WO2021141372A1 - 이종 해상도를 갖는 참조 픽처 기반의 영상 부호화 및 복호화 - Google Patents

이종 해상도를 갖는 참조 픽처 기반의 영상 부호화 및 복호화 Download PDF

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WO2021141372A1
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박시내
최한솔
박승욱
임화평
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기아자동차주식회사
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Definitions

  • the present disclosure relates to encoding and decoding of an image (video). More particularly, it relates to an image encoding and decoding method for improving encoding/decoding efficiency by referring to a reference picture having a heterogeneous resolution in consideration of the heterogeneous resolution before reference.
  • 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 compression processing.
  • an encoder when storing or transmitting video data, an encoder is used to compress and store or transmit the video data, and a decoder receives, decompresses, and reproduces the compressed video data.
  • a decoder receives, decompresses, and reproduces the compressed video data.
  • H.264/AVC and High Efficiency Video Coding (HEVC) which improves encoding efficiency by about 40% compared to H.264/AVC, exist.
  • a current image may be encoded/decoded with reference to a previously decoded image in order to improve encoding/decoding efficiency.
  • the resolution between the current image and the reference picture may be different.
  • a method of encoding/decoding the current image in consideration of the resolution of the reference picture is required.
  • An object of the present invention is to provide an image encoding/decoding method for decoding a motion vector for a current image by referring to a motion vector of a picture.
  • an image decoding method for a current block in a current image included in a higher-level layer which is performed by an image decoding apparatus based on a reference picture included in a lower-level layer and having a different resolution
  • the method comprising: obtaining a prediction mode for the current block; obtaining a decoded residual signal and decoding information for the current block, wherein the decoding information includes a reference picture index and a motion vector for the reference picture when the prediction mode is inter prediction, and the prediction when the mode is intra prediction, including reference positions in the reference picture and the true picture; generating a prediction signal for the current block based on the decoding information when the prediction mode is the inter prediction; and generating a reconstructed block by adding the prediction signal and the residual signal, wherein when the inter prediction is used, filtering for correcting the heterogeneous resolution is applied to the reference block included in the reference picture, and the current Provided is an image decoding method characterized in that it matches the resolution of a block.
  • the current block in an image encoding method for a current block included in a higher-level layer, which is performed by an image encoding apparatus based on a reference picture included in a lower-level layer and having a heterogeneous resolution, the current block generating a prediction mode for obtaining encoding information for the current block, wherein the encoding information includes a reference picture index and a motion vector for the reference picture when the prediction mode is inter prediction, wherein the prediction mode is intra prediction case, including a reference position in the reference picture and the true picture; generating a prediction signal for the current block based on the encoding information when the prediction mode is the inter prediction; and generating a residual signal by subtracting the prediction signal from the current block, wherein when the inter prediction is used, filtering for correcting the heterogeneous resolution is applied to the reference block included in the reference picture to apply the current block.
  • an image encoding method characterized in that it matches the resolution of the block.
  • motion vectors of reference pictures having different resolutions from the current image are referred to.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus that can implement techniques of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a plurality of intra prediction modes including wide-angle intra prediction modes.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram of a neighboring block of the 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 conceptually illustrating a decoding process for a multi-layer having heterogeneous resolutions according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart of an image decoding method using reference pictures having heterogeneous resolutions according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram for determining an intra prediction mode using a reference picture having a heterogeneous resolution according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a conceptual exemplary diagram of intra/inter mixed prediction using a reference picture having heterogeneous resolution according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a conceptual illustration of inter-component reference using reference pictures having heterogeneous resolutions according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is an example of a hierarchical division structure of a current picture and a motion vector reference picture according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of deriving a motion vector using reference pictures having different resolutions and generating a prediction block according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus that can implement techniques of the present disclosure.
  • an image encoding apparatus and sub-components of the apparatus will be described with reference to FIG. 1 .
  • the image encoding apparatus includes a picture division unit 110 , a prediction unit 120 , a subtractor 130 , a transform unit 140 , a quantization unit 145 , a reordering 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 as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • the function of each component may be implemented in software and the microprocessor may be implemented to execute the function of the 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.
  • one picture is divided into one or more tiles and/or slices.
  • 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).
  • CTUs Coding Tree Units
  • each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure.
  • Information applied to each CU is encoded as a syntax of the CU, and information commonly applied to CUs included in one CTU is encoded as a syntax of the CTU.
  • information commonly applied to all blocks in one slice is encoded as a syntax of a slice header
  • information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or a picture. encoded in the header.
  • PPS picture parameter set
  • information commonly referenced by a plurality of pictures is encoded in a sequence parameter set (SPS).
  • SPS sequence parameter set
  • VPS video parameter set
  • information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as a syntax of a tile or tile group header. Syntax included in the SPS, PPS, slice header, tile or tile group header may be referred to as high-level syntax.
  • the picture divider 110 determines the size of a coding tree unit (CTU).
  • CTU size Information on the size of the CTU (CTU size) is encoded as a syntax of the SPS or PPS and transmitted to the video decoding apparatus.
  • the picture divider 110 divides each picture constituting an image into a plurality of coding tree units (CTUs) having a predetermined size, and then repeatedly divides the CTUs using a tree structure. (recursively) divide.
  • a leaf node in the tree structure becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding.
  • CU coding unit
  • a quadtree in which a parent node (or parent node) is divided into four child nodes (or child nodes) of the same size, or a binary tree (BinaryTree) in which a parent node is divided into two child nodes , BT), or a ternary tree (TT) in which a parent node is divided into three child 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 have.
  • a QuadTree plus BinaryTree (QTBT) structure may be used, or a QuadTree plus BinaryTree TernaryTree (QTBTTT) structure may be used.
  • BTTT may be collectively referred to as a Multiple-Type Tree (MTT).
  • MTT Multiple-Type Tree
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • the CTU may be first divided into a QT structure.
  • the quadtree splitting may be repeated until the size of a splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of a leaf node allowed in QT.
  • MinQTSize minimum block size
  • a first flag QT_split_flag indicating whether each node of the QT structure is split 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 the BT, it may be further divided into any one or more of the BT structure or the TT structure.
  • MaxBTSize maximum block size
  • a plurality of division directions may exist in the BT structure and/or the TT structure. For example, there may be two directions in which the block of the corresponding node is divided horizontally and vertically.
  • a second flag indicating whether nodes are split
  • a flag indicating additional splitting direction vertical or horizontal
  • split and/or split type Boary or Ternary
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is split is encoded could be
  • the CU split flag (split_cu_flag) value indicates that it is not split
  • 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 coding.
  • the CU split flag (split_cu_flag) value indicates to be split, the image encoding apparatus starts encoding from the first flag in the above-described manner.
  • split_flag split flag indicating whether each node of the BT structure is split into blocks of a lower layer
  • split type information indicating a split type are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • split_flag split flag
  • the asymmetric form may include a form in which the block of the corresponding node is divided into two rectangular blocks having a size ratio of 1:3, or a form in which the block of the corresponding node is divided in a diagonal direction.
  • a CU may have various sizes depending on 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 generates a prediction block by predicting the current block.
  • the prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124 .
  • each of the current blocks in a picture may be predictively coded.
  • prediction of the current block is performed using an intra prediction technique (using data from the picture containing the current block) or inter prediction technique (using data from a picture coded before the picture containing the current block). can be performed.
  • Inter prediction includes both uni-prediction and bi-prediction.
  • the intra prediction unit 122 predicts pixels in the current block by using pixels (reference pixels) located around the current block in the current picture including the current block.
  • a plurality of intra prediction modes exist according to a prediction direction.
  • the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode and 65 directional modes. According to each prediction mode, the neighboring pixels to be used and the formula are defined differently.
  • directional modes (Nos. 67 to 80, and Nos. -1 to -14 intra prediction modes) shown by dotted arrows in FIG. 3B may be additionally used. These may be referred to as “wide angle intra-prediction modes”. Arrows in FIG. 3B indicate corresponding reference samples used for prediction, not prediction directions. The prediction direction is opposite to the direction indicated by the arrow.
  • the wide-angle intra prediction modes are modes in which a specific directional mode is predicted in the opposite direction without additional bit transmission when the current block is rectangular. In this case, among the wide-angle intra prediction modes, some wide-angle intra prediction modes available for the current block may be determined by the ratio of the width to the height of the rectangular current block.
  • the wide-angle intra prediction modes having an angle smaller than 45 degrees are available when the current block has a rectangular shape with a height smaller than a width, and a wide angle having an angle greater than -135 degrees.
  • the intra prediction modes are available when the current block has a rectangular shape in which the width is greater than the height.
  • the intra prediction unit 122 may determine an intra prediction mode to be used for encoding 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. An intra prediction mode may be selected.
  • the intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes, and predicts the current block using a neighboring pixel (reference pixel) determined according to the selected intra prediction mode and an equation.
  • 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 using a motion compensation process.
  • the inter prediction unit 124 searches for a block most similar to the current block in the reference picture encoded and decoded before the current picture, and generates a prediction block for the current block using the searched block. Then, a motion vector (MV) corresponding to the displacement between the current block in the current picture and the prediction block in the reference picture is generated.
  • MV motion vector
  • motion estimation is performed for 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 and information on a motion vector used to predict the current block is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 may perform interpolation on a reference picture or reference block in order to increase prediction accuracy. 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 up to the precision of the decimal unit rather than the precision of the integer sample unit.
  • the precision or resolution of the motion vector may be set differently for each unit of a target region to be encoded, for example, a slice, a tile, a CTU, or a CU.
  • AMVR adaptive motion vector resolution
  • information on the motion vector resolution to be applied to each target region should be signaled for each target region.
  • the target region is a CU
  • information on motion vector resolution applied to each CU is signaled.
  • the information on the motion vector resolution may be information indicating the precision of a differential motion vector, which will 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 indicating the position of a block most similar to the current block in each reference picture are used.
  • the inter prediction unit 124 selects a first reference picture and a second reference picture, respectively, from a reference picture list 0 (RefPicList0) and a reference picture list 1 (RefPicList1), 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. Then, the first reference block and the second reference block are averaged or weighted to generate a prediction block for the current block.
  • motion information including information on two reference pictures and information on two motion vectors used to predict the current block is transmitted to the encoder 150 .
  • the reference picture list 0 is composed of pictures before the current picture in display order among the restored pictures
  • the reference picture list 1 is composed of pictures after the current picture in the display order among the restored pictures. have.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and in display order, the restored pictures after the current picture may be further included in the reference picture list 0, and conversely, the restored pictures before the current picture are additionally added to the reference picture list 1. may be included.
  • the motion information of the current block may be transmitted to the image decoding apparatus by encoding information for identifying the neighboring block. This method is called 'merge mode'.
  • 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.
  • a block located in 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 co-located block may be further used as merge candidates.
  • the inter prediction unit 124 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates by using these neighboring blocks.
  • a merge candidate to be used as motion information of the current block is selected from among the merge candidates included in the merge list, 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 image decoding apparatus.
  • AMVP Advanced Motion Vector Prediction
  • the inter prediction unit 124 derives motion vector prediction candidates for the motion vector of the current block using neighboring blocks of the current block.
  • neighboring blocks used to derive prediction motion vector candidates the left block (L), the upper block (A), the upper right block (AR), the lower left block (L) adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. BL), all or part of the upper left block AL may be used.
  • a block located in 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 is used as a neighboring block used to derive prediction motion vector candidates.
  • a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be used.
