WO2024053963A1 - 영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체 - Google Patents

영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체 Download PDF

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WO2024053963A1
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nonlinear model
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PCT/KR2023/013163
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허진
박승욱
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현대자동차주식회사
기아주식회사
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    • H04N19/593—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving spatial prediction techniques

Definitions

  • the present invention relates to a video encoding/decoding method, device, and recording medium storing bitstreams. Specifically, the present invention relates to a video encoding/decoding method and device using a cross-component nonlinear model, and a recording medium storing a bitstream.
  • the chrominance signal can be predicted by removing the redundancy that exists between the luminance component signal and the chrominance component signal using a cross-component linear model (CCLM).
  • CCLM cross-component linear model
  • the accuracy of chrominance signal prediction based on the cross-component linear model may decrease.
  • the purpose of the present invention is to provide a video encoding/decoding method and device with improved encoding/decoding efficiency.
  • Another object is to provide a recording medium that stores a bitstream generated by the video decoding method or device according to the present invention.
  • the purpose of the present invention is to provide a method for deriving a cross-component nonlinear model and a method for generating a color difference prediction block based on the cross-component nonlinear model in order to solve the above problems.
  • An image decoding method includes deriving cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample, deriving a cross-component nonlinear model based on the cross-component nonlinear model coefficients, and deriving cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample. It includes generating a color difference prediction block using the model.
  • the cross-component nonlinear model may be any one of a top-left cross-component nonlinear model, a top-left cross-component nonlinear model, and a left cross-component nonlinear model.
  • the reference sample is a reference sample located at the upper left of the chrominance prediction block and a reference sample located at the upper left of the corresponding luminance block of the chrominance prediction block. may include.
  • the reference sample is a reference sample located at the top of the chrominance prediction block and a reference sample located at the top of a corresponding luminance block of the chrominance prediction block.
  • the reference sample is a reference sample located to the left of the chrominance prediction block and a reference sample located to the left of a corresponding luminance block of the chrominance prediction block. may include.
  • the reference sample may include a reference sample neighboring the chrominance prediction block and a down-sampled reference sample neighboring a luminance block corresponding to the chrominance prediction block.
  • the video decoding method may further include obtaining model information indicating one of a cross-component linear model and a cross-component non-linear model from a bitstream.
  • the cross-component nonlinear model may be derived based on the cross-component nonlinear model coefficients, bit depth, and intermediate value.
  • the cross-component nonlinear model coefficients may be derived based on any one of LU decomposition, LDL decomposition, and Cholesky decomposition.
  • An image encoding method includes deriving cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample, deriving a cross-component nonlinear model based on the cross-component nonlinear model coefficients, and deriving cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample. It includes generating a color difference prediction block using the model.
  • a non-transitory computer-readable recording medium includes deriving cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample, deriving a cross-component nonlinear model based on the cross-component nonlinear model coefficients, and A bitstream generated by an image encoding method including generating a chrominance prediction block using the cross-component nonlinear model can be stored.
  • a transmission method includes transmitting the bitstream, deriving cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample, and deriving cross-component nonlinear model coefficients based on the cross-component nonlinear model coefficients.
  • a bitstream generated by an image encoding method including deriving a cross-component nonlinear model and generating a color difference prediction block using the cross-component nonlinear model may be transmitted.
  • a video encoding/decoding method and device with improved encoding/decoding efficiency can be provided.
  • a method for deriving a cross-component nonlinear model and a method for generating a color difference prediction block based on the cross-component nonlinear model can be provided.
  • chrominance blocks can be predicted more accurately.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an encoding device to which the present invention is applied according to an embodiment.
  • Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a decoding device according to an embodiment to which the present invention is applied.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing a video coding system to which the present invention can be applied.
  • Figure 4 is a diagram illustrating a reference sample for deriving an upper left cross-component nonlinear model according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram illustrating a reference sample for deriving an upper cross-component nonlinear model according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a reference sample for deriving a left cross-component nonlinear model according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram showing a syntax structure for a color difference intra prediction mode using a cross-component nonlinear model according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing a syntax structure for a color difference intra prediction mode using a cross-component nonlinear model and a cross-component linear model according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a flowchart showing an image decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a diagram illustrating a content streaming system to which an embodiment according to the present invention can be applied.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.
  • the above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
  • the term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
  • each component is listed and included as a separate component for convenience of explanation, and at least two of each component can be combined to form one component, or one component can be divided into a plurality of components to perform a function, and each of these components can perform a function.
  • Integrated embodiments and separate embodiments of the constituent parts are also included in the scope of the present invention as long as they do not deviate from the essence of the present invention.
  • the terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Additionally, some of the components of the present invention may not be essential components that perform essential functions in the present invention, but may be merely optional components to improve performance. The present invention can be implemented by including only essential components for implementing the essence of the present invention excluding components used only to improve performance, and a structure including only essential components excluding optional components used only to improve performance. is also included in the scope of rights of the present invention.
  • the term “at least one” may mean one of numbers greater than 1, such as 1, 2, 3, and 4. In embodiments, the term “a plurality of” may mean one of two or more numbers, such as 2, 3, and 4.
  • video may refer to a single picture that constitutes a video, or may refer to the video itself.
  • encoding and/or decoding of a video may mean “encoding and/or decoding of a video,” or “encoding and/or decoding of one of the videos that make up a video.” It may be possible.
  • the target image may be an encoding target image that is the target of encoding and/or a decoding target image that is the target of decoding. Additionally, the target image may be an input image input to an encoding device or may be an input image input to a decoding device. Here, the target image may have the same meaning as the current image.
  • encoder and video encoding device may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • decoder and video decoding device may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • image may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • target block may be an encoding target block that is the target of encoding and/or a decoding target block that is the target of decoding. Additionally, the target block may be a current block that is currently the target of encoding and/or decoding. For example, “target block” and “current block” may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • a Coding Tree Unit may be composed of two chrominance component (Cb, Cr) coding tree blocks related to one luminance component (Y) coding tree block (CTB). .
  • sample may represent the basic unit constituting the block.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an encoding device to which the present invention is applied according to an embodiment.
  • the encoding device 100 may be an encoder, a video encoding device, or an image encoding device.
  • a video may contain one or more images.
  • the encoding device 100 can sequentially encode one or more images.
  • the encoding device 100 includes an image segmentation unit 110, an intra prediction unit 120, a motion prediction unit 121, a motion compensation unit 122, a switch 115, a subtractor 113, A transform unit 130, a quantization unit 140, an entropy encoding unit 150, an inverse quantization unit 160, an inverse transform unit 170, an adder 117, a filter unit 180, and a reference picture buffer 190. It can be included.
  • the encoding device 100 can generate a bitstream including encoded information through encoding of an input image and output the generated bitstream.
  • the generated bitstream can be stored in a computer-readable recording medium or streamed through wired/wireless transmission media.
  • the image segmentation unit 110 may divide the input image into various forms to increase the efficiency of video encoding/decoding.
  • the input video consists of multiple pictures, and one picture can be hierarchically divided and processed for compression efficiency, parallel processing, etc.
  • one picture can be divided into one or multiple tiles or slices and further divided into multiple CTUs (Coding Tree Units).
  • one picture may first be divided into a plurality of sub-pictures defined as a group of rectangular slices, and each sub-picture may be divided into the tiles/slices.
  • subpictures can be used to support the function of partially independently encoding/decoding and transmitting a picture.
  • bricks can be created by dividing tiles horizontally.
  • a brick can be used as a basic unit of intra-picture parallel processing.
  • one CTU can be recursively divided into a quad tree (QT: Quadtree), and the end node of the division can be defined as a CU (Coding Unit).
  • CU can be divided into PU (Prediction Unit), which is a prediction unit, and TU (Transform Unit), which is a transformation unit, and prediction and division can be performed. Meanwhile, CUs can be used as prediction units and/or transformation units themselves.
  • each CTU may be recursively partitioned into not only a quad tree (QT) but also a multi-type tree (MTT).
  • CTU can begin to be divided into a multi-type tree from the end node of QT, and MTT can be composed of BT (Binary Tree) and TT (Triple Tree).
  • MTT can be composed of BT (Binary Tree) and TT (Triple Tree).
  • the MTT structure can be divided into vertical binary split mode (SPLIT_BT_VER), horizontal binary split mode (SPLIT_BT_HOR), vertical ternary split mode (SPLIT_TT_VER), and horizontal ternary split mode (SPLIT_TT_HOR).
  • the minimum block size (MinQTSize) of the quad tree of the luminance block can be set to 16x16
  • the maximum block size (MaxBtSize) of the binary tree can be set to 128x128, and the maximum block size (MaxTtSize) of the triple tree can be set to 64x64.
  • the minimum block size (MinBtSize) of the binary tree and the minimum block size (MinTtSize) of the triple tree can be set to 4x4, and the maximum depth (MaxMttDepth) of the multi-type tree can be set to 4.
  • a dual tree that uses different CTU division structures for luminance and chrominance components can be applied.
  • the luminance and chrominance CTB (Coding Tree Blocks) within the CTU can be divided into a single tree that shares the coding tree structure.
  • the encoding device 100 may perform encoding on an input image in intra mode and/or inter mode.
  • the encoding device 100 may perform encoding on the input image in a third mode (eg, IBC mode, Palette mode, etc.) other than the intra mode and inter mode.
  • a third mode eg, IBC mode, Palette mode, etc.
  • the third mode may be classified as intra mode or inter mode for convenience of explanation. In the present invention, the third mode will be classified and described separately only when a detailed explanation is needed.
  • intra mode may mean intra-screen prediction mode
  • inter mode may mean inter-screen prediction mode.
  • the encoding device 100 may generate a prediction block for an input block of an input image. Additionally, after the prediction block is generated, the encoding device 100 may encode the residual block using the residual of the input block and the prediction block.
  • the input image may be referred to as the current image that is currently the target of encoding.
  • the input block may be referred to as the current block that is currently the target of encoding or the encoding target block.
  • the intra prediction unit 120 may use samples of blocks that have already been encoded/decoded around the current block as reference samples.
  • the intra prediction unit 120 may perform spatial prediction for the current block using a reference sample and generate prediction samples for the input block through spatial prediction.
  • intra prediction may mean prediction within the screen.
  • non-directional prediction modes such as DC mode and Planar mode and directional prediction modes (e.g., 65 directions) can be applied.
  • the intra prediction method can be expressed as an intra prediction mode or an intra prediction mode.
  • the motion prediction unit 121 can search for the area that best matches the input block from the reference image during the motion prediction process and derive a motion vector using the searched area. . At this time, the search area can be used as the area.
  • the reference image may be stored in the reference picture buffer 190.
  • it when encoding/decoding of the reference image is processed, it may be stored in the reference picture buffer 190.
  • the motion compensation unit 122 may generate a prediction block for the current block by performing motion compensation using a motion vector.
  • inter prediction may mean inter-screen prediction or motion compensation.
  • the motion prediction unit 121 and the motion compensation unit 122 can generate a prediction block by applying an interpolation filter to some areas in the reference image.
  • the motion prediction and motion compensation methods of the prediction unit included in the coding unit based on the coding unit include skip mode, merge mode, and improved motion vector prediction ( It is possible to determine whether it is in Advanced Motion Vector Prediction (AMVP) mode or Intra Block Copy (IBC) mode, and inter-screen prediction or motion compensation can be performed depending on each mode.
  • AMVP Advanced Motion Vector Prediction
  • IBC Intra Block Copy
  • AFFINE mode of sub-PU-based prediction based on the inter-screen prediction method, AFFINE mode of sub-PU-based prediction, Subblock-based Temporal Motion Vector Prediction (SbTMVP) mode, and Merge with MVD (MMVD) mode of PU-based prediction, Geometric Partitioning Mode (GPM) ) mode can also be applied.
  • HMVP History based MVP
  • PAMVP Packet based MVP
  • CIIP Combined Intra/Inter Prediction
  • AMVR Adaptive Motion Vector Resolution
  • BDOF Bi-Directional Optical-Flow
  • BCW Bi-predictive with CU Weights
  • BCW Local Illumination Compensation
  • TM Template Matching
  • OBMC Overlapped Block Motion Compensation
  • AFFINE mode is used in both AMVP and MERGE modes and is a technology with high coding efficiency.
  • MC Motion Compensation
  • a 4-parameter affine motion model using two control point motion vectors (CPMV) and a 6-parameter affine motion model using three control point motion vectors are used for inter prediction. can do.
