WO2014107074A1 - 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법 및 장치 - Google Patents

스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법 및 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the encoding and decoding of video. More specifically, the present invention relates to a process of generating a prediction value by precisely compensating bidirectional motion of a scalable video.
  • image data is encoded according to a predetermined data compression standard, for example, a compression standard such as Moving Picture Expert Group (MPEG), and then stored in an information storage medium in the form of a bitstream or transmitted through a communication channel.
  • a compression standard such as Moving Picture Expert Group (MPEG)
  • MPEG Moving Picture Expert Group
  • Scalable video coding is a video compression method for appropriately adjusting and transmitting information in response to various communication networks and terminals.
  • encoded video of various layers is included in one bitstream to be adaptively serviced to various transmission networks and various receiving terminals.
  • video is encoded according to a limited encoding scheme based on a macroblock of a predetermined size.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to obtain a more accurate prediction value by performing a precise motion compensation pixel-by-pixel when generating the prediction value through the bi-directional motion compensation of the blocks of each layer in the encoding and decoding of scalable video will be.
  • the image data of the lower layer of the scalable video and the image data of the upper layer are used to determine the displacement motion vector in the pixel unit of the upper layer image, and to obtain a more accurate prediction value through precise bidirectional motion compensation for the upper layer image. do.
  • the prediction efficiency is improved by performing precise bidirectional motion compensation on a pixel-by-pixel basis using information of reference pictures without additional information.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a concept of coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a frequency transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 14 is a block diagram of the scalable video encoding apparatus 1400, according to an embodiment.
  • 15 is a block diagram of a scalable video decoding apparatus, according to an embodiment.
  • 16 is a block diagram of a scalable encoding apparatus 1600 according to an embodiment.
  • 17 is a block diagram of a scalable decoding apparatus 2400 according to an embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of a motion compensation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a motion compensation unit according to another embodiment of the present invention.
  • 20 is a reference diagram for explaining a block-based bidirectional motion prediction and compensation process according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a reference diagram for explaining a process of performing pixel-by-pixel motion compensation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a reference diagram for explaining a process of calculating horizontal and vertical gradient values according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a reference diagram for explaining a process of calculating horizontal and vertical gradient values according to another embodiment of the present invention.
  • 24 is a reference diagram for explaining a process of determining a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector according to an embodiment of the present invention.
  • 25 is a flowchart illustrating a motion compensation method for encoding and decoding scalable video, according to an embodiment.
  • a motion compensation method for encoding and decoding scalable video obtains a first prediction value of each pixel constituting the current block from a corresponding block of a base layer corresponding to a current block of an enhancement layer. step; Obtaining a first motion vector pointing to a first corresponding block of a first reference picture referenced by the current block and a second motion vector pointing to a second corresponding block of a second reference picture; Performing block-by-block bidirectional motion compensation for the current block using the first motion vector and the second motion vector; Performing pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture; Obtaining a second prediction value of each pixel constituting the current block by using the block-wise bidirectional motion compensation result and the pixel-by-pixel motion compensation result; And obtaining a prediction value of each pixel constituting the current block by using a weighted sum of the first prediction value and the second prediction value.
  • the motion compensation apparatus for encoding and decoding scalable video may include lower layer prediction that obtains a first prediction value of each pixel constituting the current block from a corresponding block of a base layer corresponding to a current block of an enhancement layer.
  • An information acquisition unit Obtain a first motion vector pointing to a first corresponding block of a first reference picture referenced by the current block and a second motion vector pointing to a second corresponding block of a second reference picture, and wherein the first motion vector and the second motion are obtained.
  • a block unit motion compensation unit for performing block unit bidirectional motion compensation on the current block using a vector; Perform pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block using pixels of the first reference picture and the second reference picture, and use the current block-by-block bidirectional motion compensation result and the pixel-by-pixel motion compensation result.
  • a pixel-by-pixel motion compensation unit for obtaining a second prediction value of each pixel constituting the block; And a prediction value generator for obtaining a prediction value of each pixel constituting the current block by using a weighted sum of the first prediction value and the second prediction value.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 includes a maximum coding unit splitter 110, a coding unit determiner 120, and an outputter 130.
  • the maximum coding unit splitter 110 may partition the current picture based on the maximum coding unit that is a coding unit of the maximum size for the current picture of the image. If the current picture is larger than the maximum coding unit, image data of the current picture may be split into at least one maximum coding unit.
  • the maximum coding unit may be a data unit having a size of 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, etc., and may be a square data unit having a square power of 2 with a horizontal and vertical size greater than eight.
  • the image data may be output to the coding unit determiner 120 for at least one maximum coding 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 coding unit determiner 120 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 coding unit determiner 120 encodes the image data in coding units according to depths for each maximum coding unit of the current picture, and selects a depth at which the smallest coding error occurs to determine the coding depth. The determined coded depth and the image data for each maximum coding unit are output to the outputter 130.
  • 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 coding unit determiner 120 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 partitioned 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 coding unit determiner 120 may determine not only a coding depth that generates a minimum coding 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 coding unit determiner 120 may measure a coding error of coding units according to depths using a Lagrangian Multiplier-based rate-distortion optimization technique.
  • the output unit 130 outputs the image data of the maximum coding unit encoded based on the at least one coded depth determined by the coding unit determiner 120 and the information about the encoding modes according to depths in the form of a bit stream.
  • the encoded image data may be a result of encoding residual data of the image.
  • the information about the encoding modes according to depths may include encoding depth information, partition type information of a prediction unit, prediction mode information, size information of a transformation unit, and the like.
  • the 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 output unit 130 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. .
  • 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 output unit 130 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 may adjust the coding unit in consideration of the image characteristics while increasing the maximum size of the coding unit in consideration of the size of the image, thereby increasing image compression efficiency.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the video decoding apparatus 200 includes a receiver 210, an image data and encoding information extractor 220, and an image data 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 receiver 205 receives and parses a bitstream of an encoded video.
  • the image data and encoding information extractor 220 extracts image data encoded for each coding unit from the parsed bitstream according to coding units having a tree structure for each maximum coding unit, and outputs the encoded image data to the image data decoder 230.
  • the image data and encoding information extractor 220 may extract information about a maximum size of a coding unit of the current picture from a header for the current picture.
  • the image data and encoding information extractor 220 extracts information about a coded depth and an encoding mode for the coding units having a tree structure for each maximum coding unit, from the parsed bitstream.
  • the extracted information about the coded depth and the coding mode is output to the image data decoder 230. That is, the image data of the bit string may be divided into maximum coding units so that the image data decoder 230 may decode the image data for each maximum coding unit.
  • the information about the coded depth and the encoding mode for each largest coding unit may be set with respect to one or more coded depth information, and the information about the coding mode according to the coded depths may include partition type information, prediction mode information, and transformation unit of the corresponding coding unit. May include size information and the like.
  • split information for each depth may be extracted as the coded depth information.
  • the information about the coded depth and the encoding mode according to the maximum coding units extracted by the image data and the encoding information extractor 220 may be encoded according to the depth according to the maximum coding unit, as in the video encoding apparatus 100 according to an embodiment.
  • the image data and the encoding information extractor 220 may determine the predetermined data.
  • Information about a coded depth and an encoding mode may be extracted for each unit. 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 image data 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 image data 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 image data 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 image data 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. Therefore, the image data 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 with respect to the image data of the current maximum coding unit.
  • the image data decoder 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 not only to improve the coding efficiency but also to accurately shape the image characteristics. Accordingly, the video data 310 or 320 having a higher resolution than the video data 330 may be selected to have a maximum size of 64.
  • the coding unit 315 of the video data 310 is divided twice from a maximum coding unit having a long axis size of 64, and the depth is deepened by two layers, so that the long axis size is 32, 16. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 335 of the video data 330 is divided once from coding units having a long axis size of 16, and the depth is deepened by one layer to increase the long axis size to 8. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 325 of the video data 320 is divided three times from the largest coding unit having a long axis size of 64, and the depth is three layers deep, so that the long axis size is 32, 16. , Up to 8 coding units may be included. As the depth increases, the expressive power of the detailed information may be improved.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoder 400 includes operations performed by the encoding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 to encode image data. That is, 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 are the current frame 405 of the inter mode. And the inter frame estimation and motion compensation using the reference frame 495.
  • Data output from the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 is output as a quantized transform coefficient through the frequency converter 430 and the quantizer 440.
  • the motion estimator 420 and the motion compensator 425 according to an embodiment of the present invention compensate for bidirectional motion on a pixel-by-pixel basis in addition to the bidirectional motion predicted and compensated results based on blocks at the time of bidirectional motion prediction and compensation. Do this. This will be described in detail later with reference to FIG. 14.
  • the quantized transform coefficients are restored to the data of the spatial domain through the inverse quantizer 460 and the frequency inverse transformer 470, and the recovered data of the spatial domain is passed through the deblocking block 480 and the loop filtering unit 490. It is post-processed and output to the reference frame 495.
  • the quantized transform coefficients may be output to the bitstream 455 via the entropy encoder 450.
  • an intra predictor 410, a motion estimator 420, a motion compensator 425, and a frequency converter that are components of the image encoder 400 may be used.
  • 430, quantization unit 440, entropy encoding unit 450, inverse quantization unit 460, frequency inverse transform unit 470, deblocking unit 480, and loop filtering unit 490 are all the maximum coding units. In each case, an operation based on each coding unit among the coding units having a tree structure should be performed in consideration of the maximum depth.
  • the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 partition each coding unit among coding units having a tree structure in consideration of the maximum size and the maximum depth of the current maximum coding unit.
  • a prediction mode, and the frequency converter 430 should determine the size of a transform unit in each coding unit among the coding units having a tree structure.
  • FIG. 5 is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • the bitstream 505 is parsed through the parsing unit 510, and the encoded image data to be decoded and information about encoding necessary for decoding are parsed.
  • the encoded image data is output as inverse quantized data through the entropy decoder 520 and the inverse quantizer 530, and the image data of the spatial domain is restored through the frequency inverse transformer 540.
  • the intra prediction unit 550 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode, and the motion compensator 560 uses the reference frame 585 together to apply the coding unit of the inter mode.
  • the motion compensator 560 according to an embodiment of the present invention performs bidirectional motion compensation on a pixel-by-pixel basis in addition to a block-based bidirectional motion compensation result in the bidirectional motion compensation. This will be described in detail later with reference to FIG. 14.
  • 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.
  • step-by-step operations after the parser 510 of the image decoder 500 may be performed.
  • a parser 510 In order to be applied to the video decoding apparatus 200 according to an exemplary embodiment, a parser 510, an entropy decoder 520, an inverse quantizer 530, and a frequency inverse transform unit which are components of the image decoder 500 may be used.
  • the intra predictor 550, the motion compensator 560, the deblocking unit 570, and the loop filtering unit 580 all perform operations based on coding units having a tree structure for each largest coding unit. shall.
  • the intra predictor 550 and the motion compensator 560 determine partitions and prediction modes for each coding unit having a tree structure, and the frequency inverse transform unit 540 must determine the size of the transform unit for each coding unit. do.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment use hierarchical coding units to consider image characteristics.
  • the maximum height, width, and maximum depth of the coding unit may be adaptively determined according to the characteristics of the image, and may be variously set according to a user's request. According to the maximum size of the preset coding unit, the size of the coding unit for each depth may be determined.
  • the hierarchical structure 600 of a coding unit illustrates a case in which a maximum height and a width of a coding unit are 64 and a maximum depth is four. Since the depth deepens along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit according to an embodiment, the height and the width of the coding unit for each depth are divided. In addition, a prediction unit and a partition on which the prediction encoding of each depth-based coding unit is shown along the horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit are illustrated.
  • the coding unit 610 has a depth of 0 as the largest coding unit of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and the size, ie, the height and width, of the coding unit is 64x64.
  • the depth is deeper along the vertical axis, the coding unit 620 of depth 1 having a size of 32x32, the coding unit 630 of depth 2 having a size of 16x16, the coding unit 640 of depth 3 having a size of 8x8, and the depth 4 of depth 4x4.
  • the coding unit 650 exists.
  • a coding unit 650 having a depth of 4 having a size of 4 ⁇ 4 is a minimum coding unit.
  • Prediction units and partitions of the coding unit are arranged along the horizontal axis for each depth. That is, if the coding unit 610 of size 64x64 having a depth of zero is a prediction unit, the prediction unit may include a partition 610 of size 64x64, partitions 612 of size 64x32, and size included in the coding unit 610 of size 64x64. 32x64 partitions 614, 32x32 partitions 616.
  • the prediction unit of the coding unit 620 having a size of 32x32 having a depth of 1 includes a partition 620 of size 32x32, partitions 622 of size 32x16 and a partition of size 16x32 included in the coding unit 620 of size 32x32. 624, partitions 626 of size 16x16.
  • the prediction unit of the coding unit 630 of size 16x16 having a depth of 2 includes a partition 630 of size 16x16, partitions 632 of size 16x8, and a partition of size 8x16 included in the coding unit 630 of size 16x16. 634, partitions 636 of size 8x8.
  • the prediction unit of the coding unit 640 of size 8x8 having a depth of 3 includes a partition 640 of size 8x8, partitions 642 of size 8x4 and a partition of size 4x8 included in the coding unit 640 of size 8x8. 644, partitions 646 of size 4x4.
  • the coding unit 650 of size 4x4 having a depth of 4 is the minimum coding unit and the coding unit of the lowest depth, and the corresponding prediction unit may also be set only as the partition 650 having a size of 4x4.
  • the coding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 may determine a coding depth of the maximum coding unit 610.
  • the number of deeper coding units according to depths for including data having the same range and size increases as the depth increases. For example, four coding units of depth 2 are required for data included in one coding unit of depth 1. Therefore, in order to compare the encoding results of the same data for each depth, each of the coding units having one depth 1 and four coding units having four depths 2 should be encoded.
  • encoding may be performed for each prediction unit of a coding unit according to depths along a horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and a representative coding error, which is the smallest coding error at a corresponding depth, may be selected. .
  • a depth deeper along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit the encoding may be performed for each depth, and the minimum coding error may be searched by comparing the representative coding error for each depth.
  • the depth and the partition in which the minimum coding error occurs in the maximum coding unit 610 may be selected as the coding depth and the partition type of the maximum coding unit 610.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 encodes or decodes an image in coding units having a size smaller than or equal to the maximum coding unit for each maximum coding unit.
  • the size of a transform unit for frequency transformation during the encoding process may be selected based on a data unit that is not larger than each coding unit.
  • the 32x32 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 embodiment of the present invention.
  • Segmentation information may be used to indicate a change in depth.
  • the split information indicates whether a coding unit of a current depth is split into coding units of a lower depth.
  • the prediction unit 910 for predictive encoding of the coding unit 900 having depth 0 and 2N_0x2N_0 size includes a partition type 912 having a size of 2N_0x2N_0, a partition type 914 having a size of 2N_0xN_0, a partition type 916 having a size of N_0x2N_0, and a N_0xN_0 It may include a partition type 918 of size. Although only partitions 912, 914, 916, and 918 in which the prediction unit is divided by a symmetrical ratio are illustrated, as described above, the partition type is not limited thereto, and asymmetric partitions, arbitrary partitions, geometric partitions, and the like. It may include.
  • prediction coding For each partition type, prediction coding must be performed repeatedly for one 2N_0x2N_0 partition, two 2N_0xN_0 partitions, two N_0x2N_0 partitions, and four N_0xN_0 partitions.
  • prediction encoding For partitions having a size 2N_0x2N_0, a size N_0x2N_0, a size 2N_0xN_0, and a size N_0xN_0, prediction encoding may be performed in an intra mode and an inter mode. The skip mode may be performed only for prediction encoding on partitions having a size of 2N_0x2N_0.
  • the depth 0 is changed to 1 and split (920), and the encoding is repeatedly performed on the depth 2 and the coding units 930 of the partition type having the size N_0xN_0.
  • the 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, and thus, an optimal coding unit is determined.
  • coding units having a recursive tree structure may be configured.
  • Partition information, partition type information, prediction mode information, and transformation unit size information about a unit may be included. 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 output unit 130 of the video encoding apparatus 100 outputs encoding information about coding units having a tree structure
  • the encoding information extraction unit of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment 220 may extract encoding information about coding units having a tree structure from the received bitstream.
  • 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.
  • the asymmetric partition types 2NxnU and 2NxnD are divided into heights 1: 3 and 3: 1, respectively, and the asymmetric partition types nLx2N and nRx2N are divided into 1: 3 and 3: 1 widths, respectively.
  • 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 motion compensation process performed by the motion compensator 425 of the image encoding apparatus 100 and the motion compensator 560 of the image decoding apparatus 200 of FIG. 5 demonstrates concretely.
  • a method of performing motion compensation in a scalable video composed of a plurality of layers by extending a motion compensation process for one layer of video will be described.
  • the aforementioned prediction unit is referred to as a block.
  • FIG. 14 is a block diagram of the scalable video encoding apparatus 1400, according to an embodiment.
  • the scalable video encoding apparatus 1400 classifies an input image into a base layer video sequence and an enhancement layer video sequence, and encodes a scalable bitstream by encoding the base layer video sequence and the enhancement layer video sequence. Create and print In order to provide an optimal service in various network environments and various terminals, the scalable video encoding apparatus 1400 includes various spatial resolution, quality, and various frame rates. Output a scalable bitstream. Each terminal may receive and restore a bitstream of a specific layer according to its capability.
  • the base layer video may be referred to as a lower layer video
  • the enhancement layer video may be referred to as a higher layer video.
  • the scalable video encoding apparatus 1400 includes a lower layer encoder 1410, an upper layer encoder 1420, and an output unit 1430.
  • the lower layer encoder 1410 encodes a lower layer image.
  • the lower layer encoder 1410 may encode the lower layer image based on the coding units of the tree structure described above with reference to FIGS. 1 to 13. That is, the lower layer encoder 1410 may encode the lower layer image by dividing the lower layer image into the largest coding units, and determining the encoding mode of the coding units in which the largest coding unit is hierarchically divided. . In addition, the lower layer encoder 1410 determines and outputs an optimal prediction unit and a transformation unit for transformation for each coding unit.
  • the lower layer encoder 1410 may obtain a precise motion compensation value by using a weighted sum of the motion compensation value acquired on a block basis and the pixel-based motion compensation value acquired on a pixel basis.
  • the lower layer encoder 1410 obtains a displacement motion vector of each pixel of the current block by using two reference pictures referenced by the current block to be encoded in the lower layer, and obtains the obtained displacement motion vector and two.