  • the inter prediction unit 124 derives prediction motion vector candidates by using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector with respect to the motion vector of the current block using the prediction 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 prediction motion vector may be obtained by applying a predefined function (eg, a median value, an average value operation, etc.) to the prediction motion vector candidates.
  • a predefined function eg, a median value, an average value operation, etc.
  • the image decoding apparatus also knows the predefined function.
  • the neighboring block used to derive the prediction motion vector candidate is a block that has already been encoded and decoded
  • the image decoding apparatus already knows the motion vector of the neighboring block. Therefore, the image encoding apparatus does not need to encode information for identifying the prediction motion vector candidate. Accordingly, in this case, information on a differential motion vector and information on a reference picture used to predict the current block are encoded.
  • the prediction motion vector may be determined by selecting any one of the prediction motion vector candidates.
  • information for identifying the selected prediction motion vector candidate is additionally encoded together with information on the differential motion vector and information on 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 transforms the residual signal in the residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain.
  • the transform unit 140 may transform the residual signals in the residual block by using the entire size of the residual block as a transform unit, or divide the residual block into a plurality of sub-blocks and use the sub-blocks as transform units to perform transformation. You may.
  • the residual signals may be transformed by dividing the transform region into two subblocks, which are a transform region and a non-transform region, and use only the transform region subblock as a transform unit.
  • the transform region subblock may be one of two rectangular blocks having a size ratio of 1:1 based on the horizontal axis (or the vertical axis).
  • the flag (cu_sbt_flag) indicating that only the subblock is transformed, the vertical/horizontal information (cu_sbt_horizontal_flag), and/or the position information (cu_sbt_pos_flag) are encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the video decoding apparatus.
  • the size of the transform region subblock may have a size ratio of 1:3 based on the horizontal axis (or vertical axis).
  • a flag (cu_sbt_quad_flag) for distinguishing the corresponding division is additionally encoded by the entropy encoding unit 155 and the image Signaled to the decoding device.
  • the transform unit 140 may separately transform the residual block in a horizontal direction and a vertical direction.
  • various types of transformation functions or transformation matrices may be used.
  • a pair of transform functions for horizontal transformation and vertical 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 MTSs and transform the residual blocks in horizontal and vertical directions, respectively.
  • Information (mts_idx) on a transform function pair selected from among MTSs 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 directly 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 quantization matrix applied to two-dimensionally arranged quantized transform coefficients may be encoded and signaled to an image decoding apparatus.
  • the reordering unit 150 may rearrange the coefficient values on the quantized residual values.
  • the reordering unit 150 may change a two-dimensional coefficient array into a one-dimensional coefficient sequence by using coefficient scanning. For example, the reordering unit 150 may output a one-dimensional coefficient sequence by scanning from DC coefficients to coefficients in a high frequency region using a zig-zag scan or a diagonal scan. .
  • a vertical scan for scanning a two-dimensional coefficient array in a column direction and a horizontal scan for scanning a two-dimensional block shape coefficient in a row direction may be used instead of the zig-zag scan according to the size of the transform unit and the intra prediction mode. That is, a scanning method to be used among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan may be determined 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) and Exponential Golomb to convert the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150 .
  • CABAC Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code
  • Exponential Golomb Exponential Golomb
  • the entropy encoder 155 encodes information such as a CTU size, a CU split flag, a QT split flag, an MTT split type, an MTT split direction, etc. related to block splitting, so that the video decoding apparatus divides the block in the same way as the video encoding apparatus to be able to divide. Also, 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) or inter prediction information (in the case of the merge mode, the merge index, in the case of the AMVP mode, the reference picture index and information on the differential motion vector) is encoded. Also, the entropy encoder 155 encodes information related to quantization, that is, information about a quantization parameter and information about 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 restores the residual block by transforming the transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from the frequency domain to the spatial domain.
  • the addition unit 170 restores the current block by adding the reconstructed residual block to the prediction block generated by the prediction unit 120 . Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.
  • the loop filter unit 180 reconstructs pixels to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, blurring artifacts, etc. generated due to block-based prediction and transformation/quantization. filter on them.
  • the filter unit 180 may include all or a part of a deblocking filter 182, a sample adaptive offset (SAO) filter 184, and an adaptive loop filter (ALF) 186 as an in-loop filter. .
  • SAO sample adaptive offset
  • ALF adaptive loop filter
  • the deblocking filter 180 filters the boundary between the reconstructed blocks in order to remove a blocking artifact caused by block-by-block encoding/decoding, and the SAO filter 184 and alf 186 deblocking filtering Additional filtering is performed on the captured image.
  • the SAO filter 184 and alf 186 are filters used to compensate for a difference between a reconstructed pixel and an original pixel caused by lossy coding.
  • the SAO filter 184 improves encoding efficiency as well as subjective image quality by applying an offset in units of CTUs.
  • the ALF 186 performs block-by-block filtering, and compensates for distortion by applying different filters by classifying the edge of the corresponding block and the degree of change.
  • Information on filter coefficients to be used for ALF may be encoded and signaled to an image decoding apparatus.
  • the restored block filtered through the deblocking filter 182 , the SAO filter 184 and the ALF 186 is stored in the memory 190 .
  • the reconstructed picture may be used as a reference picture for inter prediction of blocks 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-components of the apparatus will be described with reference to FIG. 5 .
  • the image decoding apparatus includes an entropy decoding unit 510, a reordering 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) may be included.
  • each component of the image decoding apparatus may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • the function of each component may be implemented in software and the microprocessor may be implemented to execute the function of the software corresponding to each component.
  • the entropy decoding unit 510 decodes the bitstream generated by the image encoding apparatus and extracts information related to block division to determine a current block to be decoded, and prediction information and residual signal required to reconstruct the current block. extract information, etc.
  • the entropy decoder 510 extracts information on the CTU size from a sequence parameter set (SPS) or a picture parameter set (PPS) to determine the size of the CTU, 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 division information on the CTU.
  • SPS sequence parameter set
  • PPS picture parameter set
  • a first flag (QT_split_flag) related to QT splitting is first extracted and each node is split into four nodes of a lower layer.
  • the second flag (MTT_split_flag) related to the split of MTT and the split direction (vertical / horizontal) and / or split type (binary / ternary) information are extracted and the corresponding leaf node is set to MTT split into structures. Accordingly, each node below the leaf node of the QT is recursively divided into a BT or TT structure.
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether a CU is split is first extracted, and when the block is split, a first flag (QT_split_flag) is extracted.
  • each node may have zero or more repeated MTT splits after zero or more repeated QT splits. For example, in the CTU, MTT division may occur immediately, or conversely, only multiple QT divisions may occur.
  • a first flag (QT_split_flag) related to QT splitting is extracted and each node is split into four nodes of a lower layer. And, for a node corresponding to a leaf node of QT, a split flag (split_flag) indicating whether or not to be further split into BT and split direction information are extracted.
  • the entropy decoding unit 510 determines a current block to be decoded by using the tree structure division, information on a prediction type indicating whether the current block is intra-predicted or inter-predicted is extracted.
  • the prediction type information indicates intra prediction
  • the entropy decoder 510 extracts a syntax element for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block.
  • the prediction type information indicates inter prediction
  • the entropy decoding unit 510 extracts a syntax element for the inter prediction information, that is, a motion vector and information indicating a reference picture referenced by the motion vector.
  • the entropy decoding unit 510 extracts quantization-related information and information on quantized transform coefficients of the current block as information on the residual signal.
  • the reordering unit 515 re-orders the sequence of one-dimensional quantized transform coefficients entropy-decoded by the entropy decoder 510 in the reverse order of the coefficient scanning order performed by the image encoding apparatus into a two-dimensional coefficient array (that is, block) can be changed.
  • the inverse quantization unit 520 inversely quantizes the quantized transform coefficients and inversely quantizes the quantized transform coefficients using the quantization parameter.
  • the inverse quantizer 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to the two-dimensionally arranged quantized transform coefficients.
  • the inverse quantizer 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from the image encoding apparatus to a 2D array of quantized transform coefficients.
  • the inverse transform unit 530 inversely transforms the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to reconstruct residual signals to generate a residual block for the current block.
  • the inverse transform unit 530 when the inverse transform unit 530 inversely transforms only a partial region (subblock) of the transform block, a flag (cu_sbt_flag) indicating that only the subblock of the transform block has been transformed, and subblock directional (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag) ) and/or subblock position information (cu_sbt_pos_flag), and by inversely transforming transform coefficients of the corresponding subblock from the frequency domain to the spatial domain, the residual signals are restored. By filling in , the final residual block for the current block is created.
  • the inverse transform unit 530 determines a transform function or transform matrix to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using the MTS information (mts_idx) signaled from the image encoding apparatus, and uses the determined transform function. Inverse transform is performed on transform coefficients in the transform block in the horizontal and vertical directions.
  • the predictor 540 may include an intra predictor 542 and an inter predictor 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 the intra prediction mode of the current block among a plurality of intra prediction modes from the syntax elements for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and refers to the vicinity of the current block according to the intra prediction mode. Predict the current block using pixels.
  • the inter prediction unit 544 determines a motion vector of the current block and a reference picture referenced by the motion vector by using the syntax element for the inter prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and divides the motion vector and the reference picture. is used to predict the current block.
  • the adder 550 reconstructs 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. Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting a block to be decoded later.
  • the loop filter unit 560 may include a deblocking filter 562 , an SAO filter 564 , and an ALF 566 as an in-loop filter.
  • the deblocking filter 562 deblocks and filters the boundary between reconstructed blocks in order to remove a blocking artifact caused by block-by-block decoding.
  • the SAO filter 564 and the ALF 566 perform additional filtering on the reconstructed block after deblocking filtering in order to compensate for the difference between the reconstructed pixel and the original pixel caused by lossy coding.
  • the filter coefficients of the ALF are determined using information about the filter coefficients decoded from the non-stream.
  • the restored block filtered through the deblocking filter 562 , the SAO filter 564 , and the ALF 566 is stored in the memory 570 .
  • the reconstructed picture is used as a reference picture for inter prediction of blocks in a picture to be encoded later.
  • This embodiment relates to encoding and decoding of an image (video) as described above. More specifically, in image encoding and decoding using reference pictures having heterogeneous resolutions, in order to improve encoding/decoding efficiency, the current image is encoded/decoded in consideration of the resolution of the reference picture. In addition, the current image and the resolution different reference Provided is an image encoding/decoding method for decoding a motion vector for a current image during inter prediction with reference to a motion vector of a picture.
  • the memories 190 and 570 of the image encoding/decoding apparatus as shown in FIG. 5 include a decoded picture buffer (DPB) and a decoded buffer (DB).
  • DPB decoded picture buffer
  • DB decoded buffer
  • FIG. 6 is an exemplary diagram conceptually illustrating a decoding process for a multi-layer having heterogeneous resolutions according to an embodiment of the present disclosure.
  • each of the high-level and low-level layers encodes the same image at different resolutions, and when decoding, these resolution characteristics, the same Image decoding may be performed with reference to picture order count (POC) information.
  • the image decoding apparatus may decode the higher-level layer by using the decoding information of the current image based on the pre-stored decoding information of the lower-level layer and the decoded residual signal of the current image.
  • the decoding information of the lower-level layer includes block division information, prediction mode, prediction direction, transformation kernel, motion vector, reference picture index, filter information (eg, information about in-loop filter, interpolation filter, etc.) , a weight prediction parameter (eg, a weight for weighted average of bidirectional reference blocks), etc.
