WO2022114768A1 - 성분 간 참조를 이용하는 잔차신호 생성방법과 장치 - Google Patents

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박준택
심동규
박승욱
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method and apparatus for generating a residual signal using inter-component 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.
  • video compression technologies there are H.264/AVC, High Efficiency Video Coding (HEVC), and the like, as well as Versatile Video Coding (VVC), which improves coding efficiency by about 30% or more compared to HEVC.
  • a residual signal of a Cb signal or a Cr signal may be generated by cross-referencing.
  • the image decoding apparatus receives the Cb signal residual signal, it is multiplied by 1 or -1 to derive the Cr residual signal, or after receiving the Cr residual signal, the Cb signal is multiplied by 1 or -1
  • a residual signal of can be derived which is called Joint Coding of Chroma Residuals (JCCR).
  • JCCR Joint Coding of Chroma Residuals
  • the residual signal of the chroma component is still a possible target for improving the compression ratio. Therefore, it is necessary to consider a method for effectively encoding and decoding a residual signal of a chroma channel in terms of encoding efficiency.
  • the residual signal of the chroma component of the current block is derived using the residual signal of the restored block without transmitting the residual signal of some chroma components of the current block.
  • a method of reconstructing a chroma residual block of a current block performed by an image decoding apparatus, based on information indicating a reference relationship between a chroma residual block in the current block and a decoded reference component residual block deriving positions of first adjacent residual samples of the reference component residual block and second adjacent residual samples of the chroma residual block; generating a linear relationship between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples; and generating the chroma residual block by applying the linear relationship to the reference component residual block.
  • an entropy decoding unit comprising: an entropy decoding unit for decoding information indicating a reference relationship between a chroma residual block and a decoded reference component residual block in a current block; an adjacent residual sample derivation unit for deriving positions of first adjacent residual samples of the reference component residual block and second adjacent residual samples of the chroma residual block based on the information indicating the reference relationship; a linear model derivation unit for generating a linear relationship between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples; and a residual signal generator configured to generate the chroma residual block by applying the linear relationship to the reference component residual block.
  • a method of reconstructing a chroma residual block of a current block performed by an image encoding apparatus information indicating a reference relationship between a chroma residual block in the current block and a decoded reference component residual block is provided. generating; deriving positions of first adjacent residual samples of the reference component residual block and second adjacent residual samples of the chroma residual block based on the information indicating the reference relationship; generating a linear relationship between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples; and generating the chroma residual block by applying the linear relationship to the reference component residual block.
  • the image encoding/decoding apparatus and method for deriving the residual signal of the chroma component of the current block using the residual signal of the reconstructed block are provided.
  • 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.
  • 3A and 3B are diagrams 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.
  • 6A and 6B are exemplary diagrams illustrating a residual block of a reference component according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a block diagram conceptually illustrating a residual signal restoration apparatus in an image decoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 8A and 8B are exemplary views illustrating positions of adjacent residual samples according to an embodiment of the present disclosure.
  • 9A and 9B are exemplary diagrams illustrating a linear relationship between adjacent residual samples of a current chroma block and adjacent residual samples of a reference component block, according to an embodiment of the present disclosure.
  • 10A and 10B are exemplary diagrams illustrating application of a linear relationship induced to a residual block of a reference component according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a chroma residual signal restoration method performed by an image decoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a chroma residual signal restoration method performed by an image encoding apparatus 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-configurations 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 may be implemented as a combination of hardware and software.
  • the function of each component may be implemented as software and the microprocessor may be implemented to execute the function of software corresponding to each component.
  • One image is composed of one or more sequences including a plurality of pictures.
  • Each picture is divided into a plurality of regions, and encoding is performed for each region.
  • 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 combined to be 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 of a leaf node (MinQTSize) allowed in QT.
  • a first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is divided into four nodes of a lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus. If the leaf node of the QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in 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 or not nodes are split, and a flag indicating additionally splitting direction (vertical or horizontal) if split and/or splitting type (Binary) or Ternary) is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the video decoding apparatus.
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is split is encoded it might 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 and split type information indicating a split type are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • a type for dividing the block of the corresponding node into two blocks having an asymmetric shape may further exist.
  • 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 a square but also a rectangle.
  • 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 calculation expression are defined differently.
  • directional modes Nos. 67 to 80 and No. -1 to No. -14 intra prediction modes
  • 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 the 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 with a width greater than a 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 bit rate distortion values using rate-distortion analysis for several tested intra prediction modes, and has the best bit 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 by 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 an image decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 generates a prediction block for the current block by 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 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 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 can 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.
  • bidirectional 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 from the reference picture list 0 (RefPicList0) and the reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block in each reference picture. A first reference block and a second reference block are generated. Then, the first reference block and the second reference block are averaged or weighted to generate a prediction block for the current block.
  • reference picture list 0 consists of pictures before the current picture in display order among the restored pictures
  • reference picture list 1 consists of pictures after the current picture in display order among the restored pictures.
  • 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.
  • the left block (A0), the lower left block (A1), the upper block (B0), and the upper right block (B1) adjacent to the current block in the current picture. ), and all or part of the upper left block (A2) 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 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. If the number of merge candidates selected by the above-described method is smaller than the preset number, a 0 vector is added to the 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.
  • the merge skip mode is a special case of the merge mode. After quantization, when all transform coefficients for entropy encoding are close to zero, only neighboring block selection information is transmitted without transmission of a residual signal. By using the merge skip mode, it is possible to achieve relatively high encoding efficiency in an image with little motion, a still image, and a screen content image.
  • merge mode and the merge skip mode are collectively referred to as a merge/skip mode.
  • 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 (A0), the lower left block (A1), the upper block (B0), and the upper right block (A0) adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. B1), and all or part of the upper left block (A2) 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. If the number of motion vector candidates is smaller than the preset number by the method described above, 0 vectors are added to the motion vector candidates.
  • 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 by 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 video 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 a 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 sub-block into two sub-blocks, which are a transform region and a non-transform region, and use only the transform region sub-block 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 vertical axis).