  • the pixel-by-pixel motion compensation value may be generated using the gradient values of the corresponding pixels obtained from the two reference pictures.
  • the higher layer encoder 1420 encodes the higher layer image.
  • the higher layer encoder 1420 may encode the higher layer image based on the coding units having the tree structure.
  • the higher layer encoder 1420 may predictively encode the higher layer image by referring to encoding information of the lower layer image which is encoded by the lower layer encoder 1410 and then reconstructed.
  • the higher layer encoder 1420 refers to the structure information of the coding unit of the lower layer image, the structure information of the prediction unit included in the coding unit of the lower layer image, the structure information of the transformation unit, and the motion information as encoding information.
  • the hierarchical image may be encoded.
  • the higher layer encoder 1420 uses a weighted sum of the prediction value of the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the higher layer and the motion compensation prediction value of the current block of the higher layer to determine the higher layer.
  • a motion compensation prediction value of the current block may be obtained.
  • the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer is obtained using a weighted sum of the block prediction value based on the block motion estimation result of the current block and the motion compensation prediction value in pixels.
  • the pixel-based motion compensation prediction value includes a displacement motion vector of each pixel obtained by using two reference pictures referenced by a current block of a bidirectional predicted upper layer and a corresponding block of a lower layer corresponding to the current block, and two reference pictures. It can be obtained using the gradient value obtained from.
  • a mode of predictively encoding an upper layer image by referring to encoding information of the lower layer image is defined as an inter-layer prediction mode.
  • the higher layer encoder 1420 may independently predict and encode the higher layer image without referring to encoding information of the lower layer image.
  • the higher layer encoder 1420 may split the maximum coding unit of the higher layer image into coding units having a tree structure based on the split structure of the maximum coding unit of the lower layer image.
  • the higher layer encoder 1420 may divide the data unit of the higher layer image obtained based on the partition structure of the lower layer image into smaller data units.
  • the data unit represents one of a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit.
  • the higher layer encoder 1420 may determine the structure of the prediction unit included in the coding unit of the higher layer image based on the structure information of the prediction unit included in the coding unit of the lower layer image.
  • the higher layer encoder 1420 may generate a first cost based on a result of predictively encoding the higher layer image using data units included in the initial partition structure of the higher layer image obtained based on the partition structure of the lower layer image. Further, by dividing the data unit included in the initial partition structure of the higher layer image by comparing the second cost according to the result of predicting and encoding the higher layer image, it may be determined whether to further segment the data unit of the higher layer image.
  • the output unit 1430 outputs encoding information related to a lower layer image according to an encoding result of the lower layer encoding unit 410.
  • the output unit 1430 may output encoding information related to the higher layer image according to the encoding result of the higher layer encoder 1420.
  • the encoding information may include various pieces of information related to encoding, such as structure information of the largest coding unit constituting the lower layer image and the higher layer image, structure information of the prediction unit, structure information of the transform unit, and prediction mode information of the prediction unit.
  • the output unit 1430 when the precise motion compensation is performed through the pixel-based motion compensation in addition to the block-based motion compensation, according to the embodiments of the present invention Predetermined flag information indicating whether to perform motion compensation may be output as encoding information.
  • the decoding side obtains a block prediction value through general block-based motion compensation for a block encoded through bidirectional motion prediction and compensation, or in addition to block-based motion compensation as described later, It is possible to determine whether to obtain a predicted value through precise motion compensation through the base motion compensation.
  • 15 is a block diagram of a scalable video decoding apparatus, according to an embodiment.
  • the scalable video decoding apparatus 1500 includes a parser 1510, a lower layer decoder 1520, and an upper layer decoder 1530.
  • the parser 1510 parses encoding information of a lower layer image and encoding information of a higher layer image from the received bitstream.
  • the lower layer decoder 1520 decodes the lower layer image based on encoding information of the parsed lower layer image.
  • the lower layer decoder 1520 determines a coding unit having a tree structure obtained by dividing the maximum coding unit for each maximum coding unit of the lower layer image, and generates a prediction value of each coding unit according to a prediction mode of each coding unit, thereby generating the maximum coding unit. Decoding can be performed every time.
  • the lower layer decoder 1520 may obtain the prediction value of the current block by using a weighted sum of the block-based motion compensation prediction value and the pixel-by-pixel motion compensation prediction value obtained for the bidirectionally predicted current block.
  • the higher layer decoder 1530 decodes the higher layer image based on the encoding information of the higher layer image.
  • the higher layer decoder 1530 may decode the higher layer image based on the coding units having the tree structure.
  • the upper layer decoder 1420 may include a partition structure of the largest coding unit included in the lower layer image, a partition structure of the prediction unit, a partition structure of the transform unit, and a prediction structure included in the largest coding unit of the higher layer image and the coding unit.
  • the partition structure of the largest coding unit included in the higher layer image, the partition structure of the prediction unit, and the partition structure of the transform unit are assigned to the partition structure and the coding unit of the largest coding unit of the higher layer image.
  • the structure of the included prediction unit and the structure of the transform unit may be determined.
  • the higher layer decoder 1530 may decode the higher layer image by referring to encoding information of the lower layer image.
  • the encoding information required for the operation may be obtained, and the higher layer image may be decoded using the obtained encoding information.
  • the upper layer decoder 1530 may estimate prediction mode information and motion to be applied to the prediction unit of the upper layer based on prediction mode information and motion information of the prediction unit of the lower layer corresponding to the prediction unit of the upper layer currently decoded.
  • the information may be obtained, and the prediction unit of the higher layer may be decoded based on the obtained prediction mode information and the motion information.
  • the higher layer decoder 1530 may modify encoding information inferred from the lower layer image and determine encoding information of the higher layer image by using the modified encoding information.
  • the higher layer decoder 1530 may use the encoding information of the higher layer image determined based on the encoding information of the lower layer image as it is or the higher layer determined from the encoding information of the lower layer image based on the change information obtained from the bitstream.
  • the encoding information of the video may be changed, and the changed encoding information may be used for decoding the higher layer video.
  • the upper layer decoder 1530 obtains an initial motion vector of the current block of the upper layer based on the motion vector of the corresponding block of the lower layer, and initializes the initial motion based on the corrected motion vector information included in the bitstream.
  • the vector may be modified to obtain a final motion vector to be applied to the current block of the higher layer.
  • the higher layer decoder 1530 compensates for the motion of the current block of the higher layer by using a weighted sum of the prediction value of the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the higher layer and the motion compensation prediction value of the current block of the higher layer.
  • a prediction value can be obtained.
  • the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer is obtained using a weighted sum of the block prediction value based on the block motion estimation result of the current block and the motion compensation prediction value in pixels.
  • the pixel-based motion compensation prediction value includes a displacement motion vector of each pixel obtained by using two reference pictures referenced by a current block of a bidirectional predicted upper layer and a corresponding block of a lower layer corresponding to the current block, and two reference pictures. It can be obtained using the gradient value obtained from.
  • 16 is a block diagram of a scalable encoding apparatus 1600 according to an embodiment.
  • the scalable encoding apparatus 1600 includes a lower layer encoding apparatus 1610, an upper layer encoding apparatus 1660, and an interlayer prediction apparatus 1650.
  • the lower layer encoding apparatus 1610 and the higher layer encoding apparatus 1660 may correspond to the lower layer encoding unit 1410 and the higher layer encoding unit 1420 of FIG. 14, respectively.
  • the lower layer block dividing unit 1618 splits the lower layer image into data units such as a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit. Intra prediction or inter prediction may be performed on the prediction unit included in the coding unit output from the block splitter 1618.
  • the motion compensator 1640 performs inter prediction on the prediction unit to output the prediction value of the prediction unit, and the intra prediction unit 1645 performs the intra prediction on the prediction unit and outputs the prediction value of the prediction unit.
  • the motion compensator 1640 may obtain a precise motion compensation prediction value by using a weighted sum of the motion compensation prediction value acquired on a block basis and the pixel-based motion compensation prediction value acquired on a pixel basis during motion compensation.
  • the motion compensator 1640 may determine the corresponding regions of the two reference pictures referenced by the lower layer blocks through bidirectional prediction, and may obtain the block-based motion compensation prediction value of the lower layer blocks using the average value of the corresponding regions. .
  • the motion compensator 1640 obtains a displacement motion vector of each pixel by using two reference pictures referenced by the current block to be encoded in the lower layer, and obtains the obtained displacement motion vector and two references.
  • the pixel-by-pixel motion compensation prediction value may be generated using the gradient value obtained from the picture.
  • the encoding controller 1615 determines the prediction mode used to obtain a prediction value most similar to the current prediction unit among the intra prediction mode and the inter prediction mode, and controls the prediction switch 1648 to output the prediction value according to the determined prediction mode. .
  • the residual which is the difference between the predicted value of the current block and the current block obtained through intra prediction or inter prediction, is transformed and quantized by the transform / quantization unit 1620 to output a quantized transform coefficient.
  • the scaling / inverse transform unit 1625 performs scaling and inverse transformation on the quantized transform coefficients to restore the residuals.
  • the storage 1630 adds the reconstructed residual and the predicted value of the current block to store the reconstructed current block.
  • the encoding process is repeated for every coding unit of the lower layer image divided by the block splitter 1618.
  • structures of a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit of the lower layer image having the minimum cost may be determined.
  • the deblocking filtering unit 1635 performs filtering on the reconstructed lower layer image to reduce artifacts included in the reconstructed lower layer image.
  • the inter-layer prediction apparatus 1650 outputs lower layer image information to the higher layer encoding apparatus 1660 so that the lower layer image may be used for predictive encoding of the higher layer image.
  • the deblocking unit 1655 of the inter-layer prediction device 1650 performs deblocking filtering on the restored lower layer image, and outputs the filtered lower layer image to the higher layer encoding apparatus 1680.
  • the higher layer encoding apparatus 1660 encodes the higher layer image based on encoding information of the lower layer image encoded by the lower layer encoding apparatus 1610.
  • the higher layer encoding apparatus 1660 may apply encoding information of the lower layer image determined by the lower layer encoding apparatus 1610 or change encoding information of the lower layer image to determine encoding information to be applied to encoding the higher layer image. .
  • the block dividing unit 1668 of the higher layer divides the higher layer image into data units such as a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit.
  • the block dividing unit 1668 of the higher layer determines a structure of a data unit of a corresponding higher layer image based on structure information of data units such as a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit determined in the lower layer image. Can be.
  • Intra prediction or inter prediction may be performed for each prediction unit included in the coding unit of the higher layer output from the block dividing unit 1668.
  • the motion compensator 1690 performs an inter prediction on the current block and outputs a prediction value
  • the intra prediction unit 1695 performs an intra prediction on the current block and outputs a prediction value.
  • the motion compensator 1690 may determine the motion vector of the block of the higher layer by scaling the motion vector of the block of the lower layer corresponding to the block of the higher layer.
  • the motion compensator 1690 may determine the motion vector of the current block of the upper layer by performing independent motion prediction without using the motion vector of the lower layer.
  • the motion compensation unit 1690 of the higher layer uses the weighted sum of the prediction value of the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer and the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer to determine the current block of the higher layer.
  • a motion compensation prediction value may be obtained.
  • the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer is obtained using a weighted sum of the block prediction value based on the block motion estimation result of the current block and the motion compensation prediction value in pixels.
  • the pixel-based motion compensation prediction value includes a displacement motion vector of each pixel obtained by using two reference pictures referenced by a current block of a bidirectional predicted upper layer and a corresponding block of a lower layer corresponding to the current block, and two reference pictures. It can be obtained using the gradient value obtained from.
  • the encoding control unit 1665 of the upper layer determines a prediction mode having a prediction value most similar to the current block of the upper layer among the intra prediction mode and the inter prediction mode, and outputs a prediction switch to output the prediction value of the current block according to the determined prediction mode. 1698).
  • the residual which is the difference between the predicted value obtained through intra prediction or inter prediction and the current block, is transformed and quantized by the transform / quantization unit 1670 and outputs a quantized transform coefficient.
  • the scaling / inverse transform unit 1675 reconstructs the residual by performing scaling and inverse transformation on the quantized transform coefficients.
  • the storage 1680 reconstructs and stores the current prediction unit by adding the restored residual and the prediction value of the current block.
  • the deblocking unit 1685 performs deblocking filtering on the reconstructed higher layer image.
  • 17 is a block diagram of a scalable decoding apparatus 2400 according to an embodiment.
  • the scalable decoding apparatus 1700 includes a lower layer decoding apparatus 1710 and a higher layer decoding apparatus 1760.
  • the lower layer decoding apparatus 1710 and the higher layer decoding apparatus 1760 may correspond to the lower layer decoding unit 1520 and the upper layer decoding unit 1530 of FIG. 15, respectively.
  • the inverse quantization / inverse transform unit 1720 reconstructs the residual of the lower layer image by inverse quantization and inverse transformation. Output residual information.
  • the motion compensator 1740 performs inter prediction on the current block and outputs a predicted value
  • the intra predictor 1745 performs intra prediction on the current block and outputs a predicted value.
  • the motion compensator 1740 may obtain a precise motion compensation prediction value by using a weighted sum of the motion compensation prediction value acquired on a block basis and the pixel-by-pixel motion compensation prediction value acquired on a pixel basis.
  • the motion compensator 1740 may determine the corresponding regions of the two reference pictures referenced by the blocks of the lower layer through bidirectional prediction, and may obtain the block-based motion compensation prediction value of the lower layer block using the average value of the corresponding regions. .
  • the motion compensator 1740 obtains a displacement motion vector of each pixel by using two reference pictures referenced by the current block to be encoded in the lower layer, and obtains the obtained displacement motion vector and two references.
  • the pixel-by-pixel motion compensation prediction value may be generated using the gradient value obtained from the picture.
  • the decoding controller 1715 determines a prediction mode of one of an intra prediction mode and an inter prediction mode based on the prediction mode information of the current block of the lower layer image included in the encoding information of the lower layer image, and according to the determined prediction mode.
  • the prediction switch 1748 is controlled to output the prediction value.
  • the predicted value of the current block obtained through intra prediction or inter prediction and the reconstructed residual are added to reconstruct the current block of the lower layer.
  • the restored lower layer image is stored in the storage 1730.
  • the deblocking unit 1735 performs deblocking filtering on the reconstructed lower layer image.
  • the inter-layer prediction apparatus 1750 outputs lower layer image information to the higher layer decoding apparatus 1760 so that the lower layer image may be used for predictive decoding of the higher layer image.
  • the deblocking unit 1755 of the inter-layer prediction device 1750 performs deblocking filtering on the reconstructed lower layer image, and outputs the filtered lower layer image to the higher layer decoding apparatus 1760.
  • the higher layer decoding apparatus 1760 decodes the higher layer image by using encoding information of the lower layer image decoded by the lower layer decoding apparatus 1710.
  • the higher layer decoding apparatus 1760 may apply encoding information of the lower layer image determined by the lower layer decoding apparatus 1710 or change encoding information of the lower layer image to determine encoding information to be applied to decoding the higher layer image. .
  • the inverse quantization / inverse transform unit 1770 outputs residual information reconstructed by inverse quantization and inverse transformation of the residual of the higher layer image.
  • the motion compensator 1790 performs inter prediction on the current block of the upper layer to output a predicted value
  • the intra predictor 1795 performs intra prediction on the current block of the upper layer to output a predicted value.
  • the motion compensator 1790 determines the motion vector of the current block of the upper layer by scaling the motion vector of the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer, or independently of the motion vector of the corresponding block of the lower layer.
  • the motion vector of the current block of the higher layer may be obtained based on the motion vector information of the current block of the higher layer included in the bitstream.
  • the motion compensation unit 1790 of the upper layer uses the weighted sum of the prediction value of the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer and the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer to determine the current block of the higher layer.
  • a motion compensation prediction value may be obtained.
  • the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer is obtained using a weighted sum of the block prediction value based on the block motion estimation result of the current block and the motion compensation prediction value in pixels.
  • the pixel-based motion compensation prediction value includes a displacement motion vector of each pixel obtained by using two reference pictures referenced by a current block of a bidirectional predicted upper layer and a corresponding block of a lower layer corresponding to the current block, and two reference pictures. It can be obtained using the gradient value obtained from.
  • the decoding controller 1765 determines a prediction mode of one of an intra prediction mode and an inter prediction mode based on the prediction mode information included in the encoding information of the higher layer image, and outputs a prediction block according to the determined prediction mode. Control 1798.
  • the prediction value of the current prediction unit of the higher layer obtained through intra prediction or inter prediction and the reconstructed residual are added to reconstruct the current prediction unit.
  • the reconstructed higher layer image is stored in the storage 1780.
  • the deblocking unit 1785 performs deblocking filtering on the reconstructed higher layer image.
  • motion compensation performed by the motion compensator 425 of FIG. 4, the motion compensator 560 of FIG. 5, the motion compensators 1640 and 1690 of FIG. 16, and the motion compensators 1740 and 1790 of FIG. 17. The process will be described in detail.
  • the conventional motion prediction and compensation method uses a block matching algorithm that selects a region most similar to the currently encoded macroblock in a reference frame using a rectangular block of a constant size, for example, a 16x16 macroblock, and generates a prediction value.
  • the conventional bidirectional motion prediction and compensation scheme searches for an area most similar to the current block encoded in the previous frame P0 and the next frame P1, and corresponds to a pixel of the area searched in the previous frame P0 and the area searched in the next frame P1.
  • the predicted value of the current block is generated by using the mean value of.
  • This conventional block-based motion prediction and compensation method can detect motion relatively accurately in most video sequences, but because it performs prediction and compensation based on the entire block, such a small moving part when there is a small moving part inside the block It is difficult to predict efficiently.
  • performing motion prediction and compensation on a pixel-by-pixel basis to predict small motions inside such a block is inefficient because it excessively increases the amount of bits required to encode motion vector information of each pixel.
  • the motion compensation method according to the embodiments of the present invention additionally performs bidirectional motion compensation on a pixel basis based on the block-based bidirectional motion prediction and the compensated result without increasing the amount of bits required to encode the motion information. Provide a way to.
  • the motion compensator 1800 of FIG. 18 performs motion compensation on a single layer of video. That is, the motion compensator 1800 of FIG. 18 performs motion compensation using only the information of the current layer encoded without using video information of another layer.
  • the motion compensator 1800 of FIG. 18 may include the motion compensator 425 of FIG. 4, the motion compensator 560 of FIG. 5, the motion compensator 1640 of the lower layer of FIG.
