WO2024075983A1 - 복수의 블록들 기반 인트라 템플릿 매칭 예측을 이용하는 비디오 코딩을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

복수의 블록들 기반 인트라 템플릿 매칭 예측을 이용하는 비디오 코딩을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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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 disclosure relates to a video coding method and apparatus using intra template matching prediction based on a plurality of blocks.
  • 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.
  • Intra Template Matching Prediction is an intra prediction mode that uses template matching. After searching the search area for a prediction block that minimizes the template matching cost, the block is selected as the prediction block of the current block. Use it as The encoder informs the decoder whether to use the intra TMP mode, and the decoder performs the same prediction task as the encoder. The decoder searches for a template with the minimum cost function for the current template, and then uses the corresponding block of the searched template as a prediction block. Since the existing intra TMP uses one prediction block, there is a limit to improving prediction accuracy. Therefore, in order to improve video coding efficiency and especially improve the image quality of chroma components, a method of improving intra TMP needs to be considered.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a video coding method and apparatus for searching a plurality of candidate prediction blocks using template matching and then generating a prediction block of the current block from the searched plurality of candidate prediction blocks.
  • a method of decoding a current block performed by an image decoding apparatus includes: setting a search area for template matching; Searching the search area based on the template of the current block, generating a plurality of candidate prediction blocks indexed in descending order of template matching cost, and forming a set of the candidate prediction blocks; Obtaining weights for the candidate prediction blocks; and generating a prediction block of the current block by weight combining one or more of the candidate prediction blocks using the weights.
  • a method of encoding a current block performed by an image encoding apparatus includes: setting a search area for template matching; Searching the search area based on the template of the current block, generating a plurality of candidate prediction blocks indexed in descending order of template matching cost, and forming a set of the candidate prediction blocks; Obtaining weights for the candidate prediction blocks; and generating a first prediction block of the current block by weight-combining one or more of the candidate prediction blocks using the weights.
  • a computer-readable recording medium stores a bitstream generated by an image encoding method, the image encoding method comprising: setting a search area for template matching; Searching the search area based on the template of the current block, generating a plurality of candidate prediction blocks indexed in descending order of template matching cost, and forming a set of the candidate prediction blocks; Obtaining weights for the candidate prediction blocks; and generating a prediction block of the current block by weight-combining one or more of the candidate prediction blocks using the weights.
  • a video coding method and device are provided for searching a plurality of candidate prediction blocks using template matching and then generating a prediction block of the current block from the searched plurality of candidate prediction blocks. By doing so, it is possible to improve video coding efficiency and improve video quality.
  • 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 for explaining 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.
  • Figure 6 is an example diagram showing template matching prediction.
  • Figure 7 is an example diagram showing intra template matching prediction.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method by which an image encoding device encodes a current block according to intra-template matching prediction, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method by which an image decoding apparatus decodes a current block according to intra-template matching prediction, 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 is in the form of a rectangle whose height is smaller than its width
  • 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.
  • 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 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. B1), 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 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 about
  • 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, a video coding method and apparatus are provided for searching a plurality of candidate prediction blocks using template matching and then generating a prediction block of a current block from the searched plurality of candidate prediction blocks.
  • the following embodiments may be performed by the intra prediction unit 120 in a video encoding device. Additionally, it may be performed by the intra prediction unit 540 in a video decoding device.
  • the video encoding device may generate signaling information related to this embodiment in terms of bit rate distortion optimization when predicting 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 prediction of 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.
  • intra prediction is a method of predicting the current block by referring to samples existing around the block to be currently encoded.
  • the intra prediction mode of the luma block has fine-grained directional modes (i.e., 2 to 66) in addition to the undirectional modes (i.e., planar and DC), as illustrated in FIG. 3A.
  • the intra prediction mode of the luma block has directional modes (-14 to -1 and 67 to 80) according to Wide-angle Intra Prediction (WAIP).
  • WAIP Wide-angle Intra Prediction
  • intra prediction includes Multiple Reference Line intra Prediction (MRLP), Position Dependent intra Prediction Combination (PDPC), Intra Sub-Partitions (ISP), Matrix-based Intra Prediction (MIP), Most Probable Mode (MPM), and template matching.
  • MRLP Multiple Reference Line intra Prediction
  • PDPC Position Dependent intra Prediction Combination
  • ISP Intra Sub-Partitions
  • MIP Matrix-based Intra Prediction
  • MPM Most Probable Mode
  • TMP template matching prediction
  • an image encoding/decoding device can use more reference lines by using MRL (Multiple Reference Line).
  • MRL Multiple Reference Line
  • the video encoding/decoding device can perform intra prediction on the current block using samples of two lines added to the top and left sides of the current block in addition to the original reference line.
  • an index (mrl_idx) indicating the reference line may be signaled to the video decoding device.
  • one of the rule-based prediction methods is PDPC (Position Dependent intra Prediction Combination). That is, a predictor can be generated based on a predefined operation using the encoding information of the target block on which intra prediction is performed and surrounding pixels spatially adjacent to the target block.
  • PDPC ition Dependent intra Prediction Combination
  • the PDPC modifies prediction samples generated according to a specific intra prediction mode to generate an intra predictor of the current block.
  • the specific intra prediction mode is, among the prediction modes illustrated in Figure 3a, planar, DC, horizontal (prediction mode No. 18), vertical (prediction mode No. 50), and left-down diagonal directional mode (prediction mode No. 2). and 15 directional modes close to it, and an upward-right diagonal directional mode (prediction mode 66) and 15 directional modes close to it.
  • the values for each pixel can be adjusted using predefined weights and location information of surrounding pixels to generate prediction samples.
  • the ISP technology subdivides the current block into small blocks of the same size and then shares the intra prediction mode across all subblocks, but can apply transformation to each subblock. At this time, subdivision of the block can be performed in the horizontal or vertical direction.
  • each of the subdivided small blocks is expressed as a subblock.
  • ISP application may be limited by referring to the size of the subblock obtained after division. That is, when the number of pixels in the divided subblock is 16 or more, subdivision can be applied. For example, if the size of the current block is 4 ⁇ 4, ISP is not applied.
  • a block with size 4 ⁇ 8 or 8 ⁇ 4 can be split into two subblocks with the same shape and size, which is called Half_Split. And blocks with other sizes can be split into 4 subblocks with the same shape and size, which is called Quarter_Split.
  • a predictor can be generated based on a predefined matrix operation using the encoding information of the current block and surrounding pixels of the current block performing intra prediction. This rule-based prediction method is called MIP.
  • MIP generates all or part of the intra predictor using predefined matrix operations. When part of the predictor is generated, MIP can generate final intra prediction samples equal to the size of the current block by additionally performing upsampling or interpolation for upscaling using part of the predictor.
  • Template matching prediction searches for the optimal prediction block that minimizes the difference between templates in a predefined search area within the current frame.
  • the predefined search area exists within the reconstructed area of the current frame.
  • the current template consists of the top and left neighboring samples of the current block.
  • TMP searches for an optimal similar template in the search area and derives a prediction block (or 'reference block') corresponding to the searched optimal template.
  • TMP searches for the template with the minimum cost within the search area by using a cost function that calculates the difference between the current template and the template being searched.
  • SAD Sud of Absolute Difference
  • TMP determines the block corresponding to the template with the minimum cost as the prediction block of the current block.
  • Intra TMP is an intra prediction mode that uses template matching. After searching for a prediction block that minimizes the template matching cost in the search area, the block is used as a prediction block for the current block.
  • the video encoding device transmits a flag (hereinafter referred to as 'template mode flag') indicating whether to use the intra TMP mode to the video decoding device. If the parsed flag is true, the video decoding device performs the same template matching-based prediction as the video encoding device.
  • the video decoding device may search for a template with the minimum cost function with respect to the current template, and then use the corresponding block of the searched template as a prediction block of the current block.
  • intra TMP can limit the search area to within the current CTU (coding tree unit) where the current block is located, the upper left CTU, the upper CTU, and the left CTU.
  • the areas indicated by R1 (current CTU), R2 (top left CTU), R3 (top CTU), and R4 (left CTU) represent the above-described search area.
  • MPM technology uses the intra prediction mode of neighboring blocks when making intra prediction of the current block.
  • the video encoding device can improve the coding efficiency of the intra prediction mode by transmitting the index of the MPM list instead of the index of the prediction mode.
  • the template-based intra prediction mode derivation (TIMD) method generates a prediction template by performing prediction in the template area for each intra prediction mode stored in the MPM list, and then pixels of the generated prediction template Calculate the cost between the pixels of the restored and restored template.
  • the TIMD method selects two intra prediction modes as the TIMD mode in order of decreasing cost. After applying the PDPC process to the prediction blocks according to the two TIMD modes to generate filtered prediction blocks, the TIMD method can configure the final intra prediction block by applying weights to the filtered prediction blocks.
