WO2024049024A1 - Method and apparatus for video coding based on non-separable secondary transform adaptive to primary transform kernel - Google Patents

Method and apparatus for video coding based on non-separable secondary transform adaptive to primary transform kernel Download PDF

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WO2024049024A1
WO2024049024A1 PCT/KR2023/011041 KR2023011041W WO2024049024A1 WO 2024049024 A1 WO2024049024 A1 WO 2024049024A1 KR 2023011041 W KR2023011041 W KR 2023011041W WO 2024049024 A1 WO2024049024 A1 WO 2024049024A1
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kernel
transform
transformation
block
inverse
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PCT/KR2023/011041
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심동규
변주형
이민훈
허진
박승욱
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
광운대학교 산학협력단
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    • H04N19/625Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding using discrete cosine transform [DCT]

Definitions

  • the present disclosure relates to a video coding method and device based on a non-separable secondary transform that is adaptive to a primary transform kernel.
  • video data Since video data has a larger amount of data than audio data or still image data, it requires a lot of hardware resources, including memory, to store or transmit it without processing for compression.
  • an encoder when storing or transmitting video data, an encoder is used to compress the video data and store or transmit it, and a decoder receives the compressed video data, decompresses it, and plays it.
  • video compression technologies include H.264/AVC, HEVC (High Efficiency Video Coding), and VVC (Versatile Video Coding), which improves coding efficiency by about 30% or more compared to HEVC.
  • LFNST Low-frequency non-separable transform
  • TU Transform Unit
  • LFNST technology performs secondary transformation on L low-frequency primary transformation coefficients among W ⁇ H primary transformation coefficients to generate K (where K ⁇ L) secondary transformation coefficients.
  • the encoder can quantize the generated secondary transform coefficient and then encode it.
  • the size of the LFNST conversion kernel is K ⁇ L, and the type of kernel can be determined according to the intra prediction mode of the current TU, the size of the TU, and lfnst_idx (LFNST index).
  • LFNST when the DCT2/DCT2 transformation kernel is applied as the first transformation to the intra predicted TU, LFNST can be applied. Therefore, in order to improve video coding efficiency and improve video quality, it is necessary to consider additionally utilizing the characteristics of the primary transform when applying the secondary transform.
  • the present disclosure selects a secondary transformation region and transformation kernel by reflecting the characteristics of the primary transformation kernel, and applies a non-separable secondary transformation to the transformation coefficients in the low-frequency region using the selected transformation kernel.
  • the purpose is to provide video coding methods and devices.
  • a method of restoring a current block performed by an image decoding apparatus includes: determining a first inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions for a transform block of the current block; Obtaining inverse-quantized secondary transform coefficients for the transform block; determining a second inverse transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel; performing a second-order inversion by applying the second-order inversion kernel to the second-order transformation coefficients to generate first-order transformation coefficients; and performing a first-order inverse transform by applying the first-order inverse transform kernel to the first-order transform coefficients to generate residual signals.
  • a method of encoding a current block performed by an image encoding apparatus includes: acquiring residual signals for a transform block of the current block; determining a first-order transformation kernel in the vertical and horizontal directions for the transformation block; determining a secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel; performing first-order transformation by applying the first-order transformation kernel to the residual signals to generate first-order transformation coefficients; and performing secondary transformation by applying the secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients.
  • a computer-readable recording medium stores a bitstream generated by an image encoding method, the image encoding method comprising: obtaining residual signals for a transform block of a current block; determining a first-order transformation kernel in the vertical and horizontal directions for the transformation block; determining a secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel; performing first-order transformation by applying the first-order transformation kernel to the residual signals to generate first-order transformation coefficients; and performing secondary transformation by applying the secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients.
  • the secondary transformation region and transformation kernel are selected by reflecting the characteristics of the primary transformation kernel, and an inseparable secondary transformation is performed on the transformation coefficients in the low-frequency region using the selected transformation kernel.
  • FIG. 1 is an example block diagram of a video encoding device that can implement the techniques of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram to explain a method of dividing a block using the QTBTTT (QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) structure.
  • 3A and 3B are diagrams showing a plurality of intra prediction modes including wide-angle intra prediction modes.
  • Figure 4 is an example diagram of neighboring blocks of the current block.
  • Figure 5 is an example block diagram of a video decoding device that can implement the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating in detail a portion of an image decoding device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 7A to 7C are exemplary diagrams showing the scanning order of two-dimensional transformation coefficients according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figures 8a and 8b are exemplary diagrams showing the scanning order of one-dimensional transform coefficients according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 9 is an example diagram showing scanning positions of one-dimensional transform coefficients, according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10 is an example diagram showing the scanning order of one-dimensional transform coefficients according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method by which an image encoding device transforms a transform block according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method of inversely transforming a transform block by an image decoding device, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is an example block diagram of a video encoding device that can implement the techniques of the present disclosure.
  • the video encoding device and its sub-configurations will be described with reference to the illustration in FIG. 1.
  • the image encoding device includes a picture division unit 110, a prediction unit 120, a subtractor 130, a transform unit 140, a quantization unit 145, a rearrangement unit 150, an entropy encoding unit 155, and an inverse quantization unit. It may be configured to include (160), an inverse transform unit (165), an adder (170), a loop filter unit (180), and a memory (190).
  • Each component of the video encoding device may be implemented as hardware or software, or may be implemented as a combination of hardware and software. Additionally, the function of each component may be implemented as software and a microprocessor may be implemented to execute the function of the software corresponding to each component.
  • One image consists of one or more sequences including a plurality of pictures. Each picture is divided into a plurality of regions and encoding is performed for each region. For example, one picture is divided into one or more tiles and/or slices. Here, one or more tiles can be defined as a tile group. Each tile or/slice is divided into one or more Coding Tree Units (CTUs). And each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure. Information applied to each CU is encoded as the syntax of the CU, and information commonly applied to CUs included in one CTU is encoded as the syntax of the CTU.
  • CTUs Coding Tree Units
  • information commonly applied to all blocks within one slice is encoded as the syntax of the slice header, and information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or picture parameter set. Encoded in the header. Furthermore, information commonly referenced by multiple pictures is encoded in a sequence parameter set (SPS). And, information commonly referenced by one or more SPSs is encoded in a video parameter set (VPS). Additionally, information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as the 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 division unit 110 determines the size of the CTU.
  • Information about the size of the CTU (CTU size) is encoded as SPS or PPS syntax and transmitted to the video decoding device.
  • the picture division unit 110 divides each picture constituting the image into a plurality of CTUs with a predetermined size and then recursively divides the CTUs using a tree structure. .
  • the leaf node in the tree structure becomes the CU, the basic unit of encoding.
  • the tree structure is QuadTree (QT), in which the parent node is divided into four child nodes (or child nodes) of the same size, or BinaryTree, in which the parent node is divided into two child nodes. , BT), or a TernaryTree (TT) in which the parent node is divided into three child nodes in a 1:2:1 ratio, or a structure that mixes two or more of these QT structures, BT structures, and TT structures.
  • QTBT QuadTree plus BinaryTree
  • QTBTTT QuadTree plus BinaryTree TernaryTree
  • BTTT may be combined and referred to as MTT (Multiple-Type Tree).
  • Figure 2 is a diagram to explain a method of dividing a block using the QTBTTT structure.
  • the CTU can first be divided into a QT structure. Quadtree splitting can be repeated until the size of the splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of the leaf node allowed in QT.
  • the first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is split into four nodes of the lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding device. If the leaf node of QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in BT, it may be further divided into either the BT structure or the TT structure. In the BT structure and/or TT structure, there may be multiple division directions.
  • a second flag indicates whether the nodes have been split, and if split, an additional flag indicating the splitting direction (vertical or horizontal) and/or the splitting type (Binary). Or, a flag indicating Ternary) is encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device.
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is split is encoded. It could be. If 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 CU (coding unit), which is the basic unit of coding. When the CU split flag (split_cu_flag) value indicates splitting, the video encoding device starts encoding from the first flag in the above-described manner.
  • QTBT When QTBT is used as another example of a tree structure, there are two types: a type that horizontally splits the block of the node into two blocks of the same size (i.e., symmetric horizontal splitting) and a type that splits it vertically (i.e., symmetric vertical splitting). Branches may exist.
  • a split flag (split_flag) indicating whether each node of the BT structure is divided into blocks of a lower layer and split type information indicating the type of division are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the video decoding device.
  • split_flag split flag
  • the asymmetric form may include dividing the block of the corresponding node into two rectangular blocks with a size ratio of 1:3, or may include dividing the block of the corresponding node diagonally.
  • a CU can have various sizes depending on the QTBT or QTBTTT division from the CTU.
  • the block corresponding to the CU i.e., leaf node of QTBTTT
  • the 'current block' the block corresponding to the CU (i.e., leaf node of QTBTTT) to be encoded or decoded
  • the shape of the current block may be rectangular as well as square.
  • the prediction unit 120 predicts the current block and generates a prediction block.
  • the prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124.
  • each current block in a picture can be coded predictively.
  • prediction of the current block is done using intra prediction techniques (using data from the picture containing the current block) or inter prediction techniques (using data from pictures coded before the picture containing the current block). It can be done.
  • Inter prediction includes both one-way prediction and two-way prediction.
  • the intra prediction unit 122 predicts pixels within the current block using pixels (reference pixels) located around the current block within the current picture including the current block.
  • the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode and 65 directional modes.
  • the surrounding pixels and calculation formulas to be used are defined differently for each prediction mode.
  • the directional modes (67 to 80, -1 to -14 intra prediction modes) shown by dotted arrows in FIG. 3B can be additionally used. These may be referred to as “wide angle intra-prediction modes”.
  • the arrows point to corresponding reference samples used for prediction and do not indicate the direction of prediction. The predicted direction is opposite to the direction indicated by the arrow.
  • Wide-angle intra prediction modes are modes that perform prediction in the opposite direction of a specific directional mode without transmitting additional bits when the current block is rectangular. At this time, among the wide-angle intra prediction modes, some wide-angle intra prediction modes available for the current block may be determined according to the ratio of the width and height of the rectangular current block.
  • intra prediction modes 67 to 80 are available when the current block has a rectangular shape with a height smaller than the width
  • wide-angle intra prediction modes with angles larger than -135 degrees are available.
  • Intra prediction modes are available when the current block has a rectangular shape with a width greater than the height.
  • the intra prediction unit 122 can determine the intra prediction mode to be used to encode the current block.
  • intra prediction unit 122 may encode the current block using multiple 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. You can also select intra prediction mode.
  • the intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes and predicts the current block using surrounding pixels (reference pixels) and an operation formula determined according to the selected intra prediction mode.
  • Information about the selected intra prediction mode is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding device.
  • 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 a reference picture that has been 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 on the 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 about the reference picture and information about the motion vector used to predict the current block is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding device.
  • 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. If the process of searching for the block most similar to the current block is performed for the interpolated reference picture, the motion vector can be expressed with precision in decimal units rather than precision in integer samples.
  • the precision or resolution of the motion vector may be set differently for each target area to be encoded, for example, slice, tile, CTU, CU, etc.
  • AMVR adaptive motion vector resolution
  • information about the motion vector resolution to be applied to each target area must be signaled for each target area. For example, if the target area is a CU, information about the motion vector resolution applied to each CU is signaled.
  • Information about 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 positions of blocks most similar to the current block within each reference picture are used.
  • the inter prediction unit 124 selects the first reference picture and the second reference picture from reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block within each reference picture. Create a first reference block and a second reference block. 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 may be composed of pictures before the current picture in display order among the restored pictures
  • reference picture list 1 may be composed of pictures after the current picture in display order among the restored pictures.
  • relief pictures after the current picture may be additionally included in reference picture list 0, and conversely, relief pictures before the current picture may be additionally included in reference picture list 1. may be included.
  • the motion information of the current block can be transmitted to the video decoding device by encoding information that can identify 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 surrounding blocks for deriving merge candidates include the left block (A0), bottom left block (A1), top block (B0), and top right block (B1) adjacent to the current block in the current picture. ), and all or part of the upper left block (B2) can be used.
  • a block located within a reference picture (which may be the same or different from the reference picture used to predict the current block) rather than the current picture where the current block is located may be used as a merge candidate.
  • a block co-located with the current block within the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be additionally used as merge candidates. If the number of merge candidates selected by the method described above is less than the preset number, the 0 vector is added to the merge candidates.
  • the inter prediction unit 124 uses these neighboring blocks to construct a merge list including a predetermined number of merge candidates.
  • 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 is generated to identify the selected candidate.
  • the generated merge index information is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding device.
  • Merge skip mode is a special case of merge mode. After performing quantization, when all transformation coefficients for entropy encoding are close to zero, only peripheral block selection information is transmitted without transmitting residual signals. By using merge skip mode, relatively high coding efficiency can be achieved in low-motion images, still images, screen content images, etc.
  • merge mode and merge skip mode are collectively referred to as merge/skip mode.
  • AMVP Advanced Motion Vector Prediction
  • the inter prediction unit 124 uses neighboring blocks of the current block to derive predicted motion vector candidates for the motion vector of the current block.
  • the surrounding blocks used to derive predicted motion vector candidates include the left block (A0), bottom left block (A1), top block (B0), and top right block adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. All or part of B1), and the upper left block (B2) can be used. Additionally, a block located within a reference picture (which may be the same or different from the reference picture used to predict the current block) rather than the current picture where the current block is located will be used as a surrounding block used to derive prediction motion vector candidates. It may be possible.
  • a collocated block located at the same location as the current block within the reference picture or blocks adjacent to the block at the same location may be used. If the number of motion vector candidates is less than the preset number by the method described above, the 0 vector is added to the motion vector candidates.
  • the inter prediction unit 124 derives predicted motion vector candidates using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector for the motion vector of the current block using the predicted motion vector candidates. Then, the predicted motion vector is subtracted from the motion vector of the current block to calculate the differential motion vector.
  • the predicted motion vector can be obtained by applying a predefined function (eg, median, average value calculation, etc.) to the predicted motion vector candidates.
  • a predefined function eg, median, average value calculation, etc.
  • the video decoding device also knows the predefined function.
  • the neighboring blocks used to derive predicted motion vector candidates are blocks for which encoding and decoding have already been completed, the video decoding device also already knows the motion vectors of the neighboring blocks. Therefore, the video encoding device does not need to encode information to identify the predicted motion vector candidate. Therefore, in this case, information about the differential motion vector and information about the reference picture used to predict the current block are encoded.
  • the predicted motion vector may be determined by selecting one of the predicted motion vector candidates.
  • information for identifying the selected prediction motion vector candidate is additionally encoded, along with information about the differential motion vector and information about 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 converts the residual signals in the residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain.
  • the conversion unit 140 may convert the residual signals in the residual block by using the entire size of the residual block as a conversion unit, or divide the residual block into a plurality of subblocks and perform conversion by using the subblocks as a conversion unit. You may.
  • the residual signals can be converted by dividing them into two subblocks, a transform area and a non-transformation region, and using only the transform region subblock as a transform unit.
  • the transformation area subblock may be one of two rectangular blocks with a size ratio of 1:1 based on the horizontal axis (or vertical axis).
  • a flag indicating that only the subblock has been converted (cu_sbt_flag), directional (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag), and/or position information (cu_sbt_pos_flag) are encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device.
  • the size of the transform area subblock may have a size ratio of 1:3 based on the horizontal axis (or vertical axis), and in this case, a flag (cu_sbt_quad_flag) that distinguishes the corresponding division is additionally encoded by the entropy encoding unit 155 to encode the image. Signaled to the decryption device.
  • the transformation unit 140 can separately perform transformation on the residual block in the horizontal and vertical directions.
  • various types of transformation functions or transformation matrices can be used.
  • a pair of transformation functions for horizontal transformation and vertical transformation can be defined as MTS (Multiple Transform Set).
  • the conversion unit 140 may select a conversion function pair with the best conversion efficiency among MTSs and convert the residual blocks in the horizontal and vertical directions, respectively.
  • Information (mts_idx) about the transformation function pair selected from the MTS is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the video decoding device.
  • 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 residual block related to a certain block or frame without conversion.
  • the quantization unit 145 may apply different quantization coefficients (scaling values) depending on the positions of the transform coefficients within the transform block.
  • the quantization matrix applied to the quantized transform coefficients arranged in two dimensions may be encoded and signaled to the video decoding device.
  • the rearrangement unit 150 may rearrange coefficient values for the quantized residual values.
  • the rearrangement unit 150 can change a two-dimensional coefficient array into a one-dimensional coefficient sequence using coefficient scanning.
  • the realignment unit 150 can scan from DC coefficients to coefficients in the high frequency region using zig-zag scan or diagonal scan to output a one-dimensional coefficient sequence.
  • a vertical scan that scans a two-dimensional coefficient array in the column direction or a horizontal scan that scans the two-dimensional block-type coefficients in the row direction may be used instead of the zig-zag scan. That is, the scan method to be used among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan may be determined depending on the size of the transformation unit and the intra prediction mode.
  • the entropy encoding unit 155 uses various encoding methods such as CABAC (Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code) and Exponential Golomb to encode the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150.
  • CABAC Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code
  • Exponential Golomb Exponential Golomb to encode the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150.
  • a bitstream is created by encoding the sequence.
  • the entropy encoder 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 device can encode blocks in the same way as the video coding device. Allow it to be divided.
  • the entropy encoding unit 155 encodes information about the prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and generates intra prediction information (i.e., intra prediction) according to the prediction type.
  • Information about the mode) or inter prediction information coding mode of motion information (merge mode or AMVP mode), merge index in case of merge mode, information on reference picture index and differential motion vector in case of AMVP mode
  • the entropy encoding unit 155 encodes information related to quantization, that is, information about quantization parameters and information about the quantization matrix.
  • the inverse quantization unit 160 inversely 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 converting the transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from the frequency domain to the spatial domain.
  • the adder 170 restores the current block by adding the restored residual block and the prediction block generated by the prediction unit 120. Pixels in the restored current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.
  • the loop filter unit 180 restores pixels to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, blurring artifacts, etc. that occur due to block-based prediction and transformation/quantization. Perform filtering on them.
  • the loop filter unit 180 is an in-loop filter and may include all or part of a deblocking filter 182, a Sample Adaptive Offset (SAO) filter 184, and an Adaptive Loop Filter (ALF) 186. there is.
  • the deblocking filter 182 filters the boundaries between restored blocks to remove blocking artifacts caused by block-level encoding/decoding, and the SAO filter 184 and ALF 186 perform deblocking filtering. Additional filtering is performed on the image.