  • the motion compensation unit 1740 of the lower layer may be used. If, in the scalable video, the motion compensation for the higher layer is performed independently of the lower layer, that is, without using the information of the lower layer, the motion compensation unit 1800 of FIG. 18 performs the motion compensation of the upper layer of FIG.
  • the unit 1690 and the motion compensation unit 1790 of the upper layer of FIG. 17 may be used.
  • a motion compensator 1800 includes a block motion compensator 1810, a pixel motion compensator 1820, and a prediction value generator 1830.
  • the block unit motion compensation unit 1810 performs block unit bidirectional motion compensation for the current block by using the bidirectional motion vectors obtained as a result of the bidirectional motion prediction for the current block.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 additionally performs pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block that has been bi-directionally motion-compensated on a block-by-block basis using pixels of the reference pictures indicated by the bidirectional motion vectors.
  • the prediction value generator 1830 generates a final bidirectional motion prediction value for the current block by using the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a motion compensation unit according to another embodiment of the present invention.
  • the motion compensator 1900 of FIG. 19 is used to perform motion compensation in a video composed of a plurality of layers.
  • the motion compensator 1900 of FIG. 18 performs motion compensation on the video of the current layer to be encoded, by using encoding information of another layer that has been previously encoded and then reconstructed.
  • the motion compensator 1800 of FIG. 18 may be used for the motion compensator 1690 of the upper layer of FIG. 16 and the motion compensator 1790 of the upper layer of FIG. 17.
  • the motion compensator 1900 may include a lower layer prediction information obtainer 1905, a block unit motion compensator 1910, a pixel unit motion compensator 1920, and a predictor value generator ( 1930).
  • the lower layer prediction information acquisition unit 1905 obtains a prediction value of each pixel constituting the current block from the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the higher layer to be encoded. If the upper layer image is a higher resolution image than the lower layer image, the lower layer prediction information obtaining unit 1905 may upsample the corresponding block of the lower layer previously restored to predict the current block of the upper layer. Can be used as
  • the block unit motion compensation unit 1910 performs block unit bidirectional motion compensation for the current block by using the bidirectional motion vectors of the current block of the upper layer.
  • the block unit motion compensation unit 1910 obtains a first motion vector indicating a first corresponding block of the first reference picture referred to by the current block and a second motion vector pointing to the second corresponding block of the second reference picture, Block-based bidirectional motion compensation is performed on the current block by using the first motion vector and the second motion vector. That is, the block unit motion compensation unit 1910 may use the average value of each pixel of the corresponding region of the reference picture indicated by the first motion vector and the second motion vector as a block unit bidirectional motion compensation prediction value of each pixel of the current block.
  • the motion vector used for the bidirectional motion compensation for the current block of the upper layer may be determined using the motion vector of the corresponding block of the lower layer, or may be determined independently of the motion vector of the corresponding block of the lower layer.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 additionally performs pixel-by-pixel motion compensation on each pixel of the current block that is bi-directionally motion-compensated on a block-by-block basis using pixels of the reference pictures indicated by the bi-directional motion vectors.
  • the pixel-based motion compensation prediction value includes a displacement motion vector of each pixel obtained by using two reference pictures referenced by a current block of a bidirectional predicted upper layer and a corresponding block of a lower layer corresponding to the current block, and two reference pictures. It can be obtained using the gradient value obtained from. A detailed pixel motion compensation process will be described later.
  • the prediction value generator 1930 obtains the motion compensation prediction value of the current block of the higher layer by using the weighted sum of the prediction value of the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer and the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer. can do.
  • the motion compensation prediction value of the current block of the upper layer is obtained using a weighted sum of the block prediction value based on the block motion estimation result of the current block and the motion compensation prediction value in pixels.
  • a block bidirectional motion prediction and compensation process and a pixel bidirectional motion compensation process according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
  • a process of performing motion compensation using a single layer image will be described.
  • a motion compensation process using a single layer image described below may be applied to a bidirectional motion compensation process for an image of a base layer.
  • 20 is a reference diagram for explaining a block-based bidirectional motion prediction and compensation process according to an embodiment of the present invention.
  • a current block 2001 coded of the current picture 2000 in the first reference picture 2010 and the second reference picture 2020 by bidirectional motion prediction for the current block 2001.
  • the decoding side may determine bidirectional motion vectors MV1 and MV2 from the motion vector information included in the bitstream.
  • the block unit motion compensation unit 1810 performs block unit bidirectional motion compensation for the current block 2001 by using the first motion vector MV1 and the second motion vector MV2.
  • a pixel value of the first reference picture 2010 located at (i, j) (i, j is an integer) may be set to P0 (i, j) and a second reference picture 2020 located at (i, j).
  • the block unit motion compensator 1810 may perform an average value or weight of pixels of the first and second correspondence regions 2012 and 2022 indicated by the first and second motion vectors MV1 and MV2.
  • the block-based motion compensation for the current block 2001 is performed using the sum.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 performs pixel-by-pixel motion compensation for the current block 2001 based on an optical flow of pixels of the first reference picture 2010 and the second reference picture 2020. .
  • Optical flow refers to a pattern of apprarent motion of objects, surfaces, caused by relative movement between an observer (eye or camera) and a scene.
  • the optical flow can be obtained by calculating a change in brightness value or pixel value between frames obtained at any time t and t + ⁇ t.
  • the pixel value located at (x, y) of the t time frame is defined as I (x, y, t).
  • I (x, y, t) is a value that changes in time and space.
  • Equation 1 The derivative of I (x, y, t) with respect to time t is given by Equation 1 below.
  • Equation 1 Equation 2
  • the magnitude of the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction is preferably smaller than the pixel accuracy used for bidirectional motion prediction.
  • the magnitudes of Vx and Vy are preferably smaller than 1/4.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 calculates the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction according to Equation 2, and uses the displacement vectors Vx and Vy. Perform motion compensation on a pixel-by-pixel basis.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 calculates displacement vectors Vx and Vy according to Equation 2 using pixels of the first reference picture and the second reference picture determined as a result of the bidirectional motion prediction on a block-by-block basis.
  • 21 is a reference diagram for explaining a process of performing pixel-by-pixel motion compensation according to an embodiment of the present invention.
  • the first corresponding area 2110 and the second corresponding area 2120 correspond to the first corresponding area 2012 and the second corresponding area 2022 of FIG. 20. That is, in FIG. 21, it is assumed that the first corresponding region 2110 and the second corresponding region 2120 are shifted using the bidirectional motion vectors MV1 and MV2 so as to overlap the current block 2100. Further, the pixel at the (i, j) (i, j is an integer) position predicted bidirectionally in the current block 2100 is P (i, j), and the pixel P (i, j) predicted bidirectionally at the current block 2100.
  • the pixel value of the first corresponding pixel of the first reference picture corresponding to P0 (i, j), and the second correspondence of the second reference picture corresponding to the bidirectionally predicted pixel P (i, j) of the current block 2100 is defined as P1 (i, j).
  • the pixel value P0 (i, j) of the first corresponding pixel is a pixel corresponding to the pixel P (i, j) of the current block 2100 determined by the bidirectional motion vector MV1 indicating the first reference picture.
  • the pixel value P1 (i, j) of the second corresponding pixel is a pixel corresponding to the pixel P (i, j) of the current block 2100 determined by the bidirectional motion vector MV2 indicating the second reference picture.
  • the horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the first corresponding pixel is GradX0 (i, j)
  • the horizontal gradient value of the second corresponding pixel is GradX1 (i, j).
  • the vertical gradient value is defined as GradY1 (i, j).
  • the temporal distance between the current picture to which the current block 2100 belongs and the first reference picture to which the first correspondence area 2110 belongs is d0
  • the current picture and the second reference picture to which the second correspondence area 2120 belongs belongs. The temporal distance is defined as d1.
  • Equation 3 can be approximated by the amount of change over time of the pixel value P0 (i, j) of the first corresponding pixel and the pixel value P1 (i, j) of the second corresponding pixel.
  • Equation 2 may be arranged as Equation 6 below.
  • Equation 6 since the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction can be changed according to the position of the current pixel P (i, j), that is, it is dependent on (i, j), so Vx ( i, j), Vy (i, j).
  • the first corresponding pixel P0 (i, j) is not the first corresponding pixel P0 (i, j) but the first displacement-corresponding pixel PA by moving the first corresponding pixel P0 (i, j) by a predetermined displacement vector Vd.
  • the pixel most similar to the current pixel P (i, j) in the second correspondence region 2120 of the second reference picture is the second corresponding pixel P1 (i, j). It can be estimated that the second displacement-corresponding pixel PB shifted by Vd.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 calculates the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction constituting the displacement vector Vd, and uses the displacement vector.
  • the motion compensated value in the block unit is again compensated for in the pixel unit.
  • the values of the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB include the displacement vector Vx in the x-axis direction, the displacement vector Vy in the y-axis direction, the horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the first corresponding pixel, Using the vertical gradient value GradY0 (i, j), the horizontal gradient value GradX1 (i, j) and the vertical gradient value GradY1 (i, j) as shown in Equations 7 and 8 Can be.
  • Equation 6 When Equation 6 is compared with Equation 9, Equation 6 means that ⁇ ij is 0, that is, the values of the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB are the same.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 performs motion compensation on a pixel-by-pixel basis by using an average value or weighted sum of values of the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB of Equations 7 and 8.
  • the horizontal gradient value GradX1 (i, j) and the vertical gradient value GradY1 (i, j) of the second corresponding pixel should be determined.
  • the inclination values of the first corresponding pixel and the second corresponding pixel are determined by calculating an amount of change of the pixel value at the sub pixel position in the horizontal and vertical directions of the first corresponding pixel and the second corresponding pixel, or Can be calculated using a filter.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1820 is configured such that ⁇ ij is minimized in a window ⁇ ij 2102 having a predetermined size including pixels around the current pixel P (i, j) that is bidirectionally motion-compensated.
  • the displacement vector Vx in the axial direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction are determined.
  • the case where? Ij is 0 is most preferable, but there are no displacement vectors Vx in the x-axis direction and a displacement vector Vy in the y-axis direction that satisfy the case where? Ij is 0 for all pixels in the window? Ij 2102. Since it may not, the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction are determined so that ⁇ ij is minimized.
  • 24 is a reference diagram for explaining a process of determining a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector according to an embodiment of the present invention.
  • a window ⁇ ij 2400 having a predetermined size is represented by (2M + 1) * (2N + 1) (M, N being centered on the bi-predicted pixel P (i, j) of the current block. Integer).
  • Reference numeral 2410 denotes an area corresponding to the window 2400 of the current picture in the first reference picture
  • reference numeral 2420 denotes an area corresponding to the window 2400 of the current picture in the second reference picture.
  • the size of the window is not limited thereto, and may be changed in consideration of hardware performance.
  • P (i ', j') (iM ⁇ i' ⁇ i + M) When jM ⁇ j' ⁇ j + M (i ', j') ⁇ ij), the first of the first reference picture 2410 corresponding to the pixel P (i ', j') of the bidirectional motion compensation of the current block The pixel value of the corresponding pixel of the second reference picture 2420 corresponding to the pixel value P0 (i ', j') of the current block and the pixel P (i ', j') compensated for the bidirectional motion of the current block.
  • the horizontal gradient value of the first corresponding pixel is GradX0 (i ', j')
  • the vertical gradient value is GradY0 (i ', j')
  • the horizontal gradient of the second corresponding pixel If the value is GradX1 (i ', j') and the vertical gradient value is GradY1 (i ', j'), the first displacement-corresponding pixel PA 'is represented by the following equation; P0 (i ', j') + Vx * GradX0 (i ', j') + Vy * GradY0 (i ', j'), and the second displacement-corresponding pixel PB 'is represented by the following equation; P1 (i ', j')-Vx * GradX1 (i ', j')-Vy * GradY1 (i ', j').
  • the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction such that the difference value DELTA i'j 'between the first displacement-corresponding pixel PA' and the second displacement-corresponding pixel PB 'are minimized are represented by the following equation (10).
  • the maximum value or the minimum value of ⁇ (Vx, Vy), which is the sum of squares of the difference values ⁇ i'j 'obtained for each pixel in the window ⁇ ij 2400, may be determined.
  • ⁇ (Vx, Vy) is a function that takes Vx and Vy as parameters, and the maximum or minimum value is 0 by partial derivative of ⁇ (Vx, Vy) with respect to Vx and Vy, as shown in Equations 11 and 12 below. Can be determined by calculation.
  • Equation 13 two linear equations having Vx (i, j) and Vy (i, j) as variables can be obtained as shown in Equation 13 below.
  • Equation 13 s1 to s6 are equal to the following Equation 14.
  • det1 s3 * s5-s2 * s6
  • det2 s1 * s6-s3 * s4
  • det s1 * s5-s2 * s4.
  • the process of calculating det1, det2 and det to obtain Vx (i, j) and Vy (i, j) in terms of hardware is complicated and requires a large amount of computation.
  • the horizontal displacement vector Vx (i, j) for the current pixel at position (i, j) is given by the following equation;
  • An approximated value of Vy (i, j) (s6-Vx * s2) / s4 can be used instead.
  • this approximated value it is possible to obtain the horizontal displacement vector Vx (i, j) and the vertical displacement vector Vy (i, j) of the current pixel through a 32-bit integer operation without overflow.
  • the prediction value generator 1830 generates a bidirectional motion prediction value by adding a blockwise bidirectional motion compensation prediction value and a pixelwise motion compensation prediction value.
  • the bi-directional motion prediction value for the pixel at position (i, j) of the current block is P BIO (i, j), and the first correspondence of the first reference picture corresponding to the pixel at position (i, j) of the current block.
  • the pixel value of the pixel is P0 (i, j)
  • the pixel value of the first corresponding pixel of the first reference picture corresponding to the pixel at position (i, j) of the current block is P0 (i, j)
  • the first reference picture The horizontal gradient value of the first corresponding pixel of GradX0 (i, j), the vertical gradient value of GradY0 (i, j), and the second of the second reference picture corresponding to the pixel at the position (i, j) of the current block.
  • the pixel value of the corresponding pixel is P1 (i, j)
  • the horizontal gradient value of the second corresponding pixel of the second reference picture is GradX1 (i, j)
  • the vertical gradient value is GradY1 (i, j)
  • the horizontal displacement vector When Vx and the vertical displacement vector are Vy, the prediction value generator 1830 generates a bidirectional motion prediction value as shown in Equation 15 below.
  • Equation 15 (P0 (i, j) + P1 (i, j)) / 2 corresponds to a block-wise bidirectional motion compensation prediction value, and (Vx * (GradX0 (i, j) -GradX1 (i, j)) + Vy * (GradY0 (i, j) -GradY1 (i, j)) / 2 corresponds to the pixel-by-pixel motion compensation prediction value calculated according to one embodiment of the present invention.
  • Equation 15 may be changed by Equation 16 by multiplying the pixel-based motion compensation prediction value by a predetermined weight ⁇ .
  • Equation 13 is calculated assuming that the temporal distance d0 between the current picture and the first reference picture and the temporal distance d1 between the current picture and the second reference picture are both 1. If d0 and d1 are not 1, the magnitude of the displacement vector Vd should be scaled in inverse proportion to d0 and d1. That is, the displacement vector of the first reference picture pointing to the first displacement corresponding pixel in the first corresponding pixel is (Vx0, Vy0), and the displacement vector of the second reference picture pointing to the second displacement corresponding pixel in the second corresponding pixel is referred to as (Vx1).
  • Vx and Vy can be calculated by calculating partial and partial values of the function ⁇ (Vx, Vy) with respect to Vx and Vy.
  • Vx (i, j) det1 / det
  • Vy (i, j) det2 / det
  • det1 s3 * s5-s2 * s6
  • det2 s1 * s6-s3 * s4
  • det s1 * s5-s2 * s4.
  • the values of s1 to s6 are as shown in Equation 17 below.
  • Equation 16 is changed to the following Equation 18, and the prediction value generator 1830 generates a bidirectional motion compensation prediction value according to Equation 18.
  • Equation 2 is based on the assumption that the change of the pixel value with time is 0, but the pixel value may change with time. If the change of the pixel value according to time is q, Equation 2 is changed to Equation 19 below.
  • Equation 20 an average of the difference between the pixel values of the first corresponding area and the second corresponding area may be used. That is, q may be calculated as in Equation 20 below.
  • Hor_block_size means the horizontal size of the current block
  • ver_block_size means the vertical size of the current block.
  • the values of s1 to s6 are as shown in Equation 21 below.
  • the prediction value generator 1830 may generate a bidirectional motion compensation prediction value according to Equation 18 described above.
  • the horizontal and vertical gradient values may be calculated using a predetermined filter or by calculating a change amount of the pixel value at the sub pixel position in the horizontal and vertical directions of the first and second corresponding pixels. have.
  • the horizontal gradient value GradX0 (i, j) and the vertical gradient value GradY0 (i, j) of the first corresponding pixel P0 (i, j) 2210 of the first reference picture are the first corresponding pixel P0. It can be calculated by obtaining the change amount of the pixel value at the peripheral sub pixel position adjacent to the (i, j) 2210 in the horizontal direction and the change amount of the pixel value at the peripheral sub pixel position adjacent in the vertical direction.
  • the subpixels P0 (ih, j) 2260 and the subpixels P0 (h) are separated from the P0 (i, j) 2210 in the horizontal direction by h (h is a subvalue smaller than 1).
  • Calculate the horizontal gradient value GradX0 (i, j) by calculating the amount of change in the pixel value of i + h, j) 2270, and subpixel P0 (i, jh) 2280 and the subpixel separated by h in the vertical direction.
  • the vertical gradient value GradY0 (i, j) may be calculated by calculating a change amount of the pixel value of P0 (i, j + h) 2235.
  • subpixels P0 (ih, j) 2260, P0 (i + h, j) 2270, P0 (i, jh) 2280 and P0 (i, j + h) 2235 are typical interpolations. Can be calculated using the method.
  • the gradient values GradX1 (i, j) and the vertical gradient values GradY1 (i, j) of the second corresponding pixel of another second reference picture are also pixel values between the subpixels of the second reference picture similarly to Equation 22. It can be obtained by calculating the change amount of.
  • the gradient value at each corresponding pixel of the reference picture may be calculated using a predetermined filter.
  • FIG. 23 is a reference diagram for explaining a process of calculating horizontal and vertical gradient values according to another embodiment of the present invention.
  • the gradient value may be determined by applying a predetermined filter to the pixels of the reference picture.
  • a predetermined filter is applied to the pixels 2320 on the left and the pixels 2310 on the right with respect to the corresponding pixel P0 2300 for which the current horizontal gradient value is to be obtained.
