WO2019194647A1 - 필터 정보 기반의 적응적 루프 필터링 방법, 그를 이용한 영상 부호화 및 복호화 방법 - Google Patents

필터 정보 기반의 적응적 루프 필터링 방법, 그를 이용한 영상 부호화 및 복호화 방법 Download PDF

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WO2019194647A1
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block
adaptive loop
loop filtering
chroma
unit
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PCT/KR2019/004082
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임화섭
임정윤
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가온미디어 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to image encoding and decoding, and more particularly, to a method for performing adaptive loop filtering (ALF) for each block by dividing a video picture into a plurality of blocks. will be.
  • ALF adaptive loop filtering
  • one picture is divided into a plurality of blocks having a predetermined size and encoding is performed.
  • inter prediction and intra prediction techniques that remove redundancy between pictures are used to increase compression efficiency.
  • a residual signal is generated by using intra prediction and inter prediction, and the reason for obtaining the residual signal is that when coding with the residual signal, the amount of data is small and the data compression ratio is high, and the better the prediction, the residual signal. This is because the value of becomes small.
  • the intra prediction method predicts data of the current block by using pixels around the current block.
  • the difference between the actual value and the predicted value is called the residual signal block.
  • the intra prediction method is increased from nine prediction modes used in H.264 / AVC to 35 prediction modes to further refine the prediction.
  • the most similar block is found by comparing the current block with blocks in neighboring pictures.
  • the position information (Vx, Vy) of the found block is called a motion vector.
  • the difference between pixel values in a block between the current block and the prediction block predicted by the motion vector is called a residual signal block (motion-compensated residual block).
  • the amount of data of the residual signal is reduced, but the amount of computation for processing a video has greatly increased.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a block-based adaptive loop filtering method suitable for encoding and decoding a high resolution image, and an image encoding and decoding method using the same.
  • the basis of the inter prediction or intra prediction of the picture of the image is performed.
  • ALF adaptive loop filtering
  • the image encoding method comprising: dividing a picture of the image into a plurality of coding units; Performing inter prediction or intra prediction on the basis of the divided coding unit; Determining whether to apply adaptive loop filtering (ALF) to a luma coding block corresponding to the luma sample block among the divided coding units; Performing adaptive loop filtering on the luma coding block according to the characteristics of the luma sample block whose application is determined; And performing adaptive loop filtering on the chroma coding block corresponding to the chroma coding block associated with the luma sample block by using color format information obtained when performing the adaptive loop filtering on the luma coding block. do.
  • ALF adaptive loop filtering
  • the image decoding method comprising: receiving an encoded bitstream; Performing inverse quantization and inverse transformation on the input bitstream to obtain a residual block; Performing inter prediction or intra prediction to obtain a prediction block; Reconstructing an image by adding the obtained residual block and a prediction block; Determining whether to apply adaptive loop filtering (ALF) to the luma coding block corresponding to the luma sample block among the coding units in which the inter prediction or intra prediction is performed; Performing adaptive loop filtering on the luma coding block according to the characteristics of the luma sample block whose application is determined; And performing adaptive loop filtering on the chroma coding block corresponding to the chroma coding block associated with the luma sample block by using color format information obtained when performing the adaptive loop filtering on the luma coding block. do.
  • ALF adaptive loop filtering
  • the above-described methods may be implemented as a computer-readable recording medium that records a program for execution in a computer.
  • a coding unit that is a basic unit on which inter prediction or intra prediction is performed, filtering information obtained when performing adaptive loop filtering on a luma coding block, preferably By performing adaptive loop filtering on the chroma coding block corresponding to the chroma coding block by using color sampling information, coding efficiency for the high resolution image may be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 2 to 5 are diagrams for describing a first exemplary embodiment of a method of dividing and processing an image in block units.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an embodiment of a method of performing inter prediction in an image encoding apparatus.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an embodiment of a method of performing inter prediction in an image decoding apparatus.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a second exemplary embodiment of a method of dividing and processing an image into blocks.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an embodiment of a syntax structure used to divide and process an image in block units.
  • FIG. 11 is a diagram for describing a third exemplary embodiment of a method of dividing and processing an image into blocks.
  • FIG. 12 is a diagram for describing an embodiment of a method of configuring a transform unit by dividing a coding unit into a binary tree structure.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a fourth exemplary embodiment of a method of dividing and processing an image into blocks.
  • 14 to 16 are diagrams for describing still another example of a method of dividing and processing an image into blocks.
  • 17 and 18 are diagrams for describing embodiments of a method of determining a partition structure of a transform unit by performing rate distortion optimization (RDO).
  • RDO rate distortion optimization
  • FIG. 19 is a diagram for explaining a first embodiment of a block-based adaptive loop filtering method according to the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram for describing a second embodiment of a block-based adaptive loop filtering method according to the present invention.
  • 21 is a diagram illustrating an adaptive loop filtering configuration of a filter unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 22 to 23 are diagrams for explaining adaptive loop filter determination of a chroma coded block according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is a diagram for explaining an adaptive loop filtering method according to an embodiment of the present invention.
  • 25 to 26 are diagrams for describing signaling for an adaptive loop filter of a chroma coded block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a flowchart illustrating adaptive loop filtering according to a mode selection method of a chroma coded block according to an embodiment of the present invention.
  • 28 to 30 are exemplary diagrams showing header information in high level syntax according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • each component shown in the embodiments of the present invention are shown independently to represent different characteristic functions, and do not mean that each component is made of separate hardware or one software component unit.
  • each component is included in each component for convenience of description, and at least two of the components may be combined into one component, or one component may be divided into a plurality of components to perform a function.
  • Integrated and separate embodiments of the components are also included within the scope of the present invention without departing from the spirit of the invention.
  • the components may not be essential components for performing essential functions in the present invention, but may be optional components for improving performance.
  • the present invention can be implemented including only the components essential for implementing the essentials of the present invention except for the components used for improving performance, and the structure including only the essential components except for the optional components used for improving performance. Also included in the scope of the present invention.
  • the image encoding apparatus 10 may include a picture divider 110, a transform unit 120, a quantization unit 130, and a scanning unit.
  • the picture dividing unit 110 analyzes an input video signal, divides a picture into coding units, determines a prediction mode, and determines a size of a prediction unit for each coding unit.
  • the picture splitter 110 sends the prediction unit to be encoded to the intra predictor 150 or the inter predictor 160 according to a prediction mode (or a prediction method). In addition, the picture dividing unit 110 sends the prediction unit to be encoded to the subtracting unit 190.
  • a picture of an image may be composed of a plurality of slices or tiles, and the slice and tile may be divided into a plurality of coding tree units (CTUs) which are basic units for dividing a picture.
  • CTUs coding tree units
  • a picture may be configured as a tile group, and when configured as a tile group, a tile group may be configured with one or more tiles. At this time, each tile may be divided into the CTUs.
  • the tile group related encoding information may be signaled through a tile group header. When a plurality of tile groups exist, they may be divided into tile group identification information, and encoding options may be selectively and adaptively applied between different tile groups.
  • the coding tree unit may be divided into one or two coding units (CUs), which are basic units on which inter prediction or intra prediction is performed.
  • CUs coding units
  • the coding unit may be divided into one or more prediction units (PUs), which are basic units on which prediction is performed.
  • PUs prediction units
  • the encoding apparatus 10 determines one of inter prediction and intra prediction as a prediction method for each of the divided coding units (CUs), but differently predicts a prediction block for each prediction unit (PU). Can be generated.
  • the coding unit CU may be divided into one or two transform units (TUs), which are basic units for transforming a residual block.
  • TUs transform units
  • the picture dividing unit 110 may transmit the image data to the subtracting unit 190 in a block unit (for example, a prediction unit (PU) or a transformation unit (TU)) divided as described above.
  • a block unit for example, a prediction unit (PU) or a transformation unit (TU) divided as described above.
  • a coding tree unit (CTU) having a maximum size of 256 ⁇ 256 pixels may be divided into a quad tree structure and divided into four coding units (CUs) having a square shape.
  • the four coding units (CUs) having the square shape may be re-divided into quad tree structures, respectively, and the depth of the coding units CU divided into quad tree structures as described above may be any one of 0 to 3. It can have one integer value.
  • the coding unit CU may be divided into one or two or more prediction units (PUs) according to the prediction mode.
  • the prediction unit PU may have a size of 2Nx2N shown in FIG. 3A or NxN shown in FIG. 3B. have.
  • the prediction unit PU when the size of the coding unit CU is 2Nx2N, the prediction unit PU is 2Nx2N shown in FIG. 4A, 2NxN shown in FIG. 4B, and FIG. 4.
  • Nx2N shown in (c) of FIG. 4 NxN shown in (d) of FIG. 4, 2NxnU shown in (e) of FIG. 4, 2NxnD shown in (f) of FIG. 4, shown in (g) of FIG. It may have a size of any one of nLx2N and nRx2N shown in (h) of FIG.
  • the coding unit CU may be divided into a quad tree structure and divided into four transform units TUs having a square shape.
  • the four transform units (TUs) having a square shape may be re-divided into quad tree structures, and the depth of the transform units (TUs) divided into quad tree structures as described above may be any one of 0 to 3. It can have one integer value.
  • the prediction unit PU and the transform unit TU split from the coding unit CU may have a partition structure that is independent of each other.
  • the transform unit TU split from the coding unit CU cannot be larger than the size of the prediction unit PU.
  • the transform unit TU divided as described above may have a maximum size of 64x64 pixels.
  • the transform unit 120 converts a residual block that is a residual signal between the original block of the input prediction unit PU and the prediction block generated by the intra predictor 150 or the inter predictor 160, and the transform is performed. It may be performed using the unit (TU) as a basic unit.
  • different transform matrices may be determined according to a prediction mode (intra or inter), and since the residual signal of intra prediction has a direction according to the intra prediction mode, the transform matrix may be adaptively determined according to the intra prediction mode. have.
  • the transform unit may be transformed by two (horizontal and vertical) one-dimensional transform matrices. For example, in the case of inter prediction, one predetermined transform matrix may be determined.
  • intra prediction when the intra prediction mode is horizontal, the probability of the residual block having the directionality in the vertical direction increases, so a DCT-based integer matrix is applied in the vertical direction, and DST-based or in the horizontal direction. Apply KLT-based integer matrix.
  • an integer matrix based on DST or KLT may be applied in the vertical direction and a DCT based integer matrix in the horizontal direction.
  • a DCT based integer matrix may be applied in both directions.
  • a transform matrix may be adaptively determined based on the size of a transform unit (TU).
  • the quantization unit 130 determines a quantization step size for quantizing the coefficients of the residual block transformed by the transform matrix, and the quantization step size may be determined for each quantization unit having a predetermined size or more.
  • the size of the quantization unit may be 8x8 or 16x16, and the quantization unit 130 quantizes coefficients of the transform block using a quantization matrix determined according to the quantization step size and the prediction mode.
  • the quantization unit 130 may use the quantization step size of the quantization unit adjacent to the current quantization unit as the quantization step size predictor of the current quantization unit.
  • the quantization unit 130 may search for the left quantization unit, the upper quantization unit, and the upper left quantization unit of the current quantization unit and generate a quantization step size predictor of the current quantization unit using one or two valid quantization step sizes. have.
  • the quantization unit 130 may determine a valid first quantization step size found in the order as a quantization step size predictor, or determine an average value of two valid quantization step sizes found in the order as a quantization step size predictor, or If only one quantization step size is valid, this may be determined as a quantization step size predictor.
  • the quantization unit 130 transmits a difference value between the quantization step size and the quantization step size predictor of the current quantization unit to the entropy encoder 140.
  • the left coding unit, the upper coding unit, the upper left coding unit of the current coding unit does not all exist. Or there may be a coding unit previously present in the coding order within the largest coding unit.
  • candidates may be quantization step sizes of the quantization units adjacent to the current coding unit and the quantization unit immediately before the coding order within the maximum coding unit.
  • priority is set in the order of 1) the left quantization unit of the current coding unit, 2) the upper quantization unit of the current coding unit, 3) the upper left quantization unit of the current coding unit, and 4) the quantization unit immediately preceding the coding order.
  • the order may be reversed and the upper left quantization unit may be omitted.
  • the transform block quantized as described above is transferred to the inverse quantization unit 135 and the scanning unit 131.
  • the scanning unit 131 scans the coefficients of the quantized transform block and converts them into one-dimensional quantization coefficients. In this case, since the distribution of coefficients of the transform block after quantization may depend on the intra prediction mode, the scanning method is applied to the intra prediction mode. Can be determined accordingly.
  • the coefficient scanning scheme may be determined differently according to the size of the transform unit, and the scan pattern may vary according to the directional intra prediction mode, in which case the scanning order of the quantization coefficients may be scanned in the reverse direction.
  • the same scan pattern may be applied to the quantization coefficients in each subset, and a zigzag scan or a diagonal scan may be applied to the scan patterns between the subsets.
  • the scan pattern is preferably scanned in the forward direction from the main subset including DC to the remaining subsets, but the reverse direction is also possible.
  • a scan pattern between subsets may be set to be identical to a scan pattern of quantized coefficients in a subset, and the scan pattern between subsets may be determined according to an intra prediction mode.
  • the encoding apparatus 10 may include information indicative of the position of the last non-zero quantization coefficient and the position of the last non-zero quantization coefficient in each subset in the transform unit PU to include the decoding apparatus ( 20).
  • the inverse quantization unit 135 inverse quantizes the quantized coefficients as described above, and the inverse transform unit 125 performs inverse transformation in units of transform units (TUs) to restore the inverse quantized transform coefficients into a residual block of a spatial domain. can do.
  • TUs transform units
  • the adder 195 may generate a reconstructed block by adding the residual block reconstructed by the inverse transform unit 125 and the received prediction block from the intra predictor 150 or the inter predictor 160.
  • the post-processing unit 170 may perform a deblocking filtering process to remove the blocking effect occurring in the reconstructed picture, and a sample adaptive offset to compensate for the difference value from the original image in pixel units.
  • a SAO) application process and a coding unit may perform an adaptive loop filtering (ALF) process to compensate for a difference value from an original image.
  • ALF adaptive loop filtering
  • the deblocking filtering process may be applied to the boundary of the prediction unit (PU) or transform unit (TU) having a size of a predetermined size or more.
  • the deblocking filtering process may include determining a boundary to filter, determining a boundary filtering strength to be applied to the boundary, determining whether to apply a deblocking filter, If it is determined to apply the deblocking filter, the method may include selecting a filter to be applied to the boundary.
  • whether the deblocking filter is applied depends on whether i) the boundary filtering intensity is greater than 0 and ii) the degree of change of pixel values at the boundary portions of two blocks (P block, Q block) adjacent to the boundary to be filtered.
  • the value represented may be determined by whether the value is smaller than the first reference value determined by the quantization parameter.
  • the said filter is at least 2 or more.
  • a filter that performs relatively weak filtering is selected.
  • the second reference value is determined by the quantization parameter and the boundary filtering intensity.
  • sample adaptive offset (SAO) application process is to reduce the distortion (distortion) between the pixel and the original pixel in the image to which the deblocking filter is applied, the sample adaptive offset (SAO) application process in the unit of picture or slice. Whether to perform may be determined.
  • the picture or slice may be divided into a plurality of offset regions, and an offset type may be determined for each offset region, and the offset type may be a predetermined number of edge offset types (eg, four) and two band offsets. It can include a type.
  • the offset type is an edge offset type
  • an edge type to which each pixel belongs is determined and an offset corresponding thereto is applied
  • the edge type may be determined based on a distribution of two pixel values adjacent to the current pixel. have.
  • the adaptive loop filtering (ALF) process may perform filtering based on a value obtained by comparing a reconstructed image and an original image that have undergone a deblocking filtering process or an adaptive offset application process.
  • adaptive loop filtering not only eliminates the blocking degradation, but also compensates for the compression loss from quantization by signaling the filter application and filter coefficients for each block based on the winner filter.
  • the objective image quality improvement considering the compression and transmission efficiency can be obtained.
  • the picture storage unit 180 receives the post-processed image data from the post-processing unit 170 and restores the image in a picture unit, and the picture may be an image in a frame unit or an image in a field unit.
  • the inter prediction unit 160 may perform motion estimation using at least one or more reference pictures stored in the picture storage unit 180, and may determine a reference picture index and a motion vector indicating the reference picture.
  • a prediction block corresponding to a prediction unit to be encoded may be extracted from a reference picture used for motion estimation among a plurality of reference pictures stored in the picture storage unit 180 according to the determined reference picture index and the motion vector. have.
  • the intra predictor 150 may perform intra prediction encoding by using the reconstructed pixel value inside the picture in which the current prediction unit is included.
  • the intra prediction unit 150 may receive the current prediction unit to be predictively encoded, and perform intra prediction by selecting one of a preset number of intra prediction modes according to the size of the current block.
  • the intra predictor 150 adaptively filters the reference pixel to generate the intra prediction block, and generates reference pixels using the available reference pixels when the reference pixel is not available.
  • the entropy encoder 140 may entropy encode quantization coefficients quantized by the quantizer 130, intra prediction information received from the intra predictor 150, motion information received from the inter predictor 160, and the like. .
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a configuration for performing inter prediction in the encoding apparatus 10.
  • the inter prediction encoder illustrated in FIG. 6 includes a motion information determiner 161 and a motion information encoding mode determiner 162.
  • FIG. 6 Motion information encoder 163, prediction block generator 164, residual block generator 165, residual block encoder 166, and multiplexer 167.
  • the motion information determiner 161 determines motion information of the current block, the motion information includes a reference picture index and a motion vector, and the reference picture index is any one of a previously coded and reconstructed picture. Can be represented.
  • the current block When the current block is unidirectional inter prediction coded, it represents one of the reference pictures belonging to list 0 (L0), and when the current block is bidirectional predictively coded, it is a reference picture indicating one of the reference pictures of list 0 (L0). It may include an index and a reference picture index indicating one of the reference pictures of the list 1 (L1).
  • the current block when the current block is bidirectional predictively coded, the current block may include an index indicating one or two pictures of reference pictures of the composite list LC generated by combining the list 0 and the list 1.
  • the motion vector indicates a position of a prediction block in a picture indicated by each reference picture index, and the motion vector may be in pixel units (integer units) or sub pixel units.
  • the motion vector may have a resolution of 1/2, 1/4, 1/8 or 1/16 pixels, and if the motion vector is not an integer unit, the prediction block may be generated from pixels of an integer unit. Can be.
  • the motion information encoding mode determiner 162 may determine an encoding mode for the motion information of the current block as one of a skip mode, a merge mode, and an AMVP mode.
  • the skip mode is applied when there are skip candidates having the same motion information as the motion information of the current block and the residual signal is 0.
  • the skip mode is that the current block, which is the prediction unit PU, has a size equal to that of the coding unit CU. Can be applied when
  • the merge mode is applied when there is a merge candidate having the same motion information as the motion information of the current block, and the merge mode includes a residual signal when the current block has a different size or the same size as the coding unit CU. Applies in the case. Meanwhile, the merge candidate and the skip candidate may be the same.
  • the AMVP mode is applied when the skip mode and the merge mode are not applied, and an AMVP candidate having a motion vector most similar to the motion vector of the current block may be selected as an AMVP predictor.
  • the motion information encoder 163 may encode motion information according to a method determined by the motion information encoding mode determiner 162.
  • the motion information encoder 163 may perform a merge motion vector encoding process when the motion information encoding mode is a skip mode or a merge mode, and may perform an AMVP encoding process when the motion information encoding mode is an AMVP mode.
  • the prediction block generator 164 generates a prediction block by using the motion information of the current block.
  • the prediction block generator 164 copies the block corresponding to the position indicated by the motion vector in the picture indicated by the reference picture index, and then copies the current block. Generate a predictive block of.
  • the prediction block generator 164 may generate pixels of the prediction block from integer unit pixels in a picture indicated by the reference picture index.
  • the prediction pixel may be generated using an 8-tap interpolation filter for the luminance pixel, and the prediction pixel may be generated using a 4-tap interpolation filter for the chrominance pixel.
  • the residual block generator 165 generates a residual block using the current block and the prediction block of the current block.
  • the residual block generator 165 uses the prediction block having a size of 2Nx2N corresponding to the current block and the current block. You can create a block.
  • the size of the current block used for prediction is 2NxN or Nx2N
  • the last prediction block having a size of 2Nx2N using the two 2NxN prediction block is Can be generated.
  • a 2Nx2N sized residual block may be generated using the 2Nx2N sized prediction block, and overlap smoothing is applied to the pixels of the boundary part to eliminate discontinuity of the boundary parts of two prediction blocks having 2NxN size. Can be.
  • the residual block encoder 166 may divide the residual block into one or more transform units (TUs) so that each transform unit TU may be transform encoded, quantized, and entropy encoded.
  • TUs transform units
  • the residual block encoder 166 may transform the residual block generated by the inter prediction method using an integer-based transform matrix, and the transform matrix may be an integer-based DCT matrix.
  • the residual block encoder 166 uses a quantization matrix to quantize coefficients of the residual block transformed by the transform matrix, and the quantization matrix may be determined by a quantization parameter.
  • the quantization parameter is determined for each coding unit CU having a predetermined size or more, and when the current coding unit CU is smaller than the predetermined size, the first coding unit in the coding order among the coding units CU within the predetermined size ( Since only the quantization parameter of the CU) is encoded and the quantization parameter of the remaining coding unit CU is the same as the above parameter, it may not be encoded.
