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KR102699457B1 - 변환 기반의 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

변환 기반의 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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KR102699457B1
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Abstract

본 발명은 변환 기반의 영상 부호화/복호화에 관한 것이다. 본 발명에 따른 영상 복호화 방법은 현재 블록의 변환 모드 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계; 상기 변환 모드 정보에 기초하여 상기 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 결정하는 단계; 및 상기 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터들을 역변환하는 단계를 포함한다.

Description

변환 기반의 영상 부호화/복호화 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ENCODING AND DECODING A VIDEO IMAGE BASED ON TRANSFORM}
본 발명은 영상의 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변환(transform)에 기반하여 비디오 영상을 부호화/복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 영상 및 UHD(Ultra High Definition) 영상과 같은 고해상도, 고품질의 영상에 대한 수요가 다양한 응용 분야에서 증가하고 있다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질이 될수록 기존의 영상 데이터에 비해 상대적으로 데이터량이 증가하기 때문에 기존의 유무선 광대역 회선과 같은 매체를 이용하여 영상 데이터를 전송하거나 기존의 저장 매체를 이용해 저장하는 경우, 전송 비용과 저장 비용이 증가하게 된다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질화 됨에 따라 발생하는 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 더 높은 해상도 및 화질을 갖는 영상에 대한 고효율 영상 부호화(encoding)/복호화(decoding) 기술이 요구된다.
영상 압축 기술로 현재 픽처의 이전 또는 이후 픽처로부터 현재 픽처에 포함된 화소값을 예측하는 화면 간 예측 기술, 현재 픽처 내의 화소 정보를 이용하여 현재 픽처에 포함된 화소값을 예측하는 화면 내 예측 기술, 잔여 신호의 에너지를 압축하기 위한 변환 및 양자화 기술, 출현 빈도가 높은 값에 짧은 부호를 할당하고 출현 빈도가 낮은 값에 긴 부호를 할당하는 엔트로피 부호화 기술 등 다양한 기술이 존재하고 이러한 영상 압축 기술을 이용해 영상 데이터를 효과적으로 압축하여 전송 또는 저장할 수 있다.
본 발명은 영상의 부호화/복호화 효율을 향상시키기 위한 변환 기반의 비디오 영상 부호화/복호화 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 영상의 변환 효율을 향상시키기 위한 비디오 영상 부호화/복호화 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 현재 블록의 변환 모드 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계; 상기 변환 모드 정보에 기초하여 상기 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 결정하는 단계; 및 상기 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터들을 역변환하는 단계를 포함하는 영상 복호화 방법을 제공한다. 상기 변환 모드 정보는, 각각이 기 정의된 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드의 쌍으로 구성되는 변환 모드 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 변환 모드 세트를 특정하는 단일 인덱스일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 결정하는 단계; 상기 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터를 변환하는 단계; 및 상기 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 나타내는 변환 모드 정보를 부호화하는 단계를 포함하는 영상 부호화 방법을 제공한다. 상기 변환 모드 정보는, 각각이 기 정의된 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드의 쌍으로 구성되는 변환 모드 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 변환 모드 세트를 특정하는 단일 인덱스일 수 있다.
본 발명에 의하면, 영상의 부호화/복호화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 영상의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 영상을 부호화 및 복호화할 때의 영상의 분할 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 부호화 유닛(CU)이 포함할 수 있는 예측 유닛(PU)의 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 부호화 유닛(CU)이 포함할 수 있는 변환 유닛(TU)의 형태를 도시한 도면이다.
