 크기 8x4의 파티션들(642), 크기 4x8의 파티션들(644), 크기 4x4의 파티션들(646)로 분할될 수 있다.
마지막으로, 심도 4의 크기 4x4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이며 최하위 심도의 부호화 단위이고, 해당 예측 단위도 크기 4x4의 파티션(650)으로만 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)는, 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(610)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(610) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 주파수 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 주파수 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(710)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 주파수 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(800)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 형태에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806), 크기 NxN의 파티션(808) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(800)는 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806) 및 크기 NxN의 파티션(808) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(810)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(810)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(800)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(812), 인터 모드(814) 및 스킵 모드(816) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(820)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 주파수 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(822), 제 2 인트라 변환 단위 크기(824), 제 1 인터 변환 단위 크기(826), 제 2 인트라 변환 단위 크기(828) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(210)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(900)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(910)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(912), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(914), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(916), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(918)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(912, 914, 916, 918)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 타입은 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 타입마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 타입(912, 914, 916) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(918)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(920), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(930)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(930)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(940)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(942), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(944), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(946), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(948)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(948)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(950), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(960)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 분할 정보는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(970)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(980)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(990)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(992), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(994), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(996), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)을 포함할 수 있다.
파티션 타입 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 타입이 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 타입은 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(952)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(999)은, 현재 최대 부호화 단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 부호화 단위(900)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 부호화 심도를 결정하고, 해당 파티션 타입 및 예측 모드가 부호화 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 부호화 심도로 결정될 수 있다. 부호화 심도, 및 예측 단위의 파티션 타입 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 부호화 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 부호화 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 부호화 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(912)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 부호화 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(1010)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(1060)는 부호화 단위(1010) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(1070)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(1010)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(1012, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(1014, 1016, 1018, 1028, 1050, 1052)은 심도가 2, 부호화 단위들(1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, 1048)은 심도가 3, 부호화 단위들(1040, 1042, 1044, 1046)은 심도가 4이다.
예측 단위들(1060) 중 일부 파티션(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(1014, 1022, 1050, 1054)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(1016, 1048, 1052)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(1032)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(1010)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(1070) 중 일부(1052)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 주파수 변환 또는 주파수 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 예측 단위들(1060) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(200)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 주파수 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대 부호화 단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 구성될 수 있다. 부호화 정보는 부호화 단위에 대한 분할 정보, 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위 크기 정보를 포함할 수 있다. 이하 표 1은, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
표 1
분할 정보 0 (현재 심도 d의 크기 2Nx2N의 부호화 단위에 대한 부호화) 분할 정보 1
예측 모드 파티션 타입 변환 단위 크기 하위 심도 d+1의 부호화 단위들마다 반복적 부호화
인트라 인터스킵 (2Nx2N만) 대칭형 파티션 타입 비대칭형 파티션 타입 변환 단위 분할 정보 0 변환 단위 분할 정보 1
2Nx2N2NxNNx2NNxN 2NxnU2NxnDnLx2NnRx2N 2Nx2N NxN (대칭형 파티션 타입) N/2xN/2 (비대칭형 파티션 타입)
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 엔트로피 부호화부(120)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 엔트로피 복호화부(210)는 수신된 비트스트림을 파싱하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 추출할 수 있다.
분할 정보는 현재 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위들로 분할되는지 여부를 나타낸다. 현재 심도 d의 분할 정보가 0이라면, 현재 부호화 단위가 현재 부호화 단위가 하위 부호화 단위로 더 이상 분할되지 않는 심도가 부호화 심도이므로, 부호화 심도에 대해서 파티션 타입 정보, 예측 모드, 변환 단위 크기 정보가 정의될 수 있다. 분할 정보에 따라 한 단계 더 분할되어야 하는 경우에는, 분할된 4개의 하위 심도의 부호화 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어야 한다.
예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 하나로 나타낼 수 있다. 인트라 모드 및 인터 모드는 모든 파티션 타입에서 정의될 수 있으며, 스킵 모드는 파티션 타입 2Nx2N에서만 정의될 수 있다.
파티션 타입 정보는, 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션 타입 2Nx2N, 2NxN, Nx2N 및 NxN 과, 비대칭적 비율로 분할된 비대칭적 파티션 타입 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N를 나타낼 수 있다. 비대칭적 파티션 타입 2NxnU 및 2NxnD는 각각 높이가 1:n(n은 1보다 큰 정수) 및 n:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 타입 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:n 및 n:1로 분할된 형태를 나타낸다.
변환 단위 크기는 인트라 모드에서 두 종류의 크기, 인터 모드에서 두 종류의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위 분할 정보가 0 이라면, 변환 단위의 크기가 현재 부호화 단위의 크기 2Nx2N로 설정된다. 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 현재 부호화 단위가 분할된 크기의 변환 단위가 설정될 수 있다. 또한 크기 2Nx2N인 현재 부호화 단위에 대한 파티션 타입이 대칭형 파티션 타입이라면 변환 단위의 크기는 NxN, 비대칭형 파티션 타입이라면 N/2xN/2로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화 정보는, 부호화 심도의 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 단위 중 적어도 하나에 대해 할당될 수 있다. 부호화 심도의 부호화 단위는 동일한 부호화 정보를 보유하고 있는 예측 단위 및 최소 단위를 하나 이상 포함할 수 있다.
따라서, 인접한 데이터 단위들끼리 각각 보유하고 있는 부호화 정보들을 확인하면, 동일한 부호화 심도의 부호화 단위에 포함되는지 여부가 확인될 수 있다. 또한, 데이터 단위가 보유하고 있는 부호화 정보를 이용하면 해당 부호화 심도의 부호화 단위를 확인할 수 있으므로, 최대 부호화 단위 내의 부호화 심도들의 분포가 유추될 수 있다.