  • the horizontal inclination value of the P0 2300 may be calculated by obtaining the subpixel value on the right side and using the average value of the subpixel values.
  • the subpixel value located at h (h is a real number between 0 and 1) to the left of the corresponding pixel 2300 is DCT_Filter (h)
  • the subpixel value located at h to the right is DCT_Filter (-h)
  • the horizontal gradient value of the corresponding pixel P0 2300 is obtained.
  • An example of the filter tap coefficient Frac (h) used according to the position h of the subpixel is as follows.
  • Frac (0) ⁇ 8, -39, -3, 46, -17, 5 ⁇ ;
  • Frac (1/4) ⁇ 4, -17, -36, 60, -15, 4 ⁇ ;
  • Frac (1/2) ⁇ -1, 4, -57, 57, -4, 1 ⁇ ;
  • Frac (3/4) ⁇ -4, 15, -60, 36, 17, 4 ⁇
  • a bidirectional motion compensation process according to another embodiment of the present invention will be described in detail.
  • a bidirectional motion of a block of an upper layer is performed by using image data of a lower layer previously encoded and reconstructed in the scalable video having a plurality of layers and image data of an upper layer currently encoded.
  • This method is different from the process of generating the bidirectional motion compensation prediction value according to the above-described embodiment in that it is applied when generating the motion compensation prediction value.
  • the bidirectional motion compensation prediction value may be a blockwise bidirectional motion compensation prediction value (P0 (i, j) + P1 (i, j)) / 2 and a pixel motion compensation prediction value. Obtained by adding (Vx * (GradX0 (i, j) -GradX1 (i, j)) + Vy * (GradY0 (i, j) -GradY1 (i, j))) / 2 or calculating the weighted sum.
  • the first prediction value P BL of each pixel constituting the current block is obtained from the corresponding block of the base layer corresponding to the current block of the enhancement layer, and the bidirectional motion compensation prediction value according to the above-described embodiment.
  • the second prediction value P BIO is obtained by using the sum or weighted sum of the blockwise bidirectional motion compensation prediction value and the pixelwise bidirectional motion compensation prediction value using the image data of the enhancement layer.
  • the bidirectional motion compensation prediction value of the enhancement layer block is obtained using a weighted sum of the first prediction value P BL and the second prediction value P BIO .
  • the displacement vectors Vx and Vy of the reference pictures of the enhancement layer used to obtain the pixel-by-pixel motion compensation prediction value constituting the second prediction value P BIO are not only the image data of the enhancement layer, but also the enhancement layer. Obtained using the corresponding block of the base layer corresponding to the current block of.
  • the first prediction value P BL of each pixel constituting the current block from the corresponding block of the base layer corresponding to the current block of the enhancement layer is added to the motion compensation prediction value.
  • a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector (Vx, Vy) of each pixel in the current block of the enhancement layer are obtained by using not only the image data of the enhancement layer but also the image data of the base layer. There is a difference between the two-way motion compensation method.
  • the lower layer prediction information acquisition unit 1905 obtains a prediction value of each pixel constituting the current block from the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer.
  • the first prediction value predicted from the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer is called P BL .
  • the first prediction value P BL uses the prediction value of the corresponding block of the lower layer as it is, or if the image of the higher layer is a higher resolution image than the image of the lower layer, up-samples the corresponding block of the lower layer to make the current block of the higher layer Can be used as the first predicted value P BL .
  • the upsampled first predicted value P BL may be obtained using various interpolation methods.
  • the block unit motion compensation unit 1910 performs block unit bidirectional motion compensation for the current block by using the bidirectional motion vectors of the current block of the upper layer.
  • the block unit motion compensation unit 1910 indicates a first motion vector indicating a first corresponding block of the first reference picture of the enhancement layer that the current block of the enhancement layer refers to and a second corresponding block of the second reference picture of the enhancement layer.
  • a second motion vector is obtained, and block-by-block bidirectional motion compensation is performed on the current block of the enhancement layer by using the first motion vector and the second motion vector.
  • the block unit motion compensator 1910 calculates an average value of the respective pixels of the corresponding regions of the reference pictures of the enhancement layer indicated by the first motion vector and the second motion vector.
  • P_BiPredBlock (i, j) ⁇ P0 (i + MVx1, j + MVy1) + P1 (i + MVx2, j + MVy2) ⁇ / 2, corresponding pixel P0 (i + MVx1, j + MVy1) of the first reference picture ) And the corresponding pixel P1 (i + MVx2, j + MVy2) of the second reference picture.
  • the motion vectors MV1 and MV2 used for the bidirectional motion compensation for the current block of the enhancement layer may be determined using the motion vectors of the corresponding blocks of the lower layer. That is, the bidirectional motion vector for the current block of the enhancement layer may be determined by upscaling the motion vector of the corresponding block of the base layer. The motion vector of the current block of the enhancement layer may be determined independently of the motion vector of the corresponding block of the base layer.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 performs pixel-by-pixel motion compensation with reference to optical flow in reference pictures of the enhancement layer. That is, the pixel-by-pixel motion compensator 1920 additionally performs pixel-by-pixel motion compensation on each pixel of the current block that is bi-directionally motion-compensated on a block-by-block basis using pixels of reference pictures of the enhancement layer indicated by the bi-directional motion vectors. do.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 corresponds to the first reference picture of the enhancement layer corresponding to the current pixel P (i, j), which is bi-directional motion compensated in the pixel unit of the current block of the enhancement layer, as shown in Equation 9 above.
  • a first reference picture and a second reference picture of the enhancement layer to calculate? Ij the difference value between the first displacement-corresponding pixel PA of and the second displacement-corresponding pixel PB of the second reference picture of the enhancement layer.
  • Horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the corresponding pixel Vertical gradient value GradY0 (i, j), Horizontal gradient value GradX1 (i, j) of the second corresponding pixel, GradY1 (i, j ).
  • the horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the first corresponding pixel, the vertical gradient value GradY0 (i, j), the horizontal gradient value GradX1 (i, j) of the second corresponding pixel, the vertical gradient value GradY1 (i , j) calculates the amount of change in the pixel value between the subpixels located in the horizontal and vertical directions with respect to the corresponding pixels of the reference pictures as shown in Equation 22 above, or calculates the amount of change in surrounding pixels around the corresponding pixel of the reference picture. Can be obtained using a predetermined filter.
  • the pixel-by-pixel motion compensation unit 1920 additionally corresponds to two reference pictures referred to by the current block of the upper layer predicted bidirectionally and a lower layer corresponding to the current block.
  • the block may be used to obtain a displacement motion vector of each pixel in the current block of the upper layer.
  • the second prediction value P BIO obtained by using the sum or weighted sum of the block-wise bidirectional motion compensation prediction value and the pixel-by-pixel bidirectional motion compensation prediction value using the image data of the enhancement layer is similar to Equation 15 described above. It is obtained through the following equation (23).
  • Equation 23 (P0 (i, j) + P1 (i, j)) / 2 corresponds to a block-wise bidirectional motion compensation prediction value using reference pictures of an enhancement layer, and (Vx * (GradX0 (i, j) ⁇ ) GradX1 (i, j)) + Vy * (GradY0 (i, j) -GradY1 (i, j))) / 2 is the pixel-by-pixel motion obtained using the reference pictures of the enhancement layer according to another embodiment of the present invention. Corresponds to the compensation prediction value. In order to obtain the pixel-by-pixel motion compensation prediction value of Equation 23, horizontal and vertical displacement motion vectors Vx and Vy of each pixel in the current block of the upper layer are required.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 includes a pixel of the current block of the enhancement layer in a window ⁇ ij region having a predetermined size determined based on the current pixel that is motion compensated in the current block of the enhancement layer, as shown in Equation 24 below.
  • the sum of squares of DELTA ij which is the difference between the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB corresponding to the current pixel P (i, j), which is bi-directionally motion-compensated, and the first prediction value P BL and the second
  • the displacement motion vectors Vx and Vy are determined such that the sum of the square of the difference between the predicted values P BIO multiplied by a predetermined weight ⁇ ( ⁇ is a real number) is minimized.
  • Equation 24 if the pixel of the current block of the enhancement layer in which the motion is compensated in the window is P (i ', j') (iM ⁇ i' ⁇ i + M, and jM ⁇ j' ⁇ j + M, then (i ' , j ') ⁇ ij), and P0 (i', j 'is the pixel value of the first corresponding pixel of the first reference picture of the enhancement layer corresponding to the pixel P (i', j ') that is compensated for the bidirectional motion of the current block.
  • the pixel value of the second corresponding pixel of the second reference picture corresponding to the bidirectional motion-compensated pixel P (i ', j') of the current block of the enhancement layer is P1 (i ', j'), and the first corresponding pixel.
  • Min in Equation (24) is a function that takes Vx and Vy as parameters, and by differentially mining min with respect to Vx and Vy, the minimum value Vx and Vy are determined by calculating an extreme value at which the partial differential value becomes zero.
  • det1 s3 * s5-s2 * s6
  • det2 s1 * s6-s3 * s4
  • det s1 * s5-s2 * s4.
  • Vx (i, j) det1 / det
  • Vy (i, j) det2 / det
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 does not acquire Vx and Vy having a minimum value of min as shown in Equation 24, and each pixel of the current block of the upper layer without changing the displacement motion vector of each pixel of the corresponding block of the base layer. It can also be used as a displacement motion vector of. That is, when the horizontal displacement vector Vx and the vertical displacement vector Vy are determined in the corresponding block of the base layer, the displacement motion vector of the corresponding block of the base layer may be used as the displacement motion vector for the pixels of the enhancement layer without any calculation. .
  • equations (23) described above are obtained by using the horizontal and vertical gradient values and the displacement motion vectors of the corresponding pixels of the reference picture obtained from the reference pictures of the enhancement layer.
  • the second prediction value P BIO is obtained by calculating an addition value or a weighted sum of the block-wise bidirectional motion compensation prediction value and the pixel-by-pixel bidirectional motion compensation prediction value.
  • the prediction value generator 1930 obtains a prediction value of each pixel constituting the current block of the enhancement layer by using a weighted sum P BIO of the first prediction value P BL and the second prediction value as shown in Equation 26 below. .
  • the weight ⁇ may be obtained as shown in Equation 27 when variance of pixels in the current block of the enhancement layer is sigma 1 and dispersion of pixels of the corresponding block of the base layer is sigma 2.
  • the weight ⁇ may use a predetermined real value between [0.5, 0.95].
  • 25 is a flowchart illustrating a motion compensation method for encoding and decoding scalable video, according to an embodiment.
  • the lower layer prediction information acquisition unit 1905 may obtain the first prediction value P BL of each pixel constituting the current block from the corresponding block of the lower layer corresponding to the current block of the upper layer. Acquire.
  • the block-based motion compensation unit 1910 may include a first motion vector indicating a first corresponding block of the first reference picture of the enhancement layer to which the current block of the enhancement layer refers, and a second of the second reference picture of the enhancement layer.
  • a second motion vector indicating a corresponding block is obtained, and in step 2530, block-by-block bidirectional motion compensation is performed on the current block of the enhancement layer by using the first motion vector and the second motion vector.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 performs pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture. As described above, the pixel-by-pixel motion compensator 1920 calculates an amount of change in pixel values between subpixels positioned in horizontal and vertical directions about the corresponding pixels of the reference pictures of the enhancement layer, or calculates a corresponding pixel of the reference picture.
  • the pixel-based motion compensator 1920 corresponds to the first displacement-corresponding pixel PA corresponding to the current pixel P (i, j) of the enhancement layer in a window ⁇ ij of a predetermined size, as shown in Equation 24 described above.
  • a sum of squares of? Ij which is a difference value of the second displacement-corresponding pixel PB, and a square of the difference between the first prediction value P BL and the second prediction value P BIO , multiplied by a predetermined weight?
  • the displacement motion vectors Vx and Vy are determined such that min) is minimized.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1920 performs block-based bidirectional motion compensation prediction value P0 + P1 / 2 and pixel-by-pixel bidirectional motion compensation prediction value Vx * (GradX0 (i, j) -GradX1.
  • a second prediction value P BIO is obtained using an addition or weighted sum of (i, j)) + Vy * (GradY0 (i, j) -GradY1 (i, j))) / 2.
  • the predictive value generator 1930 may use the weighted sum of the first predicted value P BL and the second predicted value P BIO as shown in Equation 26 to determine each pixel of the current block of the enhancement layer. Obtain the final bidirectional motion compensation prediction.
  • 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

스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법이 개시된다. 향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 상현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값이 획득되고, 향상 계층에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 2 예측값이 획득되며, 제 1 예측값과 제 2 예측값의 가중합을 이용하여 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득된다.

Description

스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법 및 장치
본 발명은 비디오의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 스케일러블 비디오를 정밀하게 양방향 움직임 보상하여 예측값을 생성하는 과정에 관한 것이다.
일반적으로 영상 데이터는 소정의 데이터 압축 표준, 예를 들어 MPEG(Moving Picture Expert Group)와 같은 압축 표준에 따라서 부호화된 후 비트스트림의 형태로 정보저장매체에 저장되거나 통신 채널을 통해 전송된다.
다양한 통신망과 단말기에 대응하여 정보의 양을 적절히 조정하고 전송하기 위한 비디오 압축 방식으로 스케일러블 비디오 코딩(SVC:Scalable Video Coding)이 있다. 스케일러블 비디오 코딩에서는 다양한 전송 네트워크와 다양한 수신 단말에 적응적으로 서비스가 가능하도록 하나의 비트스트림에 다양한 계층의 부호화된 비디오를 포함시킨다.
이러한 종래의 스케일러블 비디오 코딩에서는, 비디오는 소정 크기의 매크로블록에 기반하여 제한된 부호화 방식에 따라 부호화되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화 과정에서 각 계층의 블록의 양방향 움직임 보상을 통한 예측값을 생성할 때,픽셀 단위의 정밀한 움직임 보상을 수행함으로써 보다 정확한 예측값을 획득하기 위한 것이다.
스케일러블 비디오의 하위 계층의 영상 데이터와 상위 계층의 영상 데이터를 이용하여 상위 계층의 영상의 픽셀 단위의 변위 움직임 벡터를 결정하고, 상위 계층의 영상에 대한 정밀한 양방향 움직임 보상을 통하여 보다 정확한 예측값을 획득한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 별도의 정보없이 참조 픽처들의 정보를 이용하여 픽셀 단위로 정밀한 양방향 움직임 보상을 수행함으로써 예측 효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기본 계층의 영상을 이용하여 향상 계층 영상에 대한 정밀한 양방향 움직임 보상을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1400)의 블록도를 도시한다.
도 15는 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 16은 일 실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치(1600)의 블록도를 도시한다.
도 17은 일 실시예에 따른 스케일러블 복호화 장치(2400)의 블록도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 기반 양방향 움직임 예측 및 보상 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변이 벡터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 25는 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법은 향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값을 획득하는 단계; 상기 현재 블록이 참조하는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하는 단계; 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 단계; 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계; 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 2 예측값을 획득하는 단계; 및 상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값의 가중합을 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 장치는 향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값을 획득하는 하위 계층 예측 정보 획득부; 상기 현재 블록이 참조하는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하고, 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 블록 단위 움직임 보상부; 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하고, 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 2 예측값을 획득하는 픽셀 단위 움직임 보상부; 및 상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값의 가중합을 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득하는 예측값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 최대 부호화 단위 분할부(110), 부호화 단위 결정부(120) 및 출력부(130)를 포함한다.
최대 부호화 단위 분할부(110)는 영상의 현재 픽처를 위한 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 픽처를 구획할 수 있다. 현재 픽처가 최대 부호화 단위보다 크다면, 현재 픽처의 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위로 분할될 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 8보다 큰 2의 제곱승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위별로 부호화 단위 결정부(120)로 출력될 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.
부호화 단위 결정부(120)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화 단위 결정부(120)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 출력부(130)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 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 결정될 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 설명하겠다.
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 구획될 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, 부호화 단위 결정부(120)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.
부호화 단위 결정부(120)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(130)는, 부호화 단위 결정부(120)에서 결정된 적어도 하나의 부호화 심도에 기초하여 부호화된 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다.
부호화된 영상 데이터는 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다.
심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 부호화 심도 정보, 예측 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다.
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 구획되어 위치 별로 부호화 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 출력부(130)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 할당될 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 출력부(130)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 장치는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 수신부(210), 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220) 및 영상 데이터 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.
수신부(205)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱(parsing)한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 영상 데이터 복호화부(230)로 출력한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 현재 픽처에 대한 헤더로부터 현재 픽처의 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출한다. 추출된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는 영상 데이터 복호화부(230)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하여, 영상 데이터 복호화부(230)가 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화하도록 할 수 있다.
최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 하나 이상의 부호화 심도 정보에 대해 설정될 수 있으며, 부호화 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(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, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(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.
영상 데이터 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.
영상 데이터 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, 영상 데이터 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.
영상 데이터 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, 영상 데이터 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, 영상 데이터 복호화부(230)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 부호화 과정에서 최대 부호화 단위마다 재귀적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 단위에 대한 정보를 획득하여, 현재 픽처에 대한 복호화에 이용할 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 최적 부호화 단위로 결정된 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화된 영상 데이터의 복호화가 가능해진다.
따라서, 높은 해상도의 영상 또는 데이터량이 과도하게 많은 영상이라도 부호화단으로부터 전송된 최적 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여, 영상의 특성에 적응적으로 결정된 부호화 단위의 크기 및 부호화 모드에 따라 효율적으로 영상 데이터를 복호화하여 복원할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들, 예측 단위 및 변환 단위의 결정 방식이 상술된다.
도 3 은 계층적 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
비디오 데이터(310)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(320)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(330)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 3에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상 뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(330)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(310, 320)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(310)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 비디오 데이터(330)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(320)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(400)는, 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)에서 영상 데이터를 부호화하는데 거치는 작업들을 포함한다. 즉, 인트라 예측부(410)는 현재 프레임(405) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 인터 모드의 현재 프레임(405) 및 참조 프레임(495)를 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)로부터 출력된 데이터는 주파수 변환부(430) 및 양자화부(440)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 양방향 움직임 예측 및 보상시에 블록 기반으로 양방향 움직임 예측 및 보상된 결과에 부가하여 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상을 수행한다. 이에 대해서는 도 14 이하의 설명에서 상술하기로 한다.
