WO2013069974A1 - 영상의 부호화 방법 및 장치, 그리고 영상의 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

영상의 부호화 방법 및 장치, 그리고 영상의 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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WO2013069974A1
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interpolation
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PCT/KR2012/009372
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Inventor
이배근
권재철
Original Assignee
주식회사 케이티
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
    • H04N19/523—Motion estimation or motion compensation with sub-pixel accuracy

Definitions

  • the present invention relates to encoding / decoding of an image, and more particularly, to an interpolation method in inter prediction.
  • High efficiency image compression techniques can be used to solve these problems caused by high resolution and high quality image data.
  • An inter-screen prediction technique for predicting pixel values included in the current picture from a picture before or after the current picture using an image compression technology an intra-picture prediction technology for predicting pixel values included in the current picture using pixel information in the current picture
  • Various techniques exist such as an entropy encoding technique for allocating a short code to a high frequency of appearance and a long code to a low frequency of appearance, and the image data can be effectively compressed and transmitted or stored.
  • the present invention provides a method of performing extrapolation and interpolation of a reference block in inter prediction to increase encoding / decoding efficiency of an image.
  • the present invention provides an apparatus for performing an extrapolation and interpolation method of a reference block during inter prediction to increase encoding / decoding efficiency of an image.
  • an image decoding method includes entropy decoding obtaining motion information for a current block and generating a prediction block corresponding to the current block based on the motion information, wherein the motion information is extrapolation of a reference block. And a motion vector calculated based on sub-pixels of an integer or less unit obtained through interpolation.
  • extrapolation may be performed based on reference pixels in the reference block to obtain a final reference block, and interpolation may be performed based on the final reference block to calculate the motion vector.
  • the size of the reference block is greater than or equal to the size of the current block, and the size of the current block + the length of the interpolation filter tab minus 1) the size of the current block plus the length of the interpolation filter tab minus 1 It is smaller and the size of the last reference block may be larger than the size of the reference block.
  • the extrapolation may generate an extrapolated reference pixel based on at least one reference pixel in the reference block, and the final reference block may include the extrapolated reference pixel and a reference pixel in the reference block.
  • the interpolation may be performed using the extrapolated reference pixel located in the horizontal direction or the vertical direction of the subpixel to be interpolated and the reference pixel in the reference block.
  • an image decoding apparatus includes an entropy decoder that obtains motion information about a current block, and a predictor that generates a prediction block corresponding to the current block based on the motion information, wherein the motion information includes extrapolation of a reference block and It includes a motion vector calculated based on sub-pixels of sub-integer units obtained through interpolation.
  • a video encoding method includes performing prediction on a current block based on a motion vector calculated using subpixels of an integer sub-unit, and entropy encoding information on the prediction. Is generated through extrapolation and interpolation of the reference block.
  • the final reference block may be obtained by extrapolation based on the reference pixel in the reference block, and the motion vector may be calculated by performing interpolation based on the last reference block.
  • the size of the reference block is greater than or equal to the size of the current block, and the size of the current block + the length of the interpolation filter tab minus 1) the size of the current block plus the length of the interpolation filter tab minus 1 It is smaller and the size of the last reference block may be larger than the size of the reference block.
  • the extrapolation may generate an extrapolated reference pixel based on at least one reference pixel in the reference block, and the final reference block may include the extrapolated reference pixel and a reference pixel in the reference block.
  • the interpolation may be performed using the extrapolated reference pixel located in the horizontal direction or the vertical direction of the subpixel to be interpolated and the reference pixel in the reference block.
  • an image encoding apparatus includes a prediction unit for predicting a current block based on a motion vector calculated using subpixels of an integer sub-unit, and an entropy encoder for entropy encoding information for performing the prediction.
  • the subpixels of the unit are generated through extrapolation and interpolation of the reference block.
  • the extrapolation method for the reference block it is possible to reduce the data size of the reference block input and output to the real memory for inter prediction. Therefore, the cost of memory input / output, that is, memory bandwidth, may be reduced when encoding / decoding an image, and ultimately, power consumption of the encoder / decoder may be reduced. In addition, it is possible to solve a problem of deterioration of image quality caused by filtering not performed on pixels existing at the boundary of the reference block through extrapolation of the reference block.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of interpolation of quarter units of luminance pixels of a reference picture to compensate for motion of a 4 ⁇ 4 block.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a method of performing interpolation based on a reference block obtained through extrapolation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating quarter interpolation of luminance pixels of a reference picture for inter prediction on a 4 ⁇ 4 block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a method of performing extrapolation using a reference block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a video encoding method to which the present invention described above is applied.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an image decoding method to which the present invention described above is applied.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoding apparatus 100 may include a picture splitter 110, a predictor 120 and 125, a transformer 130, a quantizer 135, a realigner 160, and an entropy encoder. 165, an inverse quantizer 140, an inverse transformer 145, a filter 150, and a memory 155.
  • each of the components shown in FIG. 1 is independently illustrated to represent different characteristic functions in the image encoding apparatus, and does not mean that each of the components is made of separate hardware or one software component unit.
  • each component is included in each component for convenience of description, and at least two of the components may be combined into one component, or one component may be divided into a plurality of components to perform a function.
  • Integrated and separate embodiments of the components are also included within the scope of the present invention without departing from the spirit of the invention.
  • the components may not be essential components for performing essential functions in the present invention, but may be optional components for improving performance.
  • the present invention can be implemented including only the components essential for implementing the essentials of the present invention except for the components used for improving performance, and the structure including only the essential components except for the optional components used for improving performance. Also included in the scope of the present invention.
  • the picture dividing unit 110 may divide the input picture into at least one processing unit.
  • the processing unit may be a prediction unit (PU), a transform unit (TU), or a coding unit (CU).
  • the picture splitter 110 divides one picture into a combination of a plurality of coding units, prediction units, and transformation units, and combines one coding unit, prediction unit, and transformation unit with a predetermined reference (for example, a cost function).
  • the picture can be encoded by selecting.
  • one picture may be divided into a plurality of coding units.
  • a recursive tree structure such as a quad tree structure may be used.
  • a coding unit that is split into another coding unit using one image or a maximum size coding unit as a root may be divided. It can be split with as many child nodes as there are units. Coding units that are no longer split according to certain restrictions become leaf nodes. That is, when it is assumed that only square division is possible for one coding unit, one coding unit may be split into at most four other coding units.
  • a coding unit may be used not only as a coding unit but also as a decoding unit.
  • the prediction unit is divided in the form of at least one square or rectangle of the same size in one coding unit, or the shape of one prediction unit among the prediction units split in one coding unit is different from that of another prediction unit. It can be divided into forms.
  • the intra prediction may be performed without splitting into a plurality of prediction units N ⁇ N.
  • the predictors 120 and 125 may include an inter predictor 120 that performs inter prediction and an intra predictor 125 that performs intra prediction. Whether to use inter-prediction or intra-prediction is determined for the prediction unit, and specific information (eg, intra-prediction mode, motion vector, reference picture, etc.) according to each prediction method may be determined. In this case, the processing unit in which the prediction is performed may differ from the processing unit in which the prediction method and the details are determined. For example, the method of prediction and the prediction mode may be determined in the prediction unit, and the prediction may be performed in the transform unit. The residual value (residual block) between the generated prediction block and the original block may be input to the transformer 130.
  • specific information eg, intra-prediction mode, motion vector, reference picture, etc.
  • prediction mode information and motion vector information used for prediction may be encoded by the entropy encoder 165 together with the residual value and transmitted to the decoder.
  • the original block may be encoded as it is and transmitted to the decoder without generating the prediction block through the prediction units 120 and 125.
  • the inter prediction unit 120 may predict the prediction unit based on the information of at least one picture of the previous picture or the next picture of the current picture.
  • the inter predictor 120 may include a reference picture interpolator, a motion predictor, and a motion compensator.
  • the reference picture interpolation unit may receive reference picture information from the memory 155 and generate pixel information of an integer pixel or less in the reference picture.
  • a DCT based 8-tap interpolation filter having different filter coefficients may be used to generate pixel information of integer pixels or less in units of 1/4 pixels.
  • a DCT-based interpolation filter having different filter coefficients may be used to generate pixel information of an integer pixel or less in units of 1/8 pixels.
  • the motion predictor may perform motion prediction based on the reference picture interpolated by the reference picture interpolator.
  • various methods such as a full search-based block matching algorithm (FBMA), a three step search (TSS), and a new three-step search algorithm (NTS) may be used.
  • the motion vector may have a motion vector value in units of 1/2 or 1/4 pixels based on the interpolated pixels.
  • the motion predictor may predict the current prediction unit by using different motion prediction methods.
  • various methods such as a skip method, a merge method, and an advanced motion vector prediction (AMVP) method may be used.
  • AMVP advanced motion vector prediction
  • the intra predictor 125 may generate a prediction unit based on reference pixel information around the current block, which is pixel information in the current picture. If the neighboring block of the current prediction unit is a block for which inter prediction is performed, and the reference pixel is a pixel for which inter prediction is performed, the intra-prediction of a reference pixel included in the block for performing inter prediction is performed. It can be used in place of the reference pixel information of the block. That is, when the reference pixel is not available, the unavailable reference pixel information may be replaced with at least one reference pixel among the available reference pixels.
  • a prediction mode may have a directional prediction mode using reference pixel information according to a prediction direction, and a non-directional mode using no directional information when performing prediction.
  • the mode for predicting the luminance information and the mode for predicting the color difference information may be different, and the intra prediction mode information or the predicted luminance signal information predicting the luminance information may be used to predict the color difference information.
  • the screen for the prediction unit is based on the pixels on the left of the prediction unit, the pixels on the upper left, and the pixels on the top. I can do my predictions.
  • the intra prediction may be performed using a reference pixel based on the transform unit.
  • intra prediction using N ⁇ N splitting may be used only for a minimum coding unit.
  • the intra prediction method may generate a prediction block after applying an adaptive intra smoothing (AIS) filter to a reference pixel according to a prediction mode.
  • AIS adaptive intra smoothing
  • the type of AIS filter applied to the reference pixel may be different.
  • the intra prediction mode of the current prediction unit may be predicted from the intra prediction mode of the prediction unit existing around the current prediction unit.
  • the prediction mode of the current prediction unit is predicted using the mode information predicted from the neighboring prediction unit, if the prediction mode of the current prediction unit and the neighboring prediction unit are the same in the screen, the current prediction unit and the neighbor prediction are performed using predetermined flag information. Information that the prediction modes of the units are the same may be transmitted. If the prediction modes of the current prediction unit and the neighboring prediction unit are different, entropy encoding may be performed to encode prediction mode information of the current block.
  • a residual block may include a prediction unit performing prediction based on the prediction units generated by the prediction units 120 and 125 and residual information including residual information that is a difference from an original block of the prediction unit.
  • the generated residual block may be input to the transformer 130.
  • the transform unit 130 transforms the residual block including residual information of the original block and the prediction unit generated by the prediction units 120 and 125 such as a discrete cosine transform (DCT) or a discrete sine transform (DST). Can be converted using the method. Whether to apply DCT or DST to transform the residual block may be determined based on intra prediction mode information of the prediction unit used to generate the residual block.
  • DCT discrete cosine transform
  • DST discrete sine transform
  • the quantization unit 135 may quantize the values converted by the transformer 130 into the frequency domain.
  • the quantization coefficient may change depending on the block or the importance of the image.
  • the value calculated by the quantization unit 135 may be provided to the inverse quantization unit 140 and the reordering unit 160.
  • the reordering unit 160 may reorder coefficient values with respect to the quantized residual value.
  • the reordering unit 160 may change the two-dimensional block shape coefficients into a one-dimensional vector form through a coefficient scanning method. For example, the reordering unit 160 may scan from DC coefficients to coefficients in the high frequency region by using a Zig-Zag scan method and change them into one-dimensional vectors.
  • a vertical scan that scans two-dimensional block shape coefficients in a column direction instead of a zig-zag scan may be used, and a horizontal scan that scans two-dimensional block shape coefficients in a row direction may be used. That is, according to the size of the transform unit and the intra prediction mode, it is possible to determine which scan method among zigzag scan, vertical scan and horizontal scan is used.
  • the entropy encoder 165 may perform entropy encoding based on the values calculated by the reordering unit 160. Entropy encoding may use various encoding methods such as, for example, Exponential Golomb, Context-Adaptive Variable Length Coding (CAVLC), and Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC).
  • Entropy encoding may use various encoding methods such as, for example, Exponential Golomb, Context-Adaptive Variable Length Coding (CAVLC), and Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC).