  • the SAO filter 184 and the ALF 186 are filters used to compensate for differences between restored pixels and original pixels caused by lossy coding.
  • the SAO filter 184 improves not only subjective image quality but also coding efficiency by applying an offset in units of CTU.
  • the ALF 186 performs filtering on a block basis, distinguishing the edge and degree of change of the block and applying different filters to compensate for distortion.
  • Information about filter coefficients to be used in ALF may be encoded and signaled to a video decoding device.
  • the restored block filtered through the deblocking filter 182, SAO filter 184, and ALF 186 is stored in the memory 190.
  • the reconstructed picture can be used as a reference picture for inter prediction of blocks in the picture to be encoded later.
  • the video encoding device can store the bitstream of the encoded video data in a non-transitory recording medium or transmit it to the video decoding device using a communication network.
  • FIG. 5 is an example block diagram of a video decoding device that can implement the techniques of the present disclosure.
  • the video decoding device and its sub-configurations will be described with reference to FIG. 5.
  • the image decoding device includes an entropy decoding unit 510, a rearrangement unit 515, an inverse quantization unit 520, an inverse transform unit 530, a prediction unit 540, an adder 550, a loop filter unit 560, and a memory ( 570).
  • each component of the video decoding device may be implemented as hardware or software, or may be implemented as a combination of hardware and software. Additionally, the function of each component may be implemented as software and a microprocessor may be implemented to execute the function of the software corresponding to each component.
  • the entropy decoder 510 decodes the bitstream generated by the video encoding device, extracts information related to block division, determines the current block to be decoded, and provides prediction information and residual signals needed to restore the current block. Extract information, etc.
  • the entropy decoder 510 extracts information about the CTU size from a Sequence Parameter Set (SPS) or 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 highest layer of the tree structure, that is, the root node, and the CTU is divided using the tree structure by extracting the division information for the CTU.
  • SPS Sequence Parameter Set
  • PPS Picture Parameter Set
  • the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT first extracts the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT and split each node into four nodes of the lower layer. And, for the node corresponding to the leaf node of QT, the second flag (mtt_split_flag) and split direction (vertical / horizontal) and/or split type (binary / ternary) information related to the split of MTT are extracted and the leaf node is divided into MTT. Divide by structure. Accordingly, each node below the leaf node of QT is recursively divided into a BT or TT structure.
  • each node may undergo 0 or more repetitive MTT divisions after 0 or more repetitive QT divisions. For example, MTT division may occur immediately in the CTU, or conversely, only multiple QT divisions may occur.
  • the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT is extracted and each node is divided into four nodes of the lower layer. And, for the node corresponding to the leaf node of QT, a split flag (split_flag) indicating whether to further split into BT and split direction information are extracted.
  • the entropy decoding unit 510 determines the current block to be decoded using division of the tree structure, it extracts information about the prediction type indicating whether the current block is intra-predicted or inter-predicted.
  • prediction type information indicates intra prediction
  • the entropy decoder 510 extracts syntax elements for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block.
  • prediction type information indicates inter prediction
  • the entropy decoder 510 extracts syntax elements for inter prediction information, that is, information indicating a motion vector and a reference picture to which the motion vector refers.
  • the entropy decoding unit 510 extracts information about quantized transform coefficients of the current block as quantization-related information and information about residual signals.
  • the reordering unit 515 re-organizes the sequence of one-dimensional quantized transform coefficients entropy decoded in the entropy decoding unit 510 into a two-dimensional coefficient array (i.e., in reverse order of the coefficient scanning order performed by the image encoding device). block).
  • the inverse quantization unit 520 inversely quantizes the quantized transform coefficients and inversely quantizes the quantized transform coefficients using a quantization parameter.
  • the inverse quantization unit 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to quantized transform coefficients arranged in two dimensions.
  • the inverse quantization unit 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from an image encoding device to a two-dimensional 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 restore the residual signals, thereby generating a residual block for the current block.
  • the inverse transformation unit 530 when the inverse transformation unit 530 inversely transforms only a partial area (subblock) of the transformation block, a flag (cu_sbt_flag) indicating that only the subblock of the transformation block has been transformed, and directionality (vertical/horizontal) information of the subblock (cu_sbt_horizontal_flag) ) and/or extracting the position information (cu_sbt_pos_flag) of the subblock, and inversely transforming the transformation coefficients of the corresponding subblock from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual signals, and for the area that has not been inversely transformed, the residual signals are set to “0”. By filling in the values, the final residual block for the current block is created.
  • the inverse transform unit 530 determines a transformation function or transformation matrix to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using the MTS information (mts_idx) signaled from the video encoding device, and uses the determined transformation function. Inverse transformation is performed on the transformation coefficients in the transformation 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 among a plurality of intra prediction modes from the syntax elements for the intra prediction mode extracted from the entropy decoder 510, and provides a reference around the current block according to the intra prediction mode. Predict the current block using pixels.
  • the inter prediction unit 544 uses the syntax elements for the inter prediction mode extracted from the entropy decoder 510 to determine the motion vector of the current block and the reference picture to which the motion vector refers, and uses the motion vector and the reference picture to determine the motion vector of the current block. Use it to predict the current block.
  • the adder 550 restores the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit 530 and the prediction block output from the inter prediction unit 544 or intra prediction unit 542. Pixels in the restored 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, a SAO filter 564, and an ALF 566 as an in-loop filter.
  • the deblocking filter 562 performs deblocking filtering on the boundaries between restored blocks to remove blocking artifacts that occur due to block-level decoding.
  • the SAO filter 564 and the ALF 566 perform additional filtering on the reconstructed block after deblocking filtering to compensate for the difference between the reconstructed pixels and the original pixels caused by lossy coding. do.
  • the filter coefficient of ALF is determined using information about the filter coefficient decoded from the non-stream.
  • the restoration block filtered through the deblocking filter 562, SAO filter 564, and ALF 566 is stored in the memory 570.
  • the reconstructed picture is later used as a reference picture for inter prediction of blocks in the picture to be encoded.
  • This embodiment relates to encoding and decoding of images (videos) as described above. More specifically, the secondary transformation region and transformation kernel are selected by reflecting the characteristics of the primary transformation kernel, and a non-separable secondary transformation is applied to the transformation coefficients in the low-frequency region using the selected transformation kernel. Provides video coding methods and devices.
  • the following embodiments may be performed by the converter 140 and the inverse converter 165 within a video encoding device. Additionally, it may be performed by the inverse transform unit 530 within a video decoding device.
  • the video encoding device may generate signaling information related to this embodiment in terms of bit rate distortion optimization when encoding the current block.
  • the video encoding device can encode the video using the entropy encoding unit 155 and then transmit it to the video decoding device.
  • the video decoding device can decode signaling information related to decoding the current block from the bitstream using the entropy decoding unit 510.
  • 'target block' may be used with the same meaning as a current block or a coding unit (CU), or may mean a partial area of a coding unit.
  • the fact that the value of one flag is true indicates that the flag is set to 1. Additionally, the value of one flag being false indicates a case where the flag is set to 0.
  • quantization or scaling may be additionally applied to residual signals remaining after prediction according to various prediction techniques.
  • a transform technique can be applied to gather the residual signals to one side according to the frequency component, and then scaling can be performed.
  • these frequency-based conversion techniques may be ineffective.
  • the conversion technique may be omitted and only scaling may be performed, or encoding/decoding may be performed without applying scaling.
  • DCT-II When transformation is applied in HEVC, DCT-II is used as a transform kernel (hereinafter, used interchangeably with transform type) to transform residual signals.
  • multiple transform selection MTS can be used.
  • the MTS determines one or two optimal types among multiple transformation types and then transforms the block according to the determined transformation type. For example, in VVC, as shown in Table 1, two other transformation types, DCT-VIII and DST-VII, are added in addition to DCT-II, allowing residual signals to be converted in various ways.
  • basis functions constitute a transformation matrix that defines each transformation type.
  • DCT-II, DCT-VIII and DST-VII are used interchangeably with DCT2, DCT8 and DST7, respectively.
  • the flag that determines whether to use MTS can be controlled on a block basis. Additionally, use of MTS may be controlled using an activation flag at the higher SPS level.
  • a CU level flag indicating whether MTS is applied may be displayed.
  • MTS can be applied to the luma component. If both the width and height of the TB are less than or equal to 32 pixels, and the Coded Block Flag (CBF) indicating whether there is a non-zero value among the conversion coefficient levels is true, a CU level flag may be expressed.
  • CBF Coded Block Flag
  • MTS can be used in two ways: explicit MTS and implicit MTS.
  • the kernel used for TB is transmitted explicitly.
  • the index of the conversion kernel can be transmitted.
  • mts_idx a kernel index, may be defined as shown in Table 2.
  • trTypeHor and trTypeVer represent the horizontal transformation type and the vertical transformation type. Additionally, 0 represents DCT2, 1 represents DST7, and 2 represents DCT8.
  • the conversion type can be implicitly determined even if the MTS is not explicitly signaled.
  • the horizontal and vertical transformation types can be implicitly determined, as shown in Equation 1.
  • nTbW and nTbH represent the horizontal and vertical lengths of the conversion block, respectively.
  • explicit MTS or implicit MTS may be applied.
  • MIP Matrix-weighted Intra Prediction
  • explicit intra MTS can be used.
  • ISP Intra Sub-Partitions
  • implicit inter MTS is used, and DST7 or DCT2 is used as the conversion type.
  • the first bin of mts_idx that is signaled indicates whether mts_idx is greater than 0. If mts_idx is greater than 0 (i.e., mts_idx indicates one of 1 to 4), a 2-bit fixed-length code is additionally signaled to indicate the signaled mts_idx among the 4 candidates.
  • ECM Enhanced Compression Model
  • LFNST technology performs secondary transform on the low-frequency region among the transform coefficients generated according to the primary transform of the transform block (TU, Transform Unit) during intra prediction. do.
  • the LFNST technology performs secondary transformation on L low-frequency primary transformation coefficients among W ⁇ H primary transformation coefficients to generate K (where K ⁇ L) secondary transformation coefficients.
  • the size of the transformation kernel of LFNST is L ⁇ K. That is, the LFNST technology expresses L low-frequency first-order transform coefficients among W Afterwards, the LFNST technology expresses the 1 ⁇ K vector as a two-dimensional array in the low-frequency region for subsequent processes such as quantization.
  • the LFNST technology Compared to the first-order transformation that applies separate transformation kernels in the horizontal and vertical directions, the LFNST technology performs a non-separable transform that transforms a one-dimensional vector.
  • the type of transformation kernel may be determined according to the intra prediction mode of the current TU, the size of the TU, and the LFNST index (lfnst_idx).
  • the transformation kernel set can be determined as shown in Table 2 according to the intra prediction mode (IntraPredMode) of the current TU.
  • IntraPredMode follows the example of FIG. 3B.
  • lfnstTrSetIdx is an index indicating the kernel set.
  • IntraPredMode of 81, 82, and 83 indicates CCLM (Cross-component Linear Model) prediction modes.
  • LFNST index 0
  • LFNST index 1 or 2
  • the kernel size of LFNST is defined as 16 ⁇ 16 and 16 ⁇ 48. Additionally, the size of the kernel can be adjusted according to the size of the TU, as shown in Table 4.
  • the LFNST technology can be applied as the second transformation.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating in detail a portion of a video decoding device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the video decoding device determines a prediction and transformation unit, performs prediction and inverse transformation on the current block corresponding to the determined unit using the determined prediction technology and prediction mode, and finally restores the current block to the block. can be created.
  • What is illustrated in FIG. 6 may be performed by the inverse transform unit 530, prediction unit 540, and adder 550 of the image decoding device.
  • the same operations as illustrated in FIG. 6 may be performed by the inverse transform unit 165, picture division unit 110, prediction unit 120, and adder 170 of the image encoding device.
  • the video decoding device uses encoding information parsed from the bitstream, but the video encoding device may use encoding information set from a higher level in terms of minimizing bit rate distortion.
  • this embodiment will be described focusing on the video decoding device.
  • the prediction unit 540 includes an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544 depending on the prediction technology. However, as illustrated in FIG. 6, the prediction unit 540 is in prediction mode. It may include a decision unit 602 and a prediction performance unit 604.
  • the video decoding device can predict and restore the luma component and then predict and restore the chroma component. That is, the luma component and chroma component can be sequentially restored by the components illustrated in FIG. 6.
  • the color format represents the correspondence relationship between luma component pixels and chroma component pixels.
  • the prediction mode determination unit 602 determines a prediction technology (e.g., intra prediction, inter prediction, or IBC (Intra Block Copy) mode, palette mode, etc.) for the current block. Additionally, the prediction mode determination unit 602 determines a detailed prediction mode for the prediction technology. The prediction performing unit 604 generates a prediction block of the current block according to the determined prediction technology and prediction mode.
  • a prediction technology e.g., intra prediction, inter prediction, or IBC (Intra Block Copy) mode, palette mode, etc.
  • the inverse transform unit 530 inversely transforms TUs expressed as inverse quantization signals to generate residual signals.
  • the adder 550 generates a restored block by adding the prediction block and the residual signals.
  • the restored block is stored in memory and can later be used to predict other blocks.
  • TU is used interchangeably with the conversion block.
  • the inverse transform unit 530 includes a first-order inverse transform kernel decision unit 610, a second-order inverse transform performance decision unit 612, a second-order inverse transform kernel decision unit 614, and a second-order inverse transform unit 616. And it may include all or part of the first inverse transform unit 618.
  • the inverse transform unit 530 uses these components to perform adaptive non-separable secondary inverse transformation on the transformation coefficients in the low-frequency region to the primary transformation kernel.
  • the first-order inverse transform kernel determination unit 610 may determine the first-order inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions based on the prediction technology and prediction mode of the current block, the size of the current transform block, mts_idx, etc.
  • the first-order inversion kernel can be explicitly determined according to the parsed mts_idx.
  • the first inverse transformation kernel may be implicitly determined based on whether subblock transformation is performed, the size of the TU, etc.
  • the kernel indicated by mts_idx is based on the size of the current TU and the intra prediction mode.
  • the type can be determined. In other words, for the combination of possible TU sizes (4
  • the first-order inverse transformation kernel determination unit 610 can determine the final inverse transformation kernel by parsing mts_idx.
  • the intra prediction mode (IntraPredMode) can be divided into A set of modes centered on the upper left diagonal mode (mode 34).
  • Matrix-based prediction modes can be included in the non-directional mode set (mode set 0) or divided into a separate set. Additionally, inter-component prediction using the relationship between chroma and luma components
  • the first-order inverse transform kernel decision unit 610 maps the intra prediction mode at the center of the corresponding luma block to the intra prediction mode of the current chroma block.
  • the first-order inverse transform kernel determination unit 610 may set a mode set from the mapped intra prediction modes based on Table 5 and then use the mode set to determine the first-order inverse transform kernel.
  • the transformation kernel indicated by mts_idx according to the TU size may be determined according to the agreement between the video encoding device and the video decoding device. Alternatively, the kernel indicated by mts_idx may be fixed.
  • the first inverse transformation kernel of the current TU is determined according to the same method as the method for determining the kernel of the intra prediction block according to the intra prediction mode and TU size. can be decided.
  • CIIP is an example of modes that generate the final prediction block of the current block by weighted summing a block predicted based on inter prediction and a block predicted based on intra prediction.
  • the first inverse transformation kernel of the current TU can be determined in the same way as inter prediction.
  • the first inverse transformation kernel of the current TU may be determined in the same manner as intra prediction.
  • Each can be selected.
  • DCT-2, DCT-5, DCT-8, DST-1, DST-4, DST-7, and IDT kernels can be used as the first inverse transformation kernel.
  • whether to apply the second-order inverse transform may be implicitly determined depending on the type of the first-order transform kernel in the vertical and horizontal directions. If a second-order inversion is applied for a particular first-order transformation kernel, the LFNST flag or Transmission of the LFNST index may be omitted. Additionally, secondary inverse transformation may not be implicitly applied to the remaining transformation kernels except for a specific primary transformation kernel.
  • the secondary inverse transformation kernel determination unit 614 may determine the secondary inverse transformation kernel based on the size of the current TU, intra prediction mode, and the first inversion kernel.
  • the size of the second-order inversion kernel may depend on a set of kernel sizes (S) with C different sizes depending on the size of the TU.
  • the size of the kernel may be determined according to the following conditions (size of TU), and the criteria for dividing sets may vary depending on the embodiment.
  • the inverse transformation kernel of each set has the size of p i ⁇ q i (0 ⁇ i ⁇ C).
  • p i refers to the size of the output primary transformation coefficient
  • q i refers to the size of the input secondary transformation coefficient
  • p i ⁇ q i may be.
  • A intra prediction mode set
  • K first transformation kernel set
  • T T sets of second-order inversion kernels (or ‘kernel sets’).
  • the intra prediction mode can be divided into A set of modes centered on the diagonal mode from the top left.
  • Matrix-based prediction modes can be included in the non-directional mode set (mode set 0) or divided into a separate set.
  • the second-order inverse transform kernel decision unit 614 determines the center position of the corresponding luma block. Map the intra prediction mode of to the intra prediction mode of the current chroma block.
  • the secondary inverse transform kernel decision unit 614 may set a mode set from the mapped intra prediction modes based on Table 5 and then use the mode set to determine the secondary inverse transform kernel.
  • K ⁇ vertical, horizontal ⁇ kernel sets may be classified according to the type of first transformation/inverse transformation kernel. Kernel sets can be classified as follows, and the criteria for classifying the sets may vary depending on the embodiment.
  • N ⁇ 1 and/or 2 and/or, ..., 8 ⁇
  • the other kernels may be a combination of first-order transformation kernels that are not included in the previous set among the first-order kernel combinations on which secondary transformation/inverse transformation is performed.
  • the set of C ⁇ T secondary kernels determined based on the TU size, intra prediction mode, and first-order inversion kernel may include one or multiple second-order inversion kernels.
  • the secondary inverse transformation kernel determination unit 614 may parse the LFNST index and determine the secondary inverse transformation kernel from the current kernel set according to the parsed LFNST index. Therefore, as described above, when the second-order inverse transformation is applied to a specific first-order transformation kernel, or when the kernel set includes a plurality of second-order inversion kernels, transmission of the LFNST index cannot be omitted.
  • the secondary inverse transformation may be applied based on the LFNST index.
  • the entropy decoder 510 restores the quantized secondary transform coefficient when the secondary inverse transform is applied.
  • the entropy decoder 510 may restore the quantized first-order transform coefficient when the second-order inverse transform is not applied.
  • both the secondary transformation coefficient and the primary transformation coefficient are data in the form of a two-dimensional matrix.