도 6은 화면 내 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 화면 간 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 화면 내 예측 모드에 따른 변환 세트를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 변환의 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 양자화된 변환 계수의 스캐닝을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 블록 분할을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 DCT-2 주파수 도메인에서 기저 벡터(basis vector)를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에서 따른 DST-7 주파수 도메인에서 기저 벡터(basis vector)를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 Cactus sequence의 인터 모드(inter mode)로 예측된 8x8 코딩 유닛(CU)의 2Nx2N 예측 유닛(PU) 내 위치에 따른 평균 잔여(residual) 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 화면간 예측 모드(inter mode)로 예측된 8x8 코딩 유닛(CU)의 2Nx2N 예측 유닛(PU) 내 잔여(residual) 값의 분포 특성을 나타내는 3차원 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 코딩 유닛(CU)의 2Nx2N 예측 유닛(PU) 모드에서 잔여(residual) 분포 특징을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 2Nx2N 예측 유닛(PU)의 셔플링(shuffling) 전후의 잔여(residual) 분포 특징을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 서브 블록의 4x4 잔여(residual) 데이터 재배열의 일 예를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 코딩 유닛(CU)의 예측 유닛(PU) 모드에 따른 변환 유닛(TU) 분할 구조와 변환 유닛(TU)의 셔플링(shuffling) 방법을 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 2Nx2N 예측 유닛(PU)의 잔여(residual) 분포에 따른 DCT-2와 SDST 수행 결과를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 SDST 과정을 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 화면 간 예측된 코딩 유닛(CU)의 예측 유닛(PU) 분할 모드(partition mode)에 따른 변환 유닛(TU) 분할 및 잔여(residual) 절대값의 크기분포 특성을 도시한 도면이다.
도 23은 본 발명에 따른 예측 유닛(PU) 내 깊이(depth)값이 0인 변환 유닛(TU)의 잔여 신호 스캐닝(scanning) 순서와 재배치 순서를 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명에 따른 율-왜곡 최적화(RDO)를 통한 DCT-2 또는 SDST 선택 인코딩 과정을 나타내는 순서도이다.
도 25는 본 발명에 따른 DCT-2 또는 SDST 선택 디코딩 과정을 나타내는 순서도이다.
도 26은 본 발명에 따른 SDST를 이용한 디코딩 과정을 나타내는 순서도이다.
도 27 및 도 28은 각각 본 발명에 따른 인코더 및 디코더에서 잔여 신호 재배열(residual rearrangement)이 수행되는 위치를 나타낸다.
도 29는 본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 복호화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 30은 본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 부호화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. 후술하는 예시적 실시예들에 대한 상세한 설명은, 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 실시예를 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 다양한 실시예들은 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 실시예의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 예시적 실시예들의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
본 발명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명의 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있으나, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에서 특정 구성을 “포함”한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하고, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한, 이하에서 영상은 동영상(video)을 구성하는 하나의 픽처를 의미할 수 있으며, 동영상 자체를 나타낼 수도 있다. 예를 들면, "영상의 부호화 및/또는 복호화"는 "비디오의 부호화 및/또는 복호화"를 의미할 수 있으며, "비디오를 구성하는 영상들 중 하나의 영상의 부호화 및/또는 복호화"를 의미할 수도 있다. 여기서, 픽처는 영상과 동일한 의미를 가질 수 있다.
용어 설명
부호화기(Encoder): 부호화를 수행하는 장치를 의미할 수 있다.
복호화기(Decoder): 복호화를 수행하는 장치를 의미할 수 있다.
파싱(Parsing): 엔트로피 복호화하여 구문 요소(Syntax Element)의 값을 결정하는 것을 의미하거나, 엔트로피 복호화 자체를 의미할 수 있다.
블록(Block): 샘플(Sample)의 MxN 배열이며, 여기서 M과 N은 양의 정수 값을 의미하며, 블록은 흔히 2차원 형태의 샘플 배열을 의미할 수 있다.
샘플(Sample): 블록을 구성하는 기본 단위이며, 비트 깊이 (bit depth, Bd)에 따라 0부터 2Bd - 1까지의 값을 표현 할 수 있다. 본 발명에서 화소 및 픽셀은 샘플과 같은 의미로 사용될 수 있다.