  • CPMV is a vector representing the affine motion model of any one of the top left, top right, and bottom left of the current block.
  • the subtractor 113 may generate a residual block using the difference between the input block and the prediction block.
  • the residual block may also be referred to as a residual signal.
  • the residual signal may refer to the difference between the original signal and the predicted signal.
  • the residual signal may be a signal generated by transforming, quantizing, or transforming and quantizing the difference between the original signal and the predicted signal.
  • the remaining block may be a residual signal in block units.
  • the transform unit 130 may generate a transform coefficient by performing transformation on the remaining block and output the generated transform coefficient.
  • the transformation coefficient may be a coefficient value generated by performing transformation on the remaining block.
  • the transform unit 130 may skip transforming the remaining blocks.
  • Quantized levels can be generated by applying quantization to the transform coefficients or residual signals.
  • the quantized level may also be referred to as a transform coefficient.
  • the 4x4 luminance residual block generated through intra-screen prediction is transformed using a DST (Discrete Sine Transform)-based basis vector, and the remaining residual blocks are transformed using a DCT (Discrete Cosine Transform)-based basis vector.
  • DST Discrete Sine Transform
  • DCT Discrete Cosine Transform
  • RQT Residual Quad Tree
  • the transform block for one block is divided into a quad tree form, and after performing transformation and quantization on each transform block divided through RQT, when all coefficients become 0,
  • cbf coded block flag
  • MTS Multiple Transform Selection
  • RQT Multiple Transform Selection
  • SBT Sub-block Transform
  • LFNST Low Frequency Non-Separable Transform
  • a secondary transform technology that further transforms the residual signal converted to the frequency domain through DCT or DST, can be applied.
  • LFNST additionally performs transformation on the 4x4 or 8x8 low-frequency area in the upper left corner, allowing the residual coefficients to be concentrated in the upper left corner.
  • the quantization unit 140 may generate a quantized level by quantizing a transform coefficient or a residual signal according to a quantization parameter (QP), and output the generated quantized level. At this time, the quantization unit 140 may quantize the transform coefficient using a quantization matrix.
  • QP quantization parameter
  • a quantizer using QP values of 0 to 51 can be used.
  • 0 to 63 QP can be used.
  • a DQ (Dependent Quantization) method that uses two quantizers instead of one quantizer can be applied. DQ performs quantization using two quantizers (e.g., Q0, Q1), but even without signaling information about the use of a specific quantizer, the quantizer to be used for the next transformation coefficient is determined based on the current state through a state transition model. It can be applied to be selected.
  • the entropy encoding unit 150 can generate a bitstream by performing entropy encoding according to a probability distribution on the values calculated by the quantization unit 140 or the coding parameter values calculated during the encoding process. and bitstream can be output.
  • the entropy encoding unit 150 may perform entropy encoding on information about image samples and information for decoding the image. For example, information for decoding an image may include syntax elements, etc.
  • the entropy encoding unit 150 may use encoding methods such as exponential Golomb, CAVLC (Context-Adaptive Variable Length Coding), and CABAC (Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding) for entropy encoding. For example, the entropy encoding unit 150 may perform entropy encoding using a Variable Length Coding/Code (VLC) table.
  • VLC Variable Length Coding/Code
  • the entropy encoding unit 150 derives a binarization method of the target symbol and a probability model of the target symbol/bin, and then uses the derived binarization method, probability model, and context model. Arithmetic coding can also be performed using .
  • the table probability update method may be changed to a table update method using a simple formula. Additionally, two different probability models can be used to obtain more accurate symbol probability values.
  • the entropy encoder 150 can change a two-dimensional block form coefficient into a one-dimensional vector form through a transform coefficient scanning method to encode the transform coefficient level (quantized level).
  • Coding parameters include information (flags, indexes, etc.) encoded in the encoding device 100 and signaled to the decoding device 200, such as syntax elements, as well as information derived from the encoding or decoding process. It may include and may mean information needed when encoding or decoding an image.
  • signaling a flag or index may mean that the encoder entropy encodes the flag or index and includes it in the bitstream, and the decoder may include the flag or index from the bitstream. This may mean entropy decoding.
  • the encoded current image can be used as a reference image for other images to be processed later. Accordingly, the encoding device 100 can restore or decode the current encoded image, and store the restored or decoded image as a reference image in the reference picture buffer 190.
  • the quantized level may be dequantized in the dequantization unit 160. It may be inverse transformed in the inverse transform unit 170.
  • the inverse-quantized and/or inverse-transformed coefficients may be combined with the prediction block through the adder 117.
  • a reconstructed block may be generated by combining the inverse-quantized and/or inverse-transformed coefficients with the prediction block.
  • the inverse-quantized and/or inverse-transformed coefficient refers to a coefficient on which at least one of inverse-quantization and inverse-transformation has been performed, and may refer to a restored residual block.
  • the inverse quantization unit 160 and the inverse transform unit 170 may be performed as reverse processes of the quantization unit 140 and the transform unit 130.
  • the restored block may pass through the filter unit 180.
  • the filter unit 180 includes a deblocking filter, a sample adaptive offset (SAO), an adaptive loop filter (ALF), a bilateral filter (BIF), and an LMCS (Luma). Mapping with Chroma Scaling) can be applied to restored samples, restored blocks, or restored images as all or part of the filtering techniques.
  • the filter unit 180 may also be referred to as an in-loop filter. At this time, in-loop filter is also used as a name that excludes LMCS.
  • the deblocking filter can remove block distortion occurring at the boundaries between blocks. To determine whether to perform a deblocking filter, it is possible to determine whether to apply a deblocking filter to the current block based on the samples included in a few columns or rows included in the block. When applying a deblocking filter to a block, different filters can be applied depending on the required deblocking filtering strength.
  • Sample adaptive offset can correct the offset of the deblocked image with the original image on a sample basis. You can use a method of dividing the samples included in the image into a certain number of regions, then determining the region to perform offset and applying the offset to that region, or a method of applying the offset by considering the edge information of each sample.
  • Bilateral filter can also correct the offset from the original image on a sample basis for the deblocked image.
  • the adaptive loop filter can perform filtering based on a comparison value between the restored image and the original image. After dividing the samples included in the video into predetermined groups, filtering can be performed differentially for each group by determining the filter to be applied to that group. Information related to whether to apply an adaptive loop filter may be signaled for each coding unit (CU), and the shape and filter coefficients of the adaptive loop filter to be applied may vary for each block.
  • CU coding unit
  • LMCS Luma Mapping with Chroma Scaling
  • LM luma-mapping
  • CS chroma scaling
  • This refers to a technology that scales the residual value of the color difference component according to the luminance value.
  • LMCS can be used as an HDR correction technology that reflects the characteristics of HDR (High Dynamic Range) images.
  • the reconstructed block or reconstructed image that has passed through the filter unit 180 may be stored in the reference picture buffer 190.
  • the restored block that has passed through the filter unit 180 may be part of a reference image.
  • the reference image may be a reconstructed image composed of reconstructed blocks that have passed through the filter unit 180.
  • the stored reference image can then be used for inter-screen prediction or motion compensation.
  • Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a decoding device according to an embodiment to which the present invention is applied.
  • the decoding device 200 may be a decoder, a video decoding device, or an image decoding device.
  • the decoding device 200 includes an entropy decoding unit 210, an inverse quantization unit 220, an inverse transform unit 230, an intra prediction unit 240, a motion compensation unit 250, and an adder 201. , it may include a switch 203, a filter unit 260, and a reference picture buffer 270.
  • the decoding device 200 may receive the bitstream output from the encoding device 100.
  • the decoding device 200 may receive a bitstream stored in a computer-readable recording medium or receive a bitstream streamed through a wired/wireless transmission medium.
  • the decoding device 200 may perform decoding on a bitstream in intra mode or inter mode. Additionally, the decoding device 200 can generate a restored image or a decoded image through decoding, and output the restored image or a decoded image.
  • the switch 203 may be switched to intra mode. If the prediction mode used for decoding is the inter mode, the switch 203 may be switched to inter.
  • the decoding device 200 can decode the input bitstream to obtain a reconstructed residual block and generate a prediction block.
  • the decoding device 200 may generate a restored block to be decoded by adding the restored residual block and the prediction block.
  • the block to be decrypted may be referred to as the current block.
  • the entropy decoding unit 210 may generate symbols by performing entropy decoding according to a probability distribution for the bitstream.
  • the generated symbols may include symbols in the form of quantized levels.
  • the entropy decoding method may be the reverse process of the entropy encoding method described above.
  • the entropy decoder 210 can change one-dimensional vector form coefficients into two-dimensional block form through a transform coefficient scanning method in order to decode the transform coefficient level (quantized level).
  • the quantized level may be inversely quantized in the inverse quantization unit 220 and inversely transformed in the inverse transformation unit 230.
  • the quantized level may be generated as a restored residual block as a result of performing inverse quantization and/or inverse transformation.
  • the inverse quantization unit 220 may apply the quantization matrix to the quantized level.
  • the inverse quantization unit 220 and the inverse transform unit 230 applied to the decoding device may use the same technology as the inverse quantization unit 160 and the inverse transform section 170 applied to the above-described encoding device.
  • the intra prediction unit 240 may generate a prediction block by performing spatial prediction on the current block using sample values of already decoded blocks surrounding the decoding target block.
  • the intra prediction unit 240 applied to the decoding device may use the same technology as the intra prediction unit 120 applied to the above-described encoding device.
  • the motion compensation unit 250 may generate a prediction block by performing motion compensation on the current block using a motion vector and a reference image stored in the reference picture buffer 270.
  • the motion compensator 250 may generate a prediction block by applying an interpolation filter to a partial area in the reference image.
  • To perform motion compensation based on the coding unit, it can be determined whether the motion compensation method of the prediction unit included in the coding unit is skip mode, merge mode, AMVP mode, or current picture reference mode, and each mode Motion compensation can be performed according to .
  • the motion compensation unit 250 applied to the decoding device may use the same technology as the motion compensation unit 122 applied to the above-described encoding device.
  • the adder 201 may generate a restored block by adding the restored residual block and the prediction block.
  • the filter unit 260 may apply at least one of inverse-LMCS, deblocking filter, sample adaptive offset, and adaptive loop filter to the reconstructed block or reconstructed image.
  • the filter unit 260 applied to the decoding device may apply the same filtering technology as the filtering technology applied to the filter unit 180 applied to the above-described encoding device.
  • the filter unit 260 may output a restored image.
  • the reconstructed block or reconstructed image may be stored in the reference picture buffer 270 and used for inter prediction.
  • the restored block that has passed through the filter unit 260 may be part of a reference image.
  • the reference image may be a reconstructed image composed of reconstructed blocks that have passed through the filter unit 260.
  • the stored reference image can then be used for inter-screen prediction or motion compensation.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing a video coding system to which the present invention can be applied.
  • a video coding system may include an encoding device 10 and a decoding device 20.
  • the encoding device 10 may transmit encoded video and/or image information or data in file or streaming form to the decoding device 20 through a digital storage medium or network.
  • the encoding device 10 may include a video source generator 11, an encoder 12, and a transmitter 13.
  • the decoding device 20 may include a receiving unit 21, a decoding unit 22, and a rendering unit 23.
  • the encoder 12 may be called a video/image encoder
  • the decoder 22 may be called a video/image decoder.
  • the transmission unit 13 may be included in the encoding unit 12.
  • the receiving unit 21 may be included in the decoding unit 22.
  • the rendering unit 23 may include a display unit, and the display unit may be composed of a separate device or external component.
  • the video source generator 11 may acquire video/image through a video/image capture, synthesis, or creation process.
  • the video source generator 11 may include a video/image capture device and/or a video/image generation device.
  • a video/image capture device may include, for example, one or more cameras, a video/image archive containing previously captured video/images, etc.
  • Video/image generating devices may include, for example, computers, tablets, and smartphones, and are capable of generating video/images (electronically). For example, a virtual video/image may be created through a computer, etc., and in this case, the video/image capture process may be replaced by the process of generating related data.
  • the encoder 12 can encode the input video/image.
  • the encoder 12 can perform a series of procedures such as prediction, transformation, and quantization for compression and encoding efficiency.
  • the encoder 12 may output encoded data (encoded video/image information) in the form of a bitstream.