양자화된 변환 계수는 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(495)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420), 움직임 보상부(425), 주파수 변환부(430), 양자화부(440), 엔트로피 부호화부(450), 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470), 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 변환부(430)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
비트스트림(505)이 파싱부(510)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 및 역양자화부(530)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 주파수 역변환부(540)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(550)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(560)는 참조 프레임(585)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부(560)는 양방향 움직임 보상시에 블록 기반으로 양방향 움직임 보상된 결과에 부가하여 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상을 수행한다. 이에 대해서는 도 14 이하의 설명에서 상술하기로 한다.
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.
비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 복호화부(230)에서 영상 데이터를 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(500)의 파싱부(510) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(500)의 구성 요소들인 파싱부(510), 엔트로피 복호화부(520), 역양자화부(530), 주파수 역변환부(540), 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560), 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 역변환부(540)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 4인 경우를 도시하고 있다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(610)는 부호화 단위의 계층 구조(600) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640), 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)가 존재한다. 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(610)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(610)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(610), 크기 64x32의 파티션들(612), 크기 32x64의 파티션들(614), 크기 32x32의 파티션들(616)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(620), 크기 32x16의 파티션들(622), 크기 16x32의 파티션들(624), 크기 16x16의 파티션들(626)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(630), 크기 16x8의 파티션들(632), 크기 8x16의 파티션들(634), 크기 8x8의 파티션들(636)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(640), 크기 8x4의 파티션들(642), 크기 4x8의 파티션들(644), 크기 4x4의 파티션들(646)로 분할될 수 있다.
마지막으로, 심도 4의 크기 4x4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이며 최하위 심도의 부호화 단위이고, 해당 예측 단위도 크기 4x4의 파티션(650)으로만 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)는, 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(610)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(610) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 주파수 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 주파수 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(710)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 주파수 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(800)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 형태에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806), 크기 NxN의 파티션(808) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(800)는 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806) 및 크기 NxN의 파티션(808) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(810)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(810)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(800)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(812), 인터 모드(814) 및 스킵 모드(816) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(820)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 주파수 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(822), 제 2 인트라 변환 단위 크기(824), 제 1 인터 변환 단위 크기(826), 제 2 인트라 변환 단위 크기(828) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(210)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(900)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(910)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(912), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(914), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(916), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(918)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(912, 914, 916, 918)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 타입은 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 타입마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 타입(912, 914, 916) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(918)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(920), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(930)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(930)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(940)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(942), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(944), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(946), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(948)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(948)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(950), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(960)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 분할 정보는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(970)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(980)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(990)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(992), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(994), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(996), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)을 포함할 수 있다.
파티션 타입 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 타입이 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 타입은 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(952)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(999)은, 현재 최대 부호화 단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 부호화 단위(900)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 부호화 심도를 결정하고, 해당 파티션 타입 및 예측 모드가 부호화 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 부호화 심도로 결정될 수 있다. 부호화 심도, 및 예측 단위의 파티션 타입 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 부호화 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 부호화 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 부호화 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(912)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 부호화 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(1010)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(1060)는 부호화 단위(1010) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(1070)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(1010)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(1012, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(1014, 1016, 1018, 1028, 1050, 1052)은 심도가 2, 부호화 단위들(1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, 1048)은 심도가 3, 부호화 단위들(1040, 1042, 1044, 1046)은 심도가 4이다.
예측 단위들(1060) 중 일부 파티션(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(1014, 1022, 1050, 1054)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(1016, 1048, 1052)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(1032)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(1010)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(1070) 중 일부(1052)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 주파수 변환 또는 주파수 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 예측 단위들(1060) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(200)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 주파수 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대 부호화 단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 재귀적 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 출력부(130)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 부호화 정보 추출부(220)는 수신된 비트스트림으로부터 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 1:3 및 3:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 타입 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:3 및 3:1로 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.
이하, 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)의 움직임 보상부(425) 및 도 5의 영상 복호화 장치(200)의 움직임 보상부(560)에서 수행되는 움직임 보상 과정에 대하여 구체적으로 설명한다. 또한, 하나의 계층의 비디오에 대한 움직임 보상 과정을 확장하여, 복수 개의 계층으로 구성된 스케일러블 비디오에서 움직임 보상을 수행하는 방식에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서, 전술한 예측 단위는 블록이라 지칭한다.
도 14는 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1400)의 블록도를 도시한다.
스케일러블 비디오 부호화 장치(1400)는 입력 영상을 기본 계층(base layer) 비디오 시퀀스 및 향상 계층(enhancement layer) 비디오 시퀀스로 분류하고, 기본 계층 비디오 시퀀스와 향상 계층 비디오 시퀀스를 부호화하여 스케일러블 비트스트림을 생성하여 출력한다. 다양한 네트워크 환경과 다양한 단말기에서 최적의 서비스를 제공할 수 있도록 하기 위해서, 스케일러블 비디오 부호화 장치(1400)는 다양한 공간적 해상도(spatial resolution), 화질(quality), 다양한 프레임율(frame-rate)을 포함하는 스케일러블 비트스트림을 출력한다. 각 단말기에서는 자신의 능력에 맞추어 특정 계층의 비트스트림을 받아 복원할 수 있다. 이하의 설명에서, 기본 계층 비디오는 하위 계층 비디오, 향상 계층 비디오는 상위 계층 비디오로 지칭될 수 있다.
도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1400)는 하위 계층 부호화부(1410), 상위 계층 부호화부(1420) 및 출력부(1430)를 포함한다.
하위 계층 부호화부(1410)는 하위 계층 영상을 부호화한다. 하위 계층 부호화부(1410)는, 도 1 내지 13을 참조하여 전술한 트리 구조의 부호화 단위들에 기초하여 하위 계층 영상을 부호화할 수 있다. 즉, 하위 계층 부호화부(1410)는, 하위 계층 영상을 최대 부호화 단위들로 분할하고, 각각의 최대 부호화 단위가 계층적으로 분할된 부호화 단위들의 부호화 모드를 결정함으로써 하위 계층 영상을 부호화할 수 있다. 또한, 하위 계층 부호화부(1410)는 부호화 단위마다 최적의 예측 단위 및 변환을 위한 변환 단위를 결정하여 출력한다.
특히, 하위 계층 부호화부(1410)는 움직임 보상시 블록 기반으로 획득된 움직임 보상값과 픽셀 단위로 획득된 픽셀 단위 움직임 보상값의 가중합을 이용함으로써 정밀한 움직임 보상값을 획득할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 하위 계층 부호화부(1410)는 하위 계층의 부호화되는 현재 블록이 참조하는 두 개의 참조 픽처를 이용하여 현재 블록의 각 픽셀의 변위 움직임 벡터를 획득하고, 획득된 변위 움직임 벡터와 두 개의 참조 픽처로부터 획득된 대응 픽셀의 경사도값을 이용하여 픽셀 단위 움직임 보상값을 생성할 수 있다.
상위 계층 부호화부(1420)는 상위 계층 영상을 부호화한다. 상위 계층 부호화부(1420)는 트리 구조의 부호화 단위들에 기초하여 상위 계층 영상을 부호화할 수 있다. 또한, 상위 계층 부호화부(1420)는 하위 계층 부호화부(1410)에서 부호화된 후 복원된 하위 계층 영상의 부호화 정보를 참조하여 상위 계층 영상을 예측 부호화할 수 있다. 상위 계층 부호화부(1420)는 부호화 정보로서 하위 계층 영상의 부호화 단위의 구조 정보, 하위 계층 영상의 부호화 단위에 포함되는 예측 단위의 구조 정보, 변환 단위의 구조 정보 및 움직임 정보 등을 참조하여, 상위 계층 영상을 부호화할 수 있다.
특히, 후술되는 바와 같이, 상위 계층 부호화부(1420)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록의 예측값과, 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값은 현재 블록에 대한 블록 단위 움직임 보상 결과에 의한 블록 단위 예측값과, 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 획득된다. 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값은 양방향 예측된 상위 계층의 현재 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처 및 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록을 이용하여 획득된 각 픽셀의 변위 움직임 벡터와, 2개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 획득될 수 있다.
하위 계층 영상의 부호화 정보를 참조하여 상위 계층 영상을 예측 부호화하는 모드를 인터 계층 예측 모드(inter-layer prediction mode)로 정의한다. 상위 계층 부호화부(1420)는 하위 계층 영상의 부호화 정보를 참조하지 않고, 상위 계층 영상을 독립적으로 예측 부호화할 수도 있다.
일 실시예에 따른 상위 계층 부호화부(1420)는 하위 계층 영상의 최대 부호화 단위의 분할 구조에 기초하여 상위 계층 영상의 최대 부호화 단위를 트리 구조의 부호화 단위들로 분할할 수 있다. 또한, 상위 계층 부호화부(1420)는 하위 계층 영상의 분할 구조에 기초하여 획득된 상위 계층 영상의 데이터 단위를 더 작은 데이터 단위로 분할할 수 있다. 데이터 단위는 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위 중 하나를 나타낸다. 예를 들어, 상위 계층 부호화부(1420)는 하위 계층 영상의 부호화 단위에 포함된 예측 단위의 구조 정보에 기초하여 상위 계층 영상의 부호화 단위에 포함된 예측 단위의 구조를 결정할 수 있다. 그리고, 상위 계층 부호화부(1420)는 하위 계층 영상의 분할 구조에 기초하여 획득된 상위 계층 영상의 초기 분할 구조에 포함된 데이터 단위를 이용하여 상위 계층 영상을 예측 부호화한 결과에 따른 제 1 코스트와, 상위 계층 영상의 초기 분할 구조에 포함된 데이터 단위를 추가적으로 분할하여 상위 계층 영상을 예측 부호화한 결과에 따른 제 2 코스트를 비교하여 상위 계층 영상의 데이터 단위의 추가적인 분할 여부를 결정할 수 있다.
출력부(1430)는, 하위 계층 부호화부(410)의 부호화 결과에 따라서 하위 계층 영상과 관련된 부호화 정보를 출력한다. 또한, 출력부(1430)는, 상위 계층 부호화부(1420)의 부호화 결과에 따라서 상위 계층 영상과 관련된 부호화 정보를 출력할 수 있다. 부호화 정보는 하위 계층 영상과 상위 계층 영상을 구성하는 최대 부호화 단위의 구조 정보, 예측 단위의 구조 정보, 변환 단위의 구조 정보, 예측 단위의 예측 모드 정보 등 부호화에 관련된 각종 정보를 포함할 수 있다. 특히, 출력부(1430)는 본 발명의 실시예들에 따라서, 블록 기반의 움직임 보상에 추가하여 픽셀 기반의 움직임 보상을 통해 정밀한 움직임 보상이 수행된 경우, 이러한 본 발명의 실시예들에 따른 정밀한 움직임 보상의 수행 여부를 나타내는 소정의 플래그 정보를 부호화 정보로 출력할 수 있다. 복호화측에서는 이러한 플래그 정보에 기초하여, 양방향 움직임 예측 및 보상을 통해 부호화된 블록에 대해서 일반적인 블록 기반의 움직임 보상을 통해서 블록의 예측값을 획득할 것인지, 아니면 후술되는 바와 같이 블록 기반 움직임 보상에 추가하여 픽셀 기반의 움직임 보상을 통한 정밀한 움직임 보상을 통해 예측값을 획득할 것인지 여부를 결정할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1500)는 파싱부(1510), 하위 계층 복호화부(1520) 및 상위 계층 복호화부(1530)를 포함한다.
파싱부(1510)는 수신된 비트스트림으로부터 하위 계층 영상의 부호화 정보 및 상위 계층 영상의 부호화 정보를 파싱한다.
하위 계층 복호화부(1520)는 파싱된 하위 계층 영상의 부호화 정보에 기초하여 하위 계층 영상을 복호화한다. 하위 계층 복호화부(1520)는 하위 계층 영상의 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위를 분할한 트리 구조의 부호화 단위를 결정하고, 각 부호화 단위의 예측 모드에 따라서 각 부호화 단위의 예측값을 생성함으로써 최대 부호화 단위마다 복호화를 수행할 수 있다. 하위 계층 복호화부(1520)는 양방향 예측된 현재 블록에 대해서, 블록 기반의 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위로 획득된 픽셀 단위 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 현재 블록의 예측값을 획득할 수 있다.
상위 계층 복호화부(1530)는 상위 계층 영상의 부호화 정보에 기초하여 상위 계층 영상을 복호화한다. 상위 계층 복호화부(1530)는 트리 구조의 부호화 단위들에 기초하여 상위 계층 영상을 복호화할 수 있다. 상위 계층 복호화부(1420)는 하위 계층 영상에 포함된 최대 부호화 단위의 분할 구조, 예측 단위의 분할 구조, 변환 단위의 분할 구조를 상위 계층 영상의 최대 부호화 단위의 분할 구조 및 부호화 단위에 포함된 예측 단위의 구조 및 변환 단위의 구조를 이용하여 상위 계층 영상에 포함된 최대 부호화 단위의 분할 구조, 예측 단위의 분할 구조, 변환 단위의 분할 구조를 상위 계층 영상의 최대 부호화 단위의 분할 구조 및 부호화 단위에 포함된 예측 단위의 구조 및 변환 단위의 구조를 결정할 수 있다.
상위 계층 영상의 최대 부호화 단위에 포함된 부호화 단위의 구조, 예측 단위의 구조, 변환 단위의 구조가 결정되면, 상위 계층 복호화부(1530)는 하위 계층 영상의 부호화 정보를 참조하여 상위 계층 영상의 복호화에 필요한 부호화 정보를 획득하고 획득된 부호화 정보를 이용하여 상위 계층 영상을 복호화할 수 있다. 예를 들어, 상위 계층 복호화부(1530)는 현재 복호화되는 상위 계층의 예측 단위에 대응되는 하위 계층의 예측 단위의 예측 모드 정보, 움직임 정보 등에 기초하여 상위 계층의 예측 단위에 적용될 예측 모드 정보, 움직임 정보를 획득하고, 획득된 예측 모드 정보 및 움직임 정보에 기초하여 상위 계층의 예측 단위를 복호화할 수 있다.
상위 계층 복호화부(1530)는, 하위 계층 영상으로부터 유추된 부호화 정보를 수정하고, 수정된 부호화 정보를 이용하여 상위 계층 영상의 부호화 정보를 결정할 수 있다. 상위 계층 복호화부(1530)는, 하위 계층 영상의 부호화 정보에 기초하여 결정된 상위 계층 영상의 부호화 정보를 그대로 이용하거나, 비트스트림으로부터 획득된 변경 정보에 기초하여 하위 계층 영상의 부호화 정보로부터 결정된 상위 계층 영상의 부호화 정보를 변경하고, 변경된 부호화 정보를 상위 계층 영상의 복호화에 이용할 수 있다. 예를 들어, 상위 계층 복호화부(1530)는 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터에 기초하여 상위 계층의 현재 블록의 초기 움직임 벡터를 획득하고, 비트스트림에 포함된 수정 움직임 벡터 정보에 기초하여 초기 움직임 벡터를 수정하여 상위 계층의 현재 블록에 적용될 최종적인 움직임 벡터를 획득할 수 있다.
특히, 상위 계층 복호화부(1530)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록의 예측값과, 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값은 현재 블록에 대한 블록 단위 움직임 보상 결과에 의한 블록 단위 예측값과, 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 획득된다. 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값은 양방향 예측된 상위 계층의 현재 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처 및 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록을 이용하여 획득된 각 픽셀의 변위 움직임 벡터와, 2개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 획득될 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 스케일러블 부호화 장치(1600)의 블록도를 도시한다.
스케일러블 부호화 장치(1600)은 하위 계층 부호화 장치(1610)와 상위 계층 부호화 장치(1660) 및 인터 계층 예측 장치(1650)를 포함한다. 하위 계층 부호화 장치(1610) 및 상위 계층 부호화 장치(1660)는 각각 도 14의 하위 계층 부호화부(1410) 및 상위 계층 부호화부(1420)에 대응될 수 있다.
하위 계층의 블록 분할부(1618)는 하위 계층 영상을 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등의 데이터 단위로 분할한다. 블록 분할부(1618)로부터 출력된 부호화 단위에 포함된 예측 단위에 대한 인트라 예측 또는 인터 예측이 수행될 수 있다. 움직임 보상부(1640)는 예측 단위에 대한 인터 예측을 수행하여 예측 단위의 예측값을 출력하고, 인트라 예측부(1645)는 예측 단위에 대한 인트라 예측을 수행하여 예측 단위의 예측값을 출력한다.
특히, 움직임 보상부(1640)는 움직임 보상시 블록 기반으로 획득된 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위로 획득된 픽셀 단위 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용함으로써 정밀한 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 움직임 보상부(1640)는 양방향 예측을 통해서 하위 계층의 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처의 대응 영역을 결정하고, 대응 영역의 평균값을 이용하여 하위 계층 블록의 블록 기반 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 움직임 보상부(1640)는 하위 계층의 부호화되는 현재 블록이 참조하는 두 개의 참조 픽처를 이용하여 각 픽셀의 변위 움직임 벡터를 획득하고, 획득된 변위 움직임 벡터와 두 개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 생성할 수 있다.
부호화 컨트롤부(1615)는 인트라 예측 모드 및 인터 예측 모드 중 현재 예측 단위와 가장 유사한 예측값을 획득하는데 이용된 예측 모드를 결정하고, 결정된 예측 모드에 따른 예측값이 출력되도록 예측 스위치(1648)를 제어한다. 인트라 예측 또는 인터 예측을 통해 획득된 현재 블록의 예측값과 현재 블록의 차이값인 레지듀얼은 변환/양자화부(1620)에 의하여 변환 및 양자화되어 양자화된 변환 계수가 출력된다. 스케일링/역변환부(1625)는 양자화된 변환계수에 대해 스케일링 및 역변환을 수행하여 레지듀얼을 복원한다. 스토리지(1630)는 복원된 레지듀얼과 현재 블록의 예측값을 가산하여 복원된 현재 블록을 저장한다. 블록 분할부(1618)에서 분할된 하위 계층 영상의 모든 부호화 단위마다 부호화 과정이 반복된다. 이와 같은 하위 계층 영상의 부호화 과정에 따라서 최소 코스트를 갖는 하위 계층 영상의 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 구조가 결정될 수 있다. 디블로킹 필터링부(1635)는 복원된 하위 계층 영상에 대한 필터링을 수행하여 복원된 하위 계층 영상에 포함된 결함(artifact)를 감소시킨다.