  • the decoder-side intra prediction mode derivation (DIMD) method is a prediction mode for intra prediction of the current block from the calculated gradients after calculating the gradient of each sample with respect to adjacent samples of the current block. induces In the existing method, the intra prediction mode is encoded and transmitted to the decoder, but in the DIMD method, the intra prediction mode can be derived at the decoder.
  • DIMD intra prediction mode derivation
  • Intra TMP uses one prediction block, there is a limit to improving prediction accuracy.
  • Intra TMP according to this embodiment utilizes a plurality of candidate prediction blocks to improve prediction accuracy.
  • the video decoding device constructs a plurality of candidate prediction blocks by searching the search area using template matching as described above. If the template matching cost between the template of each candidate prediction block and the template of the current block is greater than a preset threshold, the video decoding device excludes the candidate from the configuration of candidate prediction blocks. When one or more blocks are used as a candidate prediction block, the video decoding device may generate a final prediction block by weightedly combining the candidate prediction blocks. At this time, each weight used in weighted combining may be determined according to the template matching cost. Meanwhile, if there is no block whose template matching cost is less than or equal to a preset threshold, the video decoding device can use one prediction block as in the existing method.
  • the video decoding device sets up a search area to search a plurality of candidate blocks and then calculates the cost function value (i.e., template matching cost) of the block in the search area using the existing TMP method.
  • the cost of B 1 is minimum, and as the index increases, the cost increases.
  • the video decoding device may follow one or a combination of the following methods to select one of the two.
  • the video decoding device can select the block that is searched first according to the TMP method among the two candidate blocks.
  • the video decoding device can select the block that is closer to the current block among the two candidate blocks.
  • the video decoding device may select a block included in the priority CTU among the two candidate blocks in the order of the current CTU, R2, R3, and R4.
  • the video decoding device may generate a new block by averaging two blocks with the same cost, and then include the new block generated in place of the two blocks in set B.
  • the video decoding device may remove some blocks in the set by considering the template matching cost.
  • the template matching costs of candidate blocks B 1 , B 2 , ..., B N are defined as C 1 , C 2 , ..., C N , respectively.
  • the video decoding device can use SAD according to the cost function as cost C.
  • the video decoding device can use the value generated by dividing SAD by the height, width, or size of the current block as the cost C.
  • the video decoding device can remove candidate blocks using one of the following methods.
  • the video decoding apparatus when the cost value C i (here, 1 ⁇ i ⁇ N) is greater than a preset threshold, the video decoding apparatus removes all candidate blocks with an index of i or more from set B.
  • the image decoding apparatus removes all candidate blocks with an index greater than i from set B.
  • all remaining candidate blocks may be removed from set B, leaving only one block. This case is the same as the existing intra TMP using one prediction block.
  • an image decoding device can generate a prediction block P of the current block as shown in Equation 2.
  • the weight w i can be calculated according to one or a combination of the following methods.
  • C is the sum of M C i .
  • the video decoding device can use a preset constant w i .
  • w i may be set as 1/M.
  • the weight may be preset according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device.
  • the video encoding device can signal w i to the video decoding device.
  • the video decoding device can parse w i and use it to generate a prediction block of the current block.
  • Some of w i (1 ⁇ i ⁇ M) may be set to 0.
  • a template matching cost can be used in the process of generating a prediction block of the current block. For example, when the cost value C M+1 is greater than the threshold, the image decoding apparatus sets the weights of all candidate blocks with large indices of M+1 or more to 0. Additionally, the video decoding apparatus may determine the weights of candidate blocks with indices of M or less according to one of the following methods.
  • C is the sum of the costs of candidate blocks with an index less than or equal to index M.
  • the video decoding device can use a preset constant w i .
  • w i may be set as 1/M.
  • the weight may be preset according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device.
  • the video encoding device can signal w i to the video decoding device.
  • the video decoding device can parse w i and use it to generate a prediction block of the current block.
  • Some of w i (1 ⁇ i ⁇ M) may be set to 0.
  • the video decoding device can generate a prediction block of the current block according to Equation 2.
  • the video decoding device may generate a new candidate block by averaging the candidate blocks and then use the new candidate block. For example, when the cost value C i (here, 1 ⁇ i ⁇ N) is greater than a preset threshold, the video decoding apparatus may generate a new candidate block by averaging candidate blocks with an index greater than i. Afterwards, the video decoding device may include a new candidate block in set B instead of candidate blocks with an index greater than i.
  • the video decoding apparatus may generate a new candidate block by averaging candidate blocks with an index greater than i. Thereafter, the video decoding device may include a new candidate block in set B instead of candidate blocks with an index greater than i.
  • Equation 2 can be constructed using only B 1 . This case is the same as the existing intra TMP using one prediction block.
  • the video decoding device can select a plurality of candidate blocks and then use the prediction blocks included in set B to generate a final prediction block.
  • a method of generating a final prediction block using a prediction block searched according to template matching and a prediction block D generated based on neighboring samples of the current block will be described.
  • an image decoding device may generate a prediction block D according to one or a combination of the following methods based on neighboring samples of the current block.
  • the video decoding device may derive a prediction mode according to the above-described DIMD method and then generate prediction block D using the derived prediction mode.
  • the image decoding device may derive a prediction mode according to the TIMD method and then generate prediction block D using the derived prediction mode.
  • the video decoding device may generate prediction block D using an existing directional prediction mode or MIP technology.
  • the image decoding device can use the template matching-based prediction block B included in set B and the prediction block D generated using neighboring reference samples together to generate the final prediction block P as shown in Equation 3.
  • the weight w 1 may be determined according to one or a combination of the following methods.
  • the video decoding device can use a preset constant w i .
  • w i may be set to 1/2.
  • the weight may be preset according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device.
  • the video encoding device can signal w 1 to the video decoding device.
  • the video decoding device can parse w 1 and use it to generate a prediction block of the current block.
  • the video encoding device can use the cost C of prediction block B. For example, if the cost C is greater than a preset threshold, the video encoding device sets w 1 to 0. On the other hand, if the cost C is less than or equal to a preset threshold, the video encoding device may set w 1 to 1/2.
  • Equation 2 is proposed for intra prediction, but can also be extended to inter prediction.
  • the video decoding device searches for a plurality of candidate blocks from reference frames, and then creates a set ⁇ B 1 , B 2 including N candidate blocks B 1 , B 2 , ..., B N in descending order of matching cost. , ..., B N ⁇ .
  • the cost of B 1 is minimum, and the cost increases as the index i (1 ⁇ i ⁇ N) increases.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method by which an image encoding device encodes a current block according to intra-template matching prediction, according to an embodiment of the present disclosure.
  • the video encoding device sets a search area for template matching (S800).
  • the search area can be set within the restoration area of the current frame.
  • the video encoding device can set the search area to include the current CTU, top left CTU, top CTU, and left CTU.
  • the video encoding device searches a search area based on the template of the current block, generates a plurality of candidate prediction blocks indexed in descending order of template matching cost, and forms a set of candidate prediction blocks (S802).
  • the video encoding device can select one of the two as follows. For example, the video encoding device may select the block that is searched first during the search process among two candidate prediction blocks. The video encoding device can select the block that is closer to the current block among the two candidate prediction blocks. The video encoding device may select a block included in the priority CTU among the two candidate prediction blocks in the order of the current CTU, top left CTU, top CTU, and left CTU. Additionally, the video encoding device may generate a new block by averaging the two candidate prediction blocks and then include the new block in the set of candidate prediction blocks instead of the two candidate prediction blocks.
  • the video encoding device may remove some blocks from the set of candidate prediction blocks by considering the template matching cost. At this time, the video encoding device can use the cost function value for each candidate prediction block as a template matching cost. Alternatively, the video encoding device may divide the cost function value by the height, width, or size of the current block and use the value generated as the template matching cost.
  • the video encoding apparatus may remove candidate prediction blocks with index i or higher from the set of candidate prediction blocks.
  • the video encoding device has index i or more.
  • Candidate prediction blocks can be removed from the set of candidate prediction blocks.
  • the video encoding device obtains weights for candidate prediction blocks (S804).
  • the video encoding device can calculate the weight of each candidate prediction block based on the template matching cost of each candidate prediction block.
  • the video encoding device can use the preset weight as the weight of each candidate prediction block.
  • the weight may be preset according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device.
  • the video encoding device can obtain weights from a higher level. Afterwards, the video encoding device can signal the weights to the video decoding device.
  • the video encoding device generates the first prediction block of the current block by weight-combining one or more of the candidate prediction blocks using weights (S806).
  • the video encoding device acquires the intra prediction mode (S808).
  • the intra prediction mode is a prediction mode rather than template matching prediction, and for example, the video encoding device can obtain the intra prediction mode from a higher level.
  • the video encoding device generates a second prediction block of the current block using the intra prediction mode (S810).
  • the video encoding device determines a template mode flag based on the first prediction block and the second prediction block (S812).