  • the flag (cu_sbt_flag) indicating that only the subblock has been 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). Signaled to the decoding device.
  • the transform unit 140 may individually transform the residual block in a horizontal direction and a vertical direction.
  • various types of transformation functions or transformation matrices 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 block in horizontal and vertical directions, respectively.
  • Information (mts_idx) on a transform function pair selected from among MTS is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus.
  • the quantization unit 145 quantizes the transform coefficients output from the transform unit 140 using a quantization parameter, and outputs the quantized transform coefficients to the entropy encoding unit 155 .
  • the quantization unit 145 may 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 rearrangement 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 a zig-zag scan, a diagonal scan, a vertical scan, and a 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 encoding unit 155 encodes information such as CTU size, CU split flag, QT split flag, MTT split type, and MTT split direction 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.
  • the entropy encoder 155 encodes information on a prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and intra prediction information (ie, intra prediction) according to the prediction type.
  • Mode information or inter prediction information (information on an encoding mode (merge mode or AMVP mode) of motion information, a merge index in the case of a merge mode, and a reference picture index and information on a differential motion vector in the case of an AMVP mode) is encoded.
  • 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 reconstructs a 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 182 filters the boundary between reconstructed blocks in order to remove blocking artifacts 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 the distortion is compensated 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 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 as software and the microprocessor may be implemented to execute the function of 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), determines 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 division of MTT and the division direction (vertical / horizontal) and / or division type (binary / ternary) information are extracted and the corresponding leaf node is set to MTT divided 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 to further split into BT and split direction information is 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 decoding unit 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 sub-block position information (cu_sbt_pos_flag), and by inversely transforming the transform coefficients of the sub-block 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 prediction unit 540 may include an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544 .
  • the intra prediction unit 542 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction
  • the inter prediction unit 544 is activated when the prediction type of the current block is inter prediction.
  • the intra prediction unit 542 determines the intra prediction mode of the current block from among the plurality of intra prediction modes from the syntax element for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and references 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 the 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 to compensate for a 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 deriving the residual signal of the chroma component, the residual signal of the chroma component of the current block is derived using the residual signal of the restored block without transmitting the residual signal of some chroma components of the current block.
  • An image encoding/decoding apparatus and method are provided.
  • the following embodiment is an image encoding apparatus This may be performed by the inverse transform unit 165 and the inverse transform unit 530 of the image decoding apparatus.
  • the current block includes a luma component and a chroma component
  • the chroma component includes a Cb signal and a Cr signal.
  • the residual signal of the chroma component includes the residual signal of the Cb signal and the residual signal of the Cr signal.
  • the current block includes a luma block and a chroma block.
  • Chroma blocks include Cb blocks and Cr blocks.
  • the residual block of the chroma block includes a Cb residual block and a Cr residual block.
  • a residual block for encoding or decoding also exists for a luma block.
  • values of samples constituting the residual block are collectively referred to as a residual signal.
  • An expression of encoding/decoding a residual block may be used interchangeably with an expression of encoding/decoding a residual signal according to circumstances.
  • JCCR can be coded with the residual signal of the Cb signal and the residual signal of the Cr signal jointly joined.
  • JCCR is performed in units of TUs, but may be activated by tu_joint_cbcr_residual_flag.
  • the video decoding apparatus sets the variable TuCResMode for restoring the residual signal of the chroma component as follows: can be set together.
  • the image decoding apparatus separately decodes the residual signal of the Cb signal and the residual signal of the Cr signal.
  • TuCResMode may be set as follows.
  • the image decoding apparatus restores the residual signal resCb of the Cb signal and the residual signal resCr of the Cr signal.
  • resJointC is a joint chroma component decoded by the video decoding apparatus
  • CSign has a value of 1 or -1, and may be transmitted by the video encoding apparatus.
  • the video encoding apparatus generates the joint chroma component resJointC as shown in Table 2 according to TuCResMode for decoding the residual signal of the chroma component of the video decoding apparatus as shown in Table 1.
  • the image decoding apparatus converts the bitstream transmitted by the image encoding apparatus into an entropy decoder 510, an inverse quantizer 520, and an inverse transform.
  • a residual block of the first component may be generated.
  • this first component is the luma signal.
  • the image decoding apparatus may decode the residual signal derivation method index.
  • the component after this second component is a chroma signal.
  • the image decoding apparatus applies the bitstream to the entropy decoding unit 510 , the inverse quantization unit 520 , and the inverse transformation unit 530 in the same way as the method of generating the first luma component.
  • the residual signal of the corresponding chroma component can be restored.
  • the image decoding apparatus may derive the residual block of the chroma component of the current block by applying the linear model to the residual block of the reference component.
  • the parameters for the linear model include a weight for multiplication and an offset for addition.
  • 6A and 6B are exemplary diagrams illustrating a residual block of a reference component according to an embodiment of the present disclosure.
  • the residual block of the Cb component of the current block may use the luma component as a reference component, and the residual block of the Cr component of the current block may use the Cb component as a reference component.
  • the residual block of the Cr component of the current block may use the luma component as a reference component, and the residual block of the Cb component of the current block may use the Cr component as a reference component.
  • both the Cb component of the current block and the residual block of the Cr component may use the luma component as a reference component.
  • the image decoding apparatus may decode the weight value and the offset value from the bitstream.
  • the image decoding apparatus may derive a weight and an offset.
  • the image decoding apparatus may decode an index of a list including a linear model composed of weights and offsets, and then use the decoded indexes to derive weights and offsets from, for example, a pre-stored lookup table.
  • the image decoding apparatus may derive the weight and the offset as specific values.
  • the image decoding apparatus may derive weights and offsets by calculating a linear relationship between residual values of reference samples adjacent to the reference component block and residual values of reference samples adjacent to the chroma block of the current block. .
  • the chroma residual signal restoration method performed by the residual signal restoration apparatus may be performed by the inverse transform unit 530 of the image decoding apparatus.
