WO2021006614A1 - 인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치 - Google Patents

인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치 Download PDF

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WO2021006614A1
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강제원
박승욱
임화평
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
이화여자대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to encoding and decoding of an image (video), and more particularly, to a coding tool that improves compression performance of inter prediction.
  • video data Since video data has a large amount of data compared to audio data or still image data, it requires a lot of hardware resources including memory to store or transmit itself without processing for compression.
  • video compression techniques include H.264/AVC and HEVC (High Efficiency Video Coding), which improves coding efficiency by about 40% compared to H.264/AVC.
  • predictive encoding is mainly used to improve compression performance.
  • inter prediction has superior compression performance compared to intra prediction and is thus widely used for video encoding.
  • the present disclosure relates to a coding tool for improving the compression performance of inter prediction, and as an aspect, relates to a coding tool capable of compensating for various motions of an object as well as a translation motion.
  • An aspect of the present disclosure provides an image decoding apparatus that decodes pictures using inter prediction.
  • the apparatus generates affine prediction samples for each subblock in the target block by performing affine motion prediction on a subblock basis using control point motion vectors of a corner of a target block in a current picture to be decoded, And a prediction unit that corrects sample values of the affine prediction samples by executing a first coding tool that compensates for motion according to a sample position in each of the subblocks using the control point motion vectors.
  • the prediction unit determines whether to execute the first coding tool based on at least one of values of the control point motion vectors or an angle between the control point motion vectors.
  • Another aspect of the present disclosure provides an image encoding apparatus that encodes pictures using inter prediction.
  • the apparatus determines control point motion vectors of a corner of the target block divided from the current picture to be encoded, and performs affine motion prediction in units of subblocks using the control point motion vectors, so that each subblock in the target block
  • a prediction unit that generates affine prediction samples for and corrects sample values of the affine prediction samples by executing a first coding tool that compensates for motion according to the sample position in each of the subblocks using the control point motion vectors. do.
  • the prediction unit determines whether to execute the first coding tool based on at least one of values of the control point motion vectors or an angle between the control point motion vectors.
  • the method includes: generating affine prediction samples for each subblock in the target block by performing affine motion prediction on a subblock basis using control point motion vectors of a corner of a target block to be decoded; Determining whether to execute a first coding tool based on at least one of values of the control point motion vectors or an angle between the control point motion vectors; And, when the first coding tool is executed, correcting sample values of the affine prediction samples by compensating for motion according to a sample position in each of the subblocks using the control point motion vectors.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • 3 is a diagram illustrating a plurality of intra prediction modes.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram of neighboring blocks of a current block.
  • FIG. 5 is an exemplary block diagram of an image decoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining the concept of a bi-prediction optical flow provided by the present disclosure.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating a method of inducing a gradient for a block boundary sample in a bidirectional optical flow.
  • FIGS. 8 and 9 are exemplary diagrams for explaining affine motion prediction provided by the present disclosure.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram for explaining a method of deriving merge candidates for affine motion prediction from a translation motion vector of a neighboring block.
  • FIG. 11 is an exemplary diagram for describing a method of deriving an illumination compensation parameter according to an embodiment of illumination compensation provided by the present disclosure.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • an image encoding apparatus and sub-elements of the apparatus will be described with reference to FIG. 1.
  • the image encoding apparatus includes a block division unit 110, a prediction unit 120, a subtractor 130, a transform unit 140, a quantization unit 145, a rearrangement unit 150, an entropy encoding unit 155, and an inverse quantization unit. (160), an inverse transform unit 165, an adder 170, a loop filter unit 180, and a memory 190 may be included.
  • Each component of the image encoding apparatus may be implemented by hardware or software, or by a combination of hardware and software.
  • functions of each component may be implemented as software, and a microprocessor may be implemented to execute a function of software corresponding to each component.
  • One image is composed of one or more sequences including a plurality of pictures. Each picture is divided into a plurality of regions, and encoding is performed for each region. For example, one picture is divided into one or more tiles or/and slices. Here, one or more tiles may be defined as a tile group. Each tile or/slice is divided into one or more Coding Tree Units (CTUs). And each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure. Information applied to each CU is encoded as the syntax of the CU, and information commonly applied to CUs included in one CTU is encoded as the syntax of the CTU.
  • CTUs Coding Tree Units
  • information commonly applied to all blocks in one slice is encoded as the syntax of the slice header, and information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or picture. It is coded in the header. Further, information commonly referred to in a sequence composed of a plurality of pictures is encoded in a sequence parameter set (SPS). Also, information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as syntax of a tile or tile group header. Syntaxes included in the SPS, PPS, slice header, tile, or tile group header may be referred to as high-level syntax.
  • the block dividing unit 110 determines the size of a coding tree unit (CTU).
  • CTU size Information on the size of the CTU (CTU size) is encoded as the syntax of the SPS or PPS and transmitted to the video decoding apparatus.
  • the block dividing unit 110 After dividing each picture constituting the image into a plurality of coding tree units (CTUs) having a predetermined size, the block dividing unit 110 repetitively divides the CTU using a tree structure. (recursively) split. A leaf node in the tree structure becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of coding.
  • CU coding unit
  • a quad tree (QuadTree, QT) in which an upper node (or parent node) is divided into four lower nodes (or child nodes) of the same size, or a binary tree (BinaryTree) in which an upper node is divided into two lower nodes. , BT), or a ternary tree (TT) in which an upper node is divided into three lower nodes in a 1:2:1 ratio, or a structure in which two or more of these QT structures, BT structures, and TT structures are mixed.
  • QT quad tree
  • BT binary tree
  • TT ternary tree
  • a QTBT QuadTree plus BinaryTree
  • a QTBTTT QuadTree plus BinaryTree TernaryTree
  • MTT Multiple-Type Tree
  • the CTU may be first divided into a QT structure.
  • the quadtree division may be repeated until the size of a splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of a leaf node allowed in QT.
  • a first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is divided into four nodes of a lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus. If the leaf node of the QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in BT, it may be further divided into one or more of a BT structure or a TT structure.
  • MaxBTSize maximum block size
  • a plurality of division directions may exist. For example, there may be two directions in which a block of a corresponding node is divided horizontally and a direction vertically divided.
  • a second flag indicating whether nodes are split, and if split, a flag indicating a split direction (vertical or horizontal) and/or a split type (Binary or Ternary).
  • a flag indicating) is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus.
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is divided is encoded. It could be.
  • the block of the corresponding node becomes a leaf node in the split tree structure and becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding.
  • CU coding unit
  • a split flag indicating whether each node of the BT structure is divided into blocks of a lower layer and split type information indicating a type to be divided are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • a type of dividing the block of the corresponding node into two blocks having an asymmetric shape may further exist.
  • the asymmetric form may include a form of dividing a block of a corresponding node into two rectangular blocks having a size ratio of 1:3, or a form of dividing a block of a corresponding node in a diagonal direction.
  • the CU can have various sizes according to the QTBT or QTBTTT split from the CTU.
  • a block corresponding to a CU to be encoded or decoded ie, a leaf node of QTBTTT
  • a'current block' a block corresponding to a CU to be encoded or decoded
  • the shape of the current block may be not only square but also rectangular.
  • the prediction unit 120 predicts the current block and generates a prediction block.
  • the prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124.
  • the intra prediction unit 122 predicts samples in the current block by using samples (reference samples) located around the current block in the current picture including the current block.
  • samples reference samples located around the current block in the current picture including the current block.
  • the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode, and 65 directional modes.
  • the surrounding samples and the expression to be used are defined differently.
  • the intra prediction unit 122 may determine an intra prediction mode to be used to encode the current block.
  • the intra prediction unit 122 may encode the current block using several intra prediction modes and select an appropriate intra prediction mode to use from the tested modes. For example, the intra prediction unit 122 calculates rate distortion values using rate-distortion analysis for several tested intra prediction modes, and has the best rate distortion characteristics among the tested modes. It is also possible to select an intra prediction mode.
  • the intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes, and predicts the current block by using a neighboring sample (reference sample) and an equation determined according to the selected intra prediction mode.
  • Information on the selected intra prediction mode is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 generates a prediction block for the current block through a motion compensation process.
  • the inter prediction unit 124 searches for a block most similar to the current block in the coded and decoded reference picture prior to the current picture, and generates a prediction block for the current block using the searched block. Then, a motion vector corresponding to a displacement between the current block in the current picture and the prediction block in the reference picture is generated.
  • motion estimation is performed on a luma component, and a motion vector calculated based on the luma component is used for both the luma component and the chroma component.
  • Motion information including information on a reference picture used to predict the current block and information on a motion vector is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to an image decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 may perform interpolation on a reference picture or a reference block in order to increase the accuracy of prediction. That is, subsamples between two consecutive integer samples are interpolated by applying filter coefficients to a plurality of consecutive integer samples including the two integer samples.
  • the motion vector may be expressed not to the precision of the integer sample but to the precision of the decimal unit.
  • the precision or resolution of the motion vector may be set differently for each unit of a target region to be encoded, such as a slice, tile, CTU, or CU.
  • information on the motion vector resolution to be applied to each target region must be signaled for each target region. For example, when the target region is a CU, information on a motion vector resolution applied to each CU is signaled.
  • the information on the motion vector resolution may be information indicating the precision of the differential motion vector to be described later.
  • the inter prediction unit 124 may perform inter prediction using bi-prediction.
  • bi-directional prediction two reference pictures and two motion vectors representing a block position most similar to a current block within each reference picture are used.
  • the inter prediction unit 124 selects a first reference picture and a second reference picture from reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block in each reference picture.
  • a first reference block and a second reference block are generated.
  • a prediction block for the current block is generated by averaging or weighting the first reference block and the second reference block.
  • motion information including information on two reference pictures and two motion vectors used to predict the current block is transmitted to the encoder 150.
  • the reference picture list 0 is composed of pictures prior to the current picture in the display order among the reconstructed pictures
  • the reference picture list 1 may be composed of pictures after the current picture in the display order among the reconstructed pictures. have.
  • undulation pictures after the current picture may be additionally included in the reference picture list 0, and conversely, undulation pictures before the current picture may be additionally added to the reference picture list 1. May be included.
  • the inter prediction unit 124 selects a predetermined number of merge candidate blocks (hereinafter referred to as “merge candidates”) from neighboring blocks of the current block.
  • the left block L, the upper block A, the upper right block AR, and the lower left block BL adjacent to the current block in the current picture, as shown in FIG. all or part of the upper left block AL may be used.
  • a block located within a reference picture (which may be the same as or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture in which the current block is located may be used as a merge candidate.
  • a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the block at the same position may be further used as merge candidates.
  • the inter prediction unit 124 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates using these neighboring blocks. Among the merge candidates included in the merge list, a merge candidate to be used as motion information of the current block is selected, and merge index information for identifying the selected candidate is generated. The generated merge index information is encoded by the encoder 150 and transmitted to the decoding apparatus.
  • Another method for encoding motion information is the AMVP mode.
  • the inter prediction unit 124 derives prediction motion vector candidates for the motion vector of the current block by using neighboring blocks of the current block.
  • the neighboring blocks used to induce the predicted motion vector candidates the left block (L), the upper block (A), the upper right block (AR), and the lower left block adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. 2 ( BL) and all or part of the upper left block (AL) may be used.
  • a block located within a reference picture (which may be the same or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture where the current block is located is used as a neighboring block used to derive the prediction motion vector candidates. May be.
  • a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the block at the same position may be used.
  • the inter prediction unit 124 derives predicted motion vector candidates using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector for the motion vector of the current block using the predicted motion vector candidates. Then, a differential motion vector is calculated by subtracting the predicted motion vector from the motion vector of the current block.
  • the predicted motion vector can be obtained by applying a predefined function (eg, median value, average value operation, etc.) to predicted motion vector candidates.
  • a predefined function eg, median value, average value operation, etc.
  • the video decoding apparatus also knows a predefined function.
  • the neighboring blocks used to derive the predicted motion vector candidates have already been encoded and decoded, the video decoding apparatus also knows the motion vectors of the neighboring blocks. Therefore, the video encoding apparatus does not need to encode information for identifying a predicted motion vector candidate. Accordingly, in this case, information on the differential motion vector and information on the reference picture used to predict the current block are encoded.
  • the predicted motion vector may be determined in a manner of selecting any one of the predicted motion vector candidates.
  • information for identifying the selected prediction motion vector candidate is additionally encoded together with information on the differential motion vector and the reference picture used to predict the current block.
  • the subtractor 130 generates a residual block by subtracting the prediction block generated by the intra prediction unit 122 or the inter prediction unit 124 from the current block.
  • the transform unit 140 divides the residual block into one or more sub-blocks and applies the transform to one or more sub-blocks to transform residual values of the transform blocks from the sample domain to the frequency domain.
  • transformed blocks are referred to as coefficient blocks or transform blocks including one or more transform coefficient values.
  • a 2D transformation kernel may be used for transformation, and a 1D transformation kernel may be used for each of the horizontal and vertical directions.
  • the transform kernel may be based on discrete cosine transform (DCT), discrete sine transform (DST), or the like.
  • the transform unit 140 may transform residual signals in the residual block by using the entire size of the residual block as a transform unit.
  • the residual block may be divided into a plurality of subblocks and the residual signals in the subblock may be transformed using the subblock as a transformation unit.
  • the transform unit 140 may individually transform the residual block in a horizontal direction and a vertical direction.
  • various types of transformation functions or transformation matrices can be used.
  • a pair of transform functions for transverse transformation and transformation may be defined as a multiple transform set (MTS).
  • the transform unit 140 may select one transform function pair having the best transform efficiency among MTS and transform the residual blocks in the horizontal and vertical directions, respectively.
  • Information (mts_idx) on the transform function pair selected from the MTS is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus.
  • the quantization unit 145 quantizes the transform coefficients output from the transform unit 140 using a quantization parameter, and outputs the quantized transform coefficients to the entropy encoding unit 155.
  • the quantization unit 145 may immediately quantize a related residual block for a certain block or frame without transformation.
  • the quantization unit 145 may apply different quantization coefficients (scaling values) according to positions of the transform coefficients in the transform block.
  • a matrix of quantization coefficients applied to quantized transform coefficients arranged in two dimensions may be encoded and signaled to an image decoding apparatus.
  • the rearrangement unit 150 may rearrange coefficient values on the quantized residual values.
  • the rearrangement unit 150 may change a two-dimensional coefficient array into a one-dimensional coefficient sequence through coefficient scanning. For example, the rearrangement unit 150 may scan from a DC coefficient to a coefficient in a high frequency region using a zig-zag scan or a diagonal scan to output a one-dimensional coefficient sequence. .
  • zig-zag scan instead of zig-zag scan, a vertical scan that scans a two-dimensional coefficient array in a column direction or a horizontal scan that scans a two-dimensional block shape coefficient in a row direction may be used. That is, a scan method to be used may be determined from among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan according to the size of the transform unit and the intra prediction mode.
  • the entropy encoding unit 155 uses various encoding methods such as Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code (CABAC), Exponential Golomb, and the like, and the quantized transform coefficients of 1D output from the reordering unit 150 are A bitstream is generated by encoding the sequence.
  • CABAC Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code
  • Exponential Golomb Exponential Golomb
  • the entropy encoder 155 encodes information such as a CTU size related to block division, a CU division flag, a QT division flag, an MTT division type, and an MTT division direction, so that the video decoding apparatus performs the same block as the video encoding apparatus. Make it possible to divide.
  • the entropy encoder 155 encodes information on a prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and intra prediction information (ie, intra prediction) according to the prediction type. Mode information) or inter prediction information (in case of merge mode, merge index, in case of AMVP mode, information on reference picture index and differential motion vector) is encoded.
  • the entropy encoder 155 encodes information related to quantization, that is, information on a quantization parameter and information on a quantization matrix.
