WO2014107072A1 - 무손실 코딩 방식의, 비디오 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

무손실 코딩 방식의, 비디오 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to encoding and decoding video of a lossless coding scheme, and more particularly, to a method and apparatus for encoding and decoding a last position of an effective transform coefficient in a lossless coding scheme.
  • the image is divided into blocks of a predetermined size, and then inter prediction or intra prediction ( intra prediction) to obtain residual data of the block.
  • the residual data is compressed through transform, quantization, scanning, run length coding, and entropy coding.
  • entropy coding a bitstream is output by entropy coding a syntax element, for example, information such as a transform coefficient or a prediction mode.
  • the decoder parses and extracts syntax elements from the bitstream, and reconstructs an image based on the extracted syntax elements.
  • the above-mentioned step of quantizing the residual data may be omitted.
  • both the transform and quantization steps may be omitted.
  • the residual data may be directly entropy coded like the transform coefficients.
  • the value since the last position of the conventional effective transform coefficient or the effective residual data is entropy coded based on the low frequency region (upper left corner of the coding unit), the value has always been large in the lossless image compression scheme. That is, in the lossless video compression scheme, the length of bits required for encoding the last position is increased.
  • the present invention provides a method and apparatus for efficiently encoding and decoding the last transform position of an effective transform coefficient or residual data in a lossless video compression scheme.
  • the last position encoding and decoding method of the effective transform coefficients may reduce the encoding size of the entropy coding corresponding to the last position of the effective transform coefficients in a lossless coding scheme, and may encode and decode Can increase.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus, according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus, according to an embodiment.
  • FIG. 3 illustrates a concept of coding units, according to an embodiment.
  • FIG. 4 illustrates a detailed block diagram of a video encoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment.
  • FIG. 5 illustrates a detailed block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment.
  • 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 exemplary embodiment.
  • 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 a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 14A illustrates a block diagram of an apparatus for encoding last positions of valid transform coefficients or valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • 14B is a flowchart of a method of encoding a last position of valid transform coefficients in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • 14C illustrates a flowchart of a method of encoding last last of valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • FIG. 15 illustrates an example of obtaining transform coefficients included in a transform unit.
  • FIG. 16 is a diagram for describing bits required according to a size of a syntax element corresponding to a last position of an effective transform coefficient, according to an embodiment.
  • 17 illustrates an example of determining a syntax element corresponding to a last position of an effective transform coefficient, according to an embodiment.
  • 18A illustrates a block diagram of an apparatus for decoding a last position of valid transform coefficients or valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • 18B is a flowchart of a method of decoding the last position of valid transform coefficients in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • 18C is a flowchart of a method of decoding a last position of valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • the effective transform coefficient last position encoding method may perform a scan from a first point to a second point of a coding unit in a predetermined order to determine a transform coefficient included in the coding unit. Obtaining; Determining a last position of a non-zero effective transform coefficient among transform coefficients included in the coding unit; Determining location information corresponding to the determined last location, based on the second point; And encoding the determined position information.
  • the location information may be a value corresponding to a distance from the second point to the determined last location.
  • the location information may be a coordinate value corresponding to the determined last location, which is based on the second point.
  • the first point may be an upper left corner of the coding unit, and the second point may be a lower right corner of the coding unit.
  • the first point may be a low frequency position of the coding unit
  • the second point may be a position corresponding to a high frequency position or a high frequency position of the coding unit.
  • the encoding method of the last position may further include encoding transform coefficients included in the coding unit in the reverse order of the predetermined order from the determined last position.
  • the transform coefficient may be residual data on which a discrete cosine transform (DCT) is performed.
  • DCT discrete cosine transform
  • a method of decoding the last position of an effective transform coefficient in a lossless coding method comprising: obtaining position information corresponding to a last position of an effective transform coefficient included in a coding unit from a bitstream; And determining the last position based on the obtained position information, wherein the obtained position information may be a value corresponding to a distance from a high frequency region of the coding unit to the last position.
  • the position information may indicate the last position of the effective transform coefficient based on the lower right corner of the coding unit.
  • the position information may be a coordinate value corresponding to the last position, using the lower right corner of the coding unit as an origin.
  • the decoding method may further include decoding a transform coefficient included in the coding unit from the determined last position.
  • scanning is performed from a first point to a second point of a coding unit in a predetermined order, thereby converting the transform included in the coding unit.
  • a scan unit for obtaining a coefficient A last position determiner configured to determine a last position of a non-zero effective transform coefficient among coefficients included in the coding unit;
  • a location information determination unit determining location information corresponding to the determined last location based on the second point;
  • an encoder encoding the determined position information.
  • the location information may be a value corresponding to a distance from the second point to the determined last location.
  • the encoder may encode the transform coefficients included in the coding unit in a reverse order of the predetermined order from the determined last position.
  • the present invention provides a position information obtaining unit for obtaining position information corresponding to a last position of an effective transform coefficient included in a coding unit from a bitstream in the apparatus for decoding the last position of the effective transform coefficient in a lossless coding scheme according to an embodiment. ; And a last position determiner configured to determine a last position of the effective transform coefficient based on the obtained position information, wherein the obtained position information is from the high frequency region of the coding unit to the last position. It may be a value corresponding to the distance of.
  • the decoding apparatus may further include a decoder which decodes transform coefficients included in the coding unit from the determined last position.
  • the last position encoding method of valid residual data in a lossless coding scheme scanning is performed from a first point to a second point of a coding unit in a predetermined order to be included in the coding unit. Acquiring residual data; Determining a last position of valid non-zero residual data among the residual data included in the coding unit; Determining location information corresponding to the determined last location, based on the second point; And encoding the determined position information.
  • FIGS. 14A to 18B a process of encoding and decoding the last positions of the valid transform coefficients or the valid residual data in the encoding and decoding methods 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.
  • 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 according to an embodiment is a data unit having a size of 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, etc., and has a horizontal and vertical size greater than 8, and each side has a square power of 2 power. It may be a data unit.
  • 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 includes information about transform coefficients as 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 entropy encoder 120 determines a transform unit effective coefficient flag cbf indicating whether a transform unit includes a non-zero transform coefficient based on the transform depth of the transform unit.
  • Entropy coding can be performed using a context model. A process of entropy encoding the syntax elements related to the transformation unit in 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.
  • the video decoding apparatus 200 includes a parser 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 parser 210 parses a syntax element by receiving a bitstream of an encoded video.
  • the entropy decoding unit 220 performs an entropy decoding on the parsed syntax elements to perform arithmetic decoding on the syntax element representing the encoded image data based on coding units having a tree structure, and hierarchically decodes the arithmetic decoded syntax element.
  • Output to the decoder 230 That is, the entropy decoder 220 restores the syntax element by performing entropy decoding on the syntax element received in the form of bit strings of 0 and 1.
  • the entropy decoder 220 extracts additional information such as coding depth, encoding mode, color component information, prediction mode information, and the like for the coding units having a tree structure for each maximum coding unit.