  • the second-order inverse transform unit 616 receives the inverse-quantized second-order transform coefficient and applies the second-order inverse transform kernel to restore the first-order transform coefficient.
  • the secondary inversion unit 616 packs the restored q secondary transformation coefficients into one dimension according to the scanning order to create a secondary transformation coefficient vector ( ) can be created.
  • the scanning order may be agreed in advance between the video encoding device and the video decoding device. For example, if the size q of the secondary inverse transform coefficient is 8 (FIG. 7a), M ⁇ N (FIG. 7b), or 48 (FIG. 7c), the secondary transform coefficient vector is can be created.
  • scanning for generating the secondary transformation coefficient vector may be performed in reverse order.
  • W tb represents the width of the conversion block
  • H tb represents the height of the conversion block
  • the secondary inversion unit 616 performs inverse transformation using a matrix product between a secondary transformation coefficient vector of size q and a secondary inversion kernel F of size p ⁇ q.
  • the secondary inverse transform unit 616 performs the secondary inverse transformation as shown in Equation 2 to obtain a primary transformation coefficient vector of size p ( ) can be created.
  • the secondary inverse transform unit 616 may generate a two-dimensional matrix according to the size of the current TU from the first transform coefficient vector generated according to the secondary inverse transformation. As shown in the examples of FIGS. 8A and 8B, based on the size p of the first transform coefficient vector, the first transform coefficients may be assigned to the upper left corner of the TU in scanning order. Depending on the order in which the image encoding device scans the primary transform coefficients for secondary transformation, the scanning order used by the secondary inverse transform unit 616 may vary.
  • the video decoding device can induce the transform coefficient of the remaining TU area in which the first transform coefficient does not exist to be 0.
  • the second-order inverse transform unit 616 may allocate first-order transformation coefficients by considering the direction in which the IDT is applied. That is, the secondary inverse transform unit 616 can allocate p primary transform coefficients to the region illustrated in FIG. 9 according to the scanning order using the primary transform coefficient vector.
  • the scanning order can be set in advance according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device.
  • the size of p may be defined according to the secondary inverse transformation kernel determined by the secondary inverse transformation kernel decision unit 614.
  • the video decoding device may induce the transform coefficient of the remaining TU area in which p primary transform coefficients are not present to be 0.
  • the scanning order for allocating the primary transformation coefficient vector within the TU may be determined based on the types of kernels in the vertical and horizontal directions.
  • the secondary inverse transform unit 616 As in the example of FIG. 10, the primary transform coefficient vector can be mapped to the transform coefficients of the TU block by first scanning a specific kernel direction.
  • the first inversion unit 618 uses the first inversion kernel determined in the first inversion kernel decision unit 610 to vertically and horizontally transform the first transformation coefficient assigned to the pixel value of the TU block according to the second inversion.
  • a first-order inverse transformation can be performed in either direction.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method by which an image encoding device transforms a transform block according to an embodiment of the present disclosure.
  • the video encoding device acquires residual signals for the transform block of the current block (S1100).
  • the video encoding device determines the first transform kernel in the vertical and horizontal directions for the transform block (S1102).
  • the image encoding device determines the secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, the intra prediction mode of the current block, and the first transform kernel (S1104).
  • the video encoding device selects a mode set that includes the intra prediction mode of the current block among preset mode sets.
  • the video encoding device selects a primary kernel set including a primary transformation kernel from among preset primary kernel sets.
  • the video encoding device selects a kernel size set that includes the size of the transform block from among preset kernel size sets.
  • the video encoding device selects a secondary kernel set according to the selected mode set, the selected primary kernel set, and the selected kernel size set.
  • the video encoding device sets the secondary transformation kernel to one secondary kernel.
  • the video encoding device may set the secondary transformation kernel to one of the multiple secondary kernels.
  • the video encoding device performs primary transformation by applying a primary transformation kernel to the residual signals to generate primary transformation coefficients (S1106).
  • the video encoding device performs secondary transformation by applying a secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients (S1108).
  • the image encoding device Based on the size and type of the secondary transform kernel, the image encoding device generates a primary transform coefficient vector by one-dimensionally packing some of the primary transform coefficients according to a preset scanning order.
  • the video encoding device generates a secondary transform coefficient vector by performing matrix multiplication between the primary transform coefficient vector and the secondary transform kernel.
  • the video encoding device can generate secondary transform coefficients by allocating the secondary transform coefficient vector to the upper left of the transform block according to a preset scanning order.
  • the video encoding device determines the LFNST index based on the first and second transform coefficients (S1110).
  • the LFNST index indicates whether secondary transformation is applied.
  • the video encoding device can determine the value of the LFNST index. For example, when the first-order transform coefficients are optimal, the video encoding device can set the LFNST index to 0. On the other hand, when the secondary transformation coefficients are optimal, the LFNST index can be set according to the number of secondary kernels included in the above-described secondary kernel set. If the secondary kernel set includes one secondary kernel, the video encoding device may set the LFNST index to 1. When the secondary kernel set includes multiple secondary kernels, the video encoding device may set the LFNST index to indicate one of the multiple secondary kernels.
  • the video encoding device encodes the LFNST index (S1112).
  • the video encoding device checks the LFNST index (S1114).
  • the video encoding device encodes the first transform coefficients (S1116).
  • An image encoding device can generate a bitstream of first-order transform coefficients by quantizing and entropy-encoding the first-order transform coefficients.
  • the video encoding device encodes the secondary transform coefficients (S1118).
  • An image encoding device can generate a bitstream of secondary transform coefficients by quantizing and entropy coding the secondary transform coefficients.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method of inversely transforming a transform block by an image decoding device, according to an embodiment of the present disclosure.
  • the video decoding device determines the first inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions for the transform block of the current block (S1200).
  • the video decoding device decodes the LFNST index from the bitstream (S1202).
  • the LFNST index indicates whether the second-order inverse transformation is applied.
  • the video decoding device checks the LFNST index (S1204).
  • the video decoding device performs the following steps (S1206 and S1208).
  • the video decoding device obtains the dequantized first transform coefficients for the transform block (S1206).
  • the video decoding device performs first-order inverse transformation by applying a first-order inverse transformation kernel to the first transformation coefficients to generate residual signals (S1208).
  • the video decoding device performs the following steps (S1220 to S1224, S1208).
  • the video decoding device acquires dequantized secondary transform coefficients for the transform block (S1220).
  • the image decoding device determines the second inverse transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, the intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel (S1222).
  • the video decoding device selects a mode set that includes the intra prediction mode of the current block among preset mode sets.
  • the video decoding device selects the first kernel set including the first inverse transform kernel from among the preset first kernel sets.
  • the video decoding device selects a kernel size set that includes the size of the transform block from among the preset kernel size sets.
  • the video decoding device selects a secondary kernel set according to the selected mode set, the selected primary kernel set, and the selected kernel size set.
  • the video decoding device sets the secondary transformation kernel to one secondary kernel.
  • the LFNST index can be decoded to 1.
  • the video decoding device can set the secondary transformation kernel to the secondary kernel indicated by the LFNST index.
  • the video decoding device performs secondary inverse transformation by applying a secondary inverse transformation kernel to the secondary transformation coefficients to generate primary transformation coefficients (S1224).
  • the image decoding device Based on the size and type of the secondary inverse transform kernel, the image decoding device generates a secondary transform coefficient vector by packing some of the secondary transform coefficients into one dimension according to a preset scanning order.
  • the image decoding device generates a first transform coefficient vector by performing matrix multiplication between the second transform coefficient vector and the second inverse transform kernel.
  • the video decoding device can generate primary transform coefficients by allocating the primary transform coefficient vector to the upper left corner of the transform block according to a preset scanning order.
  • the video decoding device performs first-order inverse transformation by applying a first-order inverse transformation kernel to the first transformation coefficients to generate residual signals (S1208).
  • the video decoding device can generate a restored block of the current block by adding the residual signals and the prediction block of the current block.
  • Non-transitory recording media include, for example, all types of recording devices that store data in a form readable by a computer system.
  • non-transitory recording media include storage media such as erasable programmable read only memory (EPROM), flash drives, optical drives, magnetic hard drives, and solid state drives (SSD).
  • EPROM erasable programmable read only memory
  • SSD solid state drives

Abstract

The present embodiment discloses a video coding method and apparatus based on non-separable secondary transform adaptive to a primary transform kernel. In the present embodiment, an image decoding apparatus determines a primary inverse transform kernel in vertical and horizontal directions with respect to a transform block of the current block. The image decoding apparatus acquires dequantized secondary transform coefficients for the transform block. The image decoding apparatus determines a secondary inverse transform kernel of the transform block, on the basis of the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the primary inverse transform kernel. The image decoding apparatus generates primary transform coefficients by applying the secondary inverse transform kernel to the secondary transform coefficients, and then generates residual signals by applying the primary inverse transform kernel to the primary transform coefficients.

Description

1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한 2차 변환 기반 비디오 코딩을 위한 방법 및 장치Method and apparatus for video coding based on non-separable secondary transform adaptive to primary transform kernel
본 개시는 1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한 2차 변환 기반 비디오 코딩방법 및 장치에 관한 것이다. The present disclosure relates to a video coding method and device based on a non-separable secondary transform that is adaptive to a primary transform kernel.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다. The content described below simply provides background information related to the present invention and does not constitute prior art.
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. Since video data has a larger amount of data than audio data or still image data, it requires a lot of hardware resources, including memory, to store or transmit it without processing for compression.
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. Therefore, typically, when storing or transmitting video data, an encoder is used to compress the video data and store or transmit it, and a decoder receives the compressed video data, decompresses it, and plays it. These video compression technologies include H.264/AVC, HEVC (High Efficiency Video Coding), and VVC (Versatile Video Coding), which improves coding efficiency by about 30% or more compared to HEVC.
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. However, the size, resolution, and frame rate of the image are gradually increasing, and the amount of data that needs to be encoded is also increasing accordingly, so a new compression technology with better coding efficiency and higher picture quality improvement effect than the existing compression technology is required.
LFNST(Low-frequency non-separable transform) 기술은, 인트라 예측 시, 변환 블록(TU, Transform Unit)의 1차 변환(primary transform)에 따라 생성된 변환계수들 중 저주파수(low-frequency) 영역에 대해 2차 변환(secondary transform)을 수행한다. LFNST 기술은 W×H 개의 1차 변환 계수들 중 L 개의 저주파수 1차 변환계수들에 대해 2차 변환을 수행하여 K(여기서, K≤L) 개의 2차 변환 계수를 생성한다. 이후, 부호화기는 생성된 2차 변환계수를 양자화한 후, 부호화할 수 있다. LFNST의 변환 커널의 크기는 K×L이고, 커널의 종류는 현재 TU의 인트라 예측모드, TU의 크기, 및 lfnst_idx(LFNST 인덱스)에 따라 결정될 수 있다. LFNST (Low-frequency non-separable transform) technology is used for the low-frequency region among the transform coefficients generated according to the primary transform of the transform block (TU, Transform Unit) during intra prediction. Perform secondary transformation. The LFNST technology performs secondary transformation on L low-frequency primary transformation coefficients among W×H primary transformation coefficients to generate K (where K≤L) secondary transformation coefficients. Afterwards, the encoder can quantize the generated secondary transform coefficient and then encode it. The size of the LFNST conversion kernel is K×L, and the type of kernel can be determined according to the intra prediction mode of the current TU, the size of the TU, and lfnst_idx (LFNST index).
한편, 인트라 예측된 TU에 대해 1차 변환으로 DCT2/DCT2 변환 커널이 적용된 경우, LFNST가 적용될 수 있다. 따라서, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하기 위해, 2차 변환의 적용 시 1차 변환의 특성을 추가적으로 활용하는 방안이 고려될 필요가 있다. Meanwhile, when the DCT2/DCT2 transformation kernel is applied as the first transformation to the intra predicted TU, LFNST can be applied. Therefore, in order to improve video coding efficiency and improve video quality, it is necessary to consider additionally utilizing the characteristics of the primary transform when applying the secondary transform.
본 개시는, 1차 변환 커널의 특성을 반영하여 2차 변환 영역 및 변환 커널을 선택하고, 선택된 변환 커널을 이용하여 저주파수 영역의 변환계수들에 분리 불가능한(non-separable) 2차 변환을 적용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present disclosure selects a secondary transformation region and transformation kernel by reflecting the characteristics of the primary transformation kernel, and applies a non-separable secondary transformation to the transformation coefficients in the low-frequency region using the selected transformation kernel. The purpose is to provide video coding methods and devices.
본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록을 복원하는 방법에 있어서, 상기 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정하는 단계; 상기 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득하는 단계; 상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정하는 단계; 상기 2차 변환계수들에 상기 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 역변환을 수행하는 단계; 및 상기 1차 변환계수들에 상기 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다. According to an embodiment of the present disclosure, a method of restoring a current block performed by an image decoding apparatus includes: determining a first inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions for a transform block of the current block; Obtaining inverse-quantized secondary transform coefficients for the transform block; determining a second inverse transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel; performing a second-order inversion by applying the second-order inversion kernel to the second-order transformation coefficients to generate first-order transformation coefficients; and performing a first-order inverse transform by applying the first-order inverse transform kernel to the first-order transform coefficients to generate residual signals.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계; 상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및 상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다. According to another embodiment of the present disclosure, a method of encoding a current block performed by an image encoding apparatus includes: acquiring residual signals for a transform block of the current block; determining a first-order transformation kernel in the vertical and horizontal directions for the transformation block; determining a secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel; performing first-order transformation by applying the first-order transformation kernel to the residual signals to generate first-order transformation coefficients; and performing secondary transformation by applying the secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은, 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계; 상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계; 상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및 상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체를 제공한다.According to another embodiment of the present disclosure, a computer-readable recording medium stores a bitstream generated by an image encoding method, the image encoding method comprising: obtaining residual signals for a transform block of a current block; determining a first-order transformation kernel in the vertical and horizontal directions for the transformation block; determining a secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel; performing first-order transformation by applying the first-order transformation kernel to the residual signals to generate first-order transformation coefficients; and performing secondary transformation by applying the secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 1차 변환 커널의 특성을 반영하여 2차 변환 영역 및 변환 커널을 선택하고, 선택된 변환 커널을 이용하여 저주파수 영역의 변환계수들에 분리 불가능한 2차 변환을 적용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공함으로써, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하는 것이 가능해지는 효과가 있다.As described above, according to this embodiment, the secondary transformation region and transformation kernel are selected by reflecting the characteristics of the primary transformation kernel, and an inseparable secondary transformation is performed on the transformation coefficients in the low-frequency region using the selected transformation kernel. By providing an applied video coding method and device, it is possible to improve video coding efficiency and improve video quality.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 1 is an example block diagram of a video encoding device that can implement the techniques of the present disclosure.
도 2는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram to explain a method of dividing a block using the QTBTTT (QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) structure.
도 3a 및 도 3b는 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.3A and 3B are diagrams showing a plurality of intra prediction modes including wide-angle intra prediction modes.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.Figure 4 is an example diagram of neighboring blocks of the current block.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.Figure 5 is an example block diagram of a video decoding device that can implement the techniques of the present disclosure.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치의 일부를 자세히 나타내는 블록도이다. FIG. 6 is a block diagram illustrating in detail a portion of an image decoding device according to an embodiment of the present disclosure.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 2차원 변환계수들의 스캐닝 순서를 나타내는 예시도이다.7A to 7C are exemplary diagrams showing the scanning order of two-dimensional transformation coefficients according to an embodiment of the present disclosure.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 1차원 변환계수들의 스캐닝 순서를 나타내는 예시도이다. Figures 8a and 8b are exemplary diagrams showing the scanning order of one-dimensional transform coefficients according to an embodiment of the present disclosure.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른, 1차원 변환계수들의 스캐닝 위치들을 나타내는 예시도이다. Figure 9 is an example diagram showing scanning positions of one-dimensional transform coefficients, according to an embodiment of the present disclosure.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 1차원 변환계수들의 스캐닝 순서를 나타내는 예시도이다. Figure 10 is an example diagram showing the scanning order of one-dimensional transform coefficients according to another embodiment of the present disclosure.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 변환블록을 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 11 is a flowchart showing a method by which an image encoding device transforms a transform block according to an embodiment of the present disclosure.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 변환블록을 역변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 12 is a flowchart showing a method of inversely transforming a transform block by an image decoding device, according to an embodiment of the present disclosure.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the exemplary drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present embodiments, the detailed description will be omitted.
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.1 is an example block diagram of a video encoding device that can implement the techniques of the present disclosure. Hereinafter, the video encoding device and its sub-configurations will be described with reference to the illustration in FIG. 1.
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.The image encoding device includes a picture division unit 110, a prediction unit 120, a subtractor 130, a transform unit 140, a quantization unit 145, a rearrangement unit 150, an entropy encoding unit 155, and an inverse quantization unit. It may be configured to include (160), an inverse transform unit (165), an adder (170), a loop filter unit (180), and a memory (190).
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.Each component of the video encoding device may be implemented as hardware or software, or may be implemented as a combination of hardware and software. Additionally, the function of each component may be implemented as software and a microprocessor may be implemented to execute the function of the software corresponding to each component.
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) 및/또는 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. One image (video) consists of one or more sequences including a plurality of pictures. Each picture is divided into a plurality of regions and encoding is performed for each region. For example, one picture is divided into one or more tiles and/or slices. Here, one or more tiles can be defined as a tile group. Each tile or/slice is divided into one or more Coding Tree Units (CTUs). And each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure. Information applied to each CU is encoded as the syntax of the CU, and information commonly applied to CUs included in one CTU is encoded as the syntax of the CTU. Additionally, information commonly applied to all blocks within one slice is encoded as the syntax of the slice header, and information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or picture parameter set. Encoded in the header. Furthermore, information commonly referenced by multiple pictures is encoded in a sequence parameter set (SPS). And, information commonly referenced by one or more SPSs is encoded in a video parameter set (VPS). Additionally, information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as the 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.
픽처 분할부(110)는 CTU의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. The picture division unit 110 determines the size of the CTU. Information about the size of the CTU (CTU size) is encoded as SPS or PPS syntax and transmitted to the video decoding device.
픽처 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 CTU들로 분할한 이후에, 트리 구조(tree structure)를 이용하여 CTU를 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU가 된다. The picture division unit 110 divides each picture constituting the image into a plurality of CTUs with a predetermined size and then recursively divides the CTUs using a tree structure. . The leaf node in the tree structure becomes the CU, the basic unit of encoding.