  • the inverse quantization unit 160 inverse quantizes the quantized transform coefficients output from the quantization unit 145 to generate transform coefficients.
  • the inverse transform unit 165 converts transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual block.
  • the addition unit 170 restores the current block by adding the restored residual block and the prediction block generated by the prediction unit 120. Samples in the reconstructed current block are used as reference samples when intra-predicting the next block.
  • the loop filter unit 180 is a reconstructed sample to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, and blurring artifacts generated due to block-based prediction and transformation/quantization. Filtering is performed on the fields.
  • the loop filter unit 180 may include one or more of a deblocking filter 182, a sample adaptive offset (SAO) filter 184, and an adaptive loop filter (ALF) 186.
  • SAO sample adaptive offset
  • ALF adaptive loop filter
  • the deblocking filter 182 filters the boundary between reconstructed blocks to remove blocking artifacts caused by block-based encoding/decoding, and the SAO filter 184 is additionally applied to the deblocking filtered image. Filtering is performed.
  • the SAO filter 184 is a filter used to compensate for the difference between the reconstructed sample and the original sample caused by lossy coding, and is performed in a manner in which each reconstructed sample is added to an offset corresponding thereto. .
  • the ALF 186 performs filtering on the target sample by applying filter coefficients to the target sample to be filtered and surrounding samples of the target sample.
  • the ALF 186 may divide samples included in the image into predetermined groups, and then determine one filter to be applied to the corresponding group, and perform filtering differentially for each group. Information on filter coefficients to be used for the ALF may be encoded and signaled to an image decoding apparatus.
  • the reconstructed block filtered through the loop filter unit 180 is stored in the memory 190.
  • the reconstructed picture may be used as a reference picture for inter prediction of a block in a picture to be encoded later.
  • FIG. 5 is an exemplary functional block diagram of an image decoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • an image decoding apparatus and sub-elements of the apparatus will be described with reference to FIG. 5.
  • the image decoding apparatus includes an entropy decoding unit 510, a rearrangement unit 515, an inverse quantization unit 520, an inverse transform unit 530, a prediction unit 540, an adder 550, a loop filter unit 560, and a memory ( 570).
  • each component of the image decoding apparatus may be implemented as hardware or software, or may be implemented as a combination of hardware and software.
  • functions of each component may be implemented as software, and a microprocessor may be implemented to execute a function of software corresponding to each component.
  • the entropy decoder 510 decodes the bitstream generated by the image encoding apparatus and extracts information related to block division to determine the current block to be decoded, and predicts prediction information and residual signals necessary to restore the current block. Extract information, etc.
  • the entropy decoder 510 determines the size of the CTU by extracting information on the CTU size from a sequence parameter set (SPS) or a picture parameter set (PPS), and divides the picture into CTUs of the determined size. Then, the CTU is determined as the uppermost layer of the tree structure, that is, the root node, and the CTU is divided using the tree structure by extracting partition information for the CTU.
  • SPS sequence parameter set
  • PPS picture parameter set
  • a first flag (QT_split_flag) related to the splitting of the QT is extracted and each node is split into four nodes of a lower layer.
  • the second flag (MTT_split_flag) related to the splitting of the MTT is extracted to MTT Divide into structure.
  • each node may have 0 or more repetitive MTT segmentation after 0 or more repetitive QT segmentation.
  • MTT division may occur immediately, or, conversely, only multiple QT divisions may occur.
  • each node is divided into four nodes of a lower layer by extracting the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT.
  • QT_split_flag the first flag related to the division of the QT.
  • a split flag indicating whether or not the node corresponding to the leaf node of the QT is further split into BT and split direction information are extracted.
  • the entropy decoder 510 extracts information on a prediction type indicating whether the current block is intra predicted or inter predicted.
  • the prediction type information indicates intra prediction
  • the entropy decoder 510 extracts a syntax element (elemenet) for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block.
  • the prediction type information indicates inter prediction
  • the entropy decoder 510 extracts a syntax element for the inter prediction information, that is, information indicating a motion vector and a reference picture referenced by the motion vector.
  • the entropy decoding unit 510 extracts information on quantization-related information and information on quantized transformation coefficients of the current block as information on the residual signal.
  • the rearrangement unit 515 in the reverse order of the coefficient scanning order performed by the image encoding apparatus, converts the sequence of one-dimensional quantized transform coefficients entropy-decoded by the entropy decoder 510 into a two-dimensional coefficient array (i.e., Block).
  • the inverse quantization unit 520 inverse quantizes the quantized transform coefficients using the quantization parameter.
  • the inverse quantization unit 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to quantized transform coefficients arranged in two dimensions.
  • the inverse quantization unit 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from an image encoding apparatus to a two-dimensional array of quantized transform coefficients.
  • the inverse transform unit 530 generates a reconstructed residual block for the current block by inversely transforming the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to restore residual signals.
  • the inverse transform unit 530 determines a transform function or transform matrix to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using MTS information (mts_idx) signaled from the image encoding device, and uses the determined transform function. Inverse transform is performed on the transform coefficients in the transform block in the horizontal and vertical directions.
  • the prediction unit 540 may include an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544.
  • the intra prediction unit 542 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction
  • the inter prediction unit 544 is activated when the prediction type of the current block is inter prediction.
  • the intra prediction unit 542 determines an intra prediction mode of the current block among a plurality of intra prediction modes from a syntax element for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and references around the current block according to the intra prediction mode.
  • the current block is predicted using samples.
  • the inter prediction unit 544 determines a motion vector of the current block and a reference picture referenced by the motion vector using the syntax element for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and determines the motion vector and the reference picture. Is used to predict the current block.
  • the adder 550 restores the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit and the prediction block output from the inter prediction unit or the intra prediction unit. Samples in the reconstructed current block are used as reference samples for intra prediction of a block to be decoded later.
  • the loop filter unit 560 may include at least one of a deblocking filter 562, an SAO filter 564, and an ALF 566.
  • the deblocking filter 562 performs deblocking filtering on the boundary between reconstructed blocks in order to remove blocking artifacts caused by decoding in units of blocks.
  • the SAO filter 564 performs filtering in a manner that is added to an offset corresponding to the reconstructed block after deblocking filtering in order to compensate for the difference between the reconstructed sample and the original sample caused by lossy coding. do.
  • the ALF 566 performs filtering on the target sample by applying filter coefficients to the target sample to be filtered and surrounding samples of the target sample.
  • the ALF 566 divides the samples included in the image into predetermined groups, and then determines one filter to be applied to the group, and performs filtering differentially for each group.
  • the filter coefficient of the ALF is determined using information about the filter coefficient decoded from the non-stream.
  • the reconstructed block filtered through the loop filter unit 560 is stored in the memory 570.
  • the reconstructed picture is used as a reference picture for inter prediction of a block in a picture to be encoded later.
  • the following disclosure relates to a coding tool for improving the compression performance of inter prediction, and may be performed by the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus and the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus.
  • the term'target block' used below may have the same meaning as the current block or coding unit (CU) used above, or may refer to a partial region of the coding unit.
  • Inter-intra merge prediction described in the present disclosure is a technique for supplementing an inter prediction signal using an intra prediction signal.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus determines a motion vector of the target block and predicts the target block using the determined motion vector to generate a first prediction block.
  • the intra prediction unit 124 of the image encoding apparatus predicts a target block using reference samples around the target block and generates a second prediction block.
  • the intra prediction mode used to generate the second prediction block any one of the aforementioned plurality of intra prediction modes may be fixedly used.
  • a planar mode or a DC mode may be used as a prediction mode for generating the second prediction block.
  • the final prediction block is generated by an average or weighted average between the first prediction block and the second prediction block.
  • P inter denotes a first prediction block generated through inter prediction
  • P intra denotes a second prediction block generated through intra prediction
  • wt represents the weight
  • +2 is the offset for the rounding operation.
  • the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus extracts information on the motion vector of the target block from the bitstream and determines the motion vector of the target block. Then, the target block is predicted in the same manner as in the video encoding apparatus.
  • inter-intra merge prediction is a technique of supplementing an inter prediction signal through an intra prediction signal, it may be effective when inter prediction is somewhat inaccurate, for example, when a motion vector of a target block is determined by a merge mode. Therefore, inter-intra merge prediction can be applied only when the motion vector of the target block is determined by the merge mode.
  • the bidirectional optical flow is a technique for additionally compensating the motion of predicted samples using bidirectional motion prediction based on the assumption that a sample or an object constituting an image moves at a constant speed and there is little change in a sample value.
  • BIO is a reference diagram for explaining the basic concept of BIO.
  • Bidirectional motion vectors indicating corresponding regions (i.e., reference blocks) that are most similar to the current picture's coded target block in reference pictures (Ref 0 and Ref 1 ) by (normal) bidirectional motion prediction for the target block
  • MV 0 and MV 1 have been determined.
  • These two motion vectors are values representing motion of the entire target block.
  • the sample in the reference picture (Ref 0 ) indicated by the motion vector (MV 0 ) as corresponding to the sample P in the target block is P 0
  • the sample in the reference picture (Ref 1 ) indicated by) is P 1 .
  • the point in Ref1 that is most similar to sample P in the target block is not P1 indicated by the bidirectional motion vector (MV1), but B, which is moved by a predetermined displacement vector (-v x t 0 , -v y t 1 ).
  • . t 0 and t 1 denote time-axis distances for Ref0 and Ref1, respectively, based on the current picture, and are calculated based on POC (Picture Order Count).
  • (v x , v y ) will be referred to as “optical flow”.
  • the reference samples (P0, P1) indicated by the bidirectional motion vectors (MV0, MV1) are used. A more accurate prediction is possible.
  • the value of the sample in the reference picture (Ref 0 ) indicated by the motion vector (MV 0 ) as corresponding to the sample (i,j) in the target block is defined as I (0) (i,j), and the sample in the target block ( As corresponding to i,j), the value of the sample in the reference picture Ref 1 indicated by the motion vector MV 1 is defined as I (1) (i, j).
  • the value of the sample A in the reference picture Ref 0 indicating that the BIO motion vector (v x , v y ) corresponds to the sample in the target block is I (0) (i + v x t 0 , j + v y t 0 ) It may be defined, and the value of sample B in the reference picture Ref 1 may be defined as I (1) (i-v x t 1 , j-v y t 1 ).
  • a and B can be expressed as in Equation 2.
  • t 0 and t 1 denote time-axis distances for Ref0 and Ref1, respectively, based on the current picture, and are calculated based on POC (Picture Order Count).
  • POC Picture Order Count
  • the bidirectional optical flow (v x , v y ) of each sample in the block is determined as a solution that minimizes ⁇ defined as the difference between sample A and sample B.
  • ⁇ can be defined as Equation 3.
  • the BIO motion vector for the currently predicted sample (i, j) is the difference in Equation 3 for all samples (i', j') present in the mask ⁇ of a constant size centered on the sample (i, j)
  • the optical flow for the current sample (i, j) is an objective function ⁇ (v x ) that is the sum of squares of the difference value ⁇ [i',j'] obtained for each sample in the mask ⁇ , as shown in Equation 4 below.
  • v y ) can be determined as a vector minimizing.
  • one of the two reference pictures used for bidirectional prediction is ahead of the current picture in display order and the other is later than the current picture, and the distances from the two reference pictures to the current picture are the same, that is, This can be applied when the difference in picture order count (POC) between each reference picture and the current picture is the same.
  • POC picture order count
  • bidirectional optical flow of the present disclosure may be applied only to a luma component.
  • the bidirectional optical flow of the present disclosure is performed on a subblock basis, not a pixel basis, for a target block to which bidirectional prediction is applied.
  • the size of the subblock may have various sizes, such as 2x2, 4x4, 8x8, etc., hereinafter, for convenience of description, the size of the subblock is assumed to be 4x4.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus Before performing the optical flow, the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus generates two reference blocks for the target block using the above-described bidirectional prediction.
  • the first reference block means a block composed of prediction samples generated from the reference picture Ref0 using the first motion vector MV0 of the target block
  • the second reference block is the second reference block. 2 Refers to a block composed of prediction samples generated from a reference picture Ref1 using a motion vector MV1.
  • the inter prediction unit 124 uses horizontal and vertical gradient values of prediction samples in the first reference block and the second reference block, and is referred to as an optical flow for each of the 4x4 subblocks constituting the target block (v x , v y ).
  • the optical flow (v x , v y ) is determined such that a difference between prediction samples from the reference picture Ref0 and the prediction samples from the reference picture Ref1 is minimized.
  • the inter prediction unit 124 derives a sample offset for correcting bidirectional prediction samples for the subblock by using the (v x , v y ) calculated for the 4x4 subblock and the gradients of prediction samples in the 4x4 subblock. do.
  • the inter prediction unit 124 calculates horizontal and vertical gradients of sample values at positions (i, j) using Equation (5).
  • each reference block is extended by 1 column to the left and right and by 1 row respectively to the top and bottom.
  • each sample of the extended portion may be padded with a sample or an integer sample of the nearest position in the reference block.
  • gradients at a sample location outside the boundary of each reference block may be padded with gradients corresponding to a sample at the nearest location.
  • the inter prediction unit 124 uses horizontal and vertical gradients within a 6x6 window covering a 4x4 subblock as shown in FIG. 7 to perform auto-correlation and cross-correlation of the gradients.
  • the corresponding S1, S2, S3, S5, S6 are calculated.
  • ⁇ means a window covering the subblock.
  • ⁇ x (i,j) is the sum of the horizontal gradient values at positions (i,j) in the first reference block and the second reference block
  • ⁇ y (i, j) means the sum of the vertical gradient values at the position (i,j) in the first reference block and the second reference block
  • ⁇ (i,j) is at the position (i,j) in the second reference block. It means the difference between the sample value and the sample value at the position (i,j) in the first reference block.
  • na and nb are values derived from bit depth, and have values of min(1, bitDepth-11) and min(4, bitDepth-8).
  • the inter prediction unit 124 calculates optical flows (v x , v y ) for 4x4 subblocks through Equation 8 using S1, S2, S3, S5, and S6.
  • the sample offset for correcting the prediction sample at each sample position (x, y) in the 4x4 subblock of the target block is, as shown in Equation 9, the optical flow and the sample position (x, y) calculated for the 4x4 subblock. ) Can be calculated using gradient values.
  • rnd() means a round-off operation.
  • the inter prediction unit 124 includes a sample offset b(x,y) at position (x, y) and prediction samples I (0) (x,y) and I (1) in the first and second reference blocks .
  • a final prediction sample pred(x,y) is generated as shown in Equation 10 using (x,y).
  • shift is Max(3, 15-BitDepth)
  • O offset is a value for rounding operation, which is half of shift.
  • the bidirectional optical flow scheme uses values of predicted prediction samples using motion information (two motion vectors and two reference pictures) used for bidirectional prediction. Therefore, the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus can also perform a bidirectional optical flow in the same manner as the video encoding apparatus using motion information (motion vector, reference picture) used for bidirectional prediction received from the video encoding apparatus. I can. Signaling of additional information for a bidirectional optical flow process from the video encoding apparatus to the video decoding apparatus is not required.
  • the above-described bidirectional optical flow technique may be extendedly applied to a chroma component.
  • the optical flow calculated for the luma component may be used as the optical flow for the color difference component without recalculating the optical flow (v x , v y ) for the color difference component. Therefore, when bidirectional optical flow is applied to a chroma component, only the horizontal and vertical gradients of the chroma component of each sample need to be calculated.
  • the bidirectional optical flow may be constrained not to be used together with the inter-intra merge prediction technique. Since intra prediction uses undistorted samples around the target block, it is possible to predict the target block after all of the decoding (sample restoration) of the neighboring blocks is completed. Therefore, when both inter-intra merge prediction and bidirectional optical flow are applied, the bidirectional optical flow processor must be stopped until intra prediction for the target block is performed after all decoding of neighboring blocks of the target block is completed, and accordingly. It may cause a serious delay in the decryption process. Therefore, bidirectional optical flow may not be applied to a block to which inter-intra merge prediction is applied.