  • the detailed configuration of the encoding unit 12 may be the same as that of the encoding device 100 of FIG. 1 described above.
  • the transmission unit 13 may transmit encoded video/image information or data output in the form of a bitstream to the reception unit 21 of the decoding device 20 through a digital storage medium or network in the form of a file or streaming.
  • Digital storage media may include various storage media such as USB, SD, CD, DVD, Blu-ray, HDD, and SSD.
  • the transmission unit 13 may include elements for creating a media file through a predetermined file format and may include elements for transmission through a broadcasting/communication network.
  • the receiving unit 21 may extract/receive the bitstream from the storage medium or network and transmit it to the decoding unit 22.
  • the decoder 22 can decode the video/image by performing a series of procedures such as inverse quantization, inverse transformation, and prediction corresponding to the operations of the encoder 12.
  • the detailed configuration of the decoding unit 22 may be the same as that of the decoding device 200 of FIG. 2 described above.
  • the rendering unit 23 may render the decrypted video/image.
  • the rendered video/image may be displayed through the display unit.
  • 'Cross-component non-linear model' refers to a non-linear model representing the correlation between samples of the chrominance signal and the restored luminance component sample at the same location, and is referred to as 'cross-component non-linear model'. It may be named ‘component model’, ‘nonlinear cross-component model’, or ‘cross-component model using nonlinear model coefficients’.
  • CCLM cross-component linear model
  • Equation 1 shows a method of generating a color difference prediction block using a cross-component linear model.
  • Equation 1 pred C (i,j) represents the chrominance component sample predicted from the current coding unit (CU) block, and rec' L (i,j) represents the luminance component restored from the current coding unit block. Can represent down-sampled samples.
  • the chrominance component sample predicted from the coding unit block may be named a 'chrominance prediction block'
  • the luminance component sample restored from the coding unit block may be named a 'luminance restoration block'.
  • linear model coefficients ⁇ and ⁇ in Equation 1 can each be calculated using the linear minimum mean square error (LMMSE) method. Specifically, each value of the linear model coefficients ⁇ and ⁇ can be derived from neighboring samples.
  • LMMSE linear minimum mean square error
  • Equation 2 shows a method of generating a color difference prediction block using a cross-component nonlinear model.
  • Equation 2 ⁇ 0, ⁇ 1, and ⁇ 2 are model parameters and can be derived using the decomposition method.
  • the decomposition method is a reusable matrix decomposition method and may be any one of LU decomposition, LDL decomposition, and Cholesky decomposition. Using the above-described decomposition method, linear or nonlinear systems can be solved more efficiently.
  • the decomposition method is a matrix decomposition method that decomposes an arbitrary matrix into a product of matrices, and can be used to efficiently calculate matrices or various model coefficients when solving a linear equation system.
  • LU decomposition is a method of factorizing a matrix by multiplying a lower triangular matrix and an upper triangular matrix. In general, LU decomposition has the advantage of fast calculation speed.
  • LDL decomposition is a method of decomposing a symmetric positive definite matrix into the product of a diagonal matrix and a lower triangular matrix.
  • LDL decomposition is a more stable numerical calculation method than LU decomposition.
  • Cholesky decomposition is a method of factorizing a matrix by multiplying a lower triangular matrix and its conjugate transpose matrix. In general, Cholesky decomposition can be twice as efficient as LU decomposition for computing linear or nonlinear systems of equations.
  • bitDepth and midValue are the bit depth and mid-value.
  • bitDepth and midValue may be set to N and 2 N ⁇ 1 or 2 N-1 , respectively.
  • Equation 2 can consider both linear and non-linear relationships that exist between the restored luminance component and the chrominance component, and thus can generate an accurate chrominance prediction block.
  • the cross-component nonlinear model according to an embodiment of the present invention may be classified into an upper left cross-component nonlinear model, a top cross-component nonlinear model, and a left cross-component nonlinear model, depending on the location of the reference sample used to derive the model.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a reference sample for deriving the upper left cross-component nonlinear model (LT_CCM) according to an embodiment of the present invention.
  • a chrominance reference sample (Rec' C, 411) neighboring the chrominance block 410 is sampled and selected, and a chrominance reference sample (Rec' C , 411) neighboring the luminance block 400 is selected as a chrominance reference sample.
  • Cross-component nonlinear model coefficients can be derived from the down-sampled luminance reference sample (Rec' L , 401) corresponding to the same position of the sample 411. That is, the upper left cross-component nonlinear model coefficients can be derived based on the chrominance reference sample 411 and the down-sampled luminance reference sample 401 corresponding to the same position.
  • the sampling ratio can be arbitrarily determined.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a reference sample for deriving a top cross-component nonlinear model (T_CCM) according to an embodiment of the present invention.
  • the surrounding reference sample used to derive the cross-component non-linear model parameter is the upper reference sample W'.
  • a chrominance reference sample (Rec' C, 511) neighboring the chrominance block 510 is sampled and selected, and a chrominance reference sample (Rec' C , 511) neighboring the luminance block 500 is selected as a chrominance reference sample.
  • Cross-component nonlinear model coefficients can be derived from the down-sampled luminance reference sample (Rec' L , 501) corresponding to the same position of the sample 511. That is, the top cross-component nonlinear model coefficients can be derived based on the chrominance reference sample 511 and the down-sampled luminance reference sample 501 corresponding to the same position.
  • the sampling ratio can be arbitrarily determined.
  • the upper reference sample W' which is a peripheral reference sample used to derive the upper cross-component nonlinear model coefficients
  • W' W
  • the surrounding reference sample used to derive the nonlinear model coefficients may be selected as an arbitrary surrounding reference sample.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a reference sample for deriving a left cross-component nonlinear model (L_CCM) according to an embodiment of the present invention.
  • the surrounding reference sample used to derive the cross-component non-linear model parameter is the left reference sample H'.
  • a chrominance reference sample (Rec' C, 611) neighboring the chrominance block 610 is sampled and selected, and a chrominance reference sample (Rec' C , 611) neighboring the luminance block 600 is selected as a chrominance reference sample.
  • Cross-component nonlinear model coefficients can be derived from the down-sampled luminance reference sample (Rec' L , 601) corresponding to the same position of the sample 611. That is, the left cross-component nonlinear model coefficients can be derived based on the chrominance reference sample 611 and the down-sampled luminance reference sample 601 corresponding to the same position.
  • the sampling ratio can be arbitrarily determined.
  • the left reference sample H' which is a peripheral reference sample used to derive the left cross-component nonlinear model coefficients
  • H' H
  • the surrounding reference sample used to derive the nonlinear model coefficients may be selected as an arbitrary surrounding reference sample.
  • Figure 7 is a diagram showing a syntax structure for a color difference intra prediction mode using a cross-component nonlinear model according to an embodiment of the present invention.
  • ccmEnabled is information indicating whether a cross-component nonlinear model is available. According to one embodiment, if the value of ccmEnabled is 1, it may indicate that the cross-component nonlinear model is available, and if the value of ccmEnabled is 0, it may indicate that the cross-component nonlinear model is not available. Meanwhile, if the value of ccmEnabled is 1, ccm_mode_flag may be signaled.
  • ccm_mode_flag is flag information indicating the color difference intra prediction mode based on the cross-component nonlinear model. According to one embodiment, when the value of ccm_mode_flag is 1, it indicates a color difference intra prediction mode based on a cross-component nonlinear model, and when the value of ccm_mode_flag is 0, it indicates a general color difference intra prediction mode not based on a cross-component nonlinear model. You can.
  • intra_chroma_pred_mode indicating the type of general color difference intra prediction mode may be signaled.
  • intra_chroma_pred_mode may indicate any one of direct mode (DM), planner mode, DC mode, vertical mode, and horizontal mode.
  • ccm_mode_idx is index information indicating the type of cross-component nonlinear model, and may indicate one of the upper left cross-component nonlinear model, the upper cross-component nonlinear model, and the left cross-component nonlinear model.
  • Figure 8 is a diagram showing a syntax structure for a color difference intra prediction mode using a cross-component nonlinear model and a cross-component linear model according to an embodiment of the present invention.
  • ccmEnabled is information indicating whether a cross-component model is available.
  • a value of ccmEnabled of 1 may indicate that the cross-component model is available, and a value of ccmEnabled of 0 may indicate that the cross-component model is not available.
  • the cross-component model may include a cross-component linear model and a cross-component nonlinear model. Meanwhile, if the value of ccmEnabled is 1, ccm_mode_flag may be signaled.
  • ccm_mode_flag is flag information indicating the color difference intra prediction mode based on the cross-component model. According to one embodiment, when the value of ccm_mode_flag is 1, a color difference intra prediction mode based on a cross-component model may be indicated, and when the value of ccm_mode_flag is 0, a general color difference intra prediction mode not based on a cross-component model may be indicated. .
  • intra_chroma_pred_mode indicating the type of general color difference intra prediction mode may be signaled.
  • intra_chroma_pred_mode may indicate any one of direct mode (DM), planner mode, DC mode, vertical mode, and horizontal mode.
  • ccm_linear_model_flag is flag information that distinguishes between a cross-component linear model and a cross-component non-linear model. If the value of ccm_linear_model_flag is 1, it indicates a cross-component linear model, and if the value of ccm_linear_model_flag is 0, it can indicate a cross-component non-linear model.
  • ccm_mode_idx is index information indicating the type of cross-component model, and can indicate any one of the upper left cross-component model, top cross-component model, and left cross-component model.
  • any one of the upper left cross component linear model, the top cross component linear model, and the left cross component linear model can be used depending on the ccm_mode_idx value.
  • the ccm_linear_model_flag value is 0, any one of the upper left cross component nonlinear model, the top cross component nonlinear model, and the left cross component nonlinear model can be used depending on the ccm_mode_idx value.
  • the syntax structure proposed in FIG. 8 variably selects linear model coefficients and non-linear model coefficients at the coding unit (CU) block level depending on the signaled syntax element to derive a cross-component model for generating a chrominance prediction block. You can.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an image decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the image decoding method of FIG. 9 may be performed by an image decoding device.
  • the image decoding device can derive cross-component nonlinear model coefficients using a reference sample (S910).
  • the cross-component nonlinear model may be any one of the top left cross-component nonlinear model, the top cross-component nonlinear model, and the left cross-component nonlinear model.
  • the reference sample for deriving the cross-component nonlinear model coefficients is a reference sample located at the upper left of the chrominance prediction block and the upper left of the corresponding luminance block of the chrominance prediction block. May include located reference samples.
  • the reference sample for deriving the cross-component nonlinear model coefficients is a reference sample located at the top of the chrominance prediction block and a reference sample located at the top of the corresponding luminance block of the chrominance prediction block. Reference samples may be included.
  • the reference sample for deriving the cross-component nonlinear model coefficients is a reference sample located to the left of the chrominance prediction block and a reference sample located to the left of the corresponding luminance block of the chrominance prediction block. Reference samples may be included.
  • reference samples for deriving cross-component nonlinear model coefficients may include reference samples neighboring a chrominance prediction block and down-sampled reference samples neighboring a luminance block corresponding to the chrominance prediction block.
  • cross-component nonlinear model coefficients may be derived based on any one of the decomposition methods of LU decomposition, LDL decomposition, and Cholesky decomposition.
  • step S910 An example of deriving the cross-component nonlinear model coefficients in step S910 is described in detail in FIGS. 4 to 6.
  • the video decoding device can derive a cross-component nonlinear model based on the cross-component nonlinear model coefficients (S920).
  • a cross-component nonlinear model may be derived based on the derived cross-component nonlinear model coefficients, bit depth, and intermediate values.
  • Equation 2 An example of deriving the cross-component nonlinear model in step S920 is described in detail in Equation 2.
  • the image decoding device can generate a chrominance prediction block using the cross-component nonlinear model (S930).
  • the video decoding device may obtain model information indicating either a cross-component linear model or a cross-component non-linear model from the bitstream before step S910.
  • the model information may be ccm_linear_model_flag in FIG. 8.
  • bitstream can be generated by an image encoding method including the steps described in FIG. 9.
  • the bitstream may be stored in a non-transitory computer-readable recording medium and may also be transmitted (or streamed).
  • Figure 10 is a diagram illustrating an exemplary content streaming system to which an embodiment according to the present invention can be applied.
  • a content streaming system to which an embodiment of the present invention is applied may largely include an encoding server, a streaming server, a web server, a media storage, a user device, and a multimedia input device.