  • decoding information in terms of syntax may include at least one of a residual signal for a reference picture.
  • a position matching the current image may be an image of a lower-level layer of the same POC or an image of a lower-level layer referenced by the current image (ie, a reference picture).
  • an image decoding apparatus uses information obtained by parsing a bitstream transmitted from an image encoding apparatus, and parses a bitstream transmitted from the image encoding apparatus After decoding, one or more methods among methods using pixel information of a reconstructed image generated by decoding may be used.
  • the current image includes the current block for decoding and is included in the higher-level layer.
  • the reference picture includes a reference block or reference position to be referenced for decoding of the current block and is included in a lower-level layer.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart of an image decoding method using reference pictures having heterogeneous resolutions according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 illustrates a method of performing inter prediction during a block-by-block decoding process based on reference pictures having heterogeneous resolutions.
  • the image decoding apparatus After determining the constraint conditions for the reference picture index and the motion vector (S700), the image decoding apparatus generates information on the reference picture index (S702) and generates information on the motion vector (S704).
  • the reference picture index and the motion vector may be based on the low-level decoding information as described above.
  • the image decoding apparatus After generating a first reference picture based on the reference picture index, the image decoding apparatus generates a first prediction signal using the first reference picture (S706). In the process of generating the first prediction signal, a motion vector may be used.
  • the image decoding apparatus may refer to the reference picture after applying resolution correction filtering. That is, the image decoding apparatus generates a second reference picture by applying resolution correction filtering to the first reference picture having a different resolution from the current block (S708), and then generates a second prediction signal using the second reference picture ( S710). In the process of generating the second prediction signal, a motion vector in consideration of the resolution difference may be used. One method of generating the motion vector in consideration of the resolution difference will be described later. Meanwhile, the second reference picture may be stored in a decoded picture buffer (DPB).
  • DPB decoded picture buffer
  • One of the first prediction signal and the second prediction signal is selected as the prediction signal, and the image decoding apparatus generates a reconstructed block by adding the residual signal of the current block ( S712 ).
  • the image decoding apparatus may select the first prediction signal as the prediction signal.
  • the image decoding apparatus may use a reference picture index and a motion vector of a lower-level layer image of the same POC as predictive values.
  • the image decoding apparatus may determine the reference picture index of the higher-level layer image by adding the difference value of the reference picture index to the reference picture index.
  • the reference picture index of the higher-level layer image may be limited to the reference picture index of the lower-level layer. That is, when decoding the current block included in the higher-level layer, the predicted value of the reference picture index with respect to the reference block included in the corresponding lower-level layer is used as it is, and transmission of the index difference value may be omitted.
  • the predicted value of the motion vector may be determined by considering the relationship between the resolution and the corresponding position of the upper-level layer image and the lower-level layer image.
  • the motion vector for the reference picture of the current block may be limited to a specific value including 0.
  • that the motion vector for the reference picture is 0 indicates that the same position as the position of the current block is referred to in the second reference picture to which the resolution correction filtering is applied to the first reference picture.
  • the transmission of the reference picture index and the motion vector is omitted according to the agreement between the image encoding/decoding apparatus, and the image decoding apparatus stores the current block using the promised value. decryption can be performed.
  • the reference picture index and motion vector of the lower-level layer in which the resolution correction is considered are the higher-level layer based on the Decoder Motion Vector Refinement (DMVR) technique performed by the image decoding apparatus. It can be restored to the most suitable motion information.
  • DMVR Decoder Motion Vector Refinement
  • the DMVR may be performed using the reconstructed samples of the previously decoded blocks around the current block.
  • the surrounding restored samples are formed of J (J is a natural number) sample lines on the upper and left sides.
  • the image decoding apparatus calculates the error between the sample for DMVR and the reference image of the filtered low-level layer to determine the position with the smallest error in the reference image, and determines the reference position of the current block using the determined position. .
  • the apparatus for decoding an image may calculate a weighted average of motion vectors of samples for DMVR as described above and determine it as the motion vector of the current block.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram for determining an intra prediction mode using a reference picture having a heterogeneous resolution according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image decoding apparatus may determine the intra prediction mode of the current block using intra prediction mode information pre-stored for the lower layer reference picture. .
  • the image decoding apparatus obtains information on a low-level layer picture to refer to the prediction mode, obtains information on a reference position (the position of a block to be referenced by the current block) from the reference picture of the low-level layer, and then A prediction signal may be generated by performing intra prediction on the current block using intra prediction mode information of the block.
  • the reference picture and the reference position may be based on the low-level decoding information as described above.
  • the image decoding apparatus may generate a reconstructed block by adding the prediction signal and the residual signal of the current block.
  • the reference picture and the reference position of the lower-level layer may be limited to a specific value according to an agreement between the image encoding/decoding apparatuses.
  • a reference picture in a lower-level layer with respect to the current image of the image encoding/decoding apparatus may be limited to an image of a specific index.
  • the reference position may be limited to a specific value including 0.
  • the reference position information is 0, the same position as the position of the current block is referenced when the position of the block to refer to the prediction mode is determined in consideration of the resolution and correspondence between the reference picture and the current image to be decoded. Restriction of the reference picture index indicates that only the image of the lower-level layer having the same POC as the higher-level layer or having a specific temporal positional relationship is used for the reference of the intra prediction mode.
  • the limited reference picture index is a fixed value or the image decoding apparatus can determine the reference picture index according to a method agreed between the image encoding/decoding apparatuses, the reference position information of the intra prediction mode, the reference picture index, the intra prediction mode, etc. transmission is omitted, and the image decoding apparatus may perform decoding on the current block using the promised value.
  • FIG. 9 is a conceptual exemplary diagram of intra/inter mixed prediction using a reference picture having heterogeneous resolution according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image decoding apparatus may decode the current block based on intra/inter mixed prediction.
  • the image decoding apparatus generates a third reference signal by weighted summing the first reference signal on which the resolution correction filtering is performed on the reference block of the lower level layer and the second reference signal intra-predicted using the decoded reference pixels around the current block, , decoding may be performed with reference to at least one or more of these signals.
  • the weights (a, b in the example of FIG. 9 ) for the first reference signal and the second reference signal are transmitted from the image encoding apparatus and used, the method of receiving and using the index of the weight list, and the image part/
  • the determination may be made using one or more methods among methods using a fixed value according to an agreement between decoding devices.
  • the prediction mode for the first reference signal is the intra prediction mode
  • transmission of the intra prediction mode for the second reference signal is omitted according to an agreement between image encoding/decoding devices, and the first reference signal is transmitted.
  • the second reference signal may be predicted using the prediction mode of the signal.
  • a reference picture for a current image of the image encoding/decoding apparatus may be limited to an image of a specific index.
  • the relationship between the current image and the reference image is a layer relationship, and the current image can refer to a lower-level layer as a higher-level layer
  • the image decoding apparatus uses the same POC for the higher-level image. You can refer to the low-level layer image.
  • the reference picture index of the higher-level layer image may be limited to the same POC image of the lower-level layer.
  • the motion vector for the reference block of the current block may be limited to a specific value including 0.
  • the motion vector of the reference block is 0, it indicates that the same position as the position of the current block is referred to in the second reference image to which the resolution correction filtering is applied to the first reference image.
  • the image decoding apparatus determines the decoding block at the same position in the lower-level layer as the first reference signal, predicts the second reference signal using the decoded reference pixels around the current block, and then the first reference signal and the second reference signal.
  • a third reference signal may be generated by weighted summing the reference signals, and decoding may be performed with reference to at least one of these signals.
  • the weight for the intra/inter mixed prediction may be transmitted from the image encoding apparatus to the decoding apparatus in the form of an index of a list, a weight value, and a weighted prediction difference value.
  • the image decoding apparatus may determine a weight for intra/inter mixed prediction of the current block by using one of an index, a weight value, and a weight prediction difference value, and generate a prediction signal for the current block.
  • the weight may be transmitted in units of basic decoding blocks, decoding block groups, tiles, slices, subframes, subframe groups, frames, frame groups, sequence units, or supplementary enhancement information (SEI) messages in the form of a transmission unit. Accordingly, the weight transmitted from the decoding unit belonging to the corresponding transmission unit may be applied.
  • SEI Supplemental Enhancement Information
  • FIG. 10 is a conceptual illustration of inter-component reference using reference pictures having heterogeneous resolutions according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image decoding apparatus uses inter-component weights and offsets based on the reference block to Decryption can be performed.
  • the decoding according to the inter-component reference refers to decoding the chroma component of the current block by using the luma component, the inter-component weight, and the offset of the current block, as shown in the example of FIG. 10 and Equation 1 .
  • rec L (i,j) is the decoded reconstructed pixel value in the (i,j) luma sample in the current block
  • pred C (i,j) is the resampled (i,j) chroma sample in the current block.
  • ⁇ and ⁇ respectively indicate a weight and an offset between components based on a reference block.
  • the image decoding apparatus determines the luma and chroma components of the reference block.
  • a weight and an offset between components for the current block may be calculated using the pixel value.
  • the weights and offsets between components may be calculated using only some pixels of the luma and chroma component blocks of the reference block or resolution-correction-filtered pixel values.
  • the reference picture and the reference position of the low-level layer may be limited to a specific value according to an agreement between the image encoding/decoding apparatus.
  • a reference picture for a current image of the image encoding/decoding apparatus may be limited to an image of a specific index.
  • the image decoding apparatus uses the same POC for the higher-level image. You can refer to the low-level layer image.
  • the reference picture index of the higher-level layer image may be limited to the same POC image of the lower-level layer.
  • the reference position for the current block may be limited to a specific value including 0.
  • the reference position information is 0, the same position as the position of the current block is referenced when the position of the block to refer to the prediction mode is determined in consideration of the resolution and correspondence between the reference picture and the current image to be decoded.
  • the image decoding apparatus uses the promised value to the current block can be decrypted. That is, when the decoding block at the same position in the lower-level layer is predicted by inter-component reference, the image decoding apparatus uses pixel values of some or all of the luma block and the chroma block of the co-located decoding block of the lower-level layer to weight inter-components can be predicted, and inter-component prediction of the current block can be performed using the corresponding weight.
  • FIG. 10 shows a case where the resolution of the lower-level layer is smaller than the resolution of the higher-level layer
  • the same method is used. can be referenced based on
  • the image decoding apparatus when using a reference picture having a heterogeneous resolution, if matrix weighted intra prediction (MIP) is applied to a block at a reference position, that is, a reference block, the image decoding apparatus provides a reference block Decoding of the current block can be performed by using the used MIP mode as the MIP mode of the current block. In this case, since the MIP mode for the current block does not need to be transmitted, coding efficiency can be improved.
  • MIP matrix weighted intra prediction
  • the reference picture and the reference position of the low-level layer may be limited to a specific value according to an agreement between the image encoding/decoding apparatus.
  • a reference picture for a current image of the image encoding/decoding apparatus may be limited to an image of a specific index.
  • the image decoding apparatus uses the same POC for the higher-level image. You can refer to the low-level layer image.
  • the reference picture index of the higher-level layer image may be limited to the same POC image of the lower-level layer.
  • the reference position for the current block may be limited to a specific value including 0.
  • the reference position information is 0, the same position as the position of the current block is referenced when the position of the block to refer to the prediction mode is determined in consideration of the resolution and correspondence between the reference picture and the current image to be decoded.
  • this embodiment shows a case where the resolution of the lower-level layer is smaller than the resolution of the higher-level layer
  • the same method is used can be referenced.