  • coefficients of the transform block may be quantized using a quantization matrix determined according to the quantization parameter and the prediction mode.
  • the quantization parameter determined for each coding unit CU having a predetermined size or more may be predictively encoded using the quantization parameter of the coding unit CU adjacent to the current coding unit CU.
  • a quantization parameter predictor of the current coding unit CU may be generated by searching in the order of the left coding unit CU and the upper coding unit CU of the current coding unit CU using one or two valid quantization parameters. have.
  • the first valid quantization parameter found in the above order may be determined as a quantization parameter predictor, and the left first coding unit (CU) is searched in order of the coding unit immediately before the coding order to quantize the first valid quantization parameter. Can be determined by the parameter predictor.
  • the coefficients of the quantized transform block are scanned and converted into one-dimensional quantization coefficients, and the scanning scheme may be set differently according to the entropy encoding mode.
  • inter prediction coded quantization coefficients may be scanned in one predetermined manner (zigzag or diagonal raster scan) when encoded by CABAC, and may be scanned differently from the above method when encoded by CAVLC. Can be.
  • the scanning method may be determined according to zigzag in case of inter, the intra prediction mode in case of intra, and the coefficient scanning method may be determined differently according to the size of a transform unit.
  • the scan pattern may vary according to the directional intra prediction mode, and the scanning order of the quantization coefficients may be scanned in the reverse direction.
  • the multiplexer 167 multiplexes the motion information encoded by the motion information encoder 163 and the residual signals encoded by the residual block encoder 166.
  • the motion information may vary according to an encoding mode.
  • the motion information may include only an index indicating a predictor, and in the case of AMVP, the motion information may include a reference picture index, a differential motion vector, and an AMVP index of the current block. .
  • the intra prediction unit 150 receives the prediction mode information and the size of the prediction unit PU from the picture division unit 110, and stores the reference pixel in the picture storage unit to determine the intra prediction mode of the prediction unit PU. Read from 180.
  • the intra predictor 150 determines whether a reference pixel is generated by examining whether there is a reference pixel that is not available, and the reference pixels may be used to determine an intra prediction mode of the current block.
  • pixels adjacent to the upper side of the current block are not defined. If the current block is located at the left boundary of the current picture, pixels adjacent to the left of the current block are not defined. It may be determined that the pixels are not available pixels.
  • the current block is located at the slice boundary and pixels adjacent to the upper or left side of the slice are not pixels that are first encoded and reconstructed, it may be determined that the pixels are not usable pixels.
  • the intra prediction mode of the current block may be determined using only the available pixels.
  • reference pixels at positions that are not available may be generated using the available reference pixels of the current block.
  • the upper pixels may be used using some or all of the left pixels. Can be generated and vice versa.
  • the reference pixel is generated by copying the available reference pixel at the position closest to the predetermined direction from the reference pixel at the position not available, or when the reference pixel is not available in the predetermined direction, the closest in the opposite direction.
  • the reference pixel can be generated by copying the available reference pixel at the location.
  • the upper or left pixels of the current block it may be determined as a reference pixel that is not available according to the encoding mode of the block to which the pixels belong.
  • the pixels may be determined as not available pixels.
  • reference pixels usable may be generated using pixels belonging to a block in which a block adjacent to the current block is intra-encoded, and the encoding apparatus 10 may determine that the reference pixels are available according to an encoding mode. It transmits to the decoding apparatus 20.
  • the intra predictor 150 determines the intra prediction mode of the current block by using the reference pixels, and the number of intra prediction modes allowable in the current block may vary depending on the size of the block.
  • the size of the current block is 8x8, 16x16, 32x32, there may be 34 intra prediction modes. If the size of the current block is 4x4, there may be 17 intra prediction modes.
  • the 34 or 17 intra prediction modes may be configured of at least one non-directional mode (non-directional mode) and a plurality of directional modes.
  • One or more non-directional modes may be DC mode and / or planar mode.
  • DC mode and the planner mode are included in the non-directional mode, there may be 35 intra prediction modes regardless of the size of the current block.
  • DC mode and planner mode two non-directional modes (DC mode and planner mode) and 33 directional modes may be included.
  • the prediction block of the current block is formed by using at least one pixel value (or a prediction value of the pixel value, hereinafter referred to as a first reference value) and reference pixels positioned at the bottom-right side of the current block. Is generated.
  • the configuration of an image decoding apparatus may be derived from the configuration of the image encoding apparatus 10 described with reference to FIGS. 1 to 6. For example, as described with reference to FIGS. 1 to 6. By performing the same processes of the same image encoding method in reverse, the image can be decoded.
  • the decoding apparatus 20 includes an entropy decoding unit 210, an inverse quantization / inverse transform unit 220, an adder 270, The filter unit 250, the picture storage unit 260, the intra predictor 230, the motion compensation predictor 240, and the intra / inter switch 280 are provided.
  • the entropy decoder 210 receives and decodes a bit stream encoded by the image encoding apparatus 10, divides the bit stream into intra prediction mode indexes, motion information, quantization coefficient sequences, and the like, and decodes the decoded motion information into a motion compensation predictor ( 240).
  • the entropy decoder 210 transmits the intra prediction mode index to the intra predictor 230 and the inverse quantization / inverse transform unit 220, and transmits the inverse quantization coefficient sequence to the inverse quantization / inverse transform unit 220.
  • the inverse quantization / inverse transform unit 220 converts the quantization coefficient sequence into inverse quantization coefficients of a two-dimensional array, and selects one of a plurality of scanning patterns for the transformation, for example, the prediction mode of the current block (ie, , Intra prediction or inter prediction), and a scanning pattern may be selected based on the intra prediction mode.
  • the prediction mode of the current block ie, Intra prediction or inter prediction
  • the inverse quantization / inverse transform unit 220 restores the quantization coefficients by applying a quantization matrix selected from a plurality of quantization matrices to the inverse quantization coefficients of the two-dimensional array.
  • a quantization matrix may be selected based on at least one of the prediction mode and the intra prediction mode of the current block for the same size block.
  • the inverse quantization / inverse transform unit 220 inversely transforms the reconstructed quantization coefficients to reconstruct the residual block, and the inverse transform process may be performed using a transform unit (TU) as a basic unit.
  • TU transform unit
  • the adder 270 reconstructs the image block by adding the residual block reconstructed by the inverse quantization / inverse transform unit 220 and the prediction block generated by the intra predictor 230 or the motion compensation predictor 240.
  • the filter unit 250 may perform a filter process on the reconstructed image generated by the adder 270 to compensate for the distortion of the image and reduce the deblocking artifact due to the image loss due to the quantization process.
  • the filter unit 250 may selectively perform the above-described deblocking filter, sample adaptive offset (SAO), and adaptive loop filtering (ALF) process in filter processing.
  • SAO sample adaptive offset
  • ALF adaptive loop filtering
  • the picture storage unit 260 is a frame memory for storing a local decoded image subjected to filter processing by the filter unit 250.
  • the intra predictor 230 restores the intra prediction mode of the current block based on the intra prediction mode index received from the entropy decoder 210, and generates a prediction block according to the restored intra prediction mode.
  • the motion compensation predictor 240 generates a prediction block for the current block from the picture stored in the picture storage unit 260 based on the motion vector information, and applies the selected interpolation filter when a motion compensation with a small precision is applied. Can be generated.
  • the intra / inter switch 280 may provide the adder 270 with the prediction block generated by either the intra predictor 230 or the motion compensation predictor 240 based on the encoding mode.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a configuration of performing inter prediction in the image decoding apparatus 20.
  • the inter prediction decoder includes a demultiplexer 241, a motion information encoding mode determiner 242, and a merge mode motion.
  • An information decoder 243, an AMVP mode motion information decoder 244, a prediction block generator 245, a residual block decoder 246, and a reconstruction block generator 247 are included.
  • the de-multiplexer 241 demultiplexes the currently encoded motion information and the encoded residual signals from the received bitstream, and transmits the demultiplexed motion information to the motion information encoding mode determiner 242.
  • the demultiplexed residual signal may be transmitted to the residual block decoder 246.
  • the motion information encoding mode determiner 242 determines the motion information encoding mode of the current block. If the skip_flag of the received bitstream has a value of 1, the motion information encoding mode determiner 242 determines that the motion information encoding mode of the current block is encoded as the skip encoding mode. can do.
  • the motion information encoding mode determiner 242 determines the motion information encoding mode of the current block. It may be determined that is encoded in the merge mode.
  • the motion information encoding mode determiner 242 has a skip_flag of the received bitstream having a value of 0, and the motion information received from the demultiplexer 241 has a reference picture index, a differential motion vector, and an AMVP index. In this case, it may be determined that the motion information encoding mode of the current block is encoded in the AMVP mode.
  • the merge mode motion information decoder 243 is activated when the motion information encoding mode determiner 242 determines that the motion information encoding mode of the current block is a skip or merge mode, and the AMVP mode motion information decoder 244 moves.
  • the information encoding mode determiner 242 may be activated when the motion information encoding mode of the current block is determined to be an AMVP mode.
  • the prediction block generator 245 generates the prediction block of the current block by using the motion information reconstructed by the merge mode motion information decoder 243 or the AMVP mode motion information decoder 244.
  • the prediction block of the current block may be generated by copying a block corresponding to the position indicated by the motion vector in the picture indicated by the reference picture index.
  • pixels of the prediction block are generated from integer unit pixels in the picture indicated by the reference picture index.
  • an interpolation filter of 8 taps is used for a luminance pixel and a chrominance pixel is used.
  • Predictive pixels may be generated using a 4-tap interpolation filter.
  • the residual block decoder 246 entropy decodes the residual signal and inversely scans the entropy decoded coefficients to generate a two-dimensional quantized coefficient block, and the inverse scanning scheme may vary according to an entropy decoding scheme.
  • the reverse scanning method may be applied in a diagonal raster inverse scan manner and in the case of the CAVLC-based decoding in a zigzag inverse scanning manner.
  • the inverse scanning scheme may be determined differently according to the size of the prediction block.
  • the residual block decoder 246 dequantizes the coefficient block generated as described above using an inverse quantization matrix, and reconstructs a quantization parameter to derive the quantization matrix.
  • the quantization step size may be reconstructed for each coding unit of a predetermined size or more.
  • the residual block decoder 246 inversely transforms the inverse quantized coefficient block to restore the residual block.
  • the reconstruction block generation unit 247 generates a reconstruction block by adding the prediction block generated by the prediction block generation unit 245 and the residual block generated by the residual block decoding unit 246.
  • the intra prediction mode of the current block is decoded from the received bitstream, and for this purpose, the entropy decoder 210 may reconstruct the first intra prediction mode index of the current block by referring to one of the plurality of intra prediction mode tables. Can be.
  • any one table selected according to the distribution of intra prediction modes for a plurality of blocks adjacent to the current block may be applied.
  • the first intra prediction mode index of the current block is restored by applying the first intra prediction mode table, and not the same. Otherwise, the second intra prediction mode table may be applied to restore the first intra prediction mode index of the current block.
  • the intra prediction modes of the upper block and the left block of the current block are both the directional intra prediction mode
  • the direction of the intra prediction mode of the upper block and the direction of the intra prediction mode of the left block If within this predetermined angle, the first intra prediction mode index is restored by applying the first intra prediction mode table, and if outside the predetermined angle, the first intra prediction mode index is applied by applying the second intra prediction mode table. You can also restore.
  • the entropy decoder 210 transmits the first intra prediction mode index of the reconstructed current block to the intra predictor 230.
  • the intra prediction unit 230 that receives the index of the first intra prediction mode may determine the maximum possible mode of the current block as the intra prediction mode of the current block when the index has the minimum value (ie, 0). .
  • the intra prediction unit 230 compares the index indicated by the maximum possible mode of the current block with the first intra prediction mode index, and as a result of the comparison, the first intra prediction mode. If the index is not smaller than the index indicated by the maximum possible mode of the current block, the intra prediction mode corresponding to the second intra prediction mode index obtained by adding 1 to the first intra prediction mode index is determined as the intra prediction mode of the current block. Otherwise, the intra prediction mode corresponding to the first intra prediction mode index may be determined as the intra prediction mode of the current block.
  • the intra prediction mode allowable for the current block may consist of at least one non-directional mode (non-directional mode) and a plurality of directional modes.
  • One or more non-directional modes may be DC mode and / or planar mode.
  • either DC mode or planner mode may be adaptively included in the allowable intra prediction mode set.
  • information specifying the non-directional mode included in the allowable intra prediction mode set may be included in the picture header or the slice header.
  • the intra predictor 230 reads reference pixels from the picture storage unit 260 to generate an intra prediction block, and determines whether there is a reference pixel that is not available.
  • the determination may be performed according to the presence or absence of reference pixels used to generate the intra prediction block by applying the decoded intra prediction mode of the current block.
  • the intra predictor 230 may generate reference pixels at positions that are not available using the available reference pixels reconstructed in advance.
  • Definition of a reference pixel that is not available and a method of generating the reference pixel may be the same as the operation of the intra prediction unit 150 of FIG. 1, but generate an intra prediction block according to the decoded intra prediction mode of the current block.
  • the reference pixels used to selectively recover may be selectively restored.
  • the intra prediction unit 230 determines whether to apply a filter to the reference pixels to generate the prediction block, that is, whether to apply filtering to the reference pixels to generate the intra prediction block of the current block. It may be determined based on the decoded intra prediction mode and the size of the current prediction block.
  • the problem of blocking artifacts is that the larger the block size is, the larger the block size can increase the number of prediction modes for filtering the reference pixels, but if the block is larger than the predetermined size can be seen as a flat area, the complexity is reduced The reference pixel may not be filtered for.
  • the intra predictor 230 filters the reference pixels by using a filter.
  • At least two or more filters may be adaptively applied according to the degree of difference between the steps between the reference pixels.
  • the filter coefficient of the filter is preferably symmetrical.
  • the above two filters may be adaptively applied according to the size of the current block.
  • a narrow bandwidth filter is used for a small block
  • a wide bandwidth filter is used for a large block. May be applied.
  • the filter does not need to be applied to the reference pixel, and the image is horizontal. It may not be necessary to apply a filter to the reference pixel even in a horizontal mode that is correlated in the direction.
  • the reference pixel may be adaptively filtered based on the intra prediction mode of the current block and the size of the prediction block.
  • the intra prediction unit 230 generates a prediction block using reference pixels or filtered reference pixels according to the reconstructed intra prediction mode, and the generation of the prediction block is the same as the operation of the encoding apparatus 10. As such, detailed description thereof will be omitted.
  • the intra prediction unit 230 determines whether to filter the generated prediction block, and the filtering may be determined by using information included in a slice header or a coding unit header or according to an intra prediction mode of the current block.
  • the intra predictor 230 may generate a new pixel by filtering pixels at a specific position of the generated prediction block by using available reference pixels adjacent to the current block. .
  • a prediction pixel in contact with reference pixels among the prediction pixels may be filtered using a reference pixel in contact with the prediction pixel.
  • the prediction pixels are filtered using one or two reference pixels according to the positions of the prediction pixels, and the filtering of the prediction pixels in the DC mode may be applied to the prediction blocks of all sizes.
  • prediction pixels in contact with the left reference pixel among the prediction pixels of the prediction block may be changed by using reference pixels other than the upper pixel used to generate the prediction block.
  • the prediction pixels in contact with the upper reference pixel among the generated prediction pixels may be changed using reference pixels other than the left pixel used to generate the prediction block.
  • the current block may be reconstructed using the prediction block of the current block reconstructed and the residual block of the decoded current block.
  • FIG. 9 illustrates a second exemplary embodiment of a method of dividing and processing an image into blocks.
  • a coding tree unit (CTU) having a maximum size of 256 ⁇ 256 pixels may be first divided into a quad tree structure and divided into four coding units (CUs) having a square shape.
  • At least one of the coding units divided into the quad tree structure may be divided into a binary tree structure and re-divided into two coding units (CUs) having a rectangular shape.
  • At least one of the coding units divided into the quad tree structure may be divided into a quad tree structure and re-divided into four coding units (CUs) having a square shape.
  • CUs coding units
  • At least one of the coding units re-divided into the binary tree structure may be divided into two binary tree structures and divided into two coding units (CUs) having a square or rectangular shape.
  • At least one of the coding units re-divided into the quad tree structure may be divided into a quad tree structure or a binary tree structure and divided into coding units (CUs) having a square or rectangular shape.
  • the coding unit split into the quad tree structure as described above may be split into one or two prediction units (PUs) using the method described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the coding unit divided into the quad tree structure as described above may be divided into one or more transform units (TUs) by using the method as described with reference to FIG. 5, and the divided transform units (TU) May have a maximum size of 64x64 pixels.
  • FIG. 10 illustrates an embodiment of a syntax structure used to divide and process an image in block units.
  • split_cu_flag whether to split a coding unit CU as described with reference to FIG. 9 is indicated using split_cu_flag, and the depth of a coding unit CU split using a binary tree is represented using binary_depth. Can be broken.
  • coding unit CU
  • CU coding unit
  • FIGS. 1 through 8 for blocks divided by the method as described with reference to FIGS. 9 and 10 (eg, coding unit (CU), prediction unit (PU), and transform unit (TU)).
  • coding unit CU
  • prediction unit PU
  • transform unit TU
  • the coding unit CU may be divided into a binary tree structure and divided into transform units (TUs) which are basic units for transforming a residual block.
  • TUs transform units
  • At least one of rectangular coding blocks CB0 and CB1 divided into a binary tree structure having a size of Nx2N or 2NxN is divided into a binary tree structure again, and has a square transform unit having a size of NxN. Can be divided into TU0 and TU1.
  • the block-based image encoding method may perform prediction, transform, quantization, and entropy encoding steps.
  • a prediction signal may be generated by referring to a block currently performing encoding and an existing coded image or a neighboring image, and thus a difference signal between the current block and the current block may be calculated.
  • the difference signal is input, and the transform is performed using various transform functions.
  • the transformed signal is classified into DC coefficients and AC coefficients and is energy compacted to improve encoding efficiency. Can be.
  • quantization may be performed by inputting transform coefficients, and then an image may be encoded by performing entropy encoding on the quantized signal.
  • the image decoding method is performed in the reverse order of the above encoding process, the image quality distortion may occur in the quantization step.
  • the size or shape of a transform unit (TU) and the type of transform function to be applied may be varied according to the distribution of the differential signal input to the input and the characteristics of the image in the conversion step. have.
  • a difference is measured using a cost measurement method such as a sum of absolute difference (SAD) or mean square error (MSE).
  • SAD sum of absolute difference
  • MSE mean square error
  • effective encoding can be performed by selectively determining the size or shape of the transform unit CU based on the distribution of various differential signals to perform the transform.
  • the coding block CBx is divided into a binary tree structure as shown in (b). By dividing into two transform units (TUs), an efficient transform can be performed.
  • TUs transform units
  • the DC value generally represents an average value of the input signal, so that when a differential signal as shown in FIG. 12A is received as an input of the conversion process, two coding blocks CBx are divided.
  • transform units By dividing into transform units (TUs) it is possible to effectively represent a DC value.
  • a square coding unit CU0 having a size of 2N ⁇ 2N may be divided into a binary tree structure and divided into rectangular transform units TU0 and TU1 having a size of N ⁇ 2N or 2N ⁇ N.
  • the step of dividing the coding unit (CU) into a binary tree structure may be repeated two or more times to divide the coding unit (CU) into a plurality of transform units (TUs).
  • a rectangular coding block CB1 having a size of Nx2N is divided into a binary tree structure, and a block having a size of the divided NxN is further divided into a binary tree structure to N / 2xN or NxN / 2.
  • the block having a size of N / 2xN or NxN / 2 is divided again into a binary tree structure of square conversion units having a size of N / 2xN / 2 (TU1, TU2) , TU4, TU5).
  • a square coding block CB0 having a size of 2N ⁇ 2N is divided into a binary tree structure, and a block having the size of the divided Nx2N is divided into a binary tree structure again to have a square having a size of N ⁇ N.
  • the block having the size of NxN may be further divided into a binary tree structure and divided into rectangular transform units TU1 and TU2 having the size of N / 2xN.
  • a rectangular coding block CB0 having a size of 2N ⁇ N is divided into a binary tree structure, and a block having the size of divided NxN is further divided into a quad tree structure to have a size of N / 2 ⁇ N / 2.
  • Square units may be divided into TU1, TU2, TU3, and TU4.
  • FIGS. 1 through 8 See FIGS. 1 through 8 for blocks divided by the method as described with reference to FIGS. 11 through 16 (eg, coding unit (CU), prediction unit (PU), and transform unit (TU)).
  • coding unit CU
  • prediction unit PU
  • transform unit TU
  • the picture division unit 110 included in the image encoding apparatus 10 performs rate distortion optimization (RDO) according to a preset order, and thus is capable of splitting a coding unit (CU), a prediction unit (PU), and a transform as described above.
  • RDO rate distortion optimization
  • the partition structure of the unit TU may be determined.
  • the picture division unit 110 performs a rate distortion optimization-quantization (RDO-Q) while selecting an optimal block division structure in terms of bitrate and distortion. You can decide.
  • RDO-Q rate distortion optimization-quantization
  • RD may be performed in the order of transform unit (PU) partition structure of 2N ⁇ N pixel size illustrated in (d) to determine an optimal partition structure of the transform unit PU.