유닛(Unit): 영상 부호화 및 복호화의 단위를 의미할 수 있다. 영상의 부호화 및 복호화에 있어서, 유닛은 하나의 영상의 분할에 의해 생성된 영역일 수 있다. 또한, 유닛은 하나의 영상을 세분화 된 유닛으로 분할하여 부호화 혹은 복호화 할 때 그 분할된 단위를 의미할 수 있다. 영상의 부호화 및 복호화에 있어서, 유닛 별로 기정의된 처리가 수행될 수 있다. 하나의 유닛은 유닛에 비해 더 작은 크기를 갖는 하위 유닛으로 더 분할될 수 있다. 기능에 따라서, 유닛은 블록(Block), 매크로블록(Macroblock), 부호화 트리 유닛(Coding Tree Unit), 부호화 트리 블록(Coding Tree Block), 부호화 유닛(Coding Unit), 부호화 블록(Coding Block), 예측 유닛(Prediction Unit), 예측 블록(Prediction Block), 변환 유닛(Transform Unit), 변환 블록(Transform Block) 등을 의미할 수 있다. 또한, 유닛은 블록과 구분하여 지칭하기 위해 휘도(Luma) 성분 블록과 그에 대응하는 색차(Chroma) 성분 블록 그리고 각 블록에 대한 구문 요소를 포함한 것을 의미할 수 있다. 유닛은 다양한 크기와 형태를 가질 수 있으며, 특히 유닛의 형태는 직사각형뿐만 아니라 정사각형, 사다리꼴, 삼각형, 오각형 등 2차원으로 표현할 수 있는 기하학적 도형을 포함할 수 있다. 또한, 유닛 정보에는 부호화 유닛, 예측 유닛, 변환 유닛 등을 가리키는 유닛의 타입, 유닛의 크기, 유닛의 깊이, 유닛의 부호화 및 복호화 순서 등 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
복원된 주변 유닛(Reconstructed Neighbor Unit): 부호화/복호화 대상 유닛 주변에 공간적(Spatial)/시간적(Temporal)으로 이미 부호화 혹은 복호화되어 복원된 유닛을 의미할 수 있다. 이때, 복원된 주변 유닛은 복원된 주변 블록을 의미할 수 있다.
주변 블록(Neighbor block): 부호화/복호화 대상 블록에 인접한 블록을 의미할 수 있다. 부호화/복호화 대상 블록에 인접한 블록은 부호화/복호화 대상 블록에 경계가 맞닿은 블록을 의미할 수 있다. 주변 블록은 부호화/복호화 대상 블록의 인접한 꼭지점에 위치한 블록을 의미할 수 있다. 주변 블록은 복원된 주변 블록을 의미할 수도 있다.
유닛 깊이(Depth): 유닛이 분할된 정도를 의미하며, 트리 구조(Tree Structure)에서 루트 노드(Root Node)는 깊이가 가장 얕고, 리프 노드(Leaf Node)는 깊이가 가장 깊다고 할 수 있다.
심볼(Symbol): 부호화/복호화 대상 유닛 구문 요소 및 부호화 파라미터(coding parameter), 변환 계수(Transform Coefficient)의 값 등을 의미할 수 있다.
파라미터 세트(Parameter Set): 비트스트림 내의 구조 중 헤더 정보에 해당할 수 있으며, 비디오 파라미터 세트(video parameter set), 시퀀스 파라미터 세트(sequence parameter set), 픽처 파라미터 세트(picture parameter set), 적응 파라미터 세트(adaptation parameter set) 중 적어도 하나 이상이 파라미터 세트에 포함될 수 있다. 또한, 파라미터 세트에는 슬라이스(slice) 헤더 및 타일(tile) 헤더 정보를 포함한 의미를 가질 수 있다.
비트스트림(Bitstream): 부호화된 영상 정보를 포함하는 비트의 열을 의미할 수 있다.
예측 유닛(Prediction Unit): 화면 간 예측 또는 화면 내 예측 및 그에 대한 보상을 수행할 때의 기본 유닛이며, 하나의 예측 유닛은 크기가 작은 복수의 파티션(Partition)으로 분할 될 수도 있다. 이 경우, 복수의 파티션 각각이 상기 예측 및 보상 수행 시의 기본 유닛이 되며, 예측 유닛이 분할된 파티션도 예측 유닛이라고 할 수 있다. 예측 유닛은 다양한 크기와 형태를 가질 수 있으며, 특히 예측 유닛의 형태는 직사각형뿐만 아니라 정사각형, 사다리꼴, 삼각형, 오각형 등 2차원으로 표현할 수 있는 기하학적 도형을 포함할 수 있다.
예측 유닛 파티션(Prediction Unit Partition): 예측 유닛이 분할된 형태를 의미할 수 있다.
참조 영상 리스트(Reference Picture List): 화면 간 예측 혹은 움직임 보상에 사용되는 하나 이상의 참조 영상이 포함된 리스트를 의미할 수 있다. 참조 영상 리스트의 종류는 LC (List Combined), L0 (List 0), L1 (List 1), L2 (List 2), L3 (List 3) 등이 있을 수 있으며, 화면 간 예측에는 1개 이상의 참조 영상 리스트가 사용될 수 있다.