따라서 이 경우 현재 부호화 단위가 주변 데이터 단위를 참조하여 예측하기 경우, 현재 부호화 단위에 인접하는 심도별 부호화 단위 내의 데이터 단위의 부호화 정보가 직접 참조되어 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 현재 부호화 단위가 주변 부호화 단위를 참조하여 예측 부호화가 수행되는 경우, 인접하는 심도별 부호화 단위의 부호화 정보를 이용하여, 심도별 부호화 단위 내에서 현재 부호화 단위에 인접하는 데이터가 검색됨으로써 주변 부호화 단위가 참조될 수도 있다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대 부호화 단위(1300)는 부호화 심도의 부호화 단위들(1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, 1318)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(1318)는 부호화 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(1318)의 파티션 타입 정보는, 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326), NxN(1328), 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 대칭형 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326) 및 NxN(1328) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1342)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(1344)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1352)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(1354)가 설정될 수 있다.
변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 변환 인덱스의 일종으로서, 변환 인덱스에 대응하는 변환 단위의 크기는 부호화 단위의 예측 단위 타입 또는 파티션 타입에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 파티션 타입 정보가 대칭형 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326) 및 NxN(1328) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1342)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(1344)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1352)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(1354)가 설정될 수 있다.
도 9를 참조하여 전술된 변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 0 또는 1의 값을 갖는 플래그이지만, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보가 1비트의 플래그로 한정되는 것은 아니며 설정에 따라 0, 1, 2, 3.. 등으로 증가하며 변환 단위가 계층적으로 분할될 수도 있다. 변환 단위 분할 정보는 변환 인덱스의 한 실시예로써 이용될 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보를 변환 단위의 최대 크기, 변환 단위의 최소 크기와 함께 이용하면, 실제로 이용된 변환 단위의 크기가 표현될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 부호화할 수 있다. 부호화된 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보는 SPS에 삽입될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 이용하여, 비디오 복호화에 이용할 수 있다.
예를 들어, (a) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 크기는 32x32이라면, (a-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32, (a-2) 변환 단위 분할 정보가 1일 때 변환 단위의 크기가 16x16, (a-3) 변환 단위 분할 정보가 2일 때 변환 단위의 크기가 8x8로 설정될 수 있다.
다른 예로, (b) 현재 부호화 단위가 크기 32x32이고, 최소 변환 단위 크기는 32x32이라면, (b-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32로 설정될 수 있으며, 변환 단위의 크기가 32x32보다 작을 수는 없으므로 더 이상의 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
또 다른 예로, (c) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 변환 단위 분할 정보는 0 또는 1일 수 있으며, 다른 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
따라서, 최대 변환 단위 분할 정보를 'MaxTransformSizeIndex', 최소 변환 단위 크기를 'MinTransformSize', 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위, 즉 기초 변환 단위 RootTu의 크기를 'RootTuSize'라고 정의할 때, 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'는 아래 관계식 (1) 과 같이 정의될 수 있다.
CurrMinTuSize
= max (MinTransformSize, RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)) ... (1)
현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'와 비교하여, 기초 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 시스템상 채택 가능한 최대 변환 단위 크기를 나타낼 수 있다. 즉, 관계식 (1)에 따르면, 'RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)'는, 기초 변환 단위 크기인 'RootTuSize'를 최대 변환 단위 분할 정보에 상응하는 횟수만큼 분할한 변환 단위 크기이며, 'MinTransformSize'는 최소 변환 단위 크기이므로, 이들 중 작은 값이 현재 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'일 수 있다.
일 실시예에 따른 기초 변환 단위 크기 RootTuSize는 예측 모드에 따라 달라질 수도 있다.
예를 들어, 현재 예측 모드가 인터 모드라면 RootTuSize는 아래 관계식 (2)에 따라 결정될 수 있다. 관계식 (2)에서 'MaxTransformSize'는 최대 변환 단위 크기, 'PUSize'는 현재 예측 단위 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
즉 현재 예측 모드가 인터 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위인 기초 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 예측 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
현재 파티션 단위의 예측 모드가 예측 모드가 인트라 모드라면 모드라면 'RootTuSize'는 아래 관계식 (3)에 따라 결정될 수 있다. 'PartitionSize'는 현재 파티션 단위의 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PartitionSize) ...........(3)
즉 현재 예측 모드가 인트라 모드라면, 기초 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 파티션 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
다만, 파티션 단위의 예측 모드에 따라 변동하는 일 실시예에 따른 현재 최대 변환 단위 크기인 기초 변환 단위 크기 'RootTuSize'는 일 실시예일 뿐이며, 현재 최대 변환 단위 크기를 결정하는 요인이 이에 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다.
이하, 도 1의 비디오 부호화 장치(100)의 엔트로피 부호화부(120)에서 수행되는 구문 요소의 엔트로피 부호화 과정 및 도 2의 비디오 복호화 장치(200)의 엔트로피 복호화부(220)에서 수행되는 구문 요소의 엔트로피 복호화 과정에 대하여 상세히 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 비디오 복호화 장치(200)는 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 부호화 단위로 최대 부호화 단위를 분할하여 부호화 및 복호화를 수행한다. 예측 과정 및 변환 과정에 이용되는 예측 단위 및 변환 단위는 다른 데이터 단위와 독립적으로 코스트에 기초하여 결정될 수 있다. 이와 같이 최대 부호화 단위에 포함된, 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 트리 구조에 따른 데이터 단위들이 구성될 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 트리 구조의 부호화 단위, 트리 구조의 예측 단위 및 변환 단위들이 결정될 수 있다. 복호화를 위해서 이러한 계층적 구조의 데이터 단위들의 구조 정보를 나타내는 정보인 계층 정보와, 계층 정보 이외에 복호화를 위한 계층외 정보가 전송될 필요가 있다.