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. The tree structure is QuadTree (QT), in which the parent node is divided into four child nodes (or child nodes) of the same size, or BinaryTree, in which the parent node is divided into two child nodes. , BT), or a TernaryTree (TT) in which the parent node is divided into three child nodes in a 1:2:1 ratio, or a structure that mixes two or more of these QT structures, BT structures, and TT structures. there is. For example, a QuadTree plus BinaryTree (QTBT) structure may be used, or a QuadTree plus BinaryTree TernaryTree (QTBTTT) structure may be used. Here, BTTT may be combined and referred to as MTT (Multiple-Type Tree).
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram to explain a method of dividing a block using the QTBTTT structure.
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 4 개의 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.As shown in Figure 2, the CTU can first be divided into a QT structure. Quadtree splitting can be repeated until the size of the splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of the leaf node allowed in QT. The first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is split into four nodes of the lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding device. If the leaf node of QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in BT, it may be further divided into either the BT structure or the TT structure. In the BT structure and/or TT structure, there may be multiple division directions. For example, there may be two directions in which the block of the node is divided: horizontally and vertically. As shown in Figure 2, when MTT splitting begins, a second flag (mtt_split_flag) indicates whether the nodes have been split, and if split, an additional flag indicating the splitting direction (vertical or horizontal) and/or the splitting type (Binary). Or, a flag indicating Ternary) is encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device.
대안적으로, 각 노드가 하위 레이어의 4 개의 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.Alternatively, prior to encoding the first flag (QT_split_flag) indicating whether each node is split into four nodes of the lower layer, a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is split is encoded. It could be. If 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 CU (coding unit), which is the basic unit of coding. When the CU split flag (split_cu_flag) value indicates splitting, the video encoding device starts encoding from the first flag in the above-described manner.
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.When QTBT is used as another example of a tree structure, there are two types: a type that horizontally splits the block of the node into two blocks of the same size (i.e., symmetric horizontal splitting) and a type that splits it vertically (i.e., symmetric vertical splitting). Branches may exist. A split flag (split_flag) indicating whether each node of the BT structure is divided into blocks of a lower layer and split type information indicating the type of division are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the video decoding device. Meanwhile, there may be an additional type that divides the block of the corresponding node into two asymmetric blocks. The asymmetric form may include dividing the block of the corresponding node into two rectangular blocks with a size ratio of 1:3, or may include dividing the block of the corresponding node diagonally.
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.A CU can have various sizes depending on the QTBT or QTBTTT division from the CTU. Hereinafter, the block corresponding to the CU (i.e., leaf node of QTBTTT) to be encoded or decoded is referred to as the 'current block'. Depending on the adoption of QTBTTT partitioning, the shape of the current block may be rectangular as well as square.
예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다. The prediction unit 120 predicts the current block and generates a prediction block. The prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124.
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.In general, each current block in a picture can be coded predictively. Typically, prediction of the current block is done using intra prediction techniques (using data from the picture containing the current block) or inter prediction techniques (using data from pictures coded before the picture containing the current block). It can be done. Inter prediction includes both one-way prediction and two-way prediction.
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 2 개의 비방향성 모드와 65 개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.The intra prediction unit 122 predicts pixels within the current block using pixels (reference pixels) located around the current block within the current picture including the current block. There are multiple intra prediction modes depending on the prediction direction. For example, as shown in FIG. 3A, the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode and 65 directional modes. The surrounding pixels and calculation formulas to be used are defined differently for each prediction mode.
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.For efficient directional prediction of the rectangular-shaped current block, the directional modes (67 to 80, -1 to -14 intra prediction modes) shown by dotted arrows in FIG. 3B can be additionally used. These may be referred to as “wide angle intra-prediction modes”. In Figure 3b, the arrows point to corresponding reference samples used for prediction and do not indicate the direction of prediction. The predicted direction is opposite to the direction indicated by the arrow. Wide-angle intra prediction modes are modes that perform prediction in the opposite direction of a specific directional mode without transmitting additional bits when the current block is rectangular. At this time, among the wide-angle intra prediction modes, some wide-angle intra prediction modes available for the current block may be determined according to the ratio of the width and height of the rectangular current block. For example, wide-angle intra prediction modes with angles smaller than 45 degrees (intra prediction modes 67 to 80) are available when the current block has a rectangular shape with a height smaller than the width, and wide-angle intra prediction modes with angles larger than -135 degrees are available. Intra prediction modes (-1 to -14 intra prediction modes) are available when the current block has a rectangular shape with a width greater than the height.
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.The intra prediction unit 122 can determine the intra prediction mode to be used to encode the current block. In some examples, intra prediction unit 122 may encode the current block using multiple 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. You can also select intra prediction mode.
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.The intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes and predicts the current block using surrounding pixels (reference pixels) and an operation formula determined according to the selected intra prediction mode. Information about the selected intra prediction mode is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding device.
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.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 a reference picture that has been 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. Typically, motion estimation is performed on the 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 about the reference picture and information about the motion vector used to predict the current block is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding device.
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.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. If the process of searching for the block most similar to the current block is performed for the interpolated reference picture, the motion vector can be expressed with precision in decimal units rather than precision in integer samples. The precision or resolution of the motion vector may be set differently for each target area to be encoded, for example, slice, tile, CTU, CU, etc. When such adaptive motion vector resolution (AMVR) is applied, information about the motion vector resolution to be applied to each target area must be signaled for each target area. For example, if the target area is a CU, information about the motion vector resolution applied to each CU is signaled. Information about motion vector resolution may be information indicating the precision of a differential motion vector, which will be described later.
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)으로부터 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 엔트로피 부호화부(155)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.Meanwhile, the inter prediction unit 124 may perform inter prediction using bi-prediction. In the case of bidirectional prediction, two reference pictures and two motion vectors indicating the positions of blocks most similar to the current block within each reference picture are used. The inter prediction unit 124 selects the first reference picture and the second reference picture from reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block within each reference picture. Create a first reference block and a second reference block. Then, the first reference block and the second reference block are averaged or weighted to generate a prediction block for the current block. Then, motion information including information about the two reference pictures used to predict the current block and information about the two motion vectors is transmitted to the entropy encoding unit 155. Here, reference picture list 0 may be composed of pictures before the current picture in display order among the restored pictures, and reference picture list 1 may be composed of pictures after the current picture in display order among the restored pictures. there is. However, it is not necessarily limited to this, and in terms of display order, relief pictures after the current picture may be additionally included in reference picture list 0, and conversely, relief pictures before the current picture may be additionally included in reference picture list 1. may be included.
움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. Various methods can be used to minimize the amount of bits required to encode motion information.
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.For example, if the reference picture and motion vector of the current block are the same as the reference picture and motion vector of the neighboring block, the motion information of the current block can be transmitted to the video decoding device by encoding information that can identify the neighboring block. This method is called ‘merge mode’.
머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다. In the 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.
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(B2) 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. As shown in FIG. 4, the surrounding blocks for deriving merge candidates include the left block (A0), bottom left block (A1), top block (B0), and top right block (B1) adjacent to the current block in the current picture. ), and all or part of the upper left block (B2) can be used. Additionally, a block located within a reference picture (which may be the same or different from the reference picture used to predict the current block) rather than the current picture where the current block is located may be used as a merge candidate. For example, a block co-located with the current block within the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be additionally used as merge candidates. If the number of merge candidates selected by the method described above is less than the preset number, the 0 vector is added to the merge candidates.
인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기결정된 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 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.The inter prediction unit 124 uses these neighboring blocks to construct a merge list including a predetermined number of merge candidates. 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 is generated to identify the selected candidate. The generated merge index information is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding device.
머지 스킵(merge skip) 모드는 머지 모드의 특별한 경우로서, 양자화를 수행한 후, 엔트로피 부호화를 위한 변환 계수가 모두 영(zero)에 가까울 때, 잔차신호들의 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. Merge skip mode is a special case of merge mode. After performing quantization, when all transformation coefficients for entropy encoding are close to zero, only peripheral block selection information is transmitted without transmitting residual signals. By using merge skip mode, relatively high coding efficiency can be achieved in low-motion images, still images, screen content images, etc.
이하, 머지 모드와 머지 스킵 모드를 통칭하여, 머지/스킵 모드로 나타낸다. Hereinafter, merge mode and merge skip mode are collectively referred to as merge/skip mode.
움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드이다.Another method for encoding motion information is AMVP (Advanced Motion Vector Prediction) mode.
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(B2) 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. In AMVP mode, the inter prediction unit 124 uses neighboring blocks of the current block to derive predicted motion vector candidates for the motion vector of the current block. The surrounding blocks used to derive predicted motion vector candidates include the left block (A0), bottom left block (A1), top block (B0), and top right block adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. All or part of B1), and the upper left block (B2) can be used. Additionally, a block located within a reference picture (which may be the same or different from the reference picture used to predict the current block) rather than the current picture where the current block is located will be used as a surrounding block used to derive prediction motion vector candidates. It may be possible. For example, a collocated block located at the same location as the current block within the reference picture or blocks adjacent to the block at the same location may be used. If the number of motion vector candidates is less than the preset number by the method described above, the 0 vector is added to the motion vector candidates.
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. The inter prediction unit 124 derives predicted motion vector candidates using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector for the motion vector of the current block using the predicted motion vector candidates. Then, the predicted motion vector is subtracted from the motion vector of the current block to calculate the differential motion vector.
예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 기정의된 함수(예컨대, 중앙값, 평균값 연산 등)를 적용하여 구할 수 있다. 이 경우, 영상 복호화 장치도 기정의된 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.The predicted motion vector can be obtained by applying a predefined function (eg, median, average value calculation, etc.) to the predicted motion vector candidates. In this case, the video decoding device also knows the predefined function. In addition, since the neighboring blocks used to derive predicted motion vector candidates are blocks for which encoding and decoding have already been completed, the video decoding device also already knows the motion vectors of the neighboring blocks. Therefore, the video encoding device does not need to encode information to identify the predicted motion vector candidate. Therefore, in this case, information about the differential motion vector and information about the reference picture used to predict the current block are encoded.
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.Meanwhile, the predicted motion vector may be determined by selecting one of the predicted motion vector candidates. In this case, information for identifying the selected prediction motion vector candidate is additionally encoded, along with information about the differential motion vector and information about the reference picture used to predict the current block.
감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.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.
변환부(140)는 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차블록 내의 잔차신호들을 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. The transform unit 140 converts the residual signals in the residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain. The conversion unit 140 may convert the residual signals in the residual block by using the entire size of the residual block as a conversion unit, or divide the residual block into a plurality of subblocks and perform conversion by using the subblocks as a conversion unit. You may. Alternatively, the residual signals can be converted by dividing them into two subblocks, a transform area and a non-transformation region, and using only the transform region subblock as a transform unit. Here, the transformation area subblock may be one of two rectangular blocks with a size ratio of 1:1 based on the horizontal axis (or vertical axis). In this case, a flag indicating that only the subblock has been converted (cu_sbt_flag), directional (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag), and/or position information (cu_sbt_pos_flag) are encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device. do. In addition, the size of the transform area subblock may have a size ratio of 1:3 based on the horizontal axis (or vertical axis), and in this case, a flag (cu_sbt_quad_flag) that distinguishes the corresponding division is additionally encoded by the entropy encoding unit 155 to encode the image. Signaled to the decryption device.
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. Meanwhile, the transformation unit 140 can separately perform transformation on the residual block in the horizontal and vertical directions. For transformation, various types of transformation functions or transformation matrices can be used. For example, a pair of transformation functions for horizontal transformation and vertical transformation can be defined as MTS (Multiple Transform Set). The conversion unit 140 may select a conversion function pair with the best conversion efficiency among MTSs and convert the residual blocks in the horizontal and vertical directions, respectively. Information (mts_idx) about the transformation function pair selected from the MTS is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the video decoding device.
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. 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 residual block related to a certain block or frame without conversion. The quantization unit 145 may apply different quantization coefficients (scaling values) depending on the positions of the transform coefficients within the transform block. The quantization matrix applied to the quantized transform coefficients arranged in two dimensions may be encoded and signaled to the video decoding device.
재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.The rearrangement unit 150 may rearrange coefficient values for the quantized residual values.
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.The rearrangement unit 150 can change a two-dimensional coefficient array into a one-dimensional coefficient sequence using coefficient scanning. For example, the realignment unit 150 can scan from DC coefficients to coefficients in the high frequency region using zig-zag scan or diagonal scan to output a one-dimensional coefficient sequence. . Depending on the size of the transformation unit and the intra prediction mode, a vertical scan that scans a two-dimensional coefficient array in the column direction or a horizontal scan that scans the two-dimensional block-type coefficients in the row direction may be used instead of the zig-zag scan. That is, the scan method to be used among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan may be determined depending on the size of the transformation unit and the intra prediction mode.
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. The entropy encoding unit 155 uses various encoding methods such as CABAC (Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code) and Exponential Golomb to encode the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150. A bitstream is created by encoding the sequence.
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.In addition, the entropy encoder 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 device can encode blocks in the same way as the video coding device. Allow it to be divided. In addition, the entropy encoding unit 155 encodes information about the prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and generates intra prediction information (i.e., intra prediction) according to the prediction type. Information about the mode) or inter prediction information (coding mode of motion information (merge mode or AMVP mode), merge index in case of merge mode, information on reference picture index and differential motion vector in case of AMVP mode) is encoded. Additionally, the entropy encoding unit 155 encodes information related to quantization, that is, information about quantization parameters and information about the quantization matrix.
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.The inverse quantization unit 160 inversely 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 converting the transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from the frequency domain to the spatial domain.
가산기(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀들로서 사용된다.The adder 170 restores the current block by adding the restored residual block and the prediction block generated by the prediction unit 120. Pixels in the restored current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.
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. 루프 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.The loop filter unit 180 restores pixels to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, blurring artifacts, etc. that occur due to block-based prediction and transformation/quantization. Perform filtering on them. The loop filter unit 180 is an in-loop filter and may include all or part of a deblocking filter 182, a Sample Adaptive Offset (SAO) filter 184, and an Adaptive Loop Filter (ALF) 186. there is.
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 픽셀들과 원본 픽셀들 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.The deblocking filter 182 filters the boundaries between restored blocks to remove blocking artifacts caused by block-level encoding/decoding, and the SAO filter 184 and ALF 186 perform deblocking filtering. Additional filtering is performed on the image. The SAO filter 184 and the ALF 186 are filters used to compensate for differences between restored pixels and original pixels caused by lossy coding. The SAO filter 184 improves not only subjective image quality but also coding efficiency by applying an offset in units of CTU. In comparison, the ALF 186 performs filtering on a block basis, distinguishing the edge and degree of change of the block and applying different filters to compensate for distortion. Information about filter coefficients to be used in ALF may be encoded and signaled to a video decoding device.
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. The restored block filtered through the deblocking filter 182, SAO filter 184, and ALF 186 is stored in the memory 190. When all blocks in one picture are reconstructed, the reconstructed picture can be used as a reference picture for inter prediction of blocks in the picture to be encoded later.
영상 부호화 장치는 부호화된 비디오 데이터의 비트스트림을 비일시적인 기록매체에 저장하거나 통신 네트워크를 이용하여 영상 복호화 장치에게 전송할 수 있다.The video encoding device can store the bitstream of the encoded video data in a non-transitory recording medium or transmit it to the video decoding device using a communication network.
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.Figure 5 is an example block diagram of a video decoding device that can implement the techniques of the present disclosure. Hereinafter, the video decoding device and its sub-configurations will be described with reference to FIG. 5.
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. The image decoding device includes an entropy decoding unit 510, a rearrangement unit 515, an inverse quantization unit 520, an inverse transform unit 530, a prediction unit 540, an adder 550, a loop filter unit 560, and a memory ( 570).
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.Like the video encoding device of FIG. 1, each component of the video decoding device may be implemented as hardware or software, or may be implemented as a combination of hardware and software. Additionally, the function of each component may be implemented as software and a microprocessor may be implemented to execute the function of the software corresponding to each component.
엔트로피 복호화부(510)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보, 잔차신호들에 대한 정보 등을 추출한다.The entropy decoder 510 decodes the bitstream generated by the video encoding device, extracts information related to block division, determines the current block to be decoded, and provides prediction information and residual signals needed to restore the current block. Extract information, etc.
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. The entropy decoder 510 extracts information about the CTU size from a Sequence Parameter Set (SPS) or 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 highest layer of the tree structure, that is, the root node, and the CTU is divided using the tree structure by extracting the division information for the CTU.
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.For example, when dividing a CTU using the QTBTTT structure, first extract the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT and split each node into four nodes of the lower layer. And, for the node corresponding to the leaf node of QT, the second flag (mtt_split_flag) and split direction (vertical / horizontal) and/or split type (binary / ternary) information related to the split of MTT are extracted and the leaf node is divided into MTT. Divide by structure. Accordingly, each node below the leaf node of QT is recursively divided into a BT or TT structure.
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. As another example, when splitting a CTU using the QTBTTT structure, first extract the CU split flag (split_cu_flag) indicating whether to split the CU, and if the corresponding block is split, extract the first flag (QT_split_flag). It may be possible. During the division process, each node may undergo 0 or more repetitive MTT divisions after 0 or more repetitive QT divisions. For example, MTT division may occur immediately in the CTU, or conversely, only multiple QT divisions may occur.
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.As another example, when dividing a CTU using the QTBT structure, the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT is extracted and each node is divided into four nodes of the lower layer. And, for the node corresponding to the leaf node of QT, a split flag (split_flag) indicating whether to further split into BT and split direction information are extracted.
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.Meanwhile, when the entropy decoding unit 510 determines the current block to be decoded using division of the tree structure, it extracts information about the prediction type indicating whether the current block is intra-predicted or inter-predicted. When prediction type information indicates intra prediction, the entropy decoder 510 extracts syntax elements for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block. When prediction type information indicates inter prediction, the entropy decoder 510 extracts syntax elements for inter prediction information, that is, information indicating a motion vector and a reference picture to which the motion vector refers.
또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화 관련된 정보, 및 잔차신호들에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.Additionally, the entropy decoding unit 510 extracts information about quantized transform coefficients of the current block as quantization-related information and information about residual signals.
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.The reordering unit 515 re-organizes the sequence of one-dimensional quantized transform coefficients entropy decoded in the entropy decoding unit 510 into a two-dimensional coefficient array (i.e., in reverse order of the coefficient scanning order performed by the image encoding device). block).
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. The inverse quantization unit 520 inversely quantizes the quantized transform coefficients and inversely quantizes the quantized transform coefficients using a quantization parameter. The inverse quantization unit 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to quantized transform coefficients arranged in two dimensions. The inverse quantization unit 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from an image encoding device to a two-dimensional array of quantized transform coefficients.
역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.The inverse transform unit 530 inversely transforms the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual signals, thereby generating a residual block for the current block.