  • Nx2N or 2NxN pixel size when the coding unit CU has a form of Nx2N or 2NxN pixel size, the pixel size of Nx2N (or 2NxN) shown in (a), the pixel size of NxN shown in (b), N / 2xN (or NxN / 2) and NxN pixel sizes shown in (c), N / 2xN / 2, N / 2xN and NxN pixel sizes shown in (d), N shown in (e)
  • An RDO may be performed in a transform unit (PU) partition structure order of a pixel size of 2 ⁇ N to determine an optimal partition structure of the transform unit PU.
  • PU transform unit
  • the block division method of the present invention has been described with an example in which a block division structure is determined by performing RDO (Rate distortion Optimization).
  • the picture division unit 110 may have a sum of absolute difference (SAD) or mean square error (MSE). By deciding the block division structure using), it is possible to reduce the complexity and maintain proper efficiency.
  • SAD sum of absolute difference
  • MSE mean square error
  • whether to apply adaptive loop filtering (ALF) in units of a coding unit (CU), a prediction unit (PU), or a transform unit (TU) divided as described above may be determined. Can be.
  • ALF adaptive loop filtering
  • whether the adaptive loop filter (ALF) is applied may be determined in units of a coding unit (CU), and the size or coefficient of the loop filter to be applied may vary according to the coding unit (CU).
  • ALF adaptive loop filter
  • information indicating whether to apply the adaptive loop filter (ALF) for each coding unit (CU) may be included in each slice header.
  • the loop filter may have a rectangular shape unlike luminance.
  • adaptive loop filtering may determine whether to apply to each slice. Therefore, information indicating whether adaptive loop filtering (ALF) is applied to the current slice may be included in a slice header or a picture header.
  • the slice header or the picture header may additionally include information indicating the filter length in the horizontal and / or vertical direction of the luminance component used in the adaptive loop filtering process.
  • the slice header or the picture header may include information indicating the number of filter sets, and when the number of filter sets is two or more, the filter coefficients may be encoded using a prediction method.
  • the slice header or the picture header may include information indicating whether filter coefficients are encoded by a prediction method, or may include predicted filter coefficients when the prediction method is used.
  • the chrominance components may be adaptively filtered.
  • information indicating whether each of the chrominance components is filtered may be included in the slice header or the picture header. It may be joint coded (ie, multiplexed coding) together with information indicating whether to filter.
  • entropy encoding may be performed by allocating the largest index.
  • coding tree units having a maximum size of 256x256 pixels are divided into quad tree structures, and four coding units (CUs) having a square shape are provided. Can be divided into
  • the four coding units (CUs) having the square shape may be re-divided into quad tree structures, respectively, and the depth of the coding units CU divided into quad tree structures as described above is 0 to 3 It can have an integer value of any one.
  • ALF adaptive loop filtering
  • split_cu_flag indicates whether the corresponding node is split. If split_cu_flag is 0, the coding unit (CU) of the node is not split into smaller blocks. If split_cu_flag is 1, the coding of the node is performed. Unit CU is divided into smaller sized coding units (CUs).
  • ALF_on / off_flag indicates whether the node applies the adaptive loop filter (ALF). When ALF_on / off_flag is 0, the adaptive loop filter (ALF) is not applied to the coding unit (CU) of the node. If ALF_on / off_flag is 1, an adaptive loop filter (ALF) is applied to the coding unit (CU) of the node.
  • a coding tree unit (CTU) having a maximum size of 256x256 pixels is first divided into a quad tree structure, and four coding units (CU) having a square shape. Can be divided into
  • At least one of the coding units divided into the quad tree structure may be divided into a binary tree structure and re-divided into two coding units (CUs) having a rectangular shape.
  • At least one of the coding units divided into the quad tree structure may be divided into a quad tree structure and re-divided into four coding units (CUs) having a square shape.
  • CUs coding units
  • At least one of the coding units re-divided into the binary tree structure may be divided into two binary tree structures and divided into two coding units (CUs) having a square or rectangular shape.
  • At least one of the coding units re-divided into the quad tree structure may be divided into a quad tree structure or a binary tree structure and divided into coding units (CUs) having a square or rectangular shape.
  • ALF adaptive loop filtering
  • the solid line connecting the nodes means that the upper node is divided into quad tree structures to form lower nodes, and the dotted line connecting the nodes divides the upper node into a binary tree structure. This means forming lower nodes.
  • FIGS. 22 to 23 are diagrams illustrating an adaptive loop filter determination of a chroma coded block according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Whether the adaptive loop filter (ALF) is applied may be determined from encoding information obtained from a slice or tile group header, and the size or coefficient of the applied filter may be determined for each coding unit (CU) unit.
  • the size or coefficient of the filter to be applied, whether the filter is performed and the applied filters may be differently determined depending on whether the Reconstruction sample is a Luma or Chroma sample.
  • a loop filter is applied to the luma coding block in units of coding units to improve the coding efficiency while improving the coding efficiency and complexity.
  • a loop filter having a relatively low complexity and a low encoding efficiency is applied to the chroma coding block in the coding unit.
  • the filter unit 250 includes a luma block adaptive loop filter performer 251 which first performs adaptive loop filtering corresponding to a luma coding block, that is, a luma sample of a coding unit; Using the filtering information obtained from the luma block adaptive loop filter performing unit 251, it is determined whether to apply the chroma coding block, that is, the ALF filter corresponding to the chroma sample, and perform the ALF filter processing accordingly.
  • Adaptive loop filtering may be performed on the chroma coded block, thereby improving coding efficiency.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 may apply an adaptation corresponding to the chroma coded block according to the color sampling information determined when the luma block adaptive loop filter performer 251 filters the luma coding block. Characteristic information of the red loop filter can be determined.
  • the filter unit 250 may determine whether to apply the ALF to the tile group currently performing decoding from the SPS or the tile group header.
  • the filter 250 may determine whether to apply the ALF corresponding to each color sample (Y / Cb / Cr) from the coding variable of the tile group header corresponding to the coding block unit.
  • the filter unit 250 may perform alf on a Luma sample through the luma block ALF filter performer 251.
  • the filter unit 250 may determine whether to perform ALF of the Chroma sample (Cb / Cr) through the chroma block ALF filter performing unit 252 according to the value of alf_ctb_flag [1] or alf_ctb_flag [2].
  • the filter unit 250 performs alf on the luma and chroma (Cb / Cr) luma block ALF filter performer 251 and chroma block ALF filter performer 252. All can be done.
  • the characteristic information of the adaptive loop filter corresponding to the chroma coding block is at least one of coefficient derivation function, shape information, or size information of the adaptive loop filter to be applied to the chroma coding block, which is determined according to the color sampling information. It may include and may be variably determined according to the coding efficiency.
  • the filtering information may include YUV ratio information of a color sample format corresponding to the luma coding block.
  • the YUV ratio information may include at least one of 4: 2: 0, 4: 2; 2, or 4: 4: 4.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 selectively selects the filter type or size of the chroma coding block according to the color sample format of the coding unit obtained by the luma block adaptive loop filter performer 251. Applicable Therefore, the ALF filter coefficients of the chroma coded block may be determined according to the color sample format and the encoding condition.
  • the luma block adaptive loop filter performer 251 performs the chroma block adaptive loop filter performer 252 on filtering information including color format information or ALF filter coefficient information of a current coding unit decoded or parsed from header information of a video stream. ) Can be delivered.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 may determine the ALF filter size and coefficient of the chroma coding block by using the filtering information.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 may determine the size of the ALF filter corresponding to the color sample format information of the luma block adaptive loop filter performer 251.
  • the ALF filter size may correspond to a filter size having an ALF coefficient of 5x5, 7x7, or 9x9, as shown in FIG. 22.
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may limit the filter coefficient size when applying the ALF of the chroma coding block according to the color sample format. For example, it is possible to improve coding efficiency by selectively applying filter sizes such as 5x5 for 4: 2: 0, 5x5, 7x7 for 4: 2: 2, or 5x5, 7x7, 9x9 for 4: 4: 4. Can be.
  • Equation 1 the process of determining the filter shape or the size in the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may be represented by Equation 1 below.
  • ⁇ R (i, j) may represent the result of applying the ALF filter
  • f (k, l) may be the filter coefficient of the decoding block
  • R (i, j) may be a reconstructed image of the decoding block. ) May be represented as a pixel value.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 determines the filter size according to the color sample format, and the current chroma coding block according to the coefficient information according to the ALF filter result of the luma block adaptive loop filter performer 251. It is possible to determine the ALF filter coefficients.
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 uses the same ALF filter coefficients of the luma sample block determined by the luma block adaptive loop filter performing unit 251 as it is, but the size determined according to the color sample format.
  • the ALF filter coefficients of the limited current chroma coded block may be calculated in correspondence to.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 performs a combination operation on the ALF filter coefficients of the luma sample block determined by the luma block adaptive loop filter performer 251 according to the color sample format to determine the current chroma coded block.
  • ALF filter coefficients may be calculated.
  • the calculation method of the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may be selectively determined based on the signaling information signaled from the encoding apparatus 10. For example, the chroma block adaptive loop filter performer 252 may selectively determine an adaptive loop filtering execution mode for the chroma coded block according to signaling information identified from slice header or tile group header information.
  • the adaptive loop filtering of the luma coding block which is performed in advance on the adaptive loop filtering coefficient of the chroma coding block, according to the color sampling information determined by the luma block adaptive loop filter performing unit 251.
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 determines whether to apply an additional constraint corresponding to the filtering of the luma block adaptive loop filter performer 251 in consideration of performance improvement of the encoder. Optimization can be performed.
  • Conditional variables of constraints may include whether the coding unit is further split (whether it is a terminal node) or the prediction mode (intra prediction or inter prediction) of the coding unit.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a filter coefficient derivation method of the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 according to an embodiment of the present invention.
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 substitutes ALF filter coefficients of the luma block sample as it is, sums the coefficients, subtracts the coefficients, replaces the coefficients, or averages the coefficients. deriving the ALF filter coefficients of the chroma block sample by calculating and combining the coefficients in various ways, such as calculating an average value, calculating a median value of the coefficients, or performing a rotation operation of the coefficients. can do.
  • FIG. 23 is an example of the derivation method.
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 uses the ALF coefficients of the 9x9 luma sample (FIG. 23 (A)) to determine the ALF coefficients of the 5x5 chroma block sample (FIG. Explain how to derive B)).
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 may calculate an ALF coefficient of the chroma block sample by performing a combination function (Combination_function) using coefficient information of the luma filter.
  • the combination function (Combination_function) may be determined according to the chroma block ALF coefficients and may be determined according to the characteristics of the color sample format.
  • the derivation method through summing and substitution it may be exemplified as follows.
  • C0, C1, C3, and C4 can be derived using the sum of the surrounding ALF Coefficients having a correspondence relationship between the luma block and the chroma block
  • C2, C5 and C6 can be derived from the chroma block from the luma block through 1: 1 assignment.
  • the ALF Coefficient of the block can be derived.
  • the above example is an embodiment, and the ALF Coefficient of the luma block that is substituted or derived into the ALF Coefficient of the chroma block is not limited to the above example and may be changed in various combinations.
  • FIGS. 25 to 26 are diagrams for describing signaling for an adaptive loop filter of a chroma coded block according to an embodiment of the present invention. Drawing.
  • FIG. 24 illustrates a method of operating the filter unit 250 of the decoding apparatus 20, which may be equally applied to the adaptive loop filtering operation of the post processor 170 of the encoding apparatus 10.
  • the luma block adaptive loop filter performing unit 251 of the filter unit 250 selectively determines whether to perform ALF for each coding unit (S101), and coding to which application is determined. ALF for the luma coding block of the unit is performed (S102).
  • the luma block adaptive loop filter performer 251 decodes the color sample format information according to the ALF of the luma coding block (S103), and the chroma block adaptive loop filter performer 252 performs the color sample format information.
  • the ALF execution process of the chroma coding block corresponding to the luma coding block may be entered using the SLM.
  • ALF adaptive loop filtering
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 performs the ALF filter size and coefficient derivation process and the color sample according to whether the color sample format is 4: 2: 2, 4: 2: 0, or 4: 4: 4. You can optionally decide whether to perform the star.
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 first determines whether the color sample format is 4: 2: 0 (S107), and in the case of 4: 2: 0, 5 x 5 ALF for the chroma sample of the chroma block.
  • the coefficient derivation process may be performed (S109).
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 determines whether 4: 4: 4 if it is not 4: 2: 0 (S111), and if it is 4: 4: 4, 5x5 and 7x7 for the chroma samples of the chroma block. And 9x9 ALF coefficient derivation process may be performed (S113).
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may determine 4: 2: 2 when it is not 4: 4: 4, and may perform a 5x5 or 7x7 ALF coefficient derivation process for the Chroma sample of the chroma block. (S115).
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may derive chroma format information by using additional signaling information to determine whether to perform ALF for each color sample on a coding block basis.
  • the signaling information may be illustrated as color component information such as Y / Cb / Cr.
  • the signaling information for determining whether to perform ALF for each color sample in response to a coding block unit may include color component flag information such as ALF_Chroma_idc.
  • the color component flag information may indicate a value corresponding to each color component from 0 to 3.
  • the filter unit 250 may parse the value of ALF_Chroma_idc and determine whether to perform ALF for each color component (Y / Cb / Cr) for the current coding block unit.
  • the filter unit 250 may perform only ALF for the Y color component, and does not perform ALF for the Cb / Cr Color component of the corresponding coding block. You may not.
  • the filter unit 250 may determine whether to perform ALF on a Cb color sample. When the value of ALF_Chroma_idc is 2, the filter unit 250 may apply ALF to a color component for Cr. When the value of ALF_Chorma_idc is 3, the filter unit 250 may apply all of the ALF for the Y / Cb / Cr color component.
  • the ALF filter type information of the chroma block may be signaled.
  • the ALF filter type information of the luma block may be used as the ALF filter type information of the chroma block.
  • the ALF filter type of the chroma block may be signaled in units of coding units (CUs), and in the case of P Slice or B Slice, the ALF filter type of the luma block may be used as it is. .
  • whether or not to perform ALF for each color component corresponding to a coding block unit may be determined using the aforementioned color component flag ALF_Chroma_idc.
  • the encoding apparatus 10 may signal class information on at least one ALF coefficient corresponding to an ALF function applied for each color component.
  • the filter unit 250 may adaptively perform ALF for the current block by using the signaled class information.
  • the signaled class information may include at least one of index information indicating one of the predetermined classes, and coefficient information (for example, information on a Delta value) of the ALF function for each class. .
  • the filter unit 250 adapts the ALF to the current block by using the coefficient derivation information predicted from the Luma coefficient of the previously decoded block and the filter coefficient change sign information applied to the current decoding block together with the class information. Can be done as
  • FIG. 25 illustrates an embodiment of syntax in which color sample format information of a decoded image is transmitted.
  • Color sample format information may be transmitted through a high level syntax (HLS) such as a sequence parameter set (SPS), and may be signaled through a separate syntax such as a chroma format index (Chroma_format_idc).
  • HLS high level syntax
  • SPS sequence parameter set
  • Chroma_format_idc chroma format index
  • the color sample format may be delivered through HLS (High Level Syntax) like SPS (* Sequence Parameter Set), and color sample format signaling information of an image may be encoded through a separate syntax such as Chroma_format_idc.
  • Chroma_format_idc may be 0 to 3
  • sampling information of an image may be defined as shown in the following table according to the Chroma_format_idc value.
  • Chroma_format_idc when Chroma_format_idc is 0, it may represent an image encoded / decoded only with a luma sample in which image information is encoded only in a luma block (or a luma array). Chroma_format of 1 to 3 may represent an image in which luma and chroma are sampled at a ratio of 4: 2: 0, 4: 2: 2, and 4: 4: 4, as shown in the above table.
  • the color sample format information (Chroma_foramt_idc) may be used as a parameter for determining whether ALF is applied according to a color sample of a coding block.
  • additional signaling information such as the aforementioned color component information ALF_Chorma_idc may be separately transmitted to determine the ALF application type according to the color component.
  • 26 is a diagram illustrating signaling of a coding unit unit for an adaptive loop filter of a chroma coding block according to an embodiment of the present invention.
  • the signaling of the adaptive loop filtering according to an embodiment of the present invention may be processed in a CU unit, and whether or not to apply it may be selectively determined and encoded / decoded.
  • the luma block adaptive loop filter performer 251 may determine whether to perform the ALF of the current coding unit, and the chroma block adaptive loop filter performer 252 may perform the chroma block adaptive.
  • the filter coefficient of the loop filter can be variably configured according to the conditions.
  • the filter unit 250 may determine whether to apply ALF for each color component of the current coding block by using the color component information ALF_Chorma_idc signaled from the encoding apparatus 10. For example, when the value of ALF_Chorma_idc is 0, the filter unit 250 may perform ALF for the Y (Luma) color component, and in the case of 1 to 2, determine whether to perform ALF for the Cb or Cr color component. In case of 3, it may be determined whether ALF is performed on Cb Cr.
  • the luma block adaptive loop filter performer 251 may determine whether ALF itself has been performed in both luma and chroma blocks of the corresponding coding unit through ALF_Enable_flag. Thereafter, it may be determined whether the ALF coefficient for the chroma block according to the embodiment of the present invention is derived from the ALF Coefficient of the luma block through the Chroma_coeff_derivation_from_luma signal.
  • the ALF for the chroma block is determined according to the corresponding position (Co-located) from the ALF Coefficient for the luma block. Corresponding) coefficients may be derived.
  • the chroma block adaptive loop filter execution unit 252 checks the color sample format and checks the ALF filter of the chroma block. You can decide.
  • the color sample format may mean monochrome, and means that ALF for 4: 0: 0 or luminance component may be applied. At this time, the color sample format may be 0. In this case, the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may not perform a separate Chroma ALF.
  • the color sample format is 1, it means that the color sample format of the present image is 4: 2: 0, and the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 is 5 ⁇ 5 size or 7 ⁇ 7 from the ALF Coefficient of the luma sample described above.
  • the filter shape of size can derive the ALF Coefficient of the Chroma sample.
  • the size of a filter performed on the Chroma ALF may be determined according to the value of Chroma_adaptive_filter_size, such as 5 ⁇ 5 or 7 ⁇ 7.
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 may derive the ALF coefficient of the chroma sample corresponding to the chroma block from the ALF coefficient of the luma block.
  • Chroma_adaptive_filter_size may mean 5 ⁇ 5, 7 ⁇ 7, or 9 ⁇ 9, and the chroma block adaptive loop filter performer 252 may determine the luma block. From the ALF coefficients, the ALF coefficients of the chroma samples corresponding to the chroma blocks can be derived.
  • FIG. 27 is a flowchart illustrating adaptive loop filtering according to a mode selection method of a chroma coded block according to an embodiment of the present invention.
  • an execution mode may be selectively determined in adaptive loop filtering of a chroma coded block.
  • the performing mode is, for example, adapting to a chroma coded block corresponding to the chroma coded block according to a combination of coefficients of the luma coded block using color format information obtained when performing the adaptive loop filtering on the luma coded block. It may include a first mode for performing the adaptive loop filtering or a second mode for applying the adaptive loop filter applied to the luma coding block to the adaptive loop filtering of the chroma coding block.
  • Signaling information indicating the execution mode may be included in slice (or tile group) information.
  • the header information of the slice or tile group may include ALF performance information for each slice or tile group in a picture and the chroma coding block.
  • Mode selection information may be included.
  • the filter unit 250 parses an ALF flag (sps_alf_enabled_flag) from a sequence parameter set (SPS) header to determine whether an ALF is applied to a picture currently being decoded, and an ALF corresponding to a slice or tile group unit. Whether to perform the execution (tile_group_alf_enable_flag or slice_alf_enable_flag, etc.) may be determined to determine whether alf is applied to each slice or tile group in the picture (S201).
  • SPS sequence parameter set
  • the filter unit 250 identifies whether the ALF is applied to the coding block corresponding to the coding unit in the current slice (S203).
  • the filter unit 250 sets N to 0 (S205), and identifies whether the ALF is applied to the Nth coding block (S207).
  • the filter unit 250 performs adaptive loop filtering corresponding to the luma block sample of the Nth coding block through the luma block adaptive loop filter performing unit 251 ( S209).
  • the filter unit 250 determines whether to apply the adaptive loop filter to the chroma block using the combination of the luma filter coefficients (S211).
  • the filter unit 250 may determine whether the application is performed using the aforementioned slice header or signaling information signaled corresponding to the coding unit.
  • tile_group_alf_eanble_flag it may be determined whether an alf is applied to any tile group in the corresponding tile group header.
  • the tile group configured in the tile group header parses an alf flag (tile_group_enable_flag) to determine whether alf is applied on a tile group basis for decoding currently (S201).
  • the filter is performed by determining whether alf is applied to the coding block located in the tile group (S203). If the tile_group_enable_flag value is false, the alf for the coding block located in the tile group is not applied. .
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 entering the first mode may convert the ALF coefficients of the luma sample processed by the luma block adaptive loop filter performer 251 into the color sample format.
  • a combination operation is calculated according to the information, and the adaptive loop filtering corresponding to the chroma block is performed using the same (S215).
  • the chroma block adaptive loop filter performer 252 entering the second mode may determine an ALF coefficient of the luma sample processed by the luma block adaptive loop filter performer 251. By using it as it is, adaptive loop filtering corresponding to the chroma block may be performed (S213).
  • the chroma block adaptive loop filter performing unit 252 restricts the ALF coefficients used as they are according to the color sample information and may use only a part of them.