  • the entropy encoder 165 receives residual value coefficient information, block type information, prediction mode information, partition unit information, prediction unit information, transmission unit information, and motion of the coding unit from the reordering unit 160 and the prediction units 120 and 125.
  • Various information such as vector information, reference frame information, interpolation information of a block, and filtering information can be encoded.
  • the entropy encoder 165 may entropy encode a coefficient value of a coding unit input from the reordering unit 160.
  • the inverse quantizer 140 and the inverse transformer 145 inverse quantize the quantized values in the quantizer 135 and inversely transform the transformed values in the transformer 130.
  • the residual value generated by the inverse quantizer 140 and the inverse transformer 145 is reconstructed by combining the prediction units predicted by the motion estimator, the motion compensator, and the intra predictor included in the predictors 120 and 125. You can create a Reconstructed Block.
  • the filter unit 150 may include at least one of a deblocking filter, an offset correction unit, and an adaptive loop filter (ALF).
  • a deblocking filter may include at least one of a deblocking filter, an offset correction unit, and an adaptive loop filter (ALF).
  • ALF adaptive loop filter
  • the deblocking filter may remove block distortion caused by boundaries between blocks in the reconstructed picture.
  • it may be determined whether to apply a deblocking filter to the current block based on the pixels included in several columns or rows included in the block.
  • a strong filter or a weak filter may be applied according to the required deblocking filtering strength.
  • horizontal filtering and vertical filtering may be performed in parallel when vertical filtering and horizontal filtering are performed.
  • the offset correction unit may correct the offset with respect to the original image on a pixel-by-pixel basis for the deblocking image.
  • the pixels included in the image are divided into a predetermined number of areas, and then, the area to be offset is determined and the offset is applied to the corresponding area or the offset in consideration of the edge information of each pixel. You can use this method.
  • Adaptive Loop Filtering may be performed based on a value obtained by comparing the filtered reconstructed image with the original image. After dividing the pixels included in the image into a predetermined group, one filter to be applied to the group may be determined and filtering may be performed for each group. For information related to whether to apply ALF, a luminance signal may be transmitted for each coding unit (CU), and the shape and filter coefficient of an ALF filter to be applied may vary according to each block. In addition, the same type (fixed form) of the ALF filter may be applied regardless of the characteristics of the block to be applied.
  • ALF Adaptive Loop Filtering
  • the memory 155 may store reconstructed blocks or pictures calculated by the filter unit 150, and the stored reconstructed blocks or pictures may be provided to the predictors 120 and 125 when performing inter prediction.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the image decoder 200 includes an entropy decoder 210, a reordering unit 215, an inverse quantizer 220, an inverse transformer 225, a predictor 230, 235, and a filter unit ( 240, a memory 245 may be included.
  • the input bitstream may be decoded by a procedure opposite to that of the image encoder.
  • the entropy decoder 210 may perform entropy decoding in a procedure opposite to that of the entropy encoding performed by the entropy encoder of the image encoder. For example, various methods such as Exponential Golomb, Context-Adaptive Variable Length Coding (CAVLC), and Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC) may be applied to the method performed by the image encoder.
  • various methods such as Exponential Golomb, Context-Adaptive Variable Length Coding (CAVLC), and Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC) may be applied to the method performed by the image encoder.
  • the entropy decoder 210 may decode information related to intra prediction and inter prediction performed by the encoder.
  • the reordering unit 215 may reorder the entropy decoded bitstream by the entropy decoding unit 210 based on a method of rearranging the bitstream. Coefficients expressed in the form of a one-dimensional vector may be reconstructed by reconstructing the coefficients in a two-dimensional block form.
  • the reordering unit 215 may be realigned by receiving information related to coefficient scanning performed by the encoder and performing reverse scanning based on the scanning order performed by the corresponding encoder.
  • the inverse quantization unit 220 may perform inverse quantization based on the quantization parameter provided by the encoder and the coefficient values of the rearranged block.
  • the inverse transformer 225 may perform inverse DCT and inverse DST on the DCT and DST performed by the transformer with respect to the quantization result performed by the image encoder. Inverse transformation may be performed based on a transmission unit determined by the image encoder.
  • the DCT and the DST may be selectively performed by the transform unit of the image encoder according to a plurality of pieces of information, such as a prediction method, a size and a prediction direction of the current block, and the inverse transform unit 225 of the image decoder may be performed by the transform unit of the image encoder.
  • the inverse transformation may be performed based on the converted transformation information.
  • the prediction units 230 and 235 may generate the prediction block based on the prediction block generation related information provided by the entropy decoder 210 and previously decoded blocks or picture information provided by the memory 245.
  • the predictors 230 and 235 may include a prediction unit determiner, an inter prediction unit, and an intra prediction unit.
  • the prediction unit determiner receives various information such as prediction unit information input from the entropy decoder 210, prediction mode information of the intra prediction method, and motion prediction related information of the inter prediction method, and distinguishes the prediction unit from the current coding unit. In addition, it may be determined whether the prediction unit performs inter prediction or intra prediction.
  • the inter prediction unit 230 may use the information necessary for inter-prediction of the current prediction unit provided by the image encoder, based on information included in at least one of a previous picture or a subsequent picture of the current picture including the current prediction unit. Inter-prediction of the prediction unit may be performed.
  • Whether the motion prediction method of the prediction unit included in the coding unit based on the coding unit to perform inter prediction is skip mode, merge mode, or AMVP mode. Can be determined.
  • the intra predictor 235 may generate a prediction block based on pixel information in the current picture.
  • the intra prediction may be performed based on the intra prediction mode information of the prediction unit provided by the image encoder.
  • the intra predictor 235 may include an adaptive intra smoothing (AIS) filter, a reference pixel interpolator, and a DC filter.
  • the AIS filter is a part of filtering the reference pixel of the current block and determines whether to apply the filter according to the prediction mode of the current prediction unit.
  • AIS filtering may be performed on the reference pixel of the current block by using the prediction mode and the AIS filter information of the prediction unit provided by the image encoder. If the prediction mode of the current block is a mode that does not perform AIS filtering, the AIS filter may not be applied.
  • the reference pixel interpolator may generate reference pixels having an integer value or less by interpolating the reference pixels. If the prediction mode of the current prediction unit is a prediction mode for generating a prediction block without interpolating the reference pixel, the reference pixel may not be interpolated.
  • the DC filter may generate the prediction block through filtering when the prediction mode of the current block is the DC mode.
  • the reconstructed block or picture may be provided to the filter unit 240.
  • the filter unit 240 may include a deblocking filter, an offset correction unit, and an ALF.
  • Information about whether a deblocking filter is applied to a corresponding block or picture and when the deblocking filter is applied to the block or picture may be provided from the image encoder as to whether a strong filter or a weak filter is applied.
  • the deblocking filter related information provided by the image encoder may be provided and the deblocking filtering of the corresponding block may be performed in the image decoder.
  • the offset correction unit may perform offset correction on the reconstructed image based on the type of offset correction and offset value information applied to the image during encoding.
  • the ALF may be applied to a coding unit based on ALF application information, ALF coefficient information, and the like provided from the encoder. Such ALF information may be provided included in a specific parameter set.
  • the memory 245 may store the reconstructed picture or block to use as a reference picture or reference block, and may provide the reconstructed picture to the output unit.
  • a block may mean a unit of image encoding and decoding. Accordingly, in this specification, a block may mean a coding unit (CU), a prediction unit (PU), a transform unit (TU), or the like, in some cases.
  • the encoding / decoding object block may be used in the present specification to include both a transform / inverse transform object block when the transform / inverse transform is performed and a predictive block when prediction is performed.
  • a prediction block may be generated by performing prediction on a prediction target block of a current picture based on at least one picture (reference picture) of a previous picture or a subsequent picture of the current picture. That is, motion estimation (ME) is performed on the prediction target block of the current picture based on a reference block in the reference picture, and as a result, a motion including a motion vector (MV), a reference block index, a prediction mode, and the like. Information can be generated. In addition, motion compensation (MC) is performed based on the motion information and the reference block to generate a prediction block corresponding to the current prediction target block from the reference block.
  • M motion compensation
  • the motion vector is a difference value between the current prediction target block and the reference block and may have a resolution equal to or less than an integer unit.
  • the resolution component may have a resolution of 1/4 unit and the color difference component may have a resolution of 1/8 unit.
  • interpolation is performed to calculate subpixel values of the reference picture at non-integer positions such as 1/2 unit pixel, 1/4 unit pixel, 1/8 unit pixel, and the like.
  • Interpolation applies an interpolation filter based on pixels at integer positions (pixels in integer units) from a reference picture to generate sub-pixels (pixels at sub-integer units) at non-integer positions. By using sub-pixels of these sub-integer units, a reference block more similar to the current prediction target block may be selected to perform better motion estimation and motion compensation.
  • a plurality of reference pixels in a reference picture are required to calculate one sub pixel value.
  • 11x11 (size of reference block horizontal direction + length of interpolation filter-1)
  • x vertical direction of reference block 1
  • size of reference block is required-the size of the interpolation filter length.
  • a large reference block increases memory bandwidth according to the memory load of the reference block and also increases bus usage. Will increase.
  • the small size of the reference block loaded into the memory can reduce the memory bandwidth and thus reduce the power consumption. Accordingly, there is a need for a method capable of reducing the size of a reference block loaded into memory.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of interpolation of quarter units of luminance pixels of a reference picture to compensate for motion of a 4 ⁇ 4 block.
  • interpolation may be performed by applying an 8-tap interpolation filter to compensate for motion of a block 310 having a size of 4 ⁇ 4 in a reference picture.
  • subpixel a in a 4x4 block 310 has four integer units located to the left of subpixel a and four integer units located to the right of subpixel a, i.e. 8 located in the horizontal direction.
  • a pixel value of the subpixel a may be calculated by applying an 8-tap interpolation filter based on the pixels 321.
  • the subpixel b in the 4x4 block 310 has four integer units located to the left of the subpixel b and four integer units located to the right of the subpixel b, that is, eight pixels positioned in the horizontal direction.
  • the 8-tap interpolation filter may be applied to calculate pixel values of the subpixel b.
  • the other subpixels in the 4 ⁇ 4 block 310 may also be adjacent to each of the subpixels in a horizontal or vertical direction.
  • a pixel value of each subpixel may be calculated by applying an 8-tap interpolation filter based on 8 pixels.
  • interpolation is necessary for interpolation as the subpixels performing interpolation move from left to right or from top to bottom.
  • Eight reference pixels are moved. That is, the 8-tap interpolation filter is applied to the block 310 having a 4x4 size by moving the group of reference pixels necessary for performing interpolation on one subpixel, that is, the filtering window according to the interpolation position of the subpixel.
  • a reference block 320 having a minimum size of 11 ⁇ 11 is required.
  • the memory bandwidth is increased and as a result, the power loss is increased. Therefore, recently, a method for reducing the size of a reference block has been proposed.
  • the proposed method performs filtering by phasing the phase component of the finite impulse response (FIR) filter and shifting the phase for regions beyond the boundary of the reference block for motion compensation. Therefore, interpolation filtering may be performed in a fixed filtering window regardless of which position the subpixel performing interpolation exists.
  • FIR finite impulse response
  • interpolation may be performed in a fixed filtering window by applying a 7-tap interpolation filter to compensate for motion of a block 310 having a size of 4x4 in the reference picture.
  • the subpixel c in the 4x4 block 310 has two integer units located to the left of the subpixel c and five integer units located to the right of the subpixel c, that is, 7 positioned in the horizontal direction.
  • a pixel value of the subpixel c may be calculated by applying a 7-tap interpolation filter based on the number of pixels 331.
  • the subpixel d in the 4x4 size block 310 is five integer units located to the left of the subpixel d and two integer units located to the right of the subpixel d, that is, seven pixels positioned in the horizontal direction (332). ),
  • a 7-tap interpolation filter may be applied to calculate a pixel value of the subpixel d.
  • the other subpixels in the 4 ⁇ 4 block 310 may also apply a 7-tap interpolation filter based on 7 pixels adjacent to each subpixel in a horizontal or vertical direction to calculate pixel values of each subpixel. have.
  • interpolation is performed using the reference pixel in the 7x7 size reference block 330 regardless of the position of the subpixel performing interpolation. Can be done. In this case, different filter coefficients should be used for each subpixel, and Table 1 below shows interpolation filter coefficients for each subpixel.
  • a method of performing interpolation by generating extrapolated reference pixels outside the boundary of a reference block through extrapolation to prevent deterioration of image quality while maintaining memory bandwidth such as using an existing 7x7 sized reference block. to provide.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a method of performing interpolation based on a reference block obtained through extrapolation according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an interleaved block for a 4x4 size block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating interpolation of 1/4 units of luminance pixels of a reference picture for prediction.