계층적 구조와 관련된 정보는 전술한 도 10 내지 도 12에 설명된 트리 구조의 부호화 단위, 트리 구조의 예측 단위, 및 트리 구조의 변환 단위를 결정하기 위하여 필요한 정보로써, 최대 부호화 단위의 크기, 부호화 심도, 예측 단위의 파티션 정보, 부호화 단위의 분할 여부를 나타내는 분할 플래그(split flag), 변환 단위의 크기 정보, 변환 단위의 분할 여부를 나타내는 변환 단위 분할 플래그(TU size flag) 등을 포함한다. 계층적 구조 정보 이외의 부호화 정보로는 각 예측 단위에 적용된 인트라/인터 예측의 예측 모드 정보, 움직임 벡터 정보, 예측 방향 정보, 복수 개의 컬러 성분이 이용된 경우 해당 데이터 단위에 적용된 컬러 성분 정보, 변환 계수와 같은 텍스쳐 정보 등을 포함한다. 이하의 설명에서, . 복호화를 위해서 전송되는 계층 정보 및 계층외 정보는 엔트로피 부호화의 대상인 구문 요소(syntax element)로 지칭될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 14의 엔트로피 부호화 장치(1400)는 도 1의 비디오 부호화 장치(100)의 엔트로피 부호화부(120)에 대응된다.
도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 장치(1400)는 이진화부(Binarizer)(1410), 컨텍스트 모델러(Context modeler)(1420), 이진 산술 부호화부(Binary arithmetic coder)(1430)를 포함한다. 또한, 이진 산술 부호화부(1430)는 레귤러 코딩부(Regular coding engine)(1432)와 바이패스 코딩부(Bypass coding engine)(1434)를 포함한다.
엔트로피 부호화 장치(1400)로 입력되는 구문 요소들(Syntax Element)은 이진값이 아닐 수 있기 때문에, 구문 요소들이 이진값이 아닌 경우 이진화부(1410)은 구문 요소들을 이진화하여 0 또는 1의 이진값들로 구성된 빈(Bin) 스트링을 출력한다. 빈(Bin)은 0 또는 1로 구성된 스트림의 각 비트를 나타내는 것으로, 각 빈(Bin)은 CABAC(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding)을 통해 부호화된다. 구문 요소가 0과 1의 빈도가 동일한 데이터라면, 확률값을 이용하지 않는 바이패스 코딩부(1434)로 출력되어 부호화된다.
컨텍스트 모델러(1420)는 레귤러 코딩부(1432)로 현재 부호화 심볼에 대한 확률 모델을 제공한다. 구체적으로, 컨텍스트 모델러(1420)는 현재 부호화 심볼의 이진값을 부호화하기 위한 이진값의 발생 확률을 이진 산술 부호화부(1430)로 출력한다. 현재 부호화 심볼이란 부호화되는 현재 구문 요소를 이진화, 즉 이진값으로 구성하였을 때, 각 이진값을 가리킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컨텍스트 모델러(1420)는 현재 부호화 단위의 부호화되는 제 1 구문 요소를 위한 컨텍스트 모델을 결정하기 위하여, 동일한 현재 부호화 단위 내에서 이용가능한 제 1 구문 요소와는 다른 제 2 구문 요소의 정보에 기초하여 제 1 구문 요소에 적용될 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다. 종래 H.264 표준 등에서는 현재 블록의 소정 구문 요소에 대한 컨텍스트 모델을 결정하기 위하여, 상기 소정 구문 요소와 동일한 구문 요소에 대한 정보를 주변 블록으로부터 획득하여, 현재 블록의 소정 구문 요소에 적용될 컨텍스트를 결정하였다. 그러나, 이와 같은 종래 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델의 결정을 위해서는, 주변 블록으로부터 동일한 유형의 구문 요소를 획득해야 하므로, 시스템 상으로 소정 메모리에 이러한 주변 블록의 구문 요소가 저장되어 있어야 하며, 현재 블록의 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델 결정시 이러한 메모리에 액세스를 해야 했다. 그러나, 일 실시예에 따른 컨텍스트 모델러(1420)는 주변 부호화 단위의 정보를 이용하는 것이 아니라 현재 부호화 단위에서 이용가능한 다른 제 2 구문 요소를 이용하여 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델을 선택함으로써 메모리 액세스 횟수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 구문 요소를 저장하기 위한 메모리를 줄일 수 있다.
또한, 후술되는 바와 같이, 일 실시예에 따른 컨텍스트 모델러(1420)는 주변 부호화 단위로부터 현재 엔트로피 부호화되는 제 1 구문 요소와 동일한 유형의 구문 요소를 획득하고, 현재 부호화 단위로부터 획득된 제 2 구문 요소와 주변 부호화 단위의 제 1 구문 요소를 조합하여 현재 부호화 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하기 위한 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다.
컨텍스트 모델은 빈(bin)에 대한 확률 모델로써, 0과 1 중 어떤 값이 MPS(Most Probable Symbol)및 LPS(Least Probable Symbol)에 해당하는지에 대한 정보와, MPS 또는 LPS의 확률을 포함한다.
레귤러 코딩부(1432)는 컨텍스트 모델러(1420)으로부터 제공된 MPS(Most Probable Symbol), LPS(Least Probable Symbol)에 대한 정보 및 MPS 또는 LPS의 확률 정보에 기초하여 현재 부호화 심볼에 대한 이진 산술 부호화를 수행한다.
이하, 도 14의 컨텍스트 모델러(1420)에서 수행되는 구문 요소들의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델 결정 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 15는 도 14의 컨텍스트 모델러(1420)의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 컨텍스트 모델러(1420)는 부가 정보 획득부(1421) 및 확률 모델 결정부(1422)를 포함한다.
부가정보 획득부(1421)는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화할 때 이용가능한 현재 부호화 단위의 제 2 구문 요소들에 대한 정보를 획득한다. 예를 들어, 제 2 구문 요소는 현재 데이터 단위의 크기 정보, 현재 데이터 단위보다 큰 상위 계층의 데이터 단위와의 관계에서 상기 제 1 구문 요소가 관련된 현재 데이터 단위의 상대적 크기를 나타내는 정보, 데이터 단위가 속한 컬러 픽처의 컬러 유형 정보, 예측 모드 정보 등을 포함하며, 제 1 구문 요소가 엔트로피 부호화되는 시점에서 이용가능한 현재 부호화 단위의 부가 정보이다.