  • FIG. 7 is a block diagram conceptually illustrating a residual signal restoration apparatus in an image decoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the residual signal restoration apparatus includes all or part of an adjacent residual sample derivation unit 710 , a linear model derivation unit 720 , and a residual signal generation unit 730 .
  • the adjacent residual sample derivation unit 710 derives the positions of the chroma block (hereinafter, 'current chroma block') of the current block and the adjacent residual samples of each decoded reference component block.
  • the reference relationship between the chroma block of the current block and the reference component block is as illustrated in FIGS. 6A and 6B . That is, both the chroma block and the decoded reference component block are components of the current block.
  • the image encoding apparatus may encode information indicating such a reference relationship and transmit it from the image decoding apparatus.
  • the entropy decoding unit 510 in the image decoding apparatus may decode information indicating a reference relationship.
  • the current chroma block and the current chroma residual block may be used interchangeably, and the reference component block and the reference component residual block may also be used interchangeably.
  • the adjacent residual sample derivation unit 710 performs all of or Some can be designated as adjacent residual samples.
  • the residual block of the Cr component of the current block uses the decoded Cb component as a reference component, or the residual block of the Cb component of the current block uses the decoded Cr component A case in which it is used as a reference component is mentioned.
  • the adjacent residual sample derivation unit 710 selects all n (here, n is a natural number) adjacent samples at the top or left side of the current chroma block as adjacent residual samples. can Also, the adjacent residual sample derivation unit 710 may select adjacent residual samples by subsampling n pieces in the upper or left region of the reference component block.
  • the adjacent residual sample derivation unit 710 can select adjacent residual samples by sampling at a specific position within the non-overlapping ( ⁇ line_num, where line_num is a natural number) size region at the top of the residual block of the reference component.
  • the residual block of the chroma component of the current block uses the decoded luma component as a reference component.
  • the adjacent residual sample derivation unit 710 may select adjacent residual samples of the current chroma block and adjacent residual samples of the reference component block so as to have a 1:1 correspondence based on the sampled position.
  • the linear model derivation unit 720 calculates a linear relationship between the adjacent residual samples of the reference component block and the adjacent residual samples of the current chroma block as illustrated in FIGS. 9A and 9B, Weights and offsets can be derived.
  • the linear model derivation unit 720 may derive a linear relationship by applying the least squares method to each L (here, L is a natural number) adjacent residual samples of the reference component block and the current chroma block.
  • the linear model derivation unit 720 may derive a weight and an offset by selecting a representative adjacent residual sample pair and then calculating a linear relationship between two representative adjacent residual samples.
  • the representative pair of adjacent residual samples the average of j (here, j is a natural number) with the smallest value, and the largest k (here, k is a natural number) based on the adjacent residual sample value of the reference component block or the current chroma block.
  • the average of the numbers may be used.
  • the residual signal generator 530 may generate a residual block of the current chroma component by applying the linear relationship induced by the linear model derivation unit 720 to the residual block of the previously decoded reference component.
  • the residual signal generator 530 may downsample the residual block of the pre-decoded reference component to make the size the same.
  • the residual signal generator may generate a reference sample by sampling each non-overlapping ( ⁇ ) region of the reference component residual block at a specific position within the region.
  • the residual signal generator 530 may generate a current chroma residual block by applying the induced linear relationship to the residual block of the reference component.
  • the residual signal generator 530 may generate the current chroma residual block by multiplying each sample value in the residual block of the reference component by a weight and adding an offset, as illustrated in FIG. 10B .
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a chroma residual signal restoration method performed by an image decoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the entropy decoding unit 510 in the image decoding apparatus decodes information indicating a reference relationship between the chroma residual block and the reference component residual block in the current block ( S1100 ).
  • the reference relationship between the chroma residual block of the current block and the reference component residual block is as illustrated in FIGS. 6A and 6B .
  • the image decoding apparatus may use the decoded residual block of the luma component or the chroma component as the reference component residual block in the current block.
  • the inverse transform unit 530 in the image decoding apparatus derives the positions of the first adjacent residual samples of the decoded reference component residual block and the second adjacent residual samples of the chroma residual block based on the information indicating the reference relationship (S1102) ).
  • the image decoding apparatus may select the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples to maintain a 1:1 correspondence between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples.
  • the image decoding apparatus selects all or some of the adjacent samples at the top or the left side of the chroma residual block as second adjacent residual samples, and selects the upper end of the reference component residual block Alternatively, all or part of the left adjacent samples may be selected as the first adjacent residual samples.
  • the image decoding apparatus selects all n adjacent samples on the upper and left sides of the chroma residual block as second adjacent residual samples, and selects the upper end of the reference component residual block. and subsampling n in the left region to select first adjacent residual samples.
  • the image decoding apparatus generates a linear relationship between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples based on the above-described 1:1 correspondence (S1104).
  • the image decoding apparatus may derive a linear relationship by applying the least-squares method to each L of the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples.
  • the image decoding apparatus may derive a linear relationship between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples by using the decoded index.
  • the image decoding apparatus generates a chroma residual block by applying the induced linear relationship to the residual block of the reference component (S1106).
  • the image decoding apparatus may downsample the residual block of the reference component so that the size of the residual block of the reference component and the chroma residual block are the same.
  • the chroma residual signal restoration method as described above may also be performed by the inverse transform unit 165 of the image encoding apparatus.
  • the video encoding apparatus searches for a decoded reference component residual block that is optimal in terms of restoration of a chroma residual block in a current block by using bit rate distortion analysis.
  • the image encoding apparatus generates information indicating a reference relationship between the chroma residual block and the reference component residual block in the current block.
  • the inverse transform unit 165 in the image encoding apparatus may reconstruct the chroma residual block of the current block by using information indicating such a reference relationship.
  • the image encoding apparatus may encode information indicating an optimal reference relationship generated in the search process and then transmit it to the image decoding apparatus.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a chroma residual signal restoration method performed by an image encoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image encoding apparatus generates information indicating a reference relationship between the chroma residual block in the current block and the decoded reference component residual block in the current block for bit rate distortion analysis ( S1200 ).