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 잔차신호들로 “0”값을 채움으로써 현재블록에 대한 최종 잔차블록을 생성한다.In addition, when the inverse transformation unit 530 inversely transforms only a partial area (subblock) of the transformation block, a flag (cu_sbt_flag) indicating that only the subblock of the transformation block has been transformed, and directionality (vertical/horizontal) information of the subblock (cu_sbt_horizontal_flag) ) and/or extracting the position information (cu_sbt_pos_flag) of the subblock, and inversely transforming the transformation coefficients of the corresponding subblock from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual signals, and for the area that has not been inversely transformed, the residual signals are set to “0”. By filling in the values, the final residual block for the current block is created.
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.In addition, when MTS is applied, the inverse transform unit 530 determines a transformation function or transformation matrix to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using the MTS information (mts_idx) signaled from the video encoding device, and uses the determined transformation function. Inverse transformation is performed on the transformation coefficients in the transformation block in the horizontal and vertical directions.
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.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, and the inter prediction unit 544 is activated when the prediction type of the current block is inter prediction.
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.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 decoder 510, and provides a reference around the current block according to the intra prediction mode. Predict the current block using pixels.
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.The inter prediction unit 544 uses the syntax elements for the inter prediction mode extracted from the entropy decoder 510 to determine the motion vector of the current block and the reference picture to which the motion vector refers, and uses the motion vector and the reference picture to determine the motion vector of the current block. Use it to predict the current block.
가산기(550)는 역변환부(530)로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부(544) 또는 인트라 예측부(542)로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀들로서 활용된다.The adder 550 restores the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit 530 and the prediction block output from the inter prediction unit 544 or intra prediction unit 542. Pixels in the restored current block are used as reference pixels when intra-predicting a block to be decoded later.
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)로 인해 발생하는 복원된 픽셀들과 원본 픽셀들 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다. The loop filter unit 560 may include a deblocking filter 562, a SAO filter 564, and an ALF 566 as an in-loop filter. The deblocking filter 562 performs deblocking filtering on the boundaries between restored blocks to remove blocking artifacts that occur due to block-level decoding. The SAO filter 564 and the ALF 566 perform additional filtering on the reconstructed block after deblocking filtering to compensate for the difference between the reconstructed pixels and the original pixels caused by lossy coding. do. The filter coefficient of ALF is determined using information about the filter coefficient decoded from the non-stream.
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.The restoration block filtered through the deblocking filter 562, SAO filter 564, and ALF 566 is stored in the memory 570. When all blocks in one picture are reconstructed, the reconstructed picture is later used as a reference picture for inter prediction of blocks in the picture to be encoded.
본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 1차 변환 커널의 특성을 반영하여 2차 변환 영역 및 변환 커널을 선택하고, 선택된 변환 커널을 이용하여 저주파수 영역의 변환계수들에 분리 불가능한(non-separable) 2차 변환을 적용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다. This embodiment relates to encoding and decoding of images (videos) as described above. More specifically, the secondary transformation region and transformation kernel are selected by reflecting the characteristics of the primary transformation kernel, and a non-separable secondary transformation is applied to the transformation coefficients in the low-frequency region using the selected transformation kernel. Provides video coding methods and devices.
이하의 실시예들은 영상 부호화 장치(video encoding device) 내 변환부(140) 및 역변환부(165)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치(video decoding device) 내 역변환부(530)에 의해 수행될 수 있다. The following embodiments may be performed by the converter 140 and the inverse converter 165 within a video encoding device. Additionally, it may be performed by the inverse transform unit 530 within a video decoding device.
영상 부호화 장치는, 현재블록의 부호화에 있어서, 비트율 왜곡 최적화 측면에서 본 실시예와 관련된 시그널링 정보를 생성할 수 있다. 영상 부호화 장치는 엔트로피 부호화부(155)를 이용하여 이를 부호화한 후, 영상 복호화 장치로 전송할 수 있다. 영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510)를 이용하여 비트스트림으로부터 현재블록의 복호화와 관련된 시그널링 정보를 복호화할 수 있다. The video encoding device may generate signaling information related to this embodiment in terms of bit rate distortion optimization when encoding the current block. The video encoding device can encode the video using the entropy encoding unit 155 and then transmit it to the video decoding device. The video decoding device can decode signaling information related to decoding the current block from the bitstream using the entropy decoding unit 510.
이하의 설명에서, '대상 블록'이라는 용어는 현재블록 또는 코딩유닛(CU, Coding Unit)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 또는 코딩유닛의 일부 영역을 의미할 수도 있다.In the following description, the term 'target block' may be used with the same meaning as a current block or a coding unit (CU), or may mean a partial area of a coding unit.
또한, 하나의 플래그의 값이 참이라는 것은 플래그가 1로 설정되는 경우를 나타낸다. 또한, 하나의 플래그의 값이 거짓이라는 것은 플래그가 0으로 설정되는 경우를 나타낸다. Additionally, the fact that the value of one flag is true indicates that the flag is set to 1. Additionally, the value of one flag being false indicates a case where the flag is set to 0.
I. 변환 기술 - 1차 변환 기술I. Transformation technology - primary transformation technology
전술한 바와 같이, 효율적인 비디오 압축을 위하여, 다양한 예측기술에 따라 예측하고 남은 잔차 신호들(residual signals)에 양자화 또는 스케일링(scaling)이 추가로 적용될 수 있다. 이때, 잔차 신호들에 내재된 인지적 시각 정보의 중요성을 기반으로 변환(transform) 기법을 적용하여 주파수 성분에 따라 잔차 신호들이 한 쪽으로 모이게 한 후, 스케일링이 진행될 수 있다. 하지만, 스크린 콘텐츠(screen contents)와 같이 자연 신호가 아닌 경우, 이러한 주파수 기반의 변환 기법이 비효율적일 수 있다. 이러한 경우, 변환 기법을 생략하고, 스케일링만이 진행되거나 스케일링을 적용하지 않은 채로 부호화/복호화가 수행될 수 있다.As described above, for efficient video compression, quantization or scaling may be additionally applied to residual signals remaining after prediction according to various prediction techniques. At this time, based on the importance of the cognitive visual information inherent in the residual signals, a transform technique can be applied to gather the residual signals to one side according to the frequency component, and then scaling can be performed. However, for non-natural signals, such as screen contents, these frequency-based conversion techniques may be ineffective. In this case, the conversion technique may be omitted and only scaling may be performed, or encoding/decoding may be performed without applying scaling.
HEVC에서 변환이 적용되는 경우, 잔차 신호들을 변환하기 위한 변환 커널(transform kernel, 이하, 변환 타입(transform type)과 호환하여 사용)로서 DCT-II가 사용된다. 그러나, 잔차 신호 특성의 다양성에 따라 보다 적절한 변환 기법을 적용하기 위하여, 다중변환선택(Multiple Transform Selection, MTS)이 사용될 수 있다. MTS는 다중의 변환 타입들 중 하나 또는 둘의 최적의 타입을 결정한 후, 결정된 변환 타입에 따라 블록을 변환한다. 예컨대, VVC에서는 표 1과 같이, DCT-II 외에 두 개의 다른 변환 타입인 DCT-VIII 및 DST-VII이 추가되어, 잔차 신호들이 다양하게 변환될 수 있도록 한다. When transformation is applied in HEVC, DCT-II is used as a transform kernel (hereinafter, used interchangeably with transform type) to transform residual signals. However, in order to apply a more appropriate transformation technique according to the diversity of residual signal characteristics, multiple transform selection (MTS) can be used. The MTS determines one or two optimal types among multiple transformation types and then transforms the block according to the determined transformation type. For example, in VVC, as shown in Table 1, two other transformation types, DCT-VIII and DST-VII, are added in addition to DCT-II, allowing residual signals to be converted in various ways.
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여기서, 베이시스 함수들은 각 변환 타입을 정의하는 변환 행렬을 구성한다. 이하, DCT-II, DCT-VIII 및 DST-VII는 각각 DCT2, DCT8 및 DST7과 호환적으로 사용된다. Here, basis functions constitute a transformation matrix that defines each transformation type. Hereinafter, DCT-II, DCT-VIII and DST-VII are used interchangeably with DCT2, DCT8 and DST7, respectively.
한편, MTS의 사용 여부를 결정하는 플래그는 블록 단위에서 제어가 가능하다. 또한, 상위 SPS 레벨에서의 활성화 플래그를 이용하여 MTS의 사용 여부가 제어될 수도 있다. Meanwhile, the flag that determines whether to use MTS can be controlled on a block basis. Additionally, use of MTS may be controlled using an activation flag at the higher SPS level.
SPS에서 MTS를 활성화하는 경우, MTS 적용 여부를 나타내는 CU 레벨 플래그가 표시될 수 있다. 여기서, MTS는 루마 성분에 대해 적용될 수 있다. TB의 너비와 높이 모두 32 픽셀보다 작거나 같고, 변환 계수 레벨들 중 0이 아닌 값이 있는지를 표시하는 CBF(Coded Block Flag)가 참인 경우, CU 레벨 플래그가 표현될 수 있다. When activating MTS in SPS, a CU level flag indicating whether MTS is applied may be displayed. Here, MTS can be applied to the luma component. If both the width and height of the TB are less than or equal to 32 pixels, and the Coded Block Flag (CBF) indicating whether there is a non-zero value among the conversion coefficient levels is true, a CU level flag may be expressed.
CU 레벨 플래그가 0인 경우, 가로 및 세로 양방향의 커널들로서 DCT2가 이용된다. 반면, CU 레벨 플래그가 0이 아닌 경우, MTS가 적용된다. MTS는 명시적(explicit) MTS 및 암시적(implicit) MTS의 두 가지 방식이 이용될 수 있다. When the CU level flag is 0, DCT2 is used as kernels in both horizontal and vertical directions. On the other hand, if the CU level flag is not 0, MTS is applied. MTS can be used in two ways: explicit MTS and implicit MTS.
명시적 MTS에서는 TB에 사용하는 커널이 명시적으로 전송된다. 일반적으로 변환 커널의 인덱스가 전송될 수 있다. 예컨대, 표 2와 같이 커널의 인덱스인 mts_idx가 정의될 수 있다.In explicit MTS, the kernel used for TB is transmitted explicitly. In general, the index of the conversion kernel can be transmitted. For example, mts_idx, a kernel index, may be defined as shown in Table 2.
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여기서, trTypeHor 및 trTypeVer는 수평 방향의 변환 타입 및 수직 방향의 변환 타입을 나타낸다. 또한, 0는 DCT2, 1은 DST7, 및 2는 DCT8을 나타낸다. Here, trTypeHor and trTypeVer represent the horizontal transformation type and the vertical transformation type. Additionally, 0 represents DCT2, 1 represents DST7, and 2 represents DCT8.
한편, 암시적 MTS에서는, 예컨대 인트라 블록인 경우 MTS를 명시적으로 시그널링하지 않더라도 암시적으로 변환 타입이 결정될 수 있다. VVC에서는, 수학식 1과 같이, 수평 및 수직 방향의 변환 타입이 암시적으로 결정될 수 있다. Meanwhile, in implicit MTS, for example, in the case of an intra block, the conversion type can be implicitly determined even if the MTS is not explicitly signaled. In VVC, the horizontal and vertical transformation types can be implicitly determined, as shown in Equation 1.
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여기서, nTbW와 nTbH는 각각 변환블록의 가로와 세로의 길이를 나타낸다. Here, nTbW and nTbH represent the horizontal and vertical lengths of the conversion block, respectively.
일 예로서, 특정 부호화 기술이 적용되는 경우, 명시적 MTS 또는 암시적 MTS가 적용될 수 있다. 예컨대, MIP(Matrix-weighted Intra Prediction)인 경우, 명시적 인트라 MTS가 사용될 수 있다. ISP(Intra Sub-Partitions) 모드인 경우, 암시적 인터 MTS가 사용되고, 변환 타입으로서 DST7 또는 DCT2가 사용된다. As an example, when a specific encoding technology is applied, explicit MTS or implicit MTS may be applied. For example, in the case of Matrix-weighted Intra Prediction (MIP), explicit intra MTS can be used. In the case of ISP (Intra Sub-Partitions) mode, implicit inter MTS is used, and DST7 or DCT2 is used as the conversion type.
한편, 변환블록이 적어도 하나의 비-DC(non-DC) 계수를 포함하는 경우, mts_idx가 시그널링된다. 즉, 스캐닝 순서에 따른 마지막 유효 계수의 위치가 0보다 큰 경우, mts_idx가 시그널링된다. 반면, 변환블록이 단지 하나의 비-DC(non-DC) 계수를 포함하는 경우, mts_idx의 시그널링이 생략되고, mts_idx = 0로 유도되어 변환 커널로서 DCT2가 적용된다. Meanwhile, if the conversion block includes at least one non-DC coefficient, mts_idx is signaled. That is, if the position of the last significant coefficient according to the scanning order is greater than 0, mts_idx is signaled. On the other hand, if the conversion block includes only one non-DC coefficient, signaling of mts_idx is omitted, mts_idx = 0 is derived, and DCT2 is applied as the conversion kernel.
시그널링되는 mts_idx의 첫 번째 빈은, mts_idx가 0보다 큰지 여부를 나타낸다. mts_idx가 0보다 큰 경우(즉, mts_idx가 1 내지 4 중 하나를 지시), 4 개의 후보들 중에서 시그널링된 mts_idx를 나타내기 위해, 2비트의 고정 길이 코드가 추가로 시그널링된다.The first bin of mts_idx that is signaled indicates whether mts_idx is greater than 0. If mts_idx is greater than 0 (i.e., mts_idx indicates one of 1 to 4), a 2-bit fixed-length code is additionally signaled to indicate the signaled mts_idx among the 4 candidates.
한편, 차세대 기술인 ECM(Enhanced Compression Model) 소프트웨어에서는, MTS 커널의 개수와 종류를 증가시켜, DST7, DCT8, DCT5, DST4, DST1 및 항등 변환(identity transform)이 추가된다.Meanwhile, in the next-generation technology, ECM (Enhanced Compression Model) software, the number and type of MTS kernels are increased, and DST7, DCT8, DCT5, DST4, DST1, and identity transform are added.
II. LFNST(Low-frequency Non-separable Transform) II. Low-frequency Non-separable Transform (LFNST)
LFNST 기술은, 인트라 예측 시, 변환 블록(TU, Transform Unit)의 1차 변환(primary transform)에 따라 생성된 변환계수들 중 저주파수(low-frequency) 영역에 대해 2차 변환(secondary transform)을 수행한다. 부호화 측면에서, LFNST 기술은 W×H 개의 1차 변환 계수들 중 L 개의 저주파수 1차 변환계수들에 대해 2차 변환을 수행하여 K(여기서, K≤L) 개의 2차 변환 계수를 생성한다. 여기서, LFNST의 변환 커널의 크기는 L×K이다. 즉, LFNST 기술은 W×H 개의 1차 변환 계수들 중 L 개의 저주파수 1차 변환계수들을 1×L 벡터로 표현한 후, L×K 변환 커널을 적용하여 1×K 벡터를 생성한다. 이후, LFNST 기술은 양자화와 같은 이후 과정을 위해, 1×K 벡터를 저주파수 영역의 2차원 배열로 표현한다.LFNST technology performs secondary transform on the low-frequency region among the transform coefficients generated according to the primary transform of the transform block (TU, Transform Unit) during intra prediction. do. In terms of encoding, the LFNST technology performs secondary transformation on L low-frequency primary transformation coefficients among W × H primary transformation coefficients to generate K (where K ≤ L) secondary transformation coefficients. Here, the size of the transformation kernel of LFNST is L×K. That is, the LFNST technology expresses L low-frequency first-order transform coefficients among W Afterwards, the LFNST technology expresses the 1×K vector as a two-dimensional array in the low-frequency region for subsequent processes such as quantization.
수평, 수직 방향으로 별도의(separate) 변환 커널들을 적용하는 1차 변환과 비교하여, LFNST 기술은 1차원 벡터를 변환하는 분리 불가능한 변환(Non-separable transform)을 수행한다. Compared to the first-order transformation that applies separate transformation kernels in the horizontal and vertical directions, the LFNST technology performs a non-separable transform that transforms a one-dimensional vector.
한편, 변환 커널의 종류는 현재 TU의 인트라 예측모드, TU의 크기, 및 LFNST 인덱스(lfnst_idx)에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 현재 TU의 인트라 예측모드(IntraPredMode)에 따라 표 2와 같이 변환 커널 셋이 결정될 수 있다.Meanwhile, the type of transformation kernel may be determined according to the intra prediction mode of the current TU, the size of the TU, and the LFNST index (lfnst_idx). For example, the transformation kernel set can be determined as shown in Table 2 according to the intra prediction mode (IntraPredMode) of the current TU.
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여기서, 인트라 예측모드(IntraPredMode)는 도 3b의 예시에 따른다. 또한, lfnstTrSetIdx는 커널 셋를 지시하는 인덱스이다. 표 3에서 IntraPredMode가 81, 82, 83인 경우는, CCLM(Cross-component Linear Model) 예측모드들을 나타낸다. Here, the intra prediction mode (IntraPredMode) follows the example of FIG. 3B. Additionally, lfnstTrSetIdx is an index indicating the kernel set. In Table 3, IntraPredMode of 81, 82, and 83 indicates CCLM (Cross-component Linear Model) prediction modes.
각 커널 셋(lfnstTrSetIdx)에 대해 2 종류의 커널이 정의된다. 2 종류의 커널들 중 어느 커널을 선택할지는 LFNST 인덱스에 의해 지시될 수 있다. LFNST 인덱스가 0인 경우, LFNST가 수행되지 않음을 의미하고, LFNST 인덱스가 1 또는 2인 경우, 동일 커널 셋 내의 상이한 LFNST 커널이 적용된다. TU의 크기에 따라 커널 셋이 하나 더 존재하므로, 모두 4×2×2 = 16 개의 변환 커널이 존재한다. LFNST의 커널의 크기는 16×16 및 16×48로 정의된다. 또한, TU의 크기에 따라 표 4와 같이 커널의 크기가 조정될 수 있다.Two types of kernels are defined for each kernel set (lfnstTrSetIdx). Which of the two types of kernels to select can be indicated by the LFNST index. If the LFNST index is 0, it means that LFNST is not performed, and if the LFNST index is 1 or 2, a different LFNST kernel within the same kernel set is applied. Since there is one more kernel set depending on the size of the TU, there are a total of 4×2×2 = 16 transformation kernels. The kernel size of LFNST is defined as 16×16 and 16×48. Additionally, the size of the kernel can be adjusted according to the size of the TU, as shown in Table 4.