확률 모델 결정부(1422)는 획득된 제 2 구문 요소들에 대한 부가 정보에 기초하여 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정한다. 구체적으로, 확률 모델 결정부(1422)는 현재 부호화되는 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위해서 이용가능한 제 2 구문 요소가 a(a는 양의 정수)개의 상태값을 갖는다고 할 때, 제 2 구문 요소의 상태값에 따라서 a개의 컨텍스트 모델들 중 하나를 나타내는 컨텍스트 인덱스를 결정함으로써 현재 부호화 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용될 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다. 예를 들어, 현재 부호화되는 제 1 구문 요소가 속하는 현재 데이터 단위의 크기가 2x2, 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, 64x64의 총 5개의 상태값을 가지며, 이러한 데이터 단위의 크기를 제 2 구문 요소로써 이용하는 경우를 가정하면, 확률 모델 결정부(1410)는 제 2 구문 요소인 데이터 단위의 크기에 따라서 5개 이하의 컨텍스트 모델들을 설정하고, 현재 제 2 구문 요소, 즉 현재 데이터 단위의 크기에 기초하여 현재 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화시에 이용될 컨텍스트 모델을 나타내는 컨텍스트 인덱스를 결정하여 출력할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 확률 모델 결정부(1422)는 복수 개의 제 2 구문 요소들을 이용하여 현재 부호화 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하기 위한 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다. 구체적으로, 컨텍스트 모델의 결정에 이용되는 제 2 구문 요소들의 개수를 n(n은 정수), n개의 제 2 구문 요소들 각각이 가질 수 있는 상태값의 개수를 ai(i는 1부터 n까지의 정수)라고 할 때, 제 2 구문 요소들의 상태값의 조합의 개수인 a1*a2*...*an 에 기초하여 복수 개의 컨텍스트 모델 중 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 하나의 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다.
일 예로, 변환 단위 내에 0이 아닌 변환 계수가 존재하는지 여부를 나타내는 플래그인 CBF 플래그(coded_block_flag)가 12개의 컨텍스트 모델을 갖는다고 가정할 때, 현재 변환 단위의 CBF 플래그의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델은 현재 변환 단위가 속한 픽처의 컬러 성분 정보 및 현재 변환 단위의 크기 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 컬러 성분 정보는 Y, Cb, Cr 중 하나이며, 컬러 성분을 나타내는 인덱스(color_type_index)는 Y,Cb,Cr 각각에 대하여 0, 1, 2로 설정된다고 가정한다. 또한, 변환 단위의 크기를 나타내는 인덱스(TU_Block_size_index)가 4x4, 8x8, 16x16, 32x32에 대하여 각각 0, 1, 2, 3으로 설정되었다고 가정한다. 이와 같은 경우, 확률 모델 결정부(1422)는 다음의 수학식; CtxIdx=color_type_index*4 + TU_Block_size_index 에 따라서 현재 변환 단위의 CBF 플래그를 엔트로피 부호화하기 위한 컨텍스트 모델을 가리키는 컨텍스트 인덱스(CtxIdx)를 다른 구문 요소인 컬러 성분을 나타내는 인덱스(color_type_index) 및 변환 단위의 크기를 나타내는 인덱스(TU_Block_size_index)를 이용하여 획득할 수 있다. 전술한 바와 같이, 동일한 현재 부호화 단위 내의 다른 구문 요소 정보를 이용하여 컨텍스트 모델을 선택함으로써 메모리 액세스 횟수 및 필요한 메모리의 크기를 줄일 수 있다.
전술한 예에서는 CBF 플래그의 경우 변환 단위의 크기 정보 및 컬러 성분 정보를 이용하는 경우를 예시하였으나, 엔트로피 부호화되는 제 1 구문 요소 및 컨텍스트 모델의 선택을 위해 이용되는 제 2 구문 요소는 현재 이용가능한 데이터 단위의 부가 정보를 이용하여 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 부가정보 획득부(1421)은 현재 데이터 단위의 부가 정보 이외에, 현재 데이터 단위의 주변 데이터 단위로부터 현재 엔트로피 부호화되는 제 1 구문 요소와 동일한 유형의 제 1 구문 요소를 획득한다.확률 모델 결정부(1422)는 주변 부호화 단위로부터 획득된 제1 구문 요소와 현재 부호화 단위의 다른 제 2 구문 요소를 이용하여 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위한 확률 모델을 결정할 수 있다. 예를 들어, 현재 데이터 단위의 부호화되는 제 1 구문 요소를 현재 데이터 단위의 분할 여부를 나타내는 분할 플래그(split flag)라고 가정한다. 이 경우, 확률 모델 결정부(1422)는 좌측 또는 상측의 주변 데이터 단위로부터 분할 플래그를 획득하고, 주변의 데이터 단위의 분할 플래그(split_flag_neighbor)와 현재 데이터 단위의 이용가능한 분할 플래그를 제외한 다른 구문 요소들, 예를 들어 현재 데이터 단위의 심도(depth)를 제 2 구문 요소로 이용하여 현재 데이터 단위의 분할 플래그의 엔트로피 부호화를 위한 컨텍스트 모델을 다음의 수학식; ctxIdx=split_flag_left +(depth>>1)을 통해 선택할 수 있다.한편, 부가 정보 획득부(1421)은 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위해서 주변 데이터 단위로부터 동일한 유형의 제 1 구문 요소에 대한 정보를 획득할 때, 바람직하게는 현재 데이터 단위의 좌측에 인접한 주변 데이터로부터 해당 제 1 구문 요소에 대한 정보를 획득하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 데이터 단위에 관한 정보는 일반적으로 버퍼에 라인 단위로 저장되고 독출되므로 현재 데이터 단위와 상측으로 인접한 주변 데이터 단위의 제 1 구문 요소 정보를 이용하는 것보다는 현재 데이터 단위와 좌측으로 인접한 주변 데이터 단위로부터 제 1 구문 요소 정보를 획득하는 것이 버퍼의 크기를 감소시킬 수 있으므로 바람직하다. 또한, 래스터 스캔 등의 처리 순서를 고려할 때, 상측 주변 데이터 단위의 정보를 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화를 위해 이용하는 것보다는, 현재 데이터 단위와 동일한 라인에 위치하면서 현재 데이터 단위 이전에 처리된 좌측으로 인접한 주변 데이터의 정보를 이용하는 것이 버퍼 크기를 감소시킬 수 있으므로 바람직하다.