  • the reference relationship between the chroma residual block of the current block and the reference component residual block is as illustrated in FIGS. 6A and 6B .
  • the image encoding apparatus may use a residual block of a luma component or a chroma component as a reference component residual block in a current block.
  • the inverse transform unit 165 in the image encoding apparatus derives the positions of the first adjacent residual samples of the reference component residual block and the two adjacent residual samples of the chroma residual block based on the information indicating the reference relationship ( S1202 ).
  • the image encoding apparatus may select the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples to maintain a 1:1 correspondence between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples.
  • the image encoding apparatus generates a linear relationship between the first adjacent residual samples and the second adjacent residual samples based on the aforementioned 1:1 correspondence ( S1204 ).
  • the image encoding apparatus generates a chroma residual block by applying the induced linear relationship to the residual block of the reference component (S1206).
  • 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

Landscapes

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

Abstract

성분 간 참조를 이용하는 잔차신호 생성방법과 장치에 관한 개시로서, 본 실시예는, 크로마 성분의 잔차신호를 유도함에 있어서, 현재블록의 일부 크로마 성분의 잔차신호를 전송하지 않은 채로, 기복원된 블록의 잔차신호를 이용하여 현재블록의 크로마 성분의 잔차신호를 유도하는 영상 부호화/복호화 장치 및 방법을 제공한다.

Description

성분 간 참조를 이용하는 잔차신호 생성방법과 장치
본 개시는 성분 간 참조를 이용하는 잔차신호 생성방법과 장치에 관한 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/AVC, HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 비롯하여, HEVC에 비해 약 30% 이상의 부호화 효율을 향상시킨 VVC(Versatile 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) 복호화에서, 크로마 성분의 잔차신호의 생성을 위해, Cb 신호 또는 Cr 신호의 잔차신호는 상호 참조하여 생성될 수 있다. 영상 복호화 장치는 Cb 신호 잔차신호를 전송 받은 후, 여기에 1 또는 -1을 곱하여 Cr 신호의 잔차신호를 유도하거나, Cr 신호의 잔차신호를 전송 받은 후, 여기에 1 또는 -1을 곱하여 Cb 신호의 잔차신호를 유도할 수 있는데, 이를 크로마 잔차 접합 코딩(Joint Coding of Chroma Residuals: JCCR)이라 한다. JCCR에서와 같이, 크로마 성분의 잔차신호는 여전히 압축률을 향상시키는 것이 가능한 대상이다. 따라서, 부호화 효율 측면에서 크로마 채널의 잔차신호를 효과적으로 부호화 및 복호화하는 방법이 고려될 필요가 있다.
본 개시는, 크로마 성분의 잔차신호를 유도함에 있어서, 현재블록의 일부 크로마 성분의 잔차신호를 전송하지 않은 채로, 기복원된 블록의 잔차신호를 이용하여 현재블록의 크로마 성분의 잔차신호를 유도하는 영상 부호화/복호화 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록의 크로마 잔차블록을 복원하는 방법에 있어서, 상기 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 상기 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도하는 단계; 상기 제1 인접잔차샘플들과 상기 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성하는 단계; 및 상기 선형 관계를 상기 참조성분 잔차블록에 적용하여 상기 크로마 잔차블록을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 복호화하는 엔트로피 복호화부; 상기 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 상기 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도하는 인접잔차샘플 유도부; 상기 제1 인접잔차샘플들과 상기 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성하는 선형모델 유도부; 및 상기 선형 관계를 상기 참조성분 잔차블록에 적용하여 상기 크로마 잔차블록을 생성하는 잔차신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 영상 복호화 장치를 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록의 크로마 잔차블록을 복원하는 방법에 있어서, 상기 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 생성하는 단계; 상기 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 상기 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도하는 단계; 상기 제1 인접잔차샘플들과 상기 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성하는 단계; 및 상기 선형 관계를 상기 참조성분 잔차블록에 적용하여 상기 크로마 잔차블록을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 크로마 성분의 잔차신호를 유도함에 있어서, 기복원된 블록의 잔차신호를 이용하여 현재블록의 크로마 성분의 잔차신호를 유도하는 영상 부호화/복호화 장치 및 방법을 제공함으로써, 현재블록의 일부 크로마 성분의 잔차신호를 전송하지 않음에 따라 부호화 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 3a 및 도 3b는 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 6a 및 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 참조성분의 잔차블록을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치 내 잔차신호 복원장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시예에 따른 인접잔차샘플들을 위치를 나타내는 예시도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 현재 크로마 블록의 인접잔차샘플들과 참조성분 블록의 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 나타내는 예시도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 참조성분의 잔차블록에 유도된 선형 관계의 적용을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 수행하는 크로마 잔차신호 복원방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 수행하는 크로마 잔차신호 복원방법을 나타내는 순서도이다.
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 비트율 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 비트율 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 비트율 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, 참조픽처 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 참조픽처에 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 참조픽처와 각 참조픽처 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(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(A2) 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. 이상에서 기술된 방법에 의해 선정된 머지 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 머지 후보에 추가한다.
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.
머지 스킵(merge skip) 모드는 머지 모드의 특별한 경우로서, 양자화를 수행한 후, 엔트로피 부호화를 위한 변환 계수가 모두 영(zero)에 가까울 때, 잔차신호의 전송 없이 주변블록 선택 정보만을 전송한다. 머지 스킵 모드를 이용함으로써, 움직임이 적은 영상, 정지 영상, 스크린 콘텐츠 영상 등에서 상대적으로 높은 부호화 효율을 달성할 수 있다.
이하, 머지 모드와 머지 스킵 모드를 통칭하여, 머지/스킵 모드로 나타낸다.
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(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(A2) 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. 이상에서 기술된 방법에 의해 움직임벡터 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 움직임벡터 후보에 추가한다.