  • an interpolation process may include obtaining a reference block (S400), performing extrapolation based on a reference block, obtaining a final reference block (S410), and a final reference block. Performing interpolation using (S420).
  • a reference block obtains a reference block for performing motion compensation and inter prediction based on the motion information of the current block from the reference picture. For example, a reference block obtained to perform motion compensation and inter prediction may be loaded into memory.
  • the size of the reference block may be smaller than (the horizontal size of the current block + the length of the interpolation filter tab-1) x (the vertical size of the current block + the length of the interpolation filter tab-1).
  • a reference block is obtained from a reference picture.
  • the reference block is a block smaller than the size of (the horizontal size of the current block + the length of the interpolation filter tab minus 1) x (the vertical size of the current block + the length of the interpolation filter tab minus 1), for example, of the prediction unit (PU). It may have the same size as the size.
  • a 7 ⁇ 7 block 510 may be extracted as a reference block from the reference picture.
  • the final reference block (S410) performs extrapolation based on at least one reference pixel in the reference block, thereby generating extrapolated reference pixels outside the region of the reference block to obtain the final reference block. Therefore, the final reference block is larger in size than the reference block obtained from the reference picture, and includes a reference pixel and an extrapolated reference pixel in the reference block.
  • Extrapolation is a method of estimating a part of a graph or other piece of data using known values, for example, knowing two points A and B on a curve, and a few points on the part bounded by these two points. When there is, it can be used to estimate the point located outside the portion limited to A and B.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a method of performing extrapolation using a reference block according to an embodiment of the present invention.
  • extrapolation reference pixels 620 may be generated by extrapolation based on at least one reference pixel among the reference pixels 610 in the reference block.
  • linear extrapolation may be used, and the linear extrapolation may be expressed by Equation 1 below.
  • x * is the coordinate of the x pixel to be extrapolated
  • y (x * ) is the value of x pixel calculated by linear extrapolation
  • x k and x k-1 are the coordinates of the reference pixel in the reference block
  • y (x k ) is the value of x k pixels
  • y (x k-1 ) is the value of x k-1 pixels.
  • the 11x11 final reference block 520 may be obtained through the extrapolation method, and interpolation may be performed based on the final reference block 520.
  • an interpolation filter is applied based on pixels in a final reference block to calculate a subpixel value of an integer or less unit.
  • subpixel a is an 8-tap interpolation filter based on four reference pixels including an extrapolated reference pixel located to the left of subpixel a and four reference pixels located to the right of subpixel a.
  • the pixel value of the sub-pixel a may be calculated by applying.
  • Subpixel b calculates the pixel value of subpixel b by applying an 8-tap interpolation filter based on the four reference pixels located above subpixel b and the four reference pixels including the extrapolated reference pixels located below subpixel b. Can be.
  • non-integer pixel information may be generated by applying an extrapolation and interpolation method of a reference block.
  • the extrapolation method may be used for the reference block to reduce the data size of the reference block input / output into the actual memory for inter prediction. Therefore, the cost of memory input / output, that is, memory bandwidth, may be reduced when encoding / decoding an image, and ultimately, power consumption of the encoder / decoder may be reduced. In addition, it is possible to solve a problem of deterioration of image quality caused by filtering not performed on pixels existing at the boundary of the reference block through extrapolation of the reference block.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a video encoding method to which the present invention described above is applied. Each step of FIG. 7 may be performed in a configuration corresponding to the image encoding apparatus described with reference to FIG. 1.
  • a new coding unit (CU) of a current picture is input to an encoder (S700).
  • a coding unit of one inter prediction mode (hereinafter, referred to as an “inter CU”) may be a prediction unit (PU) of several inter prediction modes (hereinafter, referred to as “inter CU”). It can be configured as 'Inter PU', and has one of two prediction modes (PredMode), that is, skip mode (MODE_SKIP, hereinafter referred to as 'MODE_SKIP') and inter mode (MODE_INTER, hereinafter referred to as 'MODE_INTER'). May have a mode.
  • PredMode prediction modes
  • MODE_SKIP skip mode
  • MODE_INTER inter mode
  • 'MODE_INTER' inter mode
  • a CU having MODE_SKIP is not divided into smaller PUs, and motion information of a PU having a partition mode (PartMode) of PART_2N ⁇ 2N is allocated.
  • PartMode partition mode
  • the encoder performs motion prediction on the current inter PU (S710).
  • a PU to be currently encoded hereinafter, referred to as a “current PU”.
  • the motion prediction for the current PU may be performed using the previous frame, the next frame, or the previous and subsequent frames of the current frame.
  • motion information motion vector, reference picture index, prediction direction index
  • the encoder calculates a motion prediction value (MVP) of the current PU in the inter prediction mode (S720).
  • MVP motion prediction value
  • the motion information of the current PU is not sent to the decoder as it is, and the difference with the predicted values obtained from space-time adjacent blocks is transmitted to the decoder in order to improve compression efficiency.
  • There are two types of motion prediction a merge mode and an advanced motion vector prediction (AMVP) mode, and motion prediction values may be calculated using two prediction modes.
  • the merge mode obtains merge candidates from the motion information of blocks adjacent to the current PU in time and space. If there is a candidate equal to the motion information of the current PU among the candidates, a flag (Merge_Flag) indicating information for using the merge mode and the index of the same candidate as the motion information of the current PU may be transmitted to the decoder. More specifically, available temporal motion vector prediction values are calculated by using a reference picture index refIdxLX, which is an index indicating a reference picture obtained at the time of motion prediction, and a merge candidate list Merge CandList is created. If there is a candidate having the same motion information as the current PU from the created merge candidate list, the value of Merge_Flag is set to 1, and the index (Merge_Idx) of the candidate is encoded.
  • the AMVP mode calculates AMVP candidates from the motion information of blocks adjacent to the current PU in time and space. That is, the motion vector prediction value mvpLX of the luma component is calculated. More specifically, a spatial motion vector candidate (MVP) is extracted from neighboring PUs adjacent to the current PU. A temporal motion vector candidate of a co-located block is extracted using a reference picture index (refIdxLX) obtained during motion prediction. An MVP list (mvpListLX) is created based on the spatial motion vector candidate and the temporal motion vector candidate. If several motion vectors in the created MVP list have the same value, all the motion vectors except the highest priority are deleted from the MVP list.
  • MVP MVP list
  • the priority of the motion vector is the order of the left neighboring block (mvLXA) of the current PU, the upper neighboring block (mvLXB) of the current PU, and the motion vector (mvLXCol) of the temporal co-located block. It is limited to.
  • the motion vector of the best predictor among the motion vector candidates in the MVP list is selected as the motion vector predictor mvpLX.
  • the best predictor is a candidate block that minimizes a Rate Distortion (RD) cost function (eg, J Mot SAD considering the bit cost and sum of absolute difference).
  • RD Rate Distortion
  • the encoder generates a prediction signal based on the motion information (S730).
  • the motion information includes a motion vector calculated using a subpixel value of an integer or less unit.
  • the subpixel value of the sub-integer unit may be calculated through extrapolation and interpolation of the reference block.
  • a reference block for performing inter prediction on the current block is obtained from the reference picture. Extrapolation is performed based on the at least one reference pixel in the obtained reference block, and through this, extrapolation reference pixels are generated outside the reference block to derive the final reference block. An interpolation filter is applied based on the pixels in the final reference block to calculate sub-pixel values in sub-integer units. Since a specific embodiment thereof has been described above with reference to FIGS. 3 and 6, a description thereof will be omitted.
  • the encoder encodes the motion information of the current PU (S740).
  • the merge mode is used to predict the motion of the current PU, if a candidate having the same motion information as the current PU exists among the merge candidates, the current PU is declared as the merge mode, and a flag (Merge_Flag) indicating that the merge mode is used and the current PU
  • the candidate having the minimum cost function is determined by comparing the motion vector information of the current PU among the AMVP candidates.
  • a residual signal after motion compensation may be obtained using a difference between the motion information of the candidate minimizing the cost function and the motion information of the current PU and the candidate minimizing the cost function. That is, the encoder entropy encodes a difference (MVD) between the motion vector of the current PU and the motion vector of the best predictor.
  • the encoder obtains a residual signal by obtaining a difference between the pixel value of the current block and the pixel value of the prediction block on a pixel basis through motion compensation (S750), and converts the obtained residual signal (S760).
  • the residual signal is encoded through a transform, and may be transformed by applying a transform encoding kernel.
  • the size of the transform encoding kernel may be 2 ⁇ 2, 4 ⁇ 4, 8 ⁇ 8, 16 ⁇ 16, 32 ⁇ 32, or 64 ⁇ 64, and the kernel used for conversion may be limited in advance.
  • a transform coefficient is generated by the transform, and the transform coefficient is in the form of a two-dimensional block.
  • the transform coefficient C for the n x n block may be calculated as in Equation 2 below.
  • C (n, n) is a matrix of n * n transform coefficients
  • T (n, n) is an n * n transform kernel matrix
  • B (n, n) is n * n Matrix for the residual block.
  • the encoder determines whether to transmit a residual signal or a transform coefficient based on the RDO (S770). If the prediction is good, the residual signal can be transmitted without conversion coding. In this case, a cost function before and after transform coding may be compared, and a method of minimizing cost may be selected.
  • the type of the signal to be transmitted (residual signal or transform coefficient) for the current block may be signaled and transmitted to the decoder. For example, if the method of transmitting the residual signal without transform coding minimizes the cost, the residual signal for the current block is signaled. If the method of transmitting the transform coefficient minimizes the cost, the transform coefficient for the current block is Can be signaled.
  • the encoder scans the transform coefficients (S780).
  • the transform coefficients of the quantized two-dimensional block form are scanned and changed into transform coefficients of the one-dimensional vector form.
  • the encoder performs entropy encoding on the transmission target information (S790). For example, the information on the scanned transform coefficients and the inter prediction mode is entropy encoded.
  • the encoded information forms a compressed bit stream and may be transmitted or stored through a network abstraction layer (NAL).
  • NAL network abstraction layer
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an image decoding method to which the present invention described above is applied. Each step of FIG. 8 may be performed in a configuration corresponding to the image decoding apparatus described with reference to FIG. 2.
  • the decoder entropy decodes the received bit stream (S800).
  • the decoder can determine the block type from a variable length coding (VLC) table and can know the prediction mode of the current block.
  • the decoder may check information on whether the information transmitted for the current block is a residual signal or a transform coefficient. According to the confirmed result, the residual signal or the transform coefficient for the current block can be obtained.
  • VLC variable length coding
  • the decoder inverse scans an entropy decoded residual signal or transform coefficients (S810).
  • the decoder inversely scans the residual signal to generate a residual block, and in the case of transform coefficients, generates a transform block having a two-dimensional block shape.
  • the decoder may dequantize and inverse transform the transform block to obtain a residual block.
  • the process of obtaining the residual block through the inverse transform of the transform block is shown in Equation 3.
  • B (n, n) is a matrix of residual blocks of size n * n
  • T (n, n) is a transform kernel matrix of size n * n
  • C (n, n) is size of n * n size Matrix of transform coefficients.
  • the decoder performs inter prediction (S820).
  • the decoder may decode information about the prediction mode and perform inter prediction according to the prediction mode.
  • a merge candidate is extracted from partitions of an adjacent PU adjacent to the current PU in a spatial direction. Then, a reference picture index (refIdxLX) is obtained to obtain a temporal merge candidate of the current PU.
  • the available temporal motion vector prediction value MVP can be obtained using the reference picture index refIdxLX.
  • the merge candidate index (Merge_Idx) is set to 1; otherwise, the merge candidate index (Merge_Idx) ) Is set to the index value of the received merge.
  • the motion vector (mvLX) and the reference picture index (refIdxLX) of the merge candidate indicated by the received merge index value are extracted and used for motion compensation.
  • the prediction mode Prediction mode is Advanced Motion Vector Prediction (AMVP) mode
  • AMVP Advanced Motion Vector Prediction
  • the reference picture index refIdxLX of the current PU is extracted, and the motion vector prediction value mvpLX of the luma component is obtained using this.
  • the spatial motion vector candidate (MVP) is extracted from adjacent PUs adjacent to the current PU, and the temporal motion vector candidate of the co-located block indicated by the reference picture index refIdxLX. Extract the (MVP).