  • All or part of the image decoding method using the reference picture having the heterogeneous resolution as described above can be used when the image encoding apparatus performing the encoding on the multi-layer having the heterogeneous resolution performs the encoding on the higher-level layer. have.
  • a current picture includes a current block for decoding.
  • the reference picture includes a reference block to be referenced for decoding of the current block.
  • a picture may be hierarchically divided into structures such as subpictures, CTUs, slices, tiles, and coding units.
  • a picture may be divided into a plurality of sub pictures, and the image decoding apparatus may parse division information from higher-level information of the SPS.
  • a picture may be divided into a plurality of CTUs, and division information may be parsed from higher-level information of the PPS.
  • the image decoding apparatus may parse the start and end addresses of the subpicture, the subpicture resampling scale values (wS SP, hS SP ) compared to the picture resolution, the width and height of the reference picture, etc. from the higher level information of the SPS. Also, a table in which a motion vector offset value and a motion vector offset index are matched may be parsed from the higher level information of the SPS. The motion vector offset represents the difference between motion vectors.
  • the image decoding apparatus may parse the resampling scale values (wS P, hS P ) of the picture compared to the width and height of the picture and the width and height of the reference picture from the higher level information of the PPS.
  • the width and height of the reference picture multiplied by the wS P, or each P hS dividing a width and height of the current picture may be derived.
  • the number of CTUs, the width and height of CTUs, the resampling scale values of the CTU compared to the resolution of the subpicture (wS CTU , hS CTU ), etc. may be parsed from the higher level information of the PPS.
  • the width of the changed CTU may be derived by multiplying or dividing the width of the signaled CTU by wS CTU.
  • the height of the changed CTU may be derived by multiplying or dividing the height of the signaled CTU by the hS CTU.
  • the image decoding device can parse the number of sub-picture from the picture header, the width and height of the index, the sub-picture of the sub-picture, wS SP, SP, etc. hS.
  • the width of the changed CTU may be derived by multiplying or dividing the width of the signaled subpicture by wS SP or wS P .
  • the height of the changed CTU may be derived by multiplying or dividing the height of the signaled subpicture by hS SP or hS P .
  • FIG. 11 is an example of a hierarchical division structure of a current picture and a motion vector reference picture according to an embodiment of the present disclosure.
  • a motion vector reference picture indicates a picture designated by a reference picture index with respect to a current block.
  • the example of FIG. 11 shows scales for the width and height of each CTU, subpicture, and picture including the current block A, the motion vector reference block B.
  • the scale difference of each CTU including the current block A and the motion vector reference block B may be a scale difference (wS diff_curr_ref, hS diff_curr_ref) between the current block A and the motion vector reference block B.
  • a motion vector B of the current block A may be a wS diff_curr_ref, hS diff_curr_ref induction.
  • a scaling value for the width of the coding unit relative to the reference picture may be derived using wS CTU ⁇ wS SP ⁇ wS P .
  • a scaling value for the height of the coding unit relative to the reference picture may be derived using hS CTU ⁇ hS SP ⁇ hS P .
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of deriving a motion vector using reference pictures having different resolutions and generating a prediction block according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image decoding apparatus may derive the first reference motion vector by parsing the index on the motion vector reference list (S1200).
  • a construction method mode for the motion vector reference list may be parsed and used.
  • the motion vector reference list may be composed of blocks that are positionally close to the same picture as the current block or another picture. Also, the motion vector reference list may be configured by sequentially updating decoded blocks.
  • the image decoding apparatus may derive the second reference motion vector ( S1202 ).
  • a difference in resolution scale between the current block and the motion vector reference block may be derived by using the difference between the resolution scale of the CTU including the current block and the resolution scale of the CTU including the motion vector reference block.
  • the scale of the resolution compared to the reference picture of the current block may be derived by multiplying or dividing one or a plurality of wS CTU , wS SP , and wS P .
  • the scale of the resolution compared to the reference picture of the motion vector reference block may be derived by multiplying or dividing one or a plurality of wS CTU , wS SP , and wS P stored in a decoded buffer (DB).
  • a resolution scale difference between the current block and the motion vector prediction block may be derived by multiplying or dividing the scale of the resolution relative to the reference picture of the current block and the scale of the resolution relative to the reference picture of the motion vector prediction block.
  • the image decoding apparatus may derive the second reference motion vector by multiplying or dividing the induced resolution scale difference by the first reference motion vector.
  • the image decoding apparatus may derive the second reference motion vector by multiplying or dividing the derived resolution scale difference value by the first reference motion vector and adding the motion vector offset.
  • the motion vector offset index may be parsed or derived using a resolution scale difference. With reference to the motion vector offset table parsed from the higher level information, the image decoding apparatus may derive the motion vector offset corresponding to the motion vector offset index.
  • the image decoding apparatus may selectively derive a residual motion vector ( S1204 ).
  • a value of the residual motion vector, a sign index of the residual motion vector, a magnitude index of the residual motion vector, and the like may be parsed from higher-level information.
  • a table in which the sign and index of the residual motion vector are matched may be parsed from higher level information or CTU level information.
  • the image decoding apparatus may derive the sign of the residual motion vector by using the parsed index and the matching table.
  • a table in which the residual motion vector size and index are matched may be parsed from higher level information or CTU level information.
  • the image decoding apparatus may derive the size of the residual motion vector by using the parsed index and the matching table.
  • the magnitude of the second residual motion vector may be derived by multiplying or dividing the magnitude of the derived residual motion vector by one or more of wS CTU , wS SP , and wS P .
  • the image decoding apparatus may generate the residual motion vector by using the sign of the residual motion vector, the magnitude of the residual motion vector, or the magnitude of the second residual motion vector.
  • the image decoding apparatus adds the residual motion vector and the reference motion vector to derive the motion vector.
  • a residual motion vector may be derived without performing the second reference motion vector derivation process according to the prediction mode.
  • the image decoding apparatus may derive the first motion vector by summing the first reference motion vector and the residual motion vector ( S1206 ). Also, the image decoding apparatus may generate the second motion vector by multiplying or dividing the first motion vector by the resolution scale parameter ( S1208 ).
  • the image decoding apparatus may designate the second reference motion vector as the motion vector.
  • the image decoding apparatus may generate the prediction block (S1210).
  • the resolution scales of the current block and the prediction block may be calculated using wS CTU, wS SP , or wS P corresponding to each block.
  • the image decoding apparatus may induce a scale difference between the current block and the prediction block by multiplying or dividing the resolution scales of the current block and the prediction block.
  • the resolution of the current block may be changed to be the same.
  • the resampled reference block may be used as the first prediction block.
  • the image decoding apparatus In the prediction mode using two or more motion vector information, the image decoding apparatus generates a plurality of prediction blocks by performing the process illustrated in FIG. 12 a plurality of times, and then weights and averages the generated prediction blocks to generate a second prediction block.
  • a weight for each prediction block used in the weighted averaging process may be set to the same value, parsed, derived based on a temporal/spatial distance, or derived based on a scale difference from the current block.
  • the restored sample value may be stored in the DPB, and higher level information, motion vectors, picture division structure, wS CTU , wS SP , wS P , etc. may be stored in the DB.
  • the amount of memory required to store a sample value in the DPB may be equal to N ⁇ M ⁇ c (M, N, and c are natural numbers).
  • N ⁇ M may be a common divisor of the area of a CTU, a subpicture, or a picture
  • c may be the number of a CTU, a subpicture, or a picture.
  • the reconstructed CTU, subpicture or picture may be stored in the DPB.
  • motion vectors of reference pictures having different resolutions from the current image are referred to.
  • each process is sequentially executed in each flowchart according to the present embodiment
  • the present invention is not limited thereto.
  • the flowchart since it may be applicable to change and execute the processes described in the flowchart or to execute one or more processes in parallel, the flowchart is not limited to a time-series order.
  • non-transitory recording medium includes, for example, any type of recording device 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 실시예는, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 부호화 및 복호화에 있어서, 부/복호화 효율을 향상시키기 위해 참조 픽처의 해상도를 고려하여 현재 영상에 대한 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행한다. 또한, 인터 예측 시 현재 영상과 해상도가 다른 참조 픽처의 움직임벡터를 참조하여 현재 영상에 대한 움직임벡터를 복호화하는 영상 부호화/복호화 방법을 제공한다.

Description

이종 해상도를 갖는 참조 픽처 기반의 영상 부호화 및 복호화
본 개시는 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처에 대해 참조 전에 이종 해상도를 고려하여 참조함으로써 부/복호화 효율을 향상시키는 영상 부호화 및 복호화 방법에 대한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
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, 프레임률이 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) 부/복호화에서는, 부/복호화 효율을 향상시키기 위해 이전에 복호화된 영상을 참조하여 현재 영상이 부/복호화될 수 있다. 예를 들어, 이종 해상도를 갖는 멀티 레이어(multi-layer) 또는 멀티 뷰(multi-view)에 대한 영상 부/복호화의 경우, 현재 영상과 참조 픽처 간의 해상도가 상이할 수 있다. 이러한 경우, 참조 픽처의 해상도를 고려하여 현재 영상을 부/복호화하는 방법이 필요하다.
본 개시는, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 부호화 및 복호화에 있어서, 부/복호화 효율을 향상시키기 위해 참조 픽처의 해상도를 고려하여 현재 영상에 대한 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행한다. 또한, 인터 예측 시 현재 영상과 해상도가 다른 참조 픽처의 움직임벡터를 참조하여 현재 영상에 대한 움직임벡터를 복호화하는 영상 부호화/복호화 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 하위수준 레이어에 포함되고 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 기반으로 영상 복호화 장치가 수행하는, 상위수준 레이어에 포함되는 현재 영상 내의 현재블록에 대한 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 현재블록에 대한 예측모드를 획득하는 단계; 상기 현재블록에 대한 복호화된 잔차신호 및 복호화 정보를 획득하는 단계, 여기서, 상기 복호화 정보는, 상기 예측모드가 인터 예측인 경우, 상기 참조 픽처에 대한 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 포함하고, 상기 예측모드가 인트라 예측인 경우, 상기 참조 픽처와 상기 참 픽처 내의 참조 위치를 포함함; 상기 예측모드가 상기 인터 예측인 경우, 상기 복호화 정보를 기반으로 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 단계; 및 상기 예측신호와 상기 잔차신호를 가산하여 복원 블록을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 인터 예측을 이용하는 경우, 상기 이종 해상도를 보정하기 위한 필터링을 상기 참조 픽처에 포함된 참조 블록에 적용하여 상기 현재블록의 해상도와 일치시키는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 하위수준 레이어에 포함되고 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 기반으로 영상 부호화 장치가 수행하는, 상위수준 레이어에 포함되는 현재블록에 대한 영상 부호화 방법에 있어서, 상기 현재블록에 대한 예측모드를 생성하는 단계; 상기 현재블록에 대한 부호화 정보를 획득하는 단계, 여기서, 상기 부호화 정보는, 상기 예측모드가 인터 예측인 경우, 상기 참조 픽처에 대한 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 포함하고, 상기 예측모드가 인트라 예측인 경우, 상기 참조 픽처와 상기 참 픽처 내의 참조 위치를 포함함; 상기 예측모드가 상기 인터 예측인 경우, 상기 부호화 정보를 기반으로 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 단계; 및 상기 현재블록으로부터 상기 예측신호를 감산하여 잔차신호를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 인터 예측을 이용하는 경우, 상기 이종 해상도를 보정하기 위한 필터링을 상기 참조 픽처에 포함된 참조 블록에 적용하여 상기 현재블록의 해상도와 일치시키는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 부호화 및 복호화에 있어서, 참조 픽처의 해상도를 고려하여 현재 영상에 대한 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행하는 방법을 제공함으로써, 부/복호화 효율을 향상시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 인터 예측에 있어서 현재 영상과 해상도가 다른 참조 픽처의 움직임벡터를 참조하여 움직임벡터를 복호화하는 방법을 제공함으로써, 부/복호화 효율을 향상시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
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 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 멀티 레이어에 대한 복호화 과정을 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 복호화 방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 인트라 예측모드의 결정에 대한 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 인트라/인터 혼합 예측에 대한 개념적인 예시도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 성분간 참조에 대한 개념적인 예시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 현재 픽처와 움직임벡터 참조 픽처의 계층적 분할 구조에 대한 예시이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 해상도가 다른 참조 픽처를 이용하는 움직임벡터의 유도 및 예측블록의 생성 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 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 1의 도시를 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 부호화 장치는 픽처 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)은 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 픽처가 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 그리고, 하나 이상의 SPS가 공통으로 참조하는 정보들은 비디오 파라미터 셋(VPS, Video 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 상위수준(high level) 신택스로 칭할 수 있다.