  • the bidirectional optical flow may be constrained not to be used with local illumination compensation to be described later. For example, when the local illumination compensation is applied, the bidirectional optical flow is not applied.
  • application of the bidirectional optical flow may be restricted according to the size of the target block. For example, when the height of the target block is 4 or the width and height of the target block are 4 and 8, respectively, the bidirectional optical flow may not be applied.
  • the inter prediction described so far is motion prediction reflecting a translation motion model.
  • it is a technique for predicting motion in the horizontal direction (x-axis direction) and vertical direction (y-axis direction).
  • various types of motion such as rotation, zoom-in, or zoom-out.
  • An aspect of the present disclosure provides affine motion prediction that can cover these various types of motion.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram for explaining affine motion prediction.
  • FIG. 8(A) motion vectors of two control points, that is, the top-left corner and the top-right corner of the current block to be encoded, that is, 4 It is a model using two parameters.
  • FIG. 8(B) is a model using motion vectors of three control points, that is, six parameters: top left ear, top right ear, and bottom-left corner of the target block.
  • Equation 11 The four-parameter affine model is expressed as in Equation 11.
  • the motion at the sample position (x, y) in the object block can be calculated by Equation 11.
  • the position of the upper left sample of the target block is assumed to be (0,0).
  • Equation 12 The six-parameter affine model is expressed as Equation 12.
  • the motion at the sample position (x, y) in the object block can be calculated by Equation 12.
  • (mv 0x , mv 0y ) is the motion vector of the upper left ear control point
  • (mv 1x , mv 1y ) is the motion vector of the upper right ear control point
  • (mv 2x , mv 2y ) is the motion vector of the lower left ear control point.
  • W is a constant determined from the horizontal length of the target block
  • H is a constant determined from the vertical length of the target block.
  • the affine motion prediction may be performed using a motion vector calculated through Equation 11 or Equation 12 for each sample in the target block.
  • the size of the subblock may be 4x4, or may be 2x2 or 8x8.
  • an example of performing affine motion prediction on a target block in units of 4x4 subblocks will be described. This example is for convenience of description and does not limit the present invention.
  • a motion vector (affine motion vector) of each subblock is calculated by substituting the center position of each subblock into (x, y) of Equation 11 or 12.
  • the center position may be an actual center point of the subblock or a sample position at the lower right of the center point.
  • the center position of the subblock may be (1.5, 1.5) or (2,2).
  • the prediction block for each subblock is generated using the affine motion vectors (mv x , mv y ) of the corresponding subblock.
  • the motion vectors (mv x , mv y ) may be set to have 1/16 sample precision.
  • the motion vectors (mv x , mv y ) calculated through Equation 11 or 12 may be rounded to 1/16 sample units.
  • adaptive motion vector resolution may be applied to affine motion prediction as in general inter prediction. In this case, information on the motion vector resolution of the target block, that is, the precision of the motion vector, is signaled for each target block.
  • the affine motion prediction may be performed not only on a luma component but also on a chroma component.
  • the affine motion prediction for the luminance component may be performed in units of 4x4 subblocks
  • the affine motion prediction for the chrominance component may be performed in units of 2x2 subblocks.
  • the motion vectors (mv x , mv y ) of each subblock of the color difference component may be derived from the motion vectors of the corresponding luminance components.
  • the size of the subblock for predicting the affine motion of the color difference component may be the same as that of the luminance component.
  • the affine motion prediction is performed on the luminance component in units of 4x4 subblocks
  • the affine motion prediction is performed on the color difference component in a 4x4 subblock size.
  • the motion vectors (mv x , mv y ) for the subblock of the chrominance component are four of the corresponding luminance components. It can be calculated through an average operation of motion vectors of a subblock.
  • the video encoding apparatus selects an optimal prediction method by performing intra prediction, inter prediction (translational motion prediction), affine motion prediction, and the like, and calculating a rate-distortion (RD) cost.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus determines which of the two types of models to use, and determines two or three control points according to the determined type.
  • the inter prediction unit 1214 calculates motion vectors (mv x , mv y ) for each of 4x4 subblocks in the target block using motion vectors of control points.
  • a prediction block for each subblock in the target block is generated.
  • the entropy encoder 155 of the video encoding apparatus is related to affine including a flag indicating whether affine motion prediction is applied to the target block, type information indicating the type of affine model, and motion information indicating a motion vector of each control point.
  • the syntax elements are encoded and transmitted to an image decoding apparatus.
  • Type information and motion information of control points may be signaled when affine motion prediction is performed, and motion vectors of control points may be signaled as many as the number determined according to the type information.
  • motion vector resolution information for the affine motion vector of the target block is signaled.
  • the video decoding apparatus determines the type of affine model and control point motion vectors using the signaled syntax, and uses Equation 11 or 12 to determine a motion vector (mv x , mv y ). If the motion vector resolution information for the affine motion vector of the target block is signaled, the motion vector (mv x , mv y ) is corrected to the precision identified by the motion vector resolution information through an operation such as rounding.
  • the image decoding apparatus generates a prediction block for each subblock by performing motion compensation in a reference picture using motion vectors (mv x , mv y ) for each subblock.
  • the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus derives a motion vector of each control point from neighboring blocks of a target block.
  • the inter prediction unit 124 generates a merge candidate list by deriving a predefined number of merge candidates from, for example, neighboring samples (L, BL, A, AR, AL) of the target block shown in FIG. 4. .
  • Each of the merge candidates included in the list corresponds to a pair of motion vectors of two or three control points.
  • the inter prediction unit 124 derives a merge candidate from control point motion vectors of the neighboring blocks predicted in the affine mode among neighboring blocks determined as the affine mode.
  • the number of merge candidates derived from neighboring blocks predicted in the affine mode may be limited.
  • the inter prediction unit 124 may derive a total of two merge candidates, one of L and BL, and one of A, AR, and AL, from neighboring blocks predicted in the affine mode.
  • the priority may be the order of L, BL, and the order of A, AR, and AL.
  • the inter prediction unit 124 may derive an insufficient number of merge candidates from a translational motion vector of a neighboring block.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram for explaining a method of deriving merge candidates for affine motion prediction from a translation motion vector of a neighboring block.
  • the inter prediction unit 124 derives one control point motion vector CPMV1, CPMV2, and CPMV3 from neighboring block groups ⁇ B2, B3, A2 ⁇ , neighboring block groups ⁇ B1, B0 ⁇ , and neighboring block groups ⁇ A1, A0 ⁇ . .
  • the priority within each neighboring block group may be the order of B2, B3, and A2, the order of B1 and B0, and the order of A1 and A0.
  • another control point motion vector CPMV4 is derived from a collocated block T in the reference picture.
  • the inter prediction unit 124 generates an insufficient number of merge candidates by combining two or three control point motion vectors from among the four control point motion vectors.
  • the priorities of the combinations are as follows. The elements in each group are listed in the order of top left ear, top right ear, and bottom left ear control point motion vector.
  • the inter prediction unit 124 selects a merge candidate from the merge candidate list and performs affine motion prediction on the target block.
  • affine motion prediction is performed using a 4-parameter model.
  • affine motion prediction is performed using a 6-parameter model.
  • the entropy encoder 155 of the image encoding apparatus encodes index information indicating a merge candidate selected from among merge candidates in the merge candidate list and signals the index information to the image decoding apparatus.
  • the entropy decoding unit 510 of the video decoding apparatus decodes index information signaled from the video encoding apparatus.
  • the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus constructs a merge candidate list in the same manner as the image encoding apparatus, and performs affine motion prediction using control point motion vectors corresponding to the merge candidate indicated by the index information.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus determines the type of an affine model and control point motion vectors for the target block. Then, a motion vector difference, which is a difference between the actual control point motion vectors of the target block and the predicted motion vectors of each control point, is calculated, and a differential motion vector for each control point is encoded and transmitted. To this end, the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus constructs a predefined number of affine AMVP lists. When the target block is of 4 parameter type, each of the candidates included in the list consists of a pair of two control point motion vectors.
  • each of the candidates included in the list consists of a pair of three control point motion vectors.
  • the affine AMVP list can be derived using control point motion vectors or translation motion vectors of neighboring blocks similar to the method of constructing the merge candidate list described above.
  • the affine model type of the target block should be considered.
  • the video encoding apparatus derives two control point motion vectors (upper left and upper right ear control point motion vectors of the target block) using the affine model of the neighboring block.
  • the affine model type of the target block is 6 parameter type, three control point motion vectors (top-left, top-right, and bottom-left control point motion vectors of the target block) are derived using the affine model of the neighboring block.
  • Equation 11 an affine model of a neighboring block represented by Equation 11 may be used.
  • Equation 11 (mv 0x , mv 0y ) and (mv 1x , mv 1y ) are replaced with motion vectors of the top-left corner and the top-right ear control point of the surrounding block, respectively.
  • W is replaced by the width of the surrounding block.
  • the predicted motion vector for each control point of the target block can be derived by inputting the difference between the position of the corresponding control point of the target block and the position of the upper left ear of the neighboring block in (x, y).
  • Equation 11 an affine model of a neighboring block represented by Equation 11 may be used.
  • Equation 12 (mv 0x , mv 0y ), (mv 1x , mv 1y ), and (mv 2x , mv 2y ) are replaced by motion vectors of control points of the upper left ear, upper right ear and lower left ear of the neighboring block, respectively.
  • W and H are replaced by the horizontal and vertical lengths of the surrounding blocks, respectively.
  • the predicted motion vector for each control point of the target block can be derived by inputting the difference between the position of the corresponding control point of the target block and the position of the upper left ear of the neighboring block in (x, y).
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus selects one candidate from the affine AMVP list, and generates a differential motion vector between the motion vectors of each control point and the predicted motion vector of the corresponding control point of the selected candidate.
  • the entropy encoder 155 of the video encoding apparatus encodes the type information indicating the affine model type of the target block, index information indicating a candidate selected from the candidates in the affine AMVP list, and a differential motion vector corresponding to each control point to decode the image. To the device.
  • the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus determines an affine model type by using information signaled from the video encoding apparatus and generates a differential motion vector of each control point. Then, the affine AMVP list is generated in the same manner as the video encoding apparatus, and a candidate indicated by the signaled index information in the affine AMVP list is selected. The inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus calculates a motion vector of each control point by adding a predicted motion vector of each control point of the selected candidate and a corresponding differential motion vector.
  • the affine motion prediction for the target block in units of subblocks has been described above.
  • Another aspect of the present disclosure relates to adjusting sample values of prediction samples generated from affine motion prediction in units of subblocks in units of samples. Motion according to the position of each sample is additionally compensated in the subblock, which is a unit in which affine motion prediction is performed.
  • the video encoding apparatus uses the horizontal and vertical gradient g x at each sample position.
  • Compute (i,j) and g y (i,j). Equation 13 may be used for the gradient operation.
  • the sample offset ⁇ I(i,j) for adjusting the prediction sample is calculated as shown in the following equation.
  • ⁇ mv(i,j) replaces (x, y) in Equations 11 and 12 with an offset in the horizontal and vertical directions from the subblock center position to the sample position (i,j), and the last term " It can be calculated through an equation except for + mv 0x "and "+ mv 0y ".
  • the center position may be an actual center point of the subblock or a sample position at the lower right of the center point.
  • ⁇ mv(i,j) the difference between the motion vector of each control point of the target block used in the calculation of ⁇ mv(i,j) and the sample position (i,j) and the subblock center position is the same for all subblocks.
  • ⁇ mv(i,j) values are computed only for one subblock, eg, the first subblock, and can be reused for other subblocks.
  • the technique of the present disclosure is based on the assumption that the object moves at a constant speed and the change of sample values is smooth. Therefore, by multiplying the x component ( ⁇ mv x ) and y component ( ⁇ mv y ) of ⁇ mv(i,j) by the sample gradient values in the horizontal and vertical directions, respectively, the amount of sample change in the horizontal direction and the amount of sample change in the vertical direction are obtained, The sample offset ⁇ I(i,j) is calculated by adding the two variations.
  • the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus and the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus perform the above-described process to perform the affine motion prediction. Modify the sample values of the generated prediction samples.
  • the gradient values are derived from prediction samples generated through affine motion prediction, and ⁇ mv(i,j) is derived from the control point motion vectors of the target block. Therefore, signaling of additional information for the process of this technique is not required from the video encoding device to the video decoding device.
  • the sample unit adjustment technique for affine motion prediction samples described above is applied to the luma component. Additionally, this technique can be applied extensively to color difference components. In the case of extended application, ⁇ mv x and ⁇ mv y for the color difference component can be used as it is for ⁇ mv x and ⁇ mv y that were calculated for the luma component without a separate calculation. That is, the image encoding apparatus and the image decoding apparatus calculate gradient values for predicted samples of a color difference component generated through affine motion prediction. And by substituting ⁇ mv x and ⁇ mv y calculated on the gradient values of the color difference component and the luma component into Equations 14 and 15, predicted samples of the color difference component generated through affine motion prediction can be adjusted.
  • the image encoding apparatus may determine whether to apply the present technique in units of a predefined image region, and may signal a flag indicating whether to apply the technique to the image decoding apparatus.
  • the predefined image area may be a sequence of pictures, a picture, or a slice.
  • the flag may be included in the header of the sequence (SPS), the header of the picture (PPS), or the slice header, respectively.
  • the video decoding apparatus may extract a corresponding flag included in the bitstream, and determine whether the present technique is applied to blocks in an image area corresponding to the extracted flag.
  • the affine type of the target block is a 4-parameter model, this technique is not executed when the motion vectors of the control points of the top left ear and the top right ear are the same. In the case of a 6-parameter model, this technique is not executed when the motion vectors of the control points of the top left ear, the top right ear, and the bottom left ear are the same.
  • whether to apply this technique may be determined based on the angle between the control point motion vectors. For example, when the angle between the control point motion vectors is an obtuse angle (that is, when the dot product between the vectors is negative), the present technique may not be applied. Alternatively, when the control point motion vectors are at an acute angle to each other (that is, when the dot product between vectors is positive), it may be restricted so that the present technique is not applied.
  • control point motion vectors of the target block refer to reference pictures in different reference picture lists
  • the application of this technique may be excluded.
  • the present technique may be constrained not to be used with an inter-intra merge prediction technique, as in the case of a bidirectional optical flow.
  • the application of this technique may be excluded in the case of applying the local illumination compensation described below or in the case of bidirectional prediction.
  • the local lighting compensation technology is an encoding technology that compensates for the amount of change by using a linear model of lighting changes of the current block and the prediction block.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus determines a reference block in a reference picture using a motion vector (translational motion vector) of the target block, and calculates the reconstructed samples around the reference block (upper and left).
  • the parameters of the linear model for lighting compensation are obtained using the undulating samples around the block (top and left).
  • the final prediction samples are generated by applying the weight of A and the offset of b to samples in the prediction block (reference block) generated by the motion vector of the target block, as shown in Equation 17.
  • pred[x][y] is a prediction sample of the (x, y) position generated by the motion vector of the target block
  • pred LIC [x][y] is a final prediction sample after illumination compensation.
  • Another aspect of the present disclosure relates to a technique that combines this illumination compensation technique with affine motion prediction.
  • one illumination compensation parameter set (A, b) is derived for a target block, and the same parameter is applied to all subblocks in the target block. That is, the entire target block is modified through one illumination compensation parameter.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus uses the affine motion vector of the subblock located at the top left of the target block or the motion vector of the top left ear control point of the target block. You can determine the location. Unstable samples around the determined reference block are used for parameter derivation.
  • the position of the reference block may be determined using the affine motion vector of the central subblock in the target block.