다른 예로서, 제 1 구문 요소로서, 전술한 도 1 내지 13에서 설명한 계층적 부호화 단위의 정보를 엔트로피 부호화하는 과정을 설명한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 구조의 데이터 단위와, 계층적 구조의 데이터 단위 분할 정보를 도시한다. 데이터 단위는 전술한 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 중 어느 것이든 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 계층적 구조의 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위를 이용하여 부호화가 수행된다. 도 16에서는 최상위 레벨인 레벨 0의 NxN 크기의 데이터 단위(1600)가 한 단계 하위 레벨인 레벨 1의 데이터 단위들(31a, 31b, 31c, 31d)로 분할되고, 레벨 1의 일부 데이터 단위들(31a, 31d)은 각각, 또 한 단계 하위 레벨인 레벨 2의 데이터 단위들(32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)로 분할된 경우를 도시한다. 이러한 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내기 위한 심볼로써, 각각의 데이터 단위가 한 단계 하위 레벨의 데이터 단위로 분할되는지 여부를 나타내는 분할 플래그(Split flag)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 현재 데이터 단위에 대한 분할 플래그가 1이면 현재 데이터 단위가 하위 레벨의 데이터 단위로 분할됨을 나타내고, 0이면 더 이상 분할되지 않음을 나타낼 수 있다.
레벨 0의 데이터 단위로부터 분할된 데이터 단위들(30, 31a, 31b, 31c, 31d, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)이 계층적 구조를 형성함에 따라, 각각의 데이터 단위에 대한 분할 정보도 계층적 구조를 형성할 수 있다. 즉, 계층적 구조의 데이터 단위 분할 정보(33)는, 최상위 레벨 0의 데이터 단위 분할 정보(34), 레벨 1의 데이터 단위 분할 정보(35a, 35b, 35c, 35d), 레벨 2의 데이터 단위 분할 정보(36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h)를 포함한다.
계층적 구조의 데이터 단위 분할 정보(33) 중에서 레벨 0의 데이터 단위 분할 정보(34)는 최상위 레벨 0의 데이터 단위가 분할됨을 나타낼 수 있다. 유사한 방식으로, 레벨 1의 일부 데이터 단위 분할 정보(35a, 35d)는 각각, 레벨 1의 데이터 단위들(31a, 31d)이 레벨 2의 데이터 단위들(32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)로 분할됨을 나타낼 수 있다.
레벨 1의 일부 데이터 단위들(31b, 31c)는, 더 이상 분할되지 않으며 트리 구조에서 자식 노드(child node)가 존재하지 않는 리프(leaf) 노드에 해당된다. 유사하게 레벨 2의 데이터 단위들(32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)은 더 이상 하위 레벨의 데이터 단위들로 분할되지 않는 리프 노드에 해당된다.
이와 같이, 상위 레벨의 데이터 단위가 하위 레벨의 데이터 단위로 분할되는지 여부를 나타내는 분할 플래그(Split flag)는 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 심볼로써 이용될 수 있다.
이러한 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 분할 플래그(Split flag)를 엔트로피 부호화할 때, 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(120)는 전체 모든 노드의 데이터 단위의 분할 플래그(Split flag)를 엔트로피 부호화하거나, 자식 노드를 갖지 않는 리프 노드에 해당하는 데이터 단위의 분할 플래그만을 엔트로피 부호화할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 심볼들을 도시한 참조도이다.
도 17a 및 도 17b에서 플래그(flag)는 도 16의 트리 구조(33)에서 각 노드의 데이터 단위가 하위 레벨의 데이터 단위로 분할되는지 여부를 나타내는 데이터 단위의 분할 플래그(Split flag)라고 가정한다. 도 17a를 참조하면, 일 실시예에 따른 엔트포리 부호화부(120)는 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 심볼로써, 모든 레벨의 데이터 단위들(30, 31a, 31b, 31c, 31d, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)에 대한 분할 플래그 정보(flag0, flag1a, flag1b, flag1c, flag1d, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h)를 모두 엔트로피 부호화할 수 있다. 또한, 엔트로피 부호화부(120)는 도 17b에 도시된 바와 같이 자식 노드를 갖지 않는 리프 노드에 해당하는 데이터 단위의 분할 플래그 정보(flag1b, flag1c, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h)만을 엔트로피 부호화할 수 있다. 왜냐하면, 하위 레벨의 데이터 단위 분할 플래그 정보의 존재 여부에 따라서 상위 레벨의 데이터 단위의 분할 여부가 결정될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 도 17b에서, 레벨 2의 데이터 단위들(36a, 36b, 36c, 36d)의 분할 플래그(flag2a, flag2b, flag2c, flag2d)가 존재하는 경우, 레벨 2의 데이터 단위들(36a, 36b, 36c, 36d)의 상위 레벨인 레벨 1의 데이터 단위(35a)는 당연히 하위 레벨인 레벨 2의 데이터 단위들로 분할되어야 하기 때문에 별도로 레벨 1의 데이터 단위(35a)의 분할 플래그 정보(flag1a)는 부호화될 필요가 없다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 심볼 계층적 복호화 모드에 따라, 모든 레벨의 데이터 단위들(30, 31a, 31b, 31c, 31d, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)에 대한 분할 플래그(flag, flag1a, flag1b, flag1c, flag1d, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h)를 모두 추출하고 판독함으로써, 데이터 단위의 계층적 구조를 결정할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 리프 노드에 해당하는 데이터 단위들(31b, 31c, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g, 32h)에 대한 분할 플래그(flag1b, flag1c, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h)만이 부호화된 경우, 추출된 분할 플래그(flag1b, flag1c, flag2a, flag2b, flag2c, flag2d, flag2e, flag2f, flag2g, flag2h)을 기초로 부호화되지 않은 나머지 데이터 단위의 분할 플래그(flag0, flag1a, flag1b, flag1c, flag1d)를 결정함으로써, 데이터 단위의 계층적 구조를 결정할 수 있다.