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(움직임 정보의 부호화 모드(머지 모드 또는 AMVP 모드), 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(182)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 참조픽처로 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 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 참조픽처로 사용된다.
본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 크로마 성분의 잔차신호를 유도함에 있어서, 현재블록의 일부 크로마 성분의 잔차신호를 전송하지 않은 채로, 기복원된 블록의 잔차신호를 이용하여 현재블록의 크로마 성분의 잔차신호를 유도하는 영상 부호화/복호화 장치 및 방법을 제공한다.
이하의 실시예는 영상 부호화 장치의 역변화부(165), 및 영상 복호화 장치의 역변환부(530)에서 수행될 수 있다.
이하의 설명에서, 현재블록은 루마 성분과 크로마 성분을 포함하고, 크로마 성분은 Cb 신호 및 Cr 신호를 포함한다. 따라서, 크로마 성분의 잔차신호는 Cb 신호의 잔차신호와 Cr 신호의 잔차신호를 포함한다.
한편, 현재블록은 루마 블록과 크로마 블록을 포함한다. 크로마 블록은 Cb 블록 및 Cr 블록을 포함한다. 따라서, 크로마 블록의 잔차블록은 Cb 잔차블록과 Cr 잔차블록을 포함한다. 루마 블록에 대해서도 부호화 또는 복호화를 위한 잔차블록이 존재한다.
이하, 잔차블록을 구성하는 샘플들의 값을 통칭하여 잔차신호로 나타낸다. 잔차블록을 부호화/복호화한다는 표현은, 상황에 따라 잔차신호를 부호화/복호화한다는 표현과 호환적으로 이용될 수 있다.
I. 크로마 잔차 접합 코딩(Joint Coding of Chroma Residuals: JCCR)
VVC 기술에서, JCCR은 Cb 신호의 잔차신호와 Cr 신호의 잔차신호가 접합된 채로(jointly) 부호화될 수 있다. JCCR은 TU 단위로 수행되되, tu_joint_cbcr_residual_flag에 의해 활성화될 수 있다.
JCCR을 지시하는 tu_joint_cbcr_residual_flag, Cb 신호의 잔차신호의 변환 여부를 나타내는 tu_cb_coded_flag, Cr 신호의 잔차신호의 변환 여부를 나타내는 tu_cr_coded_flag에 따라, 영상 복호화 장치는 크로마 성분의 잔차신호를 복원하기 위한 변수 TuCResMode를 다음과 같이 설정할 수 있다.
tu_joint_cbcr_residual_flag=0, 즉, JCCR이 적용되지 않는 경우, TuCResMode=0으로 설정된다. 이때, 영상 복호화 장치는 Cb 신호의 잔차신호와 Cr 신호의 잔차신호를 따로 복호화한다.
tu_joint_cbcr_residual_flag=1, 즉, JCCR이 적용되는 경우, TuCResMode는 다음과 같이 설정될 수 있다.
tu_cb_coded_flag=1이고, tu_cr_coded_flag=0인 경우, TuCResMode = 1로 설정된다. tu_cb_coded_flag=1이고, tu_cr_coded_flag=1인 경우, TuCResMode = 2로 설정된다. tu_cb_coded_flag=0이고, tu_cr_coded_flag=1인 경우, TuCResMode = 3으로 설정된다.
변수 TuCResMode에 따라, 영상 복호화 장치는 표 1에 나타낸 바와 같이, Cb 신호의 잔차신호 resCb와 Cr 신호의 잔차신호 resCr를 복원한다.
Figure PCTKR2021017377-appb-img-000001
여기서, resJointC는 영상 복호화 장치가 복호화한 접합 크로마 성분이고, CSign은 1 또는 -1의 값을 갖고, 영상 부호화 장치에 의해 전송될 수 있다.
한편, 표 1에 예시된 TuCResMode 세 가지는 I-프레임(Intra frame)에 적용될 수 있다. P-프레임(Predictive frame) 및 B-프레임(Bipredictive frame)에는, TuCResMode=2인 경우만이 적용될 수 있다.
영상 부호화 장치는, 표 1에 나타낸 바와 같은 영상 복호화 장치의 크로마 성분의 잔차신호 복호화를 위해, TuCResMode에 따라 표 2에 나타낸 바와 같이 접합 크로마 성분 resJointC를 생성한다.
Figure PCTKR2021017377-appb-img-000002
II. 기복원된 성분의 잔차신호를 이용하는 방법
현재블록의 다수 개의 성분들 중 첫 번째 복호화 순서에 해당하는 성분인 경우, 영상 복호화 장치는, 영상 부호화 장치에 의해 전송된 비트스트림을 엔트로피 복호화부(510), 역양자화부(520), 및 역변환부(530)에 적용하여 첫 번째 성분의 잔차블록을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이러한 첫 번째 성분은 루마 신호이다.
현재블록의 다수 개의 성분들 중 두 번째 이후의 복호화 순서에 해당하는 성분인 경우, 영상 복호화 장치는 잔차신호 유도방법 인덱스를 복호화할 수 있다. 일반적으로, 이러한 두 번째 성분 이후의 성분은 크로마 신호이다.
먼저, 유도방법 1인 경우, 첫 번째 루마 성분을 생성하는 방법과 동일하게, 영상 복호화 장치는, 비트스트림을 엔트로피 복호화부(510), 역양자화부(520), 및 역변환부(530)에 적용하여 해당되는 크로마 성분의 잔차신호를 복원할 수 있다.
유도방법 2인 경우, 영상 복호화 장치는 참조성분의 잔차블록에 선형모델을 적용하여 현재블록의 크로마 성분의 잔차블록을 유도할 수 있다. 이때, 선형모델을 위한 파라미터는, 곱셈을 위한 가중치(weight), 및 덧셈을 위한 오프셋(offset)을 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 참조성분의 잔차블록을 나타내는 예시도이다.