인터-계층 예측 장치(1650)는 하위 계층 영상이 상위 계층 영상의 예측 부호화에 이용될 수 있도록 하위 계층 영상 정보를 상위 계층 부호화 장치(1660)로 출력한다. 인터-계층 예측 장치(1650)의 디블로킹부(1655)는 부호화된 후 복원된 하위 계층 영상에 대한 디블로킹 필터링을 수행하고, 필터링된 하위 계층 영상을 상위 계층 부호화 장치(1680)로 출력한다.
상위 계층 부호화 장치(1660)은, 하위 계층 부호화 장치(1610)에서 부호화된 하위 계층 영상의 부호화 정보에 기초하여 상위 계층 영상을 부호화한다. 상위 계층 부호화 장치(1660)은 하위 계층 부호화 장치(1610)에서 결정된 하위 계층 영상의 부호화 정보를 그대로 적용하거나, 하위 계층 영상의 부호화 정보를 변경하여 상위 계층 영상의 부호화에 적용될 부호화 정보를 결정할 수 있다.
상위 계층의 블록 분할부(1668)는 상위 계층 영상을 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등의 데이터 단위로 분할한다. 상위 계층의 블록 분할부(1668)는 하위 계층 영상에서 결정된 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위 등의 데이터 단위의 구조 정보에 기초하여, 대응되는 상위 계층 영상의 데이터 단위의 구조를 결정할 수 있다.
블록 분할부(1668)로부터 출력된 상위 계층의 부호화 단위에 포함된 예측 단위마다 인트라 예측 또는 인터 예측이 수행될 수 있다. 움직임 보상부(1690)는 현재 블록에 대한 인터 예측을 수행하여 예측값을 출력하고, 인트라 예측부(1695)는 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하여 예측값을 출력한다. 움직임 보상부(1690)는 상위 계층의 블록에 대응되는 하위 계층의 블록의 움직임 벡터를 스케일링하여 상위 계층의 블록의 움직임 벡터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 하위 계층 영상이 a*b(a,b는 정수)의 해상도를 갖고, 대응되는 상위 계층 영상이 2a*2b의 해상도를 갖으며 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터가 mv_base라고 하면, 하위 계층 영상과 상위 계층 영상의 해상도 비율에 따라서 하위 계층의 블록의 움직임 벡터를 2배만큼 업스케일링한 2*mv_base가 상위 계층의 블록의 움직임 벡터로 결정될 수 있다. 또한, 움직임 보상부(1690)는 하위 계층의 움직임 벡터를 이용하지 않고 독립적인 움직임 예측을 수행하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 벡터를 결정할 수 있다.
특히, 상위 계층의 움직임 보상부(1690)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록의 예측값과, 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값은 현재 블록에 대한 블록 단위 움직임 보상 결과에 의한 블록 단위 예측값과, 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 획득된다. 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값은 양방향 예측된 상위 계층의 현재 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처 및 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록을 이용하여 획득된 각 픽셀의 변위 움직임 벡터와, 2개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 획득될 수 있다.
상위 계층의 부호화 컨트롤부(1665)는 인트라 예측 모드 및 인터 예측 모드 중 상위 계층의 현재 블록과 가장 유사한 예측값을 갖는 예측 모드를 결정하고, 결정된 예측 모드에 따른 현재 블록의 예측값이 출력되도록 예측 스위치(1698)를 제어한다. 인트라 예측 또는 인터 예측을 통해 획득된 예측값과 현재 블록의 차이값인 레지듀얼은 변환/양자화부(1670)에 의하여 변환 및 양자화되어 양자화된 변환 계수가 출력된다. 스케일링/역변환부(1675)는 양자화된 변환계수에 대해 스케일링 및 역변환을 수행하여 레지듀얼을 복원한다. 스토리지(1680)는 복원된 레지듀얼과 현재 블록의 예측값을 가산하여 현재 예측 단위를 복원하여 저장한다. 디블로킹부(1685)는 복원된 상위 계층 영상에 대한 디블로킹 필터링을 수행한다.
도 17은 일 실시예에 따른 스케일러블 복호화 장치(2400)의 블록도를 도시한다.
스케일러블 복호화 장치(1700)은 하위 계층 복호화 장치(1710)와 상위 계층 복호화 장치(1760)를 포함한다. 하위 계층 복호화 장치(1710) 및 상위 계층 복호화 장치(1760)는 각각 도 15의 하위 계층 복호화부(1520) 및 상위 계층 복호화부(1530)에 대응될 수 있다.
파싱부(1510)에서 비트스트림으로부터 하위 계층 영상의 부호화 정보 및 상위 계층 영상의 부호화 정보를 파싱하여 출력하면, 역양자화/역변환부(1720)는 하위 계층 영상의 레지듀얼을 역양자화 및 역변환하여 복원된 레지듀얼 정보를 출력한다. 움직임 보상부(1740)는 현재 블록에 대한 인터 예측을 수행하여 예측값을 출력하고, 인트라 예측부(1745)는 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하여 예측값을 출력한다.
특히, 움직임 보상부(1740)는 움직임 보상시 블록 기반으로 획득된 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위로 획득된 픽셀 단위 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용함으로써 정밀한 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 움직임 보상부(1740)는 양방향 예측을 통해서 하위 계층의 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처의 대응 영역을 결정하고, 대응 영역의 평균값을 이용하여 하위 계층 블록의 블록 기반 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 움직임 보상부(1740)는 하위 계층의 부호화되는 현재 블록이 참조하는 두 개의 참조 픽처를 이용하여 각 픽셀의 변위 움직임 벡터를 획득하고, 획득된 변위 움직임 벡터와 두 개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 생성할 수 있다.
복호화 컨트롤부(1715)는 하위 계층 영상의 부호화 정보에 포함된 하위 계층 영상의 현재 블록의 예측 모드 정보에 기초하여 인트라 예측 모드 및 인터 예측 모드 중 하나의 예측 모드를 결정하고, 결정된 예측 모드에 따른 예측값이 출력되도록 예측 스위치(1748)를 제어한다. 인트라 예측 또는 인터 예측을 통해 획득된 현재 블록의 예측값과 복원된 레지듀얼이 가산되어 하위 계층의 현재 블록이 복원된다. 복원된 하위 계층 영상은 스토리지(1730)에 저장된다. 디블로킹부(1735)는 복원된 하위 계층 영상에 대한 디블로킹 필터링을 수행한다.
인터-계층 예측 장치(1750)는 하위 계층 영상이 상위 계층 영상의 예측 복호화에 이용될 수 있도록 하위 계층 영상 정보를 상위 계층 복호화 장치(1760)로 출력한다. 인터-계층 예측 장치(1750)의 디블로킹부(1755)는 복원된 하위 계층 영상에 대한 디블로킹 필터링을 수행하고, 필터링된 하위 계층 영상을 상위 계층 복호화 장치(1760)로 출력한다.
상위 계층 복호화 장치(1760)은, 하위 계층 복호화 장치(1710)에서 복호화된 하위 계층 영상의 부호화 정보를 이용하여 상위 계층 영상을 복호화한다. 상위 계층 복호화 장치(1760)는 하위 계층 복호화 장치(1710)에서 결정된 하위 계층 영상의 부호화 정보를 그대로 적용하거나, 하위 계층 영상의 부호화 정보를 변경하여 상위 계층 영상의 복호화에 적용될 부호화 정보를 결정할 수 있다.
역양자화/역변환부(1770)는 상위 계층 영상의 레지듀얼을 역양자화 및 역변환하여 복원된 레지듀얼 정보를 출력한다. 움직임 보상부(1790)는 상위 계층의 현재 블록에 대한 인터 예측을 수행하여 예측값 출력하고, 인트라 예측부(1795)는 상위 계층의 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하여 예측값을 출력한다. 움직임 보상부(1790)는 상위 계층의 현재 블록에 대응되는 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터를 스케일링하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 벡터를 결정하거나, 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터와는 독립적으로 부호화되어 비트스트림에 포함된 상위 계층의 현재 블록의 움직임 벡터 정보에 기초하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 벡터를 획득할 수 있다.
특히, 상위 계층의 움직임 보상부(1790)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록의 예측값과, 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값은 현재 블록에 대한 블록 단위 움직임 보상 결과에 의한 블록 단위 예측값과, 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 획득된다. 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값은 양방향 예측된 상위 계층의 현재 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처 및 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록을 이용하여 획득된 각 픽셀의 변위 움직임 벡터와, 2개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 획득될 수 있다.
복호화 컨트롤부(1765)는 상위 계층 영상의 부호화 정보에 포함된 예측 모드 정보에 기초하여 인트라 예측 모드 및 인터 예측 모드 중 하나의 예측 모드를 결정하고, 결정된 예측 모드에 따른 예측 블록이 출력되도록 예측 스위치(1798)를 제어한다. 인트라 예측 또는 인터 예측을 통해 획득된 상위 계층의 현재 예측 단위의 예측값과 복원된 레지듀얼이 가산되어 현재 예측 단위가 복원된다. 복원된 상위 계층 영상은 스토리지(1780)에 저장된다. 디블로킹부(1785)는 복원된 상위 계층 영상에 대한 디블로킹 필터링을 수행한다.
이하, 도 4의 움직임 보상부(425), 도 5의 움직임 보상부(560), 도 16의 움직임 보상부(1640, 1690) 및 도 17의 움직임 보상부(1740, 1790)에서 수행되는 움직임 보상 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
종래의 움직임 예측 및 보상 방식은 일정한 크기의 사각형 블록, 예를 들어 16x16 크기의 매크로 블록을 이용하여 참조 프레임에서 현재 부호화되는 매크로 블록과 가장 유사한 영역을 선택하여 예측값을 생성하는 블록 매칭 알고리즘을 이용하고 있다. 예를 들어, 종래의 양방향 움직임 예측 및 보상 방식은 이전 프레임 P0 및 다음 프레임 P1에서 부호화되는 현재 블록과 가장 유사한 영역을 검색하고, 이전 프레임 P0에서 검색된 영역과 다음 프레임 P1에서 검색된 영역의 대응되는 픽셀의 평균값 등을 이용하여 현재 블록의 예측값을 생성한다. 이러한 종래의 블록 기반 움직임 예측 및 보상 방식은 대부분의 비디오 시퀀스에서 비교적 정확하게 움직임을 검색할 수 있지만, 블록 전체를 기준으로 예측 및 보상을 수행하기 때문에 블록 내부에 작은 움직이는 부분이 있는 경우 이러한 작은 움직이는 부분을 효율적으로 예측하기 어렵다. 그러나, 이러한 블록 내부의 작은 움직임을 예측하기 위하여 픽셀 단위로 움직임 예측 및 보상을 수행하는 것은 각 픽셀의 움직임 벡터 정보를 부호화하는데 요구되는 비트량을 과도하게 증가시키므로 비효율적이다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 움직임 보상 방법은 움직임 정보를 부호화하는데 요구되는 비트량의 증가없이 블록 기반으로 양방향 움직임 예측 및 보상된 결과에 기초하여 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상을 부가적으로 수행하는 방법을 제공한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 18의 움직임 보상부(1800)는 단일 계층의 비디오에서 움직임 보상을 수행한다. 즉, 도 18의 움직임 보상부(1800)는 다른 계층의 비디오 정보를 이용하지 않고 부호화되는 현재 계층의 정보만을 이용하여 움직임 보상을 수행한다. 예를 들어, 도 18의 움직임 보상부(1800)는 도 4의 움직임 보상부(425), 도 5의 움직임 보상부(560), 도 16의 하위 계층의 움직임 보상부(1640) 및 도 17의 하위 계층의 움직임 보상부(1740)에 이용될 수 있다. 만약, 스케일러블 비디오에서 하위 계층과 독립적으로, 즉 하위 계층의 정보를 이용하지 않고 상위 계층에 대한 움직임 보상을 수행하는 경우, 도 18의 움직임 보상부(1800)는 도 16의 상위 계층의 움직임 보상부(1690) 및 도 17의 상위 계층의 움직임 보상부(1790)에 이용될 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부(1800)는 블록 단위 움직임 보상부(1810), 픽셀 단위 움직임 보상부(1820) 및 예측값 생성부(1830)를 포함한다.
블록 단위 움직임 보상부(1810)는 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측 결과 획득된 양방향 움직임 벡터들을 이용하여 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 양방향 움직임 벡터들이 가리키는 참조 픽처들의 픽셀들을 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 부가적으로 수행한다.
예측값 생성부(1830)는 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 현재 블록에 대한 최종적인 양방향 움직임 예측값을 생성한다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 19의 움직임 보상부(1900)는 복수 개의 계층으로 구성된 비디오에서 움직임 보상을 수행하는데 이용된다. 도 18의 움직임 보상부(1900)는 이전에 부호화된 후 복원된 다른 계층의 부호화 정보를 이용하여, 부호화되는 현재 계층의 비디오에 대한 움직임 보상을 수행한다. 예를 들어, 도 18의 움직임 보상부(1800)는 도 16의 상위 계층의 움직임 보상부(1690) 및 도 17의 상위 계층의 움직임 보상부(1790)에 이용될 수 있다.
도 19를 참조하면, 다른 실시예에 따른 움직임 보상부(1900)는 하위 레이어 예측 정보 획득부(1905), 블록 단위 움직임 보상부(1910), 픽셀 단위 움직임 보상부(1920) 및 예측값 생성부(1930)를 포함한다.
하위 레이어 예측 정보 획득부(1905)는 부호화되는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록으로부터 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득한다. 만약, 하위 계층의 영상에 비하여 상위 계층의 영상이 고해상도를 갖는 영상인 경우, 하위 레이어 예측 정보 획득부(1905)는 이전에 복원된 하위 계층의 대응 블록을 업샘플링하여 상위 계층의 현재 블록의 예측값으로 이용할 수 있다.
블록 단위 움직임 보상부(1910)는 상위 계층의 현재 블록의 양방향 움직임 벡터들을 이용하여 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 블록 단위 움직임 보상부(1910)는 현재 블록이 참조하는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하고, 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 즉, 블록 단위 움직임 보상부(1910)는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터가 가리키는 참조 픽처의 대응 영역의 각 픽셀들의 평균값을 현재 블록의 각 픽셀의 블록 단위 양방항 움직임 보상 예측값으로 이용할 수 있다. 상위 계층의 현재 블록에 대한 양방향 움직임 보상에 이용되는 움직임 벡터는 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터를 이용하여 결정되거나, 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터와는 독립적으로 결정될 수 있다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 양방향 움직임 벡터들이 가리키는 참조 픽처들의 픽셀들을 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 현재 블록의 각 픽셀에 대하여, 부가적으로 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다. 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값은 양방향 예측된 상위 계층의 현재 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처 및 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록을 이용하여 획득된 각 픽셀의 변위 움직임 벡터와, 2개의 참조 픽처로부터 획득된 경사도값을 이용하여 획득될 수 있다. 구체적인 픽셀 단위의 움직임 보상 과정에 대해서는 후술한다.
예측값 생성부(1930)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록의 예측값과, 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값을 획득할 수 있다. 상위 계층의 현재 블록의 움직임 보상 예측값은 현재 블록에 대한 블록 단위 움직임 보상 결과에 의한 블록 단위 예측값과, 픽셀 단위의 움직임 보상 예측값의 가중합을 이용하여 획득된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 단위 양방향 움직임 예측 및 보상 과정과 픽셀 단위 양방향 움직임 보상 과정에 대하여 구체적으로 설명한다. 먼저 단일 계층의 영상을 이용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대하여 설명한다. 예를 들어 이하 설명되는 단일 계층의 영상을 이용한 움직임 보상 과정은 기본 계층의 영상에 대한 양방향 움직임 보상 과정에 적용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 기반 양방향 움직임 예측 및 보상 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 18 및 도 20을 참조하면, 현재 블록(2001)에 대한 양방향 움직임 예측에 의하여 제 1 참조 픽처(2010) 및 제 2 참조 픽처(2020)에서 현재 픽처(2000)의 부호화되는 현재 블록(2001)과 가장 유사한 대응 영역들(2011, 2021)을 가리키는 움직임 벡터들인 MV1, MV2가 결정되었다고 가정한다. 복호화 측에서는 비트스트림에 포함된 움직임 벡터 정보로부터 양방향 움직임 벡터들 MV1, MV2를 결정할 수 있다.
블록 단위 움직임 보상부(1810)는 제 1 움직임 벡터(MV1) 및 제 2 움직임 벡터(MV2)를 이용하여 현재 블록(2001)에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 일 예로, (i,j)(i,j는 정수)에 위치한 제 1 참조 픽처(2010)의 픽셀값을 P0(i,j), (i,j)에 위치한 제 2 참조 픽처(2020)의 픽셀값을 P1(i,j), MV1=(MVx1,MVy1), MV2=(MVx2, MVy2)라고 하면, 현재 블록(2001)의 (i,j) 위치 픽셀의 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값 P_BiPredBlock(i,j)는 다음의 수학식; P_BiPredBlock(i,j)={P0(i+MVx1, j+MVy1)+P1(i+MVx2, j+MVy2)}/2 와 같이 계산될 수 있다. 이와 같이, 블록 단위 움직임 보상부(1810)는 제 1 움직임 벡터(MV1) 및 제 2 움직임 벡터(MV2)가 가리키는 제 1 대응 영역(2012) 및 제 2 대응 영역(2022)의 픽셀들의 평균값이나 가중합을 이용하여 현재 블록(2001)에 대한 블록 단위 움직임 보상을 수행한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 제 1 참조 픽처(2010) 및 제 2 참조 픽처(2020)의 픽셀들의 옵티컬 플로우(optical flow)에 기초하여 현재 블록(2001)에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다.