  • An MVP list (mvpListLX) is created based on the extracted spatial motion vector candidate and the temporal motion vector candidate. If several motion vectors in the created MVP list have the same value, all the motion vectors except the highest priority are deleted from the MVP list.
  • the priority of the motion vector is the order of the left neighboring block (mvLXA) of the current PU, the upper neighboring block (mvLXB) of the current PU, and the motion vector (mvLXCol) of the temporal co-located block. However, it is limited to the available vectors. If the number of MVP candidates (NumMVPCand (LX)) in the MVP list (mvpListLX) is 1, the value of the MPV candidate index (mpvIdx) is set to 0, otherwise (that is, if there are two or more MPV candidates), the MPV candidate index ( mpvIdx) is set to the received index value.
  • the motion vector indicated by the MPV candidate index mpvIdx among the motion candidates in the MVP list mvpListLX is determined as the motion vector prediction value mvpLX.
  • the motion vector mvLX may be calculated using Equation 4 below and the motion vector prediction value mvpLX.
  • mvLX [0], mvdLX [0], mvpLX [0] are the x component direction values of the LX motion vector
  • mvLX [1], mvdLX [1], mvpLX [1] are the y component direction values of the LX motion vector. to be.
  • the decoder generates a prediction signal based on the motion information (S830).
  • the motion information includes a motion vector calculated using a subpixel value of an integer or less unit.
  • the subpixel value of the sub-integer unit may be calculated through extrapolation and interpolation of the reference block.
  • a reference block for performing inter prediction on the current block is obtained from the reference picture. Extrapolation is performed based on the at least one reference pixel in the obtained reference block, and through this, extrapolation reference pixels are generated outside the reference block to derive the final reference block. An interpolation filter is applied based on the pixels in the final reference block to calculate sub-pixel values in sub-integer units. Since a specific embodiment thereof has been described above with reference to FIGS. 3 and 6, a description thereof will be omitted.
  • the decoder generates a reproduction signal (S840). For example, the decoder may add a residual signal and a signal of a previous frame to generate a reproduction signal.
  • the play signal may be generated by adding the motion compensated prediction signal in the previous frame and the residual signal of the decoded current PU using the calculated motion vector.
  • the methods are described based on a flowchart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of steps, and any steps may occur in a different order than or simultaneously with other steps as described above. Can be. Also, one of ordinary skill in the art would appreciate that the steps shown in the flowcharts are not exclusive, that other steps may be included, or that one or more steps in the flowcharts may be deleted without affecting the scope of the present invention. I can understand.

Abstract

영상의 부호화 방법 및 장치, 그리고 영상의 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 상기 영상 복호화 방법은 현재 블록에 대한 움직임 정보를 획득하는 엔트로피 복호화하는 단계 및 상기 움직임 정보를 기반으로 상기 현재 블록에 대응하는 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 움직임 정보는 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 획득된 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 기반으로 산출된 움직임 벡터를 포함한다.

Description

영상의 부호화 방법 및 장치, 그리고 영상의 복호화 방법 및 장치
본 발명은 영상의 부호화/복호화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인터 예측 시 보간(interpolation) 방법에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 영상 및 UHD(Ultra High Definition) 영상과 같은 고해상도, 고품질의 영상에 대한 수요가 다양한 응용 분야에서 증가하고 있다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질이 될수록 기존의 영상 데이터에 비해 상대적으로 데이터량이 증가하기 때문에 기존의 유무선 광대역 회선과 같은 매체를 이용하여 영상 데이터를 전송하거나 기존의 저장 매체를 이용해 저장하는 경우, 전송 비용과 저장 비용이 증가하게 된다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질화 됨에 따라 발생하는 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 고효율의 영상 압축 기술들이 활용될 수 있다.
영상 압축 기술로 현재 픽처의 이전 또는 이후 픽처로부터 현재 픽처에 포함된 화소값을 예측하는 화면 간 예측 기술, 현재 픽처 내의 화소 정보를 이용하여 현재 픽처에 포함된 화소값을 예측하는 화면 내 예측 기술, 출현 빈도가 높은 값에 짧은 부호를 할당하고 출현 빈도가 낮은 값에 긴 부호를 할당하는 엔트로피 부호화 기술 등 다양한 기술이 존재하고 이러한 영상 압축 기술을 이용해 영상 데이터를 효과적으로 압축하여 전송 또는 저장할 수 있다.
본 발명은 영상의 부호화/복호화 효율을 증가시키기 위한 인터 예측 시 참조 블록의 외삽 및 보간을 수행하는 방법을 제공한다.
본 발명은 영상의 부호화/복호화 효율을 증가시키기 위한 인터 예측 시 참조 블록의 외삽 및 보간 방법을 수행하는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 영상 복호화 방법이 제공된다. 상기 방법은 현재 블록에 대한 움직임 정보를 획득하는 엔트로피 복호화하는 단계 및 상기 움직임 정보를 기반으로 상기 현재 블록에 대응하는 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 움직임 정보는 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 획득된 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 기반으로 산출된 움직임 벡터를 포함한다.
상기 예측 블록을 생성하는 단계에서, 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하여 최종 참조 블록을 획득하고, 상기 최종 참조 블록을 기반으로 보간을 수행하여 상기 움직임 벡터를 산출할 수 있다.
상기 참조 블록의 크기는 상기 현재 블록의 크기 보다 크거나 같고, (상기 현재 블록의 가로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)x(상기 현재 블록의 세로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1) 크기 보다 작으며, 상기 최종 참조 블록의 크기는 상기 참조 블록의 크기 보다 클 수 있다.
상기 외삽은 상기 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽 참조 픽셀을 생성하며, 상기 최종 참조 블록은 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 포함할 수 있다.
상기 보간은 상기 보간을 수행할 서브 픽셀의 수평 방향 또는 수직 방향에 위치한 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 영상 복호화 장치가 제공된다. 상기 장치는 현재 블록에 대한 움직임 정보를 획득하는 엔트로피 복호화부 및 상기 움직임 정보를 기반으로 상기 현재 블록에 대응하는 예측 블록을 생성하는 예측부를 포함하며, 상기 움직임 정보는 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 획득된 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 기반으로 산출된 움직임 벡터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 영상 부호화 방법이 제공된다. 상기 방법은 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 이용하여 산출되는 움직임 벡터를 기반으로 현재 블록에 대한 예측을 수행하는 단계 및 상기 예측에 관한 정보를 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하며, 상기 정수 이하 단위의 서브 픽셀은 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 생성된다.
상기 예측을 수행하는 단계에서, 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하여 최종 참조 블록을 획득하고, 상기 최종 참조 블록을 기반으로 보간을 수행하여 상기 움직임 벡터를 산출할 수 있다.
상기 참조 블록의 크기는 상기 현재 블록의 크기 보다 크거나 같고, (상기 현재 블록의 가로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)x(상기 현재 블록의 세로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1) 크기 보다 작으며, 상기 최종 참조 블록의 크기는 상기 참조 블록의 크기 보다 클 수 있다.
상기 외삽은 상기 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽 참조 픽셀을 생성하며, 상기 최종 참조 블록은 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 포함할 수 있다.
상기 보간은 상기 보간을 수행할 서브 픽셀의 수평 방향 또는 수직 방향에 위치한 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 영상 부호화 장치가 제공된다. 상기 장치는 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 이용하여 산출되는 움직임 벡터를 기반으로 현재 블록에 대한 예측을 수행하는 예측부 및 상기 예측을 수행하기 위한 정보를 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하며, 상기 정수 이하 단위의 서브 픽셀은 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 생성된다.
참조 블록에 외삽 방법을 사용함으로써 인터 예측 수행을 위한 실제 메모리로 입출력 되는 참조 블록의 데이터 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 영상의 부호화/복호화시 메모리 입출력에 따른 비용, 즉 메모리 대역폭을 줄일 수 있으며 궁극적으로 부호화기/복호화기의 전력 소비를 줄일 수 있다. 또한, 참조 블록의 외삽을 통해 참조 블록의 경계에 존재하는 픽셀들에 대해 필터링이 수행되지 못해 발생하는 화질 열화 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 4x4 크기의 블록에 대한 움직임 보상을 위해서 참조 픽처의 휘도 화소의 1/4 단위 보간(interpolation)의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외삽을 통해 획득된 참조 블록을 기반으로 보간을 수행하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 4x4 크기의 블록에 대한 인터 예측을 위해서 참조 픽처의 휘도 화소의 1/4 단위 보간을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 참조 블록을 이용하여 외삽을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 전술한 본 발명이 적용되는 영상 부호화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 전술한 본 발명이 적용되는 영상 복호화 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 영상 부호화 장치(100)는 픽처 분할부(110), 예측부(120, 125), 변환부(130), 양자화부(135), 재정렬부(160), 엔트로피 부호화부(165), 역양자화부(140), 역변환부(145), 필터부(150) 및 메모리(155)를 포함할 수 있다.
도 1에 나타난 각 구성부들은 영상 부호화 장치에서 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시한 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
픽처 분할부(110)는 입력된 픽처를 적어도 하나의 처리 단위로 분할할 수 있다. 이때, 처리 단위는 예측 단위(Prediction Unit: PU)일 수도 있고, 변환 단위(Transform Unit: TU)일 수도 있으며, 부호화 단위(Coding Unit: CU)일 수도 있다. 픽처 분할부(110)에서는 하나의 픽처에 대해 복수의 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 조합으로 분할하고 소정의 기준(예를 들어, 비용 함수)으로 하나의 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위 조합을 선택하여 픽처를 부호화 할 수 있다.
예를 들어, 하나의 픽처는 복수개의 부호화 단위로 분할될 수 있다. 픽처에서 부호화 단위를 분할하기 위해서는 쿼드 트리 구조(Quad Tree Structure)와 같은 재귀적인 트리 구조를 사용할 수 있는데 하나의 영상 또는 최대 크기 부호화 단위를 루트로 하여 다른 부호화 단위로 분할되는 부호화 유닛은 분할된 부호화 단위의 개수만큼의 자식 노드를 가지고 분할될 수 있다. 일정한 제한에 따라 더 이상 분할되지 않는 부호화 단위는 리프 노드가 된다. 즉, 하나의 코딩 유닛에 대하여 정방형 분할만이 가능하다고 가정하는 경우, 하나의 부호화 단위는 최대 4개의 다른 부호화 단위로 분할될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 부호화 단위의 의미를 부호화를 하는 단위라는 의미뿐만 아니라 복호화를 하는 단위의 의미로 사용할 수 있다.
예측 단위는 하나의 부호화 단위 내에서 동일한 크기의 적어도 하나의 정사각형 또는 직사각형 등의 형태를 가지고 분할되거나 하나의 부호화 단위 내에서 분할된 예측 단위 중 하나의 예측 단위의 형태가 다른 예측 단위의 형태와 다른 형태를 가지고 분할될 수 있다.
부호화 단위를 기초로 화면 내 예측을 수행하는 예측 단위를 생성시 최소 부호화 단위가 아닌 경우, 복수의 예측 단위(N x N)으로 분할하지 않고 화면 내 예측을 수행할 수 있다.
예측부(120, 125)는 화면 간 예측을 수행하는 인터 예측부(120)와 화면 내 예측을 수행하는 인트라 예측부(125)를 포함할 수 있다. 예측 단위에 대해 화면 간 예측을 사용할 것인지 또는 화면 내 예측을 수행할 것인지를 결정하고, 각 예측 방법에 따른 구체적인 정보(예컨대, 화면 내 예측 모드, 움직임 벡터, 참조 픽처 등)를 결정할 수 있다. 이때, 예측이 수행되는 처리 단위와 예측 방법 및 구체적인 내용이 정해지는 처리 단위는 다를 수 있다. 예컨대, 예측의 방법과 예측 모드 등은 예측 단위로 결정되고, 예측의 수행은 변환 단위로 수행될 수도 있다. 생성된 예측 블록과 원본 블록 사이의 잔차값(잔차 블록)은 변환부(130)로 입력될 수 있다. 또한, 예측을 위해 사용한 예측 모드 정보, 움직임 벡터 정보 등은 잔차값과 함께 엔트로피 부호화부(165)에서 부호화되어 복호화기에 전달될 수 있다. 특정한 부호화 모드를 사용할 경우, 예측부(120, 125)를 통해 예측 블록을 생성하지 않고, 원본 블록을 그대로 부호화하여 복호화부에 전송하는 것도 가능하다.
인터 예측부(120)는 현재 픽처의 이전 픽처 또는 이후 픽처 중 적어도 하나의 픽처의 정보를 기초로 예측 단위를 예측할 수 있다. 인터 예측부(120)는 참조 픽처 보간부, 움직임 예측부, 움직임 보상부를 포함할 수 있다.