  • 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, transform coefficient 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 according to the maximum coding units 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 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 illustrates a detailed block diagram of a video encoding apparatus 400 based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment.
  • 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.
  • the data output from the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 is output as transform coefficients through the frequency converter 430.
  • the video encoding apparatus further undergoes a process of quantizing the data passing through the frequency converter 430 to increase the compression rate of the data.
  • the video encoding apparatus 400 according to an embodiment performs quantization in order to perform lossless coding. The quantization step and the inverse quantization step are bypassed to prevent data loss.
  • the transform coefficients are restored to the data of the spatial domain through the frequency inverse transformer 470, and the restored spatial data is post-processed through the deblocking block 480 and the loop filtering unit 490 to the reference frame 495. Is output.
  • the transform coefficients may be output to the bitstream 455 via the entropy encoder 450.
  • the video encoding apparatus 400 may perform at least one of operations of the frequency converter 430, the deblocking unit 480, and the loop filtering unit 490 to perform lossless coding. The operation may be omitted further.
  • Residual data may be directly entropy encoded and decoded.
  • the method of encoding and decoding the residual data may be equally applied to the method of encoding and decoding the above-described transform coefficients. That is, in an exemplary embodiment in which both the transform step and the quantization step are omitted for lossless coding and thus entropy-encodes and decodes the residual data directly, the entropy encoder 450 may process the residual data as converted data. have.
  • the transform unit described herein may be regarded as a coding unit. That is, it will be clearly understood by those skilled in the art according to an embodiment that the operation performed on the transform coefficient herein may be performed by considering the residual data as the transform coefficient.
  • the entropy encoder 450 may include syntax elements related to a transform unit, for example, a subblock flag (coded_sub_block_flag) indicating whether the transform coefficients of the subblock are all 0 and a position of a non-zero transform coefficient.
  • a subblock flag coded_sub_block_flag
  • a first threshold flag (coeff_abs_level_greater1_flag) indicating whether the transform coefficient has a value greater than 1
  • a second threshold flag (coeff_abs_level_greather2_flag), indicating whether the transform coefficient has a value greater than 2
  • the first Transformation coefficients (coeff_abs_level_remaining) corresponding to the difference between the baselevel determined based on the first threshold flag and the second threshold flag and the actual transform coefficient abscoeff, and non-zero transforms in the transform unit Bit by arithmetic coding of position information (last_significant_coeff_x, last_significant_coeff_y) indicating the last position of the coefficient The outputs.
  • 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.
  • the entropy encoder 450, the frequency inverse transformer 470, the deblocking unit 480, and the loop filter 490 all consider coding units having a tree structure in consideration of the maximum depth for each largest coding unit. The operation based on each coding unit must be performed.
  • the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 consider partitions and prediction of each coding unit among the coding units having a tree structure in consideration of the maximum size and the maximum depth of the current maximum coding unit.
  • the mode converter 430 determines the size of the transform unit in each coding unit among the coding units having a tree structure.
  • FIG. 5 illustrates a detailed block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a hierarchical structure, according to an embodiment.
  • the bitstream 505 is parsed through the parser 510 and the syntax elements, which are information about the encoded image data and the encoding necessary for decoding, are parsed.
  • the encoded image data is output as decoded data through the entropy decoder 520.
  • a general video decoding apparatus further undergoes inverse quantization of data passing through the entropy decoding unit 520, but the video decoding apparatus 500 according to an embodiment receives data without quantization in order to perform lossless coding. Therefore, the inverse quantization step may be bypassed, or both the inverse transform step and the inverse quantization step may be omitted
  • the entropy decoding unit 520 may include syntax elements related to a transform unit from a bitstream, for example.
  • a subblock flag (coded_sub_block_flag) indicating whether the transform coefficients of the subblocks are all zero, a importance map indicating the position of nonzero transform coefficients, and a first threshold indicating whether the transform coefficient has a value greater than 1 Value flag (coeff_abs_level_greater1_flag), a second threshold flag indicating whether the transform coefficient has a value greater than two (coeff_abs_level_greather2_flag), the size information (coeff_abs_level_remaining) of the transform coefficient corresponding to the difference value between the baselevel determined based on the first threshold flag, the second threshold flag and the actual transform coefficient abscoeff, and the transform unit.
  • coded_sub_block_flag coded_sub_block_flag
  • position information (last_significant_coeff_x, last_significant_coeff_y) indicating a last position of a non-zero transform coefficient is obtained, and the obtained syntax elements are arithmetically decoded to recover syntax elements.
  • the frequency inverse transform unit 540 restores the decoded data into image data of a spatial domain. Meanwhile, when the transform step is omitted for lossless encoding, the frequency inverse transform unit 540 may be omitted in the video decoding apparatus 500 of FIG. 5. In this case, the above-described or later transform units and transform coefficients may be understood as coding units and residual data, respectively.
  • the intra prediction unit 550 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode
  • 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.
  • the parser 510, the entropy decoder 520, the frequency inverse transform unit 540, and the intra predictor which are components of the image decoder 500 may be used.
  • the motion compensator 560, the deblocking unit 570, and the loop filtering unit 580 must all perform operations based on coding units having a tree structure for each maximum coding unit.
  • the intra predictor 550 and the motion compensator 560 determine partitions and a prediction mode for each coding unit having a tree structure, and the frequency inverse transform unit 540 must determine the size of a transform unit for each coding unit.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment.
  • 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 size conversion unit 720 is 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 exemplary embodiment.
  • 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 prediction unit 940 for predictive encoding of the coding unit 930 having a depth of 1 and a size of 2N_1x2N_1 includes a partition type 942 having a size of 2N_1x2N_1, a partition type 944 having a size of 2N_1xN_1, and a partition type having a size of N_1x2N_1.
  • 946, a partition type 948 of size N_1 ⁇ N_1 may be included.
  • 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 for each depth, and may use the decoding depth 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 symmetrical ratio, and the asymmetric partition types 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N, which are divided by the asymmetrical 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 a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, 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 that
  • the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 may perform lossless encoding and decoding.
  • quantization is omitted, so that the context level of the quantization is assumed.
  • Transform coefficient coding can lead to inefficiency.
  • the transform unit may exist at a position close to the low frequency region of the transform unit, but may be present at a position close to the high frequency region in a lossless coding method that does not perform quantization.
  • predetermined syntax elements related to a transform unit for example, a subblock flag (coded_sub_block_flag) indicating whether the transform coefficients of the subblock are all 0, and the positions of nonzero transform coefficients A significance map indicating, a first threshold flag (coeff_abs_level_greater1_flag) indicating whether the transform coefficient has a value greater than 1, a second threshold flag (coeff_abs_level_greather2_flag) indicating whether the transform coefficient has a value greater than 2, It would be inefficient to encode and transmit the size information coeff_abs_level_remaining of transform coefficients corresponding to the difference between the baselevel determined based on the first threshold flag and the second threshold flag and the actual transform coefficient abscoeff. Can be. Therefore, the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 according to an exemplary embodiment may omit an operation related to a method of obtaining, encoding, and transmitting a syntax
  • the encoding process and the entropy decoding unit 220 of the video decoding apparatus 200 of FIG. 2 are performed to encode the last position of the effective transform coefficients performed by the entropy encoding unit 120 of the video encoding apparatus 100 of FIG. 1.