  • the template mode flag indicates whether to use intra template matching prediction.
  • the video encoding device can determine the template mode flag by comparing the first prediction block and the second prediction block. For example, when the first prediction block is optimal, the video encoding device can set the template mode flag to true. On the other hand, if the second prediction block is optimal, the video encoding device can set the template mode flag to false.
  • the video encoding device encodes the template mode flag (S814).
  • the video encoding device generates residual signals by subtracting the first prediction block or the second prediction block from the current block based on the template mode flag.
  • An image encoding device can generate a bitstream of residual signals by quantizing, transforming, and entropy encoding the residual signals.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method by which an image decoding apparatus decodes a current block according to intra-template matching prediction, according to an embodiment of the present disclosure.
  • the video decoding device decodes the template mode flag from the bitstream (S900).
  • the template mode flag indicates whether to use intra template matching prediction.
  • the video decoding device checks the template mode flag (S902).
  • the video decoding device performs the following steps.
  • the video decoding device sets a search area for template matching (S904).
  • the video decoding device searches a search area based on the template of the current block, generates a plurality of candidate prediction blocks indexed in descending order of template matching cost, and forms a set of candidate prediction blocks (S906).
  • the video decoding device obtains weights for candidate prediction blocks (S908).
  • the video decoding device can calculate the weight of each candidate prediction block based on the template matching cost of each candidate prediction block.
  • the video decoding device can use the preset weight as the weight of each candidate prediction block.
  • the weight may be preset according to an agreement between the video encoding device and the video decoding device.
  • a video decoding device can decode weights from a bitstream.
  • the video decoding device generates a prediction block of the current block by weight combining one or more of the candidate prediction blocks using weights (S910).
  • the video decoding device performs the following steps.
  • the video decoding device decodes the intra prediction mode from the bitstream (S920).
  • the intra prediction mode is a prediction mode rather than template matching prediction.
  • the video decoding device generates a prediction block of the current block using intra prediction mode (S922)
  • the video decoding device may decode the residual signals and then restore the current block by adding the prediction block and the decoded residual signals.
  • 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

Landscapes

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  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

본 실시예는 복수의 블록들 기반 인트라 템플릿 매칭 예측을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 개시한다. 본 실시예에서, 영상 복호화 장치는 템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정한 후, 현재블록의 템플릿을 기반으로 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성한다. 영상 복호화 장치는 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득한 후, 가중치들을 이용하여 후보 예측블록들을 가중 결합하여 현재블록의 예측블록을 생성한다.

Description

복수의 블록들 기반 인트라 템플릿 매칭 예측을 이용하는 비디오 코딩을 위한 방법 및 장치
본 개시는 복수의 블록들 기반 인트라 템플릿 매칭 예측을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
비디오 데이터는 음성 데이터나 정지 영상 데이터 등에 비하여 많은 데이터량을 가지기 때문에, 압축을 위한 처리 없이 그 자체를 저장하거나 전송하기 위해서는 메모리를 포함하여 많은 하드웨어 자원을 필요로 한다.
따라서, 통상적으로 비디오 데이터를 저장하거나 전송할 때에는 부호화기를 사용하여 비디오 데이터를 압축하여 저장하거나 전송하며, 복호화기에서는 압축된 비디오 데이터를 수신하여 압축을 해제하고 재생한다. 이러한 비디오 압축 기술로는 H.264/AVC, HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 비롯하여, HEVC에 비해 약 30% 이상의 부호화 효율을 향상시킨 VVC(Versatile Video Coding)가 존재한다.
그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임률이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 부호화해야 하는 데이터량도 증가하고 있으므로 기존의 압축 기술보다 더 부호화 효율이 좋고 화질 개선 효과도 높은 새로운 압축 기술이 요구된다.
인트라 템플릿 매칭 예측(Template Matching Prediction, TMP)은 템플릿 매칭을 이용하는 인트라 예측모드로서, 탐색 영역(searching area)에서 템플릿 매칭 비용을 최소로 하는 예측블록을 검색한 후, 해당 블록을 현재블록의 예측블록으로 사용한다. 부호화기는 인트라 TMP 모드의 사용 여부를 복호화기로 전달하고, 복호화기는 부호화기와 동일한 예측 작업을 수행한다. 복호화기는 현재 템플릿에 대해 비용 함수(cost function)가 최소인 템플릿을 검색한 후, 검색된 템플릿의 대응 블록을 예측블록으로 사용한다. 기존 인트라 TMP는 하나의 예측블록을 사용하므로, 예측 정확도의 향상에 한계가 존재한다. 따라서, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 특히 크로마 성분의 화질을 개선하기 위해, 인트라 TMP를 개선하는 방안이 고려될 필요가 있다.
본 개시는, 템플릿 매칭을 이용하여 복수의 후보 예측블록들을 탐색한 후, 탐색된 복수의 후보 예측블록들로부터 현재블록의 예측블록을 생성하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록을 복호화하는 방법에 있어서, 템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정하는 단계; 상기 현재블록의 템플릿을 기반으로 상기 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 상기 후보 예측블록들의 집합을 구성하는 단계; 상기 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득하는 단계; 및 상기 가중치들을 이용하여 상기 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 상기 현재블록의 예측블록을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록을 부호화하는 방법에 있어서, 템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정하는 단계; 상기 현재블록의 템플릿을 기반으로 상기 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 상기 후보 예측블록들의 집합을 구성하는 단계; 상기 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득하는 단계; 및 상기 가중치들을 이용하여 상기 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 상기 현재블록의 제1 예측블록을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은, 템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정하는 단계; 현재블록의 템플릿을 기반으로 상기 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 상기 후보 예측블록들의 집합을 구성하는 단계; 상기 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득하는 단계; 및 상기 가중치들을 이용하여 상기 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 상기 현재블록의 예측블록을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 템플릿 매칭을 이용하여 복수의 후보 예측블록들을 탐색한 후, 탐색된 복수의 후보 예측블록들로부터 현재블록의 예측블록을 생성하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공함으로써, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하는 것이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 2는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 템플릿 매칭 예측을 나타내는 예시도이다.
도 7은 인트라 템플릿 매칭 예측을 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 인트라 템플릿 매칭 예측에 따라 현재블록을 부호화하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 인트라 템플릿 매칭 예측에 따라 현재블록을 복호화하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 1의 도시를 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 부호화 장치는 픽처 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 재정렬부(150), 엔트로피 부호화부(155), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 루프 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
영상 부호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
하나의 영상(비디오)은 복수의 픽처들을 포함하는 하나 이상의 시퀀스로 구성된다. 각 픽처들은 복수의 영역으로 분할되고 각 영역마다 부호화가 수행된다. 예를 들어, 하나의 픽처는 하나 이상의 타일(Tile) 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.
픽처 분할부(110)는 CTU의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
픽처 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 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.
트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT), 또는 상위 노드가 1:2:1 비율로 세 개의 하위 노드로 분할되는 터너리트리(TernaryTree, TT), 또는 이러한 QT 구조, BT 구조 및 TT 구조 중 둘 이상을 혼용한 구조일 수 있다. 예컨대, QTBT(QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있고, 또는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 여기서, BTTT를 합쳐서 MTT(Multiple-Type Tree)라 지칭될 수 있다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달할 때까지 반복될 수 있다. QT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 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.
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.
트리 구조의 다른 예시로서 QTBT가 사용되는 경우, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. BT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 블록으로 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할되는 타입을 지시하는 분할 타입 정보가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 한편, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태에는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태가 포함될 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태가 포함될 수도 있다.
CU는 CTU로부터의 QTBT 또는 QTBTTT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBTTT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다. QTBTTT 분할의 채용에 따라, 현재블록의 모양은 정사각형뿐만 아니라 직사각형일 수도 있다.
예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다.
일반적으로, 픽처 내 현재블록들은 각각 예측적으로 코딩될 수 있다. 일반적으로 현재블록의 예측은 (현재블록을 포함하는 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인트라 예측 기술 또는 (현재블록을 포함하는 픽처 이전에 코딩된 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인터 예측 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 인터 예측은 단방향 예측과 양방향 예측 모두를 포함한다.
인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재한다. 예컨대, 도 3a에서 보는 바와 같이, 복수의 인트라 예측모드는 Planar 모드와 DC 모드를 포함하는 2 개의 비방향성 모드와 65 개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.