화면 간 예측 지시자(Inter Prediction Indicator): 화면 간 예측 시에 부호화/복호화 대상 블록의 화면 간 예측 방향(단방향 예측, 쌍방향 예측 등)을 의미할 수 있으며, 부호화/복호화 대상 블록이 예측 블록을 생성할 때 사용하는 참조 영상 수를 의미할 수 있으며, 부호화/복호화 대상 블록이 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행할 때 사용하는 예측 블록의 수를 의미할 수 있다.
참조 영상 색인(Reference Picture Index): 참조 영상 리스트에서 특정 참조 영상에 대한 색인을 의미할 수 있다.
참조 영상(Reference Picture): 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 위해서 특정 유닛이 참조하는 영상을 의미할 수 있으며, 참조 영상을 참조 픽처라고도 지칭할 수 있다.
움직임 벡터(Motion Vector): 화면 간 예측 혹은 움직임 보상에 사용되는 2차원 벡터이며, 부호화/복호화 대상 영상과 참조 영상 사이의 오프셋을 의미할 수 있다. 예를 들어, (mvX, mvY)는 움직임 벡터를 나타낼 수 있으며, mvX는 가로(horizontal) 성분, mvY는 세로(vertical) 성분을 나타낼 수 있다.
움직임 벡터 후보(Motion Vector Candidate): 움직임 벡터를 예측할 때 예측 후보가 되는 유닛 혹은 그 유닛의 움직임 벡터를 의미할 수 있다.
움직임 벡터 후보 리스트(Motion Vector Candidate List): 움직임 벡터 후보를 이용하여 구성된 리스트를 의미할 수 있다.
움직임 벡터 후보 색인(Motion Vector Candidate Index): 움직임 벡터 후보 리스트 내의 움직임 벡터 후보를 가리키는 지시자, 움직임 벡터 예측기(Motion Vector Predictor)의 색인(index)이라고도 할 수 있다.
움직임 정보(Motion Information): 움직임 벡터, 참조 영상 색인, 화면 간 예측 지시자(Inter Prediction Indicator) 뿐만 아니라 참조 영상 리스트 정보, 참조 영상, 움직임 벡터 후보, 움직임 벡터 후보 색인 등 중 적어도 하나 이상을 포함하는 정보를 의미할 수 있다.
머지 후보 리스트(Merge Candidate List): 머지 후보를 이용하여 구성된 리스트를 의미할 수 있다.
머지 후보(Merge Candidate): 공간적 머지 후보, 시간적 머지 후보, 조합된 머지 후보, 조합된 양예측 머지 후보, 제로 머지 후보 등을 포함할 수 있으며, 머지 후보는 예측 종류 정보(prediction type information), 각 리스트에 대한 참조 영상 색인(reference picture index), 움직임 벡터(motion vector) 등의 움직임 정보를 포함할 수 있다.
머지 색인(Merge Index): 머지 후보 리스트 내 머지 후보를 지시하는 정보를 의미할 수 있다. 또한, 머지 색인은 공간적/시간적으로 현재 블록과 인접하게 복원된 블록들 중 머지 후보를 유도한 블록을 지시할 수 있다. 또한, 머지 색인은 머지 후보가 가지는 움직임 정보 중 적어도 하나 이상을 지시할 수 있다.
변환 유닛(Transform Unit): 변환, 역변환, 양자화, 역양자화, 변환 계수 부호화/복호화와 같이 잔여 신호(residual signal) 부호화/복호화를 수행할 때의 기본 유닛을 의미할 수 있으며, 하나의 변환 유닛은 분할되어 크기가 작은 복수의 변환 유닛으로 분할될 수 있다. 변환 유닛은 다양한 크기와 형태를 가질 수 있으며, 특히 변환 유닛의 형태는 직사각형뿐만 아니라 정사각형, 사다리꼴, 삼각형, 오각형 등 2차원으로 표현할 수 있는 기하학적 도형을 포함할 수 있다.
스케일링(Scaling): 변환 계수 레벨에 인수를 곱하는 과정을 의미할 수 있으며, 결과로 변환 계수를 생성할 수 있다. 스케일링을 역양자화(dequantization)라고도 부를 수 있다.
양자화 매개변수(Quantization Parameter): 양자화 및 역양자화에서 변환 계수 레벨(transform coefficient level)을 스케일링(scaling)할 때 사용하는 값을 의미할 수 있다. 이때, 양자화 매개변수는 양자화 스텝 크기(step size)에 매핑된 값일 수 있다.