  • the last position decoding process of the effective transform coefficients will be described in detail.
  • FIG. 14A illustrates a block diagram of an apparatus for encoding last positions of valid transform coefficients or valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • the last position encoder 1400 of FIG. 14A corresponds to the entropy encoder 120 of the video encoder 100 of FIG. 1.
  • the last position encoding apparatus 1400 may include a scan unit 1410, a last position determiner 1420, a position information determiner 1430, and an encoder 1440. have.
  • the scan unit 1410 may acquire the transform coefficients included in the transform unit by scanning from the first point to the second point of the transform unit in a predetermined order.
  • the first point may be a low frequency position of the transform unit
  • the second point may be a high frequency position of the transform unit.
  • the first point may be the upper left corner of the transform unit
  • the second point may be the lower right corner of the transform unit.
  • the transform unit may be residual data on which a discrete cosine transform (DCT) is performed.
  • DCT discrete cosine transform
  • the last position determiner 1420 may determine a last position of a non-zero effective transform coefficient among coefficients included in a coding unit.
  • the location information determiner 1430 may determine location information corresponding to the determined last location based on the second point.
  • the location information may be a corresponding value of the distance from the second point to the determined last location. That is, it may be a coordinate value corresponding to the determined last position having the second point as the origin.
  • the location information may correspond to the above-described syntax element.
  • the encoder 1440 may encode the determined position information.
  • the above-described entropy coding may be used for location information coding.
  • 14B is a flowchart of a method of encoding a last position of valid transform coefficients in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • the scan unit 1410 may perform a scan from the first point to the second point of the conversion unit in a predetermined order to obtain transform coefficients included in the conversion unit.
  • the transform unit may be the same size as the coding unit.
  • FIG. 15 illustrates an example of obtaining transform coefficients included in a transform unit.
  • the size of the transformation unit 1500 of FIG. 15 is 16x16 is illustrated, the size of the transformation unit 2000 is not limited to the illustrated 16x16 and may have various sizes such as 4x4 to 32x32.
  • the transform unit 1500 may be divided into transform units having a smaller size.
  • the scan unit 1410 performs a scan (zigzag scan) in the order shown from the first point 1501 to the second point 1502 of the conversion unit included in the conversion unit 1500.
  • Transform coefficients can be obtained.
  • FIG. 15 illustrates an example in which a scan is performed in the transform unit 1501, the transform coefficient scan may be performed for each small transform unit (eg, 4 ⁇ 4) in the order shown in FIG. 15.
  • the last position determiner 1420 may determine a last position of a non-zero effective transform coefficient among coefficients included in a transform unit. That is, all of the transform coefficients according to the scan order after the last position have a value of zero.
  • 1510 may be the last position of the obtained effective transform coefficient.
  • the encoding apparatus 100 may encode the transform coefficients included in the transform unit in the reverse order of the scan order. Therefore, the encoding of the transform coefficients from the second position 1502 to the last position 1510 can be omitted.
  • the position information of the last position is entropy encoded as it is based on the first point 1501. For example, if the position of the last significant transform coefficient is (x, y) (x, y is an integer), the syntax elements last_significant_coeff_x (1511) and last_significant_coeff_y (1512), which represent (x, y) coordinate values, are entropy encoded and decoded. Can be.
  • a bit as shown in the table 1600 of FIG. 16 may be allocated to the syntax element of the last position entropy-encoded.
  • the last position of the effective transform coefficient may exist near the high frequency region 1502 (1510 in FIG. 15). That is, the last position of the effective transform coefficient may exist at a position close to the low frequency region 1501 of the transform unit when quantization is performed, but may exist at a position close to the high frequency region 1502 in a lossless coding scheme that does not perform quantization. Can be. Alternatively, if the frequency conversion is not performed, residual data other than zero may exist at a position corresponding to the high frequency region, so the last position may exist near the high frequency region.
  • the position information is determined based on the low frequency region 1501 as the last position of the effective transform coefficient, the value has always been large in lossless coding. In other words, the length of bits required for encoding the last position is increased.
  • the location information determiner 1430 may determine location information corresponding to the determined last location based on the second point 1502.
  • the encoder 1446 may encode the determined position information.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of determining a syntax element corresponding to a last position of an effective transform coefficient, according to an embodiment.
  • the syntax element corresponding to the last position of the effective transform coefficient may be determined as Last_x_rev and Last_x_rev based on the second point 1702.
  • Coordinates (Last_x_rev, Last_x_rev) corresponding to the last position encoded based on the second point 1702 may be determined as follows.
  • tsize may indicate a horizontal or vertical size of the coding unit.
  • the number of bits allocated for encoding the last position can be reduced.
  • the method of determining the position information corresponding to the last position of the above-described effective transform coefficients based on the second point is not always applied to video encoding and decoding, but from the first point to the last position. It may also be selectively applied by comparing the distance from and the distance from the second point to the last position.
  • 14C illustrates a flowchart of a method of encoding last last of valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • FIG. 14C illustrates an embodiment of directly entropy encoding residual data by omitting both transform and quantization steps in a lossless coding scheme according to an embodiment.
  • FIG. 14B since there is only a difference in which residual data of a coding unit without transform is input instead of the transform coefficient of the transform unit, only the difference is described.
  • the scan unit 1410 may acquire residual data included in the coding unit by scanning from the first point to the second point of the coding unit in a predetermined order.
  • the first point may be an upper left corner of the coding unit, and the second point may be a lower right corner of the coding unit.
  • the residual data may be regarded as the transform coefficient of FIG. 18B and processed, the first point is assumed to be converted.
  • a position corresponding to a low frequency position of the coding unit, and the second point may be a position corresponding to a high frequency position of the coding unit.
  • the last position determiner 1420 may determine a last position of non-zero residual data among coefficients included in a coding unit.
  • the location information determiner 1430 may determine location information corresponding to the determined last location based on the second point 1502.
  • the encoder 1446 may encode the determined position information.
  • 18A illustrates a block diagram of an apparatus for decoding a last position of valid transform coefficients or valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • 18B is a flowchart of a method of decoding the last position of valid transform coefficients in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • 18C is a flowchart of a method of decoding a last position of valid residual data in a lossless coding scheme, according to an embodiment.
  • the last position decoding apparatus 1800 corresponds to the entropy decoding unit 220 of the video decoding apparatus 200 of FIG. 2.
  • the last position decoding apparatus 1800 performs an inverse process of the encoding process performed by the last position encoding apparatus 1400 described above. Therefore, even if omitted below, it will be apparent to those skilled in the art that an operation necessary for performing an inverse process of an encoding process performed by the last position encoding apparatus 1400 may be further performed.