  • the encoding server compresses content input from multimedia input devices such as smartphones, cameras, CCTV, etc. into digital data, generates a bitstream, and transmits it to the streaming server.
  • multimedia input devices such as smartphones, cameras, CCTV, etc. directly generate bitstreams
  • the encoding server may be omitted.
  • the bitstream may be generated by an image encoding method and/or an image encoding device to which an embodiment of the present invention is applied, and the streaming server may temporarily store the bitstream in the process of transmitting or receiving the bitstream.
  • the streaming server transmits multimedia data to the user device based on a user request through a web server, and the web server can serve as a medium to inform the user of what services are available.
  • the web server delivers it to a streaming server, and the streaming server can transmit multimedia data to the user.
  • the content streaming system may include a separate control server, and in this case, the control server may control commands/responses between each device in the content streaming system.
  • the streaming server may receive content from a media repository and/or encoding server. For example, when receiving content from the encoding server, the content can be received in real time. In this case, in order to provide a smooth streaming service, the streaming server may store the bitstream for a certain period of time.
  • Examples of the user devices include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation, slate PCs, Tablet PC, ultrabook, wearable device (e.g. smartwatch, smart glass, head mounted display), digital TV, desktop There may be computers, digital signage, etc.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • navigation slate PCs
  • Tablet PC ultrabook
  • wearable device e.g. smartwatch, smart glass, head mounted display
  • digital TV desktop There may be computers, digital signage, etc.
  • Each server in the content streaming system may be operated as a distributed server, and in this case, data received from each server may be distributedly processed.
  • an image can be encoded/decoded using at least one or a combination of at least one of the above embodiments.
  • the order in which the above embodiments are applied may be different in the encoding device and the decoding device. Alternatively, the order in which the above embodiments are applied may be the same in the encoding device and the decoding device.
  • the above embodiments can be performed for each luminance and chrominance signal.
  • the above embodiments for luminance and chrominance signals can be performed in the same way.
  • the above embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.
  • Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the computer software field.
  • the bitstream generated by the encoding method according to the above embodiment may be stored in a non-transitory computer-readable recording medium. Additionally, the bitstream stored in the non-transitory computer-readable recording medium can be decoded using the decoding method according to the above embodiment.
  • examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. -optical media), and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.
  • Examples of program instructions include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing according to the invention and vice versa.
  • the present invention can be used in devices that encode/decode images and recording media that store bitstreams.

Landscapes

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

Abstract

영상 부호화/복호화 방법, 장치, 비트스트림을 저장한 기록 매체 및 전송 방법이 제공된다. 영상 복호화 방법은 참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계, 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계 및 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체
본 발명은 영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 교차 성분 비선형 모델을 이용하는 영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체에 관한 것이다.
최근 UHD(Ultra High Definition) 영상과 같은 고해상도, 고품질의 영상에 대한 수요가 다양한 응용 분야에서 증가하고 있다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질이 될수록 기존의 영상 데이터에 비해 상대적으로 데이터량이 증가하기 때문에 기존의 유무선 광대역 회선과 같은 매체를 이용하여 영상 데이터를 전송하거나 기존의 저장 매체를 이용해 저장하는 경우, 전송 비용과 저장 비용이 증가하게 된다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질화 됨에 따라 발생하는 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 더 높은 해상도 및 화질을 갖는 영상에 대한 고효율 영상 부호화(encoding)/복호화(decoding) 기술이 요구된다.
교차 성분 선형 모델(Cross-component linear model, CCLM)을 이용하여 휘도 성분 신호와 색차 성분 신호 간에 존재하는 중복성을 제거하여 색차 신호를 예측할 수 있다.
그러나, 복원된 휘도 성분과 색차 성분 사이에 선형 관계뿐만 아니라 비선형 관계가 존재하면, 교차 성분 선형 모델에 기반한 색차 신호 예측은 정확도가 떨어질 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 부호화/복호화 효율이 향상된 영상 부호화/복호화 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 영상 복호화 방법 또는 장치에 의해 생성된 비트스트림을 저장한 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 교차 성분 비선형 모델 유도 방법 및 교차 성분 비선형 모델에 기반한 색차 예측 블록 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법은, 참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계, 상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계 및 상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 교차 성분 비선형 모델은 좌상단 교차 성분 비선형 모델, 상단 교차 성분 비선형 모델 및 좌측 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나일 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 교차 성분 비선형 모델이 좌상단 교차 성분 비선형 모델인 경우, 상기 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 좌상단에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 좌상단에 위치한 참조 샘플을 포함할 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 교차 성분 비선형 모델이 상단 교차 성분 비선형 모델인 경우, 상기 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 상단에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 상단에 위치한 참조 샘플을 포함할 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 교차 성분 비선형 모델이 좌측 교차 성분 비선형 모델인 경우, 상기 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 좌측에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 좌측에 위치한 참조 샘플을 포함할 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 참조 샘플은, 상기 색차 예측 블록에 이웃하는 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록에 대응하는 휘도 블록의 이웃하는 다운 샘플된 참조 샘플을 포함할 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 교차 성분 선형 모델 및 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나를 지시하는 모델 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 교차 성분 비선형 모델은, 상기 교차 성분 비선형 모델 계수, 비트 깊이 및 중간 값에 기초하여 유도될 수 있다.
상기 영상 복호화 방법에 있어서, 상기 교차 성분 비선형 모델 계수는, LU 분해, LDL 분해 및 촐레스키 분해 중 어느 하나의 분해 방법에 기초하여 유도될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계, 상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계 및 상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 기록 매체는, 참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계, 상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계 및 상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하는 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전송 방법은, 상기 전송 방법은 상기 비트스트림은 전송하는 단계를 포함하고 참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계, 상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계 및 상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하는 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 전송할 수 있다.
본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 부호화/복호화 효율이 향상된 영상 부호화/복호화 방법 및 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 교차 성분 비선형 모델 유도 방법 및 교차 성분 비선형 모델에 기반한 색차 예측 블록 생성 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 색차 블록을 더 정확하게 예측할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 비디오 코딩 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌상단 교차 성분 비선형 모델을 유도하기 위한 참조 샘플을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상단 교차 성분 비선형 모델을 유도하기 위한 참조 샘플을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌측 교차 성분 비선형 모델 을 유도하기 위한 참조 샘플을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차 성분 비선형 모델을 이용하는 색차 인트라 예측 모드에 대한 신택스 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차 성분 비선형 모델과 교차 성분 선형 모델을 이용하는 색차 인트라 예측 모드에 대한 신택스 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 복호화 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10는 본 발명에 따른 실시예가 적용될 수 있는 컨텐츠 스트리밍 시스템을 예시적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 예시적으로 제공될 수 있다. 후술하는 예시적 실시예들에 대한 상세한 설명은, 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 실시예를 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 다양한 실시예들은 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 실시예의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 예시적 실시예들의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
본 발명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
실시예에서 용어 "적어도 하나(at least one)"는 1, 2, 3 및 4와 같은 1 이상의 개수들 중 하나를 의미할 수 있다. 실시예에서 용어 "복수(a plurality of)"는 2, 3 및 4와 같은 2 이상의 개수들 중 하나를 의미할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하고, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
용어 설명
이하에서, “영상”은 동영상(video)을 구성하는 하나의 픽처(picture)를 의미할 수 있으며, 동영상 자체를 나타낼 수도 있다. 예를 들면, "영상의 부호화 및/또는 복호화"는 "동영상의 부호화 및/또는 복호화"를 의미할 수 있으며, "동영상을 구성하는 영상들 중 하나의 영상의 부호화 및/또는 복호화"를 의미할 수도 있다.
이하에서, "동영상" 및 "비디오"는 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다. 또한, 대상 영상은 부호화의 대상인 부호화 대상 영상 및/또는 복호화의 대상인 복호화 대상 영상일 수 있다. 또한, 대상 영상은 부호화 장치로 입력된 입력 영상일 수 있고, 복호화 장치로 입력된 입력 영상일 수 있다. 여기서, 대상 영상은 현재 영상과 동일한 의미를 가질 수 있다.
이하에서, 부호화기 및 영상 부호화 장치는 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, 복호화기 및 영상 복호화 장치는 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, "영상(image)", "픽처(picture)", "프레임(frame)" 및 "스크린(screen)"은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, “대상 블록”은 부호화의 대상인 부호화 대상 블록 및/또는 복호화의 대상인 복호화 대상 블록일 수 있다. 또한, 대상 블록은 현재 부호화 및/또는 복호화의 대상인 현재 블록일 수 있다. 예를 들면, "대상 블록" 및 "현재 블록"은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, "블록" 및 "유닛"은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다. 또한, “유닛”은 블록과 구분하여 지칭하기 위해 휘도(Luma) 성분 블록과 그에 대응하는 색차(Chroma) 성분 블록을 포함한 것을 의미할 수 있다. 일 예로, 부호화 트리 유닛(Coding Tree Unit, CTU)은 하나의 휘도 성분(Y) 부호화 트리 블록(Coding Tree Block, CTB)과 관련된 두 색차 성분(Cb, Cr) 부호화 트리 블록들로 구성될 수 있다.
이하에서, “샘플”, “화소” 및 “픽셀”은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다. 여기서, 샘플은 블록을 구성하는 기본 단위를 나타낼 수 있다.
이하에서, “인터” 및 “화면 간”은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, “인트라” 및 “화면 내”는 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
부호화 장치(100)는 인코더, 비디오 부호화 장치 또는 영상 부호화 장치일 수 있다. 비디오는 하나 이상의 영상들을 포함할 수 있다. 부호화 장치(100)는 하나 이상의 영상들을 순차적으로 부호화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 부호화 장치(100)는 영상 분할부(110), 인트라 예측부(120), 움직임 예측부(121), 움직임 보상부(122), 스위치(115), 감산기(113), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(117), 필터부(180) 및 참조 픽처 버퍼(190)를 포함할 수 있다.
또한, 부호화 장치(100)는 입력 영상에 대한 부호화를 통해 부호화된 정보를 포함하는 비트스트림을 생성할 수 있고, 생성된 비트스트림을 출력할 수 있다. 생성된 비트스트림은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장될 수 있거나, 유/무선 전송 매체를 통해 스트리밍될 수 있다.
영상 분할부(110)는 동영상 부호화/복호화의 효율을 높이기 위해, 입력 영상을 다양한 형태로 분할할 수 있다. 즉, 입력 동영상은 다수의 픽처로 구성되어 있고 하나의 픽처는 압축 효율, 병렬처리 등을 위하여 계층적으로 분할되어 처리될 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽처를 하나 또는 다수개의 타일(tile) 또는 슬라이스(slice)로 분할하고 다시 다수개의 CTU (Coding Tree Unit)로 분할할 수 있다. 또 다른 방식으로, 먼저 하나의 픽처를 직사각형 모양의 슬라이스의 그룹으로 정의되는 다수개의 서브픽처(sub-picture)로 분할하고, 각 서브픽처를 상기 타일/슬라이스로 분할할 수도 있다. 여기서, 서브픽처는 픽처를 부분적으로 독립 부호화/복호화 및 전송하는 기능을 지원하기 위하여 활용될 수 있다. 여러 개의 서브픽처는 각각 개별적으로 복원 가능하기에 멀티 채널 입력을 하나의 픽처로 구성하는 응용에 있어서 편집이 용이하다는 장점을 가지게 된다. 또한, 타일을 횡방향으로 분할하여 브릭(brick)을 생성할 수도 있다. 여기서, 브릭(brick)은 픽처내 병렬처리의 기본 단위로 활용할 수 있다. 또한, 하나의 CTU는 쿼드 트리(QT: Quadtree)로 재귀적으로 분할될 수 있고, 분할의 말단 노드를 CU (Coding Unit)라고 정의할 수 있다. CU는 예측 단위인 PU(Prediction Unit)와 변환 단위인 TU (Transform Unit)로 분할되어 예측과 분할이 수행될 수 있다. 한편, CU는 예측 단위 및/또는 변환 단위 그 자체로 활용할 수 있다. 여기서, 유연한 분할을 위하여 각 CTU는 쿼드 트리(QT) 뿐만 아니라 멀티타입 트리(MTT: Multi-Type Tree)로 재귀적으로 분할될 수도 있다. CTU는 QT의 말단 노드에서 멀티타입 트리로 분할이 시작될 수 있으며 MTT는 BT(Binary Tree)와 TT(Triple Tree)로 구성될 수 있다. 예를 들어, MTT구조에는 수직 이진 분할모드(SPLIT_BT_VER), 수평 이진 분할모드(SPLIT_BT_HOR), 수직 삼항 분할모드(SPLIT_TT_VER), 수평 삼항 분할모드(SPLIT_TT_HOR)로 구분될 수 있다. 또한, 분할 시 휘도 블록의 쿼드 트리의 최소 블록 크기(MinQTSize)는 16x16이고 바이너리 트리의 최대블록 크기(MaxBtSize)는 128x128, 트리플 트리의 최대 블록 크기(MaxTtSize)는 64x64로 설정할 수 있다. 또한, 바이너리 트리의 최소 블록 크기(MinBtSize)와 트리플 트리의 최소 블록 크기(MinTtSize)는 4x4, 멀티 타입 트리의 최대 깊이(MaxMttDepth)는 4로 지정할 수 있다. 또한 I 슬라이스의 부호화 효율을 높이기 위하여 휘도와 색차성분의 CTU 분할 구조를 서로 다르게 사용하는 듀얼 트리(dual tree)를 적용할 수도 있다. 반면 P와 B슬라이스에서는 CTU 내의 휘도와 색차 CTB (Coding Tree Block)들이 코딩 트리 구조를 공유하는 싱글 트리(single tree)로 분할할 수 있다.