  • the filter unit 250 updates N to N + 1 (S217), and if the Nth coding block is a valid block (S219), Return to step S207 again.
  • the filter unit 250 terminates the adaptive loop filtering process.
  • 28 to 30 are exemplary diagrams showing header information in high level syntax according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 illustrates that ALF information is transmitted through a tile group header.
  • the tile group header may include a tile group ALF application flag (tile_group_alf_enabled_flag), and the decoding apparatus 20 may determine a current tile through this flag. It is possible to determine whether alf is applied in the group.
  • sps_alf_enabled_flag may indicate whether ALF is applied.
  • the tile group ALF adaptive set ID (Tile_group_alf_adaptive_set_id) may be a set identifier for adaptively applying filter coefficients, types, and shapes of Alf to each tile group.
  • separate Adaptive_header information for each set may be signaled, and the Adaptive_header information may include a plurality of filter informations.
  • the decoding apparatus 20 may determine the ALF filter information to be applied in the current tile group according to the filter information signaled corresponding to the Tile_group_alf_adaptive_set_id.
  • the filter information may include information such as coefficient information, filter size, filter shape, and the like.
  • the ALF signaling information may include ALF chroma application information (Alf_chroma_idc). For example, if the value of Alf_chroma_idc is 0, it may indicate that ALF is not performed for Cb / Cr. If the value is 1, it may indicate that ALF is performed for Cb color components. , Cr color component may indicate that the ALF is performed, and if the value is 3, it may indicate that both Cb and Cr perform ALF.
  • Alf_chroma_idc ALF chroma application information
  • the ALF signaling information may include ALF luma filter class information (Alf_luma_num_filter).
  • the class information may indicate a filter coefficient set, may be preset and stored in the same manner in the encoding apparatus 10 and the decoding apparatus 20, and the ALF signaling information may include selection information corresponding to each class.
  • a differential index signal for calculating the luma coefficient difference index (Alf_luma_coeff_delta_idx) filter coefficient may be included.
  • FIG. 30 illustrates CTU syntax when ALF is applied in units of CTU, and indicates whether ALF performance in units of CTU can be determined according to Alf_chroma_idc values corresponding to each CTU.
  • the method according to the present invention described above may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program for execution on a computer, and examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape , Floppy disks, optical data storage devices, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the method can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법은, 영상의 픽쳐를 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)이 수행되는 기본 단위로서, 루마 (luma) 샘플 블록 및 이에 대응하는 크로마(chroma) 샘플 블록을 포함하는 복수의 코딩 유닛(Coding Unit)들로 분할하는 단계; 상기 분할된 코딩 유닛들 중 상기 루마 샘플 블록에 대응하는 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계; 상기 적용이 결정된 루마 샘플 블록의 특성에 따라, 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 샘플링 정보를 이용하여, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

필터 정보 기반의 적응적 루프 필터링 방법, 그를 이용한 영상 부호화 및 복호화 방법
본 발명은 영상 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동영상 픽쳐(picture)를 복수의 블록(block)들로 분할하여 블록별로 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF)를 수행하는 방법에 관한 것이다.
영상 압축 방법에서는 하나의 픽처(picture)를 소정 크기를 가지는 복수의 블록(block)으로 구분하여 부호화를 수행한다. 또한, 압축 효율을 높이기 위해 픽쳐들 사이의 중복도를 제거하는 인터 예측(inter prediction) 및 인트라 예측(intra prediction) 기술을 이용한다.
이 경우, 인트라 예측과 인터 예측을 이용하여 잔차 신호(residual signal)를 만들며, 잔차 신호를 구하는 이유는 잔차 신호를 가지고 코딩을 했을 때 데이터의 양이 작아서 데이터 압축률이 높아지고, 예측이 좋을수록 잔차 신호의 값이 작게 되기 때문이다.
인트라 예측 방법은 현재 블록의 주변의 픽셀을 이용하여 현재 블록의 데이터를 예측한다. 실제 값과 예측 값의 차이를 잔차 신호 블록이라고 한다. HEVC의 경우는 인트라 예측 방법이 기존 H.264/AVC에서 사용되던 9개의 예측모드에서 35개의 예측모드로 증가하여 더욱 세분화하여 예측을 한다.
인터 예측 방법의 경우는 현재 블록을 주변의 픽쳐들 내의 블록들과 비교하여 가장 비슷한 블록을 찾는다. 이때 찾은 블록에 대한 위치정보(Vx, Vy)를 모션 벡터라고 한다. 현재블록과 모션 벡터에 의하여 예측된 예측블록간의 블록내 화소 값들의 차이를 잔차 신호(residual signal) 블록이라고 한다 (motion-compensated residual block).
이와 같이 인트라 예측과 인터 예측이 더 세분화 되어 잔차 신호의 데이터 양이 줄어들고 있으나, 동영상의 처리를 위한 연산량은 크게 증가하였다.
특히, 영상 부호화 및 복호화를 위한 픽쳐 내 분할 구조를 결정하는 과정에서의 복잡도 증가량으로 인해 파이프라인 구현 등에 있어서의 어려움이 존재하며, 기존의 블록 분할 방법 및 그에 따라 분할된 블록의 크기가 고해상도 영상의 부호화에는 적합하지 않을 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 고해상도 영상의 부호화 및 복호화에 적합한 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법, 그를 이용한 영상 부호화 및 복호화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 영상 처리를 위한 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법은, 영상의 픽쳐를 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)이 수행되는 기본 단위로서, 루마 (luma) 샘플 블록 및 이에 대응하는 크로마(chroma) 샘플 블록을 포함하는 복수의 코딩 유닛(Coding Unit)들로 분할하는 단계; 상기 분할된 코딩 유닛들 중 상기 루마 샘플 블록에 대응하는 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계; 상기 적용이 결정된 루마 샘플 블록의 특성에 따라, 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 샘플링 정보를 이용하여, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 영상 부호화 방법에 있어서, 영상의 픽쳐를 복수의 코딩 유닛들로 분할하는 단계; 상기 분할된 코딩 유닛을 기본 단위로 하여, 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행하는 단계; 상기 분할된 코딩 유닛들 중 상기 루마 샘플 블록에 대응하는 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계; 상기 적용이 결정된 루마 샘플 블록의 특성에 따라, 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 상기 루마 샘플 블록과 연관된 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 영상 복호화 방법에 있어서, 부호화된 비트스트림을 입력받는 단계; 상기 입력된 비트스트림에 대해 역양자화 및 역변환을 수행하여 잔차 블록을 획득하는 단계; 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행하여 예측 블록을 획득하는 단계; 상기 획득된 잔차 블록과 예측 블록을 합하여 영상을 복원하는 단계; 상기 인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되는 기본 단위인 코딩 유닛들 중 루마 샘플 블록에 대응하는 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계; 상기 적용이 결정된 루마 샘플 블록의 특성에 따라, 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 상기 루마 샘플 블록과 연관된 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.
한편, 상기한 방법들은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되는 기본 단위인 코딩 유닛을 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법에 있어서, 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 필터링 정보, 바람직하게는 컬러 샘플링 정보를 이용하여, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행함으로써, 고해상도 영상에 대한 코딩 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 도 5는 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하는 방법에 대한 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 영상 부호화 장치에서 인터 예측을 수행하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 영상 복호화 장치에서 인터 예측을 수행하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하는 방법에 대한 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하기 위해 사용되는 신택스(syntax) 구조에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하는 방법에 대한 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 코딩 유닛을 이진 트리 구조로 분할하여 변환 유닛을 구성하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하는 방법에 대한 제4 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 16은 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하는 방법에 대한 또 다른 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 17 및 도 18은 RDO(Rate distortion Optimization)를 수행하여 변환 유닛의 분할 구조를 결정하는 방법에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 19는 본 발명에 따른 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법에 대한 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법에 대한 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 필터부의 적응적 루프 필터링 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 22 내지 도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터 결정을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 적응적 루프 필터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 25 내지 도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터를 위한 시그널링을 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 모드 선택방법에 따른 적응적 루프 필터링을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 28 내지 도 30은 본 발명의 실시 예에 따른 헤더 정보를 하이 레벨 신택스로 나타낸 예시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있으나, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 아울러, 본 발명에서 특정 구성을 "포함"한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로, 영상 부호화 장치(10)는 픽쳐 분할부(110), 변환부(120), 양자화부(130), 스캐닝부(131), 엔트로피 부호화부(140), 인트라 예측부(150), 인터 예측부(160), 역양자화부(135), 역변환부(125), 후처리부(170), 픽쳐 저장부(180), 감산부(190) 및 가산부(195)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 픽쳐 분할부(110)는 입력되는 비디오 신호를 분석하여 픽쳐를 코딩 유닛으로 분할하여 예측 모드를 결정하고, 상기 코딩 유닛별로 예측 유닛의 크기를 결정한다.
또한, 픽쳐 분할부(110)는 부호화할 예측 유닛을 예측 모드(또는 예측 방법)에 따라 인트라 예측부(150) 또는 인터 예측부(160)로 보낸다. 또한, 픽쳐 분할부(110)는 부호화할 예측 유닛을 감산부(190)로 보낸다.
여기서, 영상의 픽쳐(picture)는 복수의 슬라이스 또는 타일로 구성되고, 슬라이스 및 타일은 픽쳐를 분할하는 기본 단위인 복수의 코딩 트리 유닛(Coding Tree Unit: CTU)들로 분할될 수 있다.
또한, 픽쳐는 타일 그룹으로 구성될 수도 있으며, 타일 그룹으로 구성될 경우, 타일 그룹(Tile Group)은 하나 또는 그 이상의 상기 타일(Tile)들로 구성될 수 있다. 이 때, 각 타일들은 상기 CTU들로 분할될 수 있다. 여기서, 타일 그룹관련 부호화 정보는, 타일 그룹 헤더를 통해 시그널링될 수 있다. 복수의 타일 그룹이 존재할 경우에는, 타일 그룹 식별 정보(Tile Group ID)로 구분될 수 있고, 서로 다른 타일 그룹 간에는 부호화 옵션이 선택 적응적으로 적용될 수도 있다.
상기 코딩 트리 유닛은 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)이 수행되는 기본 단위인 하나 또는 2 이상의 코딩 유닛(Coding Unit: CU)들로 분할될 수 있다.
코딩 유닛(CU)은 예측이 수행되는 기본 단위인 하나 또는 그 이상의 예측 유닛(Prediction unit: PU)들로 분할될 수 있다.
이 경우, 부호화 장치(10)는 상기 분할된 코딩 유닛(CU)들 각각에 대해 인터 예측과 인트라 예측 중 어느 하나를 예측 방법으로 결정하나, 각각의 예측 유닛(PU)에 대해 서로 다르게 예측 블록을 생성할 수 있다.
한편, 코딩 유닛(CU)은 잔차 블록(residual block)에 대한 변환이 수행되는 기본 단위인 하나 또는 2 이상의 변환 유닛(Transform Unit: TU)들로 분할될 수 있다.
이 경우, 픽쳐 분할부(110)는 상기와 같이 분할된 블록 단위(예를 들어, 예측 유닛(PU) 또는 변환 유닛(TU))로 영상 데이터를 감산부(190)에 전달할 수 있다.
도 2를 참조하면, 최대 256x256 픽셀 크기를 가지는 코딩 트리 유닛(CTU)는 쿼드 트리(quad tree) 구조로 분할되어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수 있다.
상기 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들은 각각 쿼드 트리 구조로 재 분할될 수 있으며, 상기와 같이 쿼드 트리 구조로 분할되는 코딩 유닛(CU)의 깊이(Depth)는 0부터 3 중 어느 하나의 정수 값을 가질 수 있다.
코딩 유닛(CU)은 예측 모드에 따라 하나 또는 2 이상의 예측 유닛(PU)들로 분할될 수 있다.
인트라 예측 모드의 경우, 코딩 유닛(CU)의 크기가 2Nx2N 일 때, 예측 유닛(PU)은 도 3의 (a)에 도시된 2Nx2N 또는 도 3의 (b)에 도시된 NxN의 크기를 가질 수 있다.
한편, 인터 예측 모드의 경우, 코딩 유닛(CU)의 크기가 2Nx2N 일 때, 예측 유닛(PU)은 도 4의 (a)에 도시된 2Nx2N, 도 4의 (b)에 도시된 2NxN, 도 4의 (c)에 도시된 Nx2N, 도 4의 (d)에 도시된 NxN, 도 4의 (e)에 도시된 2NxnU, 도 4의 (f)에 도시된 2NxnD, 도 4의 (g)에 도시된 nLx2N 및 도 4의 (h)에 도시된 nRx2N 중 어느 하나의 크기를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 코딩 유닛(CU)는 쿼드 트리(quad tree) 구조로 분할되어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 변환 유닛(TU)들로 분할될 수 있다.
상기 정사각형의 형태를 가지는 4개의 변환 유닛(TU)들은 각각 쿼드 트리 구조로 재 분할될 수 있으며, 상기와 같이 쿼드 트리 구조로 분할되는 변환 유닛(TU)의 깊이(Depth)는 0부터 3 중 어느 하나의 정수 값을 가질 수 있다.
여기서, 코딩 유닛(CU)이 인터 예측 모드인 경우, 해당 코딩 유닛(CU)으로부터 분할된 예측 유닛(PU)와 변환 유닛(TU)은 서로 독립적인 분할 구조를 가질 수 있다.
코딩 유닛(CU)이 인트라 예측 모드인 경우, 해당 코딩 유닛(CU)으로부터 분할된 변환 유닛(TU)은 예측 유닛(PU)의 크기보다 클 수 없다.
또한, 상기와 같이 분할되는 변환 유닛(TU)은 최대 64x64 픽셀 크기를 가질 수 있다.
변환부(120)는 입력된 예측 유닛(PU)의 원본 블록과 인트라 예측부(150) 또는 인터 예측부(160)에서 생성된 예측 블록 사이의 잔차 신호인 잔차 블록을 변환하며, 상기 변환은 변환 유닛(TU)을 기본 단위로 하여 수행될 수 있다.
상기 변환 과정에서 예측 모드(intra or inter)에 따라 서로 다른 변환 매트릭스가 결정될 수 있으며, 인트라 예측의 잔차 신호는 인트라 예측 모드에 따라 방향성을 가지므로 인트라 예측 모드에 따라 적응적으로 변환 매트릭스가 결정될 수 있다.
변환 단위는 2개(수평, 수직)의 1차원 변환 매트릭스에 의해 변환될 수 있으며, 예를 들어 인터 예측의 경우에는 미리 결정된 1개의 변환 매트릭스가 결정될 수 있다.
한편, 인트라 예측의 경우, 인트라 예측 모드가 수평인 경우에는 잔차 블록이 수직방향으로의 방향성을 가질 확률이 높아지므로, 수직방향으로는 DCT 기반의 정수 매트릭스를 적용하고, 수평방향으로는 DST 기반 또는 KLT 기반의 정수 매트릭스를 적용한다. 인트라 예측 모드가 수직인 경우에는 수직방향으로는 DST 기반 또는 KLT 기반의 정수 매트릭스를, 수평 방향으로는 DCT 기반의 정수 매트릭스를 적용할 수 있다.
또한, DC 모드의 경우에는 양방향 모두 DCT 기반 정수 매트릭스를 적용할 수 있다.
그리고, 인트라 예측의 경우, 변환 유닛(TU)의 크기에 기초하여 변환 매트릭스가 적응적으로 결정될 수도 있다.
양자화부(130)는 상기 변환 매트릭스에 의해 변환된 잔차 블록의 계수들을 양자화하기 위한 양자화 스텝 사이즈를 결정하며, 양자화 스텝 사이즈는 미리 정해진 크기 이상의 양자화 유닛별로 결정될 수 있다.
양자화 유닛의 크기는 8x8 또는 16x16일 수 있으며, 양자화부(130)는 양자화 스텝 사이즈 및 예측 모드에 따라 결정되는 양자화 매트릭스를 이용하여 변환 블록의 계수들을 양자화한다.
또한, 양자화부(130)는 현재 양자화 유닛의 양자화 스텝 사이즈 예측자로서 현재 양자화 유닛에 인접한 양자화 유닛의 양자화 스텝 사이즈를 이용할 수 있다.
양자화부(130)는 현재 양자화 유닛의 좌측 양자화 유닛, 상측 양자화 유닛, 좌상측 양자화 유닛 순서로 검색하여 1개 또는 2개의 유효한 양자화 스텝 사이즈를 이용하여 현재 양자화 유닛의 양자화 스텝 사이즈 예측자를 생성할 수 있다.
예를 들어, 양자화부(130)는 상기 순서로 검색된 유효한 첫번째 양자화 스텝 사이즈를 양자화 스텝 사이즈 예측자로 결정하거나, 상기 순서로 검색된 유효한 2개의 양자화 스텝 사이즈의 평균값을 양자화 스텝 사이즈 예측자로 결정하거나, 또는 1개의 양자화 스텝 사이즈만이 유효한 경우에는 이를 양자화 스텝 사이즈 예측자로 결정할 수 있다.
상기 양자화 스텝 사이즈 예측자가 결정되면, 양자화부(130)는 현재 양자화 유닛의 양자화 스텝 사이즈와 양자화 스텝 사이즈 예측자 사이의 차분값을 엔트로피 부호화부(140)로 전송한다.
한편, 현재 코딩 유닛의 좌측 코딩 유닛, 상측 코딩 유닛, 좌상측 코딩 유닛 모두가 존재하지 않거나. 또는 최대 코딩 유닛 내의 부호화 순서 상으로 이전에 존재하는 코딩 유닛이 존재할 수 있다.
따라서, 현재 코딩 유닛에 인접한 양자화 유닛들과 상기 최대 코딩 유닛 내에서는 부호화 순서상 바로 이전의 양자화 유닛의 양자화 스텝 사이즈가 후보자가 될 수 있다.
이 경우, 1) 현재 코딩 유닛의 좌측 양자화 유닛, 2) 현재 코딩 유닛의 상측 양자화 유닛, 3) 현재 코딩 유닛의 좌상측 양자화 유닛, 4) 부호화 순서상 바로 이전의 양자화 유닛 순서로 우선순위가 설정될 수 있다. 상기 순서는 바뀔 수 있고, 상기 좌상측 양자화 유닛은 생략될 수도 있다.
한편, 상기와 같이 양자화된 변환 블록은 역양자화부(135)와 스캐닝부(131)로 전달된다.
스캐닝부(131)는 양자화된 변환 블록의 계수들을 스캐닝하여 1차원의 양자화 계수들로 변환하며, 이 경우 양자화 후의 변환 블록의 계수 분포가 인트라 예측 모드에 의존적일 수 있으므로 스캐닝 방식은 인트라 예측 모드에 따라 결정될 수 있다.
또한, 계수 스캐닝 방식은 변환 단위의 크기에 따라 달리 결정될 수도 있고, 상기 스캔 패턴은 방향성 인트라 예측 모드에 따라 달라질 수 있으며, 이 경우 양자화 계수들의 스캔 순서는 역방향으로 스캔될 수 있다.
상기 양자화된 계수들이 복수의 서브셋(sub-set)들로 분할된 경우, 각각의 서브셋 내의 양자화 계수들에 동일한 스캔 패턴이 적용될 수 있으며, 서브셋 간의 스캔 패턴은 지그재그 스캔 또는 대각선 스캔이 적용될 수 있다.
한편, 상기 스캔 패턴은 DC를 포함하는 메인 서브셋으로부터 순방향으로 잔여 서브셋들로 스캔하는 것이 바람직하나, 그 역방향도 가능하다.
또한, 서브셋 내의 양자화된 계수들의 스캔 패턴과 동일하게 서브셋 간의 스캔 패턴을 설정할 수도 있으며, 서브셋 간의 스캔 패턴은 인트라 예측 모드에 따라 결정될 수 있다.
한편, 부호화 장치(10)는 상기 변환 유닛(PU) 내에서 0이 아닌 마지막 양자화 계수의 위치 및 각 서브셋 내의 0이 아닌 마지막 양자화 계수의 위치를 나타낼 수 있는 정보를 비트스트림에 포함시켜 복호화 장치(20)로 전송할 수 있다.
역양자화부(135)는 상기와 같이 양자화된 양자화 계수를 역양자화하며, 역변환부(125)는 변환 유닛(TU) 단위로 역변환을 수행하여 상기 역양자화된 변환 계수를 공간 영역의 잔차 블록으로 복원할 수 있다.
가산기(195)는 상기 역변환부(125)에 의해 복원된 잔차 블록과 인트라 예측부(150) 또는 인터 예측부(160)로부터의 수신된 예측 블록을 합하여 복원 블록을 생성할 수 있다.
또한, 후처리부(170)는 복원된 픽쳐에 발생하는 블록킹 효과의 제거하기 위한 디블록킹(deblocking) 필터링 과정, 화소 단위로 원본 영상과의 차이 값을 보완하기 위한 샘플 적응적 오프셋(Sample Adaptive Offset : SAO) 적용 과정 및 코딩 유닛으로 원본 영상과의 차이 값을 보완하기 위한 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 과정을 수행할 수 있다.
디블록킹 필터링 과정은 미리 정해진 크기 이상의 크기를 갖는 예측 유닛(PU) 또는 변환 유닛(TU)의 경계에 적용될 수 있다.