  • a location information acquisition unit 1810 and a last location determination unit 1820 may be included.
  • the position information acquirer 1810 may acquire position information corresponding to the last position of the effective transform coefficient included in the transform unit, from the bitstream.
  • the position information obtained here may be a value corresponding to the distance between the high frequency region of the coding unit and the last position. That is, the location information acquisition unit 1810 may obtain a syntax element encoded based on the aforementioned second point (1520 of FIG. 15 and 1720 of FIG. 17).
  • the last position determiner 1520 may determine the last position based on the obtained position information. For example, in FIG. 17, when the location information acquisition unit 1810 obtains the last information (Last_x_rev, Last_y_rev), the coordinates (x, y) corresponding to the last location 1710 are determined based on the first point 1701. Can be restored as follows.
  • the video decoding apparatus 200 may decode transform coefficients included in a transform unit from the acquired last position.
  • FIG. 18C illustrates an embodiment of directly entropy decoding residual data by omitting both transform and quantization steps in a lossless coding scheme according to an embodiment.
  • the data to be obtained by decoding the bitstream is residual data in which no conversion is performed instead of the effective conversion coefficient, only the difference is described.
  • the location information acquisition unit 1810 may obtain location information corresponding to the last location of the valid residual data included in the coding unit, from the bitstream.
  • the position information obtained here may be a value corresponding to a distance between a position corresponding to a high frequency region of the coding unit and a last position. That is, if there is no transform step, there is no high frequency region in the coding unit, but since the residual data in this embodiment can be regarded as the transform coefficient of FIG. 18B and can be processed, the effective residual from the position corresponding to the high frequency region
  • the value corresponding to the last position of the data may be encoded with position information.
  • the last position determiner 1520 may determine the last position based on the acquired position information.
  • the last position encoding and decoding method of the effective transform coefficients may reduce the encoding size of the entropy coding corresponding to the last position of the effective transform coefficients in a lossless coding scheme, and may encode and decode Can increase.
  • 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

일 실시예에 따른, 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 방법은, 부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 단계; 상기 부호화 단위에 포함된 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 단계; 상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 위치 정보를 부호화 하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무손실 코딩 방식의, 비디오 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치
본 발명은 무손실 코딩 방식의 비디오의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무손실 코딩 방식에 있어서 유효 변환 계수의 마지막 위치를 부호화 및 복호화 하는 방법 및 장치에 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 신택스 엘리먼트(Syntax element), 예를 들어 변환 계수나 예측 모드 등의 정보를 엔트로피 부호화하여 비트스트림을 출력한다. 디코더는 비트스트림으로부터 신택스 엘리먼트들을 파싱하여 추출하고, 추출된 신택스 엘리먼트에 기초하여 영상을 복원한다.
한편, 무손실 영상 압축방식에 있어서는 상술한 레지듀얼 데이터를 양자화 하는 단계가 생략될 수 있다. 또는 변환, 양자화 두 단계를 모두 생략될 수도 있다. 여기서, 변환 및 양자화 단계가 모두 생략되는 경우에는 레지듀얼 데이터를 변환 계수처럼 직접 엔트로피 부호화할 수 있다. 그런데, 종래의 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치는 저주파 영역(부호화 단위의 좌상측 모서리)을 기준으로 엔트로피 부호화 수행되므로, 무손실 영상 압축 방식에서는 항상 그 값이 커지는 문제가 있었다. 즉, 무손실 영상 압축 방식에서는 마지막 위치를 부호화 하기 위해 요구되는 비트의 길이가 길어졌다.
본 발명은 무손실 영상 압축방식에 있어서, 유효 변환 계수 또는 레지듀얼 데이터의 마지막 위치를 효율적으로 부호화 및 복호화 하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
물론, 본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 특징으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바에 따라서, 일 실시예에 따른 유효 변환 계수의 마지막 위치 부호화 및 복호화 방법은, 무손실 코딩 방식에 있어서 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 엔트로피 코딩의 부호화 크기를 줄일 수 있으며, 부호화 및 복호화 속도를 높일 수 있다.
도 1 은 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 4 는 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 구체적인 블록도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 구체적인 블록도를 도시한다.
도 6 는 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 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 14a 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 장치의 블럭도를 도시한다.
도 14b 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14c 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15 는 변환 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 일 예를 도시한다.
도 16 은 일 실시예에 따라 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 신택스 엘리먼트의 크기에 따라 필요한 비트를 설명하기 위한 도이다.
도 17은 일 실시예에 따라 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 신택스 엘리먼트를 결정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 18a 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 장치의 블럭도를 도시한다.
도 18b 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 18c 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
본 발명은, 일 실시예에 따라 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 마지막 위치 부호화 방법은, 부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 단계; 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 단계; 상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 위치 정보를 부호화 하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 위치 정보는 상기 제2 지점으로부터 상기 결정된 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 위치 정보는, 상기 제2 지점을 원점으로 하는, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 좌표 값일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제1 지점은 상기 부호화 단위의 좌측 상단 모서리이며, 상기 제2 지점은 상기 부호화 단위의 우측 하단 모서리일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제1 지점은 상기 부호화 단위의 저 주파수 위치이고, 상기 제2 지점은 상기 부호화 단위의 고 주파수 위치 또는 고 주파수 위치에 해당되는 위치 일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 마지막 위치의 부호화 방법은 상기 결정된 마지막 위치로부터 상기 소정 순서의 역순으로, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 부호화 하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 변환 계수는 DCT(Discrete cosine transform)가 수행된 레지듀얼 데이터일 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따라 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 의 마지막 위치 복호화 방법 있어서, 비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 마지막 위치를 결정하는 단계를 포함하는 복호화 방법에 있어서, 상기 획득되는 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역으로부터 상기 마지막 위치 까지의 거리에 대응하는 값일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 위치 정보는 상기 부호화 단위의 우측 하단 모서리를 기준으로 하여 상기 유효 변환 계수의 마지막 위치를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 우측 하단 모서리를 원점으로 하는, 상기 마지막 위치에 대응하는 좌표 값일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 복호화 방법은, 상기 결정된 마지막 위치로부터 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 복호화 하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 부호화 장치에 있어서, 부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 스캔부; 상기 부호화 단위에 포함된 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 마지막 위치 결정부; 상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 위치정보 결정부; 및 상기 결정된 위치 정보를 부호화 하는 부호화부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 위치 정보는 상기 제2 지점으로부터의 상기 결정된 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 부호화부는, 상기 결정된 마지막 위치로부터 상기 소정 순서의 역순으로, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 부호화 할 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 복호화 장치에 있어서, 비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득하는 위치정보 획득부; 및 상기 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 마지막 위치 결정부를 포함하는 비디오 복호화 장치에 있어서, 상기 획득되는 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역으로부터 상기 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값일 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 복호화 장치는, 상기 결정된 마지막 위치로부터 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 복호화 하는 복호화부를 더 포함 할 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 방법에 있어서, 부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 레지듀얼 데이터를 획득하는 단계; 상기 부호화 단위에 포함된 레지듀얼 데이터 중 0이 아닌 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치를 결정하는 단계; 상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 위치 정보를 부호화 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 장치에 있어서, 비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득하는 위치정보 획득부; 및 상기 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치를 결정하는 마지막 위치 결정부를 포함하는 비디오 복호화 장치에 있어서, 상기 획득되는 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역으로부터 상기 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값일 수 있다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 계층적 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오의 부호화 및 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 또한, 도 14a 내지 도 18b를 참조하여, 도 1 내지 도 13에서 설명된 비디오의 부호화 및 복호화 방식에서의 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치를 부호화 및 복호화 과정이 구체적으로 기술된다.