잔여 양자화 매개변수(Delta Quantization Parameter): 예측된 양자화 매개변수와 부호화/복호화 대상 유닛의 양자화 매개변수의 차분된 값을 의미할 수 있다.
스캔(Scan): 블록 혹은 행렬 내 계수의 순서를 정렬하는 방법을 의미할 수 있으며, 예를 들어 2차원 배열을 1차원 배열 형태로 정렬하는 것을 스캔이라고 하며, 1차원 배열을 2차원 배열 형태로 정렬하는 것도 스캔 혹은 역 스캔(Inverse Scan)이라고 부를 수 있다.
변환 계수(Transform Coefficient): 변환을 수행하고 나서 생성된 계수 값, 본 발명에서는 변환 계수에 양자화를 적용한 양자화된 변환 계수 레벨(transform coefficient level)도 변환 계수의 의미에 포함될 수 있다.
넌제로 변환 계수(Non-zero Transform Coefficient): 변환 계수 값의 크기가 0이 아닌 변환 계수 혹은 값의 크기가 0이 아닌 변환 계수 레벨을 의미할 수 있다.
양자화 행렬(Quantization Matrix): 영상의 주관적 화질 혹은 객관적 화질을 향상시키기 위해서 양자화 혹은 역양자화 과정에서 이용하는 행렬을 의미할 수 있다. 양자화 행렬을 스케일링 리스트(scaling list)라고도 부를 수 있다.
양자화 행렬 계수(Quantization Matrix Coefficient): 양자화 행렬 내의 각 원소(element)를 의미할 수 있다. 양자화 행렬 계수를 행렬 계수(matrix coefficient)라고도 할 수 있다.
기본 행렬(Default Matrix): 부호화기와 복호화기에서 미리 정의되어 있는 소정의 양자화 행렬을 의미할 수 있다.
비 기본 행렬(Non-default Matrix): 부호화기와 복호화기에서 미리 정의되지 않고, 사용자에 의해서 전송/수신되는 양자화 행렬을 의미할 수 있다.
부호화 트리 유닛(Coding Tree Unit): 하나의 휘도 성분(Y) 부호화 트리 블록과 관련된 두 색차 성분(Cb, Cr) 부호화 트리 블록들로 구성될 수 있다. 각 부호화 트리 유닛은 부호화 유닛, 예측 유닛, 변환 유닛 등의 하위 유닛을 구성하기 위하여 쿼드트리(quad tree), 이진트리(binary tree) 등 하나 이상의 분할 방식을 이용하여 분할될 수 있다. 입력 영상의 분할 처럼 영상의 복/부호화 과정에서 처리 단위가 되는 픽셀 블록을 지칭하기 위한 용어로 사용될 수 있다.
부호화 트리 블록(Coding Tree Block): Y 부호화 트리 블록, Cb 부호화 트리 블록, Cr 부호화 트리 블록 중 어느 하나를 지칭하기 위한 용어로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
부호화 장치(100)는 비디오 부호화 장치 또는 영상 부호화 장치일 수 있다. 비디오는 하나 이상의 영상들을 포함할 수 있다. 부호화 장치(100)는 비디오의 하나 이상의 영상들을 시간에 따라 순차적으로 부호화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 부호화 장치(100)는 움직임 예측부(111), 움직임 보상부(112), 인트라 예측부(120), 스위치(115), 감산기(125), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(175), 필터부(180) 및 참조 픽처 버퍼(190)를 포함할 수 있다.
부호화 장치(100)는 입력 영상에 대해 인트라 모드 및/또는 인터 모드로 부호화를 수행할 수 있다. 또한, 부호화 장치(100)는 입력 영상에 대한 부호화를 통해 비트스트림을 생성할 수 있고, 생성된 비트스트림을 출력할 수 있다. 예측 모드로 인트라 모드가 사용되는 경우 스위치(115)는 인트라로 전환될 수 있고, 예측 모드로 인터 모드가 사용되는 경우 스위치(115)는 인터로 전환될 수 있다. 여기서 인트라 모드는 화면 내 예측 모드를 의미할 수 있으며, 인터 모드는 화면 간 예측 모드를 의미할 수 있다. 부호화 장치(100)는 입력 영상의 입력 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 또한, 부호화 장치(100)는 예측 블록이 생성된 후, 입력 블록 및 예측 블록의 차분(residual)을 부호화할 수 있다. 입력 영상은 현재 부호화의 대상인 현재 영상으로 칭해질 수 있다. 입력 블록은 현재 부호화의 대상인 현재 블록 혹은 부호화 대상 블록으로 칭해질 수 있다.