부호화 장치(100)는 입력 영상에 대해 인트라 모드 및/또는 인터 모드로 부호화를 수행할 수 있다. 또는, 부호화 장치(100)는 입력 영상에 대해 상기 인트라 모드 및 인터 모드가 아닌 제3의 모드 (예, IBC 모드, Palette 모드 등)로 부호화를 수행할 수도 있다. 단, 상기 제3의 모드가 인트라 모드 또는 인터 모드와 유사한 기능적 특징을 가지는 경우, 설명의 편의를 위해 인트라 모드 또는 인터 모드로 분류하기도 한다. 본 발명에서는 상기 제3의 모드에 대한 구체적인 설명이 필요한 경우에만 이를 별도로 분류하여 기술할 것이다.
예측 모드로 인트라 모드가 사용되는 경우 스위치(115)는 인트라로 전환될 수 있고, 예측 모드로 인터 모드가 사용되는 경우 스위치(115)는 인터로 전환될 수 있다. 여기서 인트라 모드는 화면 내 예측 모드를 의미할 수 있으며, 인터 모드는 화면 간 예측 모드를 의미할 수 있다. 부호화 장치(100)는 입력 영상의 입력 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 또한, 부호화 장치(100)는 예측 블록이 생성된 후, 입력 블록 및 예측 블록의 차분(residual)을 사용하여 잔여 블록을 부호화할 수 있다. 입력 영상은 현재 부호화의 대상인 현재 영상으로 칭해질 수 있다. 입력 블록은 현재 부호화의 대상인 현재 블록 혹은 부호화 대상 블록으로 칭해질 수 있다.
예측 모드가 인트라 모드인 경우, 인트라 예측부(120)는 현재 블록의 주변에 이미 부호화/복호화된 블록의 샘플을 참조 샘플로서 이용할 수 있다. 인트라 예측부(120)는 참조 샘플을 이용하여 현재 블록에 대한 공간적 예측을 수행할 수 있고, 공간적 예측을 통해 입력 블록에 대한 예측 샘플들을 생성할 수 있다. 여기서 인트라 예측은 화면 내 예측을 의미할 수 있다.
인트라 예측 방식으로, DC 모드, Planar 모드와 같은 무방향성 예측 모드와 방향성 예측 모드 (예, 65개 방향)가 적용될 수 있다. 여기서, 인트라 예측 방식은 인트라 예측 모드 또는 화면 내 예측 모드로 표현될 수 있다.
예측 모드가 인터 모드인 경우, 움직임 예측부(121)는, 움직임 예측 과정에서 참조 영상으로부터 입력 블록과 가장 매치가 잘 되는 영역을 검색할 수 있고, 검색된 영역을 이용하여 움직임 벡터를 도출할 수 있다. 이때, 상기 영역으로 탐색 영역을 사용할 수 있다. 참조 영상은 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다. 여기서, 참조 영상에 대한 부호화/복호화가 처리되었을 때 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다.
움직임 보상부(122)는 움직임 벡터를 이용하는 움직임 보상을 수행함으로써 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 여기서 인터 예측은 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 의미할 수 있다.
상기 움직임 예측부(121)과 움직임 보상부(122)는 움직임 벡터의 값이 정수 값을 가지지 않을 경우에 참조 영상 내의 일부 영역에 대해 보간 필터(Interpolation Filter)를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행하기 위해 부호화 유닛을 기준으로 해당 부호화 유닛에 포함된 예측 유닛의 움직임 예측 및 움직임 보상 방법이 스킵 모드(Skip Mode), 머지 모드(Merge Mode), 향상된 움직임 벡터 예측(Advanced Motion Vector Prediction; AMVP) 모드, 인트라 블록 카피(Intra Block Copy; IBC) 모드 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있고, 각 모드에 따라 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 상기 화면 간 예측 방법을 기초로, sub-PU 기반 예측의 AFFINE 모드, SbTMVP (Subblock-based Temporal Motion Vector Prediction) 모드, 및 PU 기반 예측의 MMVD(Merge with MVD) 모드, GPM(Geometric Partitioning Mode) 모드를 적용할 수도 있다. 또한, 각 모드의 성능 향상을 위하여 HMVP(History based MVP), PAMVP(Pairwise Average MVP), CIIP(Combined Intra/Inter Prediction), AMVR(Adaptive Motion Vector Resolution), BDOF(Bi-Directional Optical-Flow), BCW(Bi-predictive with CU Weights), LIC (Local Illumination Compensation), TM(Template Matching), OBMC(Overlapped Block Motion Compensation) 등을 적용할 수도 있다.
이 중, AFFINE 모드는 AMVP와 MERGE 모드에서 모두 사용되고 부호화 효율 또한 높은 기술이다. 종래 동영상 코딩 표준에서는 블록의 평행이동만을 고려하여 MC(Motion Compensation)를 수행하기 때문에 줌 인/아웃(zoom in/out), 회전(rotation)과 같이 현실에서 발생하는 움직임을 제대로 보상하지 못하는 단점이 있었다. 이를 보완하여, 두 개의 컨트롤 포인트 움직임 벡터(control point motion vector, CPMV)를 사용하는 4 파라미터 어파인 움직임 모델과 세 개의 컨트롤 포인트 움직임 벡터를 사용하는 6 파라미터 어파인 움직임 모델을 사용하여 인터 예측에 적용할 수 있다. 여기서, CPMV는 현재 블록의 왼쪽 상단, 오른쪽 상단, 왼쪽 하단 중 어느 하나의 어파인 움직임 모델을 표현하는 벡터이다.
감산기(113)는 입력 블록 및 예측 블록의 차분을 사용하여 잔여 블록을 생성할 수 있다. 잔여 블록은 잔여 신호로 칭해질 수도 있다. 잔여 신호는 원 신호 및 예측 신호 간의 차이(difference)를 의미할 수 있다. 또는, 잔여 신호는 원신호 및 예측 신호 간의 차이를 변환(transform)하거나, 양자화하거나, 또는 변환 및 양자화함으로써 생성된 신호일 수 있다. 잔여 블록은 블록 단위의 잔여 신호일 수 있다.
변환부(130)는 잔여 블록에 대해 변환(transform)을 수행하여 변환 계수(transform coefficient)를 생성할 수 있고, 생성된 변환 계수를 출력할 수 있다. 여기서, 변환 계수는 잔여 블록에 대한 변환을 수행함으로써 생성된 계수 값일 수 있다. 변환 생략(transform skip) 모드가 적용되는 경우, 변환부(130)는 잔여 블록에 대한 변환을 생략할 수도 있다.
변환 계수 또는 잔여 신호에 양자화를 적용함으로써 양자화된 레벨(quantized level)이 생성될 수 있다. 이하, 실시예들에서는 양자화된 레벨도 변환 계수로 칭해질 수 있다.
일 예로, 화면내 예측을 통해 생성된 4x4 휘도 잔차 블록은 DST(Discrete Sine Transform) 기반 기저 벡터를 통해 변환하며, 나머지 잔차 블록에 대해서는 DCT(Discrete Cosine Transform) 기반의 기저 벡터를 사용하여 변환을 수행할 수 있다. 또한 RQT(Residual Quad Tree) 기술을 통하여 하나의 블록에 대하여 변환 블록을 쿼드 트리 형태로 분할하며 RQT를 통해 분할된 각 변환 블록에 대하여 변환과 양자화를 수행하고 난 후 모든 계수가 0이 되는 경우의 부호화 효율을 높이기 위해 cbf(coded block flag)를 전송할 수 있다.
또 다른 대안으로는, 여러 변환 기저를 선택적으로 사용하여 변환을 수행하는 MTS(Multiple Transform Selection) 기술을 적용할 수도 있다. 즉, CU를 RQT를 통해 TU로 분할하지 않고, SBT(Sub-block Transform) 기술을 통해 TU분할과 유사한 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, SBT는 화면 간 예측 블록에만 적용되며 RQT와 달리 현재 블록을 수직 혹은 수평 방향으로 ½ 혹은 ¼ 크기로 분할한 뒤 그 중 하나의 블록에 대해서만 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수직으로 분할된 경우 맨 왼쪽 혹은 맨 오른쪽 블록에 대해 변환을 수행하고, 수평으로 분할된 경우 맨 위쪽 혹은 맨 아래쪽 블록에 대하여 변환을 수행할 수 있다.
또한 DCT 또는 DST를 통해 주파수 영역으로 변환된 잔차 신호를 추가 변환하는 2차 변환 (secondary transform) 기술인 LFNST(Low Frequency Non-Separable Transform)를 적용할 수도 있다. LFNST는 좌측 상단의 4x4 또는 8x8의 저주파수 영역에 대해서 변환을 추가적으로 수행하여 잔차 계수를 좌측 상단으로 집중시킬 수 있게 된다.
양자화부(140)는 변환 계수 또는 잔여 신호를 양자화 매개변수 (QP, Quantization parameter)에 따라 양자화함으로써 양자화된 레벨을 생성할 수 있고, 생성된 양자화된 레벨을 출력할 수 있다. 이때, 양자화부(140)에서는 양자화 행렬을 사용하여 변환 계수를 양자화할 수 있다.
일 예로, 0~51 QP 값을 사용하는 양자화기를 사용할 수 있다. 또는, 영상의 크기가 보다 크고 높은 부호화 효율이 요구되는 경우에는, 0~63 QP를 사용할 수도 있다. 또한 하나의 양자화기를 사용하는 것이 아닌 두 개의 양자화기를 사용하는 DQ(Dependent Quantization) 방법을 적용할 수도 있다. DQ는 두개의 양자화기(예, Q0, Q1)를 사용하여 양자화를 수행하되, 특정 양자화기 사용에 대한 정보를 시그널링 하지 않더라도, 상태 전이 모델을 통해 현재 상태에 기반하여 다음 변환 계수에 사용할 양자화기가 선택되도록 적용할 수 있다.
엔트로피 부호화부(150)는, 양자화부(140)에서 산출된 값들 또는 부호화 과정에서 산출된 부호화 파라미터(Coding Parameter) 값들 등에 대하여 확률 분포에 따른 엔트로피 부호화를 수행함으로써 비트스트림(bitstream)을 생성할 수 있고, 비트스트림을 출력할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 영상의 샘플에 관한 정보 및 영상의 복호화를 위한 정보에 대한 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 예를 들면, 영상의 복호화를 위한 정보는 구문 요소(syntax element) 등을 포함할 수 있다.
엔트로피 부호화가 적용되는 경우, 높은 발생 확률을 갖는 심볼(symbol)에 적은 수의 비트가 할당되고 낮은 발생 확률을 갖는 심볼에 많은 수의 비트가 할당되어 심볼이 표현됨으로써, 부호화 대상 심볼들에 대한 비트열의 크기가 감소될 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 엔트로피 부호화를 위해 지수 골롬(exponential Golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 엔트로피 부호화부(150)는 가변 길이 부호화(Variable Length Coding/Code; VLC) 테이블을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 또한 엔트로피 부호화부(150)는 대상 심볼의 이진화(binarization) 방법 및 대상 심볼/빈(bin)의 확률 모델(probability model)을 도출한 후, 도출된 이진화 방법, 확률 모델, 문맥 모델(Context Model)을 사용하여 산술 부호화를 수행할 수도 있다.