직사각형 모양의 현재블록에 대한 효율적인 방향성 예측을 위해, 도 3b에 점선 화살표로 도시된 방향성 모드들(67 ~ 80번, -1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)이 추가로 사용될 수 있다. 이들은 "광각 인트라 예측모드들(wide angle intra-prediction modes)"로 지칭될 수 있다. 도 3b에서 화살표들은 예측에 사용되는 대응하는 참조샘플들을 가리키는 것이며, 예측 방향을 나타내는 것이 아니다. 예측 방향은 화살표가 가리키는 방향과 반대이다. 광각 인트라 예측모드들은 현재블록이 직사각형일 때 추가적인 비트 전송 없이 특정 방향성 모드를 반대방향으로 예측을 수행하는 모드이다. 이때 광각 인트라 예측모드들 중에서, 직사각형의 현재블록의 너비와 높이의 비율에 의해, 현재블록에 이용 가능한 일부 광각 인트라 예측모드들이 결정될 수 있다. 예컨대, 45도보다 작은 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(67 ~ 80번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 높이가 너비보다 작은 직사각형 형태일 때 이용 가능하고, -135도보다 큰 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(-1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 너비가 높이보다 큰 직사각형 형태일 때 이용 가능하다.
인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측모드들에 대한 비트율 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 비트율 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 비트율 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다.
인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측모드 중에서 하나의 인트라 예측모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측모드에 따라 결정되는 주변 픽셀(참조 픽셀)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측모드에 대한 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 인터 예측부(124)는 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(Motion Vector: MV)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 움직임벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는, 예측의 정확성을 높이기 위해, 참조픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 샘플 사이의 서브 샘플들은 그 두 정수 샘플을 포함한 연속된 복수의 정수 샘플들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조픽처에 대해서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)는 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도(Adaptive Motion Vector Resolution: AMVR)가 적용되는 경우 각 대상 영역에 적용할 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 대상 영역마다 시그널링되어야 한다. 예컨대, 대상 영역이 CU인 경우, 각 CU마다 적용된 움직임벡터 해상도에 대한 정보가 시그널링된다. 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 후술할 차분 움직임벡터의 정밀도를 나타내는 정보일 수 있다.
한편, 인터 예측부(124)는 양방향 예측(bi-prediction)을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 양방향 예측의 경우, 두 개의 참조픽처와 각 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록 위치를 나타내는 두 개의 움직임벡터가 이용된다. 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)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.
움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
예컨대, 현재블록의 참조픽처와 움직임벡터가 주변블록의 참조픽처 및 움직임벡터와 동일한 경우에는 그 주변블록을 식별할 수 있는 정보를 부호화함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 영상 복호화 장치로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 '머지 모드(merge mode)'라 한다.
머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다.
머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(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.
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.
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.
이하, 머지 모드와 머지 스킵 모드를 통칭하여, 머지/스킵 모드로 나타낸다.
움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드이다.
AMVP 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 4에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(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.
인터 예측부(124)는 이 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 현재블록의 움직임벡터로부터 예측 움직임벡터를 감산하여 차분 움직임벡터를 산출한다.
예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 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.
한편, 예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나를 선택하는 방식으로 결정될 수도 있다. 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보와 함께, 선택된 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보가 추가로 부호화된다.
감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.
변환부(140)는 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차블록 내의 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.
한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 행렬이 사용될 수 있다. 예컨대, 가로 방향 변환과 세로 방향 변환을 위한 변환 함수의 쌍을 MTS(Multiple Transform Set)로 정의할 수 있다. 변환부(140)는 MTS 중 변환 효율이 가장 좋은 하나의 변환 함수 쌍을 선택하고 가로 및 세로 방향으로 각각 잔차블록을 변환할 수 있다. MTS 중에서 선택된 변환 함수 쌍에 대한 정보(mts_idx)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화 파라미터를 이용하여 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화부(155)로 출력한다. 양자화부(145)는, 어떤 블록 혹은 프레임에 대해, 변환 없이, 관련된 잔차 블록을 곧바로 양자화할 수도 있다. 양자화부(145)는 변환블록 내의 변환 계수들의 위치에 따라 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 2차원으로 배열된 양자화된 변환 계수들에 적용되는 양자화 행렬은 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.
재정렬부(150)는 계수 스캐닝(coefficient scanning)을 이용하여 2차원의 계수 어레이를 1차원의 계수 시퀀스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(150)에서는 지그-재그 스캔(zig-zag scan) 또는 대각선 스캔(diagonal scan)을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원의 계수 시퀀스를 출력할 수 있다. 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 계수 어레이를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔, 대각선 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중에서 사용될 스캔 방법이 결정될 수도 있다.
엔트로피 부호화부(155)는, CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code), 지수 골롬(Exponential Golomb) 등의 다양한 부호화 방식을 사용하여, 재정렬부(150)로부터 출력된 1차원의 양자화된 변환 계수들의 시퀀스를 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다.
또한, 엔트로피 부호화부(155)는 블록 분할과 관련된 CTU size, CU 분할 플래그, QT 분할 플래그, MTT 분할 타입, MTT 분할 방향 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보(즉, 인트라 예측모드에 대한 정보) 또는 인터 예측정보(움직임 정보의 부호화 모드(머지 모드 또는 AMVP 모드), 머지 모드의 경우 머지 인덱스, AMVP 모드의 경우 참조픽처 인덱스 및 차분 움직임벡터에 대한 정보)를 부호화한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 양자화와 관련된 정보, 즉, 양자화 파라미터에 대한 정보 및 양자화 행렬에 대한 정보를 부호화한다.
역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.
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.
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.
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.
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.
영상 부호화 장치는 부호화된 비디오 데이터의 비트스트림을 비일시적인 기록매체에 저장하거나 통신 네트워크를 이용하여 영상 복호화 장치에게 전송할 수 있다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 영상 복호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510), 재정렬부(515), 역양자화부(520), 역변환부(530), 예측부(540), 가산기(550), 루프 필터부(560) 및 메모리(570)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
엔트로피 복호화부(510)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보, 잔차신호들에 대한 정보 등을 추출한다.
엔트로피 복호화부(510)는 SPS(Sequence Parameter Set) 또는 PPS(Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고, CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할정보를 추출함으로써 트리 구조를 이용하여 CTU를 분할한다.
예컨대, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 MTT의 분할과 관련된 제2 플래그(mtt_split_flag) 및 분할 방향(vertical / horizontal) 및/또는 분할 타입(binary / ternary) 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 MTT 구조로 분할한다. 이에 따라 QT의 리프 노드 이하의 각 노드들을 BT 또는 TT 구조로 반복적으로(recursively) 분할한다.
또 다른 예로서, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 CU의 분할 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)를 추출하고, 해당 블록이 분할된 경우, 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출할 수도 있다. 분할 과정에서 각 노드는 0번 이상의 반복적인 QT 분할 후에 0번 이상의 반복적인 MTT 분할이 발생할 수 있다. 예컨대, CTU는 바로 MTT 분할이 발생하거나, 반대로 다수 번의 QT 분할만 발생할 수도 있다.
다른 예로서, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT로 더 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할 방향 정보를 추출한다.
한편, 엔트로피 복호화부(510)는 트리 구조의 분할을 이용하여 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. 예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 요소를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.
또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화 관련된 정보, 및 잔차신호들에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.
재정렬부(515)는, 영상 부호화 장치에 의해 수행된 계수 스캐닝 순서의 역순으로, 엔트로피 복호화부(510)에서 엔트로피 복호화된 1차원의 양자화된 변환계수들의 시퀀스를 다시 2차원의 계수 어레이(즉, 블록)로 변경할 수 있다.
역양자화부(520)는 양자화된 변환계수들을 역양자화하고, 양자화 파라미터를 이용하여 양자화된 변환계수들을 역양자화한다. 역양자화부(520)는 2차원으로 배열된 양자화된 변환계수들에 대해 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 역양자화부(520)는 영상 부호화 장치로부터 양자화 계수(스케일링 값)들의 행렬을 양자화된 변환계수들의 2차원 어레이에 적용하여 역양자화를 수행할 수 있다.
역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.
또한, 역변환부(530)는 변환블록의 일부 영역(서브블록)만 역변환하는 경우, 변환블록의 서브블록만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 서브블록의 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 서브블록의 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)를 추출하여, 해당 서브블록의 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환함으로써 잔차신호들을 복원하고, 역변환되지 않은 영역에 대해서는 잔차신호들로 “0”값을 채움으로써 현재블록에 대한 최종 잔차블록을 생성한다.
또한, MTS가 적용된 경우, 역변환부(530)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 MTS 정보(mts_idx)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 각각 적용할 변환 함수 또는 변환 행렬을 결정하고, 결정된 변환 함수를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 변환블록 내의 변환계수들에 대해 역변환을 수행한다.
예측부(540)는 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(542)는 현재블록의 예측 타입이 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(544)는 현재블록의 예측 타입이 인터 예측일 때 활성화된다.
인트라 예측부(542)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 요소로부터 복수의 인트라 예측모드 중 현재블록의 인트라 예측모드를 결정하고, 인트라 예측모드에 따라 현재블록 주변의 참조 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다.
인터 예측부(544)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인터 예측모드에 대한 신택스 요소를 이용하여 현재블록의 움직임벡터와 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정하고, 움직임벡터와 참조픽처를 이용하여 현재블록을 예측한다.
가산기(550)는 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.