예측 모드가 인트라 모드인 경우, 인트라 예측부(120)는 현재 블록의 주변에 이미 부호화된 블록의 픽셀 값을 참조 화소로서 이용할 수 있다. 인트라 예측부(120)는 참조 화소를 이용하여 공간적 예측을 수행할 수 있고, 공간적 예측을 통해 입력 블록에 대한 예측 샘플들을 생성할 수 있다. 여기서 인트라 예측은 화면 내 예측을 의미할 수 있다.
예측 모드가 인터 모드인 경우, 움직임 예측부(111)는, 움직임 예측 과정에서 참조 영상으로부터 입력 블록과 가장 매치가 잘 되는 영역을 검색할 수 있고, 검색된 영역을 이용하여 움직임 벡터를 도출할 수 있다. 참조 영상은 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다.
움직임 보상부(112)는 움직임 벡터를 이용하는 움직임 보상을 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다. 여기서, 움직임 벡터는 인터 예측에 사용되는 2차원 벡터일 수 있다. 또한 움직임 벡터는 현재 영상 및 참조 영상 간의 오프셋(offset)을 나타낼 수 있다. 여기서 인터 예측은 화면 간 예측을 의미할 수 있다.
상기 움직임 예측부(111)과 움직임 보상부(112)는 움직임 벡터의 값이 정수 값을 가지지 않을 경우에 참조 영상 내의 일부 영역에 대해 보간 필터(Interpolation Filter)를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행하기 위해 부호화 유닛을 기준으로 해당 부호화 유닛에 포함된 예측 유닛의 움직임 예측 및 움직임 보상 방법이 스킵 모드(Skip Mode), 머지 모드(Merge mode), AMVP 모드(AMVP Mode), 현재 픽처 참조 모드 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있고, 각 모드에 따라 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행할 수 있다. 여기서, 현재 픽처 참조 모드는 부호화 대상 블록이 속한 현재 픽처 내의 기-복원된 영역을 이용한 예측 모드를 의미할 수 있다. 상기 기-복원된 영역을 특정하기 위해 현재 픽처 참조 모드를 위한 움직임 벡터가 정의될 수 있다. 부호화 대상 블록이 현재 픽처 참조 모드로 부호화되는지 여부는 부호화 대상 블록의 참조 영상 색인을 이용하여 부호화될 수 있다.
감산기(125)는 입력 블록 및 예측 블록의 차분을 사용하여 잔여 블록(residual block)을 생성할 수 있다. 잔여 블록은 잔여 신호로 칭해질 수도 있다.
변환부(130)는 잔여 블록에 대해 변환(transform)을 수행하여 변환 계수(transform coefficient)를 생성할 수 있고, 변환 계수를 출력할 수 있다. 여기서, 변환 계수는 잔여 블록에 대한 변환을 수행함으로써 생성된 계수 값일 수 있다. 변환 생략(transform skip) 모드가 적용되는 경우, 변환부(130)는 잔여 블록에 대한 변환을 생략할 수도 있다.
변환 계수에 양자화를 적용함으로써 양자화된 변환 계수 레벨(transform coefficient level)이 생성될 수 있다. 이하, 실시예들에서는 양자화된 변환 계수 레벨도 변환 계수로 칭해질 수 있다.
양자화부(140)는 변환 계수를 양자화 매개변수에 따라 양자화함으로써 양자화된 변환 계수 레벨(transform coefficient level)을 생성할 수 있고, 양자화된 변환 계수 레벨을 출력할 수 있다. 이때, 양자화부(140)에서는 양자화 행렬을 사용하여 변환 계수를 양자화할 수 있다.
엔트로피 부호화부(150)는, 양자화부(140)에서 산출된 값들 또는 부호화 과정에서 산출된 부호화 파라미터(Coding Parameter) 값들 등에 대하여 확률 분포에 따른 엔트로피 부호화를 수행함으로써 비트스트림(bitstream)을 생성할 수 있고, 비트스트림을 출력할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 영상의 픽셀의 정보 외에 영상의 복호화를 위한 정보에 대한 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 예를 들면, 영상의 복호화를 위한 정보는 구문 요소(syntax element) 등을 포함할 수 있다.