관련하여, CABAC을 적용함에 있어서, 복호화 장치에서 저장되는 확률 테이블의 크기를 줄이고자, 테이블 확률 업데이트 방식을 간단한 수식을 통한 테이블 업데이트 방식으로 변경하여 적용할 수도 있다. 또한 더 정확한 심볼의 확률 값을 얻기 위하여 2개의 서로 다른 확률 모델을 사용할 수도 있다.
엔트로피 부호화부(150)는 변환 계수 레벨(양자화된 레벨)을 부호화하기 위해 변환 계수 스캐닝(Transform Coefficient Scanning) 방법을 통해 2차원의 블록 형태(form) 계수를 1차원의 벡터 형태로 변경할 수 있다.
부호화 파라미터(Coding Parameter)는 구문 요소 (syntax element)와 같이 부호화 장치(100)에서 부호화되어 복호화 장치(200)로 시그널링되는 정보(플래그, 색인 등)뿐만 아니라, 부호화 과정 혹은 복호화 과정에서 유도되는 정보를 포함할 수 있으며, 영상을 부호화하거나 복호화할 때 필요한 정보를 의미할 수 있다.
여기서, 플래그 혹은 색인을 시그널링(signaling)한다는 것은 인코더에서는 해당 플래그 혹은 색인을 엔트로피 부호화(Entropy Encoding)하여 비트스트림(Bitstream)에 포함하는 것을 의미할 수 있고, 디코더에서는 비트스트림으로부터 해당 플래그 혹은 색인을 엔트로피 복호화(Entropy Decoding)하는 것을 의미할 수 있다.
부호화된 현재 영상은 이후에 처리되는 다른 영상에 대한 참조 영상으로서 사용될 수 있다. 따라서, 부호화 장치(100)는 부호화된 현재 영상을 다시 복원 또는 복호화할 수 있고, 복원 또는 복호화된 영상을 참조 영상으로 참조 픽처 버퍼(190)에 저장할 수 있다.
양자화된 레벨은 역양자화부(160)에서 역양자화(dequantization)될 수 있고. 역변환부(170)에서 역변환(inverse transform)될 수 있다. 역양자화 및/또는 역변환된 계수는 가산기(117)를 통해 예측 블록과 합해질 수 있다, 역양자화 및/또는 역변환된 계수와 예측 블록을 합함으로써 복원 블록(reconstructed block)이 생성될 수 있다. 여기서, 역양자화 및/또는 역변환된 계수는 역양자화 및 역변환 중 적어도 하나 이상이 수행된 계수를 의미하며, 복원된 잔여 블록을 의미할 수 있다. 상기 역양자화부(160) 및 역변환부(170)는 양자화부(140) 및 변환부(130)의 역과정으로 수행될 수 있다.
복원 블록은 필터부(180)를 거칠 수 있다. 필터부(180)는 디블록킹 필터(deblocking filter), 샘플 적응적 오프셋(Sample Adaptive Offset; SAO), 적응적 루프 필터(Adaptive Loop Filter; ALF), 양방향 필터 (Bilateral filter; BIF), LMCS (Luma Mapping with Chroma Scaling) 등을 복원 샘플, 복원 블록 또는 복원 영상에, 전부 또는 일부 필터링 기술로 적용할 수 있다. 필터부(180)는 인-루프 필터(in-loop filter)로 칭해질 수도 있다. 이때, 인-루프 필터(in-loop filter)는 LMCS를 제외하는 명칭으로 사용하기도 한다.
디블록킹 필터는 블록들 간의 경계에서 발생한 블록 왜곡을 제거할 수 있다. 디블록킹 필터를 수행할지 여부를 판단하기 위해 블록에 포함된 몇 개의 열 또는 행에 포함된 샘플을 기초로 현재 블록에 디블록킹 필터 적용할지 여부를 판단할 수 있다. 블록에 디블록킹 필터를 적용하는 경우 필요한 디블록킹 필터링 강도에 따라 서로 다른 필터를 적용할 수 있다.
샘플 적응적 오프셋을 이용하여 부호화 에러를 보상하기 위해 샘플 값에 적정 오프셋(offset) 값을 더할 수 있다. 샘플 적응적 오프셋은 디블록킹을 수행한 영상에 대해 샘플 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있다. 영상에 포함된 샘플을 일정한 수의 영역으로 구분한 후 오프셋을 수행할 영역을 결정하고 해당 영역에 오프셋을 적용하는 방법 또는 각 샘플의 에지 정보를 고려하여 오프셋을 적용하는 방법을 사용할 수 있다.
양방향 필터 (Bilateral filter; BIF) 또한 디블록킹을 수행한 영상에 대해 샘플 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있다.
적응적 루프 필터는 복원 영상 및 원래의 영상을 비교한 값에 기반하여 필터링을 수행할 수 있다. 영상에 포함된 샘플을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. 적응적 루프 필터를 적용할지 여부에 관련된 정보는 부호화 유닛(Coding Unit, CU) 별로 시그널링될 수 있고, 각각의 블록에 따라 적용될 적응적 루프 필터의 모양 및 필터 계수는 달라질 수 있다.
LMCS(Luma Mapping with Chroma Scaling)에서, 루마 매핑(LM, Luma-mapping)은 piece-wise 선형 모델을 통해 휘도 값을 재맵핑 하는 것을 의미하고, 크로마 스케일링(CS, Chroma scaling)은 예측 신호의 평균 휘도 값에 따라 색차 성분의 잔차 값을 스케일링해주는 기술을 의미한다. 특히, LMCS는 HDR(High Dynamic Range) 영상의 특성을 반영한 HDR 보정 기술로 활용될 수 있다.
필터부(180)를 거친 복원 블록 또는 복원 영상은 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다. 필터부(180)를 거친 복원 블록은 참조 영상의 일부일 수 있다. 말하자면, 참조 영상은 필터부(180)를 거친 복원 블록들로 구성된 복원 영상일 수 있다. 저장된 참조 영상은 이후 화면 간 예측 혹은 움직임 보상에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용되는 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
복호화 장치(200)는 디코더, 비디오 복호화 장치 또는 영상 복호화 장치일 수 있다.
도 2를 참조하면, 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화부(220), 역변환부(230), 인트라 예측부(240), 움직임 보상부(250), 가산기(201), 스위치 (203), 필터부(260) 및 참조 픽처 버퍼(270)를 포함할 수 있다.
복호화 장치(200)는 부호화 장치(100)에서 출력된 비트스트림을 수신할 수 있다. 복호화 장치(200)는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장된 비트스트림을 수신하거나, 유/무선 전송 매체를 통해 스트리밍되는 비트스트림을 수신할 수 있다. 복호화 장치(200)는 비트스트림에 대하여 인트라 모드 또는 인터 모드로 복호화를 수행할 수 있다. 또한, 복호화 장치(200)는 복호화를 통해 복원된 영상 또는 복호화된 영상을 생성할 수 있고, 복원된 영상 또는 복호화된 영상을 출력할 수 있다.
복호화에 사용되는 예측 모드가 인트라 모드인 경우 스위치(203)가 인트라로 전환될 수 있다. 복호화에 사용되는 예측 모드가 인터 모드인 경우 스위치(203)가 인터로 전환될 수 있다.
복호화 장치(200)는 입력된 비트스트림을 복호화하여 복원된 잔여 블록(reconstructed residual block)을 획득할 수 있고, 예측 블록을 생성할 수 있다. 복원된 잔여 블록 및 예측 블록이 획득되면, 복호화 장치(200)는 복원된 잔여 블록과 및 예측 블록을 더함으로써 복호화 대상이 되는 복원 블록을 생성할 수 있다. 복호화 대상 블록은 현재 블록으로 칭해질 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 비트스트림에 대한 확률 분포에 따른 엔트로피 복호화를 수행함으로써 심볼들을 생성할 수 있다. 생성된 심볼들은 양자화된 레벨 형태의 심볼을 포함할 수 있다. 여기에서, 엔트로피 복호화 방법은 상술된 엔트로피 부호화 방법의 역과정일 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 변환 계수 레벨(양자화된 레벨)을 복호화하기 위해 변환 계수 스캐닝 방법을 통해 1차원의 벡터 형태 계수를 2차원의 블록 형태로 변경할 수 있다.
양자화된 레벨은 역양자화부(220)에서 역양자화될 수 있고, 역변환부(230)에서 역변환될 수 있다. 양자화된 레벨은 역양자화 및/또는 역변환이 수행된 결과로서, 복원된 잔여 블록으로 생성될 수 있다. 이때, 역양자화부(220)는 양자화된 레벨에 양자화 행렬을 적용할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 역양자화부(220) 및 역변환부(230)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 역양자화부(160) 및 역변환부(170)와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
인트라 모드가 사용되는 경우, 인트라 예측부(240)는 복호화 대상 블록 주변의 이미 복호화된 블록의 샘플 값을 이용하는 공간적 예측을 현재 블록에 대해 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 인트라 예측부(240)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 인트라 예측부(120)와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
인터 모드가 사용되는 경우, 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터 및 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 있는 참조 영상을 이용하는 움직임 보상을 현재 블록에 대해 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다. 상기 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터의 값이 정수 값을 가지지 않을 경우에 참조 영상 내의 일부 영역에 대해 보간 필터를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 움직임 보상을 수행하기 위해 부호화 유닛을 기준으로 해당 부호화 유닛에 포함된 예측 유닛의 움직임 보상 방법이 스킵 모드, 머지 모드, AMVP 모드, 현재 픽처 참조 모드 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있고, 각 모드에 따라 움직임 보상을 수행할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 움직임 보상부(250)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 움직임 보상부(122)와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
가산기(201)는 복원된 잔여 블록 및 예측 블록을 가산하여 복원 블록을 생성할 수 있다. 필터부(260)는 Inverse-LMCS, 디블록킹 필터, 샘플 적응적 오프셋 및 적응적 루프 필터 등 적어도 하나를 복원 블록 또는 복원 영상에 적용할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 필터부(260)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 필터부(180)에 적용된 필터링 기술과 동일한 기술을 적용할 수 있다.
필터부(260)는 복원 영상을 출력할 수 있다. 복원 블록 또는 복원 영상은 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 인터 예측에 사용될 수 있다. 필터부(260)를 거친 복원 블록은 참조 영상의 일부일 수 있다. 말하자면, 참조 영상은 필터부(260)를 거친 복원 블록들로 구성된 복원 영상일 수 있다. 저장된 참조 영상은 이후 화면 간 예측 혹은 움직임 보상에 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 비디오 코딩 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
일 실시예에 따른 비디오 코딩 시스템은 부호화 장치(10) 및 복호화 장치(20)를 포함할 수 있다. 부호화 장치(10)는 부호화된 비디오(video) 및/또는 영상(image) 정보 또는 데이터를 파일 또는 스트리밍 형태로 디지털 저장매체 또는 네트워크를 통하여 복호화 장치(20)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 장치(10)는 비디오 소스 생성부(11), 부호화부(12), 전송부(13)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 복호화 장치(20)는 수신부(21), 복호화부(22) 및 렌더링부(23)를 포함할 수 있다. 상기 부호화부(12)는 비디오/영상 부호화부라고 불릴 수 있고, 상기 복호화부(22)는 비디오/영상 복호화부라고 불릴 수 있다. 전송부(13)는 부호화부(12)에 포함될 수 있다. 수신부(21)는 복호화부(22)에 포함될 수 있다. 렌더링부(23)는 디스플레이부를 포함할 수도 있고, 디스플레이부는 별개의 디바이스 또는 외부 컴포넌트로 구성될 수도 있다.
비디오 소스 생성부(11)는 비디오/영상의 캡쳐, 합성 또는 생성 과정 등을 통하여 비디오/영상을 획득할 수 있다. 비디오 소스 생성부(11)는 비디오/영상 캡쳐 디바이스 및/또는 비디오/영상 생성 디바이스를 포함할 수 있다. 비디오/영상 캡쳐 디바이스는 예를 들어, 하나 이상의 카메라, 이전에 캡쳐된 비디오/영상을 포함하는 비디오/영상 아카이브 등을 포함할 수 있다. 비디오/영상 생성 디바이스는 예를 들어 컴퓨터, 타블렛 및 스마트폰 등을 포함할 수 있으며 (전자적으로) 비디오/영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 등을 통하여 가상의 비디오/영상이 생성될 수 있으며, 이 경우 관련 데이터가 생성되는 과정으로 비디오/영상 캡쳐 과정이 갈음될 수 있다.