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한편, 인트라 예측된 TU에 대해 1차 변환으로 DCT2/DCT2 변환 커널이 적용된 경우, LFNST 기술이 2차 변환으로 적용될 수 있다. Meanwhile, when the DCT2/DCT2 transformation kernel is applied as the first transformation to the intra predicted TU, the LFNST technology can be applied as the second transformation.
이하의 실시예들은, 영상 복호화 장치를 중심으로 기술되나, 영상 부호화 장치에서도 동일하거나 유사하게 구현될 수 있다.The following embodiments are described with a focus on a video decoding device, but may also be implemented in the same or similar manner in a video encoding device.
III. 본 개시에 따른 실시예들III. Embodiments according to the present disclosure
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치의 일부를 자세히 나타내는 블록도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating in detail a portion of a video decoding device according to an embodiment of the present disclosure.
본 실시예에 따른 영상 복호화 장치는 예측 및 변환 단위를 결정하고, 결정된 단위에 해당하는 현재블록에 대해, 결정된 예측기술 및 예측모드를 이용하여 예측과 역변환을 수행함으로써, 최종적으로 현재블록의 복원블록을 생성할 수 있다. 도 6에 예시된 바는 영상 복호화 장치의 역변환부(530), 예측부(540) 및 가산기(550)에 의해 수행될 수 있다. 한편, 도 6에 예시된 바와 동일한 동작들이 영상 부호화 장치의 역변환부(165), 픽처 분할부(110), 예측부(120), 및 가산기(170)에 의해 수행될 수 있다. 이때, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 파싱된 부호화 정보를 이용하나, 영상 부호화 장치는, 비트율 왜곡 최소화 측면에서 상위 레벨로부터 설정된 부호화 정보를 이용할 수 있다. 이하, 편의상 영상 복호화 장치를 중심으로 본 실시예를 기술한다.The video decoding device according to this embodiment determines a prediction and transformation unit, performs prediction and inverse transformation on the current block corresponding to the determined unit using the determined prediction technology and prediction mode, and finally restores the current block to the block. can be created. What is illustrated in FIG. 6 may be performed by the inverse transform unit 530, prediction unit 540, and adder 550 of the image decoding device. Meanwhile, the same operations as illustrated in FIG. 6 may be performed by the inverse transform unit 165, picture division unit 110, prediction unit 120, and adder 170 of the image encoding device. At this time, the video decoding device uses encoding information parsed from the bitstream, but the video encoding device may use encoding information set from a higher level in terms of minimizing bit rate distortion. Hereinafter, for convenience, this embodiment will be described focusing on the video decoding device.
도 5의 예시와 같이 예측부(540)는, 예측기술에 따라 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함하나, 도 6에 예시된 바와 같이, 예측부(540)는 예측모드 결정부(602) 및 예측 수행부(604)를 포함할 수 있다. As shown in the example of FIG. 5, the prediction unit 540 includes an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544 depending on the prediction technology. However, as illustrated in FIG. 6, the prediction unit 540 is in prediction mode. It may include a decision unit 602 and a prediction performance unit 604.
입력 비디오의 컬러 포맷이 YUV 포맷(YUV420, YUV411, YUV422, YUV444 등)인 경우, 영상 복호화 장치는 루마 성분의 예측 및 복원 수행 후, 크로마 성분의 예측 및 복원을 수행할 수 있다. 즉, 루마 성분과 크로마 성분은 도 6에 예시된 구성요소들에 의해 순차적으로 복원될 수 있다. 여기서, YUV 포맷인 경우, 컬러 포맷은 루마 성분의 픽셀들과 크로마 성분의 픽셀들 간의 대응 관계를 나타낸다.If the color format of the input video is YUV format (YUV420, YUV411, YUV422, YUV444, etc.), the video decoding device can predict and restore the luma component and then predict and restore the chroma component. That is, the luma component and chroma component can be sequentially restored by the components illustrated in FIG. 6. Here, in the case of YUV format, the color format represents the correspondence relationship between luma component pixels and chroma component pixels.
예측모드 결정부(602)는 현재블록에 대해 예측기술(예를 들어, 인트라 예측, 인터 예측, 또는 IBC(Intra Block Copy) 모드, 팔레트 모드 등)을 결정한다. 또한, 예측모드 결정부(602)는 예측기술에 대해 세부적인 예측모드를 결정한다. 예측 수행부(604)는 결정된 예측기술 및 예측모드에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다.The prediction mode determination unit 602 determines a prediction technology (e.g., intra prediction, inter prediction, or IBC (Intra Block Copy) mode, palette mode, etc.) for the current block. Additionally, the prediction mode determination unit 602 determines a detailed prediction mode for the prediction technology. The prediction performing unit 604 generates a prediction block of the current block according to the determined prediction technology and prediction mode.
역변환부(530)는 역양자화 신호들로 표현된 TU를 역변환하여 잔차신호들을 생성한다.The inverse transform unit 530 inversely transforms TUs expressed as inverse quantization signals to generate residual signals.
가산기(550)는 예측블록과 잔차신호들을 가산하여 복원블록을 생성한다. 복원블록은 메모리에 저장된 채로, 이후 다른 블록의 예측에 이용될 수 있다.The adder 550 generates a restored block by adding the prediction block and the residual signals. The restored block is stored in memory and can later be used to predict other blocks.
이하, TU는 변환블록과 호환적으로 사용된다.Hereinafter, TU is used interchangeably with the conversion block.
도 6의 예시와 같이, 역변환부(530)는 1차역변환 커널결정부(610), 2차역변환 수행결정부(612), 2차역변환 커널결정부(614), 2차 역변환부(616) 및 1차 역변환부(618)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 역변환부(530)는 이러한 구성요소들을 이용하여, 저주파수 영역의 변환계수들에 대해, 1차 변환 커널에 적응적인 분리 불가능한(non-separable) 2차 역변환을 수행한다. As shown in the example of FIG. 6, the inverse transform unit 530 includes a first-order inverse transform kernel decision unit 610, a second-order inverse transform performance decision unit 612, a second-order inverse transform kernel decision unit 614, and a second-order inverse transform unit 616. And it may include all or part of the first inverse transform unit 618. The inverse transform unit 530 uses these components to perform adaptive non-separable secondary inverse transformation on the transformation coefficients in the low-frequency region to the primary transformation kernel.
1차역변환 커널결정부(610)는, 전술한 바와 같이, 현재블록의 예측기술 및 예측모드, 현재 변환블록의 크기, mts_idx 등에 기초하여 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정할 수 있다.As described above, the first-order inverse transform kernel determination unit 610 may determine the first-order inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions based on the prediction technology and prediction mode of the current block, the size of the current transform block, mts_idx, etc.
1차 역변환 커널은 파싱된 mts_idx에 따라 명시적으로 결정될 수 있다. 또는, 1차 역변환 커널은 서브블록 변환 여부, TU의 크기 등에 기초하여 암시적으로 결정될 수 있다. 이때, 현재블록이 인트라 예측모드에 따라 예측되고 파싱된 mts_idx에 따라 명시적으로 수직, 수평 방향의 1차 역변환 커널이 결정되는 경우, 현재 TU의 크기 및 인트라 예측모드에 기초하여 mts_idx가 가리키는 커널의 종류가 결정될 수 있다. 즉, 가능한 TU 크기(4×4, 4×8, 8×4, 8×8,…)와 인트라 예측모드의 조합에 대해 mts_idx가 나타내는 수직, 수평 방향의 1차원 역변환 커널의 종류를 약속에 따라 정의한 후, 1차역변환 커널결정부(610)는, mts_idx를 파싱하여 최종 역변환 커널을 결정할 수 있다. The first-order inversion kernel can be explicitly determined according to the parsed mts_idx. Alternatively, the first inverse transformation kernel may be implicitly determined based on whether subblock transformation is performed, the size of the TU, etc. At this time, if the current block is predicted according to the intra prediction mode and the first inverse transformation kernel in the vertical and horizontal directions is explicitly determined according to the parsed mts_idx, the kernel indicated by mts_idx is based on the size of the current TU and the intra prediction mode. The type can be determined. In other words, for the combination of possible TU sizes (4 After definition, the first-order inverse transformation kernel determination unit 610 can determine the final inverse transformation kernel by parsing mts_idx.
이때, 인트라 예측모드(IntraPredMode)는 좌상향의 대각선 모드(34번 모드)를 중심으로 A 개의 모드 집합으로 구분될 수 있다. A=4인 경우, 도 3b의 예시에 기초하여 모드 집합은 표 5와 같이 표현된다. At this time, the intra prediction mode (IntraPredMode) can be divided into A set of modes centered on the upper left diagonal mode (mode 34). When A=4, the mode set is expressed as Table 5 based on the example in Figure 3b.
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행렬 기반 예측모드는 비방향성 모드 집합(모드 집합 0)에 포함되거나 별도의 집합으로 구분될 수 있다. 또한, 크로마 성분과 루마 성분 간의 관계를 이용하는 성분간 예측 모드로 크로마 블록이 예측된 경우, 1차역변환 커널결정부(610)는 대응 루마 블록의 중앙 위치의 인트라 예측모드를 현재 크로마 블록의 인트라 예측모드로 매핑한다. 1차역변환 커널결정부(610)는 표 5에 기초하여 매핑된 인트라 예측모드로부터 모드 집합을 설정한 후, 모드 집합을 1차 역변환 커널의 결정에 이용할 수 있다.Matrix-based prediction modes can be included in the non-directional mode set (mode set 0) or divided into a separate set. Additionally, inter-component prediction using the relationship between chroma and luma components When a chroma block is predicted by mode, the first-order inverse transform kernel decision unit 610 maps the intra prediction mode at the center of the corresponding luma block to the intra prediction mode of the current chroma block. The first-order inverse transform kernel determination unit 610 may set a mode set from the mapped intra prediction modes based on Table 5 and then use the mode set to determine the first-order inverse transform kernel.
현재블록이 인터 예측에 기초하여 예측된 경우, TU 크기에 따른 mts_idx가 나타내는 변환 커널이 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 결정될 수 있다. 또는, mts_idx가 나타내는 커널이 고정될 수 있다.If the current block is predicted based on inter prediction, the transformation kernel indicated by mts_idx according to the TU size may be determined according to the agreement between the video encoding device and the video decoding device. Alternatively, the kernel indicated by mts_idx may be fixed.
예컨대, 현재블록이 CCIP(Combined Inter-intra Prediction) 모드에 따라 예측된 경우, 인트라 예측모드와 TU 크기에 따라 인트라 예측블록의 커널을 결정하는 방법과 동일한 방법에 따라 현재 TU의 1차 역변환 커널이 결정될 수 있다. 여기서, CIIP는, 인터 예측에 기초하여 예측된 블록과 인트라 예측에 기초하여 예측된 블록을 가중합하여 현재블록의 최종 예측블록을 생성하는 모드들 중 일 예이다. 또는, 현재블록이 CCIP 모드에 따라 예측된 경우, 인터 예측과 동일한 방법으로 현재 TU의 1차 역변환 커널이 결정될 수 있다. For example, if the current block is predicted according to CCIP (Combined Inter-intra Prediction) mode, the first inverse transformation kernel of the current TU is determined according to the same method as the method for determining the kernel of the intra prediction block according to the intra prediction mode and TU size. can be decided. Here, CIIP is an example of modes that generate the final prediction block of the current block by weighted summing a block predicted based on inter prediction and a block predicted based on intra prediction. Alternatively, if the current block is predicted according to CCIP mode, the first inverse transformation kernel of the current TU can be determined in the same way as inter prediction.
실시예에 따라, 인트라 예측블록의 가중치가 인터 예측블록의 가중치보다 큰 경우, 인트라 예측과 동일한 방법으로 현재 TU의 1차 역변환 커널이 결정될 수 있다. 이때, 변환 블록 크기와 인트라 예측모드에 기초하여, DCT-N(N=1, …. 8), DST-N, IDT(Identity Transform) 중 일부의 커널이 수직, 수평 방향의 1차 역변환 커널로 각각 선택될 수 있다. 예컨대, DCT-2, DCT-5, DCT-8, DST-1, DST-4, DST-7, IDT 커널이 1차 역변환 커널로 사용될 수 있다. Depending on the embodiment, when the weight of the intra prediction block is greater than the weight of the inter prediction block, the first inverse transformation kernel of the current TU may be determined in the same manner as intra prediction. At this time, based on the transform block size and intra prediction mode, some kernels among DCT-N (N=1, .... 8), DST-N, and IDT (Identity Transform) are converted into first-order inverse transform kernels in the vertical and horizontal directions. Each can be selected. For example, DCT-2, DCT-5, DCT-8, DST-1, DST-4, DST-7, and IDT kernels can be used as the first inverse transformation kernel.
2차역변환 수행결정부(612)는 2차 역변환의 적용 여부를 나타내는 1-비트 플래그(lfnst_flag, 이하, 'LFNST 플래그'), 또는 LFNST 인덱스(lfnst_idx)를 파싱 하여, 2차 역변환 적용 여부를 결정할 수 있다. 이때, LFNST 인덱스를 파싱하는 경우, 특정 인덱스 값(예를 들어, lfnst_idx=0)이 2차 역변환의 미적용을 지시함이 사전에 약속될 수 있다. The secondary inverse transformation performance decision unit 612 determines whether to apply the secondary inverse transformation by parsing the 1-bit flag (lfnst_flag, hereinafter referred to as 'LFNST flag') or the LFNST index (lfnst_idx) indicating whether the secondary inverse transformation is applied. You can. At this time, when parsing the LFNST index, it may be promised in advance that a specific index value (for example, lfnst_idx=0) indicates not to apply the secondary inverse transformation.
일 예로서, 2차 역변환의 적용 여부는, 수직, 수평 방향의 1차 변환 커널의 종류에 따라 암시적으로 결정될 수 있다. 특정 1차 변환 커널에 대해 2차 역변환이 적용되는 경우, LFNST 플래그 또는 LFNST 인덱스의 전송이 생략될 수 있다. 또한, 특정 1차 변환 커널을 제외한 나머지 변환 커널들에 대해 암시적으로 2차 역변환이 적용되지 않을 수 있다. As an example, whether to apply the second-order inverse transform may be implicitly determined depending on the type of the first-order transform kernel in the vertical and horizontal directions. If a second-order inversion is applied for a particular first-order transformation kernel, the LFNST flag or Transmission of the LFNST index may be omitted. Additionally, secondary inverse transformation may not be implicitly applied to the remaining transformation kernels except for a specific primary transformation kernel.
2차역변환 커널결정부(614)는, 2차 역변환 수행이 결정된 경우, 현재 TU의 크기, 인트라 예측모드, 및 1차 역변환 커널에 기초하여 2차 역변환 커널을 결정할 수 있다.When it is decided to perform the secondary inversion, the secondary inverse transformation kernel determination unit 614 may determine the secondary inverse transformation kernel based on the size of the current TU, intra prediction mode, and the first inversion kernel.
일 예로서, 2차 역변환 커널의 크기는, TU의 크기에 따라 C 개의 상이한 크기를 갖는 커널 사이즈 집합(S)에 의존할 수 있다.As an example, the size of the second-order inversion kernel may depend on a set of kernel sizes (S) with C different sizes depending on the size of the TU.
예컨대, 다음의 조건(TU의 크기)에 따라 커널의 크기가 결정될 수 있으며, 실시예에 따라 집합을 구분하는 기준이 다양할 수 있다.For example, the size of the kernel may be determined according to the following conditions (size of TU), and the criteria for dividing sets may vary depending on the embodiment.
<실시예 1><Example 1>
S0: 4×N/N×4 (N≥4), S1: 8×N/N×8 (N≥8), S2: M×N (M,N≥16)S 0 : 4×N/N×4 (N≥4), S 1 : 8×N/N×8 (N≥8), S 2 : M×N (M,N≥16)
<실시예 2><Example 2>
S0: 4×4, S1: 4×N/N×4 (N≥8), S2: 8×8, S3: M×N (M,N≥8, M=N=8 제외)S 0 : 4×4, S 1 : 4×N/N×4 (N≥8), S 2 : 8×8, S 3 : M×N (M,N≥8, excluding M=N=8)
각 집합의 역변환 커널은 pi×qi(0≤i<C)의 크기를 갖는다. 이때, pi는 출력되는 1차 변환계수의 크기, qi는 입력되는 2차 변환 계수의 크기를 의미하고 pi≥qi일 수 있다.The inverse transformation kernel of each set has the size of p i × q i (0≤i<C). At this time, p i refers to the size of the output primary transformation coefficient, q i refers to the size of the input secondary transformation coefficient, and p i ≥q i may be.
전술한 바와 같이, TU 크기에 따라 결정된 커널 사이즈 집합(S)에 대해, 현재블록의 인트라 예측모드 및 1차 변환 커널 종류에 기초하여 A(인트라 예측모드 집합)×K(1차 변환 커널 집합) = T 개의 2차 역변환 커널 집합(또는 '커널 집합')이 존재할 수 있다. As described above, for the kernel size set (S) determined according to the TU size, A (intra prediction mode set) × K (first transformation kernel set) based on the intra prediction mode and first transformation kernel type of the current block = There may be T sets of second-order inversion kernels (or ‘kernel sets’).
인트라 예측모드는 표 5의 일 예시와 같이, 좌상향의 대각선 모드를 중심으로 A 개의 모드 집합으로 구분될 수 있다. 행렬 기반 예측모드는 비방향성 모드 집합(모드 집합 0)에 포함되거나 별도의 집합으로 구분될 수 있다. 또한, 크로마 성분과 루마 성분 간의 관계를 이용하여 예측을 수행하는 성분간 예측(예컨대, CCLM 모드)에 따라 크로마 블록이 예측된 경우, 2차역변환 커널결정부(614)는 대응 루마 블록의 중앙 위치의 인트라 예측모드를 현재 크로마 블록의 인트라 예측모드로 매핑한다. 2차역변환 커널결정부(614)는 표 5에 기초하여 매핑된 인트라 예측모드로부터 모드 집합을 설정한 후, 모드 집합을 2차 역변환 커널의 결정에 이용할 수 있다.As an example in Table 5, the intra prediction mode can be divided into A set of modes centered on the diagonal mode from the top left. Matrix-based prediction modes can be included in the non-directional mode set (mode set 0) or divided into a separate set. In addition, when a chroma block is predicted according to inter-component prediction (e.g., CCLM mode) that performs prediction using the relationship between the chroma component and the luma component, the second-order inverse transform kernel decision unit 614 determines the center position of the corresponding luma block. Map the intra prediction mode of to the intra prediction mode of the current chroma block. The secondary inverse transform kernel decision unit 614 may set a mode set from the mapped intra prediction modes based on Table 5 and then use the mode set to determine the secondary inverse transform kernel.