도 1 은 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 값을 가지며 각 변의 길이가 2의 제곱승(power of 2)인 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 결과로서 변환 계수들에 관한 정보를 포함한다. 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 변환 단위에 0이 아닌 변환 계수가 포함되었는지 여부를 나타내는 변환 단위 유효 계수 플래그(cbf)를 변환 단위의 변환 심도에 기초하여 결정된 컨텍스트 모델을 이용하여 엔트로피 부호화할 수 있다. 엔트로피 부호화부(120)에서 변환 단위와 관련된 신택스 엘리먼트들을 엔트로피 부호화하는 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 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 파싱부(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.
파싱부(210)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 신택스 엘리먼트를 파싱(parsing)한다. 엔트로피 복호화부(220)는 파싱된 신택스 엘리먼트들에 대한 엔트로피 복호화를 수행함으로써 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기초하여 부호화된 영상 데이터를 나타내는 신택스 엘리먼트를 산술 복호화하고, 산술 복호화된 신택스 엘리먼트를 계층적 복호화부(230)로 출력한다. 즉, 엔트로피 복호화부(220)는 0과 1의 비트열 형태로 수신된 신택스 엘리먼트에 대한 엔트로피 복호화를 수행하여 신택스 엘리먼트를 복원한다.
엔트로피 복호화부(220)는 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, 변환 단위의 크기 정보, 변환 계수 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.
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 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 일 실시예에 따른 계층적 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치(400)의 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)를 거쳐 변환 계수로 출력된다. 일반적인 비디오 부호화 장치는 데이터의 압축률을 높이기 위해 주파수 변환부(430)를 통과한 데이터가 양자화 되는 과정을 더 거치지만, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(400)는 무손실 코딩을 수행하기 위해 양자화를 통한 데이터 손실을 방지하기 위해 양자화 단계 및 역 양자화 단계가 생략(bypass) 된다.
변환 계수는 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. 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다. 한편, 다른 예로, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(400)는 무손실 코딩을 수행하기 위해, 주파수 변환부(430), 디블록킹부(480) 및 루프 필터링부(490)의 동작 중 적어도 하나의 동작을 더 생략할 수도 있다. 예를 들어, 변환 단계와 양자화 단계 모두 생략된 경우(즉, 도 4의 비디오 부호화 장치(400)에서 주파수 변환부(430) 및 주파수 역변환부(470)도 생략되는 경우), 상술한 변환 계수 대신 레지듀얼 데이터가 직접 엔트로피 부호화 및 복호화 될 수 있다. 이 때, 레지듀얼 데이터는 부호화 및 복호화 하는 방법은 상술한 변환 계수를 부호화 및 복호화 하는 방법이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 이하에서 무손실 코딩을 위해 변환 단계와 양자화 단계가 모두 생략되어 레지듀얼 데이터를 직접 엔트로피 부호화 및 복호화 하는 실시예의 경우, 엔트로피 부호화 부(450)는 레지듀얼 데이터를 변환 데이터로 간주하여 처리할 수 있다. 또한, 무손실 코딩을 위해 변환 단계가 생략된 실시예의 경우 본 명세서에서 설명되는 변환 단위는 부호화 단위로 간주될 수 있다. 즉, 이하, 본 명세서에서 변환 계수에 대해 수행되는 동작이 레지듀얼 데이터를 변환 계수로 간주하여 수행될 수 있음이 일 실시예에 따른 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.
일 실시예에 따른 엔트로피 부호화부(450)는 변환 단위와 관련된 신택스 엘리먼트들, 예를 들어, 서브 블록의 변환 계수가 전부 0인지 나타내는 서브 블록 플래그(coded_sub_block_flag), 0이 아닌 변환 계수의 위치를 나타내는 중요성맵(significance map), 변환 계수가 1보다 큰 값을 갖는지 여부를 나타내는 제 1 임계값 플래그(coeff_abs_level_greater1_flag), 변환 계수가 2보다 큰 값을 갖는지 여부를 나타내는 제 2 임계값 플래그(coeff_abs_level_greather2_flag), 제 1 임계값 플래그, 제 2 임계값 플래그에 기초하여 결정된 기본 레벨(baseLevel)과 실제 변환 계수(abscoeff) 사이의 차이값에 대응되는 변환 계수의 크기 정보(coeff_abs_level_remaining) 및 변환 단위에 있어서 0이 아닌 변환 계수의 마지막 위치를 나타내는 위치 정보(last_significant_coeff_x, last_significant_coeff_y)를 산술 부호화하여 비트열을 출력한다.
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), 엔트로피 부호화부(450), 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.
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.
도 5는 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 정보인 신택스 엘리먼트들이 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 를 거쳐 복호화된 데이터로 출력된다. 일반적인 비디오 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(520를 통과한 데이터가 역양자화 되는 과정을 더 거치지만, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(500)는 무손실 코딩을 수행하기 위해 양자화가 수행되지 않은 데이터를 수신하므로, 역양자화 단계가 생략(bypass) 된다. 또는 역변환 단계와 역양자 단계 모두 생략될 수도 있다. 일 실시예에 따른 엔트로피 복호화부(520)는 비트스트림으로부터 변환 단위와 관련된 신택스 엘리먼트들, 예를 들어, 서브 블록의 변환 계수가 전부 0인지 나타내는 서브 블록 플래그(coded_sub_block_flag), 0이 아닌 변환 계수의 위치를 나타내는 중요성맵(significance map), 변환 계수가 1보다 큰 값을 갖는지 여부를 나타내는 제 1 임계값 플래그(coeff_abs_level_greater1_flag), 변환 계수가 2보다 큰 값을 갖는지 여부를 나타내는 제 2 임계값 플래그(coeff_abs_level_greather2_flag), 제 1 임계값 플래그, 제 2 임계값 플래그에 기초하여 결정된 기본 레벨(baseLevel)과 실제 변환 계수(abscoeff) 사이의 차이값에 대응되는 변환 계수의 크기 정보(coeff_abs_level_remaining) 및 변환 단위에 있어서0이 아닌 변환 계수의 마지막 위치를 나타내는 위치 정보(last_significant_coeff_x, last_significant_coeff_y)를 획득하고 획득된 신택스 엘리먼트들을 산술 복호화하여 신택스 엘리먼트들을 복원한다.