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.
디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(570)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용된다.
본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 템플릿 매칭을 이용하여 복수의 후보 예측블록들을 탐색한 후, 탐색된 복수의 후보 예측블록들로부터 현재블록의 예측블록을 생성하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.
이하의 실시예들은 영상 부호화 장치(video encoding device) 내 인트라 예측부(120)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치(video decoding device) 내 인트라 예측부(540)에 의해 수행될 수 있다.
영상 부호화 장치는, 현재블록의 예측에 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 예측과 관련된 시그널링 정보를 복호화할 수 있다.
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.
또한, 하나의 플래그의 값이 참이라는 것은 플래그가 1로 설정되는 경우를 나타낸다. 또한, 하나의 플래그의 값이 거짓이라는 것은 플래그가 0으로 설정되는 경우를 나타낸다.
I. 인트라 예측 기술들
인트라 예측은, 전술한 바와 같이, 현재 부호화하려는 블록의 주변에 존재하는 샘플들을 참조하여 현재블록을 예측하는 방법이다. VVC 기술에 있어서, 루마 블록의 인트라 예측모드는, 도 3a에 예시된 바와 같이, 비방향성 모드(즉, planar 및 DC) 외에, 세분화된 방향성 모드(즉, 2 내지 66)를 갖는다. 또한, 도 3b의 예시에 추가된 바와 같이, 루마 블록의 인트라 예측모드는 광각 인트라 예측(WAIP, Wide-angle Intra Prediction)에 따른 방향성 모드(-14 내지 -1 및 67 내지 80)를 갖는다.
또한, 인트라 예측은, MRLP(Multiple Reference Line intra Prediction), PDPC(Position Dependent intra Prediction Combination), ISP(Intra Sub-Partitions), MIP(Matrix-based Intra Prediction), MPM(Most Probable Mode), 템플릿 매칭 예측(Template Matching Prediction, TMP) 등과 같은 예측 기술을 이용할 수 있다.
MRLP을 이용하는 인트라 예측 과정에 있어서, 영상 부호화/복호화 장치는 MRL(Multiple Reference Line)을 이용하여 더 많은 참조 라인들을 사용할 수 있다. MRL이 적용되는 경우, 영상 부호화/복호화 장치는, 원래의 참조 라인 외에 현재블록의 상단 및 좌변에 추가된 2 개의 라인의 샘플들을 이용하여 현재블록에 대한 인트라 예측을 수행할 수 있다. MRL 적용 시 참조 라인의 선택을 위해, 참조 라인을 표시하는 인덱스(mrl_idx)가 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
인트라 예측에 있어서, 규칙 기반의 예측방법 중의 하나가 PDPC(Position Dependent intra Prediction Combination)이다. 즉, 인트라 예측을 수행하는 대상블록의 부호화 정보와 대상블록과 공간적으로 인접한 주변 화소들을 활용하여, 기정의된 연산을 기반으로 예측자(predictor)가 생성될 수 있다.
PDPC는, 현재블록의 인트라 예측자를 생성하기 위하여 특정 인트라 예측모드에 따라 생성된 예측샘플들을 조정(modify)한다. 여기서, 특정 인트라 예측모드는, 도 3a에 예시된 예측모드들 중, planar, DC, 수평(18번 예측모드), 수직(50번 예측모드), 좌하향 대각선의 방향성 모드(2번 예측모드)와 이에 근접하는 15 개의 방향성 모드, 및 우상향 대각선의 방향성 모드(66번 예측모드)와 이에 근접하는 15 개의 방향성 모드를 포함한다.
PDPC에서는, 특정 인트라 예측모드에 따라 생성된 현재블록의 예측샘플들에 대해, 기정의된 가중치와 주변 화소의 위치 정보를 사용하여, 화소별 값이 조정되어 예측샘플이 생성될 수 있다.
ISP 기술은, 현재블록을 동일한 크기의 작은 블록들로 서브분할한 후, 서브블록들 전체에 인트라 예측모드를 공유시키지만, 서브블록 각각에 변환을 적용할 수 있다. 이때, 블록의 서브분할은 수평 방향 또는 수직 방향으로 수행될 수 있다.
이하의 설명에서, 서브분할되기 전의 큰 블록을 현재블록이라 하고, 서브분할된 작은 블록들 각각을 서브블록으로 표현한다.
현재블록을 수평 방향 또는 수직 방향으로 서브분할함에 있어서, 현재블록의 크기가 너무 작은 경우, 분할된 서브블록들에 대해 오히려 부호화 효율이 저하되거나, 변환을 위한 최소 단위보다도 서브블록들의 크기가 작아져서 변환 자체가 불가능할 수 있다. 이러한 경우가 발생하지 않도록, 분할 후 획득되는 서브블록의 크기를 참조하여 ISP 적용이 제한될 수 있다. 즉, 분할된 서브블록의 픽셀의 개수가 16 이상인 경우에, 서브분할이 적용될 수 있다. 예컨대, 현재블록의 크기가 4×4인 경우, ISP는 적용되지 않는다. 4×8 또는 8×4 크기를 갖는 블록은 동일한 모양과 크기를 갖는 2 개의 서브블록들로 분할될 수 있는데, 이를 Half_Split이라 한다. 그리고 그 외의 크기를 갖는 블록은 동일한 모양과 크기를 갖는 4 개의 서브블록들로 분할될 수 있는데, 이를 Quarter_Split이라 한다.
인트라 예측을 수행하는 현재블록의 주변 화소들과 현재블록의 부호화 정보를 사용하여, 기정의된 행렬(matrix) 연산을 기반으로 예측자가 생성될 수 있다. 이러한 규칙 기반의 예측방법을 MIP라 한다.
MIP는 기정의된 행렬 연산을 이용하여 인트라 예측자의 전부 또는 일부를 생성한다. 예측자의 일부가 생성된 경우, MIP는 일부 예측자를 사용하여 업샘플링 또는 업스케일링을 위한 보간(interpolation)을 추가적으로 수행함으로써, 현재블록의 크기와 동일한 최종 인트라 예측샘플들을 생성할 수 있다.
템플릿 매칭 예측(Template matching prediction, TMP)은, 현재 프레임 내 기정의된 탐색 영역에서 템플릿들 간 차이를 최소로 하는 최적의 예측블록을 탐색한다. 여기서, 기정의된 탐색 영역은 현재 프레임의 복원된 영역(reconstructed area) 내에 존재한다. 현재 템플릿은 현재블록의 상단 및 좌측 이웃 샘플들로 구성된다. 도 6의 예시와 같이, TMP는 탐색 영역에서 최적의 유사(similar) 템플릿을 탐색하여, 탐색된 최적의 템플릿에 대응하는 예측블록(또는, '참조블록')을 도출한다. TMP는 현재 템플릿과 탐색되는 템플릿 간 차이를 계산하는 비용 함수를 이용하여, 탐색 영역 내에서 최소의 비용을 갖는 템플릿을 탐색한다. 이때, 템플릿 매칭을 위한 비용 함수로서 주로 SAD(Sum of Absolute Difference)가 이용된다. TMP는 최소의 비용을 갖는 템플릿에 대응하는 블록을 현재블록의 예측블록으로 결정한다.
인트라 TMP는 템플릿 매칭을 이용하는 인트라 예측모드로서, 탐색 영역에서 템플릿 매칭 비용을 최소로 하는 예측블록을 검색한 후, 해당 블록을 현재블록의 예측블록으로 사용한다. 영상 부호화 장치는 인트라 TMP 모드의 사용 여부를 지시하는 플래그(이하, '템플릿 모드 플래그')를 영상 복호화 장치로 전달한다. 파싱된 플래그가 참인 경우, 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치와 동일한 템플릿 매칭 기반 예측을 수행한다. 영상 복호화 장치는 현재 템플릿에 대해 비용 함수가 최소인 템플릿을 검색한 후, 검색된 템플릿의 대응 블록을 현재블록의 예측블록으로 사용할 수 있다.
템플릿 매칭 시 메모리 절감을 위해, 인트라 TMP는 탐색 영역을 현재블록이 위치한 현재 CTU(coding tree unit), 좌상단 CTU, 상단 CTU, 및 좌측 CTU 이내로 제한할 수 있다. 도 7의 예시에서, R1(현재 CTU), R2(좌상단 CTU), R3(상단 CTU), 및 R4(좌측 CTU)로 표시된 영역은 전술한 탐색 영역을 나타낸다. 또한, 현재블록의 높이와 너비(BlkW, BlkH)에 기설정된 상수 값 c를 곱하여, 탐색 영역 내에서 적응적으로 탐색 범위가 결정될 수 있다. 예를 들어, c=5로 설정하여, 수학식 1과 같이 탐색 범위 SearchRange_w와 SearchRange_h가 결정될 수 있다.