실시예에 따라, 1차 변환/역변환 커널 종류에 따라 K 개의 {수직, 수평} 커널 집합이 분류될 수 있다. 커널 집합은 다음과 같이 분류될 수 있으며, 실시예에 따라 집합을 구분하는 기준이 다양할 수 있다.Depending on the embodiment, K {vertical, horizontal} kernel sets may be classified according to the type of first transformation/inverse transformation kernel. Kernel sets can be classified as follows, and the criteria for classifying the sets may vary depending on the embodiment.
<실시예 1> <Example 1>
S0: {DCT-2, DCT-2}, S1: {DCT-2, IDT}, S2: {IDT, DCT-2}S 0 : {DCT-2, DCT-2}, S 1 : {DCT-2, IDT}, S 2 : {IDT, DCT-2}
<실시예 2> <Example 2>
S0: {DCT-2, DCT-2}, S1: 그외 커널S 0 : {DCT-2, DCT-2}, S 1 : Other kernels
<실시예 3> <Example 3>
S0: {DCT-2, DCT-2}, S1: {DST-7, DST-7}, S2: 그외 커널S 0 : {DCT-2, DCT-2}, S 1 : {DST-7, DST-7}, S 2 : Other kernels
<실시예 4> <Example 4>
S0: {DCT-2, DCT-2}, S1: {DST-N, DCT-M}, {DCT-M, DST-N},S 0 : {DCT-2, DCT-2}, S 1 : {DST-N, DCT-M}, {DCT-M, DST-N},
S2: {DCT-N, IDT}, {IDT, DCT-N}, S3: 그외 커널,S 2 : {DCT-N, IDT}, {IDT, DCT-N}, S 3 : Other kernels,
N, M={1 and/or 2 and/or, ..., 8}N, M={1 and/or 2 and/or, ..., 8}
<실시예 5> <Example 5>
S0: {DCT-2, DCT-2}, S1: {DST-7, DST-7}, S2: {DCT-N, IDT}, {IDT, DCT-N},S 0 : {DCT-2, DCT-2}, S 1 : {DST-7, DST-7}, S 2 : {DCT-N, IDT}, {IDT, DCT-N},
S3: {DST-N, IDT}, {IDT, DST-N}, S4: 그외 커널,S 3 : {DST-N, IDT}, {IDT, DST-N}, S 4 : Other kernels,
N={1 and/or 2 and/or, ..., 8}N={1 and/or 2 and/or, ..., 8}
여기서, 그외 커널은 2차 변환/역변환이 수행되는 1차 커널 조합들 중 이전 집합에 포함되지 않는 1차 변환 커널들의 조합일 수 있다. Here, the other kernels may be a combination of first-order transformation kernels that are not included in the previous set among the first-order kernel combinations on which secondary transformation/inverse transformation is performed.
TU 크기, 인트라 예측모드, 1차 역변환 커널을 기반으로 결정된 C×T 개의 2차 커널 집합은 하나 또는 다수의 2차 역변환 커널을 포함할 수 있다. 다수의 커널이 포함되는 경우, 2차역변환 커널결정부(614)는 LFNST 인덱스를 파싱하고, 파싱된 LFNST 인덱스에 따라 현재 커널 집합에서 2차 역변환 커널을 결정할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 특정 1차 변환 커널에 대해 2차 역변환이 적용되는 경우이나, 커널 집합이 다수의 2차 역변환 커널을 포함하는 경우, LFNST 인덱스의 전송은 생략될 수 없다. The set of C×T secondary kernels determined based on the TU size, intra prediction mode, and first-order inversion kernel may include one or multiple second-order inversion kernels. When multiple kernels are included, the secondary inverse transformation kernel determination unit 614 may parse the LFNST index and determine the secondary inverse transformation kernel from the current kernel set according to the parsed LFNST index. Therefore, as described above, when the second-order inverse transformation is applied to a specific first-order transformation kernel, or when the kernel set includes a plurality of second-order inversion kernels, transmission of the LFNST index cannot be omitted.
이때, LFNST 인덱스가 0인 경우, 2차 역변환이 수행되지 않음을 의미하고, lfnst_idx≥1인 경우, LFNST 인덱스에 기초하여 2차 역변환이 적용될 수 있다.At this time, if the LFNST index is 0, it means that the secondary inverse transformation is not performed, and if lfnst_idx≥1, the secondary inverse transformation may be applied based on the LFNST index.
한편, 엔트로피 복호화부(510)는 2차 역변환이 적용되는 경우, 양자화된 2차 변환계수를 복원한다. 또는, 엔트로피 복호화부(510)는 2차 역변환이 적용되지 않은 경우, 양자화된 1차 변환계수를 복원할 수 있다. 이때, 2차 변환계수 및 1차 변환계수는 모두 2차원 행렬 형태의 데이터이다.Meanwhile, the entropy decoder 510 restores the quantized secondary transform coefficient when the secondary inverse transform is applied. Alternatively, the entropy decoder 510 may restore the quantized first-order transform coefficient when the second-order inverse transform is not applied. At this time, both the secondary transformation coefficient and the primary transformation coefficient are data in the form of a two-dimensional matrix.
2차 역변환부(616)는 역양자화된 2차 변환계수를 입력받아 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수를 복원한다. The second-order inverse transform unit 616 receives the inverse-quantized second-order transform coefficient and applies the second-order inverse transform kernel to restore the first-order transform coefficient.
2차 역변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 2차 역변환부(616)는 복원된 q 개의 2차 변환계수를 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 2차 변환계수 벡터(
Figure PCTKR2023011041-appb-img-000007
)를 생성할 수 있다. 여기서, 스캐닝 순서는 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간에 사전에 약속될 수 있다. 예컨대, 2차 역변환 계수의 크기 q가 8(도 7a), M×N(도 7b), 또는 48(도 7c)인 경우, 7a 내지 도 7c의 예시된 스캐닝 순서와 같이 2차 변환계수 벡터가 생성될 수 있다. 실시예에 따라, 2차 변환계수 벡터의 생성을 위한 스캐닝은 역순으로 수행될 수 있다.
Based on the size and type of the secondary inversion kernel, the secondary inversion unit 616 packs the restored q secondary transformation coefficients into one dimension according to the scanning order to create a secondary transformation coefficient vector (
Figure PCTKR2023011041-appb-img-000007
) can be created. Here, the scanning order may be agreed in advance between the video encoding device and the video decoding device. For example, if the size q of the secondary inverse transform coefficient is 8 (FIG. 7a), M×N (FIG. 7b), or 48 (FIG. 7c), the secondary transform coefficient vector is can be created. Depending on the embodiment, scanning for generating the secondary transformation coefficient vector may be performed in reverse order.
도 7b의 예시에서, 2차 변환계수 벡터의 크기가 16인 경우 M=N=4이고, 2차 변환계수 벡터의 크기가 32인 경우, M=8, N=4 또는 M=4, N=8일 수 있다.In the example of Figure 7b, when the size of the secondary transformation coefficient vector is 16, M=N=4, and when the size of the secondary transformation coefficient vector is 32, M=8, N=4 or M=4, N= It could be 8.
도 7a 내지 도 7c의 예시에서 Wtb는 변환블록의 너비를 나타내고, Htb는 변환블록의 높이를 나타낸다. In the examples of FIGS. 7A to 7C, W tb represents the width of the conversion block, and H tb represents the height of the conversion block.
2차 역변환부(616)는 q 크기의 2차 변환계수 벡터와 p×q 크기의 2차 역변환 커널 F 간의 행렬 곱을 이용하여 역변환을 수행한다. 2차 역변환부(616)는, 수학식 2와 같이 2차 역변환을 수행하여 p 크기의 1차 변환계수 벡터(
Figure PCTKR2023011041-appb-img-000008
)를 생성할 수 있다.
The secondary inversion unit 616 performs inverse transformation using a matrix product between a secondary transformation coefficient vector of size q and a secondary inversion kernel F of size p×q. The secondary inverse transform unit 616 performs the secondary inverse transformation as shown in Equation 2 to obtain a primary transformation coefficient vector of size p (
Figure PCTKR2023011041-appb-img-000008
) can be created.
Figure PCTKR2023011041-appb-img-000009
Figure PCTKR2023011041-appb-img-000009
2차 역변환부(616)는, 2차 역변환에 따라 생성된 1차 변환계수 벡터로부터 현재 TU의 크기에 따라 2차원 행렬을 생성할 수 있다. 도 8a 내지 도 8b의 예시와 같이, 1차 변환계수 벡터의 크기 p에 기초하여, 1차 변환계수들이 TU의 좌측 상단에 스캐닝 순서대로 할당될 수 있다. 2차 변환을 위해 영상 부호화 장치가 1차 변환계수들을 스캐닝한 순서에 의존하여, 2차 역변환부(616)에 의해 이용되는 스캐닝 순서는 다양할 수 있다.The secondary inverse transform unit 616 may generate a two-dimensional matrix according to the size of the current TU from the first transform coefficient vector generated according to the secondary inverse transformation. As shown in the examples of FIGS. 8A and 8B, based on the size p of the first transform coefficient vector, the first transform coefficients may be assigned to the upper left corner of the TU in scanning order. Depending on the order in which the image encoding device scans the primary transform coefficients for secondary transformation, the scanning order used by the secondary inverse transform unit 616 may vary.
이때, 영상 복호화 장치는 1차 변환계수가 존재하지 않는 나머지 TU 영역의 변환계수를 0으로 유도할 수 있다.At this time, the video decoding device can induce the transform coefficient of the remaining TU area in which the first transform coefficient does not exist to be 0.
일 예로서, 수직 또는 수평 방향 중 한 방향에 IDT이 1차 변환 커널로서 적용된 경우, 2차 역변환부(616)는 IDT가 적용되는 방향을 고려하여 1차 변환계수들을 할당할 수 있다. 즉, 2차 역변환부(616)는 1차 변환계수 벡터를 이용하여, 스캐닝 순서에 따라 도 9에 예시된 영역에 p 개의 1차 변환계수들을 할당할 수 있다. 여기서, 스캐닝 순서는 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 사전에 설정될 수 있다. 수평 방향으로 IDT 변환이 적용된 경우, p=Wtb×L을 만족하고, 수직 방향으로 IDT 변환이 수행된 경우, p=L×Htb를 만족한다. 이때, p의 크기는, 2차역변환 커널결정부(614)에서 결정된 2차 역변환 커널에 따라 정의될 수 있다. 도 9의 예시에서, 영상 복호화 장치는 p 개의 1차 변환계수들이 존재하는 않는 나머지 TU 영역의 변환계수를 0으로 유도할 수 있다.As an example, when IDT is applied as a first-order transformation kernel in one of the vertical or horizontal directions, the second-order inverse transform unit 616 may allocate first-order transformation coefficients by considering the direction in which the IDT is applied. That is, the secondary inverse transform unit 616 can allocate p primary transform coefficients to the region illustrated in FIG. 9 according to the scanning order using the primary transform coefficient vector. Here, the scanning order can be set in advance according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device. When IDT transformation is applied in the horizontal direction, p=W tb × L is satisfied, and when IDT transformation is performed in the vertical direction, p=L × H tb is satisfied. At this time, the size of p may be defined according to the secondary inverse transformation kernel determined by the secondary inverse transformation kernel decision unit 614. In the example of FIG. 9, the video decoding device may induce the transform coefficient of the remaining TU area in which p primary transform coefficients are not present to be 0.
다른 예로서, 수직과 수평 방향의 1차 변환 커널들이 상이한 경우, 수직과 수평 방향의 커널 종류에 기초하여 1차 변환계수 벡터를 TU 내에 할당하는 스캐닝 순서가 결정될 수 있다. 수직 방향으로 B 커널이, 수평 방향으로 A 커널이 적용된 블록, 및 수직 방향으로 A, 수평 방향으로 B 커널이 적용된 블록에 대해 동일한 2차 변환 커널을 적용하는 경우, 2차 역변환부(616)는 도 10의 예시와 같이, 특정 커널 방향을 먼저 스캐닝하여 1차 변환계수 벡터를 TU 블록의 변환계수들로 매핑할 수 있다.As another example, when the primary transformation kernels in the vertical and horizontal directions are different, the scanning order for allocating the primary transformation coefficient vector within the TU may be determined based on the types of kernels in the vertical and horizontal directions. When applying the same secondary transformation kernel to a block to which the B kernel is applied in the vertical direction and the A kernel to the horizontal direction, and to the block to which the A kernel is applied in the vertical direction and the B kernel to the horizontal direction, the secondary inverse transform unit 616 As in the example of FIG. 10, the primary transform coefficient vector can be mapped to the transform coefficients of the TU block by first scanning a specific kernel direction.
1차 역변환부(618)는, 2차 역변환에 따라 TU 블록의 픽셀값으로 할당된 1차 변환계수에 대해, 1차역변환 커널결정부(610)에서 결정된 1차 역변환 커널을 이용하여 수직, 수평 방향으로 1차 역변환을 수행할 수 있다.The first inversion unit 618 uses the first inversion kernel determined in the first inversion kernel decision unit 610 to vertically and horizontally transform the first transformation coefficient assigned to the pixel value of the TU block according to the second inversion. A first-order inverse transformation can be performed in either direction.
이하, 도 11 및 도 12의 도시를 이용하여, 현재블록의 변환블록을 변환 및 역변환하는 방법을 기술한다.Hereinafter, using the illustrations of FIGS. 11 and 12, a method for converting and inversely converting the conversion block of the current block will be described.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 변환블록을 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 11 is a flowchart showing a method by which an image encoding device transforms a transform block according to an embodiment of the present disclosure.
영상 부호화 장치는 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득한다(S1100).The video encoding device acquires residual signals for the transform block of the current block (S1100).
영상 부호화 장치는 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정한다(S1102).The video encoding device determines the first transform kernel in the vertical and horizontal directions for the transform block (S1102).
영상 부호화 장치는 변환블록의 크기, 현재블록의 인트라 예측모드, 및 1차 변환 커널에 기초하여 변환블록의 2차 변환 커널을 결정한다(S1104).The image encoding device determines the secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, the intra prediction mode of the current block, and the first transform kernel (S1104).
영상 부호화 장치는 기설정된 모드 집합들 중 현재블록의 인트라 예측모드가 포함된 모드 집합을 선택한다. 영상 부호화 장치는 기설정된 1차 커널 집합들 중, 1차 변환 커널이 포함된 1차 커널 집합을 선택한다. 영상 부호화 장치는 기설정된 커널 사이즈 집합들 중, 변환블록의 크기가 포함된 커널 사이즈 집합을 선택한다. 영상 부호화 장치는 선택된 모드 집합, 선택된 1차 커널 집합, 및 선택된 커널 사이즈 집합에 따른 2차 커널 집합을 선택한다. The video encoding device selects a mode set that includes the intra prediction mode of the current block among preset mode sets. The video encoding device selects a primary kernel set including a primary transformation kernel from among preset primary kernel sets. The video encoding device selects a kernel size set that includes the size of the transform block from among preset kernel size sets. The video encoding device selects a secondary kernel set according to the selected mode set, the selected primary kernel set, and the selected kernel size set.
2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는 2차 변환 커널을 하나의 2차 커널로 설정한다. 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는 2차 변환 커널을 다수의 2차 커널들 중 하나로 설정할 수 있다. When the secondary kernel set includes one secondary kernel, the video encoding device sets the secondary transformation kernel to one secondary kernel. When the secondary kernel set includes multiple secondary kernels, the video encoding device may set the secondary transformation kernel to one of the multiple secondary kernels.
영상 부호화 장치는 잔차신호들에 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행한다(S1106).The video encoding device performs primary transformation by applying a primary transformation kernel to the residual signals to generate primary transformation coefficients (S1106).
영상 부호화 장치는 1차 변환계수들에 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행한다(S1108).The video encoding device performs secondary transformation by applying a secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients (S1108).
2차 변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 영상 부호화 장치는 1차 변환계수들의 일부를 기설정된 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 1차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 부호화 장치는 1차 변환계수 벡터와 2차 변환 커널 간의 행렬 곱을 수행하여 2차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 부호화 장치는 2차 변환계수 벡터를 변환블록의 좌측 상단에 기설정된 스캐닝 순서에 따라 할당하여 2차 변환계수들을 생성할 수 있다.Based on the size and type of the secondary transform kernel, the image encoding device generates a primary transform coefficient vector by one-dimensionally packing some of the primary transform coefficients according to a preset scanning order. The video encoding device generates a secondary transform coefficient vector by performing matrix multiplication between the primary transform coefficient vector and the secondary transform kernel. The video encoding device can generate secondary transform coefficients by allocating the secondary transform coefficient vector to the upper left of the transform block according to a preset scanning order.
영상 부호화 장치는 1차 변환계수들 및 2차 변환계수들에 기초하여, LFNST 인덱스를 결정한다(S1110). 여기서, LFNST 인덱스는 2차 변환의 적용 여부를 지시한다.The video encoding device determines the LFNST index based on the first and second transform coefficients (S1110). Here, the LFNST index indicates whether secondary transformation is applied.
비트율-왜곡 최적화 측면에서 영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스의 값을 결정할 수 있다. 예컨대, 1차 변환계수들이 최적인 경우, 영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 0으로 설정할 수 있다. 반면, 2차 변환계수들이 최적인 경우, 전술한 2차 커널 집합이 포함하는 2차 커널의 개수에 따라 LFNST 인덱스를 설정할 수 있다. 2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 1로 설정할 수 있다. 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 영상 부호화 장치는, 다수의 2차 커널들 중 하나를 지시하도록 LFNST 인덱스를 설정할 수 있다. In terms of bit rate-distortion optimization, the video encoding device can determine the value of the LFNST index. For example, when the first-order transform coefficients are optimal, the video encoding device can set the LFNST index to 0. On the other hand, when the secondary transformation coefficients are optimal, the LFNST index can be set according to the number of secondary kernels included in the above-described secondary kernel set. If the secondary kernel set includes one secondary kernel, the video encoding device may set the LFNST index to 1. When the secondary kernel set includes multiple secondary kernels, the video encoding device may set the LFNST index to indicate one of the multiple secondary kernels.
영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 부호화한다(S1112).The video encoding device encodes the LFNST index (S1112).
영상 부호화 장치는 LFNST 인덱스를 확인한다(S1114).The video encoding device checks the LFNST index (S1114).