주파수 역변환부(540)는 복호화된 데이터를 공간 영역의 영상 데이터로 복원한다. 한편, 무손실 부호화를 위해 변환 단계가 생략된 경우, 도 5의 비디오 복호화 장치(500)에서 주파수 역변환부(540)가 생략될 수 있다. 또한, 이 경우 상술한 또는 후술하는 변환 단위 및 변환 계수는 각각 부호화 단위 및 레지듀얼 데이터로 이해될 수 있다. 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), 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.
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.
도 6은 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 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.
한편, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 비디오 복호화 장치(200)는 무손실 부호화 및 복호화를 수행할 수 있는데, 무손실 부호화 및 복호화의 경우 양자화를 생략하기 때문에, 양자화를 전제하는 컨텍스트 레벨의 변환 계수 코딩방식은 비효율을 초래할 수 있다.
예를 들면, 공간 레지듀얼 데이터의 경우 주파수 변환(예컨데 DCT(Discrete cosine transform)이 수행 되면, 고주파 영역에 있어서는 매우 작은 값을 가지기 때문에, 대부분 0으로 양자화 될 수 있다. 따라서, 유효한 변환 계수만을 부호화 함으로써 압축 효율을 높일 수 있다. 하지만, 무손실 부호화 및 복호화에 있어서는 양자화를 수행하지 않기 때문에 고주파 영역에 있어서도 작은 값이지만 유효한 변환 계수가 더 많이 존재할 수 있다. 예컨데 유효 변환 계수의 마지막 위치는 양자화를 수행할 경우에는 변환 단위의 저주파 영역에 가까운 위치에 존재할 수 있지만, 양자화를 수행하지 않는 무손실 코딩 방식에서는 고주파 영역에 가까운 위치에 존재할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 저주파 영역에서의 거리를 기준으로 유효 변환 계수의 마지막 위치를 신택스 엘리먼트로 결정하게 되면 그 값의 크기가 커지는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제를 도 14a 및 도 18에서 후술하는 방법을 이용하여 해결하고자 한다. 또는 주파수 변환을 하지 않고 직접 부호화 할 경우 고주파 영역에 해당하는 위치에도 레지듀얼 데이터가 존재 할 수 있으므로 마지막 위치정보는 고주파 영역에 가까운 위치에 존재할 가능성이 더욱 높다.
또한, 무손실 코딩에서는 양자화를 수행하지 않기 때문에, 변환 단위와 관련된 소정 신택스 엘리먼트들, 예를 들어, 서브 블록의 변환 계수가 전부 0인지 나타내는 서브 블록 플래그(coded_sub_block_flag), 0이 아닌 변환 계수의 위치를 나타내는 중요성맵(significance map), 변환 계수가 1보다 큰 값을 갖는지 여부를 나타내는 제 1 임계값 플래그(coeff_abs_level_greater1_flag), 변환 계수가 2보다 큰 값을 갖는지 여부를 나타내는 제 2 임계값 플래그(coeff_abs_level_greather2_flag), 제 1 임계값 플래그 및 제 2 임계값 플래그에 기초하여 결정된 기본 레벨(baseLevel)과 실제 변환 계수(abscoeff) 사이의 차이값에 대응되는 변환 계수의 크기 정보(coeff_abs_level_remaining)를 부호화 하여 전송하는 것이 비효율 적일 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 비디오 복호화 장치(200)는 상술한 변환 단위와 관련된 신택스 엘리먼트를 획득하고, 부호화 하여 전송하는 방법과 관련된 동작을 생략할 수 있다.
이하, 도 1의 비디오 부호화 장치(100)의 엔트로피 부호화부(120)에서 수행되는 유효 변환 계수의 마지막 위치를 부호화 과정 및 도 2의 비디오 복호화 장치(200)의 엔트로피 복호화부(220)에서 수행되는 유효 변환 계수의 마지막 위치 복호화 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 14a 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 장치의 블럭도를 도시한다.
도 14a에 도시된 유효 변환 계수 또는 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 장치(이하, 마지막 위치 부호화 장치(1400))에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 14a에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 도 14a의 마지막 위치 부호화 장치(1400)는 도 1의 비디오 부호화 장치(100)의 엔트로피 부호화부(120)에 대응된다.
도 14a를 참조하면, 일 실시예에 따른 마지막 위치 부호화 장치(1400)는 스캔부(1410), 마지막 위치 결정부(1420), 위치 정보 결정부(1430) 및 부호화부(1440)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 스캔부(1410)는 변환 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 변환 단위에 포함된 변환 계수를 획득할 수 있다. 여기서 제1 지점은 변환 단위의 저 주파수 위치이고, 제2 지점은 변환 단위의 고 주파수 위치 일 수 있다. 따라서, 제1 지점은 변환 단위의 좌측 상단 모서리 이며, 제2 지점은 변환 단위의 우측 하단 모서리 일 수 있다. 또한, 여기서, 변환 단위는 DCT(Discrete cosine transform)가 수행된 레지듀얼 데이터 일 수 있다.
일 실시예에 따른 마지막 위치 결정부(1420)는 부호화 단위에 포함된 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 위치 정보 결정부(1430)는 제2 지점을 기준으로, 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정할 수 있다. 여기서 위치 정보는 제2 지점으로부터 결정된 마지막 위치까지의 거리의 대응하는 값일 수 있다. 즉, 제2 지점을 원점으로 하는, 결정된 마지막 위치에 대응하는 좌표 값일 수 있다. 여기서 위치 정보는 상술한 신택스 엘리먼트에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화부(1440)는 결정된 위치 정보를 부호화 할 수 있다. 위치 정보 부호화를 위해서 상술한 엔트로피 코딩이 이용될 수 있다.
이하, 14a의 마지막 위치 부호화 장치(1400)의 동작을 도 14b를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 14b 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14b를 참조하면,
단계 1415에서, 일 실시예에 따른 스캔부(1410)는 변환 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 변환 단위에 포함된 변환 계수를 획득할 수 있다. 여기서, 변환 단위는 부호화 단위와 동일한 크기 일 수 있다.
예를 들면, 도 15 는 변환 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 일 예를 도시한다. 도 15의 변환 단위(1500)의 크기가 16x16인 경우를 도시하였으나, 변환 단위(2000)의 크기는 도시된 16x16에 한정되지 않고 4x4~32x32 등의 다양한 크기를 가질 수 있다.