  • the illumination compensation parameter is derived using the undistorted samples adjacent to the upper and left sides of the reference block and corresponding uneven samples adjacent to the upper and left sides of the target block.
  • a plurality of subblocks in the target block may be used.
  • the inter prediction unit 124 determines reference subblocks corresponding to each of the boundary subblocks using affine motion vectors of subblocks (boundary subblocks) located at the boundary within the target block.
  • Samples for deriving the illumination compensation parameter are extracted from the undulation samples adjacent to the boundary subblocks in the object block and the reference subblocks corresponding thereto.
  • Subblocks located at the upper boundary in the target block and reference subblocks corresponding thereto are extracted from the undistorted samples adjacent to the upper side, and subblocks located at the left boundary in the target block and reference subblocks corresponding thereto. For the blocks, it is extracted from the undulating samples adjacent to the left.
  • One or more of the coding tools described above may be used to improve the prediction performance of inter prediction, and the application of some coding tools to solve problems such as complexity or delay may have a constraint that excludes the application of other coding tools. .
  • the sample unit adjustment for the affine prediction sample and the bidirectional optical flow are both techniques for modifying prediction samples after prediction, and a gradient of samples is used for modification. Therefore, in order to reduce the amount of calculation and hardware complexity, the calculation formula of the bidirectional optical flow may be modified in the form of a calculation formula for adjusting a sample unit for an affine prediction sample in bidirectional prediction. Alternatively, it is also possible to express a calculation formula for adjusting a sample unit for an affine prediction sample in bidirectional prediction in the form of a calculation formula of a bidirectional optical flow.
  • the video encoding apparatus and the video decoding apparatus perform sample-based adjustment of the affine prediction sample for each of the reference picture of reference picture list 0 and the reference picture of reference picture list 1 to obtain two prediction blocks. Generate them.
  • the two prediction blocks are generated by Equations 14 to 15.
  • the final prediction block for the target block may be generated by an average operation between two prediction blocks.
  • the process of generating the final prediction block is expressed as an equation as follows.
  • Equation 18 "I 0 (i,j) + clip3()" is a prediction block from a reference picture of reference picture list 0, and "I 1 (i,j) + clip3()" is a prediction block of reference picture list 1. It is a prediction block from a reference picture.
  • Equation 9 the equation for obtaining the final prediction sample in the bidirectional optical flow can be expressed as follows.
  • Equation 19 is expressed in the form of Equation 18, it is as follows.
  • Equation 20 is expressed in a form similar to the sample unit adjustment technique for the affine prediction sample, it is not necessary to separately design hardware for the calculation of the equation according to the bidirectional optical flow technique. Further, since Equation 20 is expressed in the form of an average of a prediction block from a reference picture of reference picture list 0 and a prediction block from a reference picture of reference picture list 1, hardware design is simplified.
  • the non-transitory recording medium includes, for example, all kinds of recording devices in which data is stored in a form readable by a computer system.
  • the non-transitory recording medium includes a storage medium such as an erasable programmable read only memory (EPROM), a flash drive, an optical drive, a magnetic hard drive, and a solid state drive (SSD).
  • EPROM erasable programmable read only memory
  • SSD solid state drive

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Abstract

본 발명은 인터 예측을 이용하여 픽처들을 복호화하는 영상 복호화 장치에 관한 것으로, 상기 영상 복호화 장치는 예측부를 포함한다. 상기 예측부는, 복호화하고자 하는 현재 픽처 내 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하고, 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상하는 제1 코딩 툴을 실행함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정한다.

Description

인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치
본 발명은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것으로서, 특히, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool)과 관련된다.
비디오 데이터는 음성 데이터나 정지 영상 데이터 등에 비하여 많은 데이터량을 가지기 때문에, 압축을 위한 처리 없이 그 자체를 저장하거나 전송하기 위해서는 메모리를 포함하여 많은 하드웨어 자원을 필요로 한다.
따라서, 통상적으로 비디오 데이터를 저장하거나 전송할 때에는 부호화기를 사용하여 비디오 데이터를 압축하여 저장하거나 전송하며, 복호화기에서는 압축된 비디오 데이터를 수신하여 압축을 해제하고 재생한다. 이러한 비디오 압축 기술로는 H.264/AVC를 비롯하여, H.264/AVC에 비해 약 40% 정도의 부호화 효율을 향상시킨 HEVC(High Efficiency Video Coding)가 존재한다.
그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임율이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 부호화해야 하는 데이터량도 증가하고 있으므로 기존의 압축 기술보다 더 부호화 효율이 좋고 화질 개선 효과도 높은 새로운 압축 기술이 요구된다.
영상(비디오) 부호화에서는 압축 성능의 개선을 위해 예측 부호화가 주로 사용된다. 현재 픽처 내의 기복원된 샘플들을 이용하여 부호화하고자 하는 대상블록을 예측하는 인트라 예측과, 먼저 복원된 참조 픽처 내를 이용하여 현재블록을 예측하는 인터 예측이 존재한다. 특히, 인터 예측은 인트라 예측과 비교하여 압축 성능이 우수하여 비디오 부호화에 많이 사용되고 있다.
본 개시에서는 기존의 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴을 제안한다.
본 개시는 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴에 관한 것으로, 일 측면으로서, 병진 움직임(translation motion)뿐만 아니라 객체의 다양한 움직임에 대한 보상이 가능한 코딩 툴과 관련된다.
본 개시의 일 측면은, 인터 예측을 이용하여 픽처들을 복호화하는 영상 복호화 장치를 제공한다. 상기 장치는, 복호화하고자 하는 현재 픽처 내 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하고, 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상하는 제1 코딩 툴을 실행함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정하는 예측부를 포함한다. 상기 예측부는, 상기 제어점 움직임벡터들의 값들 또는 상기 제어점 움직임벡터들 간의 각도 중 적어도 하나에 기반하여 상기 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정한다.
본 개시의 다른 측면은, 인터 예측을 이용하여 픽처들을 부호화하는 영상 부호화 장치를 제공한다. 상기 장치는, 부호화하고자 하는 현재 픽처로부터 분할된 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 결정하고 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하고, 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상하는 제1 코딩 툴을 실행함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정하는 예측부를 포함한다. 상기 예측부는, 상기 제어점 움직임벡터들의 값들 또는 상기 제어점 움직임벡터들 간의 각도 중 적어도 하나에 기반하여 상기 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정한다.
본 개시의 또 다른 측면은, 인터 예측을 이용한 영상 복호화 방법을 제공한다. 상기 방법은, 복호화하고자 하는 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하는 단계; 상기 제어점 움직임벡터들의 값들 또는 상기 제어점 움직임벡터들 간의 각도 중 적어도 하나에 기반하여 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정하는 단계; 및, 상기 제1 코딩 툴이 실행될 때, 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 복수의 인트라 예측 모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 본 개시가 제공하는 양방향 옵티컬 플로우(bi-prediction optical flow)의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 양방향 옵티컬 플로우에서 블록 경계 샘플에 대한 그래디언트(gradient)를 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8 및 도 9는 본 개시가 제공하는 아핀 움직임 예측(affine motion prediction)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 주변블록의 병진 움직임벡터(translation motion vector)로부터 아핀 움직임 예측을 위한 머지 후보들을 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 개시가 제공하는 조명 보상의 일 실시예에 따라 조명 보상 파라미터를 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 식별 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 1을 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 부호화 장치는 블록 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 재정렬부(150), 엔트로피 부호화부(155), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 루프 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
영상 부호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
하나의 영상(비디오)는 복수의 픽처들을 포함하는 하나 이상의 시퀀스로 구성된다. 각 픽처들은 복수의 영역으로 분할되고 각 영역마다 부호화가 수행된다. 예를 들어, 하나의 픽처는 하나 이상의 타일(Tile) 또는/및 슬라이스(Slice)로 분할된다. 여기서, 하나 이상의 타일을 타일 그룹(Tile Group)으로 정의할 수 있다. 각 타일 또는/슬라이스는 하나 이상의 CTU(Coding Tree Unit)로 분할된다. 그리고 각 CTU는 트리 구조에 의해 하나 이상의 CU(Coding Unit)들로 분할된다. 각 CU에 적용되는 정보들은 CU의 신택스로서 부호화되고, 하나의 CTU에 포함된 CU들에 공통적으로 적용되는 정보는 CTU의 신택스로서 부호화된다. 또한, 하나의 슬라이스 내의 모든 블록들에 공통적으로 적용되는 정보는 슬라이스 헤더의 신택스로서 부호화되며, 하나 이상의 픽처들을 구성하는 모든 블록들에 적용되는 정보는 픽처 파라미터 셋(PPS, Picture Parameter Set) 혹은 픽처 헤더에 부호화된다. 나아가, 복수의 픽처로 구성된 시퀀스에 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 또한, 하나의 타일 또는 타일 그룹에 공통으로 적용되는 정보는 타일 또는 타일 그룹 헤더의 신택스로서 부호화될 수도 있다. SPS, PPS, 슬라이스 헤더, 타일 또는 타일 그룹 헤더에 포함되는 신택스들은 하이-레벨(high level) 신택스로 칭할 수 있다.
블록 분할부(110)는 CTU(Coding Tree Unit)의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
블록 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 CTU(Coding Tree Unit)들로 분할한 이후에, 트리 구조(tree structure)를 이용하여 CTU를 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다.
트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT), 또는 상위 노드가 1:2:1 비율로 세 개의 하위 노드로 분할되는 터너리트리(TernaryTree, TT), 또는 이러한 QT 구조, BT 구조 및 TT 구조 중 둘 이상을 혼용한 구조일 수 있다. 예컨대, QTBT(QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있고, 또는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 여기서, BTTT를 합쳐서 MTT(Multiple-Type Tree)라 지칭될 수 있다.
도 2는 QTBTTT 분할 트리 구조를 보인다. 도 2에서 보는 바와 같이, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달할 때까지 반복될 수 있다. QT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. QT의 리프 노드가 BT에서 허용되는 루트 노드의 최대 블록 크기(MaxBTSize)보다 크지 않은 경우, BT 구조 또는 TT 구조 중 어느 하나 이상으로 더 분할될 수 있다. BT 구조 및/또는 TT 구조에서는 복수의 분할 방향이 존재할 수 있다. 예컨대, 해당 노드의 블록이 가로로 분할되는 방향과 세로로 분할되는 방향 두 가지가 존재할 수 있다. 도 2와 같이, MTT 분할이 시작되면, 노드들이 분할되었는지 여부를 지시하는 제2 플래그(mtt_split_flag)와, 분할이 되었다면 추가적으로 분할 방향(vertical 혹은 horizontal)을 나타내는 플래그 및/또는 분할 타입(Binary 혹은 Ternary)을 나타내는 플래그가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. 대안적으로, 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)를 부호화하기에 앞서, 그 노드가 분할되는지 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)가 부호화될 수도 있다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할되지 않았음을 지시하는 경우, 해당 노드의 블록이 분할 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 되어 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할됨을 지시하는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 방식으로 제1 플래그부터 부호화를 시작한다.
트리 구조의 다른 예시로서 QTBT가 사용되는 경우, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. BT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 블록으로 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할되는 타입을 지시하는 분할 타입 정보가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 한편, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태에는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태가 포함될 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태가 포함될 수도 있다.
CU는 CTU로부터의 QTBT 또는 QTBTTT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBTTT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다. QTBTTT 분할의 채용에 따라, 현재블록의 모양은 정사각형뿐만 아니라 직사각형일 수도 있다.
예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다.
인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 샘플(참조 샘플)들을 이용하여 현재블록 내의 샘플들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재한다. 예컨대, 도 3a에서 보는 바와 같이, 복수의 인트라 예측모드는 planar 모드와 DC 모드를 포함하는 2개의 비방향성 모드와 65개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 샘플과 연산식이 다르게 정의된다.
인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측모드들에 대한 레이트 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 레이트 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 레이트 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다.
인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측모드 중에서 하나의 인트라 예측모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측모드에 따라 결정되는 주변 샘플(참조 샘플)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측모드에 대한 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 통해 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 인터 예측부(124)는 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(motion vector)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 모션 벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는, 예측의 정확성을 높이기 위해, 참조 픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 샘플 사이의 서브 샘플들은 그 두 정수 샘플을 포함한 연속된 복수의 정수 샘플들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조 픽처에 대해서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임 벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)은 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도가 적용되는 경우 각 대상 영역에 적용할 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 대상 영역마다 시그널링되어야 한다. 예컨대, 대상 영역이 CU인 경우, 각 CU마다 적용된 움직임벡터 해상도에 대한 정보가 시그널링된다. 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 후술할 차분 움직임벡터의 정밀도를 나타내는 정보일 수 있다.
한편, 인터 예측부(124)는 양방향 예측(bi-prediction)을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 양방향 예측의 경우, 두 개의 참조 픽처와 각 참조 픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록 위치를 나타내는 두 개의 움직임벡터가 이용된다. 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)로부터 각각 제1 참조픽처 및 제2 참조픽처를 선택하고, 각 참조픽처 내에서 현재블록과 유사한 블록을 탐색하여 제1 참조블록과 제2 참조블록을 생성한다. 그리고, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중 평균하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고 현재블록을 예측하기 위해 사용한 두 개의 참조픽처에 대한 정보 및 두 개의 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보를 부호화부(150)로 전달한다. 여기서, 참조픽처 리스트 0은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이전의 픽처들로 구성되고, 참조픽처 리스트 1은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이후의 픽처들로 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 순서 상으로 현재 픽처 이후의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 0에 추가로 더 포함될 수 있고, 역으로 현재 픽처 이전의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 1에 추가로 더 포함될 수도 있다.
움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
예컨대, 현재블록의 참조픽처와 움직임벡터가 주변블록의 참조픽처 및 움직임벡터와 동일한 경우에는 그 주변블록을 식별할 수 있는 정보를 부호화함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 복호화 장치로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 '머지 모드 (merge mode)'라 한다.
머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다.
머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(L), 상단블록(A), 우상단블록(AR), 좌하단블록(BL), 좌상단블록(AL) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 머지 후보로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 머지 후보로서 추가로 더 사용될 수 있다.
인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기 결정된 개수의 머지 후보를 포함하는 머지 리스트를 구성한다. 머지 리스트에 포함된 머지 후보들 중에서 현재블록의 움직임정보로서 사용할 머지 후보를 선택하고 선택된 후보를 식별하기 위한 머지 인덱스 정보를 생성한다. 생성된 머지 인덱스 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 복호화 장치로 전달된다.
움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP 모드이다.
AMVP 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 2에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(L), 상단블록(A), 우상단블록(AR), 좌하단블록(BL), 좌상단블록(AL) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 사용될 수 있다.
인터 예측부(124)는 이 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 현재블록의 움직임벡터로부터 예측 움직임벡터를 감산하여 차분 움직임벡터를 산출한다.
예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 기 정의된 함수(예컨대, 중앙값, 평균값 연산 등)를 적용하여 구할 수 있다. 이 경우, 영상 복호화 장치도 기 정의된 함수를 알고 있다. 또한, 예측 움직임벡터 후보를 유도하기 위해 사용하는 주변블록은 이미 부호화 및 복호화가 완료된 블록이므로 영상 복호화 장치도 그 주변블록의 움직임벡터도 이미 알고 있다. 그러므로 영상 부호화 장치는 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보를 부호화할 필요가 없다. 따라서, 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보와 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보가 부호화된다.
한편, 예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나를 선택하는 방식으로 결정될 수도 있다. 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보와 함께, 선택된 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보가 추가로 부호화된다.
감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.