참조 픽처 보간부에서는 메모리(155)로부터 참조 픽처 정보를 제공받고 참조 픽처에서 정수 화소 이하의 화소 정보를 생성할 수 있다. 휘도 화소의 경우, 1/4 화소 단위로 정수 화소 이하의 화소 정보를 생성하기 위해 필터 계수를 달리하는 DCT 기반의 8탭 보간 필터(DCT-based Interpolation Filter)가 사용될 수 있다. 색차 신호의 경우 1/8 화소 단위로 정수 화소 이하의 화소 정보를 생성하기 위해 필터 계수를 달리하는 DCT 기반의 4탭 보간 필터(DCT-based Interpolation Filter)가 사용될 수 있다.
움직임 예측부는 참조 픽처 보간부에 의해 보간된 참조 픽처를 기초로 움직임 예측을 수행할 수 있다. 움직임 벡터를 산출하기 위한 방법으로 FBMA(Full search-based Block Matching Algorithm), TSS(Three Step Search), NTS(New Three-Step Search Algorithm) 등 다양한 방법이 사용될 수 있다. 움직임 벡터는 보간된 화소를 기초로 1/2 또는 1/4 화소 단위의 움직임 벡터값을 가질 수 있다. 움직임 예측부에서는 움직임 예측 방법을 다르게 하여 현재 예측 단위를 예측할 수 있다. 움직임 예측 방법으로 스킵(Skip) 방법, 머지(Merge) 방법, AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 방법 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
인트라 예측부(125)는 현재 픽처 내의 화소 정보인 현재 블록 주변의 참조 픽셀 정보를 기초로 예측 단위를 생성할 수 있다. 현재 예측 단위의 주변 블록이 화면 간 예측을 수행한 블록이어서, 참조 픽셀이 화면 간 예측을 수행한 픽셀일 경우, 화면 간 예측을 수행한 블록에 포함되는 참조 픽셀을 주변의 화면 내 예측을 수행한 블록의 참조 픽셀 정보로 대체하여 사용할 수 있다. 즉, 참조 픽셀이 가용하지 않는 경우, 가용하지 않은 참조 픽셀 정보를 가용한 참조 픽셀 중 적어도 하나의 참조 픽셀로 대체하여 사용할 수 있다.
화면 내 예측에서 예측 모드는 참조 픽셀 정보를 예측 방향에 따라 사용하는 방향성 예측 모드와 예측을 수행시 방향성 정보를 사용하지 않는 비방향성 모드를 가질 수 있다. 휘도 정보를 예측하기 위한 모드와 색차 정보를 예측하기 위한 모드가 상이할 수 있고, 색차 정보를 예측하기 위해 휘도 정보를 예측한 화면 내 예측 모드 정보 또는 예측된 휘도 신호 정보를 활용할 수 있다.
화면 내 예측을 수행할 때 예측 단위의 크기와 변환 단위의 크기가 동일할 경우, 예측 단위의 좌측에 존재하는 픽셀, 좌측 상단에 존재하는 픽셀, 상단에 존재하는 픽셀을 기초로 예측 단위에 대한 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 그러나 화면 내 예측을 수행할 때 예측 단위의 크기와 변환 단위의 크기가 상이할 경우, 변환 단위를 기초로 한 참조 픽셀을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 또한, 최소 부호화 단위에 대해서만 N x N 분할을 사용하는 화면 내 예측을 사용할 수 있다.
화면 내 예측 방법은 예측 모드에 따라 참조 화소에 AIS(Adaptive Intra Smoothing) 필터를 적용한 후 예측 블록을 생성할 수 있다. 참조 화소에 적용되는 AIS 필터의 종류는 상이할 수 있다. 화면 내 예측 방법을 수행하기 위해 현재 예측 단위의 화면 내 예측 모드는 현재 예측 단위의 주변에 존재하는 예측 단위의 화면 내 예측 모드로부터 예측할 수 있다. 주변 예측 단위로부터 예측된 모드 정보를 이용하여 현재 예측 단위의 예측 모드를 예측하는 경우, 현재 예측 단위와 주변 예측 단위의 화면 내 예측 모드가 동일하면 소정의 플래그 정보를 이용하여 현재 예측 단위와 주변 예측 단위의 예측 모드가 동일하다는 정보를 전송할 수 있고, 만약 현재 예측 단위와 주변 예측 단위의 예측 모드가 상이하면 엔트로피 부호화를 수행하여 현재 블록의 예측 모드 정보를 부호화할 수 있다.
또한, 예측부(120, 125)에서 생성된 예측 단위를 기초로 예측을 수행한 예측 단위와 예측 단위의 원본 블록과 차이값인 잔차값(Residual) 정보를 포함하는 잔차 블록이 생성될 수 있다. 생성된 잔차 블록은 변환부(130)로 입력될 수 있다.
변환부(130)에서는 원본 블록과 예측부(120, 125)를 통해 생성된 예측 단위의 잔차값(residual)정보를 포함한 잔차 블록을 DCT(Discrete Cosine Transform) 또는 DST(Discrete Sine Transform)와 같은 변환 방법을 사용하여 변환시킬 수 있다. 잔차 블록을 변환하기 위해 DCT를 적용할지 DST를 적용할지는 잔차 블록을 생성하기 위해 사용된 예측 단위의 화면 내 예측 모드 정보를 기초로 결정할 수 있다.
양자화부(135)는 변환부(130)에서 주파수 영역으로 변환된 값들을 양자화할 수 있다. 블록에 따라 또는 영상의 중요도에 따라 양자화 계수는 변할 수 있다. 양자화부(135)에서 산출된 값은 역양자화부(140)와 재정렬부(160)에 제공될 수 있다.
재정렬부(160)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.
재정렬부(160)는 계수 스캐닝(Coefficient Scanning) 방법을 통해 2차원의 블록 형태 계수를 1차원의 벡터 형태로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(160)에서는 지그-재그 스캔(Zig-Zag Scan)방법을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원 벡터 형태로 변경시킬 수 있다. 변환 단위의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 블록 형태 계수를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 지그-재그 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중 어떠한 스캔 방법이 사용될지 여부를 결정할 수 있다.
엔트로피 부호화부(165)는 재정렬부(160)에 의해 산출된 값들을 기초로 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 엔트로피 부호화는 예를 들어, 지수 골롬(Exponential Golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 다양한 부호화 방법을 사용할 수 있다.
엔트로피 부호화부(165)는 재정렬부(160) 및 예측부(120, 125)로부터 부호화 단위의 잔차값 계수 정보 및 블록 타입 정보, 예측 모드 정보, 분할 단위 정보, 예측 단위 정보 및 전송 단위 정보, 움직임 벡터 정보, 참조 프레임 정보, 블록의 보간 정보, 필터링 정보 등 다양한 정보를 부호화할 수 있다.
엔트로피 부호화부(165)에서는 재정렬부(160)에서 입력된 부호화 단위의 계수값을 엔트로피 부호화할 수 있다.
역양자화부(140) 및 역변환부(145)에서는 양자화부(135)에서 양자화된 값들을 역양자화하고 변환부(130)에서 변환된 값들을 역변환한다. 역양자화부(140) 및 역변환부(145)에서 생성된 잔차값(Residual)은 예측부(120, 125)에 포함된 움직임 추정부, 움직임 보상부 및 인트라 예측부를 통해서 예측된 예측 단위와 합쳐져 복원 블록(Reconstructed Block)을 생성할 수 있다.
필터부(150)는 디블록킹 필터, 오프셋 보정부, ALF(Adaptive Loop Filter)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
디블록킹 필터는 복원된 픽처에서 블록간의 경계로 인해 생긴 블록 왜곡을 제거할 수 있다. 디블록킹을 수행할지 여부를 판단하기 위해 블록에 포함된 몇 개의 열 또는 행에 포함된 픽셀을 기초로 현재 블록에 디블록킹 필터 적용할지 여부를 판단할 수 있다. 블록에 디블록킹 필터를 적용하는 경우 필요한 디블록킹 필터링 강도에 따라 강한 필터(Strong Filter) 또는 약한 필터(Weak Filter)를 적용할 수 있다. 또한 디블록킹 필터를 적용함에 있어 수직 필터링 및 수평 필터링 수행시 수평 방향 필터링 및 수직 방향 필터링이 병행 처리되도록 할 수 있다.
오프셋 보정부는 디블록킹을 수행한 영상에 대해 픽셀 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있다. 특정 픽처에 대한 오프셋 보정을 수행하기 위해 영상에 포함된 픽셀을 일정한 수의 영역으로 구분한 후 오프셋을 수행할 영역을 결정하고 해당 영역에 오프셋을 적용하는 방법 또는 각 픽셀의 에지 정보를 고려하여 오프셋을 적용하는 방법을 사용할 수 있다.
ALF(Adaptive Loop Filtering)는 필터링한 복원 영상과 원래의 영상을 비교한 값을 기초로 수행될 수 있다. 영상에 포함된 픽셀을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF를 적용할지 여부에 관련된 정보는 휘도 신호는 부호화 단위(Coding Unit, CU) 별로 전송될 수 있고, 각각의 블록에 따라 적용될 ALF 필터의 모양 및 필터 계수는 달라질 수 있다. 또한, 적용 대상 블록의 특성에 상관없이 동일한 형태(고정된 형태)의 ALF 필터가 적용될 수도 있다.
메모리(155)는 필터부(150)를 통해 산출된 복원 블록 또는 픽처를 저장할 수 있고, 저장된 복원 블록 또는 픽처는 화면 간 예측을 수행 시 예측부(120, 125)에 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 영상 복호화기(200)는 엔트로피 복호화부(210), 재정렬부(215), 역양자화부(220), 역변환부(225), 예측부(230, 235), 필터부(240), 메모리(245)가 포함될 수 있다.
영상 부호화기에서 영상 비트스트림이 입력된 경우, 입력된 비트스트림은 영상 부호화기와 반대의 절차로 복호화될 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 영상 부호화기의 엔트로피 부호화부에서 엔트로피 부호화를 수행한 것과 반대의 절차로 엔트로피 복호화를 수행할 수 있다. 예를 들어, 영상 부호화기에서 수행된 방법에 대응하여 지수 골롬(Exponential Golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 다양한 방법이 적용될 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)에서는 부호화기에서 수행된 화면 내 예측 및 화면 간 예측에 관련된 정보를 복호화할 수 있다.
재정렬부(215)는 엔트로피 복호화부(210)에서 엔트로피 복호화된 비트스트림을 부호화부에서 재정렬한 방법을 기초로 재정렬을 수행할 수 있다. 1차원 벡터 형태로 표현된 계수들을 다시 2차원의 블록 형태의 계수로 복원하여 재정렬할 수 있다. 재정렬부(215)에서는 부호화부에서 수행된 계수 스캐닝에 관련된 정보를 제공받고 해당 부호화부에서 수행된 스캐닝 순서에 기초하여 역으로 스캐닝하는 방법을 통해 재정렬을 수행할 수 있다.
역양자화부(220)는 부호화기에서 제공된 양자화 파라미터와 재정렬된 블록의 계수값을 기초로 역양자화를 수행할 수 있다.
역변환부(225)는 영상 부호화기에서 수행한 양자화 결과에 대해 변환부에서 수행한 DCT 및 DST에 대해 역 DCT 및 역 DST를 수행할 수 있다. 역변환은 영상 부호화기에서 결정된 전송 단위를 기초로 수행될 수 있다. 영상 부호화기의 변환부에서는 DCT와 DST는 예측 방법, 현재 블록의 크기 및 예측 방향 등 복수의 정보에 따라 선택적으로 수행될 수 있고, 영상 복호화기의 역변환부(225)에서는 영상 부호화기의 변환부에서 수행된 변환 정보를 기초로 역변환을 수행할 수 있다.
예측부(230, 235)는 엔트로피 복호화부(210)에서 제공된 예측 블록 생성 관련 정보와 메모리(245)에서 제공된 이전에 복호화된 블록 또는 픽처 정보를 기초로 예측 블록을 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이 영상 부호화기에서의 동작과 동일하게 화면 내 예측을 수행시 예측 단위의 크기와 변환 단위의 크기가 동일할 경우, 예측 단위의 좌측에 존재하는 픽셀, 좌측 상단에 존재하는 픽셀, 상단에 존재하는 픽셀을 기초로 예측 단위에 대한 화면 내 예측을 수행하지만, 화면 내 예측을 수행시 예측 단위의 크기와 변환 단위의 크기가 상이할 경우, 변환 단위를 기초로 한 참조 픽셀을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 또한, 최소 부호화 단위에 대해서만 N x N 분할을 사용하는 화면 내 예측을 사용할 수도 있다.