도 6a에 예시된 바와 같이, 현재블록의 Cb 성분의 잔차블록은 루마 성분을 참조성분으로 이용하고, 현재블록의 Cr 성분의 잔차블록은 Cb 성분을 참조성분으로 이용할 수 있다. 다른 예로서, 현재블록의 Cr 성분의 잔차블록은 루마 성분을 참조성분으로 이용하고, 현재블록의 Cb 성분의 잔차블록은 Cr 성분을 참조성분으로 이용할 수 있다.
또한, 도 6b에 예시된 바와 같이, 현재블록의 Cb 성분 및 Cr 성분의 잔차블록 모두 루마 성분을 참조성분으로 이용할 수 있다.
한편, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 가중치의 값과 오프셋 값을 복호화할 수 있다.
본 개시의 다른 예로서, 영상 복호화 장치는 가중치와 오프셋을 유도할 수 있다. 예컨대, 영상 복호화 장치는 가중치와 오프셋으로 구성된 선형모델을 포함하는 리스트의 인덱스를 복호화한 후, 복호화된 인덱스를 이용하여, 예컨대 기저장된 룩업테이블로부터 가중치와 오프셋 값을 유도할 수 있다.
본 개시의 또다른 예로서, 영상 복호화 장치는 가중치와 오프셋을 특정 값으로 유도할 수 있다.
본 개시의 또다른 예로서, 영상 복호화 장치는 참조성분 블록에 인접한 참조샘플들의 잔차 값과 현재블록의 크로마 블록에 인접한 참조샘플들의 잔차 값 간의 선형 관계를 산정함으로써, 가중치와 오프셋을 유도할 수 있다.
이하, 도 7의 도시를 이용하여, 유도된 선형 관계를 이용하여 참조성분의 잔차블록으로부터 현재블록의 크로마 성분의 잔차블록을 복원하는 잔차신호 복원장치를 기술한다.
한편, 본 실시예에 따른 잔차신호 복원장치가 수행하는, 크로마 잔차신호 복원방법은 영상 복호화 장치의 역변환부(530)에서 수행될 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치 내 잔차신호 복원장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
본 실시예에 따른 잔차신호 복원장치는 인접잔차샘플 유도부(710), 선형모델 유도부(720) 및 잔차신호 생성부(730)의 전부 또는 일부를 포함한다.
인접잔차샘플 유도부(710)는, 현재블록의 크로마 블록(이하, '현재 크로마 블록')과 복호화된 참조성분 블록 각각의 인접잔차샘플들의 위치를 유도한다. 이때, 현재블록의 크로마 블록과 참조성분 블록 간의 참조 관계는 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같다. 즉, 크로마 블록과 복호화된 참조성분 블록 모두 현재블록의 성분들이다. 영상 부호화 장치는 이러한 참조 관계를 나타내는 정보를 부호화하여 영상 복호화 장치로부터 전달할 수 있다. 영상 복호화 장치 내 엔트로피 복호화부(510)는 참조 관계를 나타내는 정보를 복호화할 수 있다.
본 실시예는 잔차신호를 대상으로 하므로, 이하, 현재 크로마 블록과 현재 크로마 잔차블록은 호환적으로 이용되고, 참조성분 블록과 참조성분 잔차블록도 호환적으로 이용될 수 있다.
먼저, 현재 크로마 블록과 참조성분 블록의 크기가 동일한 경우, 도 8a에 예시된 바와 같이, 인접잔차샘플 유도부(710)는, 현재 크로마 블록과 참조성분 블록 각각의 상단 또는 좌측의 인접한 샘플들의 전부 또는 일부를 인접잔차샘플들로 지정할 수 있다. 한편, 이러한 경우의 예로는, 도 6a의 예시에서, 현재블록의 Cr 성분의 잔차블록이, 복호화된 Cb 성분을 참조성분으로 이용하거나, 현재블록의 Cb 성분의 잔차블록이, 복호화된 Cr 성분을 참조성분으로 이용하는 경우를 들 수 있다.
현재 크로마 블록의 크기가 참조성분 블록보다 작은 경우, 인접잔차샘플 유도부(710)는 현재 크로마 블록의 상단 또는 좌측의 인접한 샘플들 n(여기서, n은 자연수) 개 전체를 인접잔차샘플들로 선정할 수 있다. 또한, 인접잔차샘플 유도부(710)는 참조성분 블록의 상단 또는 좌측의 영역에서 n 개를 서브샘플링하여 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
현재 크로마 잔차블록의 너비가 N(여기서, N은 자연수)이고 참조성분의 잔차블록 너비가 α×N(여기서, α는 자연수)인 경우, 도 8b에 예시된 바와 같이, 인접잔차샘플 유도부(710)는, 참조성분의 잔차블록 상단의 오버랩되지 않는 (α×line_num, 여기서, line_num은 자연수) 크기의 영역마다, 영역 내 특정 위치에서 샘플링하여 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
또한, 현재 크로마 잔차블록의 높이가 M(여기서, M은 자연수)이고 참조성분의 잔차블록 높이가 β×M(여기서, β는 자연수)인 경우, 도 8b에 예시된 바와 같이, 인접잔차샘플 유도부(710)는, 참조성분의 잔차블록 좌측의 오버랩되지 않는 (line_num×β) 크기의 영역마다, 영역 내 특정 위치에서 샘플링하여 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
한편, 전술한 바의 예로는, 도 6a 및 도 6b의 예시에서, 현재블록의 크로마 성분의 잔차블록이, 복호화된 루마 성분을 참조성분으로 이용하는 경우를 들 수 있다.
인접잔차샘플 유도부(710)는 샘플링된 위치를 기준으로 1:1 대응되도록 현재 크로마 블록의 인접잔차샘플들과 참조성분 블록의 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
이러한 대응 관계에 기초하여, 선형모델 유도부(720)는, 도 9a 및 도 9b에 예시된 바와 같이, 참조성분 블록의 인접잔차샘플들과 현재 크로마 블록의 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 산정함으로써, 가중치와 오프셋을 유도할 수 있다.