변환부(140)는 잔차블록을 하나 이상의 서브블록들로 나누고, 변환을 하나 이상의 서브블록들에 적용하여, 변환블록들의 잔차 값들을 샘플 도메인에서 주파수 도메인으로 변환한다. 주파수 도메인에서, 변환된 블록들은 하나 이상의 변환 계수 값들을 포함하는 계수블록(coefficient block)들 또는 변환블록(transform block)이라고 지칭된다. 변환에는 2차원 변환 커널이 사용될 수 있으며, 수평 방향 변환과 수직 방향 방향에 각각 1차원 변환 커널이 사용될 수도 있다. 변환 커널은 이산 코사인 변환(DCT), 이산 사인 변환(DST) 등에 기반할 수 있다.
변환부(140)는 잔차블록의 전체 크기를 변환 단위로 사용하여 잔차블록 내의 잔차 신호들을 변환할 수 있다. 또는, 잔차블록을 복수 개의 서브블록으로 분할하고 그 서브블록을 변환 단위로 사용하여 서브블록 내의 잔차 신호들을 변환할 수도 있다.
한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 매트릭스가 사용될 수 있다. 예컨대, 가로 방향 변환과 세로 방향 변환을 위한 변환 함수의 쌍을 MTS(Multiple Transform Set)로 정의할 수 있다. 변환부(140)는 MTS 중 변환 효율이 가장 좋은 하나의 변환 함수 쌍을 선택하고 가로 및 세로 방향으로 각각 잔차블록을 변환할 수 있다. MTS 중에서 선택된 변환 함수 쌍에 대한 정보(mts_idx)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화 파라미터를 이용하여 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화부(155)로 출력한다. 양자화부(145)는, 어떤 블록 혹은 프레임에 대해, 변환 없이, 관련된 잔차 블록을 곧바로 양자화할 수도 있다. 양자화부(145)는 변환블록 내의 변환 계수들의 위치에 따라 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 2차원으로 배열된 양자화된 변환 계수들에 적용되는 양자화 계수들의 행렬은 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다. 재정렬부(150)는 계수 스캐닝(coefficient scanning)을 통해 2차원의 계수 어레이를 1차원의 계수 시퀀스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(150)에서는 지그-재그 스캔(zig-zag scan) 또는 대각선 스캔(diagonal scan)을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원의 계수 시퀀스를 출력할 수 있다. 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 계수 어레이를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔, 대각선 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중에서 사용될 스캔 방법이 결정될 수도 있다.
엔트로피 부호화부(155)는, CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code), 지수 골롬(Exponential Golomb) 등의 다양한 부호화 방식을 사용하여, 재정렬부(150)로부터 출력된 1차원의 양자화된 변환 계수들의 시퀀스를 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다.
또한, 엔트로피 부호화부(155)는 블록 분할과 관련된 CTU size, CU 분할 플래그, QT 분할 플래그, MTT 분할 타입, MTT 분할 방향 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보(즉, 인트라 예측모드에 대한 정보) 또는 인터 예측정보(머지 모드의 경우 머지 인덱스, AMVP 모드의 경우 참조픽처 인덱스 및 차분 움직임벡터에 대한 정보)를 부호화한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 양자화와 관련된 정보, 즉, 양자화 파라미터에 대한 정보 및 양자화 행렬에 대한 정보를 부호화한다.
역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.
가산부(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 샘플들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 샘플로서 사용된다.
루프(loop) 필터부(180)는 블록 기반의 예측 및 변환/양자화로 인해 발생하는 블록킹 아티팩트(blocking artifacts), 링잉 아티팩트(ringing artifacts), 블러링 아티팩트(blurring artifacts) 등을 줄이기 위해 복원된 샘플들에 대한 필터링을 수행한다. 루프 필터부(180)는 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
디블록킹 필터(182)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 필터링하고, SAO 필터(184)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 샘플과 원본 샘플 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터로서, 각 복원된 샘플들에 그에 대응하는 오프셋에 가산되는 방식으로 수행된다. ALF(186)는 필터링을 수행할 대상 샘플 및 그 대상 샘플의 주변샘플들에 필터 계수들을 적용하여 대상 샘플에 대한 필터링을 수행한다. ALF(186)는 영상에 포함된 샘플을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
루프 필터부(180)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(190)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조 픽처로 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 기능 블록도이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 영상 복호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510), 재정렬부(515), 역양자화부(520), 역변환부(530), 예측부(540), 가산기(550), 루프 필터부(560) 및 메모리(570)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
엔트로피 복호화부(510)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보와 잔차신호에 대한 정보 등을 추출한다.
엔트로피 복호화부(510)는 SPS(Sequence Parameter Set) 또는 PPS(Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고, CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할정보를 추출함으로써 트리 구조를 이용하여 CTU를 분할한다.
예컨대, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 MTT의 분할과 관련된 제2 플래그(MTT_split_flag) 및 분할 방향(vertical / horizontal) 및/또는 분할 타입(binary / ternary) 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 MTT 구조로 분할한다. 이를 통해 QT의 리프 노드 이하의 각 노드들을 BT 또는 TT 구조로 반복적으로(recursively) 분할한다.
또 다른 예로서, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 CU의 분할 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)를 추출하고, 해당 블록이 분할된 경우, 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출할 수도 있다. 분할 과정에서 각 노드는 0번 이상의 반복적인 QT 분할 후에 0번 이상의 반복적인 MTT 분할이 발생할 수 있다. 예컨대, CTU는 바로 MTT 분할이 발생하거나, 반대로 다수 번의 QT 분할만 발생할 수도 있다.
다른 예로서, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT로 더 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할 방향 정보를 추출한다.
한편, 엔트로피 복호화부(510)는 트리 구조의 분할을 통해 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. 예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 요소(elemenet)를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.
또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화와 관련된 정보, 및 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.
재정렬부(515)는, 영상 부호화 장치에 의해 수행된 계수 스캐닝 순서의 역순으로, 엔트로피 복호화부(510)에서 엔트로피 복호화된 1차원의 양자화된 변환계수들의 시퀀스를 다시 2차원의 계수 어레이(즉, 블록)로 변경할 수 있다.
역양자화부(520)는 양자화 파라미터를 이용하여 양자화된 변환계수들을 역양자화한다. 역양자화부(520)는 2차원으로 배열된 양자화된 변환계수들에 대해 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 역양자화부(520)는 영상 부호화 장치로부터 양자화 계수(스케일링 값)들의 행렬을 양자화된 변환계수들의 2차원 어레이에 적용하여 역양자화를 수행할 수 있다.
역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 복원된 잔차블록을 생성한다. 또한, MTS가 적용된 경우, 역변환부(530)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 MTS 정보(mts_idx)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 각각 적용할 변환 함수 또는 변환 매트릭스를 결정하고, 결정된 변환 함수를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 변환블록 내의 변환계수들에 대해 역변환을 수행한다.
예측부(540)는 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(542)는 현재블록의 예측 타입이 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(544)는 현재블록의 예측 타입이 인터 예측일 때 활성화된다.
인트라 예측부(542)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 요소로부터 복수의 인트라 예측모드 중 현재블록의 인트라 예측모드를 결정하고, 인트라 예측모드에 따라 현재블록 주변의 참조 샘플들을 이용하여 현재블록을 예측한다.
인터 예측부(544)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 요소를 이용하여 현재블록의 움직임벡터와 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정하고, 움직임벡터와 참조픽처를 이용하여 현재블록을 예측한다.
가산기(550)는 역변환부로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부 또는 인트라 예측부로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 샘플들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조샘플로서 활용된다.
루프 필터부(560)는 디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디블록킹 필터(562)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)를 제거하기 위해, 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링한다. SAO 필터(564)는 손실 부호화(lossy coding)으로 인해 발생하는 복원된 샘플과 원본 샘플 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 그에 대응하는 오프셋에 가산되는 방식으로 필터링을 수행한다. ALF(566)는 필터링을 수행할 대상 샘플 및 그 대상 샘플의 주변샘플들에 필터 계수들을 적용하여 대상 샘플에 대한 필터링을 수행한다. ALF(566)는 영상에 포함된 샘플을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호화한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다.
루프 필터부(560)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(570)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조 픽처로 사용된다.
이하의 개시는 인터 예측의 압축 성능을 향상시키기 위한 코딩 툴과 관련되며, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124) 및 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)에서 수행될 수 있다. 이하에서 사용하는 '대상블록(target block)'이라는 용어는 위에서 사용한 현재블록 또는 코딩 유닛(CU)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 또는 코딩 유닛의 일부 영역을 의미할 수도 있다.
I. 인터-인트라 병합 예측 (Combined Inter-intra Prediction)
전술한 바와 같이, 대상블록은 인터 예측과 인트라 예측 중 어느 하나의 방법을 통해 예측된다. 본 개시에서 기술하는 인터-인트라 병합 예측은 인터 예측 신호를 인트라 예측 신호를 이용하여 보완하는 기법이다. 인터-인트라 병합 예측이 적용되는 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록의 움직임벡터를 결정하고 결정된 움직임벡터를 이용하여 대상블록을 예측하여 제1 예측블록을 생성한다. 한편, 영상 부호화 장치의 인트라 예측부(124)는 대상블록 주위의 참조샘플들을 이용하여 대상블록을 예측하고 제2 예측블록을 생성한다. 제2 예측블록을 생성하기 위해 사용되는 인트라 예측모드는 전술한 복수의 인트라 예측모드들 중에서 어느 하나의 모드가 고정적으로 사용될 수 있다. 예컨대, Planar 모드 또는 DC 모드가 제2 예측블록을 생성하기 위한 예측모드로 사용될 수 있다. 최종 예측블록은 제1 예측블록과 제2 예측블록 간의 평균 또는 가중평균에 의해 생성된다. 인터-인트라 병합 예측에서 최종 예측블록을 연산하는 수학식은 다음과 같다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000001
여기서, P inter는 인터 예측을 통해 생성된 제1 예측블록을, P intra는 인트라 예측을 통해 생성된 제2 예측블록을 나타낸다. wt는 가중치를 나타낸다. +2는 반올림 연산을 위한 오프셋이다.
가중치는 대상블록에 인접한 먼저 부호화/복호화된 주변블록들이 인터와 인트라 중 어떤 예측 방법을 사용하여 예측되었는지 여부에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 대상블록의 좌측블록과 상측블록이 모두 인트라 예측된 경우 제2 예측블록(P intra)에 더 큰 가중치를 부여한다. 예컨대, wt = 3으로 설정한다. 좌측블록과 상측블록 중 어느 하나만 인트라 예측된 경우 제1 예측블록(P inter)과 제2 예측블록(P intra)에 동일한 가중치를 부여한다. 예컨대, wt = 2로 설정한다. 좌측블록과 상측블록 모두 인트라 예측되지 않은 경우에는, 제1 예측블록(P inter)에 더 큰 가중치를 부여한다. 예컨대, wt = 1로 설정한다.
대상블록이 인터-인트라 병합 예측을 통해 예측된 경우, 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 비트스트림으로부터 대상블록의 움직임벡터에 대한 정보를 추출하여 대상블록의 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 영상 부호화 장치와 동일한 방법으로 대상블록을 예측한다.
한편, 인터-인트라 병합 예측은 인터 예측 신호를 인트라 예측 신호를 통해 보완하는 기법이므로, 인터 예측이 다소 부정확한 경우, 예컨대 대상블록의 움직임벡터가 머지 모드에 의해 결정되는 경우 등에 효율적일 수 있다. 따라서, 인터-인트라 병합 예측은 대상블록의 움직임벡터가 머지 모드에 의해 결정되는 경우에 한하여 적용될 수 있다.
II. 양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical Flow)
양방향 옵티컬 플로우는, 영상을 구성하는 샘플 또는 객체가 일정한 속도로 이동하고 샘플 값의 변화가 거의 없다는 가정을 기반으로, 양방향 움직임 예측을 이용하여 예측된 샘플들의 움직임을 추가로 보상하는 기술이다.
도 6는 BIO의 기본적인 개념을 설명하기 위한 참조도이다.
대상블록에 대한 (통상의) 양방향 움직임 예측에 의하여 참조픽처들(Ref 0과 Ref 1)에서 현재 픽처의 부호화되는 대상블록과 가장 유사한 대응 영역들(즉, 참조 블록들)을 가리키는 양방향의 움직임 벡터들(MV 0, MV 1)이 결정되었다고 가정하자. 해당 두 개의 움직임 벡터들은 대상블록 전체의 움직임을 나타내는 값이다. 도 6의 예시에서, 대상블록 내 샘플 P와 대응되는 것으로 움직임 벡터(MV 0)가 가리키는 참조픽처(Ref 0)내 샘플은 P 0이며, 대상블록 내 샘플 P와 대응되는 것으로 움직임 벡터(MV 1)가 가리키는 참조픽처(Ref 1)내 샘플은 P 1이다. 그리고, 도 6에서 샘플 P에 대한 움직임은 대상블록의 전체적인 움직임과는 조금 상이하다라고 가정하자. 예컨대, 도 6의 Ref 0 내 샘플 A에 위치하는 물체가 현재 픽처의 대상블록 내 샘플 P를 지나 Ref1 내 샘플 B로 움직였다면, 샘플 A 및 샘플 B는 상당히 유사한 값을 가지게 된다. 또한, 이 경우, 대상블록 내 샘플 P와 가장 유사한 Ref0 내 지점은 양방향 움직임 벡터(MV0)가 가리키는 P0이 아니라, P0를 소정의 변위 벡터(v xt 0, v yt 1)만큼 이동시킨 A이며, 대상블록 내 샘플 P와 가장 유사한 Ref1 내 지점은 양방향 움직임 벡터(MV1)가 가리키는 P1이 아니라, P1를 소정의 변위 벡터(-v xt 0, -v yt 1)만큼 이동시킨 B이다. t 0와 t 1은 현재 픽처를 기준으로 각각 Ref0와 Ref1에 대한 시간축 거리를 의미하며, POC (Picture Order Count)를 기반으로 계산된다. 이하에서는 (v x, v y)를 "옵티컬 플로우(optical flow)" 라고 지칭한다.
현재 픽처 내 대상블록의 샘플(P)값을 예측함에 있어서, 두 참조 샘플(A, B)의 값을 이용하면, 양방향 움직임 벡터(MV0, MV1)가 가리키는 참조 샘플(P0, P1)을 이용하는 것보다 좀 더 정확한 예측이 가능하다.
대상블록 내 샘플 (i,j)와 대응되는 것으로 움직임 벡터(MV 0)가 가리키는 참조픽처(Ref 0)내 샘플의 값을 I (0)(i,j)라고 정의하고, 대상블록 내 샘플 (i,j)와 대응되는 것으로 움직임 벡터(MV 1)가 가리키는 참조픽처(Ref 1)내 샘플의 값을 I (1)(i,j)라고 정의한다.
BIO 움직임 벡터 (v x, v y)가 대상블록 내 샘플에 대응되는 것으로 가리키는 참조픽처 Ref 0 내의 샘플 A의 값은 I (0)(i + v xt 0, j + v yt 0)로 정의될 수 있으며, 참조픽처 Ref 1 내의 샘플 B의 값은 I (1)(i - v xt 1, j - v yt 1)로 정의될 수 있다. 여기서, 테일러 급수의 1차 항만을 사용하여 선형 근사(linear approximation)를 수행하면, A와 B를 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000002
여기서, I x (k)와 I y (k) (k = 0, 1)는 Ref0 및 Ref1의 (i, j) 위치에서의 수평 및 수직 방향의 그래디언트 값을 나타낸다. t 0와 t 1은 현재 픽처를 기준으로 각각 Ref0와 Ref1에 대한 시간축 거리를 의미하며, POC (Picture Order Count)를 기반으로 계산된다. 수식으로 t 0 = POC(current) - POC(Ref0), t 1 = POC(Ref1) - POC(current) 이다.