옵티컬 플로우는 관찰자(눈 또는 카메라) 및 장면(scene) 사이의 상대적인 움직임에 의하여 유발되는 객체, 표면의 외관상 움직임의 패턴(pattern of apprarent motion)을 의미한다. 비디오 시퀀스에서, 옵티컬 플로우는 임의의 시간 t 및 t+△t 에서 획득된 프레임 사이의 밝기값이나 픽셀값의 변화를 계산함으로써 획득될 수 있다. t 시간 프레임의 (x,y)에 위치한 픽셀값을 I(x,y,t)라고 정의한다. I(x,y,t)는 시공간적으로 변화되는 값이다. I(x,y,t)를 시간 t에 관하여 미분하면 다음의 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2014000109-appb-M000001
만약, 블록 내의 작은 움직임 부분에 대해서 움직임에 의한 픽셀값의 변화는 존재하지만, 시간에 따라서 픽셀값이 변하지 않는다고 가정하면, dI/dt는 0이다. 또한, dx/dt를 픽셀값 I(x,y,t)의 x축 방향의 변위 벡터 Vx, dy/dt를 픽셀값 I(x,y,t)의 y축 방향의 변위 벡터 Vy라고 정의한다면 수학식 1은 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2014000109-appb-M000002
여기서, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy의 크기는 양방향 움직임 예측에 이용된 픽셀 정확도(pixel accuracy)보다 작은 값인 것이 바람직하다. 예를 들어, 양방향 움직임 예측시 1/4 픽셀 정확도를 갖는다고 하였을 때, Vx 및 Vy의 크기는 1/4 보다 작은 값을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 수학식 2에 따른 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 계산하고, 이러한 변위 벡터 Vx 및 Vy를 이용하여 픽셀 단위로 움직임 보상을 수행한다. 수학식 2에서 픽셀값 I(x,y,t)는 원신호의 값이기 때문에 원신호의 값을 그대로 이용하는 것은 부호화시에 많은 오버헤드를 유발할 수 있다. 따라서, 픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 블록 단위로 양방향 움직임 예측 결과 결정된 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 수학식 2에 따른 변위 벡터 Vx 및 Vy를 계산한다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 21에서, 제 1 대응 영역(2110) 및 제 2 대응 영역(2120)은 도 20의 제 1 대응 영역(2012) 및 제 2 대응 영역(2022)와 해당된다. 즉, 도 21에서는 제 1 대응 영역(2110) 및 제 2 대응 영역(2120)이 현재 블록(2100)에 오버랩되도록 양방향 움직임 벡터(MV1, MV2)를 이용하여 쉬프트된 것으로 가정한다. 또한, 현재 블록(2100)의 양방향 예측되는 (i,j)(i,j는 정수) 위치의 픽셀을 P(i,j), 현재 블록(2100)의 양방향 예측되는 픽셀 P(i,j)과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 현재 블록(2100)의 양방향 예측되는 픽셀 P(i,j)과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j)이라고 정의한다. 다시 말해서, 제 1 대응 픽셀의 픽셀값 P0(i,j)은 제 1 참조 픽처를 가리키는 양방향 움직임 벡터 MV1에 의하여 결정된 현재 블록(2100)의 픽셀 P(i,j)에 대응되는 픽셀이며, 제 2 대응 픽셀의 픽셀값 P1(i,j)은 제 2 참조 픽처를 가리키는 양방향 움직임 벡터 MV2에 의하여 결정된 현재 블록(2100)의 픽셀 P(i,j)에 대응되는 픽셀이다.
또한, 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값(Gradient)을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j)라고 정의한다. 또한, 현재 블록(2100)이 속하는 현재 픽처와 제 1 대응 영역(2110)이 속하는 제 1 참조 픽처 사이의 시간적 거리를 d0, 현재 픽처와 제 2 대응 영역(2120)이 속하는 제 2 참조 픽처 사이의 시간적 거리를 d1이라고 정의한다.
d0 및 d1을 1이라고 가정하면, 수학식 2에서
Figure PCTKR2014000109-appb-I000001
는 다음의 수학식 3과 같이 제 1 대응 픽셀의 픽셀값 P0(i,j)과 제 2 대응 픽셀의 픽셀값 P1(i,j)의 시간에 따른 변화량으로 근사화할 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2014000109-appb-M000003
수학식 2에서 경사도값
Figure PCTKR2014000109-appb-I000002
및
Figure PCTKR2014000109-appb-I000003
는 각각 다음의 수학식 4 및 5와 같이 제 1 대응 픽셀과 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값의 평균값과, 제 1 대응 픽셀과 제 2 대응 픽셀의 수직 방향 경사도값의 평균값으로 근사화될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2014000109-appb-M000004
수학식 5
Figure PCTKR2014000109-appb-M000005
수학식 3 내지 5를 이용하여 수학식 2는 다음의 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2014000109-appb-M000006
수학식 6에서, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy는 현재 픽셀 P(i,j)의 위치에 따라서 변화될 수 있기 때문에, 즉 (i,j)에 종속적이므로 Vx(i,j), Vy(i,j)와 같이 표현될 수 있다.
한편, 도 21에서 현재 블록 내부에 일정한 작은 움직임이 있다고 가정하면, 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상되는 현재 픽셀 P(i,j)과 가장 유사한 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 영역(2110)의 픽셀은 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)가 아니라, 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)를 소정의 변위 벡터 Vd 만큼 이동시킨 제 1 변위 대응 픽셀 PA라고 가정한다. 전술한 바와 같이 일정한 작은 움직임이 있다고 가정하였으므로, 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 영역(2120)에서 현재 픽셀 P(i,j)와 가장 유사한 픽셀은 제 2 대응 픽셀 P1(i,j)를 -Vd 만큼 이동시킨 제 2 변위 대응 픽셀 PB라고 추정할 수 있다. 변위 벡터 Vd는 전술한 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy로 구성되어 Vd=(Vx, Vy)와 같다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 이러한 변위 벡터 Vd를 구성하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 계산하고, 변위 벡터를 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 값을 다시 픽셀 단위로 움직임 보상한다.
제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 값은, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy와, 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)을 이용하여 다음의 수학식 7 및 8과 같이 정의될 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2014000109-appb-M000007
수학식 8
Figure PCTKR2014000109-appb-M000008
제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 차이값을 △ij라고 정의하면, △ij는 다음의 수학식 9와 같다.
수학식 9
Figure PCTKR2014000109-appb-M000009
수학식 6과 수학식 9를 비교하면, 수학식 6은 △ij가 0인 경우, 즉 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 값이 동일한 경우를 의미한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 수학식 7 및 8의 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 값들의 평균값이나 가중합을 이용하여 픽셀 단위로 움직임 보상을 수행한다. 전술한 수학식 7 및 8을 계산하기 위해서는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy와, 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)을 결정하여야 한다. 후술되는 바와 같이, 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀의 경사도값은 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향으로 서브 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산함으로써 결정되거나, 소정의 필터를 이용하여 계산될 수 있다.
먼저, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 결정하는 과정에 대하여 설명한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1820)는 양방향 움직임 보상되는 현재 픽셀 P(i,j)을 중심으로 주변의 픽셀들을 포함하는 소정 크기의 윈도우(Ωij)(2102) 내에서 △ij가 최소가 되도록 하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 결정한다. △ij가 0인 경우가 가장 바람직하지만, 윈도우(Ωij)(2102) 내의 모든 픽셀에 대해서 △ij가 0인 경우를 만족시키는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy가 존재하지 않을 수 있기 때문에, △ij가 최소가 되도록 하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy가 결정된다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변이 벡터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 24를 참조하면, 소정 크기의 윈도우(Ωij)(2400)는 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀 P(i,j)을 중심으로 한 (2M+1)*(2N+1)(M, N은 정수)의 크기를 갖는다. 도면 부호 2410은 제 1 참조 픽처에서 현재 픽처의 윈도우(2400)와 대응되는 영역이며, 도면 부호 2420은 제 2 참조 픽처에서 현재 픽처의 윈도우(2400)와 대응되는 영역을 가리킨다. 윈도우(Ωij)(2400)의 크기가 증가할수록 정확한 변위 움직임 벡터를 획득할 수 있으나 연산량이 증가된다. 따라서, 윈도우(Ωij)(2400)의 크기 (2M+1)*(2N+1)는 N=M=2, 즉 5x5 의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 윈도우의 크기는 이에 한정되지 않고 하드웨어의 성능을 고려하여 변경될 수 있다.윈도우 내의 양방향 예측되는 현재 블록의 픽셀을 P(i',j')( i-M≤i'≤i+M 이고, j-M≤j'≤j+M인 경우 (i',j')∈Ωij), 현재 블록의 양방향 움직임 보상되는 픽셀 P(i',j')과 대응되는 제 1 참조 픽처(2410)의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i',j'), 현재 블록의 양방향 움직임 보상되는 픽셀 P(i',j')과 대응되는 제 2 참조 픽처(2420)의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i',j'), 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i',j'), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i',j')라고 하면, 제 1 변위 대응 픽셀 PA'는 다음의 수학식; P0(i',j')+Vx*GradX0(i',j')+Vy*GradY0(i',j')의 값을 가지며, 제 2 변위 대응 픽셀 PB'는 다음의 수학식; P1(i',j')-Vx*GradX1(i',j')-Vy*GradY1(i',j')의 값을 갖는다.
제 1 변위 대응 픽셀 PA'와 제 2 변위 대응 픽셀 PB'의 차이값 △i'j'이 최소가 되도록 하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy는, 다음의 수학식 10과 같이 윈도우(Ωij)(2400) 내의 각 픽셀에 대하여 획득된 차이값 △i'j'의 제곱합인 Φ(Vx,Vy)의 극대값 또는 극소값을 이용하여 결정될 수 있다.
수학식 10
Figure PCTKR2014000109-appb-M000010
Φ(Vx,Vy)은 Vx, Vy를 매개변수로 하는 함수로써, 극대값 또는 극소값은 다음의 수학식 11 및 12와 같이 Φ(Vx,Vy)을 Vx 및 Vy에 대하여 편미분하여 0이 되는 값을 계산함으로써 결정될 수 있다.
수학식 11
Figure PCTKR2014000109-appb-M000011
수학식 12
Figure PCTKR2014000109-appb-M000012
수학식 11 및 12로부터 다음 수학식 13과 같이 Vx(i,j) 및 Vy(i,j)를 변수로 하는 2개의 선형 방정식을 획득할 수 있다.
수학식 13
Figure PCTKR2014000109-appb-M000013
수학식 13에서 s1 내지 s6는 다음의 수학식 14와 같다.
수학식 14
Figure PCTKR2014000109-appb-M000014
수학식 13의 연립 방정식을 풀면 크레이머 공식(kramer's formulas)에 따라서 Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det와 같이 Vx(i,j) 및 Vy(i,j)의 값을 풀 수 있다. 여기서, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다.
한편, 하드웨어 측면에서 Vx(i,j) 및 Vy(i,j) 를 획득하기 위하여 det1, det2 및 det를 계산하는 과정은 복잡하고 많은 연산량이 요구된다. 따라서, (i,j) 위치의 현재 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=s3/s1 과 같이 근사화된 값을 이용하며, 또한, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=(s6-Vx*s2)/s4 의 근사화된 값을 대신 이용할 수 있다. 이러한 근사화된 값을 이용하는 경우 오버플로우 없이 32 비트 정수 연산을 통해 현재 픽셀의 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j) 및 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)를 획득하는 것이 가능하다.
다시 도 18을 참조하면, 예측값 생성부(1830)는 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 가산하여 양방향 움직임 예측값을 생성한다. 구체적으로, 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대한 양방향 움직임 예측값을 PBIO(i,j), 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 및 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 하면, 예측값 생성부(1830)는 다음의 수학식 15와 같이 양방향 움직임 예측값을 생성한다.
수학식 15
Figure PCTKR2014000109-appb-M000015
수학식 15에서 (P0(i,j)+P1(i,j))/2 는 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값에 해당하며, (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2는 본 발명의 일 실시예에 따라서 계산된 픽셀 단위 움직임 보상 예측값에 대응된다.
수학식 15는 픽셀 단위 움직임 보상 예측값에 소정의 가중치 α를 곱하여 다음의 수학식 16과 같이 변경될 수 있다.
수학식 16
Figure PCTKR2014000109-appb-M000016
가중치 α는 1보다 작은 값으로써, α=0.56±0.05인 것이 바람직하다.
한편, 전술한 수학식 13은 현재 픽처와 제 1 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d0 및 현재 픽처와 제 2 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d1이 모두 1인 경우를 가정하여 계산된 것이다. 만약 d0 및 d1이 1이 아닌 경우, 변위 벡터 Vd의 크기는 d0 및 d1에 반비례하게 스케일링 되어야 한다. 즉, 제 1 대응 픽셀에서 제 1 변위 대응 픽셀을 가리키는 제 1 참조 픽처의 변위 벡터를 (Vx0, Vy0), 제 2 대응 픽셀에서 제 2 변위 대응 픽셀을 가리키는 제 2 참조 픽처의 변위 벡터를 (Vx1, Vy1)이라고 하면, d0*Vx1=-d1*Vx0 및 d0*Vy1=-d1*Vy0이다. d=d1/d0 라고 하고, 함수 Φ(Vx,Vy)을 Vx 및 Vy에 대하여 편미분하여 극대값 및 극소값을 계산함으로써 Vx 및 Vy를 계산할 수 있다. 전술한 바와 같이 Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det이며, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다. 여기서, s1 내지 s6의 값은 다음의 수학식 17과 같다.
수학식 17
Figure PCTKR2014000109-appb-M000017
또한, 현재 픽처와 제 1 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d0 및 현재 픽처와 제 2 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d1이 1이 아닌 경우, 수학식 16은 다음의 수학식 18과 같이 변경되며, 예측값 생성부(1830)은 수학식 18에 따라 양방향 움직임 보상 예측값을 생성한다.
수학식 18
Figure PCTKR2014000109-appb-M000018
한편, 전술한 수학식 2의 옵티컬 플로우는 시간에 따른 픽셀값의 변화가 0라는 가정에 기반한 것이지만, 시간에 따라서 픽셀값이 변화될 수 있다. 이러한 시간에 따른 픽셀값의 변화를 q라고 하면 수학식 2는 다음의 수학식 19와 같이 변경된다.
수학식 19
Figure PCTKR2014000109-appb-M000019
여기서 q의 값으로서 제 1 대응 영역과 제 2 대응 영역의 픽셀값의 차이의 평균을 이용할 수 있다. 즉, q는 다음의 수학식 20과 같이 계산될 수 있다.
수학식 20
Figure PCTKR2014000109-appb-M000020
Hor_block_size는 현재 블록의 수평 방향 크기, ver_block_size는 현재 블록의 수직 방향 크기를 의미한다. 전술한 수학식 6 내지 18에서 P1(i,j) 대신에 픽셀값의 변화량 q를 고려한 P1(i,j)-q 값을 이용하여 Vx, Vy를 구해보면, Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det이며, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다. 여기서, s1 내지 s6의 값은 다음의 수학식 21과 같다.
수학식 21
Figure PCTKR2014000109-appb-M000021
시간에 따른 픽셀값의 변화를 q라고 가정한 경우에도 예측값 생성부(1830)은 전술한 수학식 18에 따라 양방향 움직임 보상 예측값을 생성할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 수평 및 수직 방향 경사도값은 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향으로 서브 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산하거나, 소정의 필터를 이용하여 계산될 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다. 도 22를 참조하면, 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)(2210)의 수평 경사도값 GradX0(i,j) 및 수직 경사도값 GradY0(i,j)는 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)(2210)과 수평 방향으로 인접한 주변 서브 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량과 수직 방향으로 인접한 주변 서브 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 구함으로써 계산될 수 있다. 즉, 다음의 수학식 22와 같이 P0(i,j)(2210)로부터 수평방향으로 h(h는 1보다 작은 서브값)만큼 떨어진 서브 픽셀 P0(i-h,j)(2260) 및 서브 픽셀 P0(i+h,j)(2270)의 픽셀값의 변화량을 계산하여 수평 경사도값 GradX0(i,j)를 계산하고, 수직 방향으로 h만큼 떨어진 서브 픽셀 P0(i,j-h)(2280) 및 서브 픽셀 P0(i, j+h)(2235)의 픽셀값의 변화량을 계산하여 수직 경사도값 GradY0(i,j)를 계산할 수 있다.
수학식 22
Figure PCTKR2014000109-appb-M000022
서브 픽셀 P0(i-h,j)(2260), P0(i+h,j)(2270), P0(i,j-h)(2280) 및 P0(i, j+h)(2235)의 값은 일반적인 보간 방식을 이용하여 계산될 수 있다. 또한, 다른 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 경사도값 GradX1(i,j) 및 수직 경사도값 GradY1(i,j) 역시 수학식 22와 유사하게 제 2 참조 픽처의 서브 픽셀들 사이의 픽셀값의 변화량을 계산하여 획득될 수 있다.
수학식 22과 같이 서브 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산하여 경사도값을 계산하는 대신에 소정의 필터를 이용하여 참조 픽처의 각 대응 픽셀에서의 경사도값을 계산할 수 있다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 경사도값은 참조 픽처의 픽셀들에 소정의 필터를 적용하여 결정될 수 있다. 일 예로 도 23을 참조하면, 현재 수평 경사도값을 구하고자 하는 대응 픽셀 P0(2300)을 중심으로 좌측의 픽셀들(2320) 및 우측의 픽셀들(2310)에 소정의 필터를 적용하여, 좌측 및 우측의 서브 픽셀값을 획득하고 서브 픽셀값들의 평균값을 이용하여 P0(2300)의 수평 경사도값을 계산할 수 있다. 대응 픽셀(2300)의 좌측으로 h(h는 0과 1 사이의 실수)에 위치한 서브 픽셀값을 DCT_Filter(h), 우측으로 h에 위치한 서브 픽셀값을 DCT_Filter(-h)라고 하면 {(DCT_Filter(h)-DCT_Filter(-h))}/(2h)를 통해 대응 픽셀 P0(2300)의 수평 방향 경사값이 획득된다. 서브 픽셀의 위치(h)에 따라서 이용되는 필터탭 계수(Frac(h))의 예는 다음과 같다.
Frac(0)={8, -39, -3, 46, -17, 5};
Frac(1/4)={4, -17, -36, 60, -15, 4};
Frac(1/2)={-1, 4, -57, 57, -4, 1};
Frac(3/4)={-4, 15, -60, 36, 17, 4}
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양방향 움직임 보상 과정에 대하여 구체적으로 설명한다. 다른 실시예에 따른 양방향 움직임 보상 과정은 복수 개의 계층으로 구성된 스케일러블 비디오에서 이전에 부호화된 후 복원된 하위 계층의 영상 데이터와 현재 부호화되는 상위 계층의 영상 데이터를 함께 이용하여 상위 계층의 블록의 양방향 움직임 보상 예측값을 생성하는 경우 적용된다는 점에서 전술한 일 실시예에 따른 양방향 움직임 보상 예측값을 생성하는 과정과 차이가 있다.