도 15를 참조하면, 변환 단위(1500)에 포함된 변환 계수의 엔트로피 부호화 및 복호화를 위하여, 변환 단위(1500)는 더 작은 크기의 변환 단위들로 분할될 수 있다. 먼저, 일 실시예에 따른 스캔부(1410)는 변환 단위의 제1 지점(1501)부터 제2 지점(1502)까지 도시된 순서로 스캔(지그재그 스캔)을 수행하여 변환 단위(1500)에 포함된 변환 계수를 획득할 수 있다. 도 15에서는 변환 단위(1501)에서 스캔이 수행되는 일 예를 도시하였지만, 작은 크기의 변환 단위(예컨대, 4X4)별로도 도 15에 도시된 순서대로 변환 계수 스캔이 이루어 질 수 있다.
다시, 도 14b를 참조하면, 단계 1425에서, 일 실시예에 따른 마지막 위치 결정부(1420)는 변환 단위에 포함된 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정할 수 있다. 즉, 마지막 위치 이후의 스캔 순서에 따른 변환 계수는 모두 0인 값을 갖는다. 예를 들면, 도 15에 있어서, 1510이 획득된 유효 변환 계수의 마지막 위치일 수 있다. 일 실시예에 따른 부호화 장치(100)는 마지막 위치가 결정되면, 상기 스캔 순서의 역순으로, 상기 변환 단위에 포함된 변환 계수를 부호화 할 수 있다. 따라서, 제2 위치(1502)로부터 마지막 위치(1510)까지의 변환 계수에 대한 부호화를 생략할 수 있다.
한편, 종래에는 마지막 위치의 위치 정보가 제1 지점(1501)을 기준으로 그대로 엔트로피 부호화 되었다. 예를 들어, 마지막 유효 변환 계수의 위치가 (x,y)(x,y는 정수)라면 (x,y) 좌표값을 나타내는 신택스 엘리먼트들인 last_significant_coeff_x(1511) 및 last_significant_coeff_y(1512)이 엔트로피 부호화 및 복호화될 수 있다.
또한, 엔트로피 부호화 되는 마지막 위치의 신택스 엘리먼트에는 도 16의 표(1600)에 도시된 것과 같은 비트가 할당 될 수 있다.
도 16을 참조하면, 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응되는 값의 크기가 커질수록 컨텍스트 모델링에 대응하여 할당되는 비트수가 길어지며, 결국 엔트로피 부호화를 위해 고정되는 바이너리 값이 증가하게 됨을 알 수 있다.
그런데, 무손실 부호화 및 복호화에 있어서는 양자화를 수행하지 않기 때문에 고주파 영역(도 15의 우측 하단)에 있어서 작은 값이지만 유효한 변환 계수가 더 많이 존재할 수 있다. 따라서, 유효 변환 계수의 마지막 위치가 고주파 영역(1502)에 가까운 곳(도 15의 1510)에 위치할 확률이 높다. 즉, 유효 변환 계수의 마지막 위치는 양자화를 수행할 경우에는 변환 단위의 저주파 영역(1501)에 가까운 위치에 존재할 수 있지만, 양자화를 수행하지 않는 무손실 코딩 방식에서는 고주파 영역(1502)에 가까운 위치에 존재할 수 있다. 또는 주파수 변환을 수행하지 않을 경우 고주파 영역에 해당한 위치에도 0이 아닌 레지듀얼 데이터가 존재할 가능성이 있으므로 마지막 위치는 고주파 영역에 가까운 위치에 존재 할수 있다.
그런대, 상술한 바와 같이 종래의 방식은 유효 변환 계수의 마지막 위치를 저주파 영역(1501)을 기준으로 위치 정보를 결정하므로 무손실 코딩에서는 항상 그 값이 커지는 문제가 있었다. 즉, 마지막 위치를 부호화 하기 위해 요구되는 비트의 길이가 길어졌다.
따라서, 단계 1435에서, 일 실시예에 따른 위치 정보 결정부(1430)는 제2 지점(1502)을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 단계 1445에서, 일 실시예에 따른 부호화부(1446)은 결정된 위치 정보를 부호화 할 수 있다.
예를 들어, 도 17은 일 실시예에 따라 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 신택스 엘리먼트를 결정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 일 실시예에 따라 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 신택스 엘리먼트는 제2 지점(1702)을 기준으로 하는 Last_x_rev, Last_x_rev로 결정될 수 있다.
즉, 제1 지점(1701)을 기준으로 결정된 마지막 위치(1710)에 대응되는 좌표(x, y)가,
(x, y) = (last_significant_coeff_x, last_significant_coeff_y_)라고 하면,
제2 지점(1702)을 기준으로 부호화 되는 상기 마지막 위치에 대응되는 좌표(Last_x_rev, Last_x_rev)는 다음과 같이 결정될 수 있다.
(Last_x_rev, Last_x_rev) = (tsize -1 - last_significant_coeff_x, tsize -1 - last_significant_coeff_y)
이때, tsize는 상기 부호화 단위의 가로 또는 세로 크기를 나타낼 수 있다.
상술한 방법을 이용함으로써, 무손실 코딩 방식에 있어서, 마지막 위치를 부호화 하기위해 할당되는 비트의 수를 줄일 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따라, 상술한 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 제2 지점을 기준으로 결정하는 방법은은 비디오 부호화 및 복호화에 항상 적용되지 않고, 제1 지점으로부터 마지막 위치까지의 거리와 제2 지점으로부터 마지막 위치까지 거리를 비교하여 선택적으로 적용될 수도 있다.
도 14c 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14c 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 변환 및 양자화 단계를 모두 생략하여 레지듀얼 데이터를 직접 엔트로피 부호화 하는 실시예를 나타낸다. 도 14b와 비교하여, 변환이 생략된 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 단위의 변환 계수 대신 입력되는 차이가 있을 뿐이므로, 차이점이 있는 부분에 대해서만 설명한다.
단계 단계 1416에서, 일 실시예에 따른 스캔부(1410)는 부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 레지듀얼 데이터를 획득할 수 있다.
여기서, 제1 지점은 부호화 단위의 좌측 상단 모서리 이며, 제2 지점은 부호화 단위의 우측 하단 모서리 일 수 있다. 한편, 변환 단계가 없는 경우 부호화 단위에 고주파 영역이 존재하지는 않지만, 본 실시예에 있어서 레지듀얼 데이터는 도 18b의 변환 계수로 간주되어 처리될 수 있므로, 변환 된 경우를 가정하여 제1 지점은 부호화 단위의 저 주파수 위치에 해당하는 위치이고, 제2 지점은 부호화 단위의 고 주파수 위치에 해당하는 위치 일 수 있다.
단계 1426에서, 일 실시예에 따른 마지막 위치 결정부(1420)는 부호화 단위에 포함된 계수 중 0이 아닌 레지듀얼 데이터의 마지막 위치를 결정할 수 있다.
단계 1436에서, 일 실시예에 따른 위치 정보 결정부(1430)는 제2 지점(1502)을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 단계 1446에서, 일 실시예에 따른 부호화부(1446)은 결정된 위치 정보를 부호화 할 수 있다.