블록 내 각 샘플의 양방향 옵티컬 플로우 (v x, v y)는 샘플 A와 샘플 B의 차이값으로 정의되는 △를 최소화하는 해로 결정한다. 수학식 2에서 유도된 A와 B의 선형 근사를 이용하여 △를 수학식 3으로 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000003
간략하게 표기하기 위해, 위 수학식 3의 각 항에서 샘플의 위치 (i, j)는 생략되었다.
보다 강건한(robust) 옵티컬 플로우 추정을 위해 움직임이 지역적으로 주변 샘플들과 일관성이 있다는 가정을 도입한다. 현재 예측하고자 하는 샘플 (i, j)에 대한 BIO 움직임 벡터는 샘플 (i, j)를 중심으로 하는 일정한 크기의 마스크 Ω 내 존재하는 모든 샘플 (i', j')에 대한 수학식 3의 차이값 △들을 고려한다. 즉, 현재 샘플 (i, j)에 대한 옵티컬 플로우는 다음의 수학식 4와 같이, 마스크 Ω 내의 각 샘플에 대하여 획득된 차이값 △[i',j']의 제곱합인 목적함수 Φ(v x, v y)를 최소로 하는 벡터로 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000004
본 개시의 양방향 옵티컬 플로우는 양방향 예측에 사용되는 두 개의 참조 픽처 중 하나는 현재 픽처보다 디스플레이 순서 상 앞서고 다른 하나는 현재 픽처보다 늦으며, 두 참조 픽처로부터 현재 픽처까지의 거리들이 서로 동일한, 즉, 각 참조 픽처와 현재 픽처 간의 POC(picture order count)의 차이가 동일한 경우에 적용될 수 있다. 따라서, t 0와 t 1은 무시될 수 있다.
또한, 본 개시의 양방향 옵티컬 플로우는 루마(luma) 성분에 대해서만 적용될 수도 있다.
본 개시의 양방향 옵티컬 플로우는 양방향 예측이 적용되는 대상블록에 대해 픽셀 기반이 아닌 서브블록 기반으로 수행된다. 서브블록의 크기는 2x2, 4x4, 8x8 등은 다양한 크기를 가질 수 있지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 서브블록의 크기를 4x4로 가정된다.
옵티컬 플로우를 수행하기에 앞서, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는, 전술한 양방향 예측을 이용하여, 대상블록에 대한 두 개의 참조블록을 생성한다. 두 개의 참조블록 중 제1 참조블록은 대상블록의 제1 움직임벡터(MV0)를 이용하여 참조픽처(Ref0)로부터 생성한 예측샘플들로 구성된 블록을 의미하고, 제2 참조블록은 대상블록의 제2 움직임벡터(MV1)를 이용하여 참조픽처(Ref1)로부터 생성한 예측샘플들로 구성된 블록을 의미한다.
인터 예측부(124)는, 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 예측샘플들의 수평 및 수직 방향 그래디언트 값들을 이용하여, 대상블록을 구성하는 4x4 서브블록들 각각에 대해 옵티컬 플로우로 지칭되는 (v x, v y)를 연산한다. 옵티컬 플로우 (v x, v y)는 참조픽처(Ref0)로부터 예측샘플들과 참조픽처(Ref1)로부터의 예측샘플들 간의 차이가 최소가 되도록 결정된다. 인터 예측부(124)는 4x4 서브블록에 대해 산출된 (v x, v y)와 는 4x4 서브블록 내의 예측샘플들의 그래디언트들을 이용하여, 서브블록 에 대한 양방향 예측샘플들을 수정하기 위한 샘플 오프셋을 유도한다.
구체적으로, 인터 예측부(124)는 수학식 5를 이용하여 (i, j) 위치의 샘플 값들의 수평 및 수직 방향 그래디언트들 연산한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000005
k는 0 또는 1이고, I (0)(i,j) 및 I (1)(i,j)은 각각 제1 참조블록과 제2 참조블록 내 (i,j) 위치의 샘플 값들을 의미한다. Shift1은, shift1 = max(6, bitDepth-6)와 같이, 루마 성분에 대한 비트-뎁스(bit-depth)로부터 유도되는 값이다.
각 참조블록의 경계에 위치한 샘플의 그래디언트를 유도하기 위해 제1 참조블록과 제2 참조블록의 경계 외곽의 샘플이 필요하다. 따라서, 도 6에서 보는 바와 같이, 각 참조블록은 좌우로 각각 1열씩 그리고 상하로 각각 1행씩 확장된다. 계산량 감소를 위하여, 확장된 부분의 각 샘플은 참조블록 내의 가장 가까운 위치의 샘플 또는 정수 샘플로 패딩될 수 있다. 또한, 각 참조블록의 경계 외곽의 샘플 위치에서의 그래디언트들도 가장 가까운 위치의 샘플에 해당하는 그래디언트들로 패딩될 수 있다.
인터 예측부(124)는, 도 7에 도시된 바와 같은 4x4 서브블록을 커버하는 6x6 윈도우 내의 수평 및 수직 그래디언트들을 이용하여, 그래디언트들의 자기상관(auto-correlation)과 교차상관(cross-correlation)에 해당하는 S1, S2, S3, S5, S6을 연산한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000006
여기서, Ω는 서브블록을 커버하는 윈도우를 의미한다. 또한, 아래 수학식 7에서 보는 바와 같이, Ψ x(i,j)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 (i,j) 위치에서의 수평 방향 그래디언트 값들의 합을, Ψ y(i,j)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 (i,j) 위치에서의 수직 방향 그래디언트 값들의 합을 의미하며, θ(i,j)는 제2 참조블록 내의 (i,j) 위치의 샘플값과 제1 참조블록 내의 (i,j) 위치의 샘플값 간의 차이를 의미한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000007
여기서, na와 nb는 비트뎁스로부터 유도되는 값으로, min(1, bitDepth-11) 및 min(4, bitDepth-8)의 값을 갖는다.
인터 예측부(124)는 S1, S2, S3, S5, S6을 이용하여, 수학식 8을 통해, 4x4 서브블록에 대한 옵티컬 플로우 (v x, v y)을 연산한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000008
여기서,
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000009
,
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000010
,
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000011
이다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000012
는 내림함수이다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000013
이다.
대상블록의 4x4 서브블록 내의 각 샘플 위치 (x, y)에서의 예측샘플을 수정하기 위한 샘플 오프셋은, 수학식 9와 같이, 그 4x4 서브블록에 대해 연산된 옵티컬 플로우 및 샘플 위치 (x, y)에서의 그래디언트 값들을 이용하여 연산될 수 있다. 수학식 9에서 rnd()는 반올림(round-off) 연산을 의미한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000014
인터 예측부(124)는 (x, y) 위치에서 샘플 오프셋 b(x,y)과, 제1 참조블록 및 제2 참조블록 내의 예측샘플 I (0)(x,y) 및 I (1)(x,y)를 이용하여 수학식 10과 같이 최종 예측샘플 pred(x,y)을 생성한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000015
여기서, shift는 Max(3, 15 - BitDepth)이고, O offset은 반올림 연산을 위한 값으로 shift의 절반이다.
이상에서 설명한 바와 같이 양방향 옵티컬 플로우 기법은 양방향 예측에 사용되었던 움직임 정보(두 개의 움직임벡터 및 두 개의 참조픽처)를 이용하여 예측된 예측샘플들의 값을 이용한다. 따라서, 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)도, 영상 부호화 장치로부터 수신한 양방향 예측에 사용되는 움직임 정보(움직임벡터, 참조픽처)를 이용하여 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 양방향 옵티컬 플로우를 수행할 수 있다. 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로의, 양방향 옵티컬 플로우 프로세스를 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
전술한 양방향 옵티컬 플로우 기법은 색차(chroma) 성분에 대해 확장 적용될 수도 있다. 이 경우, 연산 복잡도를 줄이기 위해, 색차 성분에 대한 옵티컬 플로우 (v x, v y)를 다시 계산하지 않고 루마 성분에 대해 연산되었던 옵티컬 플로우를 색차 성분에 대한 옵티컬 플로우로 사용할 수 있다. 따라서, 색차(chroma) 성분에 대해 양방향 옵티컬 플로우를 적용하는 경우, 각 샘플의 색차 성분의 수평 및 수직 방향 그레디언트만을 연산하면 된다.
한편, 양방향 옵티컬 플로우는 인터-인트라 병합 예측 기법과 함께 사용되지 않도록 제약될 수 있다. 인트라 예측은 대상블록 주변의 기복원된 샘플들을 이용하므로, 주변 블록들에 대한 복호화(샘플 복원)가 모두 완료된 이후에 대상블록의 예측이 가능하다. 따라서, 인터-인트라 병합 예측과 양방향 옵티컬 플로우를 모두 적용하는 경우, 대상블록의 주변블록들의 복호화가 모두 완료된 후 대상블록에 대한 인트라 예측이 수행될 때까지 양방향 옵티컬 플로우 프로세서를 중단해야 하고, 그에 따라 복호화 프로세스에 심각한 지연을 초래할 수 있다. 따라서, 인터-인트라 병합 예측이 적용되는 블록에 대해서는 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않을 수 있다.
또한, 양방향 옵티컬 플로우는 후술할 지역 조명 보상과 함께 사용되지 않도록 제약될 수도 있다. 예컨대, 지역 조명 보상이 적용되는 경우, 양방향 옵티컬 플로우는 적용되지 않는다.
또한, 양방향 옵티컬 플로우는 대상블록의 크기에 따라 그 적용이 제약될 수 있다. 예컨대, 대상블록의 높이가 4인 경우 또는 대상블록의 폭 및 높이가 각각 4 및 8인 경우 양방향 옵티컬 플로우는 적용되지 않을 수 있다.
III. 아핀 움직임 예측 (Affine Motion Prediction)
지금까지 전술한 인터 예측은 병진 운동(translation motion) 모델을 반영한 움직임 예측이다. 즉, 수평방향(x축 방향) 및 수직방향(y축 방향)으로의 움직임을 예측하는 기법이다. 그러나, 실제로는 병진 운동 이외에 회전(rotation), 줌-인(zoom-in) 또는 줌-아웃(zoom-out)과 같은 다양한 형태의 움직임이 존재할 수 있다. 본 개시의 일 측면은 이러한 다양한 형태의 움직임을 커버할 수 있는 아핀 움직임 예측을 제공한다.
도 8은 아핀 움직임 예측을 설명하기 위한 예시도이다.
아핀 움직임 예측을 위한 두 가지 타입의 모델이 존재할 수 있다. 하나는, 도 8(A)에서 보는 바와 같이, 현재 부호화하고자 하는 대상블록의 좌상귀(top-left corner)와 우상귀(top-right corner) 두 개의 제어점(control point)의 움직임벡터들, 즉, 4개의 파라미터를 이용하는 모델이다. 다른 하나는, 도 8(B)에서 보는 바와 같이, 대상블록의 좌상귀, 우상귀, 좌하귀(bottom-left corner)의 세 개의 제어점의 움직임벡터들, 즉, 6개의 파라미터를 이용하는 모델이다.
4 파라미터 아핀 모델은 수학식 11과 같이 표현된다. 대상블록 내의 샘플 위치 (x, y)에서의 움직임은 수학식 11에 의해 연산될 수 있다. 여기서, 대상블록의 좌상단 샘플의 위치는 (0,0)으로 가정된다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000016
6 파라미터 아핀 모델은 수학식 12와 같이 표현된다. 대상블록 내의 샘플 위치 (x, y)에서의 움직임은 수학식 12에 의해 연산될 수 있다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000017
여기서, (mv 0x, mv 0y) 는 좌상귀 제어점의 움직임 벡터, (mv 1x, mv 1y)는 우상귀 제어점의 움직임 벡터, (mv 2x, mv 2y)는 좌하귀 제어점의 움직임 벡터이다. W는 대상블록의 가로 길이로부터 결정되는 상수, H는 대상블록의 세로 길이로부터 결정되는 상수이다.
아핀 움직임 예측은 대상블록 내의 각 샘플마다 수학식 11 또는 수학식 12를 통해 연산된 움직임 벡터를 이용하여 수행될 수 있다.
대안적으로, 연산의 복잡도를 줄이기 위해, 도 9에서 보는 바와 같이, 대상블록으로부터 분할된 서브블록 단위로 수행될 수도 있다. 예시적으로, 서브블록의 크기는 4x4일 수 있고, 또는 2x2나 8x8일 수도 있다. 이하에서는, 대상블록에 대해 4x4 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행하는 것을 예로 들어 설명한다. 이 예시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
서브블록 단위 아핀 움직임 예측에서, 각 서브블록의 움직임벡터(아핀 움직임벡터)는 수학식 11 또는 12의 (x, y)에 각 서브블록의 중심 위치를 대입함으로써 연산된다. 여기서, 중심 위치는 서브블록의 실제 중심점(center point)일 수도 있고 그 중심점의 우하단 샘플 위치일 수도 있다. 예컨대, 좌하단 샘플의 좌표가 (0,0)인 4x4 서브블록의 경우, 서브블록의 중심 위치는 (1.5, 1.5)일 수 있고 또는 (2,2)일 수 있다. 각 서브블록에 대한 예측블록은 해당 서브블록의 아핀 움직임벡터 (mv x, mv y)를 이용하여 생성된다.
움직임벡터 (mv x, mv y)는 1/16 샘플 정확도(precision)을 갖도록 설정될 수 있다. 이 경우, 수학식 11 또는 12를 통해 산출된 움직임벡터 (mv x, mv y)는 1/16 샘플 단위로 반올림될 수 있다. 한편, 아핀 움직임 예측에서도 일반 인터 예측에서와 마찬가지로 적응적 움직임벡터 해상도가 적용될 수 있다. 이 경우, 대상블록의 움직임벡터 해상도, 즉, 움직임벡터의 정밀도에 대한 정보는 대상블록마다 시그널링된다.
아핀 움직임 예측은 휘도(luma) 성분뿐만 아니라 색차(chroma) 성분에 대해서도 수행될 수 있다. 4:2:0 비디오 포맷의 경우, 휘도 성분에 대해 4x4 서브블록 단위의 아핀 움직임 예측이 수행되었다면, 색차 성분에 대한 아핀 움직임 예측은 2x2 서브블록 단위로 수행될 수 있다. 색차 성분의 각 서브블록의 움직임벡터 (mv x, mv y)는 대응하는 휘도 성분의 움직임벡터로부터 유도될 수 있다. 대안적으로, 색차 성분의 아핀 움직임 예측을 위한 서브블록의 크기는 휘도 성분의 경우와 동일할 수도 있다. 휘도 성분에 대해 4x4 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측이 수행되었다면, 색차 성분에 대해서도 4x4 서브블록 크기로 아핀 움직임 예측이 수행된다. 이 경우, 색차 성분에 대한 4x4 크기의 서브블록은 휘도 성분에 대한 네 개의 4x4 서브블록에 대응하므로, 색차 성분의 서브블록에 대한 움직임벡터 (mv x, mv y)는 대응하는 휘도 성분의 네 개의 서브블록의 움직임벡터들의 평균 연산을 통해 산출될 수 있다.
영상 부호화 장치는 인트라 예측, 인터 예측(병진 움직임 예측), 아핀 움직임 예측 등을 수행하고, RD(rate-distortion) 코스트(cost)를 연산하여 최적의 예측 방법을 선택한다. 아핀 움직임 예측을 수행하기 위해, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 두 가지 타입의 모델 중 어느 타입을 사용할지 여부를 결정하고, 결정된 타입에 따라 두 개 또는 세 개의 제어점들을 결정한다. 인터 예측부(1214)는 제어점들의 움직임벡터들을 이용하여 대상블록 내의 4x4 서브블록들 각각에 대한 움직임벡터 (mv x, mv y)를 연산한다. 그리고, 각 서브블록의 움직임벡터 (mv x, mv y)를 이용하여 서브블록 단위로 참조 픽처 내에서 움직임 보상을 수행함으로써, 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 예측블록을 생성한다.