부호화부(12)는 입력 비디오/영상을 부호화할 수 있다. 부호화부(12)는 압축 및 부호화 효율을 위하여 예측, 변환, 양자화 등 일련의 절차를 수행할 수 있다. 부호화부(12)는 부호화된 데이터(부호화된 비디오/영상 정보)를 비트스트림(bitstream) 형태로 출력할 수 있다. 상기 부호화부(12)의 상세 구성은 전술한 도 1의 부호화 장치(100)와 동일하게 구성하는 것도 가능하다.
전송부(13)는 비트스트림 형태로 출력된 부호화된 비디오/영상 정보 또는 데이터를 파일 또는 스트리밍 형태로 디지털 저장매체 또는 네트워크를 통하여 복호화 장치(20)의 수신부(21)로 전달할 수 있다. 디지털 저장 매체는 USB, SD, CD, DVD, 블루레이, HDD, SSD 등 다양한 저장 매체를 포함할 수 있다. 전송부(13)는 미리 정해진 파일 포맷을 통하여 미디어 파일을 생성하기 위한 엘리먼트를 포함할 수 있고, 방송/통신 네트워크를 통한 전송을 위한 엘리먼트를 포함할 수 있다. 수신부(21)는 상기 저장매체 또는 네트워크로부터 상기 비트스트림을 추출/수신하여 복호화부(22)로 전달할 수 있다.
복호화부(22)는 부호화부(12)의 동작에 대응하는 역양자화, 역변환, 예측 등 일련의 절차를 수행하여 비디오/영상을 복호화할 수 있다. 상기 복호화부(22)의 상세 구성은 전술한 도 2의 복호화 장치(200)와 동일하게 구성하는 것도 가능하다.
렌더링부(23)는 복호화된 비디오/영상을 렌더링할 수 있다. 렌더링된 비디오/영상은 디스플레이부를 통하여 디스플레이될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참고하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차 성분 비선형 모델 유도 방법과 교차 성분 비선형 모델을 이용한 색차 예측 블록 생성 방법을 설명하도록 한다.
본 발명에서, '교차 성분 비선형 모델' (Cross-component non-linear model)은 색차 신호의 샘플과 동일한 위치의 복원된 휘도 성분 샘플 간의 연관성을 나타내는 비선형 모델을 의미하는 것으로, '비선형 모델을 이용한 교차 성분 모델', '비선형의 교차 성분 모델' 또는 '비선형 모델 계수를 사용한 교차 성분 모델'로 명명될 수 있다.
한편, 교차 성분 선형 모델(Cross-component linear model, CCLM)은 휘도 신호와 색차 신호 간에 존재하는 중복성을 제거하기 위하여 색차 신호의 샘플과 동일한 위치의 복원된 휘도 성분 샘플 간의 연관성을 계산한 선형 모델(Linear model)을 사용한다.
수학식 1은 교차 성분 선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 방법을 나타낸다.
Figure PCTKR2023013163-appb-img-000001
수학식 1에서 predC(i,j)는 현재 부호화 유닛 (Coding Unit, CU) 블록에서 예측된 색차 성분 샘플을 나타내고, rec'L(i,j)는 현재 부호화 유닛 블록에서 복원된 휘도 성분의 다운 샘플링된 샘플을 나타낼 수 있다. 여기서, 부호화 유닛 블록에서 예측된 색차 성분 샘플을 '색차 예측 블록'이라고 명명할 수 있고, 부호화 유닛 블록에서 복원된 휘도 성분 샘플을 '휘도 복원 블록'이라고 명명할 수 있다.
또한, 수학식 1의 선형 모델 계수 α와 β는 선형 최소 평균 제곱 오차 (Linear minimum mean square error, LMMSE) 방법을 사용하여 각각 계산될 수 있다. 구체적으로, 선형 모델 계수 α와 β의 각각의 값은 이웃 샘플로부터 유도될 수 있다.
만약 복원된 휘도 성분과 색차 성분 사이에 선형 관계뿐만 아니라 비선형 관계가 존재하면, 교차 성분 선형 모델을 사용하여 정확한 색차 예측 블록을 생성하는 데는 한계가 발생할 수 있다. 따라서 선형 모델뿐만 아니라 비선형 모델을 고려하여 색차 예측 블록을 생성할 수 있는 방법이 필요할 수 있다.
수학식 2은 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 방법을 나타낸다.
Figure PCTKR2023013163-appb-img-000002
수학식 2에서 α0, α1, α2는 모델 계수(model parameter)로 분해 방법(Decomposition method)을 사용하여 유도될 수 있다.
상기 분해 방법은 재사용 가능한 행렬 분해 방법으로, LU 분해, LDL 분해 및 촐레스키 분해 중 어느 하나의 분해 방법일 수 있다. 상술한 분해 방법을 이용하면 선형 시스템 또는 비선형 시스템을 더 효율적으로 풀 수 있다.
구체적으로, 분해 방법은 임의의 행렬을 행렬의 곱으로 분해하는 행렬 분해 방법으로 선형 방정식 시스템을 풀 때 효율적으로 매트릭스 또는 다양한 모델 계수 등을 계산하기 위해 사용될 수 있다.
LU 분해는 하부 삼각 행렬과 상부 삼각 행렬의 곱으로 행렬을 인수분해하는 방법이다. 일반적으로, LU 분해는 계산 속도가 빠르다는 장점이 있다.
LDL 분해는 대칭 양정부호 행렬을 대각행렬과 하부 삼각행렬의 곱으로 분해하는 방법이다. 일반적으로, LDL 분해는 LU 분해에 비해 안정적인 수치 계산 방법이다.
촐레스키 분해는 하부 삼각 행렬과 하부 삼각 행렬의 켤레 전치 행렬의 곱으로 행렬을 인수분해하는 방법이다. 일반적으로, 촐레스키 분해는 선형 시스템 방정식 또는 비선형 시스템 방정식을 계산하는데 LU 분해보다 두 배 정도 효율적일 수 있다.
수학식 2에서 bitDepth와 midValue는 비트 깊이와 중간 값이다. 일 예로, N 비트 영상을 사용한 비디오 시퀀스의 경우, bitDepth와 midValue는 각각 N과 2N≫1 또는 2N-1로 설정될 수 있다.
수학식 2는 복원된 휘도 성분과 색차 성분 사이에 존재하는 선형 관계와 비선형 관계를 모두 고려할 수 있어 정확한 색차 예측 블록을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 교차 성분 비선형 모델은 모델 유도에 사용되는 참조 샘플의 위치에 따라, 좌상단 교차 성분 비선형 모델, 상단 교차 성분 비선형 모델 및 좌측 교차 성분 비선형 모델로 분류될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌상단 교차 성분 비선형 모델(LT_CCM)을 유도하기 위한 참조 샘플을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 색차 블록 (410)의 크기가 W x H 일 때, 교차 성분 비선형 모델 계수(Cross-component non-linear model parameter)의 유도를 위해 사용되는 주변 참조 샘플은 상단 참조 샘플 W' 및 좌측 참조 샘플 H'이며, 상단 참조 샘플은 W' = W, 좌측 참조 샘플은 H' = H 와 같이 설정될 수 있다.
또한, 교차성분 비선형 모델 계수 유도 과정의 계산 복잡도를 줄이기 위해 색차 블록(410)의 주변 이웃하는 색차 참조 샘플(Rec'C, 411)을 샘플링하여 선택하고, 휘도 블록(400)에 이웃하고 색차 참조 샘플(411)의 동일한 위치에 대응하는 다운 샘플링된 휘도 참조 샘플(Rec'L, 401)로부터 교차성분 비선형 모델 계수를 유도할 수 있다. 즉, 좌상단 교차성분 비선형 모델 계수는 색차 참조 샘플(411) 및 동일한 위치에 대응하는 다운 샘플링된 휘도 참조 샘플(401)에 기초하여 유도될 수 있다. 여기서, 샘플링 비율(sampling ratio)은 임의로 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상단 교차 성분 비선형 모델(T_CCM)을 유도하기 위한 참조 샘플을 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 색차 블록 (510)의 크기가 W x H 일 때, 교차 성분 비선형 모델 계수(Cross-component non-linear model parameter)의 유도를 위해 사용되는 주변 참조 샘플은 상단 참조 샘플 W'이며, 상단 참조 샘플은 W' = W + H 와 같이 설정될 수 있다.
또한, 교차성분 비선형 모델 계수 유도 과정의 계산 복잡도를 줄이기 위해 색차 블록(510)의 주변 이웃하는 색차 참조 샘플(Rec'C, 511)을 샘플링하여 선택하고, 휘도 블록(500)에 이웃하고 색차 참조 샘플(511)의 동일한 위치에 대응하는 다운 샘플링된 휘도 참조 샘플(Rec'L, 501)로부터 교차성분 비선형 모델 계수를 유도할 수 있다. 즉, 상단 교차성분 비선형 모델 계수는 색차 참조 샘플(511) 및 동일한 위치에 대응하는 다운 샘플링된 휘도 참조 샘플(501)에 기초하여 유도될 수 있다. 여기서, 샘플링 비율(sampling ratio)은 임의로 결정할 수 있다.
한편, 상단 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하기 위해 사용되는 주변 참조 샘플인 상단 참조 샘플 W'은 W' = W 와 같이 설정될 수 있다. 즉, 비선형 모델 계수의 유도를 위해 사용하는 주변 참조 샘플은 임의의 주변 참조 샘플로 선택될 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌측 교차 성분 비선형 모델(L_CCM)을 유도하기 위한 참조 샘플을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 색차 블록 (610)의 크기가 W x H 일 때, 교차 성분 비선형 모델 계수(Cross-component non-linear model parameter)의 유도를 위해 사용되는 주변 참조 샘플은 좌측 참조 샘플 H'이며, 좌측 참조 샘플은 H' = W + H 와 같이 설정될 수 있다.
또한, 교차성분 비선형 모델 계수 유도 과정의 계산 복잡도를 줄이기 위해 색차 블록(610)의 주변 이웃하는 색차 참조 샘플(Rec'C, 611)을 샘플링하여 선택하고, 휘도 블록(600)에 이웃하고 색차 참조 샘플(611)의 동일한 위치에 대응하는 다운 샘플링된 휘도 참조 샘플(Rec'L, 601)로부터 교차성분 비선형 모델 계수를 유도할 수 있다. 즉, 좌측 교차성분 비선형 모델 계수는 색차 참조 샘플(611) 및 동일한 위치에 대응하는 다운 샘플링된 휘도 참조 샘플(601)에 기초하여 유도될 수 있다. 여기서, 샘플링 비율(sampling ratio)은 임의로 결정할 수 있다.
한편, 좌측 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하기 위해 사용되는 주변 참조 샘플인 좌측 참조 샘플 H'은 H' = H 와 같이 설정될 수 있다. 즉, 비선형 모델 계수의 유도를 위해 사용하는 주변 참조 샘플은 임의의 주변 참조 샘플로 선택될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차 성분 비선형 모델을 이용하는 색차 인트라 예측 모드에 대한 신택스 구조를 나타낸 도면이다.
도 7에서, ccmEnabled은 교차 성분 비선형 모델 가용 여부를 나타내는 정보이다. 일 실시 예에 따르면, ccmEnabled의 값이 1인 경우 교차 성분 비선형 모델이 가용함을 나타내고, ccmEnabled의 값이 0인 경우 교차 성분 비선형 모델을 가용하지 않음을 나타낼 수 있다. 한편, ccmEnabled의 값이 1인 경우 ccm_mode_flag가 시그널링될 수 있다.
ccm_mode_flag는 교차 성분 비선형 모델에 기반한 색차 인트라 예측 모드를 나타내는 플래그 정보이다. 일 실시 예에 따르면, ccm_mode_flag의 값이 1인 경우 교차 성분 비선형 모델에 기반한 색차 인트라 예측 모드를 지시하고, ccm_mode_flag의 값이 0인 경우 교차 성분 비선형 모델에 기반하지 않은 일반 색차 인트라 예측 모드를 지시할 수 있다. 한편, ccm_mode_flag의 값이 1인 경우 ccm_mode_idx 가 시그널링될 수 있고, ccm_mode_flag의 값이 0인 경우 일반 색차 인트라 예측 모드의 종류를 지시하는 intra_chroma_pred_mode가 시그널링될 수 있다. 여기서, intra_chroma_pred_mode는 직접 모드(DM), 플래너 모드, DC 모드, 수직 모드, 수평 모드 중 어느 하나를 지시할 수 있다. 한편, ccm_mode_flag가 시그널링되지 않는 경우, ccm_mode_flag의 값은 0으로 간주될 수 있다.
ccm_mode_idx는 교차 성분 비선형 모델의 종류를 나타내는 인덱스 정보로, 좌상단 교차 성분 비선형 모델, 상단 교차 성분 비선형 모델 및 좌측 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나를 지시할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차 성분 비선형 모델과 교차 성분 선형 모델을 이용하는 색차 인트라 예측 모드에 대한 신택스 구조를 나타낸 도면이다.