예측부(230, 235)는 예측 단위 판별부, 화면 간 예측부 및 화면 내 예측부를 포함할 수 있다. 예측 단위 판별부는 엔트로피 복호화부(210)에서 입력되는 예측 단위 정보, 화면 내 예측 방법의 예측 모드 정보, 화면 간 예측 방법의 움직임 예측 관련 정보 등 다양한 정보를 입력 받고 현재 부호화 단위에서 예측 단위를 구분하고, 예측 단위가 화면 간 예측을 수행하는지 아니면 화면 내 예측을 수행하는지 여부를 판별할 수 있다. 인터 예측부(230)는 영상 부호화기에서 제공된 현재 예측 단위의 화면 간 예측에 필요한 정보를 이용해 현재 예측 단위가 포함된 현재 픽처의 이전 픽처 또는 이후 픽처 중 적어도 하나의 픽처에 포함된 정보를 기초로 현재 예측 단위에 대한 화면 간 예측을 수행할 수 있다.
화면 간 예측을 수행하기 위해 부호화 단위를 기준으로 해당 부호화 단위에 포함된 예측 단위의 움직임 예측 방법이 스킵 모드(Skip Mode), 머지 모드(Merge 모드), AMVP 모드(AMVP Mode) 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있다.
인트라 예측부(235)는 현재 픽처 내의 화소 정보를 기초로 예측 블록을 생성할 수 있다. 예측 단위가 화면 내 예측을 수행한 예측 단위인 경우, 영상 부호화기에서 제공된 예측 단위의 화면 내 예측 모드 정보를 기초로 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 인트라 예측부(235)에는 AIS(Adaptive Intra Smoothing) 필터, 참조 화소 보간부, DC 필터를 포함할 수 있다. AIS 필터는 현재 블록의 참조 화소에 필터링을 수행하는 부분으로써 현재 예측 단위의 예측 모드에 따라 필터의 적용 여부를 결정하여 적용할 수 있다. 영상 부호화기에서 제공된 예측 단위의 예측 모드 및 AIS 필터 정보를 이용하여 현재 블록의 참조 화소에 AIS 필터링을 수행할 수 있다. 현재 블록의 예측 모드가 AIS 필터링을 수행하지 않는 모드일 경우, AIS 필터는 적용되지 않을 수 있다.
참조 화소 보간부는 예측 단위의 예측 모드가 참조 화소를 보간한 화소값을 기초로 화면 내 예측을 수행하는 예측 단위일 경우, 참조 화소를 보간하여 정수값 이하의 화소 단위의 참조 화소를 생성할 수 있다. 현재 예측 단위의 예측 모드가 참조 화소를 보간하지 않고 예측 블록을 생성하는 예측 모드일 경우 참조 화소는 보간되지 않을 수 있다. DC 필터는 현재 블록의 예측 모드가 DC 모드일 경우 필터링을 통해서 예측 블록을 생성할 수 있다.
복원된 블록 또는 픽처는 필터부(240)로 제공될 수 있다. 필터부(240)는 디블록킹 필터, 오프셋 보정부, ALF를 포함할 수 있다.
영상 부호화기로부터 해당 블록 또는 픽처에 디블록킹 필터를 적용하였는지 여부에 대한 정보 및 디블록킹 필터를 적용하였을 경우, 강한 필터를 적용하였는지 또는 약한 필터를 적용하였는지에 대한 정보를 제공받을 수 있다. 영상 복호화기의 디블록킹 필터에서는 영상 부호화기에서 제공된 디블록킹 필터 관련 정보를 제공받고 영상 복호화기에서 해당 블록에 대한 디블록킹 필터링을 수행할 수 있다.
오프셋 보정부는 부호화시 영상에 적용된 오프셋 보정의 종류 및 오프셋 값 정보 등을 기초로 복원된 영상에 오프셋 보정을 수행할 수 있다.
ALF는 부호화기로부터 제공된 ALF 적용 여부 정보, ALF 계수 정보 등을 기초로 부호화 단위에 적용될 수 있다. 이러한 ALF 정보는 특정한 파라메터 셋에 포함되어 제공될 수 있다.
메모리(245)는 복원된 픽처 또는 블록을 저장하여 참조 픽처 또는 참조 블록으로 사용할 수 있도록 할 수 있고 또한 복원된 픽처를 출력부로 제공할 수 있다.
이하, 블록은 영상 부호화 및 복호화의 단위를 의미할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 블록은 경우에 따라 부호화 단위(CU; Coding Unit), 예측 단위(PU; Prediction Unit), 변환 단위(TU; Transform Unit) 등을 의미할 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 부호화/복호화 대상 블록은, 변환/역변환이 수행되는 경우의 변환/역변환 대상 블록 및 예측이 수행되는 경우의 예측 대상 블록 등을 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
한편, 인터 예측의 경우, 현재 픽처의 예측 대상 블록은 현재 픽처의 이전 픽처 또는 이후 픽처 중 적어도 하나의 픽처(참조 픽처)를 기반으로 예측이 수행되어 예측 블록이 생성될 수 있다. 즉, 현재 픽처의 예측 대상 블록은 참조 픽처 내 참조 블록을 기반으로 움직임 추정(Motion Estimation; ME)이 수행되고, 그 결과 움직임 벡터(Motion Vector; MV), 참조 블록 인덱스, 예측 모드 등을 포함한 움직임 정보를 생성할 수 있다. 또한, 움직임 정보 및 참조 블록을 기반으로 움직임 보상(Motion Compensation; MC)이 수행되어 참조 블록으로부터 현재 예측 대상 블록에 대응하는 예측 블록이 생성된다.
움직임 벡터는 현재 예측 대상 블록과 참조 블록 사이의 차이값으로, 정수 단위 이하의 해상도를 가질 수 있다. 예컨대, 휘도 성분에 대하여 1/4 단위의 해상도를 가질 수 있고, 색차 성분에 대하여 1/8 단위의 해상도를 가질 수 있다. 따라서, 1/2 단위 화소, 1/4 단위 화소, 1/8 단위 화소 등과 같은 비-정수 위치들에서 참조 픽처의 서브 픽셀 값들을 계산하기 위해서 보간(interpolation)을 수행한다. 보간은 참조 픽처로부터 정수 위치에 있는 픽셀(정수 단위의 픽셀)들을 기반으로 보간 필터를 적용하여 비-정수 위치에 있는 서브-픽셀(정수 이하 단위의 픽셀)을 생성한다. 이러한 정수 이하 단위의 서브-픽셀들을 이용함으로써 현재 예측 대상 블록에 더 유사한 참조 블록을 선택하여 더 나은 움직임 추정 및 움직임 보상을 수행할 수 있다.
이러한 보간 수행 시, 하나의 서브 픽셀 값을 계산하기 위해서는 참조 픽처 내 다수의 참조 픽셀들이 필요하다. 예컨대, 4x4 크기의 블록에 대한 움직임 보상을 위해 8탭 필터를 적용하여 서브 픽셀 값을 계산할 경우, 11x11 = (참조 블록의 수평 방향의 크기 + 보간 필터의 길이 - 1)x(참조 블록의 수직 방향의 크기 + 보간 필터의 길이 - 1) 크기의 참조 블록이 필요하다. 이때, 참조 블록은 메모리에 로드(load)되어 서브 픽셀 값들의 계산시 이용되므로, 참조 블록의 크기가 크면 참조 블록의 메모리 로드에 따른 메모리 대역폭(bandwidth)이 증가하게 되고 버스 사용(bus usage) 또한 증가하게 된다. 반면, 메모리에 로드되는 참조 블록의 크기가 작으면 메모리 대역폭을 줄일 수 있고 그에 따라 전력 소비도 줄일 수 있는 등 하드웨어 구현 시 많은 이점을 줄 수 있다. 따라서, 메모리에 로드되는 참조 블록의 크기를 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
도 3은 4x4 크기의 블록에 대한 움직임 보상을 위해서 참조 픽처의 휘도 화소의 1/4 단위 보간(interpolation)의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 참조 픽처 내 4x4 크기의 블록(310)에 대한 움직임 보상을 위해 8탭 보간 필터를 적용하여 보간을 수행할 수 있다.
예를 들어, 4x4 크기의 블록(310) 내 서브 픽셀 a는 서브 픽셀 a의 좌측으로 위치한 4개의 정수 단위의 픽셀과 서브 픽셀 a의 우측으로 위치한 4개의 정수 단위의 픽셀, 즉 수평 방향으로 위치한 8개의 픽셀(321)을 기반으로 8탭 보간 필터를 적용하여 서브 픽셀 a의 픽셀 값을 산출할 수 있다. 4x4 크기의 블록(310) 내 서브 픽셀 b는 서브 픽셀 b의 좌측으로 위치한 4개의 정수 단위의 픽셀과 서브 픽셀 b의 우측으로 위치한 4개의 정수 단위의 픽셀, 즉 수평 방향으로 위치한 8개의 픽셀(322)을 기반으로 8탭 보간 필터를 적용하여 서브 픽셀 b의 픽셀 값을 산출할 수 있다.또한, 4x4 크기의 블록(310) 내 나머지 다른 서브 픽셀들 역시 서브 픽셀 각각에 수평 방향 또는 수직 방향으로 인접한 8개의 픽셀들을 기반으로 8탭 보간 필터를 적용하여 각 서브 픽셀의 픽셀 값을 산출할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 4x4 크기의 블록(310)에 대해 8탭 보간 필터를 적용하여 보간을 수행할 경우, 보간을 수행하는 서브 픽셀이 좌측에서 우측으로, 또는 상측에서 하측으로 이동함에 따라 보간에 필요한 8개의 참조 픽셀들이 이동하게 된다. 즉, 하나의 서브 픽셀에 대해 보간 수행시 필요한 참조 픽셀의 그룹, 즉 필터링 윈도우(filtering window)가 서브 픽셀의 보간 위치에 따라 이동함으로써 4x4 크기의 블록(310)에 대해 8탭 보간 필터를 적용할 경우 최소 11x11 크기의 참조 블록(320)이 필요하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 참조 블록의 크기가 크면 메모리 대역폭이 증가하게 되고 결과적으로 전력 손실이 많아지게 된다. 따라서, 최근에 참조 블록의 크기를 줄일 수 있는 방법이 제안되었다. 제안된 방법은 움직임 보상을 위한 참조 블록의 경계를 벗어나는 영역에 대해서는 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 위상(phase) 성분을 무시하고, 위상 이동(phase shift)하여 필터링을 수행한다. 따라서, 보간을 수행하는 서브 픽셀이 어느 위치에 존재하는지 관계 없이 고정된 필터링 윈도우(filtering window)에서 보간 필터링을 수행할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 참조 픽처 내 4x4 크기의 블록(310)에 대한 움직임 보상을 위해 7탭 보간 필터를 적용하여 고정된 필터링 윈도우 내에서 보간을 수행할 수 있다.
예를 들어, 4x4 크기의 블록(310) 내 서브 픽셀 c는 서브 픽셀 c의 좌측으로 위치한 2개의 정수 단위의 픽셀과 서브 픽셀 c의 우측으로 위치한 5개의 정수 단위의 픽셀, 즉 수평 방향으로 위치한 7개의 픽셀(331)을 기반으로 7탭 보간 필터를 적용하여 서브 픽셀 c의 픽셀 값을 산출할 수 있다. 4x4 크기의 블록(310) 내 서브 픽셀 d는 서브 픽셀 d의 좌측으로 위치한 5개의 정수 단위의 픽셀과 서브 픽셀 d의 우측으로 위치한 2개의 정수 단위의 픽셀, 즉 수평 방향으로 위치한 7개의 픽셀(332)을 기반으로 7탭 보간 필터를 적용하여 서브 픽셀 d의 픽셀 값을 산출할 수 있다. 또한, 4x4 크기의 블록(310) 내 나머지 다른 서브 픽셀들 역시 서브 픽셀 각각에 수평 방향 또는 수직 방향으로 인접한 7개의 픽셀들을 기반으로 7탭 보간 필터를 적용하여 각 서브 픽셀의 픽셀 값을 산출할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 4x4 크기의 블록(310)에 대해 7탭 보간 필터를 적용할 경우, 보간을 수행하는 서브 픽셀의 위치에 관계 없이 7x7 크기의 참조 블록(330) 내 참조 픽셀을 이용하여 보간을 수행할 수 있다. 이때, 각 서브 픽셀별로 다른 필터 계수가 사용되어야 하며, 아래 표 1은 각 서브 픽셀의 위치별 보간 필터 계수를 나타낸다.