영상 부호화 장치의 엔트로피 부호화부(155)는 대상블록에 아핀 움직임 예측이 적용되었는지 여부를 나타내는 플래그, 아핀 모델의 타입을 나타내는 타입 정보, 및 각 제어점의 움직임 벡터를 나타내는 움직임 정보 등을 포함하는 아핀 관련 신택스 요소들을 부호화하여 영상 복호화 장치로 전달한다. 타입 정보와 제어점들의 움직임 정보는 아핀 움직임 예측이 수행되는 경우에 시그널링될 수 있고, 제어점들의 움직임벡터들은 타입 정보에 따라 결정된 개수만큼 시그널링될 수 있다. 또한, 적응적 움직임벡터 해상도가 적용되는 경우, 대상블록의 아핀 움직임벡터에 대한 움직임벡터 해상도 정보가 시그널링된다.
영상 복호화 장치는 시그널링된 신택스들을 이용하여 아핀 모델의 타입과 제어점 움직임벡터(control point motion vector)들을 결정하고, 수학식 11 또는 12를 이용하여 대상블록 내의 각 4x4 서브블록에 대한 움직임벡터 (mv x, mv y)를 연산한다. 만약, 대상블록의 아핀 움직임벡터에 대한 움직임벡터 해상도 정보가 시그널링된 경우, 움직임벡터 (mv x, mv y)는 반올림 등의 연산을 통해 움직임벡터 해상도 정보에 의해 식별되는 정밀도로 수정된다.
영상 복호화 장치는 각 서브블록에 대한 움직임벡터 (mv x, mv y)를 이용하여 참조 픽처 내에서 움직임 보상을 수행함으로써, 각 서브블록에 대한 예측블록을 생성한다.
제어점들의 움직임벡터들을 부호화하기 위해 소요되는 비트량을 줄이기 위해, 는 전술한 일반 인트라 예측(병진 움직임 예측)과 같은 방식이 적용될 수 있다.
하나의 예시로서, 머지 모드의 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록의 주변블록들로부터 각 제어점의 움직임벡터를 유도한다. 인터 예측부(124)는, 예컨대, 도 4에 도시된 대상블록의 주변샘플들(L, BL, A, AR, AL)로부터 기 정의된 개수의 머지 후보들을 유도함으로써, 머지 후보 리스트를 생성한다. 리스트에 포함되는 머지 후보들 각각은 두 개 또는 세 개의 제어점들의 움직임벡터들의 쌍에 대응한다.
먼저, 인터 예측부(124)는 아핀 모드로 결정된 주변블록들 중 아핀 모드로 예측된 주변블록의 제어점 움직임벡터들로부터 머지 후보를 유도한다. 일부 실시예에서, 아핀 모드로 예측된 주변블록들로부터 유도되는 머지 후보의 개수는 제한될 수 있다. 예컨대, 인터 예측부(124)는 L과 BL 중에서 하나, 그리고 A, AR, 및 AL 중에서 하나, 총 두 개의 머지 후보를 아핀 모드로 예측된 주변블록으로부터 유도할 수 있다. 우선순위는 L, BL의 순서, 그리고 A, AR, AL의 순서일 수 있다.
한편, 머지 후보의 총 개수가 3개 이상인 경우, 인터 예측부(124)는 주변블록의 병진 움직임벡터(translational motion vector)로부터 부족한 개수만큼의 머지 후보들을 유도할 수 있다.
도 10은 주변블록의 병진 움직임벡터(translation motion vector)로부터 아핀 움직임 예측을 위한 머지 후보들을 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
인터 예측부(124)는 주변블록 그룹 {B2, B3, A2}, 주변블록 그룹 {B1, B0}, 주변블록 그룹{A1, A0}로부터 각각 하나씩의 제어점 움직임벡터 CPMV1, CPMV2, CPMV3을 유도한다. 하나의 예시로서, 각 주변블록 그룹 내에서의 우선 순위는, B2, B3, A2의 순서, B1, B0의 순서, 그리고 A1, A0의 순서일 수 있다. 또한, 참조 픽처 내의 동일 위치 블록(collocated block) T로부터 또 하나의 제어점 움직임벡터 CPMV4를 유도한다. 인터 예측부(124)는 네 개의 제어점 움직임벡터 중에서 두 개 또는 세 개의 제어점 움직임벡터들을 조합하여 부족한 개수만큼의 머지 후보를 생성한다. 조합의 우선순위는 아래와 같다. 각 그룹 내의 요소들은 좌상귀, 우상귀, 좌하귀 제어점 움직임벡터의 순서로 나열되어 있다.
{CPMV1, CPMV2, CPMV3}, {CPMV1, CPMV2, CPMV4}, {CPMV1, CPMV3, CPMV4},
{CPMV2, CPMV3, CPMV4}, {CPMV1, CPMV2}, {CPMV1, CPMV3}
인터 예측부(124)는 머지 후보 리스트로부터 머지 후보를 선택하여 대상블록에 대한 아핀 움직임 예측을 수행한다. 선택된 후보가 두 개의 제어점 움직임벡터로 이루어진 경우 4 파라미터 모델을 이용하여 아핀 움직임 예측을 수행한다. 반면, 선택된 후보가 세 개의 제어점 움직임벡터로 구성된 경우 6 파라미터 모델을 이용하여 아핀 움직임 예측을 수행한다. 영상 부호화 장치의 엔트로피 부호화부(155)는 머지 후보 리스트 내 머지 후보들 중 선택된 머지 후보를 나타내는 인덱스 정보를 부호화하여 영상 복호화 장치로 시그널링한다.
영상 복호화 장치의 엔트로피 복호화부(510)은 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 인덱스 정보를 복호화한다. 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 머지 후보 리스트를 구성하고, 인덱스 정보에 의해 지시되는 머지 후보에 대응하는 제어점 움직임벡터들을 이용하여 아핀 움직임 예측을 수행한다.
다른 예시로서, AMVP 모드의 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록에 대한 아핀 모델의 타입과 제어점 움직임벡터들을 결정한다. 그리고, 대상블록의 실제 제어점 움직임벡터들과 각 제어점의 예측 움직임벡터들 간의 차이인 차분 움직임벡터(motion vector difference)를 연산하고 각 제어점에 대한 차분 움직임벡터를 부호화하여 전송한다. 이를 위해, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 기 정의된 개수의 아핀 AMVP 리스트를 구성한다. 대상블록이 4 파라미터 타입인 경우, 리스트에 포함된 후보들은 각각 두 개의 제어점 움직임벡터의 쌍으로 이루어진다. 반면, 대상블록이 6 파라미터 타입인 경우, 리스트에 포함된 후보들은 각각 세 개의 제어점 움직임벡터들의 쌍으로 이루어진다. 아핀 AMVP 리스트는 전술한 머지 후보 리스트를 구성하는 방법과 유사하게 주변블록들의 제어점 움직임벡터들 또는 병진 움직임벡터를 이용하여 유도될 수 있다.
그러나, 아핀 AMVP 리스트에 포함될 후보를 유도하기 위해, 도 4의 주변블록들 중에서 대상블록과 동일한 참조 픽처를 참조하는 주변블록들만이 고려되는 제약사항이 존재할 수 있다.
또한, AMVP 모드에서는 대상블록의 아핀 모델 타입이 고려되어야 한다. 영상 부호화 장치는 대상블록의 아핀 모델 타입이 4 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 아핀 모델을 이용하여 두 개의 제어점 움직임벡터들(대상블록의 좌상귀 및 우상귀 제어점 움직임벡터들)을 유도한다. 대상블록의 아핀 모델 타입이 6 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 아핀 모델을 이용하여 세 개의 제어점 움직임벡터들(대상블록의 좌상귀, 우상귀 및 좌하귀 제어점 움직임벡터들)을 유도한다.
주변블록이 4 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 두 개의 제어점 움직임벡터를 이용하여, 대상 블록의 아핀 모델 타입에 따라 두 개 또는 세 개의 제어점 움직임벡터들이 예측된다. 예컨대, 수학식 11로 표현된 주변블록의 아핀 모델이 이용될 수 있다. 수학식 11에서 (mv 0x, mv 0y)와 (mv 1x, mv 1y)는 각각 주변블록의 좌상귀(top-left corner) 및 우상귀 제어점 움직임벡터로 대체된다. W는 주변블록의 가로 길이로 대체된다. 대상블록의 각 제어점에 대한 예측 움직임벡터는, (x, y)에 대상블록의 해당 제어점의 위치와 주변블록의 좌상귀 위치 간의 차이를 입력함으로써, 유도될 수 있다.
주변블록이 6 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 세 개의 제어점 움직임벡터를 이용하여, 대상 블록의 아핀 모델 타입에 따라 두 개 또는 세 개의 제어점 움직임벡터들이 예측된다. 예컨대, 수학식11로 표현된 주변블록의 아핀 모델이 이용될 수 있다. 수학식 12에서 (mv 0x, mv 0y), (mv 1x, mv 1y), 및 (mv 2x, mv 2y)는 각각 주변블록의 좌상귀, 우상귀 및 좌하귀의 제어점 움직임벡터로 대체된다. W와 H는 각각 주변블록의 가로 및 세로 길이로 대체된다. 대상블록의 각 제어점에 대한 예측 움직임벡터는, (x, y)에 대상블록의 해당 제어점의 위치와 주변블록의 좌상귀 위치 간의 차이를 입력함으로써, 유도될 수 있다.
영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 아핀 AMVP 리스트로부터 하나의 후보를 선택하고, 실제 각 제어점의 움직임벡터들과 선택된 후보의 대응하는 제어점의 예측움직임벡터 간의 차분 움직임벡터를 생성한다. 영상 부호화 장치의 엔트로피 부호화부(155)는 대상블록의 아핀 모델 타입을 나타내는 타입 정보, 아핀 AMVP 리스트 내의 후보들 중에서 선택된 후보를 지시하는 인덱스 정보, 및 각 제어점에 대응하는 차분 움직임벡터를 부호화하여 영상 복호화 장치로 전달한다.
영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 정보를 이용하여 아핀 모델 타입을 결정하고, 각 제어점의 차분 움직임벡터를 생성한다. 그리고, 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 아핀 AMVP 리스트를 생성하고, 아핀 AMVP 리스트 내에서 시그널링된 인덱스 정보에 의해 지시되는 후보를 선택한다. 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 선택된 후보의 각 제어점의 예측 움직임벡터와 대응하는 차분 움직임벡터를 가산하여 각 제어점의 움직임벡터를 산출한다.
IV. 아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위(sample-by-sample) 조정
대상블록에 대한 서브블록 단위 아핀 움직임 예측이 전술되었다. 본 개시의 또 다른 측면은, 서브블록 단위 아핀 움직임 예측으로부터 생성된 예측샘플들의 샘플값들을 샘플 단위로 조정하는 것과 관련된다. 아핀 움직임 예측이 수행된 단위인 서브블록 내에서 각 샘플의 위치에 따른 움직임이 추가로 보상된다.
대상블록에 대한 서브블록 단위 아핀 움직임 예측의 결과로서 생성된 어느 한 서브블록 내의 샘플값들을 I(x, y)라고 할 때, 영상 부호화 장치는 각 샘플 위치에서의 수평 방향 및 수직 방향 그래디언트 g x(i,j) 및 g y(i,j)들을 계산한다. 그래디언트 연산을 위해 수학식 13이 사용될 수 있다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000018
예측샘플을 조정하기 위한 샘플 오프셋(sample offset) ΔI(i,j)는 다음 수학식과 같이 계산한다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000019
여기서, Δmv(i,j)는 샘플 (i,j)에서의 아핀 움직임 벡터와 서브블록의 중심 위치에서의 아핀 움직임 벡터 간의 차이, 즉, 움직임 오프셋을 의미하며, 대상블록의 아핀 모델 타입에 따라 수학식 11 또는 수학식 12를 적용하여 연산될 수 있다. 즉, 수학식 11 또는 12의 (x,y)=(i,j)를 입력했을 때의 움직임벡터로부터 (x,y)에 서브블록 중심 위치를 입력했을 때의 움직임벡터를 감산하여 계산될 수 있다. 다시 말해, Δmv(i,j)는, 수학식 11 및 12의 (x, y)를 서브블록 중심 위치로부터 샘플 위치 (i,j)까지의 수평 및 수직 방향으로의 오프셋으로 대체하고 마지막 항인 "+ mv 0x"와 "+ mv 0y"를 제외한, 수학식을 통해 연산될 수 있다. 중심 위치는 서브블록의 실제 중심점(center point)일 수도 있고 그 중심점의 우하단 샘플 위치일 수도 있다.
한편, Δmv(i,j)의 연산에 사용되는 대상블록의 각 제어점의 움직임벡터 및, 샘플 위치 (i,j)와 서브블록 중심 위치 간의 차이는 모든 서브블록에 대해 동일하다. 따라서, Δmv(i,j) 값들은 하나의 서브블록, 예컨대, 첫번째 서브블록에 대해서만 연산되고, 다른 서브블록에 대해서 재사용될 수 있다.
본 개시의 기법은 객체가 일정한 속도로 이동하고 샘플값들의 변화가 일정(smooth)하다는 가정에 기반한다. 따라서, Δmv(i,j)의 x 성분(Δmv x)과 y성분(Δmv y)에 각각 수평 및 수직방향으로 샘플 그래디언트 값을 곱하여 수평방향으로의 샘플 변화량과 수직방향으로의 샘플 변화량을 구하고, 두 변화량을 더하여 샘플 오프셋 ΔI(i,j)를 계산한다.
최종적으로 예측샘플의 값은 다음과 같이 연산된다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000020
아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위 조정이 적용되는 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124) 및 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 전술한 바와 같은 프로세스를 수행하여 아핀 움직임 예측을 통해 생성한 예측샘플들의 샘플값들을 수정한다. 그래디언트 값들은 아핀 움직임 예측을 통해 생성한 예측샘플들로부터 유도되고 Δmv(i,j)는 대상블록의 제어점 움직임벡터들로부터 유도된다. 따라서 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치로 본 기법의 프로세스를 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
이상에서 설명한 아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위 조정 기법은 루마 성분에 대해 적용된다. 추가적으로, 본 기법은 색차 성분에 대해서도 확장 적용될 수 있다. 확장 적용의 경우, 색차 성분에 대한 Δmv x와 Δmv y는 별도의 연산 없이 루마 성분에 대해 연산되었던 Δmv x와 Δmv y가 그대로 사용될 수 있다. 즉, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치는 아핀 움직임 예측을 통해 생성된 색차 성분의 예측 샘플들에 대해 그레디언트 값들을 연산한다. 그리고 그 색차 성분의 그레디언트 값들과 루마 성분에 대해 연산되었던 Δmv x와 Δmv y을 수학식 14 및 15에 대입함으로써, 아핀 움직임 예측을 통해 생성된 색차 성분의 예측 샘플들을 조정할 수 있다.
한편, 아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위 조정 기법의 실행으로 인한 지연을 방지하기 위해서, 본 기법을 실행하기 이전에 본 기법의 적용이 적절한지 여부를 미리 판단하여 본 기법의 실행을 배제할 수 있다.
하나의 예시로서, 영상 부호화 장치는 기 정의된 이미지 영역의 단위로 본 기법의 적용 여부를 결정하고, 그 적용 여부를 나타내는 플래그를 영상 복호화 장치로 시그널링할 수 있다. 여기서, 기 정의된 이미지 영역은 픽처들의 시퀀스, 픽처, 또는 슬라이스일 수 있다. 본 기법의 적용 여부가 시퀀스, 픽처, 또는 슬라이스 단위로 결정될 때, 그 플래그는 각각 시퀀스의 헤더(SPS), 픽처의 헤더(PPS), 또는 슬라이스 헤더에 포함될 수 있다. 영상 복호화 장치는 비트스트림에 포함된 해당 플래그를 추출하고, 추출한 플래그에 대응하는 이미지 영역 내의 블록들에 본 기법이 적용되는지 여부를 판단할 수 있다.