픽처 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.
픽처 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 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 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 2의 도시와 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.
일반적으로, 픽처 내 현재블록들은 각각 예측적으로 코딩될 수 있다. 일반적으로 현재블록의 예측은 (현재블록을 포함하는 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인트라 예측 기술 또는 (현재블록을 포함하는 픽처 이전에 코딩된 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인터 예측 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 인터 예측은 단방향 예측과 양방향 예측 모두를 포함한다.
인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 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 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.
직사각형 모양의 현재블록에 대한 효율적인 방향성 예측을 위해, 도 3b에 점선 화살표로 도시된 방향성 모드들(67 ~ 80번, -1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)이 추가로 사용될 수 있다. 이들은 "광각 인트라 예측모드들(wide angle intra-prediction modes)"로 지칭될 수 있다. 도 3b에서 화살표들은 예측에 사용되는 대응하는 참조샘플들을 가리키는 것이며, 예측 방향을 나타내는 것이 아니다. 예측 방향은 화살표가 가리키는 방향과 반대이다. 광각 인트라 예측모드들은 현재블록이 직사각형일 때 추가적인 비트 전송 없이 특정 방향성 모드를 반대방향으로 예측을 수행하는 모드이다. 이때 광각 인트라 예측모드들 중에서, 직사각형의 현재블록의 너비와 높이의 비율에 의해, 현재블록에 이용 가능한 일부 광각 인트라 예측모드들이 결정될 수 있다. 예컨대, 45도보다 작은 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(67 ~ 80번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 높이가 너비보다 작은 직사각형 형태일 때 이용 가능하고, -135도보다 큰 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(-1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 너비가 높이보다 큰 직사각형 형태일 때 이용 가능하다.
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 픽셀(참조 픽셀)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 이용하여 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: MV)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 움직임벡터는 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, 움직임벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)는 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도(Adaptive Motion Vector Resolution: AMVR)가 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 영상 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 영상 복호화 장치로 전달된다.
움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 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 4에 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(collocated 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 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차블록 내의 잔차신호를 주파수 도메인의 변환 계수로 변환한다. 변환부(140)는 잔차블록의 전체 크기를 변환 단위로 사용하여 잔차블록 내의 잔차신호들을 변환할 수 있으며, 또는 잔차블록을 복수 개의 서브블록으로 분할하고 그 서브블록을 변환 단위로 사용하여 변환을 할 수도 있다. 또는, 변환 영역 및 비변환 영역인 두 개의 서브블록으로 구분하여, 변환 영역 서브블록만 변환 단위로 사용하여 잔차신호들을 변환할 수 있다. 여기서, 변환 영역 서브블록은 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:1의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록 중 하나일 수 있다. 이런 경우, 서브블록 만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. 또한, 변환 영역 서브블록의 크기는 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:3의 크기 비율을 가질 수 있으며, 이런 경우 해당 분할을 구분하는 플래그(cu_sbt_quad_flag)가 추가적으로 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 행렬이 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 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 이용하여 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 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀로서 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 픽셀들에 대한 필터링을 수행한다. 필터부(180)는 인루프(in-loop) 필터로서 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.
디블록킹 필터(180)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 필터링하고, SAO 필터(184) 및 alf(186)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184) 및 alf(186)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터이다. SAO 필터(184)는 CTU 단위로 오프셋을 적용함으로써 주관적 화질뿐만 아니라 부호화 효율도 향상시킨다. 이에 비하여 ALF(186)는 블록 단위의 필터링을 수행하는데, 해당 블록의 에지 및 변화량의 정도를 구분하여 상이한 필터를 적용하여 왜곡을 보상한다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
디블록킹 필터(182), SAO 필터(184) 및 ALF(186)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. 이에 따라 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 이용하여 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 요소를 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 양자화 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 양자화된 변환계수들을 역양자화하고, 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 잔차블록을 생성한다.
또한, 역변환부(530)는 변환블록의 일부 영역(서브블록)만 역변환하는 경우, 변환블록의 서브블록만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 서브블록의 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 서브블록의 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)를 추출하여, 해당 서브블록의 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환함으로써 잔차신호들을 복원하고, 역변환되지 않은 영역에 대해서는 잔차신호로 “0”값을 채움으로써 현재블록에 대한 최종 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 행렬을 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 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다.
인터 예측부(544)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인터 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 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀로서 활용된다.
루프 필터부(560)는 인루프 필터로서 디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)를 포함할 수 있다. 디블록킹 필터(562)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해, 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링한다. SAO 필터(564) 및 ALF(566)는 손실 부호화(lossy coding)으로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다.
디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)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.
본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 부호화 및 복호화에 있어서, 부/복호화 효율을 향상시키기 위해 참조 픽처의 해상도를 고려하여 현재 영상을 부/복호화한다. 또한, 현재 영상과 해상도가 다른 참조 픽처의 움직임벡터를 참조하여 화면간 예측 시 현재 영상에 대한 움직임벡터를 복호화하는 영상 부호화/복호화 방법을 제공한다.
이하의 본 개시에 따른 설명에서, 도 5에 도시된 바와 같은 영상 부/복호화 장치의 메모리(190, 570)는 DPB(Decoded Picture Buffer) 및 DB(Decoded Buffer)를 포함하는 것으로 가정한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 멀티 레이어에 대한 복호화 과정을 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 6의 예시에서 상위수준(high-level) 및 하위수준(low-level) 레이어(layer, 또는 시퀀스(sequence)) 각각은 동일 영상을 다른 해상도로 부호화한 것으로서, 복호화 시에 이러한 해상도 특성, 동일 POC(Picture Order Count) 정보 등을 참조하여 영상 복호화가 수행될 수 있다. 또한, 기저장된 하위수준 레이어의 복호화 정보에 기반하는 현재 영상의 복호화 정보, 및 현재 영상에 대한 복호화된 잔차신호를 이용하여, 영상 복호화 장치는 상위수준 레이어를 복호화할 수 있다. 여기서, 하위수준 레이어의 복호화 정보는 블록분할 정보, 예측모드, 예측 방향, 변환 커널(transformation kernel), 움직임벡터, 참조픽처 인덱스, 필터 정보(예를 들어, 인루프 필터, 보간 필터 등에 대한 정보), 가중치 예측 파라미터(예를 들어, 양방향 참조블록을 가중평균하기 위한 가중치) 등과 같은 (i) 신택스 측면에서의 복호화 정보, (ii) 복호화하기 위한 현재 영상과 매칭되는 위치의 다른 특성(예를 들어, 다른 해상도)을 갖는 복호화된 블록의 픽셀 정보 (iii) 참조 픽처에 대한 잔차신호 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 현재 영상과 매칭되는 위치는, 동일 POC의 하위수준 레이어의 영상 또는 현재 영상에 의해 참조되는 하위수준 레이어의 영상(즉, 참조 픽처)일 수 있다.
한편, 하위수준의 복호화 정보 및 잔차신호를 획득하기 위해, 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치로부터 전송된 비트스트림을 파싱(parsing)한 정보를 사용하는 방법, 및 영상 부호화 장치로부터 전송된 비트스트림을 파싱한 후 복호화하여 생성된 복원 영상의 픽셀 정보를 이용하는 방법 중 하나 이상의 방법을 사용할 수 있다.
이하 본 개시에 따른 설명에서, 현재 영상은 복호화를 위한 현재블록을 포함하고, 상위수준 레이어에 포함되는 것으로 가정한다. 참조 픽처는 현재블록의 복호화에 참조되기 위한 참조 블록 또는 참조 위치를 포함하고, 하위수준 레이어에 포함되는 것으로 가정한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 복호화 방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 7의 예시는 이종 해상도를 갖는 참조 픽처에 기반하는 블록 단위의 복호화 과정 중, 인터 예측을 수행하는 방법을 나타낸다. 영상 복호화 장치는 참조픽처 인덱스 및 움직임벡터에 대한 제한 조건을 판단한 후(S700), 참조픽처 인덱스에 대한 정보를 생성하고(S702), 움직임벡터에 대한 정보를 생성한다(S704). 여기서, 참조픽처 인덱스 및 움직임벡터는 전술한 바와 같은 하위수준의 복호화 정보에 기반할 수 있다.
영상 복호화 장치는 참조픽처 인덱스를 기반으로 제1 참조픽처를 생성한 후, 제1 참조픽처를 이용하여 제1 예측신호를 생성한다(S706). 제1 예측신호를 생성하는 과정에서, 움직임벡터가 이용될 수 있다.
복호화를 위한 현재블록과 참조 픽처의 해상도가 다른 경우, 영상 복호화 장치는 참조 픽처에 해상도 보정 필터링을 적용한 후, 참조할 수 있다. 즉, 영상 복호화 장치는 현재블록과 해상도가 다른 제1 참조픽처에 해상도 보정 필터링을 적용하여(S708) 제2 참조픽처를 생성한 후, 제2 참조픽처를 이용하여 제2 예측신호를 생성한다(S710). 제2 예측신호를 생성하는 과정에서 해상도 차이가 고려된 움직임벡터가 이용될 수 있다. 해상도 차이를 고려하여 움직임벡터를 생성하는 하나의 방법은 추후 설명하기로 한다. 한편, 제2 참조픽처는 DPB(Decoded Picture Buffer)에 저장될 수 있다.
제1 예측신호와 제2 예측신호 중 하나를 예측신호로 선정하여, 영상 복호화 장치는 현재블록에 대한 잔차신호를 가산하여 복원 블록을 생성한다(S712). 여기서, 이종 해상도를 갖는 영상이 크롭(crop)되어 제1 예측신호가 생성된 경우, 해상도 조절 없이도 참조될 수 있으므로, 영상 복호화 장치는 제1 예측신호를 예측신호로 선정할 수 있다.
이하, 참조픽처 인덱스 및 움직임벡터에 대한 제한 조건들을 설명한다. 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 참조 시, 이종 레이어의 동일 POC의 픽처가 참조 픽처인 경우 참조픽처 인덱스 또는 움직임벡터의 전송이 생략될 수 있다. 참조픽처 인덱스가 생략된 경우, 영상 복호화 장치는 상위수준 레이어에 대해 동일 POC의 하위수준 레이어를 참조할 수 있다. 또한, 움직임벡터가 생략된 경우, 영상 복호화 장치는 상위수준 레이어에 대해 움직임벡터에 대한 정보 없이 참조 관계인 상위수준 레이어 영상과 하위수준 레이어 영상의 해상도와 대응위치 관계를 고려하여 하위수준 레이어 영상을 참조할 수 있다.