예를 들어, 디블록킹 필터링 과정은, 필터링할 경계(boundary)를 결정하는 단계, 상기 경계에 적용할 경계 필터링 강도(bounary filtering strength)를 결정하는 단계, 디블록킹 필터의 적용 여부를 결정하는 단계, 상기 디블록킹 필터를 적용할 것으로 결정된 경우, 상기 경계에 적용할 필터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 디블록킹 필터의 적용 여부는 i) 상기 경계 필터링 강도가 0보다 큰지 여부 및 ii) 상기 필터링할 경계에 인접한 2개의 블록(P 블록, Q블록) 경계 부분에서의 화소값들이 변화 정도를 나타내는 값이 양자화 파라미터에 의해 결정되는 제1 기준값보다 작은지 여부에 의해 결정될 수 있다.
상기 필터는 적어도 2개 이상인 것이 바람직하다. 블록 경계에 위치한 2개의 화소들간의 차이값의 절대값이 제2 기준값보다 크거나 같은 경우에는 상대적으로 약한 필터링을 수행하는 필터를 선택한다.
상기 제2 기준값은 상기 양자화 파라미터 및 상기 경계 필터링 강도에 의해 결정된다.
또한, 샘플 적응적 오프셋(SAO) 적용 과정은 디블록킹 필터가 적용된 영상 내의 화소와 원본 화소 간의 차이값(distortion)을 감소시키기 위한 것으로, 픽쳐 또는 슬라이스 단위로 샘플 적응적 오프셋(SAO) 적용 과정을 수행할지 여부가 결정될 수 있다.
픽쳐 또는 슬라이스는 복수의 오프셋 영역들로 분할될 수 있고, 각 오프셋 영역별로 오프셋 타입이 결정될 수 있으며, 상기 오프셋 타입은 미리 정해진 개수(예를 들어, 4개)의 에지 오프셋 타입과 2개의 밴드 오프셋 타입을 포함할 수 있다.
예를 들어, 오프셋 타입이 에지 오프셋 타입일 경우, 각 화소가 속하는 에지 타입을 결정하여 이에 대응하는 오프셋을 적용하며, 상기 에지 타입은 현재 화소와 인접하는 2개의 화소값의 분포를 기준으로 결정될 수 있다.
적응적 루프 필터링(ALF) 과정은 디블록킹 필터링 과정 또는 적응적 오프셋 적용 과정을 거친 복원된 영상과 원본 영상을 비교한 값을 기초로 필터링을 수행할 수 있다. 또한, 적응적 루프 필터링은 위너(winer)필터를 기반으로 각 블록에 대한 필터 적용 여부 및 필터 계수를 시그널링함으로써, 블록킹 열화를 제거할 뿐만 아니라, 양자화에서 오는 압축손실을 보상할 수 있으며, 따라서 주관적 화질 뿐만 아니라 압축 및 전송 효율을 고려한 객관적 화질 향상을 획득할 수 있다.
픽쳐 저장부(180)는 후처리된 영상 데이터를 후처리부(170)로부터 입력받아 픽쳐(picture) 단위로 영상을 복원하여 저장하며, 픽쳐는 프레임 단위의 영상이거나 필드 단위의 영상일 수 있다.
인터 예측부(160)는 픽쳐 저장부(180)에 저장된 적어도 하나 이상의 참조 픽쳐를 이용하여 움직임 추정을 수행하고, 참조 픽쳐를 나타내는 참조 픽쳐 인덱스 및 움직임 벡터를 결정할 수 있다.
이 경우, 결정된 참조 픽쳐 인덱스 및 움직임 벡터에 따라, 픽쳐 저장부(180)에 저장된 다수의 참조 픽쳐들 중 움직임 추정에 이용된 참조 픽쳐로부터, 부호화하고자 하는 예측 유닛에 대응하는 예측 블록이 추출될 수 있다.
인트라 예측부(150)는 현재 예측 유닛이 포함되는 픽처 내부의 재구성된 화소값을 이용하여 인트라 예측 부호화를 수행할 수 있다.
인트라 예측부(150)는 예측 부호화할 현재 예측 유닛을 입력받아 현재 블록의 크기에 따라 미리 설정된 개수의 인트라 예측 모드 중에 하나를 선택하여 인트라 예측을 수행할 수 있다.
인트라 예측부(150)는 인트라 예측 블록을 생성하기 위해 참조 화소를 적응적으로 필터링하며, 참조 화소가 이용 가능하지 않은 경우 이용 가능한 참조 화소들을 이용하여 참조 화소들을 생성할 수 있다.
엔트로피 부호화부(140)는 양자화부(130)에 의해 양자화된 양자화 계수, 인트라 예측부(150)로부터 수신된 인트라 예측 정보, 인터 예측부(160)로부터 수신된 움직임 정보 등을 엔트로피 부호화할 수 있다.
도 6은 부호화 장치(10)에서 인터 예측을 수행하는 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 인터 예측 부호화기는 움직임 정보 결정부(161), 움직임 정보 부호화 모드 결정부(162), 움직임 정보 부호화부(163), 예측 블록 생성부(164), 잔차 블록 생성부(165), 잔차 블록 부호화부(166) 및 멀티플렉서(167)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 움직임 정보 결정부(161)는 현재 블록의 움직임 정보를 결정하며, 움직임 정보는 참조 픽쳐 인덱스와 움직임 벡터를 포함하고, 참조 픽쳐 인덱스는 이전에 부호화되어 복원된 픽쳐 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
현재 블록이 단방향 인터 예측 부호화되는 경우에는 리스트 0(L0)에 속하는 참조 픽쳐들 중의 어느 하나를 나타내며, 현재 블록이 양방향 예측 부호화되는 경우에는 리스트 0(L0)의 참조 픽쳐들 중 하나를 나타내는 참조 픽쳐 인덱스와 리스트 1(L1)의 참조 픽쳐들 중의 하나를 나타내는 참조 픽쳐 인덱스를 포함할 수 있다.
또한, 현재 블록이 양방향 예측 부호화되는 경우에는 리스트 0과 리스트 1을 결합하여 생성된 복합 리스트(LC)의 참조 픽쳐들 중의 1개 또는 2개의 픽쳐를 나타내는 인덱스를 포함할 수 있다.
움직임 벡터는 각각의 참조픽쳐 인덱스가 나타내는 픽쳐 내의 예측 블록의 위치를 나타내며, 상기 움직임 벡터는 화소 단위(정수 단위) 또는 서브 화소 단위일 수 있다.
예를 들어, 상기 움직임 벡터는 1/2, 1/4, 1/8 또는 1/16 화소의 해상도를 가질 수 있으며, 움직임 벡터가 정수단위가 아닐 경우 예측 블록은 정수 단위의 화소들로부터 생성될 수 있다.
움직임 정보 부호화 모드 결정부(162)는 현재 블록의 움직임 정보에 대한 부호화 모드를 스킵 모드, 머지 모드 및 AMVP 모드 중 어느 하나로 결정할 수 있다.
스킵 모드는 현재 블록의 움직임 정보와 동일한 움직임 정보를 갖는 스킵 후보자가 존재하고, 잔차 신호가 0인 경우에 적용되며, 상기 스킵 모드는 예측 유닛(PU)인 현재 블록이 코딩 유닛(CU)과 크기가 같을 때 적용될 수 있다.
머지 모드는 현재 블록의 움직임 정보와 동일한 움직임 정보를 갖는 머지 후보자가 존재할 때 적용되며, 상기 머지 모드는 현재 블록이 코딩 유닛(CU)과 크기가 다르거나, 크기가 같을 경우에는 잔차 신호가 존재하는 경우에 적용된다. 한편, 머지 후보자와 스킵 후보자는 동일할 수 있다.
AMVP 모드는 스킵 모드 및 머지 모드가 적용되지 않을 때 적용되며, 현재 블록의 움직임 벡터와 가장 유사한 움직임 벡터를 갖는 AMVP 후보자를 AMVP 예측자로 선택할 수 있다.
움직임 정보 부호화부(163)는 움직임 정보 부호화 모드 결정부(162)에 의해 결정된 방식에 따라 움직임 정보를 부호화할 수 있다.
예를 들어, 움직임 정보 부호화부(163)는 움직임 정보 부호화 모드가 스킵 모드 또는 머지 모드일 경우에는 머지 움직임 벡터 부호화 과정을 수행하며, AMVP 모드일 경우에는 AMVP 부호화 과정을 수행할 수 있다.
예측 블록 생성부(164)는 현재 블록의 움직임 정보를 이용하여 예측 블록을 생성하며, 움직임 벡터가 정수 단위일 경우 참조 픽쳐 인덱스가 나타내는 픽쳐 내의 움직임 벡터가 나타내는 위치에 대응하는 블록을 복사하여 현재 블록의 예측 블록을 생성한다.
한편, 움직임 벡터가 정수 단위가 아닌 경우, 예측 블록 생성부(164)는 참조 픽쳐 인덱스가 나타내는 픽쳐 내의 정수 단위 화소들로부터 예측 블록의 화소들을 생성할 수 있다.
이 경우, 휘도 화소에 대해 8탭의 보간 필터를 사용하여 예측 화소가 생성되며, 색차 화소에 대해서는 4탭 보간 필터를 사용하여 예측 화소가 생성될 수 있다.
잔차 블록 생성부(165)는 현재 블록과 현재 블록의 예측 블록을 이용하여 잔차 블록을 생성하며, 현재 블록의 크기가 2Nx2N인 경우 현재 블록과 현재 블록에 대응하는 2Nx2N 크기의 예측 블록을 이용하여 잔차 블록을 생성할 수 있다.
한편, 예측에 이용되는 현재 블록의 크기가 2NxN 또는 Nx2N인 경우, 2Nx2N을 구성하는 2개의 2NxN 블록 각각에 대한 예측 블록을 구한 후, 상기 2개의 2NxN 예측 블록을 이용하여 2Nx2N 크기의 최종 예측 블록이 생성될 수 있다.
또한, 상기 2Nx2N 크기의 예측 블록을 이용하여 2Nx2N 크기의 잔차 블록이 생성될 수도 있으며, 2NxN 크기를 가지는 2개의 예측 블록들의 경계 부분의 불연속성을 해소하기 위해 경계 부분의 픽셀들에 대해 오버랩 스무딩이 적용될 수 있다.
잔차 블록 부호화부(166)는 상기 잔차 블록을 하나 이상의 변환 유닛(TU)들로 분할하여, 각각의 변환 유닛(TU)이 변환 부호화, 양자화 및 엔트로피 부호화될 수 있다.
잔차 블록 부호화부(166)는 인터 예측 방법에 의해 생성된 잔차 블록을 정수기반 변환 매트릭스를 이용하여 변환할 수 있으며, 상기 변환 매트릭스는 정수기반 DCT 매트릭스일 수 있다.
한편, 잔차 블록 부호화부(166)는 변환 매트릭스에 의해 변환된 잔차 블록의 계수들을 양자화하기 위해 양자화 매트릭스를 이용하며, 상기 양자화 매트릭스는 양자화 파라미터에 의해 결정될 수 있다.
상기 양자화 파라미터는 미리 정해진 크기 이상의 코딩 유닛(CU) 별로 결정되며, 현재 코딩 유닛(CU)이 상기 미리 정해진 크기보다 작은 경우 상기 미리 정해진 크기 내의 코딩 유닛(CU)들 중 부호화 순서상 첫번째 코딩 유닛(CU)의 양자화 파라미터만을 부호화하고 나머지 코딩 유닛(CU)의 양자화 파라미터는 상기 파라미터와 동일하므로 부호화하지 않을 수 있다.
또한, 상기 양자화 파라미터 및 예측 모드에 따라 결정되는 양자화 매트릭스를 이용하여 상기 변환 블록의 계수들이 양자화될 수 있다.
상기 미리 정해진 크기 이상의 코딩 유닛(CU) 별로 결정되는 양자화 파라미터는 현재 코딩 유닛(CU)에 인접한 코딩 유닛(CU)의 양자화 파라미터를 이용하여 예측 부호화될 수 있다.
현재 코딩 유닛(CU)의 좌측 코딩 유닛(CU), 상측 코딩 유닛(CU) 순서로 검색하여 유효한 1개 또는 2개의 유효한 양자화 파라미터를 이용하여 현재 코딩 유닛(CU)의 양자화 파라미터 예측자를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 순서로 검색된 유효한 첫번째 양자화 파라미터를 양자화 파라미터 예측자로 결정할 수 있으며, 또한 좌측 코딩 유닛(CU), 부호화 순서상 바로 이전의 코딩 유닛(CU) 순으로 검색하여 유효한 첫번째 양자화 파라미터를 양자화 파라미터 예측자로 결정할 수 있다.
양자화된 변환 블록의 계수들은 스캐닝되어 1차원의 양자화 계수들로 변환되며, 스캐닝 방식은 엔트로피 부호화 모드에 따라 다르게 설정될 수 있다.
예를 들어, CABAC으로 부호화될 경우 인터 예측 부호화된 양자화 계수들은 미리 정해진 하나의 방식(지그재그, 또는 대각선 방향으로의 래스터 스캔)으로 스캐닝될 수 있으며, CAVLC으로 부호화될 경우 상기 방식과 다른 방식으로 스캐닝될 수 있다.
예를 들어, 스캐닝 방식이 인터의 경우에는 지그재그, 인트라의 경우에는 인트라 예측 모드에 따라 결정될 수 있으며, 계수 스캐닝 방식은 변환 단위의 크기에 따라 상이하게 결정될 수도 있다.
한편, 상기 스캔 패턴은 방향성 인트라 예측 모드에 따라 달라질 수 있으며, 양자화 계수들의 스캔 순서는 역방향으로 스캔될 수 있다.
멀티플렉서(167)는 상기 움직임 정보 부호화부(163)에 의해 부호화된 움직임 정보들과 상기 잔차 블록 부호화부(166)에 의해 부호화된 잔차 신호들을 다중한다.
상기 움직임 정보는 부호화 모드에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 스킵 또는 머지일 경우에는 예측자를 나타내는 인덱스만을 포함하고, AMVP일 경우 현재 블록의 참조 픽쳐 인덱스, 차분 움직임 벡터 및 AMVP 인덱스를 포함할 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 인트라 예측부(150)의 동작에 대한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 인트라 예측부(150)는 픽쳐 분할부(110)로부터 예측 모드 정보 및 예측 유닛(PU)의 크기를 수신하며, 예측 유닛(PU)의 인트라 예측 모드를 결정하기 위해 참조 화소를 픽쳐 저장부(180)로부터 읽어들일 수 있다.
인트라 예측부(150)는 이용 가능하지 않은 참조 화소가 존재하는지 여부를 검토하여 참조 화소 생성 여부를 판단하며, 상기 참조 화소들은 현재 블록의 인트라 예측 모드를 결정하는데 사용될 수 있다.
현재 블록이 현재 픽쳐의 상측 경계에 위치하는 경우에는 현재 블록의 상측에 인접한 화소들이 정의되지 않고, 현재 블록이 현재 픽쳐의 좌측 경계에 위치하는 경우에는 현재 블록의 좌측에 인접한 화소들이 정의되지 않으며, 상기 화소들은 이용 가능한 화소들이 아닌 것으로 판단될 수 있다.
또한, 현재 블록이 슬라이스 경계에 위치하여 슬라이스의 상측 또는 좌측에 인접하는 화소들이 먼저 부호화되어 복원되는 화소들이 아닌 경우에도 이용 가능한 화소들이 아닌 것으로 판단될 수 있다.
상기와 같이 현재 블록의 좌측 또는 상측에 인접한 화소들이 존재하지 않거나, 미리 부호화되어 복원된 화소들이 존재하지 않는 경우, 이용 가능한 화소들만을 이용하여 현재 블록의 인트라 예측 모드가 결정될 수도 있다.
한편, 현재 블록의 이용 가능한 참조 화소들을 이용하여 이용 가능하지 않은 위치의 참조 화소가 생성될 수도 있으며, 예를 들어 상측 블록의 화소들이 이용 가능하지 않은 경우 좌측 화소들의 일부 또는 전부를 이용하여 상측 화소들을 생성할 수 있고, 그 역으로도 가능하다.
즉, 이용 가능하지 않은 위치의 참조 화소로부터 미리 정해진 방향으로 가장 가까운 위치의 이용 가능한 참조 화소를 복사하여 참조 화소가 생성되거나, 미리 정해진 방향에 이용 가능한 참조 화소가 존재하지 않는 경우 반대 방향의 가장 가까운 위치의 이용 가능한 참조 화소를 복사하여 참조 화소가 생성될 수 있다.
한편, 현재 블록의 상측 또는 좌측 화소들이 존재하는 경우에도 상기 화소들이 속하는 블록의 부호화 모드에 따라 이용 가능하지 않은 참조 화소로 결정될 수 있다.
예를 들어, 현재 블록의 상측에 인접한 참조 화소가 속하는 블록이 인터 부호화되어 복원된 블록일 경우, 상기 화소들을 이용 가능하지 않은 화소들로 판단할 수 있다.
이 경우, 현재 블록에 인접한 블록이 인트라 부호화되어 복원된 블록에 속하는 화소들을 이용하여 이용 가능한 참조 화소들이 생성될 수 있으며, 부호화 장치(10)가 부호화 모드에 따라 이용 가능한 참조 화소를 판단한다는 정보를 복호화 장치(20)로 전송한다.
인트라 예측부(150)는 상기 참조 화소들을 이용하여 현재 블록의 인트라 예측 모드를 결정하며, 현재 블록에 허용 가능한 인트라 예측 모드의 수는 블록의 크기에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 현재 블록의 크기가 8x8, 16x16, 32x32인 경우에는 34개의 인트라 예측 모드가 존재할 수 있고, 현재 블록의 크기가 4x4인 경우에는 17개의 인트라 예측 모드가 존재할 수 있다.
상기 34개 또는 17개의 인트라 예측 모드는 적어도 하나 이상의 비방향성 모드(비 directional 모드)와 복수개의 방향성 모드들(directional 모드s)로 구성될 수 있다.
하나 이상의 비방향성 모드는 DC 모드 및/또는 플래너(planar) 모드일수 있다. DC 모드 및 플래너모드가 비방향성 모드로 포함되는 경우에는, 현재 블록의 크기에 관계없이 35개의 인트라 예측 모드가 존재할 수도 있다.
이 경우, 2개의 비방향성 모드(DC 모드 및 플래너 모드)와 33개의 방향성 모드가 포함될 수 있다.
플래너 모드의 경우, 현재 블록의 우하측(bottom-right)에 위치하는 적어도 하나의 화소값(또는 상기 화소값의 예측값, 이하 제1 참조값이라 함)과 참조 화소들을 이용하여 현재 블록의 예측 블록이 생성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 복호화 장치의 구성은 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 영상 부호화 장치(10)의 구성으로부터 도출될 수 있으며, 예를 들어 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 영상 부호화 방법의 과정들을 역으로 수행함으로써 영상을 복호화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 동영상 복호화 장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로, 복호화 장치(20)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화/역변환부(220), 가산기(270), 필터부(250), 픽쳐 저장부(260), 인트라 예측부(230), 움직임 보상 예측부(240) 및 인트라/인터전환 스위치(280)를 구비한다.
엔트로피 복호화부(210)는, 영상 부호화 장치(10)에서 부호화된 비트 스트림을 입력받아 복호화하여 인트라 예측 모드 인덱스, 움직임 정보, 양자화 계수 시퀀스 등으로 분리하며, 복호화된 움직임 정보를 움직임 보상 예측부(240)로 전달한다.
엔트로피 복호화부(210)는 인트라 예측 모드 인덱스를 인트라 예측부(230)와 역양자화/역변환부(220)로 전달하여, 역양자화 계수 시퀀스를 역양자화/역변환부(220)로 전달한다.
역양자화/역변환부(220)는 상기 양자화 계수 시퀀스를 2차원 배열의 역양자화 계수로 변환하며, 상기 변환을 위해 복수의 스캐닝 패턴들 중 하나를 선택할 수 있으며 예를 들어 현재 블록의 예측 모드(즉, 인트라 예측 또는 인터 예측)와 인트라 예측 모드에 기초하여 스캐닝 패턴을 선택할 수 있다.
역양자화/역변환부(220)는 2차원 배열의 역양자화 계수에 대해 복수의 양자화 매트릭스들 중에서 선택된 양자화 매트릭스를 적용하여 양자화 계수를 복원한다.
한편, 복원하고자 하는 현재 블록의 크기에 따라 서로 다른 양자화 매트릭스가 적용되며, 동일 크기의 블록에 대해서도 상기 현재 블록의 예측 모드 및 인트라 예측 모드 중 적어도 하나에 기초하여 양자화 매트릭스가 선택될 수 있다.
역양자화/역변환부(220)는 상기 복원된 양자화 계수를 역변환하여 잔차 블록을 복원하며, 상기 역변환 과정은 변환 유닛(TU)을 기본 단위로 하여 수행될 수 있다.
가산기(270)는 역양자화/역변환부(220)에 의해 복원된 잔차 블록과 인트라 예측부(230) 또는 움직임 보상 예측부(240)에 의해 생성되는 예측 블록을 합하여 영상 블록을 복원한다.
필터부(250)는 가산기(270)에 의해 생성된 복원 영상에 필터 처리를 수행하여, 영상의 왜곡을 보상하고, 양자화 과정에 따른 영상 손실에 기인하는 디블록킹 아티펙트를 감소시킬 수 있다.
필터부(250)는 필터 처리에 있어서, 전술한 디블록킹 필터, 샘플 적응적 오프셋(SAO) 및 적응적 루프 필터링(ALF) 프로세스를 선택적으로 수행할 수 있다.