표 1
Distance from block boundary Tap length Sub pel Filter coefficients
0 7 1/4 -5 54 21 -9 5 -3 1
2/4 -6 36 44 -15 8 -4 1
3/4 -3 16 59 -12 6 -3 1
1 7 1/4 2 -9 56 20 -8 4 -1
2/4 3 -10 39 41 -13 6 -2
3/4 2 -6 18 58 -11 4 -1
상술한 바와 같이 4x4 크기의 블록(310)에 대한 움직임 보상을 위해 7x7 크기의 참조 블록을 이용하여 보간 필터링을 하는 경우, 참조 블록의 경계를 벗어나는 픽셀들에 대해서는 필터링을 수행하지 않기 때문에 화질 열화가 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 기존 7x7 크기의 참조 블록을 이용하는 것과 같은 메모리 대역폭은 유지하면서, 화질 열화를 방지하기 위해 외삽(extrapolation)을 통해 참조 블록의 경계 밖의 외삽 참조 픽셀을 생성하여 보간을 수행하는 방법을 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외삽을 통해 획득된 참조 블록을 기반으로 보간을 수행하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 4x4 크기의 블록에 대한 인터 예측을 위해서 참조 픽처의 휘도 화소의 1/4 단위 보간을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보간 수행 과정은 참조 블록을 획득하는 단계(S400), 참조 블록을 기반으로 외삽을 수행하여 최종 참조 블록을 획득하는 단계(S410) 및 최종 참조 블록을 이용하여 보간을 수행하는 단계(S420)를 포함한다.
참조 블록을 획득하는 단계(S400)는 현재 블록에 대한 움직임 정보를 기반으로 움직임 보상 및 인터 예측을 수행하기 위한 참조 블록을 참조 픽처로부터 획득한다. 예컨대, 움직임 보상 및 인터 예측을 수행하기 위해 획득된 참조 블록은 메모리로 로드될 수 있다. 참조 블록의 크기는 (현재 블록의 가로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)x(현재 블록의 세로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1) 크기 보다 작을 수 있다.
예를 들어, 4x4 크기의 블록에 대해 인터 예측을 수행할 경우, 참조 픽처로부터 참조 블록을 획득한다. 이때, 참조 블록은 (현재 블록의 가로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)x(현재 블록의 세로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)의 크기 보다 작은 블록으로, 예컨대 예측 단위(PU)의 크기와 동일한 크기를 가질 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 참조 픽처로부터 예컨대, 7x7 크기의 블록(510)을 참조 블록으로 추출할 수 있다.
최종 참조 블록을 획득하는 단계(S410)는 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하고, 이를 통해 참조 블록의 영역 밖에 외삽 참조 픽셀을 생성하여 최종 참조 블록을 획득한다. 따라서, 최종 참조 블록은 참조 픽처로부터 획득된 참조 블록 보다 크기가 크며, 참조 블록 내 참조 픽셀 및 외삽 참조 픽셀을 포함한다. 외삽은 어떤 그래프 등의 자료에서 이미 알려진 값을 이용하여 자료에 나와 있지 않은 부분을 추정하는 방법으로, 예컨대 곡선 위의 A, B 두 점과, 이 두 점으로 한정된 부분 위의 몇 개의 점을 알고 있을 때, 이를 이용하여 A, B로 한정된 부분 밖에 위치한 점을 추정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 참조 블록을 이용하여 외삽을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 참조 블록 내 참조 픽셀들(610) 중 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하여 외삽 참조 픽셀들(620)을 생성할 수 있다. 이때, 선형 외삽법(linear extrapolation)을 이용할 수 있으며, 선형 외삽법은 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2012009372-appb-M000001
여기서, x*은 외삽을 수행할 x 픽셀의 좌표이고, y(x*)은 선형 외삽에 의해 계산된 x 픽셀의 값이다. xk 및 xk-1은 참조 블록 내 참조 픽셀의 좌표이고, y(xk)는 xk 픽셀의 값이고, y(xk-1)는 xk-1 픽셀의 값이다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 참조 블록 내 참조 픽셀 x0 및 x1를 이용하여 상술한 수학식 1과 같이 선형 외삽을 수행하면 외삽 참조 픽셀 x2의 값(y(x2))을 획득할 수 있다.
상기의 외삽 방법을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 11x11 크기의 최종 참조 블록(520)을 획득할 수 있으며, 최종 참조 블록(520)을 기반으로 보간을 수행할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 보간을 수행하는 단계(S420)는 최종 참조 블록 내 픽셀들을 기초로 보간 필터를 적용하여 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 산출한다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 서브 픽셀 a는 서브 픽셀 a의 좌측으로 위치한 외삽 참조 픽셀을 포함한 4개의 참조 픽셀과 서브 픽셀 a의 우측으로 위치한 4개의 참조 픽셀을 기반으로 8탭 보간 필터를 적용하여 서브 픽셀 a의 픽셀 값이 산출될 수 있다. 서브 픽셀 b는 서브 픽셀 b의 상측으로 위치한 4개의 참조 픽셀과 서브 픽셀 b의 하측으로 위치한 외삽 참조 픽셀을 포함한 4개의 참조 픽셀을 기반으로 8탭 보간 필터를 적용하여 서브 픽셀 b의 픽셀 값이 산출될 수 있다.
이상, 휘도 화소에 대하여 1/4 단위의 화소 정보를 생성하기 위해 참조 블록의 외삽 및 보간 방법을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외 1/2 단위, 1/8 단위 등 비-정수 단위에 대해서도 적용 가능하다. 또한, 색차 성분에 대해서도 참조 블록의 외삽 및 보간 방법을 적용하여 비-정수 단위의 화소 정보를 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 참조 블록에 외삽 방법을 사용함으로써 인터 예측 수행을 위한 실제 메모리로 입출력 되는 참조 블록의 데이터 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 영상의 부호화/복호화시 메모리 입출력에 따른 비용, 즉 메모리 대역폭을 줄일 수 있으며 궁극적으로 부호화기/복호화기의 전력 소비를 줄일 수 있다. 또한, 참조 블록의 외삽을 통해 참조 블록의 경계에 존재하는 픽셀들에 대해 필터링이 수행되지 못해 발생하는 화질 열화 문제를 해결할 수 있다.
도 7은 전술한 본 발명이 적용되는 영상 부호화 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7의 각 단계는 도 1에서 설명한 영상 부호화 장치에 대응하는 구성 내에서 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 부호화기에 현재 픽처의 새로운 부호화 단위(Coding Unit; CU)가 입력된다(S700). 입력된 부호화 단위가 인터(inter) 예측 모드인 경우, 하나의 인터 예측 모드의 부호화 단위(이하, '인터 CU'라 함)는 여러 개의 인터 예측 모드의 예측 단위(Prediction Unit; PU)(이하, '인터 PU'라 함)로 구성될 수 있으며, 두 가지 예측 모드(PredMode), 즉 스킵 모드(MODE_SKIP, 이하 'MODE_SKIP'라 함)와 인터 모드(MODE_INTER, 이하 'MODE_INTER'라 함) 중 하나의 모드를 가질 수 있다.
MODE_SKIP인 CU는 더 작은 PU로 분할되지 않으며, 파티션 모드(PartMode)가 PART_2N x 2N인 PU의 움직임 정보가 할당된다.
MODE_INTER인 CU는 4가지 형태의 PU 파티션으로 존재할 수 있으며, CU 레벨의 신택스(syntax)에 예측 모드가 MODE_INTER라는 정보(PredMode==MODE_INTER)와 파티션 형태가 PART_2N x 2N, PART_2N x N, PART_N x 2N, PART_N x N 중 어느 것인지를 나타내는 정보(PartMode==PART_2N x 2N, PartMode==PART_2N x N, PartMode==PART_N x 2N, 또는 PartMode==PART_N x N)가 복호화기에 전달될 수 있다.
부호화기는 현재 인터 PU에 대해 움직임 예측을 수행한다(S710). CU가 여러 개의 PU로 분할(partition)되면 현재 부호화할 PU(이하, '현재 PU'라 함)가 입력된다. 현재 프레임의 이전 프레임, 이후 프레임, 또는 이전 및 이후 프레임을 이용하여 현재 PU에 대한 움직임 예측을 수행할 수 있다. 움직임 예측을 통해 현재 PU에 대한 움직임 정보(움직임 벡터, 참조 픽처 인덱스, 예측 방향 인덱스)를 구할 수 있다.
부호화기는 인터 예측 모드인 현재 PU의 움직임 예측값(MVP)을 산출한다(S720). 현재 PU의 움직임 정보는 그대로 복호화기에 보내지 않고, 압축 효율을 높이기 위하여 시공간적으로 인접한 블록들로부터 얻은 예측값과의 차이를 복호화기에 전송한다. 움직임 예측의 종류에는 머지(Merge) 모드와 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드가 있으며, 두 가지 예측 모드를 이용하여 움직임 예측값을 산출할 수 있다.
머지 모드는 시공간적으로 현재 PU와 인접한 블록들의 움직임 정보로부터 머지 후보들을 구한다. 후보들 중 현재 PU의 움직임 정보와 동일한 후보가 있으면, 머지 모드를 사용한다는 정보를 지시하는 플래그(Merge_Flag)와 현재 PU의 움직임 정보와 동일한 후보의 인덱스를 복호화기로 전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 움직임 예측시 구해진 참조 픽처를 지시하는 인덱스인 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 이용하여 가용한 시간적(temporal) 움직임 벡터 예측값을 산출하고, 머지 후보 리스트(Merge CandList)를 작성한다. 작성된 머지 후보 리스트로부터 현재 PU와 동일한 움직임 정보를 가지는 후보가 있으면 Merge_Flag의 값을 1로 설정하고, 그 후보의 인덱스(Merge_Idx)를 부호화한다.
AMVP 모드는 시공간적으로 현재 PU와 인접한 블록들의 움직임 정보로부터 AMVP 후보들을 산출한다. 즉, 휘도(luma) 성분의 움직임 벡터 예측값(mvpLX)을 산출한다. 보다 구체적으로, 현재 PU와 인접한 인접 PU들로부터 공간적(spatial) 움직임 벡터 후보(MVP)를 추출한다. 움직임 예측시 구해진 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 이용하여 동일 위치(co-located) 블록의 시간적(temporal) 움직임 벡터 후보를 추출한다. 상기 공간적 움직임 벡터 후보와 시간적 움직임 벡터 후보를 기초로 MVP 리스트(mvpListLX)를 작성한다. 작성된 MVP 리스트에서 여러 개의 움직임 벡터가 동일한 값을 가지면, 가장 우선순위가 높은 것을 제외한 나머지 모든 움직임 벡터를 MVP 리스트에서 삭제한다. 여기서, 움직임 벡터의 우선순위는 현재 PU의 왼쪽 인접블록(mvLXA), 현재 PU의 상위 인접블록(mvLXB), 시간적 동일 위치(co-located) 블록의 움직임 벡터(mvLXCol) 순서이며, 단 가용한 벡터에 한정한다. MVP 리스트 내 움직임 벡터 후보들 중 최적의 예측자(best predictor)의 움직임 벡터를 움직임 벡터 예측값(mvpLX)으로 선택한다. 최적의 예측자(best predictor)는 RD(Rate Distortion) 코스트 함수(예컨대, 비트 코스트와 SAD(Sum of Absolute Difference)를 고려한 JMot SAD)를 최소화하는 후보 블록이다.
부호화기는 움직임 정보를 기반으로 예측 신호를 생성한다(S730). 움직임 정보는 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 이용하여 산출되는 움직임 벡터를 포함한다. 이때, 참조 블록의 외삽 및 보간을 통해 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 현재 블록에 대한 인터 예측을 수행하기 위한 참조 블록을 참조 픽처로부터 획득한다. 획득된 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하고, 이를 통해 참조 블록의 영역 밖에 외삽 참조 픽셀을 생성하여 최종 참조 블록을 도출한다. 최종 참조 블록 내 픽셀들을 기초로 보간 필터를 적용하여 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 산출한다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3 및 도 6을 참조하여 전술한 바 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
부호화기는 현재 PU의 움직임 정보를 부호화한다(S740). 현재 PU의 움직임 예측시 머지 모드를 사용한 경우, 머지 후보들 중 현재 PU와 동일한 움직임 정보를 가진 후보가 존재하면 현재 PU를 머지 모드로 선언하고, 머지 모드를 사용했음을 지시하는 플래그(Merge_Flag)와 현재 PU와 동일한 움직임 정보를 가진 후보의 인덱스(Merge_Idx)를 부호화하고, 이를 복호화기로 전송할 수 있다.