또는, 영상 복호화 장치는 동일 POC의 하위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 예측치로 사용할 수 있다. 먼저 하위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스를 예측치로 이용하는 경우, 참조픽처 인덱스에 참조픽처 인덱스의 차분값을 가산함으로써, 영상 복호화 장치는 상위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스를 결정할 수 있다. 이때, 상위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스는 하위수준 레이어의 참조픽처 인덱스로 제한될 수 있다. 즉, 상위수준 레이어에 포함된 현재블록의 복호화 시, 대응하는 하위수준 레이어에 포함되는 참조 블록에 대한 참조픽처 인덱스의 예측치가 그대로 사용되고, 인덱스의 차분값의 전송이 생략될 수 있다. 하위수준 레이어 영상의 움직임벡터를 예측치로 이용하는 경우, 상위수준 레이어 영상과 하위수준 레이어 영상의 해상도와 대응위치 관계를 고려하여 움직임벡터의 예측값을 결정할 수 있다
한편, 현재블록의 참조 픽처에 대한 움직임벡터가 0을 포함한 특정 값으로 제한될 수 있다. 여기서, 참조 픽처에 대한 움직임벡터가 0이라는 것은, 제1 참조픽처에 해상도 보정 필터링이 적용된 제2 참조픽처에서 현재블록의 위치와 동일한 위치가 참조되는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 참조픽처 인덱스와 움직임벡터가 제한되는 경우, 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 참조픽처 인덱스와 움직임벡터의 전송이 생략되고, 영상 복호화 장치는 약속된 값을 이용하여 현재블록에 대한 복호화를 수행할 수 있다.
한편, 움직임벡터의 전송이 생략되더라도 해상도 보정이 고려된 하위수준 레이어의 참조픽처 인덱스와 움직임벡터는, 영상 복호화 장치가 수행하는 움직임벡터 보정(Decoder Motion Vector Refinement: DMVR) 기법을 기반으로 상위수준 레이어에 가장 적합한 움직임 정보로 복원될 수 있다.
이때, DMVR은 현재블록 주변의 기복호화된 블록의 복원 샘플을 이용하여 수행될 수 있다. 통상적으로 복호화 순서가 좌상단부터 우하단으로 이루어지는 경우, 주변의 복원 샘플은 상단 및 좌측의 J(J는 자연수) 개의 샘플라인들로 형성된다. 영상 복호화 장치는 DMVR을 위한 샘플과 필터링된 하위수준 레이어의 참조 영상 간의 오차를 계산하여 참조 영상 내에서 해당 오차가 가장 작은 위치를 결정하고, 결정된 위치를 이용하여 현재블록의 참조 위치를 결정할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 영상 복호화 장치는 전술한 바와 같은 DMVR을 위한 샘플들의 움직임벡터들에 대해 가중 평균을 계산하여 현재블록의 움직임벡터로 결정할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 인트라 예측모드의 결정에 대한 예시도이다.
본 실시예에 따른 영상 복호화 장치는 하위수준 레이어의 참조 픽처가 인트라 예측모드로 복호화된 경우, 해당 하위 레이어 참조 픽처에 대해 기저장된 인트라 예측모드 정보를 이용하여 현재블록의 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 영상 복호화 장치는 예측모드를 참조할 하위수준 레이어 픽처에 대한 정보를 얻고 해당 하위수준 레이어의 참조 픽처에서 참조 위치(현재블록이 참조할 블록의 위치)에 대한 정보를 얻은 후, 참조 위치에 해당하는 블록의 인트라 예측모드 정보를 이용하여 현재블록에 대한 인트라 예측을 수행하여 예측신호를 생성할 수 있다. 여기서, 참조 픽처 및 참조 위치는 전술한 바와 같은 하위수준의 복호화 정보에 기반할 수 있다. 영상 복호화 장치는 예측신호와 현재블록에 대한 잔차신호를 가산하여 복원 블록을 생성할 수 있다.
한편, 하위수준 레이어의 참조 픽처와 참조 위치는 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 특정 값으로 제한될 수 있다. 영상 부/복호화 장치의 현재 영상에 대한 하위수준 레이어 내의 참조 픽처가 특정 인덱스의 영상으로 제한될 수 있다. 또한, 참조 위치가 0을 포함한 특정 값으로 제한될 수 있다.
참조 위치 정보가 0이라는 것은, 참조 픽처와 복호화할 현재 영상의 해상도 및 대응 관계를 고려하여 예측모드를 참조할 블록의 위치를 정할 때 현재블록의 위치와 동일한 위치가 참조되는 것을 나타낸다. 참조픽처 인덱스가 제한된다는 것은 상위수준 레이어와 동일한 POC를 갖거나 특정한 시간적 위치관계를 갖는 하위수준 레이어의 영상만을 인트라 예측모드의 참조에 이용하는 것을 나타낸다. 제한된 참조픽처 인덱스가 고정된 값이거나 영상 부/복호화 장치 간의 약속된 방법에 따라 영상 복호화 장치가 참조픽처 인덱스를 확정할 수 있는 경우, 인트라 예측모드, 참조픽처 인덱스, 인트라 예측모드의 참조 위치 정보 등의 전송이 생략되고 영상 복호화 장치는 약속된 값을 이용하여 현재블록에 대한 복호화를 수행할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 인트라/인터 혼합 예측에 대한 개념적인 예시도이다.
본 실시예에 따른 영상 복호화 장치는 인트라/인터 혼합 예측을 기반으로 현재블록을 복호화할 수 있다. 영상 복호화 장치는 하위수준 레이어의 참조 블록에 해상도 보정 필터링을 수행한 제1 참조신호와 현재블록 주변의 복호화된 참조 픽셀을 이용하여 인트라 예측한 제2 참조신호를 가중합하여 제3 참조신호를 생성하고, 이들 신호 중 적어도 하나 이상을 참조하여 복호화를 수행할 수 있다. 여기서, 제1 참조신호와 제2 참조신호에 대한 가중치(도 9의 예시에서 a, b)는, 영상 부호화 장치로부터 전송받아서 사용하는 방법, 가중치 리스트의 인덱스를 전송받아서 사용하는 방법, 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 고정된 값을 사용하는 방법 중 하나 이상의 방법을 이용하여 결정될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 제1 참조신호에 대한 예측모드가 인트라 예측모드인 경우, 제2 참조신호 대한 인트라 예측모드는 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 전송이 생략되고, 제1 참조신호의 예측모드를 이용하여 제2 참조신호가 예측될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 경우, 참조픽처 인덱스 및 움직임벡터는 생략될 수 있다. 또한, 영상 부/복호화 장치의 현재 영상에 대한 참조 픽처가 특정 인덱스의 영상으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 예시와 같이 현재 영상과 참조 영상의 관계가 레이어 관계이고 현재 영상이 상위수준 레이어로서 하위수준 레이어를 참조할 수 있는 경우, 영상 복호화 장치는 상위 레이어 영상에 대해 동일 POC의 하위수준 레이어 영상을 참조할 수 있다. 또한, 상위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스는 하위수준 레이어의 동일 POC 영상으로 제한될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 현재블록의 참조 블록에 대한 움직임벡터가 0을 포함한 특정 값으로 제한될 수 있다. 참조 블록의 움직임벡터가 0이라 함은 제1 참조영상에 해상도 보정 필터링이 적용된 제2 참조영상에서 현재블록의 위치와 동일한 위치가 참조되는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 참조픽처 인덱스와 움직임벡터가 제한되는 경우, 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 참조픽처 인덱스, 움직임벡터의 전송이 생략되고, 영상 복호화 장치는 약속된 값을 이용하여 현재블록에 대한 복호화를 수행할 수 있다. 즉, 영상 복호화 장치는 하위수준 레이어의 동일 위치의 복호화 블록을 제1 참조신호로 결정하고 현재블록 주변의 복호화된 참조 픽셀을 이용하여 제2 참조신호를 예측한 후, 제1 참조신호와 제2 참조신호를 가중합하여 제3 참조신호를 생성하고, 이들 신호 중 적어도 하나 이상을 참조하여 복호화를 수행할 수 있다.
한편, 인트라/인터 혼합 예측을 위한 가중치는 리스트의 인덱스, 가중치 값, 가중치 예측 차분값 중 하나의 형태로서 영상 부호화 장치에서 복호화 장치 측으로 전송될 수 있다. 영상 복호화 장치는 인덱스, 가중치 값, 가중치 예측 차분값 중 하나의 값을 이용하여 현재블록의 인트라/인터 혼합 예측을 위한 가중치를 결정하고 현재블록에 대한 예측신호를 생성할 수 있다. 가중치는 기본 복호화 블록단위, 복호화 블록 그룹, 타일, 슬라이스, 서브프레임, 서브프레임 그룹, 프레임, 프레임 그룹, 시퀀스 단위 또는 SEI(Supplementary Enhancement Information) 메시지 형태로 전송될 수 있으며, 영상 복호화 장치는 전송단위에 따라 해당 전송단위에 속한 복호화 단위에서 전송된 가중치를 적용할 수 있다.
도 9의 예시는 하위수준 레이어의 해상도가 상위수준 레이어의 해상도보다 작은 경우를 나타내고 있으나, 본 개시의 다른 실시예에 있어서, 하위수준 레이어의 해상도가 상위수준 레이어의 해상도보다 큰 경우에도 동일한 방식에 기반하여 참조될 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 성분간 참조에 대한 개념적인 예시도이다.
본 실시예에 있어서, 참조 위치의 블록, 즉 참조 블록이 성분간 참조에 따라 복호화된 경우, 현재블록에 대해 성분간 참조 시, 영상 복호화 장치는 참조 블록에 기반하는 성분간 가중치 및 오프셋을 이용하여 복호화를 수행할 수 있다. 여기서, 성분간 참조에 따른 복호화는, 도 10의 예시 및 수학식 1 에 나타낸 바와 같이, 현재블록의 루마 성분, 성분간 가중치 및 오프셋을 이용하여, 현재블록의 크로마 성분을 복호화하는 것을 나타낸다.