선형모델 유도부(720)는, 참조성분 블록과 현재 크로마 블록의 인접잔차샘플 각 L(여기서, L은 자연수) 개에 최소자승법(least square method)을 적용하여 선형 관계를 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 예로서, 선형모델 유도부(720)는, 대표 인접잔차샘플 쌍(pair)을 선정한 후, 두 대표 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 산정함으로써, 가중치와 오프셋을 유도할 수 있다. 여기서, 대표 인접잔차샘플 쌍으로는 참조성분 블록 또는 현재 크로마 블록의 인접잔차샘플 값을 기준으로 값이 가장 작은 j(여기서, j는 자연수) 개의 평균, 및 가장 큰 k(여기서, k는 자연수) 개의 평균이 이용될 수 있다.
잔차신호 생성부(530)는, 기복호화된 참조성분의 잔차블록에 선형모델 유도부(720)에 의해 유도된 선형 관계를 적용하여 현재 크로마 성분의 잔차블록을 생성할 수 있다.
기복호화된 참조성분의 잔차블록이 현재 크로마 잔차블록과 크기가 다를 경우, 잔차신호 생성부(530)는, 크기를 동일하게 만들기 위해, 기복호화된 참조성분의 잔차블록을 다운샘플링할 수 있다.
예컨대, 도 10a에 예시된 바와 같이, 참조성분의 잔차블록 너비가 현재 크로마 잔차블록 너비의 α 배이고, 참조성분의 잔차블록 높이가 현재 크로마 잔차블록 너비의 높이의 β 배일 경우, 잔차신호 생성부(530)는, 참조성분 잔차블록의 오버랩되지 않는 (α×β) 크기의 영역마다, 영역 내 특정 위치에서 샘플링하여 참조샘플을 생성할 수 있다.
잔차신호 생성부(530)는, 유도된 선형 관계를 참조성분의 잔차블록에 적용하여 현재 크로마 잔차블록을 생성할 수 있다. 잔차신호 생성부(530)는, 도 10b에 예시된 바와 같이, 참조성분의 잔차블록 내 각 샘플 값에 가중치를 곱하고 오프셋을 더하여 현재 크로마 잔차블록을 생성할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 수행하는 크로마 잔차신호 복원방법을 나타내는 순서도이다.
영상 복호화 장치 내 엔트로피 복호화부(510)는 현재블록 내 크로마 잔차블록과 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 복호화한다(S1100). 이때, 현재블록의 크로마 잔차블록과 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계는 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같다. 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같이, 영상 복호화 장치는 현재블록 내 참조성분 잔차블록으로서, 루마 성분 또는 크로마 성분의 복호화된 잔차블록을 이용할 수 있다.
영상 복호화 장치 내 역변환부(530)는, 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 복호화된 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도한다(S1102).
영상 복호화 장치는, 제1 인접잔차샘플들 및 제2 인접잔차샘플들 간에 1:1 대응관계를 유지하도록, 제1 인접잔차샘플들 및 제2 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
크로마 잔차블록과 참조성분 잔차블록의 크기가 동일한 경우, 영상 복호화 장치는, 크로마 잔차블록의 상단 또는 좌측의 인접한 샘플들의 전부 또는 일부를 제2 인접잔차샘플들로 선정하고, 참조성분 잔차블록의 상단 또는 좌측의 인접한 샘플들의 전부 또는 일부를 제1 인접잔차샘플들로 선정할 수 있다.
크로마 잔차블록의 크기가 참조성분 잔차블록보다 작은 경우, 영상 복호화 장치는, 크로마 잔차블록의 상단 및 좌측의 인접한 샘플들 n 개 전체를 제2 인접잔차샘플들로 선정하고, 참조성분 잔차블록의 상단 및 좌측의 영역에서 n 개를 서브샘플링하여 제1 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
영상 복호화 장치는, 전술한 1:1 대응관계에 기초하여, 제1 인접잔차샘플들과 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성한다(S1104).
영상 복호화 장치는, 제1 인접잔차샘플들 및 제2 인접잔차샘플들 각 L 개에 최소자승법을 적용하여 선형 관계를 도출할 수 있다.
영상 복호화 장치는, 기설정된 다수의 선형모델을 포함하는 리스트의 인덱스를 복호화한 후, 복호화된 인덱스를 이용하여 제1 인접잔차샘플들과 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 유도할 수 있다.
영상 복호화 장치는, 유도된 선형 관계를 참조성분의 잔차블록에 적용하여 크로마 잔차블록을 생성한다(S1106).
참조성분의 잔차블록의 크기가 크로마 잔차블록과 다를 경우, 영상 복호화 장치는, 참조성분의 잔차블록과 크로마 잔차블록의 크기가 동일하여지도록, 참조성분의 잔차블록을 다운샘플링할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 크로마 잔차신호 복원방법은 영상 부호화 장치의 역변환부(165)에서도 수행될 수 있다.
영상 부호화 장치는, 비트율 왜곡 분석을 이용하여, 현재블록 내 크로마 잔차블록의 복원 측면에서 최적인, 복호화된 참조성분 잔차블록을 탐색한다. 탐색 과정에서, 영상 부호화 장치는 현재블록 내 크로마 잔차블록과 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 생성한다. 또한, 영상 부호화 장치 내 역변환부(165)는, 이러한 참조 관계를 나타내는 정보를 이용하여 현재블록의 크로마 잔차블록을 복원할 수 있다.
한편, 영상 부호화 장치는, 탐색 과정에서 생성된, 최적의 참조 관계를 나타내는 정보를 부호화한 후, 영상 복호화 장치로 전송할 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 수행하는 크로마 잔차신호 복원방법을 나타내는 순서도이다.
영상 부호화 장치는, 비트율 왜곡 분석을 위해, 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 생성한다(S1200). 이때, 현재블록의 크로마 잔차블록과 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계는 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같다. 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같이, 영상 부호화 장치는 현재블록 내 참조성분 잔차블록으로서, 루마 성분 또는 크로마 성분의 잔차블록을 이용할 수 있다.