엔트로피 부호화가 적용되는 경우, 높은 발생 확률을 갖는 심볼(symbol)에 적은 수의 비트가 할당되고 낮은 발생 확률을 갖는 심볼에 많은 수의 비트가 할당되어 심볼이 표현됨으로써, 부호화 대상 심볼들에 대한 비트열의 크기가 감소될 수 있다. 따라서 엔트로피 부호화를 통해서 영상 부호화의 압축 효율이 높아질 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 엔트로피 부호화를 위해 지수 골롬(exponential golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 엔트로피 부호화부(150)는 가변 길이 부호화(Variable Lenghth Coding/Code; VLC) 테이블을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 또한 엔트로피 부호화부(150)는 대상 심볼의 이진화(binarization) 방법 및 대상 심볼/빈(bin)의 확률 모델(probability model)을 도출한 후, 도출된 이진화 방법 또는 확률 모델을 사용하여 산술 부호화를 수행할 수도 있다.
엔트로피 부호화부(150)는 변환 계수 레벨을 부호화하기 위해 변환 계수 스캐닝(Transform Coefficient Scanning) 방법을 통해 2차원의 블록 형태 계수를 1차원의 벡터 형태로 변경할 수 있다. 예를 들어, 업라이트(up right) 스캐닝을 이용하여 블록의 계수를 스캔함으로써 1차원 벡터 형태로 변경시킬 수 있다. 변환 유닛의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 업라이트 스캔 대신 2차원의 블록 형태 계수를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 유닛의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 업라이트 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중 어떠한 스캔 방법이 사용될지 여부를 결정할 수 있다.
부호화 파라미터(Coding Parameter)는 구문 요소와 같이 부호화기에서 부호화되어 복호화기로 전송되는 정보뿐만 아니라, 부호화 혹은 복호화 과정에서 유도되는 정보를 포함할 수 있으며, 영상을 부호화하거나 복호화할 때 필요한 정보를 의미할 수 있다. 예를 들어, 블록 크기, 블록 깊이, 블록 분할 정보, 유닛 크기, 유닛 깊이, 유닛 분할 정보, 쿼드트리 형태의 분할 플래그, 이진트리 형태의 분할 플래그, 이진트리 형태의 분할 방향, 화면 내 예측 모드, 화면 내 예측 방향, 참조 샘플 필터링 방법, 예측 블록 경계 필터링 방법, 필터 탭, 필터 계수, 화면 간 예측 모드, 움직임 정보, 움직임 벡터, 참조 영상 색인, 화면 간 예측 방향, 화면 간 예측 지시자, 참조 영상 리스트, 움직임 벡터 예측기, 움직임 벡터 후보 리스트, 움직임 병합 모드(motion merge mode) 사용 여부, 움직임 병합 후보, 움직임 병합 후보 리스트, 스킵(skip) 모드 사용 여부, 보간 필터 종류, 움직임 벡터 크기, 움직임 벡터 표현 정확도, 변환 종류, 변환 크기, 추가(2차) 변환 사용 여부 정보, 잔여 신호 유무 정보, 부호화 블록 패턴(Coded Block Pattern), 부호화 블록 플래그(Coded Block Flag), 양자화 매개변수, 양자화 행렬, 루프 내 필터 정보, 루프 내 필터 적용 여부 정보, 루프 내 필터 계수, 이진화/역이진화 방법, 문맥 모델, 문맥 빈, 바이패스 빈, 변환 계수, 변환 계수 레벨, 변환 계수 레벨 스캐닝 방법, 영상 디스플레이/출력 순서, 슬라이스 식별 정보, 슬라이스 타입, 슬라이스 분할 정보, 타일 식별 정보, 타일 타입, 타일 분할 정보, 픽처 타입, 비트 심도, 휘도 신호 혹은 색차 신호에 대한 정보 중 적어도 하나 이상의 값 또는 조합된 형태가 부호화 파라미터에 포함될 수 있다.
잔여 신호는 원 신호 및 예측 신호 간의 차이(difference)를 의미할 수 있다. 또는, 잔여 신호는 원신호 및 예측 신호 간의 차이를 변환(transform) 함으로써 생성된 신호일 수 있다. 또는, 잔여 신호는 원 신호 및 예측 신호 간의 차이를 변환 및 양자화함으로써 생성된 신호일 수 있다. 잔여 블록은 블록 단위의 잔여 신호일 수 있다.