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여기서, rec L(i,j)는 현재블록 내 (i,j) 루마 샘플에서의 복호화된 복원 픽셀값이고, pred C(i,j)는 현재블록 내 리샘플링된 (i,j) 크로마 샘플에서의 예측값을 나타낸다. 또한, α, β는 각각 참조 블록에 기반하는 성분간 가중치 및 오프셋을 나타낸다. 본 실시예에 있어서, 참조 블록이 성분간 참조에 따라 복호화되고 현재블록이 성분간 참조 복호화를 이용하여 복호화되는 경우, 도 10에 예시된 바와 같이, 영상 복호화 장치는 참조 블록의 루마 및 크로마 성분의 픽셀값을 이용하여 현재블록에 대한 성분간 가중치 및 오프셋을 계산할 수 있다. 또는, 참조 블록의 루마 및 크로마 성분 블록의 일부 픽셀만을 이용하거나 해상도 보정 필터링된 픽셀값을 이용하여 성분간 가중치 및 오프셋이 계산될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 경우, 하위수준 레이어의 참조 픽처와 참조 위치는 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 특정 값으로 제한될 수 있다. 또한, 영상 부/복호화 장치의 현재 영상에 대한 참조 픽처가 특정 인덱스의 영상으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 예시와 같이 현재 영상과 참조 영상의 관계가 레이어 관계이고 현재 영상이 상위수준 레이어로서 하위수준 레이어를 참조할 수 있는 경우, 영상 복호화 장치는 상위 레이어 영상에 대해 동일 POC의 하위수준 레이어 영상을 참조할 수 있다. 또한, 상위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스는 하위수준 레이어의 동일 POC 영상으로 제한될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 현재블록에 대한 참조 위치가 0을 포함한 특정 값으로 제한될 수 있다. 참조 위치 정보가 0이라는 것은, 참조 픽처와 복호화할 현재 영상의 해상도 및 대응 관계를 고려하여 예측모드를 참조할 블록의 위치를 정할 때 현재블록의 위치와 동일한 위치가 참조되는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 참조픽처 인덱스와 참조 위치가 제한되는 경우, 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 참조픽처 인덱스, 참조 위치 정보의 전송이 생략되고, 영상 복호화 장치는 약속된 값을 이용하여 현재블록에 대한 복호화를 수행할 수 있다. 즉, 하위수준 레이어 동일 위치의 복호화 블록이 성분간 참조로 예측된 경우, 영상 복호화 장치는 하위수준 레이어의 동일 위치 복호화 블록의 루마 블록과 크로마 블록의 일부 또는 전부의 픽셀값을 이용하여 성분간 가중치를 예측하고, 해당 가중치를 이용하여 현재블록의 성분간 예측을 수행할 수 있다.
도 10의 예시는 하위수준 레이어의 해상도가 상위수준 레이어의 해상도보다 작은 경우를 나타내고 있으나, 본 개시의 다른 실시예에 있어서, 하위수준 레이어의 해상도가 상위수준 레이어의 해상도보다 큰 경우에도 동일한 방식에 기반하여 참조될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 경우, 참조 위치의 블록, 즉 참조 블록에 매트릭스 가중치 인트라 예측(Matrix weighted Intra Prediction: MIP)이 적용되었다면, 영상 복호화 장치는 참조 블록이 사용했던 MIP 모드를 현재블록의 MIP 모드로 이용하여 현재블록에 대한 복호화를 수행할 수 있다. 이때, 현재블록에 대한 MIP 모드가 전송되지 않아도 되므로, 코딩 효율이 향상될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 경우, 하위수준 레이어의 참조 픽처와 참조 위치는 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 특정 값으로 제한될 수 있다. 또한, 영상 부/복호화 장치의 현재 영상에 대한 참조 픽처가 특정 인덱스의 영상으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 예시와 같이 현재 영상과 참조 영상의 관계가 레이어 관계이고 현재 영상이 상위수준 레이어로서 하위수준 레이어를 참조할 수 있는 경우, 영상 복호화 장치는 상위 레이어 영상에 대해 동일 POC의 하위수준 레이어 영상을 참조할 수 있다. 또한, 상위수준 레이어 영상의 참조픽처 인덱스는 하위수준 레이어의 동일 POC 영상으로 제한될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 있어서, 현재블록에 대한 참조 위치가 0을 포함한 특정 값으로 제한될 수 있다. 참조 위치 정보가 0이라는 것은, 참조 픽처와 복호화할 현재 영상의 해상도 및 대응 관계를 고려하여 예측모드를 참조할 블록의 위치를 정할 때 현재블록의 위치와 동일한 위치가 참조되는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 참조픽처 인덱스와 움직임벡터가 제한되는 경우, 영상 부/복호화 장치 간의 약속에 따라 참조픽처 인덱스, 참조 위지 정보의 전송이 생략되고, 영상 복호화 장치는 약속된 값을 이용하여 현재블록에 대한 복호화를 수행할 수 있다.
본 실시예는 하위수준 레이어의 해상도가 상위수준 레이어의 해상도보다 작은 경우를 나타내고 있으나, 본 개시의 다른 실시예에 있어서, 하위수준 레이어의 해상도가 상위수준 레이어의 해상도보다 큰 경우에도 동일한 방식에 기반하여 참조될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 복호화 방법의 전부 또는 일부는, 이종 해상도를 갖는 멀티 레이어에 대한 부호화를 수행하는 영상 부호화 장치가 상위수준 레이어에 대한 부호화를 수행 시에 이용할 수 있다.
이하 본 개시에 따른 설명에서, 현재 픽처는 복호화를 위한 현재블록을 포함한다. 참조 픽처는 현재블록의 복호화에 참조되기 위한 참조블록을 포함한다.
한편, 현재 픽처와 해상도가 다른 참조 픽처로부터 움직임벡터 예측을 수행할 경우, 현재블록이 필요로 하는 움직임벡터와 참조 픽처에 기반하는 움직임벡터의 예측치 간의 스케일(scale) 차이에 따른 움직임벡터의 부호화 효율 감소가 발생할 수 있다. 이하, 도 11 및 도 12를 참조하여, 현재블록에 대해 이종 해상도를 갖는 참조 픽처의 영역으로부터 해상도 차이를 고려하여 영상 복호화 장치가 현재블록에 대한 움직임벡터를 예측하는 방법에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 픽처는 서브픽처, CTU, 슬라이스, 타일, 코딩유닛 등의 구조로 계층적으로 분할될 수 있다. 픽처는 복수의 서브픽처로 분할될 수 있고, 영상 복호화 장치는 SPS의 상위레벨 정보로부터 분할정보를 파싱할 수 있다. 픽처는 복수의 CTU로 분할될 수 있고 PPS의 상위레벨 정보에서 분할정보가 파싱될 수 있다.
또한, 영상 복호화 장치는 SPS의 상위레벨 정보로부터 서브픽처의 시작과 끝 주소, 픽처 해상도 대비 서브픽처 리샘플링 스케일 값(wS SP, hS SP), 기준픽처의 너비와 높이 등을 파싱할 수 있다. 또한, SPS의 상위레벨 정보로부터 움직임벡터 오프셋 값과 움직임벡터 오프셋 인덱스를 매칭한 테이블이 파싱될 수 있다. 움직임벡터 오프셋은 움직임벡터 간의 차이를 나타낸다.
영상 복호화 장치는 PPS의 상위레벨 정보로부터 픽처의 너비와 높이, 기준픽처의 너비와 높이 대비 픽처의 리샘플링 스케일 값(wS P, hS P)을 파싱할 수 있다. 기준픽처의 너비와 높이에 wS P, hS P를 각각 곱하거나 나누어 현재 픽처의 너비와 높이가 유도될 수 있다. 또한 PPS의 상위레벨 정보로부터 CTU의 개수, CTU의 너비와 높이, 서브픽처의 해상도 대비 CTU의 리샘플링 스케일 값(wS CTU, hS CTU) 등이 파싱될 수 있다. 시그널링된 CTU의 너비에 wS CTU를 곱하거나 나누어 변경된 CTU의 너비가 유도될 수 있다. 시그널링된 CTU의 높이에 hS CTU를 곱하거나 나누어 변경된 CTU의 높이가 유도될 수 있다.
또한, 영상 복호화 장치는 픽처 헤더로부터 서브픽처의 개수, 서브픽처의 인덱스, 서브픽처의 너비와 높이, wS SP, hS SP 등을 파싱할 수 있다. 시그널링된 서브픽처의 너비에 wS SP 또는 wS P을 곱하거나 나누어 변경된 CTU의 너비가 유도될 수 있다. 시그널링된 서브픽처의 높이에 hS SP 또는 hS P을 곱하거나 나누어 변경된 CTU의 높이가 유도될 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 현재 픽처와 움직임벡터 참조 픽처의 계층적 분할 구조에 대한 예시이다.
도 11의 예시에서, 움직임벡터 참조 픽처는, 현재블록에 대해 참조픽처 인덱스가 지정하는 픽처를 나타낸다. 도 11의 예시는 현재블록 A, 움직임벡터 참조블록 B가 포함된 각 CTU, 서브픽처, 픽처의 너비와 높이에 대한 스케일을 나타낸다. 현재블록 A, 움직임벡터 참조블록 B가 포함된 각 CTU의 스케일 차이가 현재블록 A와 움직임벡터 참조블록 B 간의 스케일 차이(wS diff_curr_ref, hS diff_curr_ref)일 수 있다. 기준픽처 대비 현재블록 A의 스케일링 값과 기준픽처 대비 움직임벡터 참조블록 B의 스케일링 값을 이용하여 wS diff_curr_ref, hS diff_curr_ref가 유도될 수 있다. 기준픽처 대비 코딩유닛의 너비에 대한 스케일링 값은 wS CTU×wS SP×wS P를 이용하여 유도될 수 있다. 기준픽처 대비 코딩 유닛의 높이에 대한 스케일링 값은 hS CTU×hS SP×hS P를 이용하여 유도될 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 해상도가 다른 참조 픽처를 이용하는 움직임벡터의 유도 및 예측블록의 생성 방법에 대한 흐름도이다.
영상 복호화 장치는 움직임벡터 참조 리스트 상의 인덱스를 파싱하여 제1 참조 움직임벡터를 유도할 수 있다(S1200). 움직임벡터 참조 리스트에 대한 구성 방법 모드가 파싱되어 이용될 수 있다. 움직임벡터 참조 리스트는 현재블록과 같은 픽처 또는 다른 픽처에서 위치적으로 가까운 블록으로 구성될 수 있다. 또한, 움직임벡터 참조 리스트는 복호화된 블록들이 순차적으로 업데이트되어 구성된 것일 수 있다.
현재블록과 움직임벡터 참조블록 간의 해상도 차이를 이용하여 제1 참조 움직임벡터의 스케일을 변경함으로써, 영상 복호화 장치는 제2 참조 움직임벡터를 유도할 수 있다(S1202). 현재블록이 포함된 CTU의 해상도 스케일과 움직임벡터 참조블록이 포함된 CTU의 해상도 스케일의 차이를 이용하여, 현재블록과 움직임벡터 참조 블록 간의 해상도 스케일 차이가 유도될 수 있다. 현재블록의 기준픽처 대비 해상도의 스케일은 wS CTU, wS SP, wS P 중 한 개 또는 복수 개의 곱 또는 나눗셈으로 유도될 수 있다. 움직임벡터 참조블록의 기준픽처 대비 해상도의 스케일은 DB(Decoded Buffer)에 저장되어 있는 wS CTU, wS SP, wS P 중 한 개 또는 복수 개의 곱 또는 나눗셈으로 유도될 수 있다. 현재블록의 기준픽처 대비 해상도의 스케일과 움직임벡터 예측블록의 기준픽처 대비 해상도의 스케일을 곱하거나 나누어 현재블록과 움직임벡터 예측블록 간의 해상도 스케일 차이가 유도될 수 있다.
영상 복호화 장치는 유도된 해상도 스케일 차이를 제1 참조 움직임벡터에 곱하거나 나누어 제2 참조 움직임벡터를 유도할 수 있다. 또는, 영상 복호화 장치는 유도된 해상도 스케일 차이 값을 제1 참조 움직임벡터에 곱하거나 나누고 움직임벡터 오프셋을 더하여 제2 참조 움직임벡터를 유도할 수 있다. 여기서, 움직임벡터 오프셋 인덱스는 파싱되거나 해상도 스케일 차이를 이용하여 유도될 수 있다. 상위레벨 정보로부터 파싱된 움직임벡터 오프셋 테이블을 참조하여, 영상 복호화 장치는 움직임벡터 오프셋 인덱스에 해당되는 움직임벡터 오프셋을 유도할 수 있다.