컨텍스트 모델러(1420)는 부가 정보들의 조합에 따른 상태값에 기초하여, 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 분할 플래그를 엔트로피 부호화하기 위한 복수 개의 컨텍스트 모델들 중 하나의 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 부가 정보의 조합에 따라서 컨텍스트 모델을 결정하기 위한 컨텍스트 인덱스의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 18a를 참조하면, 컨텍스트 모델러(1420)는 분할 플래그가 속하는 데이터 단위의 분할 플래그를 제외한 이용가능한 다른 부가 정보들에 기초하여 현재 데이터 단위의 분할 플래그의 엔트로피 부호화에 이용될 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다. 컨텍스트 모델러(1420)는 n개의 부가 정보들 각각 ai(ai은 정수, i는 1부터 n까지의 정수)개의 상태값을 갖는다고 가정하면, 컨텍스트 모델러(1420)는 a1xa2x...xan개의 상태값 조합에 따라서 결정된 컨텍스트 인덱스(ctxIdx)에 기초하여 복수 개의 컨텍스트 모델들 중 분할 플래그의 엔트로피 부호화에 이용할 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다. 도시된 바와 같이, a1xa2x...xan 값이 S1,S2,...,Sm의 값을 갖는다고 가정하면 이러한 m개의 상태값들(S1,S2,...,Sm)에 따라 하나의 컨텍스트 인덱스가 결정된다.
또한, 컨텍스트 모델러(1420)는 도 18b에 도시된 바와 같이 m개의 상태값들(S1,S2,...,Sm)을 그룹화하여 부가 정보의 조합값에 따른 컨텍스트 인덱스를 결정할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨텍스트 모델의 일 예를 나타낸 참조도이다.
확률 모델 결정부(1422)는 부가 정보의 조합에 따라 결정된 컨텍스트 인덱스 정보를 이용하여 0과 1의 이진 신호들 중 MPS(Most Probable Symbol) 및 LPS(Least Probable Symbol)에 해당하는 이진 신호에 대한 정보 및 MPS 또는 LPS에 대한 확률값 정보를 결정하여 출력한다. 도 19를 참조하면, 확률 모델 결정부(1422)는 이진 신호의 발생 확률을 룩업 테이블(1900) 형태로 구비하고, 부가 정보의 조합에 따라 결정된 컨텍스트 인덱스(ctxIdx)에 대응되는 확률값 정보를 레귤러 코딩부(1432)로 출력한다. 구체적으로, 현재 데이터 단위의 부가 정보의 조합에 기초하여 현재 심볼에 적용될 컨텍스트 모델을 나타내는 컨텍스트 인덱스(ctxIdx)가 결정되면, 확률 모델 결정부(1422)는 해당 컨텍스트 인덱스에 대응되는 발생 확률표의 인덱스(pStateIdx) 및 MPS에 해당하는 이진 신호를 결정할 수 있다. 또한, 컨텍스트 모델러(1420)는 현재 데이터 단위의 부가 정보와, 현재 데이터 단위와 인접한 주변 데이터 단위의 부가 정보를 결합한 조합에 따라서 유사하게 복수 개의 컨텍스트들 중 현재 데이터 단위의 구문 요소를 엔트로피 부호화하기 위한 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 MPS의 발생 확률값의 일 예를 나타낸다.
발생 확률표는 MPS의 확률값을 나타내는 것으로, 발생 확률표의 인덱스(pStateIdx)가 지정되면 해당 MPS의 확률값이 결정된다. 예를 들어, 컨텍스트 모델러(1420)에서 현재 심볼의 부호화에 이용될 컨텍스트 모델의 인덱스의 값을 1로 결정하여 출력하면, 확률 모델 결정부(1422)는 도 19에 도시된 컨텍스트 모델들 중 컨텍스트 인덱스 1에 대응되는 pStateIdx 값 7과 MPS가 0을 결정한다. 또한, 확률 모델 결정부(1422)는 도 20과 같이 pStateIdx 값에 따라서 미리 설정된 MPS의 확률값들 중 pStateIdx=7에 대응되는 MPS의 확률값을 결정한다. MPS와 LPS의 확률값의 합은 1이므로 MPS 또는 LPS 중 하나의 확률값을 알면 나머지 이진 신호의 확률값은 결정될 수 있다.
한편, 확률 모델 결정부(1422)는 레귤러 코딩부(1432)에서 하나의 빈(bin)을 부호화할 때마다 MPS를 부호화했는지 LPS를 부호화했는지 여부에 따라서 pStateIdx의 값을 갱신함으로써 이진 신호의 발생 통계를 고려하여 MPS 및 LPS의 확률값을 갱신할 수 있다. 예를 들어, 확률 모델 결정부(1422)는 레귤러 코딩부(1432)의 부호화 결과를 고려하여, MPS를 부호화할 때 갱신 후의 pStateIdx의 값인 transIdxMPS, LPS를 부호화할 때 갱신 후의 pStateIdx의 값인 tranIdxLPS를 소정의 룩업 테이블 형태로 설정한 다음, 매 부호화 동작마다 pStateIdx값을 갱신함으로써 MPS의 확률값을 변경할 수 있다.