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MPM 기술은, 현재블록의 인트라 예측 시 주변 블록의 인트라 예측모드를 이용한다. 영상 부호화 장치는, 예측모드의 인덱스를 대신하여 MPM 리스트의 인덱스를 전송함으로써, 인트라 예측모드의 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
템플릿 기반 인트라 예측모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방식은, MPM 리스트에 저장된 각 인트라 예측모드에 대해 템플릿 영역에서 예측을 수행하여 예측 템플릿을 생성한 후, 생성된 예측 템플릿의 화소들과 기복원된 템플릿의 화소들 간의 비용을 계산한다. TIMD 방식은 비용이 적은 순서대로 두 개의 인트라 예측모드들을 TIMD 모드로 선택한다. 두 개의 TIMD 모드에 따른 예측블록들에 PDPC 과정을 적용하여 필터링된 예측블록들을 생성한 후, TIMD 방식은 필터링된 예측블록들에 가중치를 적용하여 최종 인트라 예측블록을 구성할 수 있다.
디코더 측 인트라 예측모드 유도(Decoder-side Intra Mode Derivation, DIMD) 방식은, 현재블록의 인접 샘플들에 대해 각 샘플의 그래디언트를 산정한 후, 산정된 그래디언트들로부터 현재블록의 인트라 예측을 위한 예측모드를 유도한다. 기존의 방식에서는 인트라 예측모드가 부호화되어 디코더로 전달되나, DIMD 방식에서는 디코더 측에서 인트라 예측모드가 유도될 수 있다.
이하의 실시예들은, 영상 복호화 장치를 중심으로 기술되나, 영상 부호화 장치에서도 동일하거나 유사하게 구현될 수 있다.
II. 본 발명에 따른 실시예들
전술한 인트라 TMP는 하나의 예측블록을 사용하므로, 예측 정확도의 향상에 한계가 존재한다. 본 실시예에 따른 인트라 TMP는 예측 정확도의 향상을 위해, 복수의 후보 예측블록들을 활용한다.
영상 복호화 장치는 전술한 바와 같은 템플릿 매칭을 이용하여 탐색 영역을 탐색함으로써, 복수의 후보 예측블록들을 구성한다. 각 후보 예측블록의 템플릿과 현재블록의 템플릿 간의 템플릿 매칭 비용이 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 복호화 장치는 후보 예측블록들의 구성으로부터 해당 후보를 배제한다. 하나 이상의 블록을 예측 후보 예측블록에 이용하는 경우, 영상 복호화 장치는 후보 예측블록들을 가중 결합하여 최종 예측블록을 생성할 수 있다. 이때, 가중 결합에 이용되는 각 가중치는 템플릿 매칭 비용(template matching cost)에 따라 결정될 수 있다. 한편, 템플릿 매칭 비용이 기설정된 임계치 이하인 블록이 하나도 존재하지 않는 경우, 기존의 방식대로, 영상 복호화 장치는 하나의 예측블록을 사용할 수 있다.
이하, 템플릿 매칭을 이용하여 복수의 후보 예측블록들을 구성하는 실시예들을 기술한다.
영상 복호화 장치는 복수의 후보 블록들을 탐색하기 위해 탐색 영역을 설정한 후, 기존의 TMP 방식을 이용하여 탐색 영역 내 블록의 비용 함수 값(즉, 템플릿 매칭 비용)을 산정한다. 영상 복호화 장치는 템플릿 매칭 비용이 작은 순서대로 N (여기서, N은 자연수) 개의 후보 블록 B1, B2, ..., BN을 포함하는 집합 B = {B1, B2, ..., BN}을 구성한다. 집합 B에서, B1의 비용이 최소이고, 인덱스가 증가할수록 해당 비용도 증가한다.
집합 B를 구성하는 과정에서 두 후보 블록들의 비용이 동일한 경우, 영상 복호화 장치는 둘 중 하나를 선택하기 위해 다음 방식들 중 하나 또는 그 조합을 따를 수 있다.
영상 복호화 장치는 두 후보 블록들 중 TMP 방식에 따라 우선 탐색되는 블록을 선택할 수 있다. 영상 복호화 장치는 두 후보 블록들 중 현재블록에 더 가까운 블록을 선택할 수 있다. 영상 복호화 장치는 두 후보 블록들 중 현재 CTU, R2, R3, R4 순서대로, 우선 순위의 CTU에 포함되는 블록을 선택할 수 있다. 영상 복호화 장치는 동일한 비용을 갖는 두 블록들을 평균하여 신규 블록을 생성한 후, 두 블록들을 대신하여 생성된 신규 블록을 집합 B에 포함시킬 수 있다.
집합 B에 포함된 모든 블록들을 이용하는 대신, 영상 복호화 장치는 템플릿 매칭 비용을 고려하여 집합 내 일부 블록들을 제거할 수 있다. 이하, 후보 블록 B1, B2, ..., BN의 템플릿 매칭 비용을 각각 C1, C2, ..., CN으로 정의한다. 영상 복호화 장치는 비용 함수에 따른 SAD를 그대로 비용 C로 사용할 수 있다. 또는, 영상 복호화 장치는 SAD를 현재블록의 높이, 너비, 또는 크기로 나누어 생성된 값을 비용 C로 사용할 수 있다. 영상 복호화 장치는 다음 방식들 중 하나를 이용하여 후보 블록을 제거할 수 있다.
일 예로서, 비용 값 Ci(여기서, 1≤i≤N)가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 복호화 장치는 집합 B로부터 i 이상의 인덱스를 갖는 후보 블록들을 모두 제거한다.
다른 예로서, 비용 값 Ci-1과 Ci 간의 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 복호화 장치는 집합 B로부터 i 이상의 인덱스를 갖는 후보 블록들을 모두 제거한다.
실시예에 따라 하나의 블록만을 남긴 채로, 집합 B로부터 나머지 후보 블록들이 모두 제거될 수 있다. 이러한 경우는, 하나의 예측블록을 이용하는 기존의 인트라 TMP와 동일하다.
다른 예로서, 템플릿 매칭 비용을 이용하여 후보 블록들의 개수를 결정하는 방식 외에, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 후보 블록들의 개수가 기정의된 후 이용될 수 있다. 예를 들어. N=2로 기설정될 수 있다.
이하, 후보 예측블록들을 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성하는 실시예를 기술한다.
전술한 후보 제거 과정에 따라 집합 B는 M(여기서, 1≤M≤N) 개의 블록을 포함하는 것으로 가정한다. 즉, 집합 B = {B1, B2, ..., BM} 이다. M 개의 블록들 중 하나 이상을 이용하여 영상 복호화 장치는 수학식 2와 같이 현재블록의 예측블록 P을 생성할 수 있다.
Figure PCTKR2023012712-appb-img-000002
한편, 후보 제거 과정이 없이도, 수학식 2가 적용될 수 있다(M=N).
수학식 2에서, 가중치 wi는 다음 방식들 중 하나 또는 그 조합에 따라 산정될 수 있다.
영상 복호화 장치는 Ci(1≤i≤M)를 이용하여 wi를 계산한다. 예를 들어, wi = (C - Ci ) / ((M-1)·C)로 산정된다. 여기서, C는 M 개의 Ci를 합한 값이다.
영상 복호화 장치는 기설정된 상수 wi를 이용할 수 있다. 예를 들어, wi = 1/M로 설정될 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 가중치가 기설정될 수 있다.
영상 부호화 장치는 wi를 영상 복호화 장치로 시그널링할 수 있다. 영상 복호화 장치는 wi를 파싱한 후, 현재블록의 예측블록의 생성에 이용할 수 있다.
wi(1≤i≤M)들 중 일부는 0으로 설정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 후보 블록들을 선택하는 과정에서, 템플릿 매칭 비용이 임계치보다 큰 경우, 해당 블록이 집합 B로부터 제거된다. 이러한 제거 과정을 대신하여, 현재블록의 예측블록을 생성하는 과정에서 템플릿 매칭 비용이 사용될 수 있다. 예를 들어, 비용 값 CM+1가 임계치보다 큰 경우, 영상 복호화 장치는 M+1 이상인 큰 인덱스를 갖는 모든 후보 블록들의 가중치를 0으로 설정한다. 또한, 영상 복호화 장치는 M 이하인 인덱스를 갖는 후보 블록들의 가중치를 다음 방식들 중 하나에 따라 결정할 수 있다.
영상 복호화 장치는 Ci(1≤i≤M)를 이용하여 wi를 계산한다. 예를 들어, wi = (C - Ci ) / ((M-1)·C) 로 산정된다. 여기서, C는 인덱스 M 이하인 인덱스를 가지는 후보 블록들의 비용을 합한 값이다.
영상 복호화 장치는 기설정된 상수 wi를 이용할 수 있다. 예를 들어, wi = 1/M으로 설정될 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 가중치가 기설정될 수 있다.