픽쳐 저장부(260)는 필터부(250)에 의해 필터 처리가 수행된 로컬 복호 영상을 저장하기 위한 프레임 메모리이다.
인트라 예측부(230)는 엔트로피 복호화부(210)로부터 수신된 인트라 예측 모드 인덱스에 기초하여 현재 블록의 인트라 예측 모드를 복원하고, 복원된 인트라 예측 모드에 따라 예측 블록을 생성한다.
움직임 보상 예측부(240)는 움직임 벡터 정보에 기초하여 픽쳐 저장부(260)에 저장된 픽쳐로부터 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성하며, 소수 정밀도의 움직임 보상이 적용될 경우 선택된 보간 필터를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다.
인트라/인터 전환 스위치(280)는 부호화 모드에 기초하여 인트라 예측부(230)와 움직임 보상 예측부(240)의 어느 하나에서 생성된 예측 블록을 가산기(270)에 제공할 수 있다.
도 8는 영상 복호화 장치(20)에서 인터 예측을 수행하는 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 인터 예측 복호화기는 디멀티플렉서(241), 움직임 정보 부호화 모드 판단부(242), 머지 모드 움직임 정보 복호화부(243), AMVP 모드 움직임 정보 복호화부(244), 예측블록 생성부(245), 잔차 블록 복호화부(246) 및 복원블록 생성부(247)를 포함한다.
도 8을 참조하면, 디-멀티플렉서(241)는 수신된 비트스트림으로부터 현재 부호화된 움직임 정보와 부호화된 잔차 신호들을 역다중화하여, 역다중화된 움직임 정보를 움직임 정보 부호화 모드 판단부(242)로 전송하고, 역다중화된 잔차신호를 잔차블록 복호화부(246)로 전송할 수 있다.
움직임 정보 부호화 모드 판단부(242)는 현재 블록의 움직임 정보 부호화 모드를 판단하며, 수신된 비트스트림의 skip_flag가 1의 값을 갖는 경우 현재 블록의 움직임 정보 부호화 모드가 스킵 부호화 모드로 부호화된 것으로 판단할 수 있다.
움직임 정보 부호화 모드 판단부(242)는 수신된 비트스트림의 skip_flag가 0의 값을 갖고, 디-멀티블렉서(241)로부터 수신된 움직임 정보가 머지 인덱스만을 갖는 경우, 현재 블록의 움직임 정보 부호화 모드가 머지 모드로 부호화된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 움직임 정보 부호화 모드 판단부(242)는 수신된 비트스트림의 skip_flag가 0의 값을 갖고, 디멀티블렉서(241)로부터 수신된 움직임 정보가 참조 픽쳐 인덱스와 차분 움직임 벡터와 AMVP인덱스를 갖는 경우, 현재 블록의 움직임 정보 부호화 모드가 AMVP 모드로 부호화된 것으로 판단할 수 있다.
머지 모드 움직임 정보 복호화부(243)는 움직임 정보 부호화 모드 판단부(242)가 현재 블록의 움직임 정보 부호화 모드를 스킵 또는 머지 모드로 판단한 경우에 활성화되며, AMVP 모드 움직임 정보 복호화부(244)는 움직임 정보 부호화 모드 판단부(242)가 현재 블록의 움직임 정보 부호화 모드를 AMVP 모드로 판단한 경우에 활성화될 수 있다.
예측블록 생성부(245)는 머지 모드 움직임 정보 복호화부(243) 또는 AMVP 모드 움직임 정보 복호화부(244)에 의해 복원된 움직임 정보를 이용하여 현재 블록의 예측 블록을 생성한다.
움직임 벡터가 정수 단위일 경우, 참조 픽쳐 인덱스가 나타내는 픽쳐 내의 움직임 벡터가 나타내는 위치에 대응하는 블록을 복사하여 현재 블록의 예측 블록이 생성될 수 있다.
한편, 움직임 벡터가 정수 단위가 아닐 경우, 참조 픽쳐 인덱스가 나타내는 픽쳐 내의 정수 단위 화소들로부터 예측 블록의 화소들이 생성되며, 이 경우 휘도 화소의 경우에는 8탭의 보간 필터를 사용하고 색차 화소의 경우 4탭 보간 필터를 사용하여 예측 화소가 생성될 수 있다.
잔차 블록 복호화부(246)는 잔차 신호를 엔트로피 복호화하고, 엔트로피 복호화된 계수들을 역스캐닝하여 2차원의 양자화된 계수 블록을 생성하며, 역스캐닝 방식은 엔트로피 복호화 방식에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, CABAC 기반으로 복호화된 경우 대각선 방향의 래스터 역스캔 방식으로, CAVLC 기반으로 복호화된 경우에는 지그재그 역스캔 방식으로 상기 역스캐닝 방식이 적용될 수 있다. 또한, 예측 블록의 크기에 따라 상기 역스캐닝 방식이 상이하게 결정될 수도 있다.
잔차블록 복호화부(246)는 상기와 같이 생성된 계수블록을 역양자화 매트릭스를 이용하여 역양자화하며, 상기 양자화 매트릭스를 유도하기 위해 양자화 파리미터를 복원할 수 있다. 여기서, 양자화 스텝 사이즈는 미리 정해진 크기 이상의 코딩 유닛별로 복원될 수 있다.
잔차블록 복호화부(246)는 상기 역양자화된 계수 블록을 역변환하여 잔차블록을 복원한다.
복원블록 생성부(247)는 상기 예측블록 생성부(245)에 의해 생성된 예측 블록과 상기 잔차블록 복호화부(246)에 의하여 생성된 잔차 블록을 더하여 복원 블록을 생성한다.
이하, 현재 블록을 인트라 예측을 통해 복원하는 과정에 대한 일실시예를 도 7을 다시 참조하여 설명한다.
먼저, 수신된 비트스트림으로부터 현재 블록의 인트라 예측 모드가 복호화되며, 그를 위해 엔트로피 복호화부(210)는 복수의 인트라 예측 모드 테이블들 중 하나를 참조하여 현재 블록의 제1 인트라 예측 모드 인덱스를 복원할 수 있다.
상기 복수의 인트라 예측 모드 테이블들 부호화 장치(10)와 복호화 장치(20)가 공유하는 테이블로서, 현재 블록에 인접한 복수 블록들에 대한 인트라 예측 모드의 분포에 따라 선택된 어느 하나의 테이블이 적용될 수 있다.
예를 들어, 현재 블록의 좌측 블록의 인트라 예측 모드와 현재 블록의 상측 블록의 인트라 예측 모드가 동일하면 제1 인트라 예측 모드 테이블을 적용하여 현재 블록의 제 1 인트라 예측 모드 인덱스를 복원하고, 동일하지 않으면 제2 인트라 예측 모드 테이블을 적용하여 현재 블록의 제 1 인트라 예측 모드 인덱스를 복원할 수 있다.
또 다른 예로써, 현재 블록의 상측 블록과 좌측 블록의 인트라 예측 모드가 모두 방향성 예측 모드(directional intra prediction 모드)일 경우, 상기 상측 블록의 인트라 예측 모드의 방향과 상기 좌측 블록의 인트라 예측 모드의 방향이 소정 각도 이내이면 제 1 인트라 예측 모드 테이블을 적용하여 현재 블록의 제 1 인트라 예측 모드 인덱스를 복원하고, 소정 각도를 벗어나면 제2 인트라 예측 모드 테이블을 적용하여 현재 블록의 제 1 인트라 예측 모드 인덱스를 복원할 수도 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 복원된 현재 블록의 제1 인트라 예측 모드 인덱스를 인트라 예측부(230)로 전송한다.
제1 인트라 예측 모드를 인덱스를 수신한 인트라 예측부(230)는, 상기 인덱스가 최소값을 가질 경우(즉, 0일 경우), 현재 블록의 최대 가능 모드를 현재 블록의 인트라 예측 모드로 결정할 수 있다.
한편, 인트라 예측부(230)는, 상기 인덱스가 0 이외의 값을 가질 경우, 현재 블록의 최대 가능 모드가 나타내는 인덱스와 상기 제1 인트라 예측 모드 인덱스를 비교하고, 비교 결과 상기 제1 인트라 예측 모드 인덱스가 상기 현재 블록의 최대 가능 모드가 나타내는 인덱스보다 작지 않으면 상기 제1 인트라 예측 모드 인덱스에 1을 더한 제2 인트라 예측 모드 인덱스에 대응하는 인트라 예측 모드를 현재 블록의 인트라 예측 모드로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 제1 인트라 예측 모드 인덱스에 대응하는 인트라 예측 모드를 현재 블록의 인트라 예측 모드로 결정할 수 있다.
현재 블록에 허용 가능한 인트라 예측 모드는 적어도 하나 이상의 비방향성 모드(비 directional 모드)와 복수 개의 방향성 모드들(directional 모드s)로 구성될 수 있다.
하나 이상의 비방향성 모드는 DC 모드 및/또는 플래너(planar) 모드일수 있다. 또한, DC 모드와 플래너 모드 중 어느 하나가 적응적으로 상기 허용 가능한 인트라 예측 모드 셋에 포함될 수 있다.
이를 위해, 픽쳐 헤더 또는 슬라이스 헤더에 상기 허용 가능한 인트라 예측 모드 셋에 포함되는 비방향성 모드를 특정하는 정보가 포함될 수 있다.
다음으로, 인트라 예측부(230)는 인트라 예측 블록을 생성하기 위해, 참조 화소들을 픽쳐 저장부(260)로터 읽어들이고, 이용 가능하지 않은 참조 화소가 존재하는지 여부를 판단한다.
상기 판단은 현재 블록의 복호된 인트라 예측 모드를 적용하여 인트라 예측 블록을 생성하는데 이용되는 참조 화소들의 존재 여부에 따라 행해질 수도 있다.
다음으로, 인트라 예측부(230)는 참조 화소를 생성할 필요가 있을 경우에는 미리 복원된 이용 가능한 참조 화소들을 이용하여 이용 가능하지 않은 위치의 참조 화소들을 생성할 수 있다.
이용 가능하지 않은 참조 화소에 대한 정의 및 참조 화소의 생성 방법은 도 1에 따른 인트라 예측부(150)에서의 동작과 동일할 수 있으나, 현재 블록의 복호화된 인트라 예측 모드에 따라 인트라 예측 블록을 생성하는데 이용되는 참조 화소들이 선택적으로 복원될 수도 있다.
또한, 인트라 예측부(230)는 예측 블록을 생성하기 위해 참조 화소들에 필터를 적용할지 여부를 판단하며, 즉 현재 블록의 인트라 예측 블록을 생성하기 위하여 참조 화소들에 대해 필터링을 적용할지 여부를 상기 복호된 인트라 예측 모드 및 현재 예측 블록의 크기에 기초하여 결정할 수 있다.
블록킹 아티펙트의 문제는 블록의 크기가 커질수록 커지므로, 블록의 크기가 커질수록 참조 화소를 필터링하는 예측모드의 수를 증가시킬 수 있으나, 블록이 소정 크기보다 커지는 경우 평탄한 영역으로 볼 수 있으므로 복잡도 감소를 위해 참조 화소를 필터링하지 않을 수도 있다.
상기 참조 화소에 필터 적용이 필요하다고 판단된 경우, 인트라 예측부(230)는 필터를 이용하여 상기 참조 화소들을 필터링한다.
상기한 참조 화소들 간의 단차의 차이 정도에 따라 적어도 2개 이상의 필터를 적응적으로 적용할 수도 있다. 상기 필터의 필터계수는 대칭적인 것이 바람직하다.
또한, 상기한 2개 이상의 필터가 현재 블록의 크기에 따라 적응적으로 적용될 수도 있으며, 필터를 적용할 경우 크기가 작은 블록에 대해서는 대역폭이 좁은 필터가, 크기가 큰 블록들에 대해서는 대역폭이 넓은 필터가 적용될 수도 있다.
DC 모드의 경우에는 참조 화소들의 평균값으로 예측 블록이 생성되므로 필터를 적용할 필요가 없으며, 상이 수직 방향으로 연관성(correlation)이 있는 수직 모드에서는 참조 화소에 필터를 적용할 필요가 없고, 영상이 수평 방향으로 연관성이 있는 수평 모드에서도 참조 화소에 필터를 적용할 필요가 없을 수 있다.
이와 같이, 필터링의 적용 여부는 현재 블록의 인트라 예측 모드와도 연관성이 있으므로, 현재 블록의 인트라 예측 모드 및 예측 블록의 크기에 기초하여 참조 화소를 적응적으로 필터링할 수 있다.
다음으로, 인트라 예측부(230)는 상기 복원된 인트라 예측 모드에 따라 참조 화소 또는 필터링된 참조 화소들을 이용하여 예측 블록을 생성하며, 상기 예측 블록의 생성은 부호화 장치(10)에서의 동작과 동일할 수 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
인트라 예측부(230)는 상기 생성된 예측 블록을 필터링할지 여부를 판단하며, 상기 필터링 여부는 슬라이스 헤더 또는 부호화 유닛 헤더에 포함된 정보를 이용하거나 또는 현재 블록의 인트라 예측 모드에 따라 결정될 수 있다.
상기 생성된 예측 블록을 필터링할 것으로 판단할 경우, 인트라 예측부(230)는 현재 블록에 인접한 이용 가능한 참조 화소들을 이용하여 생성된 예측 블록의 특정 위치의 화소를 필터링하여 새로운 화소를 생성할 수 있다.
예를 들어, DC 모드에서는 예측 화소들 중 참조 화소들과 접하는 예측 화소는 상기 예측 화소와 접하는 참조 화소를 이용하여 필터링될 수 있다.
따라서, 예측 화소의 위치에 따라 1개 또는 2개의 참조 화소를 이용하여 예측 화소가 필터링되며, DC 모드에서의 예측 화소의 필터링은 모든 크기의 예측 블록에 적용할 수 있다.
한편, 수직 모드에서는 예측 블록의 예측 화소들 중 좌측 참조 화소와 접하는 예측 화소들은 상기 예측블록을 생성하는데 이용되는 상측 화소 이외의 참조 화소들을 이용하여 변경될 수 있다.
마찬가지로, 수평 모드에서는 생성된 예측 화소들 중 상측 참조 화소와 접하는 예측 화소들은 상기 예측블록을 생성하는데 이용되는 좌측 화소 이외의 참조 화소들을 이용하여 변경될 수 있다.
이와 같은 방식으로 복원된 현재 블록의 예측 블록과 복호화한 현재 블록의 잔차 블록을 이용하여 현재 블록이 복원될 수 있다.
도 9는 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하는 방법에 대한 제2 실시예를 설명하기 위한 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 최대 256x256 픽셀 크기를 가지는 코딩 트리 유닛(CTU)은 먼저 쿼드 트리(quad tree) 구조로 나뉘어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수 있다.
여기서, 상기 쿼드 트리 구조로 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 이진 트리(bunary tree) 구조로 나뉘어, 직사각형의 형태를 가지는 2개의 코딩 유닛(CU)들로 재 분할될 수 있다.
한편, 상기 쿼드 트리 구조로 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 쿼드 트리 구조로 나뉘어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들로 재 분할될 수도 있다.
그리고 상기 이진 트리 구조로 재 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 이진 트리 구조로 다시 나뉘어, 정사각형 또는 직사각형의 형태를 가지는 2개의 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수 있다.
한편, 상기 쿼드 트리 구조로 재 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 쿼드 트리 구조 또는 이진 크리 구조로 다시 나뉘어, 정사각형 또는 직사각형의 형태를 가지는 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수도 있다.
상기와 같이 이진 트리 구조로 분할되어 구성된 코딩 블록(Coding Block : CB)들은, 더 이상 분할되지 않고, 예측 및 변환에 이용될 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같은 코딩 블록(CB)에 속하는 예측 유닛(PU)과 변환 유닛(TU)의 크기는, 해당 코딩 블록(CB)의 크기와 동일할 수 있다.
상기와 같이 쿼드 트리 구조로 분할된 코딩 유닛은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 방법을 이용하여 하나 또는 2 이상의 예측 유닛(PU)들로 분할될 수 있다.
또한, 상기와 같이 쿼드 트리 구조로 분할된 코딩 유닛은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 방법을 이용하여 하나 또는 2 이상의 변환 유닛(TU)들로 분할될 수 있으며, 상기 분할된 변환 유닛(TU)은 최대 64x64 픽셀 크기를 가질 수 있다.
도 10은 영상을 블록 단위로 분할하여 처리하기 위해 사용되는 신택스(syntax) 구조에 대한 일실시예를 나타내는 것이다.
도 10을 참조하면, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은 코딩 유닛(CU)의 분할 여부는 split_cu_flag를 이용하여 나타내어 지며, 이진 트리를 이용하여 분할되는 코딩 유닛(CU)의 깊이는 binary_depth를 이용하여 나타내어질 수 있다.
또한, 코딩 유닛(CU)이 이진 트리 구조로 분할되는지 여부는 별도의 binary_split_flag로 나타내어 질 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 방법에 의해 분할된 블록들(예를 들어, 코딩 유닛(CU), 예측 유닛(PU) 및 변환 유닛(TU))에 대해 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 방법들이 적용됨으로써, 영상에 대한 부호화 및 복호화가 수행될 수 있다.
이하에서는, 도 11 내지 도 16을 참조하여, 코딩 유닛(CU)을 하나 또는 2 이상의 변환 유닛(TU)들로 분할하는 방법에 대한 또 다른 실시예들을 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코딩 유닛(CU)은 이진 트리 구조로 나뉘어 잔차 블록에 대한 변환이 수행되는 기본 단위인 변환 유닛(TU)들로 분할될 수 있다.
도 11을 참조하면, 이진 트리 구조로 분할되어 Nx2N 또는 2NxN의 크기를 가지는 직사각형의 코딩 블록들(CB0, CB1) 중 적어도 하나는, 다시 이진 트리 구조로 나뉘어, NxN의 크기를 가지는 정사각형의 변환 유닛들(TU0, TU1)로 분할될 수 있다.
상기한 바와 같이, 블록 기반의 영상 부호화 방법은, 예측, 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화 단계들을 수행할 수 있다.
상기 예측 단계에서는, 현재 부호화를 수행하는 블록과 기존의 부호화된 영상 또는 주변 영상을 참조하여 예측 신호를 생성하며, 이를 통해 현재 블록과의 차분 신호를 계산할 수 있다.
한편, 변환 단계에서는, 상기 차분 신호를 입력으로 하여 다양한 변환 함수를 이용하여 변환을 수행하며, 상기 변환된 신호는 DC 계수와 AC 계수들로 분류되 에너지 집중(Energy compaction)되어 부호화 효율이 향상될 수 있다.
또한, 양자화 단계에서는 변환 계수(Transform coefficient)들을 입력으로 양자화가 수행하며, 이후 양자화된 신호에 대해 엔트로피 부호화가 수행됨으로써 영상이 부호화될 수 있다.
한편, 영상 복호화 방법은 상기와 같은 부호화 과정의 역순으로 진행되며, 영상의 화질 왜곡 현상이 양자화 단계에서 발생할 수 있다.
부호화 효율을 향상시키면서 화질 왜곡 현상을 줄이기 위한 방법으로서, 변환 단계에서 입력으로 들어오는 차분 신호의 분포 및 영상의 특징에 따라 변환 유닛(TU)의 크기 또는 모양과 적용되는 변환 함수 종류를 다양하게 할 수 있다.
예를 들어, 예측 단계에서 블록 기반 움직임 추정 과정을 통해 현재 블록과 유사한 블록을 찾는 경우, SAD(Sum of Absolute Difference) 또는 MSE(Mean Square error) 등과 같은 코스트(cost) 측정 방법을 이용하여, 차분 신호의 분포는 영상의 특성에 따라 다양한 형태로 생길 수 있다.
그에 따라, 다양한 차분 신호의 분포에 기초해 선택적으로 변환 유닛(CU)의 크기 또는 모양을 결정하여 변환을 수행함으로써, 효과적인 부호화가 수행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 임의의 코딩 블록(CBx) 에서 (a)에 도시된 바와 같이 차분 신호가 발생하는 경우, (b)에 도시된 바와 같이 해당 코딩 블록(CBx)을 이진 트리 구조로 나누어 2개의 변환 유닛(TU)들로 분할함으로써 효과적인 변환이 수행되도록 할 수 있다.
예를 들어, DC 값은 일반적으로 입력 신호의 평균값을 나타낸다고 말할 수 있으므로, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같은 차분 신호가 변환 과정의 입력으로 수신되는 경우, 코딩 블록(CBx)을 2개의 변환 유닛(TU)들로 분할함으로써 효과적으로 DC 값을 나타낼 수 있다.
도 13을 참조하면, 2Nx2N의 크기를 가지는 정사각형의 코딩 유닛(CU0)이 이진 트리 구조로 나뉘어, Nx2N 또는 2NxN의 크기를 가지는 직사각형의 변환 유닛들(TU0, TU1)로 분할될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기한 바와 같이 코딩 유닛(CU)을 이진 트리 구조로 분할하는 단계를 2회 이상 반복해 수행하여, 복수의 변환 유닛(TU)들로 분할할 수 있다.
도 14를 참조하면, Nx2N의 크기를 가지는 직사각형의 코딩 블록(CB1)을 이진 트리 구조로 분할하고, 상기 분할된 NxN의 크기를 가지는 블록을 다시 이진 트리 구조로 분할하여 N/2xN 또는 NxN/2의 크기를 가지는 직사각형의 블록을 구성한 후, 상기 N/2xN 또는 NxN/2의 크기를 가지는 블록을 다시 이진 트리 구조로 분할하여 N/2xN/2의 크기를 가지는 정사각형의 변환 유닛들(TU1, TU2, TU4, TU5)로 분할할 수 있다.