현재 PU의 움직임 예측시 AMVP 모드를 사용한 경우, AMVP 후보들 중 현재 PU의 움직임 벡터 정보와 비교하여 코스트 함수가 최소가 되는 후보를 결정한다. 코스트 함수를 최소화하는 후보의 움직임 정보와 현재 PU의 움직임 정보 사이의 차이값과, 코스트 함수를 최소화하는 후보를 이용하여 움직임 보상 후 잔여(residual) 신호를 얻을 수 있다. 즉, 부호화기는 현재 PU의 움직임 벡터와 최적의 예측자(best predictor)의 움직임 벡터 사이의 차이(MVD; Motion Vector Difference)를 엔트로피 부호화한다.
부호화기는 움직임 보상을 통해 현재 블록의 픽셀값과 예측 블록의 픽셀값을 픽셀 단위로 차분을 구해서 잔여(residual) 신호를 획득하고(S750), 획득된 잔여 신호를 변환한다(S760).
잔여 신호는 변환을 거쳐 부호화되는데, 변환 부호화 커널을 적용하여 변환될 수 있다. 변환 부호화 커널의 크기는 2 x 2, 4 x 4, 8 x 8, 16 x 16, 32 x 32, 또는 64 x 64일 수 있고, 변환에 사용되는 커널은 미리 제한할 수도 있다. 이때, 변환에 의해 변환 계수가 생성되며, 변환 계수는 2차원 블록 형태이다. 예를 들어, n x n 블록에 대한 변환 계수 C는 다음 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2012009372-appb-M000002
여기서, C(n, n)은 n*n 크기의 변환 계수에 대한 행렬이고, T(n, n)은 n*n 크기의 변환 커널 행렬이고, B(n, n)은 n*n 크기의 잔여 블록에 대한 행렬이다.
상술한 수학식 4에 의해 계산된 변환 계수는 이후 양자화된다.
부호화기는 잔여 신호와 변환 계수 중 어느 것을 전송할지 RDO를 기반으로 결정한다(S770). 예측이 잘된 경우에는 변환 부호화 없이 잔여 신호를 그대로 전송할 수 있다. 이때, 변환 부호화 전/후의 비용 함수(cost function)를 비교할 수 있으며, 비용이 최소화되는 방법을 선택할 수 있다.
그리고, 현재 블록에 대해 전송할 신호의 타입(잔여 신호 또는 변환 계수)을 시그널링하고, 이를 복호화기로 전송할 수 있다. 예컨대, 잔여 신호를 변환 부호화하지 않고 그대로 전송하는 방법이 비용을 최소화하는 경우라면 현재 블록에 대한 잔여 신호를 시그널링하고, 변환 계수를 전송하는 방법이 비용을 최소화하는 경우라면 현재 블록에 대한 변환 계수를 시그널링할 수 있다.
부호화기는 변환 계수를 스캔한다(S780). 양자화된 2차원의 블록 형태의 변환 계수를 스캔하여 1차원의 벡터 형태의 변환 계수로 변경한다.
부호화기는 전송 대상 정보에 대하여 엔트로피 부호화한다(S790). 예컨대, 스캔된 변환 계수와 인터 예측 모드에 관한 정보를 엔트로피 부호화한다. 부호화된 정보들은 압축된 비트 스트림을 형성하여 NAL(Network Abstraction Layer)을 통해 전송되거나 저장될 수 있다.
도 8은 전술한 본 발명이 적용되는 영상 복호화 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8의 각 단계는 도 2에서 설명한 영상 복호화 장치에 대응하는 구성 내에서 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 복호화기는 수신한 비트 스트림을 엔트로피 복호화한다(S800). 복호화기는 VLC(Variable Length Coding) 테이블로부터 블록 타입을 파악하고, 현재 블록의 예측 모드를 알 수 있다. 또한, 복호화기는 현재 블록에 대해서 전송된 정보가 잔여 신호인지 변환 계수인지에 관한 정보를 확인할 수 있다. 확인된 결과에 따라서, 현재 블록에 대한 잔여 신호 또는 변환 계수를 획득할 수 있다.
복호화기는 엔트로피 복호화된 잔여 신호나 변환 계수를 역스캔(inverse scan)한다(S810).
복호화기는 잔여 신호의 경우 역스캔하여 잔여 블록을 생성하고, 변환 계수의 경우 2차원 블록 형태의 변환 블록을 생성한다. 변환 블록이 생성된 경우, 복호화기는 변환 블록을 역양자화, 역변환하여 잔여 블록을 얻을 수 있다. 변환 블록의 역변환을 통해 잔여 블록을 얻는 과정은 수학식 3과 같다.
수학식 3
Figure PCTKR2012009372-appb-M000003
여기서, B(n, n)은 n*n 크기의 잔여 블록에 대한 행렬이고, T(n, n)은 n*n 크기의 변환 커널 행렬이고, C(n, n)은 n*n 크기의 변환 계수에 대한 행렬이다.
복호화기는 인터 예측을 수행한다(S820). 복호화기는 예측 모드에 관한 정보를 복호화하여 예측 모드에 따라 인터 예측을 수행할 수 있다.
예를 들어, 예측 모드(PredMode)가 머지(Merge) 모드인 경우(예컨대, PredMode== MODE_SKIP && Merge_Flag==1), 머지 모드를 통해 휘도(luma) 성분의 움직임 벡터(mvLX), 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 구해야 한다. 이를 위해, 공간적(spatial) 방향으로 현재 PU에 인접한 인접 PU의 파티션들로부터 머지 후보를 추출한다. 그리고, 현재 PU의 시간적(temporal) 머지 후보를 구하기 위해 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 구한다. 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 이용하여 가용한 시간적 움직임 벡터 예측값(MVP)를 얻을 수 있다. 상기의 공간적 머지 후보와 시간적 머지 후보를 기초로 작성된 머지 후보 리스트(MergeCandList) 내 후보의 개수(NumMergeCand)가 1이면 머지 후보 인덱스(Merge_Idx)의 값을 1로 설정하고, 그렇지 않으면 머지 후보 인덱스(Merge_Idx)의 값을 수신한 머지의 인덱스 값으로 설정한다. 수신한 머지 인덱스의 값이 가리키는 머지 후보의 움직임 벡터(mvLX)와 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 추출하고, 이를 움직임 보상에 사용한다.
예측 모드(PredMode)가 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드인 경우, 현재 PU의 참조픽처인덱스(refIdxLX)를 추출하고, 이를 이용하여 휘도(luma) 성분의 움직임 벡터 예측값(mvpLX)를 구한다. 보다 구체적으로, 현재 PU에 인접한 인접 PU들로부터 공간적(spatial) 움직임 벡터 후보(MVP)를 추출하고, 참조픽처인덱스(refIdxLX)가 가리키는 동일 위치(co-located) 블록의 시간적(temporal) 움직임 벡터 후보(MVP)를 추출한다. 추출된 공간적 움직임 벡터 후보와 시간적 움직임 벡터 후보를 기초로 MVP 리스트(mvpListLX)를 작성한다. 작성된 MVP 리스트에서 여러 개의 움직임 벡터가 동일한 값을 가지면, 가장 우선순위가 높은 것을 제외한 나머지 모든 움직임 벡터를 MVP 리스트에서 삭제한다. 여기서, 움직임 벡터의 우선순위는 상술한 바와 같이, 현재 PU의 왼쪽 인접블록(mvLXA), 현재 PU의 상위 인접블록(mvLXB), 시간적 동일 위치(co-located) 블록의 움직임 벡터(mvLXCol) 순서이며, 단 가용한 벡터에 한정한다. MVP 리스트(mvpListLX) 내 MVP 후보의 개수(NumMVPCand(LX))가 1이면 MPV 후보 인덱스(mpvIdx)의 값을 0으로 설정하고, 그렇지 않으면(즉, MPV 후보가 2개 이상이면) MPV 후보 인덱스(mpvIdx)의 값을 수신한 인덱스 값으로 설정한다. 이때, MVP 리스트(mvpListLX) 내 움직임 후보들 중 MPV 후보 인덱스(mpvIdx)가 가리키는 움직임 벡터를 움직임 벡터 예측값(mvpLX)으로 결정한다. 그리고, 아래 수학식 4와 움직임 벡터 예측값(mvpLX)을 이용하여 움직임 벡터(mvLX)를 산출할 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2012009372-appb-M000004
여기서, mvLX[0], mvdLX[0], mvpLX[0]은 LX 움직임 벡터의 x 성분 방향 값이며, mvLX[1], mvdLX[1], mvpLX[1]은 LX 움직임 벡터의 y 성분 방향 값이다.
복호화기는 움직임 정보를 기반으로 예측 신호를 생성한다(S830). 움직임 정보는 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 이용하여 산출되는 움직임 벡터를 포함한다. 이때, 참조 블록의 외삽 및 보간을 통해 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 현재 블록에 대한 인터 예측을 수행하기 위한 참조 블록을 참조 픽처로부터 획득한다. 획득된 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하고, 이를 통해 참조 블록의 영역 밖에 외삽 참조 픽셀을 생성하여 최종 참조 블록을 도출한다. 최종 참조 블록 내 픽셀들을 기초로 보간 필터를 적용하여 정수 이하 단위의 서브 픽셀 값을 산출한다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3 및 도 6을 참조하여 전술한 바 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
복호화기는 재생 신호를 생성한다(S840). 예컨대, 복호화기는 잔여 신호와 이전 프레임의 신호를 더해서 재생 신호를 생성할 수 있다. 계산된 움직임 벡터를 이용하여 이전 프레임에서 움직임 보상된 예측 신호와 복호화된 현재 PU의 잔여 신호를 더해서 재생 신호를 생성할 수 있다.
상술한 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 현재 블록에 대한 움직임 정보를 획득하는 엔트로피 복호화하는 단계; 및
    상기 움직임 정보를 기반으로 상기 현재 블록에 대응하는 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 움직임 정보는 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 획득된 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 기반으로 산출된 움직임 벡터를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예측 블록을 생성하는 단계에서, 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하여 최종 참조 블록을 획득하고, 상기 최종 참조 블록을 기반으로 보간을 수행하여 상기 움직임 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 참조 블록의 크기는 상기 현재 블록의 크기 보다 크거나 같고, (상기 현재 블록의 가로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)x(상기 현재 블록의 세로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1) 크기 보다 작으며,
    상기 최종 참조 블록의 크기는 상기 참조 블록의 크기 보다 큰 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 외삽은 상기 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽 참조 픽셀을 생성하며, 상기 최종 참조 블록은 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보간은 상기 보간을 수행할 서브 픽셀의 수평 방향 또는 수직 방향에 위치한 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. 현재 블록에 대한 움직임 정보를 획득하는 엔트로피 복호화부; 및
    상기 움직임 정보를 기반으로 상기 현재 블록에 대응하는 예측 블록을 생성하는 예측부를 포함하며,
    상기 움직임 정보는 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 획득된 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 기반으로 산출된 움직임 벡터를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  7. 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 이용하여 산출되는 움직임 벡터를 기반으로 현재 블록에 대한 예측을 수행하는 단계; 및
    상기 예측에 관한 정보를 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하며,
    상기 정수 이하 단위의 서브 픽셀은 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 예측을 수행하는 단계에서, 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 기반으로 외삽을 수행하여 최종 참조 블록을 획득하고, 상기 최종 참조 블록을 기반으로 보간을 수행하여 상기 움직임 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 참조 블록의 크기는 상기 현재 블록의 크기 보다 크거나 같고, (상기 현재 블록의 가로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1)x(상기 현재 블록의 세로 크기 + 보간 필터 탭의 길이 - 1) 크기 보다 작으며,
    상기 최종 참조 블록의 크기는 상기 참조 블록의 크기 보다 큰 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 외삽은 상기 참조 블록 내 적어도 하나의 참조 픽셀을 기반으로 외삽 참조 픽셀을 생성하며, 상기 최종 참조 블록은 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보간은 상기 보간을 수행할 서브 픽셀의 수평 방향 또는 수직 방향에 위치한 상기 외삽 참조 픽셀 및 상기 참조 블록 내 참조 픽셀을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  12. 정수 이하 단위의 서브 픽셀을 이용하여 산출되는 움직임 벡터를 기반으로 현재 블록에 대한 예측을 수행하는 예측부; 및
    상기 예측을 수행하기 위한 정보를 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하며,
    상기 정수 이하 단위의 서브 픽셀은 참조 블록의 외삽(extrapolation) 및 보간(interpolation)을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
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