예측모드(예를 들어, 머지 모드 또는 AMVP)에 기반하여 영상 복호화 장치는 선택적으로 잔차 움직임벡터를 유도할 수 있다(S1204). 잔차 움직임벡터의 값, 잔차 움직임벡터의 부호 인덱스, 잔차 움직임벡터의 크기 인덱스 등이 상위레벨 정보로부터 파싱될 수 있다.
또한, 잔차 움직임벡터의 부호와 인덱스가 매칭된 테이블이 상위레벨 정보 또는 CTU 레벨 정보로부터 파싱될 수 있다. 영상 복호화 장치는 파싱된 인덱스와 매칭 테이블을 이용하여 잔차 움직임벡터의 부호를 유도할 수 있다. 또한, 잔차 움직임벡터 크기와 인덱스가 매칭된 테이블이 상위레벨 정보 또는 CTU 레벨 정보로부터 파싱될 수 있다. 영상 복호화 장치는 파싱한 인덱스와 매칭 테이블을 이용하여 잔차 움직임벡터의 크기를 유도할 수 있다.
유도된 잔차 움직임벡터의 크기에 wS CTU, wS SP, wS P 중 한 개 또는 복수 개를 곱하거나 나누어 제2 잔차 움직임벡터의 크기가 유도될 수 있다. 잔차 움직임벡터의 부호, 잔차 움직임벡터의 크기, 또는 제2 잔차 움직임벡터 크기를 이용하여 영상 복호화 장치는 잔차 움직임벡터를 생성할 수 있다. 잔차 움직임벡터가 유도된 경우, 영상 복호화 장치는 잔차 움직임벡터와 참조 움직임벡터가 합산하여 움직임벡터가 유도한다.
예측모드에 따라서 제2 참조 움직임벡터 유도 과정이 수행되지 않은 채로 잔차 움직임벡터가 유도될 수 있다. 제1 참조 움직임벡터와 잔차 움직임벡터를 합하여 영상 복호화 장치는 제1 움직임벡터를 유도할 수 있다(S1206). 또한, 영상 복호화 장치는 제 1 움직임벡터에 해상도 스케일 파라미터를 곱하거나 나누어 제2 움직임벡터를 생성할 수 있다(S1208).
한편, 잔차 움직임벡터가 유도되지 않은 경우, 영상 복호화 장치는 제2 참조 움직임벡터를 움직임벡터로 지정할 수 있다.
현재블록과 예측블록 간의 해상도 스케일 차이를 이용하여, 영상 복호화 장치는 예측블록을 생성할 수 있다(S1210). 현재블록과 예측블록의 해상도 스케일은 각 블록에 해당하는 wS CTU, wS SP, 또는 wS P를 이용하여 계산될 수 있다. 영상 복호화 장치는 현재블록과 예측블록의 해상도 스케일을 곱하거나 나누어 현재블록과 예측블록 간의 스케일 차이를 유도할 수 있다. 유도된 스케일 차이를 이용하여 참조 블록의 해상도를 리샘플링하여 현재블록의 해상도와 동일하게 변경할 수 있다. 리샘플링된 참조블록을 제1 예측블록으로 사용할 수 있다.
2 개 이상의 움직임벡터 정보를 이용하는 예측모드일 경우, 영상 복호화 장치는 도 12에 예시된 과정을 복수 번 수행하여 복수 개의 예측블록을 생성한 후, 생성된 예측블록을 가중 평균함으로써 제2 예측블록을 생성할 수 있다. 가중 평균 과정에서 이용되는 각 예측블록에 대한 가중치는, 동일한 값으로 설정되거나, 파싱되거나, 시간적/공간적 거리를 기준으로 유도되거나, 현재블록과의 스케일 차이를 기준으로 유도될 수 있다.
블록의 디코딩이 완료되면 복원된 샘플 값이 DPB에 저장될 수 있고 상위레벨정보, 움직임벡터, 픽처 분할 구조, wS CTU, wS SP, wS P 등이 DB에 저장될 수 있다. DPB에 샘플 값을 저장하기 위해 필요한 메모리의 용량은 N×M×c(M, N, c는 자연수)와 같을 수 있다. 여기서, N×M은 CTU, 서브픽처 또는 픽처의 넓이의 공약수이고, c는 CTU, 서브픽처 또는 픽처의 개수일 수 있다. 또한, 현재 DPB에 저장된　　CTU, 서브픽처 또는 픽처의 개수를 d(d는 자연수)라고 할 때, d가 c보다 작거나 같을 경우, 복원된　CTU, 서브픽처　또는　픽처가　DPB에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 이용하는 영상 부호화 및 복호화에 있어서, 참조 픽처의 해상도를 고려하여 현재 영상에 대한 인터 예측 또는 인트라 예측을 수행하는 방법을 제공함으로써, 부/복호화 효율을 향상시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 인터 예측에 있어서 현재 영상과 해상도가 다른 참조 픽처의 움직임벡터를 참조하여 움직임벡터를 복호화하는 방법을 제공함으로써, 부/복호화 효율을 향상시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
본 실시예에 따른 각 순서도에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 순서도에 기재된 과정을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것이 적용 가능할 것이므로, 순서도는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 실시예에서 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.
(부호의 설명)
120: 예측부
122: 인트라 예측부 124: 인터 예측부
190: 메모리
540: 예측부
542: 인트라 예측부 544: 인터 예측부
570: 메모리
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본 특허출원은 2020년 1월 6일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2020-0001674 호, 2020년 1월 6일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2020-0001675 호, 및 2021년 1월 6일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2021-0001214 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (15)

  1. 하위수준 레이어에 포함되고 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 기반으로 영상 복호화 장치가 수행하는, 상위수준 레이어에 포함되는 현재 영상 내의 현재블록에 대한 영상 복호화 방법에 있어서,
    상기 현재블록에 대한 예측모드를 획득하는 단계;
    상기 현재블록에 대한 복호화된 잔차신호 및 복호화 정보를 획득하는 단계, 여기서, 상기 복호화 정보는, 상기 예측모드가 인터 예측인 경우, 상기 참조 픽처에 대한 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 포함하고, 상기 예측모드가 인트라 예측인 경우, 상기 참조 픽처와 상기 참 픽처 내의 참조 위치를 포함함;
    상기 예측모드가 상기 인터 예측인 경우, 상기 복호화 정보를 기반으로 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 단계; 및
    상기 예측신호와 상기 잔차신호를 가산하여 복원 블록을 생성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 인터 예측을 이용하는 경우, 상기 이종 해상도를 보정하기 위한 필터링을 상기 참조 픽처에 포함된 참조 블록에 적용하여 상기 현재블록의 해상도와 일치시키는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인터 예측은,
    상기 참조픽처 인덱스를 기반으로 제1 참조픽처를 생성하는 단계; 및
    상기 필터링을 상기 제1 참조픽처에 적용하여 제2 참조픽처를 생성한 후, 상기 이종 해상도가 고려된 움직임 벡터, 및 상기 제2 참조픽처를 이용하여 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인터 예측은,
    상기 참조픽처 인덱스의 전송이 생략되는 경우, 상기 하위수준 레이어에 포함된 동일 POC(Picture Order Count)의 픽처가 상기 제1 참조픽처로서 참조되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인터 예측은,
    상기 움직임벡터의 전송이 생략되는 경우, 상기 현재블록과 상기 참조 픽처의 해상도와 대응위치 관계를 기반으로 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인터 예측은,
    해상도 보정이 고려된 움직임벡터를 기반으로 DMVR(Decoder Motion Vector Refinement) 기법을 이용하여 상기 현재블록에 대한 정제된 움직임 벡터를 생성하되, 상기 DMVR 기법은, 상기 현재블록 주변의 기복호화된 샘플을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 DMVR 기법은,
    상기 기복호화된 샘플과 상기 제2 참조픽처 간의 오차를 계산하여, 상기 제2 참조픽처 내에서 상기 오차가 가장 작은 위치를 기반으로 상기 현재블록에 대한 참조 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인터 예측은,
    상기 하위수준 레이어 내의 픽처들 중 상기 현재 영상과 동일 POC(Picture Order Count)를 갖는 픽처의 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 예측치로 이용하여, 상기 현재블록에 대한 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 예측모드가 상기 인트라 예측인 경우를 포함하되,
    상기 인트라 예측은,
    상기 참조 위치의 블록의 인트라 예측모드 정보를 이용하여 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인트라 예측은,
    상기 참조 픽처에서 상기 현재블록의 위치와 동일한 위치를 참조 위치로 설정하고, 상기 참조 위치의 블록의 인트라 예측모드 정보를 이용하여 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 현재블록이 인트라/인터 혼합 예측을 기반으로 복호화되는 경우를 포함하되,
    상기 혼합 예측은,
    상기 참조 블록에 상기 필터링을 적용하여 제1 참조신호를 생성하는 단계;
    상기 현재블록 주변의 복호화된 참조 픽셀을 이용하여 제2 참조신호를 예측하는 단계; 및
    기설정된 가중치를 기반으로 상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호를 가중합하여 상기 현재블록의 예측신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 인트라 예측은,
    상기 참조 위치의 블록이 성분간 참조에 따라 복호화된 경우, 상기 참조 위치의 블록의 성분간 가중치와 오프셋, 및 상기 현재블록의 루마 성분의 픽셀값을 이용하여 상기 현재블록의 크로마 성분의 픽셀값에 대한 예측신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인트라 예측은,
    상기 참조 위치의 블록의 전부 또는 일부에 대한 루마 및 크로마 성분의 픽셀값 또는 해상도 보정 필터링이 적용된 상기 참조 위치의 블록의 픽셀값을 이용하여 상기 성분간 가중치와 오프셋을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  13. 하위수준 레이어에 포함되고 이종 해상도를 갖는 참조 픽처를 기반으로 영상 부호화 장치가 수행하는, 상위수준 레이어에 포함되는 현재블록에 대한 영상 부호화 방법에 있어서,
    상기 현재블록에 대한 예측모드를 생성하는 단계;
    상기 현재블록에 대한 부호화 정보를 획득하는 단계, 여기서, 상기 부호화 정보는, 상기 예측모드가 인터 예측인 경우, 상기 참조 픽처에 대한 참조픽처 인덱스와 움직임벡터를 포함하고, 상기 예측모드가 인트라 예측인 경우, 상기 참조 픽처와 상기 참 픽처 내의 참조 위치를 포함함;
    상기 예측모드가 상기 인터 예측인 경우, 상기 부호화 정보를 기반으로 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 단계; 및
    상기 현재블록으로부터 상기 예측신호를 감산하여 잔차신호를 생성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 인터 예측을 이용하는 경우, 상기 이종 해상도를 보정하기 위한 필터링을 상기 참조 픽처에 포함된 참조 블록에 적용하여 상기 현재블록의 해상도와 일치시키는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 인터 예측은,
    상기 참조픽처 인덱스를 기반으로 상기 참조 픽처로부터 제1 참조픽처를 생성하는 단계; 및
    상기 필터링을 상기 제1 참조픽처에 적용하여 제2 참조픽처를 생성한 후, 상기 이종 해상도가 고려된 움직임 벡터, 및 상기 제2 참조픽처를 이용하여 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 예측모드가 상기 인트라 예측인 경우를 포함하되,
    상기 인트라 예측은,
    상기 참조 위치의 블록의 인트라 예측모드 정보를 이용하여 상기 현재블록에 대한 예측신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
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