영상 부호화 장치는 wi를 영상 복호화 장치로 시그널링할 수 있다. 영상 복호화 장치는 wi를 파싱한 후, 현재블록의 예측블록의 생성에 이용할 수 있다.
wi(1≤i≤M)들 중 일부는 0으로 설정될 수 있다.
최종적으로, 영상 복호화 장치는 수학식 2에 따라 현재블록의 예측블록을 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 후보 블록들을 선택하는 과정에서, 템플릿 매칭 비용이 임계치보다 큰 경우, 해당 블록이 집합 B로부터 제거된다. 일 예로서, 이러한 제거 과정 대신, 영상 복호화 장치는 후보 블록들을 평균하여 신규 후보 블록을 생성한 후, 신규 후보 블록을 이용할 수 있다. 예를 들어, 비용 값 Ci(여기서, 1≤i≤N)가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 복호화 장치는 i보다 큰 인덱스를 갖는 후보 블록들을 평균하여 신규 후보 블록을 생성할 수 있다. 이후, 영상 복호화 장치는 i보다 큰 인덱스를 갖는 후보 블록들을 대신하여 신규 후보 블록을 집합 B에 포함시킬 수 있다. 또는, 비용 값 Ci-1과 Ci 간의 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 복호화 장치는 i보다 큰 인덱스를 갖는 후보 블록들을 평균하여 신규 후보 블록을 생성할 수 있다. 이후, 영상 복호화 장치는 i보다 큰 인덱스를 갖는 후보 블록들을 대신하여 신규 후보 블록을 집합 B에 포함시킬 수 있다.
한편, 예컨대, 템플릿 매칭 비용이 기설정된 임계치 이하인 블록이 하나도 존재하지 않는 경우, 영상 복호화 장치는 템플릿 매칭 비용이 최소인 예측블록 B1만을 이용하여 수학식 2를 구성할 수 있다. 이러한 경우는, 하나의 예측블록을 이용하는 기존의 인트라 TMP와 동일하다.
전술한 과정에 따라, 영상 복호화 장치는 복수의 후보 블록들을 선택한 후, 집합 B에 포함된 예측블록들을 사용하여, 최종 예측블록을 생성할 수 있다. 이하, 템플릿 매칭에 따라 탐색된 예측블록, 및 현재블록의 이웃 샘플들에 기초하여 생성된 예측블록 D를 함께 사용하여 최종 예측블록을 생성하는 방법을 기술한다. 예를 들어, 영상 복호화 장치는 현재블록의 이웃 샘플들에 기초하여 다음 방식들 중 하나 또는 조합에 따라 예측블록 D를 생성할 수 있다.
일 예로서, 영상 복호화 장치는 전술한 DIMD 방식에 따라 예측모드를 유도한 후, 유도된 예측모드를 이용하여 예측블록 D를 생성할 수 있다.
다른 예로서, 영상 복호화 장치는 TIMD 방식에 따라 예측모드를 유도한 후, 유도된 예측모드를 이용하여 예측블록 D를 생성할 수 있다.
다른 예로서, 영상 복호화 장치는 기존의 방향성 예측모드 또는 MIP 기술을 이용하여 예측블록 D를 생성할 수 있다.
이후, 영상 복호화 장치는 집합 B에 포함된 템플릿 매칭 기반 예측블록 B, 및 이웃 참조 샘플들을 이용하여 생성된 예측블록 D를 함께 사용하여 수학식 3과 같이 최종 예측 블록 P를 생성할 수 있다.
Figure PCTKR2023012712-appb-img-000003
여기서, 가중치 w1는 다음 방식들 하나 또는 그 조합에 따라 결정될 수 있다.
영상 복호화 장치는 기설정된 상수 wi를 이용할 수 있다. 예를 들어, wi = 1/2로 설정될 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 가중치가 기설정될 수 있다.
영상 부호화 장치는 w1를 영상 복호화 장치로 시그널링할 수 있다. 영상 복호화 장치는 w1을 파싱한 후, 현재블록의 예측블록의 생성에 이용할 수 있다.
영상 부호화 장치는 예측블록 B의 비용 C를 이용할 수 있다. 예를 들어, 비용 C가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 부호화 장치는 w1을 0으로 설정한다. 반면, 비용 C가 기설정된 임계치 이하인 경우, 영상 부호화 장치는 w1을 1/2로 설정할 수 있다.
본 개시에서, 수학식 2는 인트라 예측을 위하여 제안되나, 인터 예측에도 확장될 수 있다. 영상 복호화 장치는, 참조 프레임들로부터 복수의 후보 블록들을 탐색한 후, 매칭 비용이 작은 순서대로 N 개의 후보 블록 B1, B2, ..., BN을 포함하는 집합 {B1, B2, ..., BN}을 구성한다. 집합 B에서, B1의 비용이 최소이고, 인덱스 i(1≤i≤N)가 증가할수록 해당 비용도 증가한다.
영상 복호화 장치는, 수학식 2와 유사하게 후보 블록들을 가중합하여 예측블록을 생성할 수 있다. 이때, 영상 복호화 장치는 Ci를 이용하여 wi를 계산한다. 예를 들어, wi = (C - Ci )/((N-1)·C)로 산정된다. 여기서, C는 N 개의 Ci를 합한 값이다.
이하, 도 8 및 도 9의 도시를 이용하여, 복수의 후보 예측블록들을 이용하여 인트라 템플릿 매칭 예측을 수행하는 방법을 기술한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 인트라 템플릿 매칭 예측에 따라 현재블록을 부호화하는 방법을 나타내는 순서도이다.
영상 부호화 장치는 템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정한다(S800).
탐색 영역은 현재 프레임의 복원 영역 내에서 설정될 수 있다. 템플릿 매칭 시 메모리 절감을 위해, 영상 부호화 장치는 현재 CTU, 좌상단 CTU, 상단 CTU, 및 좌측 CTU를 포함하도록 탐색 영역을 설정할 수 있다.
영상 부호화 장치는 현재블록의 템플릿을 기반으로 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 후보 예측블록들의 집합을 구성한다(S802).
두 후보 예측블록들의 템플릿 매칭 비용이 동일한 경우, 영상 부호화 장치는 다음과 같이 둘 중 하나를 선택할 수 있다. 예컨대, 영상 부호화 장치는 두 후보 예측블록들 중 탐색 과정에서 먼저 탐색되는 블록을 선택할 수 있다. 영상 부호화 장치는 두 후보 예측블록들 중 현재블록에 더 가까운 블록을 선택할 수 있다. 영상 부호화 장치는 두 후보 예측블록들 중 현재 CTU, 좌상단 CTU, 상단 CTU, 및 좌측 CTU의 순서대로, 우선 순위의 CTU에 포함되는 블록을 선택할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치는 두 후보 예측블록들을 평균하여 신규 블록을 생성한 후, 두 후보 예측블록들을 대신하여 신규 블록을 후보 예측블록들의 집합에 포함시킬 수 있다.
영상 부호화 장치는 템플릿 매칭 비용을 고려하여 후보 예측블록들의 집합으로부터 일부 블록들을 제거할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치는 각 후보 예측블록에 대해 비용 함수 값을 템플릿 매칭 비용으로 사용할 수 있다. 또는, 영상 부호화 장치는 비용 함수 값을 현재블록의 높이, 너비, 또는 크기로 나누어 생성된 값을 템플릿 매칭 비용으로 사용할 수 있다.
일 예로서, 인덱스 i를 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용이 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 부호화 장치는 인덱스 i 이상을 갖는 후보 예측블록들을 후보 예측블록들의 집합으로부터 제거할 수 있다.
다른 예로서, 인데스 i-1을 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용과 인덱스로 i를 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용 간의 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 영상 부호화 장치는 인덱스 i 이상을 갖는 후보 예측블록들을 후보 예측블록들의 집합으로부터 제거할 수 있다.
영상 부호화 장치는 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득한다(S804).
영상 부호화 장치는 각 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용에 기초하여 각 후보 예측블록의 가중치를 산정할 수 있다.
영상 부호화 장치는 기설정된 가중치를 각 후보 예측블록의 가중치로 사용할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 가중치가 기설정될 수 있다.
한편, 영상 부호화 장치는 상위 단계로부터 가중치들을 획득할 수 있다. 이후, 영상 부호화 장치는 가중치들을 영상 복호화 장치로 시그널링할 수 있다.
영상 부호화 장치는 가중치들을 이용하여 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 현재블록의 제1 예측블록을 생성한다(S806).
영상 부호화 장치는 인트라 예측모드를 획득한다(S808). 여기서, 인트라 예측모드는 템플릿 매칭 예측이 아닌 예측모드이고, 예컨대, 영상 부호화 장치는 인트라 예측모드를 상위 레벨로부터 획득할 수 있다.
영상 부호화 장치는 인트라 예측모드를 이용하여 현재블록의 제2 예측블록을 생성한다(S810).