영상 부호화 장치 내 역변환부(165)는, 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 크로마 잔차블록의 2 인접잔차샘플들의 위치를 유도한다(S1202).
영상 부호화 장치는, 제1 인접잔차샘플들 및 제2 인접잔차샘플들 간에 1:1 대응관계를 유지하도록, 제1 인접잔차샘플들 및 제2 인접잔차샘플들을 선정할 수 있다.
영상 부호화 장치는, 전술한 1:1 대응관계에 기초하여, 제1 인접잔차샘플들과 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성한다(S1204).
영상 부호화 장치는, 유도된 선형 관계를 참조성분의 잔차블록에 적용하여 크로마 잔차블록을 생성한다(S1206).
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.
이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들 혹은 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기능적 컴포넌트들은 그들의 구현 독립성을 특히 더 강조하기 위해 "...부(unit)" 로 라벨링되었음을 이해해야 한다.
한편, 본 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)
510: 엔트로피 복호화부
530: 역변환부
710: 인접잔차샘플 유도부
720: 선형모델 유도부
730: 잔차신호 생성부
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본 특허출원은 2020년 11월 24일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2020-0158993 호, 2021년 11월 24일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2021-0163120 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (15)

  1. 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록의 크로마 잔차블록을 복원하는 방법에 있어서,
    상기 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 상기 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도하는 단계;
    상기 제1 인접잔차샘플들과 상기 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성하는 단계; 및
    상기 선형 관계를 상기 참조성분 잔차블록에 적용하여 상기 크로마 잔차블록을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 참조 관계를 나타내는 정보를 복호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 현재블록 내 참조성분 잔차블록으로서, 루마 성분 또는 크로마 성분의 잔차블록을 이용하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차 블록을 복원하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 제1 인접잔차샘플들 및 상기 제2 인접잔차샘플들 간에 1:1 대응관계를 유지하도록, 상기 제1 인접잔차샘플들 및 상기 제2 인접잔차샘플들을 선정하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 크로마 잔차블록과 상기 참조성분 잔차블록의 크기가 동일한 경우, 상기 크로마 잔차블록의 상단 또는 좌측의 인접한 샘플들의 전부 또는 일부를 상기 제2 인접잔차샘플들로 선정하고, 상기 참조성분 잔차블록의 상단 또는 좌측의 인접한 샘플들의 전부 또는 일부를 상기 제1 인접잔차샘플들로 선정하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 크로마 잔차블록의 크기가 참조성분 잔차블록보다 작은 경우, 상기 크로마 잔차블록의 상단 및 좌측의 인접한 샘플들 n(여기서, n은 자연수) 개 전체를 상기 제2 인접잔차샘플들로 선정하고, 상기 참조성분 잔차블록의 상단 및 좌측의 영역에서 n 개를 서브샘플링하여 상기 제1 인접잔차샘플들을 선정하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 참조성분 잔차블록 너비가 상기 크로마 잔차블록의 너비의 α(여기서, α는 자연수) 배인 경우, 상기 참조성분 잔차블록 상단의 겹치는 않는 (α × line_num, 여기서 line_num은 자연수) 크기의 영역마다, 상기 영역 내 특정 위치에서 샘플링하여 상기 제1 인접잔차샘플들을 선정하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 참조성분 잔차블록 높이가 상기 크로마 잔차블록의 너비의 β(여기서, β는 자연수) 배인 경우, 상기 참조성분 잔차블록 좌측의 겹치는 않는 (line_num×β) 크기의 영역마다, 상기 영역 내 특정 위치에서 샘플링하여 상기 제1 인접잔차샘플들을 선정하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선형 관계를 생성하는 단계는,
    상기 제1 인접잔차샘플들 및 상기 제2 인접잔차샘플들 각 L(여기서, L은 자연수) 개에 최소자승법(least square method)을 적용하여 상기 선형 관계를 도출하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 선형 관계를 생성하는 단계는,
    기설정된 다수의 선형모델을 포함하는 리스트의 인덱스를 복호화한 후, 상기 인덱스를 이용하여 상기 선형 관계를 유도하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 크로마 잔차블록을 생성하는 단계는,
    상기 참조성분 잔차블록의 크기가 상기 크로마 잔차블록과 다를 경우, 상기 참조성분 잔차블록과 상기 크로마 잔차블록의 크기가 동일하여지도록, 상기 참조성분 잔차블록을 다운샘플링하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  12. 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 복호화하는 엔트로피 복호화부;
    상기 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 상기 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도하는 인접잔차샘플 유도부;
    상기 제1 인접잔차샘플들과 상기 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성하는 선형모델 유도부; 및
    상기 선형 관계를 상기 참조성분 잔차블록에 적용하여 상기 크로마 잔차블록을 생성하는 잔차신호 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 영상 복호화 장치.
  13. 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록의 크로마 잔차블록을 복원하는 방법에 있어서,
    상기 현재블록 내 크로마 잔차블록과 복호화된 참조성분 잔차블록 간의 참조 관계를 나타내는 정보를 생성하는 단계;
    상기 참조 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 참조성분 잔차블록의 제1 인접잔차샘플들 및 상기 크로마 잔차블록의 제2 인접잔차샘플들의 위치를 유도하는 단계;
    상기 제1 인접잔차샘플들과 상기 제2 인접잔차샘플들 간의 선형 관계를 생성하는 단계; 및
    상기 선형 관계를 상기 참조성분 잔차블록에 적용하여 상기 크로마 잔차블록을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 현재블록 내 참조성분 잔차블록으로서, 루마 성분 또는 크로마 성분의 잔차블록을 이용하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 위치를 유도하는 단계는,
    상기 제1 인접잔차샘플들 및 상기 제2 인접잔차샘플들 간에 1:1 대응관계를 유지하도록, 상기 제1 인접잔차샘플들 및 상기 제2 인접잔차샘플들을 선정하는 것을 특징으로 하는, 크로마 잔차블록을 복원하는 방법.
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