레귤러 코딩부(1432)는 MPS 또는 LPS에 해당하는 이진 신호 정보 및 확률값 정보에 기초하여 현재 구문 요소에 대한 심볼의 이진 신호를 엔트로피 부호화하여 출력한다.
도 21은 도 14의 레귤러 코딩부(1430)에서 수행되는 이진 산술 부호화 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 21에서 데이터 단위의 계층적 구조를 나타내는 분할 플래그(split flag)가 이진값 "010"이며, 1의 발생확률은 0.2, 0의 발생확률은 0.8이라고 가정한다. 여기서, 1 및 0의 발생확률은 이진값을 부호화할 때마다 갱신되어야 하지만, 설명의 편의를 위해 고정된 확률값을 가정한다.
도 21을 참조하면, 이진값 "010" 중 처음 빈(bin) 값 "0"을 부호화하는 경우 초기 구간 [0.0~1.0] 중에서 하단 80% 부분인 [0.0~0.8]이 새로운 구간으로 갱신되고, 다음 빈 값 "1"을 부호화하는 경우 [0.0~0.8]의 상단의 20% 부분인 [0.64~0.8]이 새로운 구간으로 갱신된다. 또한, 다음 "0"을 부호화하는 경우 [0.64~0.8]의 하단의 80% 부분인 [0.64~0.768]이 새로운 구간으로 갱신된다. 최종적인 구간 [0.64~0.768] 사이에 들어가는 실수인 0.75에 대응되는 이진수 0.11에서 최초 0을 제외한 소수점 이하의 "11"이 분할 플래그(split flag)의 이진값 "010"에 대응되는 비트스트림으로 출력된다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 22를 참조하면, 단계 2210에서 계층적 부호화부(110)는 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 비디오를 부호화한다. 단계 2220에서, 컨텍스트 모델러(1420)는 엔트로피 부호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정한다. 전술한 바와 같이, 제 2 구문 요소들의 개수를 n(n은 정수), n개의 제 2 구문 요소들 각각이 가질 수 있는 상태값의 개수를 ai(i는 1부터 n까지의 정수)라고 할 때, 컨텍스트 모델러(1420)는 제 2 구문 요소들의 상태값의 조합의 개수인 a1*a2*...*an 에 기초하여 결정된 컨텍스트 인덱스(ctxIdx)가 가리키는 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다.
단계 2230에서, 레귤러 코딩부(1432)는 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 23을 참조하면, 엔트로피 복호화 장치(2300)는 컨텍스트 모델러(2310), 레귤러 디코딩부(2320), 바이패스 디코딩부(2330), 역이진화부(2340)를 포함한다. 엔트로피 복호화 장치(2300)는 전술한 엔트로피 부호화 장치(1400)에서 수행되는 엔트로피 부호화 과정의 역과정을 수행한다.
바이패스 코딩에 의하여 부호화된 심볼은 바이패스 디코딩부(2330)로 출력되어 복호화되고, 레귤러 코딩에 의하여 부호화된 심볼은 레귤러 디코딩부(2320)에 의하여 디코딩된다. 레귤러 디코딩부(2320)는 컨텍스트 모델러(2310)에서 제공되는 컨텍스트 모델에 기초하여 현재 부호화 심볼의 이진값을 산술 복호화한다.
컨텍스트 모델러(2310)는 전술한 도 14의 컨텍스트 모델러(1420)과 동일하게 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정한다. 전술한 바와 같이, 컨텍스트 모델러(2310)는 현재 데이터 단위와 인접한 주변 데이터 단위로부터 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와 동일한 유형의 제 1 구문 요소에 대한 정보를 획득하고, 주변 데이터 단위로부터 획득된 제 1 구문 요소와 현재 데이터 단위로부터 획득된 이용가능한 제 2 구문 요소를 이용하여 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하기 위한 컨텍스트 모델을 결정할 수 있다.
도 23의 컨텍스트 모델러(2310)의 동작은 복호화 측에서 수행된다는 점을 제외하고 부호화 측의 도 14의 컨텍스트 모델러(1420)와 동일한 바 구체적인 설명은 생략한다.
역이진화부(2340)는 레귤러 디코딩부(2320) 또는 바이패스 디코딩부(2330)에서 복원된 빈(bin) 스트링들을 다시 구문 요소(Syntax Element)로 복원한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 24를 참조하면, 단계 2410에서 구문 요소 추출부(210)은 부호화된 비트스트림을 파싱하여 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 부호화된 픽처에 대한 구문 요소들을 추출한다. 단계 2420에서, 엔트로피 복호화 장치(2300)의 컨텍스트 모델러(2310)는 엔트로피 복호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정한다. 전술한 바와 같이, 컨텍스트 모델러(2310)는 이러한 현재 데이터 단위의 제 2 구문 요소 정보 이외에, 현재 데이터 단위와 좌측 또는 상측으로 인접한 주변 데이터 단위로부터 제 1 구문 요소와 동일한 유형의 제 1 구문 요소를 획득하고, 현재 데이터 단위로부터 획득된 제 2 구문 요소와 조합하여 현재 부호화 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하기 위한 컨텍스트 모델을 선택할 수 있다. 단계 2430에서, 레귤러 디코딩부(2320)는 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 데이터 단위의 구문 요소를 엔트로피 복호화한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 비디오를 복호화하는 방법에 있어서,
    부호화된 비트스트림을 파싱하여 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 부호화된 픽처에 대한 구문 요소들을 추출하는 단계;
    엔트로피 복호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델을 결정하는 단계는
    상기 비트스트림으로부터 상기 픽처가 분할된 최대 부호화 단위의 크기, 상기 최대 부호화 단위의 공간적 분할 횟수를 나타내는 심도, 상기 심도에 따라 계층적으로 구성되는 부호화 단위들의 예측 부호화시 이용된 파티션 및 계층적 구조의 변환 단위들의 구조를 나타내는 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 정보에 기초하여 상기 비디오를 구성하는 픽처를 최대 크기의 부호화 단위로 분할한 적어도 하나의 최대 부호화 단위마다, 상기 최대 부호화 단위의 공간적 분할 횟수를 나타내는 심도에 따라 계층적으로 구성되는 심도별 부호화 단위들 중에서, 부호화 심도의 부호화 단위들을 포함하는 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 결정하고, 상기 부호화 심도의 부호화 단위마다 예측 부호화를 위한 파티션을 결정하며, 계층적 구조의 변환 단위들을 기초로 변환을 수행하여 트리 구조에 따른 변환 단위들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 구문 요소는