영상 부호화 장치는 제1 예측블록 및 제2 예측블록에 기초하여 템플릿 모드 플래그를 결정한다(S812). 여기서, 템플릿 모드 플래그는 인트라 템플릿 매칭 예측의 사용 여부를 지시한다.
비트율-왜곡 최적화 측면에서, 영상 부호화 장치는 제1 예측블록 및 제2 예측블록을 비교하여 템플릿 모드 플래그를 결정할 수 있다. 예컨대, 제1 예측블록이 최적인 경우, 영상 부호화 장치는 템플릿 모드 플래그를 참으로 설정할 수 있다. 반면, 제2 예측블록이 최적인 경우, 영상 부호화 장치는 템플릿 모드 플래그를 거짓으로 설정할 수 있다.
영상 부호화 장치는 템플릿 모드 플래그를 부호화한다(S814).
이후, 영상 부호화 장치는 템플릿 모드 플래그에 기초하여 현재블록으로부터 제1 예측블록 또는 제2 예측블록을 감산하여 잔차신호들을 생성한다. 영상 부호화 장치는 잔차신호들을 양자화, 변환, 및 엔트로피 부호화함으로써, 잔차신호들의 비트스트림을 생성할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 인트라 템플릿 매칭 예측에 따라 현재블록을 복호화하는 방법을 나타내는 순서도이다.
영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 템플릿 모드 플래그를 복호화한다(S900). 여기서, 템플릿 모드 플래그는 인트라 템플릿 매칭 예측의 사용 여부를 지시한다.
영상 복호화 장치는 템플릿 모드 플래그를 확인한다(S902).
템플릿 모드 플래그가 참인 경우(S902의 Yes), 영상 복호화 장치는 다음의 단계들을 수행한다.
영상 복호화 장치는 템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정한다(S904).
영상 복호화 장치는 현재블록의 템플릿을 기반으로 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 후보 예측블록들의 집합을 구성한다(S906).
영상 복호화 장치는 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득한다(S908).
영상 복호화 장치는 각 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용에 기초하여 각 후보 예측블록의 가중치를 산정할 수 있다.
영상 복호화 장치는 기설정된 가중치를 각 후보 예측블록의 가중치로 사용할 수 있다. 이때, 영상 부호화 장치와 영상 복호화 장치 간 약속에 따라 가중치가 기설정될 수 있다.
한편, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 가중치들을 복호화할 수 있다.
영상 복호화 장치는 가중치들을 이용하여 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 현재블록의 예측블록을 생성한다(S910).
반면, 템플릿 모드 플래그가 거짓인 경우(S902의 No), 영상 복호화 장치는 다음의 단계들을 수행한다.
영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 인트라 예측모드를 복호화한다(S920). 여기서, 인트라 예측모드는 템플릿 매칭 예측이 아닌 예측모드이다.
영상 복호화 장치는 인트라 예측모드를 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성한다(S922)
이후(S910 또는 S922 단계 이후), 영상 복호화 장치는 잔차신호들을 복호화한 후, 예측블록과 복호화된 잔차신호들을 가산하여 현재블록을 복원할 수 있다.
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.
이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들 혹은 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기능적 컴포넌트들은 그들의 구현 독립성을 특히 더 강조하기 위해 "...부(unit)" 로 라벨링되었음을 이해해야 한다.
한편, 본 실시예에서 설명된 다양한 기능들 혹은 방법들은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 비일시적 기록매체에 저장된 명령어들로 구현될 수도 있다. 비일시적 기록매체는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독가능한 형태로 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 비일시적 기록매체는 EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 드라이브, 광학 드라이브, 자기 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
110: 픽처 분할부
122: 인트라 예측부
542: 인트라 예측부
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
본 특허출원은 2022년 10월 4일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2022-0126633 호, 2023년 8월 24일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2023-0111332 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (16)

  1. 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재블록을 복호화하는 방법에 있어서,
    템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정하는 단계;
    상기 현재블록의 템플릿을 기반으로 상기 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 상기 후보 예측블록들의 집합을 구성하는 단계;
    상기 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득하는 단계; 및
    상기 가중치들을 이용하여 상기 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 상기 현재블록의 예측블록을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    비트스트림으로부터 템플릿 모드 플래그를 복호화하는 단계, 여기서, 상기 템플릿 모드 플래그는 인트라 템플릿 매칭 예측의 사용 여부를 지시함;
    상기 템플릿 모드 플래그를 확인하는 단계
    를 더 포함하되,
    상기 템플릿 모드 플래그가 참인 경우,
    상기 탐색 영역을 설정하는 단계 내지 상기 예측블록을 생성하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 템플릿 모드 플래그가 거짓인 경우,
    상기 비트스트림으로부터 상기 인트라 템플릿 매칭 예측이 아닌 인트라 예측모드를 복호화하는 단계; 및
    상기 인트라 예측모드를 이용하여 상기 현재블록의 예측블록을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집합을 구성하는 단계는,
    두 후보 예측블록들의 템플릿 매칭 비용이 동일한 경우, 상기 두 후보 예측블록들 중 탐색 과정에서 먼저 탐색되는 블록을 선택하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집합을 구성하는 단계는,
    두 후보 예측블록들의 템플릿 매칭 비용이 동일한 경우, 상기 두 후보 예측블록들을 평균하여 신규 블록을 생성한 후, 상기 두 후보 예측블록들을 대신하여 상기 신규 블록을 상기 후보 예측블록들의 집합에 포함시키는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집합을 구성하는 단계는,
    상기 템플릿 매칭 비용을 고려하여 상기 후보 예측블록들의 집합으로부터 일부 블록들을 제거하는 단계를 포함하되,
    각 후보 예측블록에 대해 비용 함수 값을 상기 템플릿 매칭 비용으로 사용하거나, 상기 비용 함수 값을 상기 현재블록의 높이, 너비, 또는 크기로 나누어 생성된 값을 상기 템플릿 매칭 비용으로 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 후보 예측블록들의 집합으로부터 일부 블록들을 제거하는 단계는,
    인덱스 i를 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용이 기설정된 임계치보다 큰 경우, 상기 인덱스 i 이상을 갖는 후보 예측블록들을 상기 후보 예측블록들의 집합으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 후보 예측블록들의 집합으로부터 일부 블록들을 제거하는 단계는,
    인데스 i-1을 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용과 인덱스로 i를 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용 간의 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 상기 인덱스 i 이상을 갖는 후보 예측블록들을 상기 후보 예측블록들의 집합으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가중치들을 획득하는 단계는,
    각 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용에 기초하여 상기 각 후보 예측블록의 가중치를 산정하거나, 기설정된 가중치를 상기 각 후보 예측블록의 가중치로 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 집합을 구성하는 단계는,
    상기 템플릿 매칭 비용을 고려하여 상기 후보 예측블록들을 평균하여 신규 후보 블록을 생성하는 단계; 및
    상기 신규 후보 블록을 상기 후보 예측블록들의 집합에 포함시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신규 후보 블록을 생성하는 단계는,
    인덱스 i를 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용이 기설정된 임계치보다 큰 경우, 상기 인덱스 i 이상을 갖는 후보 예측블록들을 평균하여 상기 신규 후보 블록을 생성하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 신규 후보 블록을 생성하는 단계는,
    인덱스 i-1를 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용과 인덱스 i을 갖는 후보 예측블록의 템플릿 매칭 비용 간의 차이이 기설정된 임계치보다 큰 경우, 상기 인덱스 i 이상을 갖는 후보 예측블록들을 평균하여 상기 신규 후보 블록을 생성하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재블록을 부호화하는 방법에 있어서,
    템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정하는 단계;
    상기 현재블록의 템플릿을 기반으로 상기 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 상기 후보 예측블록들의 집합을 구성하는 단계;
    상기 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득하는 단계; 및
    상기 가중치들을 이용하여 상기 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 상기 현재블록의 제1 예측블록을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    인트라 템플릿 매칭 예측이 아닌 인트라 예측모드를 획득하는 단계; 및
    상기 인트라 예측모드를 이용하여 상기 현재블록의 제2 예측블록을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 예측블록 및 상기 제2 예측블록에 기초하여 템플릿 모드 플래그를 결정하는 단계, 여기서, 상기 템플릿 모드 플래그는 상기 인트라 템플릿 매칭 예측의 사용 여부를 지시함; 및
    상기 템플릿 모드 플래그를 부호화하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은,
    템플릿 매칭을 위한 탐색 영역을 설정하는 단계;
    현재블록의 템플릿을 기반으로 상기 탐색 영역을 탐색하여, 템플릿 매칭 비용이 작은 순서에 따라 인덱싱되는 복수의 후보 예측블록들을 생성하고, 상기 후보 예측블록들의 집합을 구성하는 단계;
    상기 후보 예측블록들에 대해 가중치들을 획득하는 단계; 및
    상기 가중치들을 이용하여 상기 후보 예측블록들 중 하나 이상을 가중 결합하여 상기 현재블록의 예측블록을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체.
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