도 15를 참조하면, 2Nx2N의 크기를 가지는 정사각형의 코딩 블록(CB0)을 이진 트리 구조로 분할하고, 상기 분할된 Nx2N의 크기를 가지는 블록을 다시 이진 트리 구조로 분할하여 NxN의 크기를 가지는 정사각형의 블록을 구성한 후, 상기 NxN의 크기를 가지는 블록을 다시 이진 트리 구조로 분할하여 N/2xN의 크기를 가지는 직사각형의 변환 유닛들(TU1, TU2)로 분할할 수 있다.
도 16을 참조하면, 2NxN의 크기를 가지는 직사각형의 코딩 블록(CB0)을 이진 트리 구조로 분할하고, 상기 분할된 NxN의 크기를 가지는 블록을 다시 쿼드 트리 구조로 분할하여 N/2xN/2의 크기를 가지는 정사각형의 변환 유닛들(TU1, TU2, TU3, TU4)로 분할할 수 있다.
도 11 내지 도 16을 참조하여 설명한 바와 같은 방법에 의해 분할된 블록들(예를 들어, 코딩 유닛(CU), 예측 유닛(PU) 및 변환 유닛(TU))에 대해 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 방법들이 적용됨으로써, 영상에 대한 부호화 및 복호화가 수행될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 부호화 장치(10)가 블록 분할 구조를 결정하는 방법에 대한 실시예들에 대해 설명한다.
영상 부호화 장치(10)에 구비된 픽쳐 분할부(110)는 미리 설정된 순서에 따라 RDO(Rate distortion Optimization)를 수행하여, 상기한 바와 같이 분할 가능한 코딩 유닛(CU), 예측 유닛(PU) 및 변환 유닛(TU)의 분할 구조를 결정할 수 있다.
예를 들어, 블록 분할 구조를 결정하기 위해, 픽쳐 분할부(110)는 RDO-Q(Rate distortion Optimization- Quantization)를 수행하면서 비트레이트(bitrate)와 디스토션(distortion) 측면에서 최적의 블록 분할 구조를 결정할 수 있다.
도 17을 참조하면, 코딩 유닛(CU)이 2Nx2N 픽셀 크기의 형태를 가지는 경우, (a)에 도시된 2Nx2N 픽셀 크기, (b)에 도시된 NxN 픽셀 크기, (c)에 도시된 Nx2N 픽셀 크기, (d)에 도시된 2NxN 픽셀 크기의 변환 유닛(PU) 분할 구조 순서로 RDO를 수행하여 변환 유닛(PU)의 최적 분할 구조를 결정할 수 있다.
도 18을 참조하면, 코딩 유닛(CU)이 Nx2N 또는 2NxN 픽셀 크기의 형태를 가지는 경우, (a)에 도시된 Nx2N(또는, 2NxN)의 픽셀 크기, (b)에 도시된 NxN의 픽셀 크기, (c)에 도시된 N/2xN(또는, NxN/2)와 NxN의 픽셀 크기, (d)에 도시된 N/2xN/2, N/2xN 및 NxN의 픽셀 크기, (e)에 도시된 N/2xN의 픽셀 크기의 변환 유닛(PU) 분할 구조 순서로 RDO를 수행하여 변환 유닛(PU)의 최적 분할 구조를 결정할 수 있다.
상기에서는 RDO(Rate distortion Optimization)를 수행하여 블록 분할 구조가 결정되는 것을 예로 들어 본 발명의 블록 분할 방법을 설명하였으나, 픽쳐 분할부(110)는 SAD(Sum of Absolute difference) 또는 MSE(Mean Square Error)를 이용하여 블록 분할 구조를 결정함으로써 복잡도를 저감시키면서도 적절한 효율을 유지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기한 바와 같이 분할된 코딩 유닛(CU), 예측 유닛(PU) 또는 변환 유닛(TU) 단위로 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF)의 적용 여부가 결정될 수 있다.
예를 들어, 적응적 루프 필터(ALF)의 적용 여부는 코딩 유닛(CU) 단위로 결정될 수 있으며, 코딩 유닛(CU)에 따라 적용될 루프 필터의 크기 또는 계수는 달라질 수 있다.
이 경우, 코딩 유닛(CU) 별 상기 적응적 루프 필터(ALF)의 적용 여부를 나타내는 정보가 각 슬라이스 헤더에 포함될 수 있다.
색차 신호의 경우, 픽쳐 단위로 적응적 루프 필터(ALF)의 적용 여부를 결정할 수도 있으며, 루프 필터의 형태도 휘도와 달리 직사각형 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 적응적 루프 필터링(ALF)은 슬라이스별로 적용 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 현재 슬라이스에 적응적 루프 필터링(ALF)이 적용되는지 여부를 나타내는 정보는 슬라이스 헤더 또는 픽쳐 헤더에 포함될 수 있다.
현재 슬라이스에 적응적 루프 필터링이 적용됨을 나타내면, 슬라이스 헤더 또는 픽쳐 헤더는 추가적으로 적응적 루프 필터링 과정에 사용되는 휘도 성분의 수평 및/또는 수직 방향의 필터 길이를 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
슬라이스 헤더 또는 픽쳐 헤더는 필터 세트의 수를 나타내는 정보를 포함할 수 있으며, 필터 세트의 수가 2 이상인 경우 필터 계수들이 예측 방법을 사용하여 부호화될 수 있다.
따라서, 슬라이스 헤더 또는 픽쳐 헤더는 필터 계수들이 예측 방법으로 부호화되는지 여부를 나타내는 정보를 포함할 수 있으며, 예측 방법이 사용되는 경우에는 예측된 필터 계수를 포함할 수 있다.
한편, 휘도 뿐만 아니라, 색차 성분들도 적응적으로 필터링될 수 있으며, 이 경우 색차 성분 각각이 필터링되는지 여부를 나타내는 정보가 슬라이스 헤더 또는 픽쳐 헤더에 포함될 수 있으며 비트수를 줄이기 위해 Cr과 Cb에 대한 필터링 여부를 나타내는 정보와 함께 조인트 코딩(즉, 다중화 코딩)될 수 있다.
이 때, 색차 성분들의 경우에는 복잡도 감소를 위해 Cr과 Cb를 모두 필터링하지 않는 경우가 가장 빈번할 가능성이 높으므로, Cr과 Cb를 모두 필터링하지 않는 경우에 가장 작은 인덱스를 할당하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다.
그리고, Cr 및 Cb를 모두 필터링하는 경우에 가장 큰 인덱스를 할당하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다.
도 19를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 최대 256x256 픽셀 크기를 가지는 코딩 트리 유닛(CTU)는 쿼드 트리(quad tree) 구조로 분할되어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수 있다.
또한, 상기 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들은 각각 쿼드 트리 구조로 재 분할될 수 있으며, 상기와 같이 쿼드 트리 구조로 분할되는 코딩 유닛(CU)의 깊이(Depth)는 0부터 3 중 어느 하나의 정수 값을 가질 수 있다.
한편, 도 19의 (a)에 도시된 바와 같이 분할된 코드 유닛(CU)들 각각에 대해 적응적 루프 필터링(ALF)의 적용 여부가 결정될 수 있으며, 적응적 루프 필터링(ALF)의 적용 여부를 포함하는 코딩 유닛(CU)의 분할 구조는 (b)에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다.
여기서, split_cu_flag는 해당 노드(node)의 분할 여부를 나타내는 것으로, split_cu_flag가 0인 경우 해당 노드의 코딩 유닛(CU)은 더 작은 크기의 블록들로 분할되지 아니하며, split_cu_flag가 1인 경우 해당 노드의 코딩 유닛(CU) 더 작은 크기의 코딩 유닛(CU)들로 분할된다.
또한, ALF_on/off_flag는 해당 노드의 적응적 루프 필터(ALF) 적용 여부를 나타내는 것으로, ALF_on/off_flag가 0인 경우 해당 노드의 코딩 유닛(CU)에 적응적 루프 필터(ALF)가 적용되지 아니하며, ALF_on/off_flag가 1인 경우 해당 노드의 코딩 유닛(CU)에 적응적 루프 필터(ALF)가 적용된다.
도 20을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 최대 256x256 픽셀 크기를 가지는 코딩 트리 유닛(CTU)은 먼저 쿼드 트리(quad tree) 구조로 나뉘어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수 있다.
여기서, 상기 쿼드 트리 구조로 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 이진 트리(bunary tree) 구조로 나뉘어, 직사각형의 형태를 가지는 2개의 코딩 유닛(CU)들로 재 분할될 수 있다.
한편, 상기 쿼드 트리 구조로 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 쿼드 트리 구조로 나뉘어, 정사각형의 형태를 가지는 4개의 코딩 유닛(CU)들로 재 분할될 수도 있다.
그리고 상기 이진 트리 구조로 재 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 이진 트리 구조로 다시 나뉘어, 정사각형 또는 직사각형의 형태를 가지는 2개의 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수 있다.
한편, 상기 쿼드 트리 구조로 재 분할된 코딩 유닛들 중 적어도 하나는 쿼드 트리 구조 또는 이진 크리 구조로 다시 나뉘어, 정사각형 또는 직사각형의 형태를 가지는 코딩 유닛(CU)들로 분할될 수도 있다.
한편, 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 분할된 코딩 유닛(CU)들 각각에 대해 적응적 루프 필터링(ALF)의 적용 여부가 결정될 수 있으며, 적응적 루프 필터링(ALF)의 적용 여부를 포함하는 코딩 유닛(CU)의 분할 구조는 (b)에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다.
도 20의 (b)에 있어서, 노드들을 연결하는 실선은 상측의 노드가 쿼드 트리 구조로 분할되어 하측의 노드들을 형성하는 것을 의미하며, 노드들을 연결하는 점선은 상측의 노드가 이진 트리 구조로 분할되어 하측의 노드들을 형성하는 것을 의미한다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 필터부의 적응적 루프 필터링 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 22 내지 도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터 결정을 설명하기 위한 도면이다.
적응적 루프 필터(ALF)의 적용 여부는 슬라이스 또는 타일 그룹 헤더로부터 획득되는 부호화 정보로부터 결정될 수 있으며, 적용되는 필터의 크기 또는 계수는 코딩 유닛(CU) 단위별로 결정될 수 있다. 또한, 적용되는 필터의 크기 또는 계수와, 필터 수행 여부 및 적용 필터들은, 복원 샘플(Reconstruction sample)의 Luma 또는 Chroma 샘플 여부에 대응하여 서로 다르게 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 효율을 기준으로 하는 필터 결정 방식에 따르면, 부호화 성능과 복잡도간의 최대 효율을 위해 코딩 유닛 단위의 루마 코딩 블록에 대하여는 상대적으로 복잡도가 높으면서 부호화 효율을 향상시킬 수 있는 루프 필터가 적용될 수 있으며, 상기 코딩 유닛 단위의 크로마 코딩 블록에 대하여는 상대적으로 복잡도가 낮고 부호화 효율 향상이 낮은 루프 필터가 적용될 가능성이 높다.
그러나, 이는 동일 코딩 유닛의 루마 블록과 크로마 블록간의 연관성을 간과한 프로세스이며, 결과적으로 크로마 블록 측면에서는 높은 부호화 효율 향상을 기대하기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 필터부(250)는 코딩 유닛의 루마 코딩 블록, 즉 루마 샘플에 대응한 적응적 루프 필터링을 먼저 수행하는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)와, 상기 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)로부터 획득되는 필터링 정보를 이용하여, 상기 크로마 코딩 블록, 즉 크로마 샘플에 대응한 ALF 필터의 적용여부를 결정하고 이에 따른 ALF 필터 처리를 수행하는 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)를 포함하여, 필터부(250)가 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 필터링 정보와 컬러 샘플링 정보를 이용하여, 상기 분할된 코딩 유닛의 상기 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하게 하고, 이에 따라, 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 상기 루마 코딩 블록의 필터링시 결정된 컬러 샘플링 정보에 따라, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 적응적 루프 필터의 특성 정보를 결정할 수 있다.
한편, 필터부(250)는 SPS(Sequence parameter set) 또는 타일 그룹 헤더로부터 현재 복호화를 수행하는 타일 그룹의 ALF 적용 여부를 판단할 수도 있다.
이 경우, 필터부(250)는 코딩 블록 단위에 대응하는 타일 그룹 헤더의 부호화 변수로부터, 각 컬러 샘플(Y/Cb/Cr)에 대응되는 ALF 적용 여부를 각각 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 부호화 변수는 Alf_ctb_flag[i] (i = {0, 1, 2, 3}) 와 같은 플래그로 예시될 수 있으며, 필터부(250)는 alf_ctb_flag 의 인덱스 값에 따라, 코딩 블록의 컬러 샘플별 alf 적용 유무를 결정할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들어, alf_ctb_flag[0]의 값이 참인 경우, 필터부(250)는 루마 블록 ALF 필터 수행부(251)을 통해 Luma 샘플(Y sample)에 대한 alf를 수행할 수 있다. 또한, 필터부(250)는 alf_ctb_flag[1] 또는 alf_ctb_flag[2] 의 값에 따라, 크로마 블록 ALF 필터 수행부(252)를 통한 Chroma 샘플(Cb / Cr)의 ALF 수행 여부를 결정할 수 있다. 또한, 필터부(250)는 alf_ctb_flag[3]의 값이 참인 경우, Luma 및 Chroma(Cb/Cr) 에 대한 alf 를 루마 블록 ALF 필터 수행부(251) 및 크로마 블록 ALF 필터 수행부(252)를 모두 수행할 수 있다.
이와 같은 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 적응적 루프 필터의 특성 정보는, 상기 컬러 샘플링 정보에 따라 결정되는, 상기 크로마 코딩 블록에 적용될 적응적 루프 필터의 계수 유도 함수, 형태 정보 또는 크기 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 부호화 효율에 따라 가변적으로 결정될 수 있다.
특히, 상기 필터링 정보는 상기 루마 코딩 블록에 대응하는 컬러 샘플 포맷의 YUV 비율 정보를 포함할 수 있다. 상기 YUV 비율 정보는 4:2:0, 4:2;2 또는 4:4:4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 획득되는 코딩 유닛의 컬러 샘플 포맷에 따라, 크로마 코딩 블록의 필터 형태 또는 크기를 선택적으로 적용할 수 있다. 따라서, 컬러 샘플 포맷 및 부호화 조건에 따라, 크로마 코딩 블록의 ALF 필터 계수가 결정될 수 있다.
루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)는 영상 스트림의 헤더 정보로부터 복호화 또는 파싱되는 현재 코딩 유닛의 컬러 포맷 정보 또는 ALF 필터 계수 정보를 포함하는 필터링 정보를 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)로 전달할 수 있다. 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 필터링 정보를 이용하여 크로마 코딩 블록의 ALF 필터 크기 및 계수를 결정할 수 있다.
실시 예로서, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)의 컬러 샘플 포맷 정보에 대응하는 ALF 필터의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, ALF 필터 크기는 도 22에 도시된 바와 같이, 5x5, 7x7 또는 9x9의 ALF 계수(Coefficient)를 갖는 필터 크기에 대응할 수 있다.
그리고, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 크로마 코딩 블록의 ALF 적용시의 필터 계수 크기를 컬러 샘플 포맷에 따라 제한할 수 있다. 예를 들어, 4:2:0 인 경우 5x5, 4:2:2 인 경우 5x5, 7x7 또는 4:4:4 인 경우 5x5, 7x7, 9x9와 같이 필터 크기를 선택적으로 적용함으로써 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)에서 필터 형태(Shape) 또는 크기를 결정하는 프로세스를 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2019004082-appb-img-000001
여기서, ~R(i,j)는 ALF 필터 적용된 결과를 나타낼 수 있으며, f(k,l)은 복호화 블록의 필터 계수일 수 있고, R(i, j)는 복호화 블록의 복원 영상(Reconstructed image)의 화소값을 나타낼 수 있다.
한편, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 컬러 샘플 포맷에 따라 필터 크기를 결정하고, 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)의 ALF 필터 결과에 따른 계수 정보에 따라 현재 크로마 코딩 블록의 ALF 필터 계수를 결정할 수 있다.
예를 들어, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 결정된 루마 샘플 블록의 ALF 필터 계수를 그대로 동일하게 이용하되, 컬러 샘플 포맷에 따라 결정된 크기에 대응하여 제한된 현재 크로마 코딩 블록의 ALF 필터 계수를 산출할 수 있다.
또한, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 결정된 루마 샘플 블록의 ALF 필터 계수를 컬러 샘플 포맷에 따라 조합 연산하여 유도된 현재 크로마 코딩 블록의 ALF 필터 계수를 산출할 수도 있다.
이와 같은 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)의 산출 방식은 부호화 장치(10)로부터 시그널링된 시그널링 정보에 기초하여 선택적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 슬라이스 헤더 또는 타일 그룹 헤더 정보로부터 식별된 시그널링 정보에 따라, 상기 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링 수행모드를 선택적으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 상기 수행모드는 상기 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 결정된 컬러 샘플링 정보에 따라, 상기 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링 계수를 미리 수행된 루마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링 계수로부터 유도하는 모드와, 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 모드와, 상기 루마 코딩 블록에 대해 적용된 적응적 루프 필터를 상기 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링에 동일하게 적용하는 모드중 적어도 하나를 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 부호화기의 성능 향상 등을 고려하여, 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)의 필터링에 대응하는 추가적인 제약 사항에 따른 적용여부를 결정함으로써, 최적화를 수행할 수 있다. 제약 사향의 조건 변수로는 코딩 유닛의 추가 분할 여부(단말 노드 여부) 또는 코딩 유닛의 예측 모드(화면 내 예측 또는 화면 간 예측)가 예시될 수 있다.
도 23은 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)의 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 계수 유도 방법을 도식화한 것으로,
크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록 샘플의 ALF 필터 계수(Filter coefficients)를 그대로 대입하거나, 계수들을 합산(summation)하거나, 계수들을 감산하거나, 계수들을 대체하거나, 계수들의 평균 값(average value)을 산출하거나, 계수들의 중간 값(median value)을 산출하거나 또는 계수들의 회전(rotation) 연산을 하는 등의 다양한 방법으로 계수들을 연산 및 조합하여, 크로마 블록 샘플의 ALF 필터 계수를 유도할 수 있다.
도 23은 그 유도 방법의 일 예로, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 9x9 루마 샘플의 ALF 계수(도 23 (A))를 이용하여, 5x5 크로마 블록 샘플의 ALF 계수(도 23 (B))를 유도하는 방법을 설명한다.
크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 필터의 계수 정보를 이용하여 조합 함수(Combination_function)를 수행함으로써, 크로마 블록 샘플의 ALF 계수를 연산할 수 있다. 여기서, 조합 함수(Combination_function) 는 크로마 블록 ALF 계수에 따라 결정될 수 있으며, 컬러 샘플 포맷의 특성에 따라 결정될 수 있다. 일 예로 합산 및 대입을 통한 유도 방법의 경우, 아래와 같이 예시될 수 있다.
C0 = L0 + L1 + L2 + L3 + L6;
C1 = L4 + L5 + L10 + L11;
C3 = L7 + L8 + L13 + L14;
C4 = L9 + L15 + L16 +L17 + 18;
C2 = L12;
C5 = L19;
C6 = L20;
여기에서 C0, C1, C3, C4는 루마 블록과 크로마 블록간 대응관계를 갖는 주변의 ALF Coefficient의 합을 이용하여 유도될 수 있으며, C2, C5 및 C6은 1:1 대입을 통해 루마 블록로부터 크로마 블록의 ALF Coefficient가 유도될 수 있다. 상기 예는 하나의 실시예이며, 크로마 블록의 ALF Coefficient로 대입 혹은 유도되는 루마 블록의 ALF Coefficient는 상기 예로 국한되지 않으며, 다양한 조합으로 변경할 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 적응적 루프 필터링 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 25 내지 도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터를 위한 시그널링을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 복호화 장치(20)의 필터부(250)의 동작 방법을 예시한 것으로, 이는 부호화 장치(10)의 후처리부(170)의 적응적 루프 필터링 동작에서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 필터부(250)의 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)는 코딩 유닛별 ALF 수행여부를 선택적으로 결정하며(S101), 적용이 결정된 코딩 유닛의 루마 코딩 블록에 대한 ALF를 수행한다(S102).
그리고, 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)는 루마 코딩 블록의 ALF 수행에 따라 컬러 샘플 포맷 정보를 복호화하며(S103), 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 상기 컬러 샘플 포맷 정보를 이용하여 상기 루마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록의 ALF 수행 프로세스에 진입할 수 있다(S105).
전술한 바와 같이, 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 분할된 코딩 유닛(CU)들 각각에 대해 적응적 루프 필터링(ALF)의 적용 여부가 결정될 수 있으며, 각 적용 여부에 대응한 시그널링 정보가 슬라이스 또는 타일 그룹의 헤더 정보에 포함되어 영상 스트림을 통해 전송될 수 있다.
이에 따라, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 컬러 샘플 포맷이 4:2:2인지 4:2:0인지, 4:4:4인지에 따라 ALF 필터 크기 및 계수 유도 프로세스 및 컬러 샘플별 수행 여부를 선택적으로 결정할 수 있다.