    상기 현재 데이터 단위의 크기 정보, 상기 현재 데이터 단위보다 큰 상위 계층의 데이터 단위와의 관계에서 상기 제 1 구문 요소가 관련된 현재 데이터 단위의 상대적 크기를 나타내는 정보, 상기 현재 데이터 단위가 속한 컬러 픽처의 컬러 유형 정보, 예측 모드 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상대적 크기를 나타내는 정보는
    최대 크기의 데이터 단위로부터 상기 제 1 구문 요소가 포함된 현재 데이터 단위로의 분할 횟수를 가리키는 심도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델을 결정하는 단계는
    상기 컨텍스트 모델의 결정에 이용되는 제 2 구문 요소들의 개수를 n(n은 정수), 상기 n개의 제 2 구문 요소들 각각이 가질 수 있는 상태값의 개수를 ai(i는 1부터 n까지의 정수)라고 할 때, 상기 제 2 구문 요소들의 상태값의 조합의 개수인 a1*a2*...*an 에 기초하여 복수 개의 컨텍스트 모델 중 상기 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 하나의 컨텍스트 모델을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 구문 요소들의 상태값의 조합의 개수인 a1*a2*...*an을 그룹화하여 복수 개의 컨텍스트를 미리 설정하고, 그룹화된 복수 개의 컨텍스트들 중 상기 제 2 구문 요소들의 조합에 따라서 하나의 컨텍스트를 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델을 결정하는 단계는
    상기 현재 데이터 단위와 인접한 주변 데이터 단위로부터 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와 동일한 유형의 제 1 구문 요소에 대한 정보를 획득하는 단계;상기 주변 데이터 단위로부터 획득된 제 1 구문 요소와, 상기 현재 데이터 단위로부터 획득된 제 2 구문 요소를 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하기 위한 하나의 컨텍스트 모델을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 구문 요소는
    계층적 구조의 부호화 단위들의 구조를 나타내기 위한 상기 부호화 단위의 분할 여부를 나타내는 분할 플래그(split_flag), 상기 계층적 구조의 변환 단위들의 구조를 나타내기 위한 상기 변환 단위의 분할 여부를 나타내는 변환 단위 분할 플래그(Tu size flag), 상기 계층적 구조의 부호화 단위의 스킵 모드 플래그(CU skip flag), 상기 계층적 구조의 변환 단위들에 기초하여 변환된 트리 구조에 따른 변환 단위의 변환 계수들과 관련된 0이 아닌 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그(significant_coeff_flag), 마지막 0이 아닌 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그(last_significant_coeff_flag), 상기 변환 단위에 0이 아닌 변환 계수가 존재하는지 여부를 나타내는 플래그(coded_block_flag)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델은
    상기 제 1 구문 요소에 대응되는 이진 신호인 0과 1들 중 MPS(Most Probable Symbol) 및 LPS(Least Probable Symbol)에 해당하는 이진 신호에 대한 정보 및 상기 MPS 및 LPS 중 적어도 하나의 확률값을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  10. 비디오 복호화 장치에 있어서,
    부호화된 비트스트림을 파싱하여 계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 부호화된 픽처에 대한 구문 요소들을 추출하는 구문 요소 추출부;
    엔트로피 복호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 복호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하고, 상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 복호화하는 엔트로피 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
  11. 비디오를 부호화하는 방법에 있어서,
    계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 상기 비디오를 부호화하는 단계;
    엔트로피 부호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 구문 요소는
    상기 현재 데이터 단위의 크기 정보, 상기 현재 데이터 단위보다 큰 상위 계층의 데이터 단위와의 관계에서 상기 제 1 구문 요소가 관련된 현재 데이터 단위의 상대적 크기를 나타내는 정보, 상기 현재 데이터 단위가 속한 컬러 픽처의 컬러 유형 정보, 예측 모드 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델을 결정하는 단계는
    상기 컨텍스트 모델의 결정에 이용되는 제 2 구문 요소들의 개수를 n(n은 정수), 상기 n개의 제 2 구문 요소들 각각이 가질 수 있는 상태값의 개수를 ai(i는 1부터 n까지의 정수)라고 할 때, 상기 제 2 구문 요소들의 상태값의 조합의 개수인 a1*a2*...*an 에 기초하여 복수 개의 컨텍스트 모델 중 상기 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 하나의 컨텍스트 모델을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 컨텍스트 모델을 결정하는 단계는
    상기 현재 데이터 단위외 인접한 주변 데이터 단위로부터 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와 동일한 유형의 제 1 구문 요소에 대한 정보를 획득하는 단계;
    상기 주변 데이터 단위로부터 획득된 제 1 구문 요소와, 상기 현재 데이터 단위로부터 획득된 제 2 구문 요소를 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하기 위한 하나의 컨텍스트 모델을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  15. 비디오 부호화 장치에 있어서,
    계층적 구조의 데이터 단위에 기초하여 상기 비디오를 부호화하는 계층적 부호화부;
    엔트로피 부호화되는 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소와는 다른 이용가능한 현재 데이터 단위의 적어도 하나 이상의 제 2 구문 요소에 기초하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소의 엔트로피 부호화에 이용되는 컨텍스트 모델을 결정하고, 상기 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 상기 현재 데이터 단위의 제 1 구문 요소를 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 장치.
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