전술한 수학식 15 또는 수학식 16과 같이 일 실시예에 따른 양방향 움직임 보상 예측값은 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값 (P0(i,j)+P1(i,j))/2 및 픽셀 단위 움직임 보상 예측값 (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2을 가산하거나 가중합을 계산하여 획득된다. 다른 실시예에 따르면, 향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값(PBL)을 획득하고, 전술한 일 실시예에 따른 양방향 움직임 보상 예측값과 유사하게, 향상 계층의 영상 데이터를 이용하여 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위 양방향 움직임 보상 예측값의 가산값 또는 가중합을 이용하여 제 2 예측값(PBIO)를 획득한다. 그리고, 제 1 예측값(PBL)과 제 2 예측값(PBIO)의 가중합을 이용하여 향상 계층 블록의 양방향 움직임 보상 예측값이 획득된다. 후술되는 바와 같이, 제 2 예측값(PBIO)을 구성하는 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 획득하는데 이용되는 향상 계층의 참조 픽처들의 변위 벡터들(Vx,Vy)은 향상 계층의 영상 데이터뿐만이 아니라, 향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록을 이용하여 획득된다. 다른 실시예에 따르면 픽셀 단위 움직임 보상 예측값 (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2을 획득하기 위하여 필요한 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 제 1 대응 픽셀의 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j) 및 제 2 대응 픽셀의 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)은 향상 계층의 영상 데이터를 이용하여 전술한 일 실시예와 동일한 방식으로 획득될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 최종적인 양방향 움직임 보상 예측값을 획득하기 위하여 향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값(PBL)을 움직임 보상 예측값에 포함시키며, 향상 계층의 현재 블록 내의 각 픽셀의 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터(Vx,Vy)를 향상 계층의 영상 데이터뿐만이 아니라 기본 계층의 영상 데이터를 함께 이용하여 획득한다는 점에서 일 실시예에 따른 양방향 움직임 보상 방식과 차이가 있다.
다시 도 19를 참조하면, 하위 레이어 예측 정보 획득부(1905)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록으로부터 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득한다. 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록으로부터 예측된 제 1 예측값을 PBL 이라고 한다. 제 1 예측값 PBL은 하위 계층의 대응 블록의 예측값을 그대로 이용하거나, 하위 계층의 영상에 비하여 상위 계층의 영상이 고해상도를 갖는 영상인 경우, 하위 계층의 대응 블록을 업샘플링하여 상위 계층의 현재 블록의 제 1 예측값 PBL로 이용할 수 있다. 업샘플링시에는 다양한 보간 방법을 이용하여 업샘플링된 제 1 예측값 PBL을 획득할 수 있다.
블록 단위 움직임 보상부(1910)는 상위 계층의 현재 블록의 양방향 움직임 벡터들을 이용하여 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 블록 단위 움직임 보상부(1910)는 향상 계층의 현재 블록이 참조하는 향상 계층의 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 향상 계층의 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하고, 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 블록 단위 움직임 보상부(1910)는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터가 가리키는 향상 계층의 참조 픽처들의 대응 영역들의 각 픽셀들의 평균값을 향상 계층의 현재 블록의 각 픽셀의 블록 단위 양방항 움직임 보상 예측값으로 이용할 수 있다. 즉, 향상 계층의 블록 단위로 획득된 두 개의 움직임 벡터 MV1, MV2를 각각 MV1=(MVx1, MVy1) , MV2=(MVx2, MVy2) 라고 하면, 향상 계층의 (i,j) 위치의 현재 픽셀의 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값 P_BiPredBlock(i,j)는 다음의 수학식; P_BiPredBlock(i,j)={P0(i+MVx1, j+MVy1)+P1(i+MVx2, j+MVy2)}/2 와 같이 제 1 참조 픽처의 대응 픽셀 P0(i+MVx1, j+MVy1)과 제 2 참조 픽처의 대응 픽셀 P1(i+MVx2, j+MVy2)의 평균값을 통해 획득될 수 있다.
향상 계층의 현재 블록에 대한 양방향 움직임 보상에 이용되는 움직임 벡터MV1, MV2는 하위 계층의 대응 블록의 움직임 벡터를 이용하여 결정될 수 있다. 즉, 향상 계층의 현재 블록에 대한 양방향 움직임 벡터는 기본 계층의 대응 블록의 움직임 벡터를 업스케일링하여 이용하여 결정될 수 있다. 향상 계층의 현재 블록의 움직임 벡터는 기본 계층의 대응 블록의 움직임 벡터와는 독립적으로 결정될 수도 있다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 향상 계층의 참조 픽처들에 대해서 옵티컬 플로우를 고려한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다. 즉, 픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 양방향 움직임 벡터들이 가리키는 향상 계층의 참조 픽처들의 픽셀들을 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 현재 블록의 각 픽셀에 대하여, 부가적으로 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다. 구체적으로, 픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 전술한 수학식 9와 같이 향상 계층의 현재 블록의 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상되는 현재 픽셀 P(i,j)에 대응되는 향상 계층의 제 1 참조 픽처의 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 향상 계층의 제 2 참조 픽처의 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 차이값인 △ij를 계산하기 위하여, 향상 계층의 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처를 이용하여 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)를 획득한다. 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)는 전술한 수학식 22와 같이 참조 픽처들의 대응 픽셀을 중심으로 수평 및 수직 방향에 위치한 서브 픽셀들 사이의 픽셀값의 변화량을 계산하거나, 참조 픽처의 대응 픽셀을 중심으로 주변 픽셀들에 소정의 필터를 이용하여 획득될 수 있다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 전술한 수학식 9의 △ij를 계산하기 위하여, 부가적으로 양방향 예측된 상위 계층의 현재 블록이 참조하는 2개의 참조 픽처 및 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록을 이용하여 상위 계층의 현재 블록 내의 각 픽셀의 변위 움직임 벡터를 획득할 수 있다.
구체적으로, 향상 계층의 영상 데이터를 이용하여 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위 양방향 움직임 보상 예측값의 가산값 또는 가중합을 이용하여 획득되는 제 2 예측값(PBIO)은 전술한 수학식 15와 유사하게 다음의 수학식 23을 통해 획득된다.
수학식 23
Figure PCTKR2014000109-appb-M000023
수학식 23에서 (P0(i,j)+P1(i,j))/2 는 향상 계층의 참조 픽처들을 이용한 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값에 해당하며, (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 향상 계층의 참조 픽처들을 이용하여 획득된 픽셀 단위 움직임 보상 예측값에 대응된다. 수학식 23의 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 획득하기 위해서는 상위 계층의 현재 블록 내의 각 픽셀의 수평 방향 및 수직 방향의 변위 움직임 벡터(Vx, Vy)가 필요하다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 다음의 수학식 24와 같이, 향상 계층의 현재 블록 내의 움직임 보상되는 현재 픽셀을 기준으로 결정된 소정 크기의 윈도우(Ωij) 영역 내에서, 향상 계층의 현재 블록의 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상되는 현재 픽셀 P(i,j)에 대응되는 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 차이값인 △ij의 제곱합과, 제 1 예측값(PBL)과 제 2 예측값(PBIO) 사이의 차이값의 제곱에 소정의 가중치 α(α는 실수)를 곱한 값을 더한 값(min)이 최소가 되도록 하는 변위 움직임 벡터 Vx, Vy를 결정한다.
수학식 24
Figure PCTKR2014000109-appb-M000024
수학식 24에서 윈도우 내의 양방향 움직임 보상되는 향상 계층의 현재 블록의 픽셀을 P(i',j')( i-M≤i'≤i+M 이고, j-M≤j'≤j+M인 경우 (i',j')∈Ωij), 현재 블록의 양방향 움직임 보상되는 픽셀 P(i',j')과 대응되는 향상 계층의 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i',j'), 향상 계층의 현재 블록의 양방향 움직임 보상되는 픽셀 P(i',j')과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i',j'), 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i',j'), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i',j')라고 하면, 제 1 변위 대응 픽셀 PA는 다음의 수학식; P0(i',j')+Vx*GradX0(i',j')+Vy*GradY0(i',j')의 값을 가지며, 제 2 변위 대응 픽셀 PB는 다음의 수학식; P1(i',j')-Vx*GradX1(i',j')-Vy*GradY1(i',j')의 값을 갖는다. 즉, 수학식 24에서 △i'j'는 수학식 9와 유사하게 다음의 수학식; △i'j'=PA-PB=(P0(i',j')+Vx*GradX0(i',j')+Vy*GradY0(i',j'))-(P1(i',j')-Vx*GradX1(i',j')-Vy*GradY1(i',j'))이다.
수학식 24의 min 은 Vx 및 Vy를 매개변수로 하는 함수로서, min을 Vx 및 Vy에 대하여 편미분하여 편미분값이 0이 되는 극값(extreme value)을 계산함으로써 min이 최소가 되는 Vx, Vy를 결정할 수 있다. 일 예로, s1 내지 s6가 다음의 수학식 25와 같다고 할 때, Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det와 같이 Vx(i,j) 및 Vy(i,j)의 값을 풀 수 있다. 여기서, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다.
수학식 25
Figure PCTKR2014000109-appb-M000025
Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det를 이용하는 대신에, (i,j) 위치의 현재 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j) 및 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=s3/s1, Vy(i,j)=(s6-Vx*s2)/s4 와 같이 근사화된 값을 이용할 수 있다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 수학식 24와 같이 min 값이 최소가 되는 Vx, Vy를 획득하지 않고, 기본 계층의 대응 블록의 각 픽셀의 변위 움직임 벡터를 그대로 상위 계층의 현재 블록의 각 픽셀의 변위 움직임 벡터로 이용할 수도 있다. 즉, 기본 계층의 대응 블록에서 수평 방향 변위 벡터 Vx 및 수직 방향 변위 벡터 Vy가 결정되면 별도의 연산과정없이 기본 계층의 대응 블록의 변위 움직임 벡터를 향상 계층의 픽셀에 대한 변위 움직임 벡터로 이용할 수 있다.
향상 계층의 현재 블록의 각 픽셀의 변위 움직임 벡터가 결정되면, 향상 계층의 참조 픽처들로부터 획득된 참조 픽처의 대응 픽셀들의 수평 및 수직 방향 경사도값과 변위 움직임 벡터를 이용하여 전술한 수학식 23과 같이 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값과 픽셀 단위 양방향 움직임 보상 예측값의 가산값 또는 가중합을 계산함으로써 제 2 예측값(PBIO)이 획득된다.
예측값 생성부(1930)는 제 1 예측값(PBL)과 제 2 예측값의 가중합(PBIO)을 이용하여 다음의 수학식 26과 같이 향상 계층의 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득한다.
수학식 26
Figure PCTKR2014000109-appb-M000026
가중치 α는 향상 계층의 현재 블록 내의 픽셀들의 분산을 σ1, 기본 계층의 대응 블록의 픽셀들의 분산을 σ2라고 할 때 다음의 수학식 27과 같이 획득될 수 있다.
수학식 27
Figure PCTKR2014000109-appb-M000027
별도로 분산값을 계산하지 않고, 가중치 α는 [0.5, 0.95] 사이의 미리 정해진 실수값을 이용할 수 있다.
도 25는 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 19 및 도 25를 참조하면, 단계 2510에서 하위 레이어 예측 정보 획득부(1905)는 상위 계층의 현재 블록과 대응되는 하위 계층의 대응 블록으로부터 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값 PBL 을 획득한다.
단계 2520에서, 블록 단위 움직임 보상부(1910)는 향상 계층의 현재 블록이 참조하는 향상 계층의 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 향상 계층의 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하고, 단계 2530에서 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 향상 계층의 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다.
단계 2540에서, 픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다. 전술한 바와 같이, 픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 향상 계층의 참조 픽처들의 대응 픽셀을 중심으로 수평 및 수직 방향에 위치한 서브 픽셀들 사이의 픽셀값의 변화량을 계산하거나, 참조 픽처의 대응 픽셀을 중심으로 소정의 필터를 이용하여 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)를 획득한다. 그리고, 픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 전술한 수학식 24와 같이, 소정 크기의 윈도우(Ωij) 영역 내에서, 향상 계층의 현재 픽셀 P(i,j)에 대응되는 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 차이값인 △ij의 제곱합과, 제 1 예측값(PBL)과 제 2 예측값(PBIO) 사이의 차이값의 제곱에 소정의 가중치 α를 곱한 값을 더한 값(min)이 최소가 되도록 하는 변위 움직임 벡터 Vx, Vy를 결정한다.
단계 2550에서, 픽셀 단위 움직임 보상부(1920)는 수학식 23과 같이 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값 (P0+P1)/2과 픽셀 단위 양방향 움직임 보상 예측값 (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2의 가산값 또는 가중합을 이용하여 제 2 예측값(PBIO)을 획득한다.
단계 2560에서, 예측값 생성부(1930)는 전술한 수학식 26과 같이 제 1 예측값(PBL)과 제 2 예측값(PBIO)의 가중합을 이용하여 향상 계층의 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 최종적인 양방향 움직임 보상 예측값을 획득한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 움직임 정보의 부호화에 요구되는 비트량의 큰 증가없이 픽셀 단위로 정밀한 양방향 움직임 보상을 수행할 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 (15)

  1. 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 방법에 있어서,
    향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값을 획득하는 단계;
    상기 현재 블록이 참조하는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하는 단계;
    상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 단계;
    상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계;
    상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 2 예측값을 획득하는 단계; 및
    상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값의 가중합을 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계는
    상기 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들 및 상기 기본 계층의 대응 블록을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀의 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 결정된 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀의 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터는
    소정 크기의 윈도우 영역 내의 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀을 상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터와 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값을 이용하여 변위시킨 제 1 변위값과, 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀을 상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터와 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값을 이용하여 변위시킨 제 2 변위값 사이의 제 1 차이값의 제곱합 및 상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값 사이의 제 2 차이값의 제곱값이 최소가 되도록 하는 수평 및 수직 방향 변위 벡터로 결정되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 현재 블록의 현재 픽셀의 위치를 (i,j)(i,j는 정수), 상기 현재 블록의 현재 픽셀과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 현재 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀의 제 1 예측값을 PBL(i.j) , 상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀의 제 2 예측값을 PBIO (i.j), 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 할 때,
    상기 제 1 변위값은 다음의 수학식; P0(i,j)+Vx*GradX0(i,j)+Vy*GradY0(i,j)의 값을 가지며,
    상기 제 2 변위값은 다음의 수학식; P1(i,j)-Vx*GradX1(i,j)-Vy*GradY1(i,j)의 값을 가지며,
    상기 수평 및 수직 방향 변위 벡터는
    상기 소정 윈도우(Ωij) 내의 현재 블록의 픽셀들의 상기 제 1 변위값과 제 2 변위값의 차이(△ij)의 제곱합과, 상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값 사이의 제 2 차이값의 제곱값에 소정의 가중치 α(α는 실수)를 곱한 값을 더한 다음의 수학식;
    Figure PCTKR2014000109-appb-I000004
    의 값이 최소가 되도록 하는 상기 Vx 및 Vy의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    S1 내지 S6는 다음의 수학식들;
    Figure PCTKR2014000109-appb-I000005
    과 같이 계산되는 값들이며,
    det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4 와 같이 계산될 때,
    상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=det1/det 의 값을 가지며, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=det2/det 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=s3/s1 의 근사화된 값을 가지며, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=(s6-Vx*s2)/s4 의 근사화된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 수평 및 수직 방향 경사도값은 상기 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀을 중심으로 수평 및 수직 방향의 서브 픽셀들의 픽셀값의 변화량을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 예측값은
    상기 기본 계층의 대응 블록의 예측값을 업샘플링하여 획득되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 예측값을 획득하는 단계는
    상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대한 제 2 예측값을 PBIO(i,j), 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 상기 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 및 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 할 때,
    상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 예측값은 다음의 수학식; (P0(i,j)+P1(i,j))/2를 통해 획득되며,
    상기 픽셀 단위 움직임 보상 예측값은 다음의 수학식; (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2를 통해 획득되고,
    소정의 가중치를 α(α는 실수)라고 할 때, 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대한 제 2 예측값인 PBIO(i,j)는 다음의 수학식; PBIO(i,j)=[P0(i,j)+P1(i,j)+α*(Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))]/2을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 예측값을 PBL, 상기 제 2 예측값을 PBIO, 소정의 가중치를 α(α는 실수)라고 할 때,
    상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값(p)는 다음의 수학식; p=α* PBIO +(1-α)* PBL 을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 방법.
  11. 스케일러블 비디오의 부호화 및 복호화를 위한 움직임 보상 장치에 있어서,
    향상 계층의 현재 블록과 대응되는 기본 계층의 대응 블록으로부터 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 1 예측값을 획득하는 하위 계층 예측 정보 획득부;
    상기 현재 블록이 참조하는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 블록을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 블록을 가리키는 제 2 움직임 벡터를 획득하고, 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 블록 단위 움직임 보상부;
    상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하고, 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 제 2 예측값을 획득하는 픽셀 단위 움직임 보상부; 및
    상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값의 가중합을 이용하여 상기 현재 블록을 구성하는 각 픽셀의 예측값을 획득하는 예측값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 픽셀 단위 움직임 보상부는
    상기 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들 및 상기 기본 계층의 대응 블록을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀의 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 결정하고, 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 결정된 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀의 픽셀 단위 움직임 보상 예측값을 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터는
    소정 크기의 윈도우 영역 내의 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀을 상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터와 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값을 이용하여 변위시킨 제 1 변위값과, 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀을 상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터와 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값을 이용하여 변위시킨 제 2 변위값 사이의 제 1 차이값의 제곱합 및 상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값 사이의 제 2 차이값의 제곱값이 최소가 되도록 하는 수평 및 수직 방향 변위 벡터로 결정되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 현재 블록의 현재 픽셀의 위치를 (i,j)(i,j는 정수), 상기 현재 블록의 현재 픽셀과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 현재 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀의 제 1 예측값을 PBL(i.j) , 상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀의 제 2 예측값을 PBIO (i.j), 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 할 때,
    상기 제 1 변위값은 다음의 수학식; P0(i,j)+Vx*GradX0(i,j)+Vy*GradY0(i,j)의 값을 가지며,
    상기 제 2 변위값은 다음의 수학식; P1(i,j)-Vx*GradX1(i,j)-Vy*GradY1(i,j)의 값을 가지며,
    상기 수평 및 수직 방향 변위 벡터는
    상기 소정 윈도우(Ωij) 내의 현재 블록의 픽셀들의 상기 제 1 변위값과 제 2 변위값의 차이(△ij)의 제곱합과, 상기 제 1 예측값과 상기 제 2 예측값 사이의 제 2 차이값의 제곱값에 소정의 가중치 α(α는 실수)를 곱한 값을 더한 다음의 수학식;
    Figure PCTKR2014000109-appb-I000006
    의 값이 최소가 되도록 하는 상기 Vx 및 Vy의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    S1 내지 S6는 다음의 수학식들;
    Figure PCTKR2014000109-appb-I000007
    과 같이 계산되는 값들이며,
    det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4 와 같이 계산될 때,
    상기 (i,j) 위치의 현재 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=det1/det 의 값을 가지며, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=det2/det 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 장치.
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