LFNST 인덱스가 0인 경우(S1114의 Yes), 영상 부호화 장치는 1차 변환계수들을 부호화한다(S1116). 영상 부호화 장치는 1차 변환계수들을 양자화 및 엔트로피 부호화하여 1차 변환계수들의 비트스트림을 생성할 수 있다. If the LFNST index is 0 (Yes in S1114), the video encoding device encodes the first transform coefficients (S1116). An image encoding device can generate a bitstream of first-order transform coefficients by quantizing and entropy-encoding the first-order transform coefficients.
반면, LFNST 인덱스가 0 보다 큰 경우(S1114의 No), 영상 부호화 장치는 2차 변환계수들을 부호화한다(S1118). 영상 부호화 장치는 2차 변환계수들을 양자화 및 엔트로피 부호화하여 2차 변환계수들의 비트스트림을 생성할 수 있다. On the other hand, if the LFNST index is greater than 0 (No in S1114), the video encoding device encodes the secondary transform coefficients (S1118). An image encoding device can generate a bitstream of secondary transform coefficients by quantizing and entropy coding the secondary transform coefficients.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 변환블록을 역변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.FIG. 12 is a flowchart showing a method of inversely transforming a transform block by an image decoding device, according to an embodiment of the present disclosure.
영상 복호화 장치는 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정한다(S1200).The video decoding device determines the first inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions for the transform block of the current block (S1200).
영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 LFNST 인덱스를 복호화한다(S1202). 여기서, LFNST 인덱스는 2차 역변환의 적용 여부를 지시한다.The video decoding device decodes the LFNST index from the bitstream (S1202). Here, the LFNST index indicates whether the second-order inverse transformation is applied.
영상 복호화 장치는 LFNST 인덱스를 확인한다(S1204).The video decoding device checks the LFNST index (S1204).
LFNST 인덱스가 0인 경우(S1204의 Yes), 영상 복호화 장치는 다음의 단계들(S1206 및 S1208)을 수행한다. If the LFNST index is 0 (Yes in S1204), the video decoding device performs the following steps (S1206 and S1208).
영상 복호화 장치는 변환블록에 대해 역양자화된 1차 변환계수들을 획득한다(S1206).The video decoding device obtains the dequantized first transform coefficients for the transform block (S1206).
영상 복호화 장치는 1차 변환계수들에 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행한다(S1208).The video decoding device performs first-order inverse transformation by applying a first-order inverse transformation kernel to the first transformation coefficients to generate residual signals (S1208).
LFNST 인덱스가 0보다 큰 경우(S1204의 No), 영상 복호화 장치는 다음의 단계들(S1220 내지 S1224, S1208)을 수행한다. If the LFNST index is greater than 0 (No in S1204), the video decoding device performs the following steps (S1220 to S1224, S1208).
영상 복호화 장치는 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득한다(S1220).The video decoding device acquires dequantized secondary transform coefficients for the transform block (S1220).
영상 복호화 장치는 변환블록의 크기, 현재블록의 인트라 예측모드, 및 1차 역변환 커널에 기초하여 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정한다(S1222).The image decoding device determines the second inverse transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, the intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel (S1222).
영상 복호화 장치는 기설정된 모드 집합들 중 현재블록의 인트라 예측모드가 포함된 모드 집합을 선택한다. 영상 복호화 장치는 기설정된 1차 커널 집합들 중, 1차 역변환 커널이 포함된 1차 커널 집합을 선택한다. 영상 복호화 장치는 기설정된 커널 사이즈 집합들 중, 변환블록의 크기가 포함된 커널 사이즈 집합을 선택한다. 영상 복호화 장치는 선택된 모드 집합, 선택된 1차 커널 집합, 및 선택된 커널 사이즈 집합에 따른 2차 커널 집합을 선택한다. The video decoding device selects a mode set that includes the intra prediction mode of the current block among preset mode sets. The video decoding device selects the first kernel set including the first inverse transform kernel from among the preset first kernel sets. The video decoding device selects a kernel size set that includes the size of the transform block from among the preset kernel size sets. The video decoding device selects a secondary kernel set according to the selected mode set, the selected primary kernel set, and the selected kernel size set.
2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 영상 복호화 장치는 2차 변환 커널을 하나의 2차 커널로 설정한다. 이때, LFNST 인덱스는 1로 복호화될 수 있다. 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 영상 복호화 장치는 2차 변환 커널을 LFNST 인덱스에 의해 지시되는 2차 커널로 설정할 수 있다. When the secondary kernel set includes one secondary kernel, the video decoding device sets the secondary transformation kernel to one secondary kernel. At this time, the LFNST index can be decoded to 1. When the secondary kernel set includes a plurality of secondary kernels, the video decoding device can set the secondary transformation kernel to the secondary kernel indicated by the LFNST index.
영상 복호화 장치는 2차 변환계수들에 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 역변환을 수행한다(S1224).The video decoding device performs secondary inverse transformation by applying a secondary inverse transformation kernel to the secondary transformation coefficients to generate primary transformation coefficients (S1224).
영상 복호화 장치는 2차 역변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 2차 변환계수들의 일부를 기설정된 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 2차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 복호화 장치는 2차 변환계수 벡터와 2차 역변환 커널 간의 행렬 곱을 수행하여 1차 변환계수 벡터를 생성한다. 영상 복호화 장치는 1차 변환계수 벡터를 변환블록의 좌측 상단에 기설정된 스캐닝 순서에 따라 할당하여 1차 변환계수들을 생성할 수 있다. Based on the size and type of the secondary inverse transform kernel, the image decoding device generates a secondary transform coefficient vector by packing some of the secondary transform coefficients into one dimension according to a preset scanning order. The image decoding device generates a first transform coefficient vector by performing matrix multiplication between the second transform coefficient vector and the second inverse transform kernel. The video decoding device can generate primary transform coefficients by allocating the primary transform coefficient vector to the upper left corner of the transform block according to a preset scanning order.
영상 복호화 장치는 1차 변환계수들에 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행한다(S1208).The video decoding device performs first-order inverse transformation by applying a first-order inverse transformation kernel to the first transformation coefficients to generate residual signals (S1208).
이후, 영상 복호화 장치는 잔차신호들과 현재블록의 예측블록을 가산하여 현재블록의 복원 블록을 생성할 수 있다. Afterwards, the video decoding device can generate a restored block of the current block by adding the residual signals and the prediction block of the current block.
본 명세서의 흐름도/타이밍도에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 흐름도/타이밍도에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 흐름도/타이밍도는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In the flowchart/timing diagram of this specification, each process is described as being executed sequentially, but this is merely an illustrative explanation of the technical idea of an embodiment of the present disclosure. In other words, a person skilled in the art to which an embodiment of the present disclosure pertains may change the order described in the flowchart/timing diagram and execute one of the processes without departing from the essential characteristics of the embodiment of the present disclosure. Since the above processes can be applied in various modifications and variations by executing them in parallel, the flowchart/timing diagram is not limited to a time series order.
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. It should be understood from the above description that the example embodiments may be implemented in many different ways. The functions or methods described in one or more examples may be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof. It should be understood that the functional components described herein are labeled as "...units" to particularly emphasize their implementation independence.
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.Meanwhile, various functions or methods described in this embodiment may be implemented with instructions stored in a non-transitory recording medium that can be read and executed by one or more processors. Non-transitory recording media include, for example, all types of recording devices that store data in a form readable by a computer system. For example, non-transitory recording media include storage media such as erasable programmable read only memory (EPROM), flash drives, optical drives, magnetic hard drives, and solid state drives (SSD).
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.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.
(부호의 설명)(Explanation of symbols)
140: 변환부140: conversion unit
165: 역변환부165: Inverse conversion unit
530: 역변환부530: Inverse conversion unit
610: 1차역변환 커널결정부 610: First-order inverse transformation kernel decision unit
612: 2차역변환 수행결정부 612: Secondary inverse transformation performance decision unit
614: 2차역변환 커널결정부 614: Second-order inverse transform kernel decision unit
616: 2차 역변환부 616: Secondary inverse transform unit
618: 1차 역변환부618: First-order inverse transform unit
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본 특허출원은 2022년 8월 29일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2022-0108550 호, 2023년 7월 26일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2023-0097617 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. This patent application claims priority over Patent Application No. 10-2022-0108550, filed in Korea on August 29, 2022, and Patent Application No. 10-2023-0097617, filed in Korea on July 26, 2023. and all of its contents are incorporated into this patent application by reference.

Claims (16)

  1. 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록을 복원하는 방법에 있어서,In the method of restoring the current block performed by the video decoding device,
    상기 현재블록의 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 역변환 커널을 결정하는 단계;determining a first-order inverse transform kernel in the vertical and horizontal directions for the transform block of the current block;
    상기 변환블록에 대해 역양자화된 2차 변환계수들을 획득하는 단계;Obtaining inverse-quantized secondary transform coefficients for the transform block;
    상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 역변환 커널을 결정하는 단계;determining a second inverse transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel;
    상기 2차 변환계수들에 상기 2차 역변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 역변환을 수행하는 단계; 및performing a second-order inversion by applying the second-order inversion kernel to the second-order transformation coefficients to generate first-order transformation coefficients; and
    상기 1차 변환계수들에 상기 1차 역변환 커널을 적용하여 잔차신호들을 생성함으로써, 1차 역변환을 수행하는 단계Performing first-order inverse transformation by applying the first-order inverse transformation kernel to the first-order transformation coefficients to generate residual signals
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. A method comprising:
  2. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    비트스트림으로부터 LFNST(Low Frequency Non-separable Transform) 인덱스를 복호화하는 단계, 여기서, 상기 LFNST 인덱스는 2차 역변환의 적용 여부를 지시함; 및 Decoding a Low Frequency Non-separable Transform (LFNST) index from a bitstream, where the LFNST index indicates whether to apply secondary inverse transform; and
    상기 LFNST 인덱스를 확인하는 단계Steps to check the LFNST index
    를 더 포함하되, Including more,
    상기 LFNST 인덱스가 0보다 큰 경우, 상기 2차 변환계수들을 획득하는 단계 내지 상기 2차 역변환을 수행하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법. When the LFNST index is greater than 0, the method is characterized in that performing the steps of obtaining the secondary transformation coefficients and performing the secondary inverse transformation.
  3. 제2항에 있어서, According to paragraph 2,
    상기 LFNST 인덱스가 0인 경우, 상기 변환블록에 대해 역양자화된 1차 변환계수들을 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 1차 역변환 커널을 결정하는 단계, 및 상기 1차 역변환을 수행하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법. When the LFNST index is 0, further comprising obtaining inverse quantized first-order transform coefficients for the transform block, determining the first-order inverse transform kernel, and performing the first-order inverse transform. A method, characterized in that.
  4. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 1차 역변환 커널을 결정하는 단계는, The step of determining the first inverse transformation kernel is,
    상기 1차 역변환 커널을 지시하는 인덱스를 복호화하는 단계; 및Decoding an index indicating the first inverse transformation kernel; and
    상기 인덱스에 따라 상기 1차 역변환 커널을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.Characterized in that it comprises the step of setting the first inverse transform kernel according to the index.
  5. 제4항에 있어서, According to clause 4,
    상기 1차 역변환 커널은, The first inverse transformation kernel is,
    상기 현재블록의 인트라 예측모드 및 상기 변환블록의 크기에 기초하여 상기 인덱스가 지시하는 변환 커널의 종류가 사전에 정의되는 것을 특징으로 하는, 방법.A method characterized in that the type of transform kernel indicated by the index is defined in advance based on the intra prediction mode of the current block and the size of the transform block.
  6. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,The step of determining the second inverse transformation kernel is,
    기설정된 모드 집합들 중 상기 현재블록의 인트라 예측모드가 포함된 모드 집합을 선택하는 단계; 및selecting a mode set including the intra prediction mode of the current block from among preset mode sets; and
    기설정된 1차 커널 집합들 중, 상기 1차 역변환 커널이 포함된 1차 커널 집합을 선택하는 단계Selecting a first-order kernel set including the first-order inverse transformation kernel from among preset first-order kernel sets.
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.A method comprising:
  7. 제6항에 있어서, According to clause 6,
    상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,The step of determining the second inverse transformation kernel is,
    기설정된 커널 사이즈 집합들 중, 상기 변환블록의 크기가 포함된 커널 사이즈 집합을 선택하는 단계; 및Selecting a kernel size set including the size of the conversion block from among preset kernel size sets; and
    상기 선택된 모드 집합, 상기 선택된 1차 커널 집합, 및 상기 선택된 커널 사이즈 집합에 따른 2차 커널 집합을 선택하는 단계Selecting a secondary kernel set according to the selected mode set, the selected primary kernel set, and the selected kernel size set.
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. A method further comprising:
  8. 제7항에 있어서, In clause 7,
    상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,The step of determining the second inverse transformation kernel is,
    상기 2차 커널 집합이 하나의 2차 커널을 포함하는 경우, 상기 2차 역변환 커널을 상기 하나의 2차 커널로 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.When the secondary kernel set includes one secondary kernel, the method is characterized in that setting the secondary inverse transformation kernel to the one secondary kernel.
  9. 제7항에 있어서, In clause 7,
    상기 2차 역변환 커널을 결정하는 단계는,The step of determining the second inverse transformation kernel is,
    상기 2차 커널 집합이 다수의 2차 커널들을 포함하는 경우, 상기 2차 역변환 커널을 상기 LFNST 인덱스에 의해 지시되는 2차 커널로 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.When the secondary kernel set includes a plurality of secondary kernels, the method is characterized in that setting the secondary inverse transformation kernel to a secondary kernel indicated by the LFNST index.
  10. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 2차 역변환을 수행하는 단계는, The step of performing the second inverse transformation is,
    상기 2차 역변환 커널의 크기 및 종류에 기초하여, 상기 2차 변환계수들의 일부를 기설정된 제1 스캐닝 순서에 따라 일차원으로 패킹하여 2차 변환계수 벡터를 생성하는 단계;Based on the size and type of the secondary inverse transform kernel, generating a secondary transform coefficient vector by packing some of the secondary transform coefficients into one dimension according to a preset first scanning order;
    상기 2차 변환계수 벡터와 상기 2차 역변환 커널 간의 행렬 곱을 수행하여 1차 변환계수 벡터를 생성하는 단계; 및generating a first-order transform coefficient vector by performing matrix multiplication between the second-order transform coefficient vector and the second-order inverse transform kernel; and
    상기 1차 변환계수 벡터를 상기 변환블록의 좌측 상단에 기설정된 제2 스캐닝 순서에 따라 할당하여 상기 1차 변환계수들을 생성하는 단계Generating the first transform coefficients by assigning the first transform coefficient vector to the upper left of the transform block according to a preset second scanning order.
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.A method comprising:
  11. 제10항에 있어서, According to clause 10,
    상기 1차 변환계수들을 생성하는 단계는,The step of generating the first conversion coefficients is,
    상기 변환블록에 대해 수평 또는 수직 방향 중 한 방향에 IDT(identity transform)이 상기 1차 변환 커널로 적용되는 경우, 상기 IDT가 적용되는 방향을 고려하여 상기 1차 변환계수 벡터를 할당하는 것을 특징으로 하는, 방법.When an identity transform (IDT) is applied as the primary transformation kernel in one of the horizontal or vertical directions to the transformation block, the primary transformation coefficient vector is assigned in consideration of the direction in which the IDT is applied. How to.
  12. 제10항에 있어서, According to clause 10,
    상기 1차 변환계수들을 생성하는 단계는,The step of generating the first conversion coefficients is,
    상기 변환블록에 대해, 수직과 수평 방향의 1차 변환 커널들이 상이한 경우, 특정한 1차 변환 커널의 방향을 먼저 스캐닝하여 상기 1차 변환계수 벡터를 할당하는 것을 특징으로 하는, 방법.For the transformation block, when the primary transformation kernels in the vertical and horizontal directions are different, the direction of a specific primary transformation kernel is first scanned to allocate the primary transformation coefficient vector.
  13. 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록을 부호화하는 방법에 있어서,In the method of encoding the current block performed by the video encoding device,
    상기 현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계;Obtaining residual signals for the conversion block of the current block;
    상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계;determining a first-order transformation kernel in the vertical and horizontal directions for the transformation block;
    상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계;determining a secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel;
    상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및performing first-order transformation by applying the first-order transformation kernel to the residual signals to generate first-order transformation coefficients; and
    상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계Performing secondary transformation by applying the secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. A method comprising:
  14. 제12항에 있어서, According to clause 12,
    상기 1차 변환계수들 및 상기 2차 변환계수들에 기초하여, LFNST(Low Frequency Non-separable Transform) 인덱스를 결정하는 단계, 여기서, 상기 LFNST 인덱스는 2차 변환의 적용 여부를 지시함; 및Based on the first transform coefficients and the second transform coefficients, determining a Low Frequency Non-separable Transform (LFNST) index, where the LFNST index indicates whether to apply the second transform; and
    상기 LFNST 인덱스를 부호화하는 단계Encoding the LFNST index
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.A method further comprising:
  15. 제13항에 있어서, According to clause 13,
    상기 LFNST 인덱스를 확인하는 단계를 더 포함하고,Further comprising the step of checking the LFNST index,
    상기 LFNST 인덱스가 0인 경우, 상기 1차 변환계수들을 부호화하는 단계를 더 포함하고, 상기 LFNST 인덱스가 0보다 큰 경우, 상기 2차 변환계수들을 부호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. When the LFNST index is 0, the method further includes encoding the primary transform coefficients, and when the LFNST index is greater than 0, encoding the secondary transform coefficients. .
  16. 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은,A computer-readable recording medium storing a bitstream generated by an image encoding method, the image encoding method comprising:
    현재블록의 변환블록에 대해 잔차신호들을 획득하는 단계;Obtaining residual signals for the conversion block of the current block;
    상기 변환블록에 대해 수직 및 수평 방향의 1차 변환 커널을 결정하는 단계;determining a first-order transformation kernel in the vertical and horizontal directions for the transformation block;
    상기 변환블록의 크기, 상기 현재블록의 인트라 예측모드, 및 상기 1차 역변환 커널에 기초하여 상기 변환블록의 2차 변환 커널을 결정하는 단계;determining a secondary transform kernel of the transform block based on the size of the transform block, an intra prediction mode of the current block, and the first inverse transform kernel;
    상기 잔차신호들에 상기 1차 변환 커널을 적용하여 1차 변환계수들을 생성함으로써, 1차 변환을 수행하는 단계; 및performing first-order transformation by applying the first-order transformation kernel to the residual signals to generate first-order transformation coefficients; and
    상기 1차 변환계수들에 상기 2차 변환 커널을 적용하여 2차 변환계수들을 생성함으로써, 2차 변환을 수행하는 단계Performing secondary transformation by applying the secondary transformation kernel to the primary transformation coefficients to generate secondary transformation coefficients
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체. A recording medium comprising:
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