도 18a 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 장치의 블럭도를 도시한다. 도 18b 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 복호화 방법의 흐름도를 도시한다. 도 18c 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 18a에 도시된 유효 변환 계수 또는 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 장치(이하, 마지막 위치 복호화 장치(1800))에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 18a에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 도 18a의 마지막 위치 복호화 장치(1800)는 도 2의 비디오 복호화 장치(200)의 엔트로피 복호화부(220)에 대응된다. 마지막 위치 복호화 장치(1800)는 전술한 마지막 위치 부호화 장치(1400)에서 수행되는 부호화 과정의 역과정을 수행한다. 따라서 이하에서 생략된 내용이더라도, 마지막 위치 부호화 장치(1400)에서 수행되는 부호화 과정의 역과정을 수행하기 위해 필요한 동작을 더 수행할 수 있음은 본 실시예가 속하는 기술분야의 기술자에게 자명하다.
도 18a를 참조하면, 위치정보 획득부(1810) 및 마지막 위치 결정부(1820)를 포함할 수 있다.
이하, 도 18b를 참조하여, 마지막 위치 복호화 장치(1800)의 동작의 일 예를 구체적으로 설명한다.
단계 1815에서, 일 실시예에 따른 위치정보 획득부(1810)는 비트스트림으로부터 변환 단위에 포함된 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득할 수 있다. 여기서 획득되는 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역과 상기 마지막 위치 사이의 거리에 대응하는 값일 수 있다. 즉, 위치정보 획득부(1810)는 상술한 제2 지점(도 15의 1520, 도 17의 1720)을 기준으로 부호화된 신택스 엘리먼트를 획득할 수 있다.
단계 1825에서, 일 실시예에 따른 마지막 위치 결정부(1520)는 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 마지막 위치를 결정할 수 있다. 예컨대, 도 17에 있어서 위치정보 획득부(1810)가 위치 정보로써(Last_x_rev, Last_y_rev)를 획득하면, 제1 지점(1701)을 기준으로 마지막 위치(1710)에 대응하는 좌표(x,y)를 하기와 같이 복원 할 수 있다.
(x,y)= (tsize -1 - Last_x_rev, tsize -1 - Last_y_rev)
추후, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 획득된 마지막 위치에서부터 변환 단위에 포함된 변환 계수를 복호화 할 수 있다.
이하, 도 18c를 참조하여, 마지막 위치 복호화 장치(1800)의 동작의 다른 예를 구체적으로 설명한다.
도 18c 는 일 실시예에 따른 무손실 코딩 방식에서 변환 및 양자화 단계를 모두 생략하여 레지듀얼 데이터를 직접 엔트로피 복호화 하는 실시예를 나타낸다. 도 18b와 비교하여, 비트스트림을 복호화 하여 획득될 데이터가 유효 변환 계수 대신 변환이 수행되지 않은 레지듀얼 데이터인 차이가 있을 뿐이므로, 차이점이 있는 부분에 대해서만 설명한다.
단계 1816에서, 일 실시예에 따른 위치정보 획득부(1810)는 비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득할 수 있다. 여기서 획득되는 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역에 해당하는 위치와 마지막 위치 사이의 거리에 대응하는 값일 수 있다. 즉, 변환 단계가 없는 경우 부호화 단위에 고주파 영역이 존재하지는 않지만, 본 실시예에 있어서 레지듀얼 데이터는 도 18b의 변환 계수로 간주되어 처리될 수 있므로, 고주파 영역에 해당하는 위치로부터 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치에 대응되는 값이 위치정보로 부호화 되어 있을수 있다.
단계 1826에서, 일 실시예에 따른 마지막 위치 결정부(1520)는 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 마지막 위치를 결정할 수 있다. 여기서
상술한 바에 따라서, 일 실시예에 따른 유효 변환 계수의 마지막 위치 부호화 및 복호화 방법은, 무손실 코딩 방식에 있어서 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 엔트로피 코딩의 부호화 크기를 줄일 수 있으며, 부호화 및 복호화 속도를 높일 수 있다.
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 (14)

  1. 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 마지막 위치 부호화 방법에 있어서,
    부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 단계;
    상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 단계;
    상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 위치 정보를 부호화 하는 단계를 포함하는 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 정보는 상기 제2 지점으로부터 상기 결정된 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 위치 정보는,
    상기 제2 지점을 원점으로 하는, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 좌표 값인 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 지점은 상기 부호화 단위의 좌측 상단 모서리이며, 상기 제2 지점은 상기 부호화 단위의 우측 하단 모서리인 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 지점은 상기 부호화 단위의 저 주파수 위치이고, 상기 제2 지점은 상기 부호화 단위의 고 주파수 위치 또는 고 주파수 위치에 해당되는 위치 인 것을 특징으로 하는 부호화 방법.
  6. 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수 의 마지막 위치 복호화 방법 있어서,
    비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 마지막 위치를 결정하는 단계를 포함하는 복호화 방법에 있어서,
    상기 획득된 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역으로부터 상기 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 위치 정보는,
    상기 부호화 단위의 우측 하단 모서리를 원점으로 하는, 상기 마지막 위치에 대응하는 좌표 값인 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
  8. 제 1항의 부호화 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  9. 제 6항의 부호화 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  10. 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 부호화 장치에 있어서,
    부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 변환 계수를 획득하는 스캔부;
    상기 부호화 단위에 포함된 계수 중 0이 아닌 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 마지막 위치 결정부;
    상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 위치정보 결정부; 및
    상기 결정된 위치 정보를 부호화하는 부호화부를 포함하는 부호화 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 위치 정보는 상기 제2 지점으로부터의 상기 결정된 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 부호화 장치.
  12. 무손실 코딩 방식에서 유효 변환 계수의 마지막 위치 복호화 장치에 있어서,
    비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 변환 계수의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득하는 위치정보 획득부; 및
    상기 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 유효 변환 계수의 마지막 위치를 결정하는 마지막 위치 결정부를 포함하는 비디오 복호화 장치에 있어서,
    상기 획득된 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역에 대응하는 위치로부터 상기 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 복호화 장치.
  13. 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 부호화 방법에 있어서,
    부호화 단위의 제1 지점부터 제2 지점까지 소정 순서로 스캔을 수행하여, 상기 부호화 단위에 포함된 레지듀얼 데이터를 획득하는 단계;
    상기 부호화 단위에 포함된 레지듀얼 데이터 중 0이 아닌 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치를 결정하는 단계;
    상기 제2 지점을 기준으로, 상기 결정된 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 위치 정보를 부호화 하는 단계를 포함하는 부호화 방법.
  14. 무손실 코딩 방식에서 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치 복호화 방법 있어서,
    비트스트림으로부터 부호화 단위에 포함된 유효 레지듀얼 데이터의 마지막 위치에 대응하는 위치 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 위치 정보에 기초하여 상기 마지막 위치를 결정하는 단계를 포함하는 복호화 방법에 있어서,
    상기 획득된 위치 정보는, 상기 부호화 단위의 고 주파수 영역에 대응하는 위치로부터 상기 마지막 위치까지의 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 복호화 방법.
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