다른 예시로서, 대상블록의 제어점 움직임벡터들에 근거하여 대상블록에 본 기법을 적용할지 여부를 사전에 결정할 수 있다. 대상블록의 제어점 움직임벡터들의 값이 모두 동일한 경우, 본 기법은 적용되지 않는다. 대상블록의 아핀 타입이 4 파라미터 모델인 경우 좌상귀 및 우상귀의 제어점 움직임벡터가 서로 동일한 경우 본 기법은 실행되지 않는다. 6 파라미터 모델인 경우, 좌상귀, 우상귀 및 좌하귀의 제어점 움직임벡터들이 서로 동일한 경우 본 기법은 실행되지 않는다.
또 다른 예시로서, 제어점 움직임벡터들 간의 각도에 근거하여 본 기법의 적용 여부를 결정할 수도 있다. 예컨대, 제어점 움직임벡터들 간의 각도가 둔각인 경우(즉, 벡터들 간의 내적이 음수인 경우) 본 기법이 적용되지 않을 수 있다. 대안적으로, 제어점 움직임벡터들이 서로 예각인 경우(즉, 벡터들 간의 내적이 양수인 경우) 본 기법이 적용되지 않도록 제약될 수도 있다.
다른 예시로서, 대상블록의 제어점 움직임벡터들이 서로 다른 참조픽처 리스트 내의 참조픽처를 참조하는 경우 본 기법의 적용이 배제될 수 있다.
또 다른 예시로서, 지연 문제를 최소화하기 위해, 본 기법은, 양방향 옵티컬 플로우의 경우와 마찬가지로, 인터-인트라 병합 예측 기법과 함께 사용되지 않도록 제약될 수 있다. 또한, 아래에서 설명하는 지역 조명 보상이 적용되는 경우나 또는 양방향 예측의 경우에는 본 기법의 적용이 배제될 수 있다.
한편, 아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위 조정 기법이 실행된 후에도, Δmv x와 Δmv y의 값이 기결정된 임계값보다 작은 경우 본 기법이 실행이 중단될 수 있다.
V. 지역 조명 보상 (Local Illumination Compensation)
지역 조명 보상 기술은 현재 블록과 예측 블록의 조명 변화에 관한 선형 모델을 이용하여 변화량을 보상하는 부호화 기술이다. 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록의 움직임벡터(병진 움직임벡터)를 이용하여 참조 픽처 내에서 참조블록을 결정하고, 참조블록 주변(상측과 좌측)의 기복원된 샘플들을 및 대상블록 주변(상측과 좌측)의 기복원된 샘플들을 이용하여 조명 보상을 위한 선형 모델의 파라미터를 구한다.
참조블록 주변의 기복원된 샘플들을 x, 대상블록 주변의 대응하는 기복원된 샘플들을 y라고 할 때, 수학식 16과 같이 y와 (Ax + b)의 차이의 제곱합을 최소로 하는 파라미터 A, b가 유도된다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000021
최종 예측샘플들은, 수학식 17과 같이, 대상블록의 움직임벡터에 의해 생성된 예측블록(참조블록) 내의 샘플들에 A의 가중치와 b의 오프셋을 적용하여 생성된다. 수학식 17에서 pred[x][y]는 대상블록의 움직임벡터에 의해 생성된 (x, y) 위치의 예측샘플이고, pred LIC[x][y]는 조명 보상 이후의 최종 예측샘플이다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000022
본 개시의 또 다른 측면은 이러한 조명 보상 기술을 아핀 움직임 예측과 결합하는 기술과 관련된다.
전술한 바와 같이, 대상블록에 대해 서브블록 단위 아핀 움직임 예측을 적용하는 경우, 서브블록들 각각에 대해 움직임벡터들이 생성된다. 각 서브블록마다 해당 움직임벡터를 이용하여 조명 보상 파라미터를 유도하고 조명 보상을 수행하는 경우, 연산의 복잡도가 증가할 뿐만 아니라 심각한 지연 문제 발생한다. 각 서브블록 내의 복원된 샘플들이 다음 번 서브블록의 조명 보상을 위해 필요하므로, 인접한 서브블록이 복원될 때까지(즉, 서브블록에 대한 예측블록과 잔차블록이 모두를 복원될 때까지) 다음 번 서브블록에 대한 조명 보상 프로세스를 보류해야 하기 때문이다. 본 개시는 이러한 문제들의 개선에 대한 것이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 조명 보상 파라미터를 유도하기 위해 참조블록의 위치를 결정하는 다양한 예시를 보여준다. 본 실시예는 대상블록에 대해 하나의 조명 보상 파라미터 셋(A, b)를 유도하고, 대상블록 내의 모든 서브블록들에 대하여 동일한 파라미터를 적용한다. 즉, 대상블록 전체가 하나의 조명 보상 파라미터를 통해 수정된다.
도 11(A)에서 보는 바와 같이, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록 내의 좌상단에 위치한 서브블록의 아핀 움직임벡터 또는 대상블록의 좌상귀 제어점 움직임벡터를 이용하여 참조픽처 내의 참조블록의 위치를 결정할 수 있다. 결정된 참조블록 주변의 기복원된 샘플들이 파라미터 유도에 사용된다. 대안적으로, 도 11(B)에서 보는 바와 같이, 대상블록 내의 중앙 서브블록의 아핀 움직임벡터를 이용하여 참조블록의 위치가 결정될 수 있다. 참조블록의 위치가 결정되면 참조블록의 상측과 좌측에 인접한 기복원된 샘플들 및 대상블록의 상측과 좌측에 인접한 대응하는 기복원된 샘플들을 이용하여 조명 보상 파라미터가 유도된다.
또 다른 예시로서, 대상블록 내의 복수의 서브블록들이 사용될 수도 있다. 도 11(C)와 같이, 인터 예측부(124)는 대상블록 내의 경계에 위치한 서브블록(경계 서브블록)들의 아핀 움직임벡터들을 이용하여 경계 서브블록 각각에 대응하는 참조 서브블록들을 결정한다. 조명 보상 파라미터를 유도하기 위한 샘플들은 대상블록 내의 경계 서브블록들 및 그에 대응하는 참조 서브블록들에 각각 인접한 기복원 샘플들로부터 추출된다. 대상블록 내에서 상측 경계에 위치한 서브블록들 및 그에 대응하는 참조 서브블록들에 대해서는 상측에 인접한 기복원된 샘플들로부터 추출되고, 대상블록 내에서 좌측 경계에 위치한 서브블록들 및 그에 대응하는 참조 서브블록들에 대해서는 좌측에 인접한 기복원된 샘플들로부터 추출된다.
이상에서 설명한 하나 이상의 코딩 툴들이 인터 예측의 예측 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 복잡도 또는 지연 등의 문제를 해결하기 위해 일부 코딩 툴의 적용은 다른 코딩 툴의 적용을 배제하는 제약이 존재할 수도 있다.
추가로, 아핀 예측 샘플에 대한 샘플 단위 조정 및 양방향 옵티컬 플로우는 모두 예측 이후에 예측샘플들을 수정하는 기법이고, 수정을 위해 샘플들의 그레디언트가 이용된다. 따라서, 계산량과 하드웨어 복잡도를 감소시키기 위해, 양방향 옵티컬 플로우의 계산식은 양방향 예측에서의 아핀 예측 샘플에 대한 샘플 단위 조정을 위한 계산식의 형태로 수정될 수 있다. 또는, 역으로 양방향 예측에서의 아핀 예측 샘플에 대한 샘플 단위 조정을 위한 계산식을 양방향 옵티컬 플로우의 계산식의 형태로 표현하는 것도 가능하다.
예컨대, 양방향 예측의 경우, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치는, 참조픽처 리스트 0의 참조픽처 및 참조픽처 리스트 1의 참조픽처 각각에 대해, 아핀 예측 샘플에 대한 샘플 단위 조정을 수행하여 두 개의 예측블록들을 생성한다. 그 두 개의 예측블록들은 수학식 14 내지 15에 의해 생성된다. 대상블록에 대한 최종 예측블록은 두 개의 예측블록들 간의 평균 연산에 의해 생성될 수 있다. 비트 뎁스가 10인 경우, 최종 예측블록을 생성하는 과정을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000023
수학식 18에서 "I 0(i,j) + clip3()"은 참조픽처 리스트 0의 참조픽처로부터의 예측블록이고, "I 1(i,j) + clip3()"은 참조픽처 리스트 1의 참조픽처로부터의 예측블록이다.
한편, 수학식 9를 수학식 10에 대입하면, 양방향 옵티컬 플로우에서의 최종 예측샘플을 구하는 식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000024
수학식 19를 수학식 18의 형식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2020008917-appb-img-000025
즉, 양방향 옵티컬 플로우가 적용된 최종 예측샘플은 수학식 19 대신 수학식 20을 통해 연산될 수 있다. 수학식 20은 아핀 예측 샘플에 대한 샘플 단위 조정 기법과 유사한 형태로 표현되므로, 양방향 옵티컬 플로우 기법에 따른 수학식 연산을 위해 별도로 하드웨어를 설계할 필요가 없다. 또한, 수학식 20은 참조픽처 리스트 0의 참조픽처로부터의 예측블록과 참조픽처 리스트 1의 참조픽처로부터의 예측블록의 평균의 형태로 표현되므로, 하드웨어 설계가 간소해진다.
이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기능적 컴포넌트들은 그들의 구현 독립성을 특히 더 강조하기 위해 "...부(unit)" 로 라벨링되었음을 이해해야 한다.
한편, 본 개시에서 설명된 다양한 기능들 혹은 방법들은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 비일시적 기록매체에 저장된 명령어들로 구현될 수도 있다. 비일시적 기록매체는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독가능한 형태로 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 비일시적 기록매체는 EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 드라이브, 광학 드라이브, 자기 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
본 특허출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로서 포함되는, 2019년 7월 8일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2019-0081925호, 및 2020년 7월 8일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2020-0083980호에 대해 우선권을 주장한다.

Claims (17)

  1. 인터 예측을 이용하여 픽처들을 복호화하는 영상 복호화 장치에 있어서,
    복호화하고자 하는 현재 픽처 내 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하고,
    상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상하는 제1 코딩 툴을 실행함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정하는 예측부를 포함하고,
    상기 예측부는,
    상기 제어점 움직임벡터들의 값들 또는 상기 제어점 움직임벡터들 간의 각도 중 적어도 하나에 기반하여 상기 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코딩 툴이 실행될 때, 상기 예측부는,
    상기 대상블록의 제어점 움직임벡터들을 이용하여, 수정하고자 하는 대상 서브블록 내의 샘플 위치 및 상기 대상 서브블록의 중심 간의 차이에 기인하는 움직임 오프셋을 생성하고,
    상기 대상 서브블록 내의 샘플 위치에 대한 수평 및 수직 방향의 그래디언트(gradient)들을 생성하며,
    상기 수평 및 수직 방향 그래디언트들 및 상기 움직임 오프셋을 이용하여 상기 대상 서브블록 내의 샘플 위치에 대응하는 아핀 예측샘플에 대한 샘플 오프셋을 생성하고,
    상기 샘플 위치에 대응하는 아핀 예측샘플의 샘플값에 상기 샘플 오프셋을 가산하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예측부는, 상기 제어점 움직임벡터들의 값들이 서로 동일한 경우, 상기 제1 코딩 툴을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 예측부는, 상기 제어점 움직임벡터들의 내적이 음수인 경우 상기 제1 코딩 툴을 실행하지 않는 것을 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    비트스트림의 각 픽처의 헤더로부터 상기 헤더와 관련된 픽처에 상기 제1 코딩 툴이 허용되는지 여부를 나타내는 픽처 레벨 플래그를 복호화하는 복호화부를 더 포함하고,
    상기 예측부는,
    상기 대상블록이 포함된 상기 현재 픽처의 헤더로부터 추출된 픽처 레벨 플래그의 값에 따라 상기 대상블록에 대한 상기 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 움직임 오프셋의 수평 및 수평 성분이 기정의된 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 코딩 툴의 실행을 중단하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 대상블록을 인터 예측하여 인터 예측블록을 생성하고 상기 대상블록을 인트라 예측하여 인트라 예측블록을 생성하며, 상기 인터 예측블록과 상기 인트라 예측블록을 가중 평균하여 상기 대상블록의 예측샘플들을 생성하는 제2 코딩 툴을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 코딩 툴과 상기 제2 코딩 툴 중 어느 하나의 코딩 툴의 실행은 다른 하나의 코딩 툴의 실행을 제약하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  9. 인터 예측을 이용하여 픽처들을 부호화하는 영상 부호화 장치에 있어서,
    부호화하고자 하는 현재 픽처로부터 분할된 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 결정하고 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하고,
    상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상하는 제1 코딩 툴을 실행함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정하는 예측부를 포함하고,
    상기 예측부는,
    상기 제어점 움직임벡터들의 값들 또는 상기 제어점 움직임벡터들 간의 각도 중 적어도 하나에 기반하여 상기 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코딩 툴의 실행될 때, 상기 예측부는,
    상기 대상블록의 제어점 움직임벡터들을 이용하여, 수정하고자 하는 대상 서브블록 내의 샘플 위치 및 상기 대상 서브블록의 중심 간의 차이에 기인하는 움직임 오프셋을 생성하고,
    상기 대상 서브블록 내의 샘플 위치에 대한 수평 및 수직 방향의 그래디언트(gradient)들을 생성하며,
    상기 수평 및 수직 방향 그래디언트들 및 상기 움직임 오프셋을 이용하여 상기 대상 서브블록 내의 샘플 위치에 대응하는 아핀 예측샘플에 대한 샘플 오프셋을 생성하고,
    상기 샘플 위치에 대응하는 아핀 예측샘플의 샘플값에 상기 샘플 오프셋을 가산하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 예측부는, 상기 제어점 움직임벡터들의 값들이 서로 동일한 경우, 상기 제1 코딩 툴을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 예측부는, 상기 제어점 움직임벡터들의 내적이 음수인 경우 상기 제1 코딩 툴을 실행하지 않는 것을 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코딩 툴이 허용되는지 여부를 나타내는 픽처 레벨 플래그를 상기 픽처들 각각의 헤더에 부호화하는 부호화부를 더 포함하고,
    상기 예측부는,
    상기 대상블록이 포함된 상기 현재 픽처의 헤더에 포함된 픽처 레벨 플래그의 값에 따라 상기 대상블록에 대한 상기 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 움직임 오프셋의 수평 및 수평 성분이 기정의된 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 코딩 툴의 실행을 중단하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 대상블록을 인터 예측하여 인터 예측블록을 생성하고 상기 대상블록을 인트라 예측하여 인트라 예측블록을 생성하며, 상기 인터 예측블록과 상기 인트라 예측블록을 가중 평균하여 상기 대상블록의 예측샘플들을 생성하는 제2 코딩 툴을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 코딩 툴과 상기 제2 코딩 툴 중 어느 하나의 코딩 툴의 실행은 다른 하나의 코딩 툴의 실행을 제약하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.
  17. 인터 예측을 이용한 영상 복호화 방법에 있어서,
    복호화하고자 하는 대상블록의 코너(corner)의 제어점 움직임벡터들을 이용하여 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행함으로써 상기 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 아핀 예측샘플들을 생성하는 단계;
    상기 제어점 움직임벡터들의 값들 또는 상기 제어점 움직임벡터들 간의 각도 중 적어도 하나에 기반하여 제1 코딩 툴의 실행 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 코딩 툴이 실행될 때, 상기 제어점 움직임벡터들을 이용하여 상기 각 서브블록들 내의 샘플 위치에 따른 움직임을 보상함으로써 상기 아핀 예측샘플들의 샘플값들을 수정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
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