도 8에서, ccmEnabled은 교차 성분 모델 가용 여부를 나타내는 정보이다. 일 실시 예에 따르면, ccmEnabled의 값이 1인 경우 교차 성분 모델이 가용함을 나타내고, ccmEnabled의 값이 0인 경우 교차 성분 모델을 가용하지 않음을 나타낼 수 있다. 여기서, 교차 성분 모델은 교차 성분 선형 모델 및 교차 성분 비선형 모델을 포함할 수 있다. 한편, ccmEnabled의 값이 1인 경우 ccm_mode_flag가 시그널링될 수 있다.
ccm_mode_flag는 교차 성분 모델에 기반한 색차 인트라 예측 모드를 나타내는 플래그 정보이다. 일 실시 예에 따르면, ccm_mode_flag의 값이 1인 경우 교차 성분 모델에 기반한 색차 인트라 예측 모드를 지시하고, ccm_mode_flag의 값이 0인 경우 교차 성분 모델에 기반하지 않은 일반 색차 인트라 예측 모드를 지시할 수 있다. 한편, ccm_mode_flag의 값이 1인 경우 ccm_linear_model_flag 및 ccm_mode_idx 가 시그널링될 수 있고, ccm_mode_flag의 값이 0인 경우 일반 색차 인트라 예측 모드의 종류를 지시하는 intra_chroma_pred_mode가 시그널링될 수 있다. 여기서, intra_chroma_pred_mode는 직접 모드(DM), 플래너 모드, DC 모드, 수직 모드, 수평 모드 중 어느 하나를 지시할 수 있다. 한편, ccm_mode_flag가 시그널링되지 않는 경우, ccm_mode_flag의 값은 0으로 간주될 수 있다.
ccm_linear_model_flag은 교차 성분 선형 모델과 교차 성분 비선형 모델을 구분하는 플래그 정보로, ccm_linear_model_flag값이 1인 경우 교차 성분 선형 모델을 지시하고, ccm_linear_model_flag의 값이 0인 경우 교차 성분 비선형 모델을 지시할 수 있다.
ccm_mode_idx는 교차 성분 모델의 종류를 나타내는 인덱스 정보로, 좌상단 교차 성분 모델, 상단 교차 성분 모델 및 좌측 교차 성분 모델 중 어느 하나의 교차 성분 모델을 지시할 수 있다.
일 예로, ccm_linear_model_flag값이 1인 경우 ccm_mode_idx 값에 따라 좌상단 교차 성분 선형 모델, 상단 교차 성분 선형 모델 및 좌측 교차 성분 선형 모델 중 어느 하나의 교차 성분 선형 모델이 이용될 수 있다. 그리고, ccm_linear_model_flag값이 0인 경우 ccm_mode_idx 값에 따라 좌상단 교차 성분 비선형 모델, 상단 교차 성분 비선형 모델 및 좌측 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나의 교차 성분 비선형 모델이 이용될 수 있다.
한편, 도 8에서는 ccm_linear_model_flag를 시그널링한 후, ccm_mode_idx를 시그널링하지만, 두 신택스 요소의 시그널링 순서는 임의로 결정할 수 있다.
도 8에서 제안하는 신택스 구조는 시그널링되는 신택스 요소에 따라 부호화 유닛 (coding unit, CU) 블록 레벨에서 선형 모델 계수와 비선형 모델 계수를 가변적으로 선택하여 색차 예측 블록을 생성하기 위한 교차 성분 모델을 유도할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 복호화 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 9의 영상 복호화 방법은 영상 복호화 장치에 의해 수행될 수 있다.
영상 복호화 장치는 참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도할 수 있다(S910).
여기서, 교차 성분 비선형 모델은 좌상단 교차 성분 비선형 모델, 상단 교차 성분 비선형 모델 및 좌측 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나일 수 있다.
구체적으로, 교차 성분 비선형 모델이 좌상단 교차 성분 비선형 모델인 경우, 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하기 위한 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 좌상단에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 좌상단에 위치한 참조 샘플을 포함할 수 있다.
한편, 교차 성분 비선형 모델이 상단 교차 성분 비선형 모델인 경우, 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하기 위한 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 상단에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 상단에 위치한 참조 샘플을 포함할 수 있다.
한편, 교차 성분 비선형 모델이 좌측 교차 성분 비선형 모델인 경우, 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하기 위한 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 좌측에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 좌측에 위치한 참조 샘플을 포함할 수 있다.
한편, 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하기 위한 참조 샘플은, 색차 예측 블록에 이웃하는 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록에 대응하는 휘도 블록의 이웃하는 다운 샘플된 참조 샘플을 포함할 수 있다.
한편, 교차 성분 비선형 모델 계수는, LU 분해, LDL 분해 및 촐레스키 분해 중 어느 하나의 분해 방법에 기초하여 유도될 수 있다.
S910단계의 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 실시 예는 도 4 내지 도 6에서 자세히 설명하였다.
그리고, 영상 복호화 장치는 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도할 수 있다(S920).
구체적으로, 교차 성분 비선형 모델은, 유도된 교차 성분 비선형 모델 계수, 비트 깊이 및 중간 값에 기초하여 유도될 수 있다.
S920단계의 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 실시 예는 수학식 2에서 자세히 설명하였다.
그리고, 영상 복호화 장치는 상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성할 수 있다(S930).
한편, 영상 복호화 장치는 S910 단계 전에 교차 성분 선형 모델 및 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나를 지시하는 모델 정보를 비트스트림으로부터 획득할 수 있다. 상기 모델 정보는 도 8의 ccm_linear_model_flag 일 수 있다.
한편, 도 9에서 설명한 단계들은 영상 부호화 방법에서도 동일하게 수행될 수 있다. 또한, 도 9에서 설명한 단계를 포함하는 영상 부호화 방법에 의해 비트스트림이 생성될 수 있다. 상기 비트스트림은 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 저장될 수 있으며, 또한, 전송(또는 스트리밍)될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 실시예가 적용될 수 있는 컨텐츠 스트리밍 시스템을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예가 적용된 컨텐츠 스트리밍 시스템은 크게 인코딩 서버, 스트리밍 서버, 웹 서버, 미디어 저장소, 사용자 장치 및 멀티미디어 입력 장치를 포함할 수 있다.
상기 인코딩 서버는 스마트폰, 카메라, CCTV 등과 같은 멀티미디어 입력 장치들로부터 입력된 컨텐츠를 디지털 데이터로 압축하여 비트스트림을 생성하고 이를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 역할을 한다. 다른 예로, 스마트폰, 카메라, CCTV 등과 같은 멀티미디어 입력 장치들이 비트스트림을 직접 생성하는 경우, 상기 인코딩 서버는 생략될 수도 있다.
상기 비트스트림은 본 발명의 실시예가 적용된 영상 부호화 방법 및/또는 영상 부호화 장치에 의해 생성될 수 있고, 상기 스트리밍 서버는 상기 비트스트림을 전송 또는 수신하는 과정에서 일시적으로 상기 비트스트림을 저장할 수 있다.
상기 스트리밍 서버는 웹 서버를 통한 사용자 요청에 기반하여 멀티미디어 데이터를 사용자 장치에 전송하고, 상기 웹 서버는 사용자에게 어떠한 서비스가 있는지를 알려주는 매개체 역할을 할 수 있다. 사용자가 상기 웹 서버에 원하는 서비스를 요청하면, 상기 웹 서버는 이를 스트리밍 서버에 전달하고, 상기 스트리밍 서버는 사용자에게 멀티미디어 데이터를 전송할 수 있다. 이때, 상기 컨텐츠 스트리밍 시스템은 별도의 제어 서버를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제어 서버는 상기 컨텐츠 스트리밍 시스템 내 각 장치 간 명령/응답을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 스트리밍 서버는 미디어 저장소 및/또는 인코딩 서버로부터 컨텐츠를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 인코딩 서버로부터 컨텐츠를 수신하는 경우, 상기 컨텐츠를 실시간으로 수신할 수 있다. 이 경우, 원활한 스트리밍 서비스를 제공하기 위하여 상기 스트리밍 서버는 상기 비트스트림을 일정 시간동안 저장할 수 있다.
상기 사용자 장치의 예로는, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)), 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등이 있을 수 있다.
상기 컨텐츠 스트리밍 시스템 내 각 서버들은 분산 서버로 운영될 수 있으며, 이 경우 각 서버에서 수신하는 데이터는 분산 처리될 수 있다.
상기의 실시예들은 부호화 장치 및 복호화 장치에서 동일한 방법 또는 상응하는 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 실시예들 중 적어도 하나 혹은 적어도 하나의 조합을 이용해서 영상을 부호화/복호화할 수 있다.
상기 실시예들이 적용되는 순서는 부호화 장치와 복호화 장치에서 상이할 수 있다. 또는, 상기 실시예들이 적용되는 순서는 부호화 장치와 복호화 장치에서 동일할 수 있다.
상기 실시예들은 휘도 및 색차 신호 각각에 대하여 수행될 수 있다. 또는, 휘도 및 색차 신호에 대한 상기 실시예들이 동일하게 수행될 수 있다.
상기 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 유닛으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
상기 실시예에 따른 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림은 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장되는 비트스트림은 상기 실시예에 따른 복호화 방법에 의해 복호화될 수 있다.
여기서, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 영상을 부호화/복호화하는 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체에 이용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 영상 복호화 방법에 있어서,
    참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계;
    상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계; 및
    상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하는 영상 복호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교차 성분 비선형 모델은 좌상단 교차 성분 비선형 모델, 상단 교차 성분 비선형 모델 및 좌측 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교차 성분 비선형 모델이 좌상단 교차 성분 비선형 모델인 경우,
    상기 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 좌상단에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 좌상단에 위치한 참조 샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 교차 성분 비선형 모델이 상단 교차 성분 비선형 모델인 경우,
    상기 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 상단에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 상단에 위치한 참조 샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 교차 성분 비선형 모델이 좌측 교차 성분 비선형 모델인 경우,
    상기 참조 샘플은 상기 색차 예측 블록의 좌측에 위치한 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록의 대응 휘도 블록의 좌측에 위치한 참조 샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 참조 샘플은,
    상기 색차 예측 블록에 이웃하는 참조 샘플 및 상기 색차 예측 블록에 대응하는 휘도 블록의 이웃하는 다운 샘플된 참조 샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    교차 성분 선형 모델 및 교차 성분 비선형 모델 중 어느 하나를 지시하는 모델 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계를 더 포함하는 영상 복호화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 교차 성분 비선형 모델은,
    상기 교차 성분 비선형 모델 계수, 비트 깊이 및 중간 값에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    교차 성분 비선형 모델 계수는,
    LU 분해, LDL 분해 및 촐레스키 분해 중 어느 하나의 분해 방법에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  10. 영상 부호화 방법에 있어서,
    참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계;
    상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계; 및
    상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하는 영상 부호화 방법.
  11. 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 있어서,
    상기 영상 부호화 방법은,
    참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계;
    상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계; 및
    상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  12. 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 전송 방법에 있어서,
    상기 전송 방법은 상기 비트스트림은 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 부호화 방법은,
    참조 샘플을 이용하여 교차 성분 비선형 모델 계수를 유도하는 단계;
    상기 교차 성분 비선형 모델 계수에 기초하여 교차 성분 비선형 모델을 유도하는 단계; 및
    상기 교차 성분 비선형 모델을 이용하여 색차 예측 블록을 생성하는 단계를 포함하는, 전송 방법.
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