이를 위해, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 먼저 컬러 샘플 포맷이 4:2:0인지 판단하고(S107), 4:2:0인 경우 크로마 블록의 Chroma sample에 대한 5 x 5 ALF 계수 유도 프로세스를 수행할 수 있다(S109).
또한, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 4:2:0이 아니면 4:4:4인지 판단하고(S111), 4:4:4인 경우 크로마 블록의 Chroma sample에 대한 5x5, 7x7 및 9x9 ALF 계수 유도 프로세스를 수행할 수 있다(S113).
이후, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 4:4:4도 아닌 경우 4:2:2임을 판단하고, 크로마 블록의 Chroma sample에 대한 5x5 또는 7x7 ALF 계수 유도 프로세스를 수행할 수 있다(S115).
또한, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 코딩 블록 단위의 컬러 샘플별 ALF 수행 여부를 결정하기 위하여, 추가적인 시그널링 정보를 이용하여 크로마 포맷 정보를 유도할 수 있다. 상기 시그널링 정보는 Y/Cb/Cr 과 같은 컬러 컴포넌트(Color Component) 정보가 예시될 수 있다.
예를 들어, 코딩 블록 단위에 대응하여, 컬러 샘플별 ALF 수행 여부를 결정하기 위한 시그널링 정보는 ALF_Chroma_idc 와 같은 컬러 컴포넌트 플래그 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 컬러 컴포넌트 플래그 정보는 0 내지 3까지 각각의 컬러 컴포넌트에 대응하는 값을 나타낼 수 있다. 필터부(250)는 ALF_Chroma_idc의 값을 파싱하여, 현재 코딩 블록 단위에 대한 컬러 컴포넌트(Y/Cb/Cr)별 ALF 수행 여부를 결정할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들어, 현재 코딩 블록의 ALF_Chroma_idc가 0일 때, 필터부(250)는 Y Color component에 대한 ALF 만을 수행할 수 있으며, 해당 코딩 블록의 Cb/Cr Color component에 대한 ALF는 수행하지 않을 수 있다.
또한, 필터부(250)는 ALF_Chroma_idc 가 1 일 때, Cb 컬러 샘플에 대한 ALF의 수행 여부를 결정할 수 있으며, ALF_Chroma_idc 의 값이 2일 때, Cr 에 대한 Color component에 대하여 ALF를 적용할 수 있다. 필터부(250)는 ALF_Chorma_idc 의 값이 3일 때, Y / Cb / Cr color component에 대한 ALF 를 모두 적용할 수 있다.
또한, 상기 컬러 샘플 포맷에 따라 크로마 블록의 ALF 필터 형태를 결정하기 위하여, 상기 크로마 블록의 ALF 필터 형태 정보가 시그널링될 수 있다. 또한, 루마 블록의 ALF 필터 형태 정보가 크로마 블록의 ALF 필터 형태 정보로 그대로 이용될 수도 있다.
또한, 상기 컬러 샘플 포맷에 따라 크로마 블록의 ALF 필터 형태를 결정함에 있어, 현재 슬라이스의 타입에 따라 서로 다른 방법을 사용할 수 있다. 일 실시예로 현재 슬라이스의 타입이 I Slice 인 경우에는 크로마 블록의 ALF 필터 형태를 부호화 유닛 (CU) 단위로 시그널링하고, P Slice 혹은 B Slice 인 경우에는 루마 블록의 ALF 필터 형태를 그대로 사용할 수 있다.
또한, 전술한 컬러 컴포넌트 플래그 ALF_Chroma_idc를 이용하여, 코딩 블록 단위에 대응하는 컬러 컴포넌트별 ALF의 수행 여부가 각각 결정될 수 있다.
이 경우, 부호화 장치(10)는 컬러 컴포넌트별 적용되는 ALF 함수에 대응되는 하나 이상의 ALF 계수(Coefficient)에 대한 클래스 정보를 시그널링할 수 있다. 필터부(250)는 시그널링된 클래스 정보를 이용하여, 현재 블록에 대한 ALF를 적응적으로 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 시그널링된 클래스 정보는, 사전 결정된 클래스 중 하나를 나타내는 인덱스 정보, 각 클래스별 ALF 함수의 계수(Coefficient) 정보(예를 들어, Delta 값에 대한 정보) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 필터부(250)는 상기 클래스 정보와 함께, 이전 복호화된 블록의 Luma 계수로부터 예측된 계수 유도 정보 및 현재 복호화 블록에 적용되는 필터 계수 변경 Sign 정보를 이용하여, 현재 블록에 대한 ALF를 적응적으로 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 25는 복호화 영상의 Color sample format 정보가 전달되는 신택스의 일 실시예를 나타낸다.
컬러 샘플 포맷(Color sample format) 정보는 SPS(Sequence Parameter Set)와 같은 HLS(High Level Syntax)를 통하여 전달될 수 있으며, Chroma format index(Chroma_format_idc)와 같이 별도의 신택스를 통해 시그널링될 수 있다.
Color sample format은 SPS(*Sequence Parameter Set)와 같이 HLS(High Level Syntax)를 통하여 전달될 수 있으며, Chroma_format_idc와 같은 별도의 신택스를 통해 영상의 Color Sample Format 시그널링 정보가 부호화될 수 있다.
예를 들어, Chroma_format_idc는 0에서 3이 될 수 있으며, Chroma_format_idc 값에 따라 영상의 sampling 정보는 아래 테이블과 같이 정의될 수 있다.
Chroma_format_idc Chroma_format
0 Monochrome
1 4:2:0
2 4:2:2
3 4:4:4
표 1에서, Chroma_format_idc가 0일 때는 영상의 정보가 루마 블록(또는 Luma array) 에만 부호화되는 Luma sample로만 부/복호화된 영상을 나타낼 수 있다. Chroma_format이 1부터 3까지는 각각 상기 표와 같이 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4의 비율로 루마와 크로마가 샘플링된 영상임을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 컬러 샘플 포맷(Color sample format) 정보(Chroma_foramt_idc)는, 코딩 블록의 컬러 샘플에 따른 ALF 적용 유무를 결정하기 위한 변수로 이용될 수 있다. 또한, 컬러 컴포넌트에 따른 ALF 적용 유 결정을 위해, 전술한 컬러 컴포넌트 정보(ALF_Chorma_idc) 와 같은 추가 시그널링 정보가 별도로 전달될 수 있다.
한편, 도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터를 위한 코딩 유닛 단위의 시그널링을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 루프 필터링의 시그널링은 CU 단위에서 처리될 수 있으며, 그 적용 여부가 선택적으로 결정되어 부/복호화될 수 있다.
이에 따라, 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)는 상기 신택스를 파싱함에 따라, 현재 코딩 유닛의 ALF 수행 여부를 결정할 수 있으며, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 크로마 블록 적응적 루프 필터의 필터 계수를 조건에 따라 가변적으로 구성할 수 있다.
또한, 필터부(250)는 부호화 장치(10)로부터 시그널링된 컬러 컴포넌트 정보(ALF_Chorma_idc)를 이용하여, 현재 코딩 블록의 컬러 컴포넌트별 ALF 적용 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 필터부(250)는 ALF_Chorma_idc의 값이 0인 경우, Y(Luma) Color component에 대한 ALF 를 수행하고, 1~2 인 경우, Cb 또는 Cr Color component에 대한 ALF 수행 여부를 결정할 수 있으며, 3인 경우 Cb Cr 에 대한 ALF 수행 여부를 결정할 수도 있다.
한편, 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)가 동작되면, 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)는 ALF_Enable_flag를 통해 해당 코딩 유닛의 루마 및 크로마 블록 모두에서 ALF 자체가 수행되었는지를 확인할 수 있으며, 이후, Chroma_coeff_derivation_from_luma 신호를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 크로마 블록에 대한 ALF 계수(Coefficient)를 루마 블록의 ALF Coefficient로부터 유도할지를 판단할 수 있다.
만약, ALF_enable_flag의 값이 참(True)이면서, Chroma_coeff_derivation_from_luma의 값이 거짓일 경우(Chroma_coeff_derivation_from_luma == False), 크로마 블록에 대한 ALF는 루마 블록에 대한 ALF Coefficient로부터 연관된 위치(Co-located)에 따른 대응(Corresponding) 계수들로부터 유도될 수 있다.
반면에, ALF_enable_flag의 값이 참(True)이면서, Chroma_coeff_derivation_from_luma의 값이 참일 경우(Chroma_coeff_derivation_from_luma == False), 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 Color sample format를 확인하여 크로마 블록의 ALF 필터를 결정할 수 있다.
보다 상세하게는 상기 표 1에서 Chroma_format_idc 가 1보다 작은 경우, Color sample format은 monochrome 을 의미할 수 있으며, 4:0:0 또는 휘도 성분에 대한 ALF가 적용 될 수 있음을 의미. 이때, Color sample format이 0인 경할 수 있다. 이 경우 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 별도의 Chroma ALF 를 수행하지 않을 수 있다. Color sample format이 1인 경우, 본 영상의 Color sample format이 4:2:0임을 의미하며, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 앞서 설명한 Luma Sample의 ALF Coefficient로부터 5×5 크기 또는 7X7 크기의 필터 모양(Filter shape)으로 Chroma sample의 ALF Coefficient를 유도할 수 있다.
만약, Chroma_format_idc가 1보다 큰 경우, Color sample format은 4:2:2(Chroma_format_idc == 2) 또는 4:4:4(Chroma_format_idc == 3)가 될 수 있으며, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 Chroma_adaptive_filter_size로부터 해당 CU에 적용되는 크로마(Chroma) ALF 필터 size를 결정할 수 있다. 4:2:2의 경우, Chroma_adaptive_filter_size의 값에 따라, 5×5 또는 7×7과 같이 Chroma ALF에 수행되는 필터(Filter)의 크기가 결정될 수 있다. Filter의 크기가 결정 되면, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록의 ALF 계수로부터 크로마 블록에 대응하는 크로마 샘플의 ALF 계수를 유도할 수 있다.
한편, 영상의 Color sample format이 4:4:4인 경우, Chroma_adaptive_filter_size는 5×5, 7×7 또는 9×9를 의미할 수 있으며, 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 루마 블록의 ALF 계수로부터 크로마 블록에 대응하는 크로마 샘플의 ALF 계수를 유도할 수 있다.
한편, 도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 크로마 코딩 블록의 모드 선택방법에 따른 적응적 루프 필터링을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 27을 참조하면, 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링에 있어서 수행 모드가 선택적으로 결정될 수 있다.
수행 모드는 예를 들어, 상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 루마 코딩 블록의 계수 조합에 따라 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 제1 모드 또는 상기 루마 코딩 블록에 대해 적용된 적응적 루프 필터를 상기 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링에 동일하게 적용하는 제2 모드를 포함할 수 있다.
수행 모드를 나타내는 시그널링 정보는 슬라이스(또는 타일 그룹) 정보에 포함될 수 있으며, 예를 들어 슬라이스 또는 타일 그룹의 헤더 정보에는 픽쳐 내 복수의 슬라이스 또는 타일 그룹 단위별 ALF 수행여부 정보와, 크로마 코딩 블록의 모드 선택 정보가 포함될 수 있다.
예를 들어, 필터부(250)는 SPS(sequence parameter set) 헤더로부터 ALF플래그(sps_alf_enabled_flag)를 파싱하여, 현재 복호화를 수행하는 픽쳐의 ALF 적용 여부를 판단하고, 슬라이스 또는 타일 그룹 단위에 대응하는 ALF 수행여부(tile_group_alf_enable_flag 또는 slice_alf_enable_flag 등)를 파싱하여, 픽쳐 내 슬라이스 또는 타일 그룹 별 alf 적용 여부를 판단할 수 있다(S201).
그리고, 필터부(250)는 현재 슬라이스 내 코딩 유닛에 대응하는 코딩 블록에 대한 ALF 적용여부를 식별한다(S203).
ALF 적용이 확인된 경우, 필터부(250)는 N을 0으로 설정하고(S205), N번째 코딩 블록에 대한 ALF 적용여부를 식별한다(S207).
현재 코딩 블록의 ALF 적용이 확인된 경우, 필터부(250)는 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)를 통해 상기 N번째 코딩 블록의 루마 블록 샘플에 대응하는 적응적 루프 필터링을 수행한다(S209).
이후, 필터부(250)는 루마 필터 계수의 조합을 이용한 크로마 블록의 적응적 루프 필터 적용여부를 판단한다(S211).
이를 위해, 필터부(250)는 전술한 슬라이스 헤더 또는 상기 코딩 유닛에 대응하여 시그널링된 시그널링 정보를 이용하여, 상기 적용여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따라, 타일 그룹 단위로 현재 타일 그룹 및 코딩 블록의 alf 적용 유무를 판단할 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이 sequence 단위에서 alf 적용 유무를 판단하는 sps_alf_enable_flag를 통해 타일 그룹 헤더 단위로 alf 적용 유무를 판단할 수 있으며, 타일 그룹 헤더에 구성된 하나 또는 복수의 타일 그룹은 타일 그룹 헤더에 포함된 플래그 정보(tile_group_alf_eanble_flag)를 통해 해당 타일 그룹 헤더 내 임의의 타일 그룹의 alf 적용 유무를 판단할 수 있다. 타일 그룹 헤더에 구성된 타일 그룹은 alf 플래그(tile_group_enable_flag)를 파싱하여, 현재 복호화를 수행하는 타일 그룹 단위로 alf 적용 유무를 판단(S201)하며. 상기 tile_group_eanble_flag 값이 참인 경우, 타일 그룹 내 위치한 코딩 블록에 대한 alf 적용 유무를 판단하여 필터를 수행(S203)하고, tile_group_enable_flag 값이 거짓인 경우, 해당 타일 그룹 내 위치한 코딩 블록에 대한 alf 를 적용하지 않는다.
계수 조합을 이용하는 경우, 제1 모드에 진입한 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는, 상기 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 처리된 루마 샘플의 ALF 계수를 상기 컬러 샘플 포맷 정보에 따라 조합 연산하여 필터를 산출하고, 이를 이용하여 크로마 블록에 대응하는 적응적 루프 필터링을 수행한다(S215)
한편, 계수 조합이 이용되지 않는 경우, 제2 모드에 진입한 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는, 상기 루마 블록 적응적 루프 필터 수행부(251)에서 처리된 루마 샘플의 ALF 계수를 그대로 이용하여, 크로마 블록에 대응하는 적응적 루프 필터링을 수행할 수 있다(S213). 크로마 블록 적응적 루프 필터 수행부(252)는 상기 그대로 이용되는 ALF 계수를 컬러 샘플 정보에 따라 제한 처리히여, 일부만 이용할 수도 있다.
상기 S213 또는 S215 단계 이후, 또는 상기 S207단계에서 ALF가 적용되지 않는 경우, 필터부(250)는 N을 N+1로 업데이트하며(S217), N번째 코딩 블록이 유효한 블록인 경우(S219), 다시 S207 단계로 회귀한다.
한편, 슬라이스 내 ALF가 적용되지 않거나, N번째 코딩 블록이 유효하지 않은 경우에는 필터부(250)는 적응적 루프 필터링 프로세스를 종료한다.
한편, 도 28 내지 도 30은 본 발명의 실시 예에 따른 헤더 정보를 하이 레벨 신택스로 나타낸 예시도이다.
먼저, 도 28은 타일 그룹 헤더를 통해 ALF 정보가 전송되는 것을 예시한 것으로, 타일 그룹 헤더에는 타일 그룹 ALF 적용여부 플래그(tile_group_alf_enabled_flag)가 포함될 수 있으며, 복호화 장치(20)는 이 플래그를 통해 현재 타일 그룹 내에서의 alf 적용 유무를 판단할 수 있다. 슬라이스 헤더의 경우 sps_alf_enabled_flag 가 ALF 적용여부를 나타낼 수 있다.
여기서, 타일 그룹 ALF 적응 세트 아이디(Tile_group_alf_adaptive_set_id)는 Alf 의 필터 계수, 종류, shape 등을 타일 그룹 별로 적응적으로 적용하기 위하한 세트 구분자일 수 있다. 또한 세트별 별도의 Adaptive_header 정보가 시그널링될 수 있으며, Adaptive_header 정보는 복수의 필터 정보를 포함할 수 있다. 복호화 장치(20)는 Tile_group_alf_adaptive_set_id 에 대응하여 시그널링된 필터 정보에 따라, 현재 타일 그룹에서 적용할 ALF 필터 정보를 결정할 수 있다. 필터 정보는 계수 정보, 필터 크기, 필터 모양 등의 정보를 포함할 수 있다.
한편, 도 29는 ALF 시그널링 정보의 신택스를 예시한 것으로, ALF 시그널링 정보에는 ALF 크로마 적용 정보(Alf_chroma_idc)가 포함될 수 있다. 예를 들어, Alf_chroma_idc의 값이 0이면, Cb / Cr에 대한 ALF 를 수행하지 않음을 나타낼 수 있고, 그 값이 1이면, Cb color component에 대한 ALF 를 수행함을 나타낼 수 있으며, 그 값이 2면, Cr color component에 대한 ALF 를 수행함을 나타낼 수 있고, 그 값이 3이면, Cb, Cr 모두 ALF를 수행함을 나타낼 수 있다.
또한, ALF 시그널링 정보에는 ALF 루마 필터 클래스 정보(Alf_luma_num_filter)가 포함될 수 있다. 클래스 정보는 필터 계수 집합을 나타낼 수 있고, 부호화 장치(10) 및 복호화 장치(20)에서 동일하게 미리 설정 및 저장될 수 있으며, ALF 시그널링 정보는 각 클래스에 대응하는 선택 정보를 포함할 수 있다. 그리고, 루마 계수 차분 인덱스(Alf_luma_coeff_delta_idx) 필터 계수 연산을 위한 차분 인덱스 신호를 포함할 수 있다.
한편, 도 30은 ALF를 CTU 단위로 적용하는 경우의 CTU 신택스를 나타내는 것으로, 각 CTU에 대응하는 Alf_chroma_idc 값에 따라, CTU 단위의 ALF 수행여부가 결정될 수 있음을 나타낸다.
상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

Claims (11)

  1. 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법에 있어서,
    영상의 픽쳐를 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)이 수행되는 기본 단위로서, 루마 (luma) 코딩 블록 및 이에 대응하는 크로마(chroma) 코딩 블록을 포함하는 복수의 코딩 유닛(Coding Unit)들로 분할하는 단계;
    상기 분할된 코딩 유닛의 상기 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계;
    상기 적용이 결정된 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및
    상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 필터링 정보를 이용하여, 상기 분할된 코딩 유닛의 상기 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계는,
    상기 루마 코딩 블록의 필터링시 결정된 컬러 샘플링 정보에 따라, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 적응적 루프 필터의 특성 정보를 결정하는 단계를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 적응적 루프 필터의 특성 정보는,
    상기 컬러 샘플링 정보에 따라 결정되는, 상기 크로마 코딩 블록에 적용될 적응적 루프 필터의 계수 유도 함수, 형태 정보 또는 크기 정보 중 적어도 하나를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터링 정보는 상기 루마 코딩 블록에 대응하는 컬러 샘플 포맷의 YUV 비율 정보를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 YUV 비율 정보는 4:2:0, 4:2;2 또는 4:4:4 중 적어도 하나를 포함하는 블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계는,
    상기 결정된 컬러 샘플링 정보에 따라, 상기 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링 계수를 미리 수행된 루마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링 계수로부터 유도하는 단계를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링 계수는, 상기 결정된 컬러 샘플링 정보에 따라, 상기 루마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링에 이용된 계수들을 선택적으로 조합 또는 연산하여 산출되는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    영상 스트림으로부터 적응적 루프 필터링 시그널링 정보를 획득하는 단계; 및
    시그널링 정보에 기초하여, 상기 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링 수행모드를 선택적으로 결정하는 단계를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수행모드는
    상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 상기 크로마 코딩 블록에 대응하는 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 제1 모드 또는
    상기 루마 코딩 블록에 대해 적용된 적응적 루프 필터를 상기 크로마 코딩 블록의 적응적 루프 필터링에 동일하게 적용하는 제2 모드를 포함하는
    블록 기반 적응적 루프 필터링 방법.
  10. 영상 부호화 방법에 있어서,
    영상의 픽쳐를 복수의 코딩 유닛들로 분할하는 단계;
    상기 분할된 코딩 유닛을 기본 단위로 하여, 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행하는 단계;
    상기 분할된 코딩 유닛의 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계;
    상기 적용이 결정된 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및
    상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 상기 루마 샘플 블록과 연관된 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함하는
    영상 부호화 방법.
  11. 영상 복호화 방법에 있어서,
    부호화된 비트스트림을 입력받는 단계;
    상기 입력된 비트스트림에 대해 역양자화 및 역변환을 수행하여 잔차 블록을 획득하는 단계;
    인터 예측 또는 인트라 예측을 수행하여 예측 블록을 획득하는 단계;
    상기 획득된 잔차 블록과 예측 블록을 합하여 영상을 복원하는 단계;
    상기 인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되는 기본 단위인 코딩 유닛의 루마 코딩 블록에 대해, 적응적 루프 필터링(Adaptive Loop Filtering : ALF) 적용여부를 결정하는 단계;
    상기 적용이 결정된 상기 루마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계; 및
    상기 루마 코딩 블록에 대한 상기 적응적 루프 필터링 수행시 획득되는 컬러 포맷 정보를 이용하여, 상기 코딩 유닛의 크로마 코딩 블록에 대한 적응적 루프 필터링을 수행하는 단계를 포함하는
    영상 복호화 방법.
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