부호화 장치(100)가 인터 예측을 통한 부호화를 수행할 경우, 부호화된 현재 영상은 이후에 처리되는 다른 영상(들)에 대하여 참조 영상으로서 사용될 수 있다. 따라서, 부호화 장치(100)는 부호화된 현재 영상을 다시 복호화할 수 있고, 복호화된 영상을 참조 영상으로 저장할 수 있다. 복호화를 위해 부호화된 현재 영상에 대한 역양자화 및 역변환이 처리될 수 있다.
양자화된 계수는 역양자화부(160)에서 역양자화(dequantization)될 수 있고. 역변환부(170)에서 역변환(inverse transform)될 수 있다. 역양자화 및 역변환된 계수는 가산기(175)를 통해 예측 블록과 합해질 수 있다, 역양자화 및 역변환된 계수 및 예측 블록을 합함으로써 복원 블록(reconstructed block) 이 생성될 수 있다.
복원 블록은 필터부(180)를 거칠 수 있다. 필터부(180)는 디블록킹 필터(deblocking filter), 샘플 적응적 오프셋(Sample Adaptive Offset; SAO), 적응적 루프 필터(Adaptive Loop Filter; ALF) 중 적어도 하나 이상을 복원 블록 또는 복원 영상에 적용할 수 있다. 필터부(180)는 인루프 필터(in-loop filter)로 칭해질 수도 있다.
디블록킹 필터는 블록들 간의 경계에 생긴 블록 왜곡을 제거할 수 있다. 디블록킹 필터를 수행할지 여부를 판단하기 위해 블록에 포함된 몇 개의 열 또는 행에 포함된 픽셀을 기초로 현재 블록에 디블록킹 필터 적용할지 여부를 판단할 수 있다. 블록에 디블록킹 필터를 적용하는 경우 필요한 디블록킹 필터링 강도에 따라 강한 필터(Strong Filter) 또는 약한 필터(Weak Filter)를 적용할 수 있다. 또한 디블록킹 필터를 적용함에 있어 수직 필터링 및 수평 필터링 수행시 수평 방향 필터링 및 수직 방향 필터링이 병행 처리되도록 할 수 있다.
샘플 적응적 오프셋은 부호화 에러를 보상하기 위해 픽셀 값에 적정 오프셋(offset) 값을 더할 수 있다. 샘플 적응적 오프셋은 디블록킹을 수행한 영상에 대해 픽셀 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있다. 특정 픽처에 대한 오프셋 보정을 수행하기 위해 영상에 포함된 픽셀을 일정한 수의 영역으로 구분한 후 오프셋을 수행할 영역을 결정하고 해당 영역에 오프셋을 적용하는 방법 또는 각 픽셀의 에지 정보를 고려하여 오프셋을 적용하는 방법을 사용할 수 있다.
적응적 루프 필터는 복원 영상 및 원래의 영상을 비교한 값에 기반하여 필터링을 수행할 수 있다. 영상에 포함된 픽셀을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. 적응적 루프 필터를 적용할지 여부에 관련된 정보는 휘도 신호는 부호화 유닛(Coding Unit, CU) 별로 전송될 수 있고, 각각의 블록에 따라 적용될 적응적 루프 필터의 모양 및 필터 계수는 달라질 수 있다. 또한, 적용 대상 블록의 특성에 상관없이 동일한 형태(고정된 형태)의 적응적 루프 필터가 적용될 수도 있다.
필터부(180)를 거친 복원 블록은 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다.　
도 2는 본 발명이 적용되는 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
복호화 장치(200)는 비디오 복호화 장치 또는 영상 복호화 장치일 수 있다.
도 2를 참조하면, 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화부(220), 역변환부(230), 인트라 예측부(240), 움직임 보상부(250), 가산기(255), 필터부(260) 및 참조 픽처 버퍼(270)를 포함할 수 있다.
복호화 장치(200)는 부호화 장치(100)에서 출력된 비트스트림을 수신할 수 있다. 복호화 장치(200)는 비트스트림에 대하여 인트라 모드 또는 인터 모드로 복호화를 수행할 수 있다. 또한, 복호화 장치(200)는 복호화를 통해 복원 영상을 생성할 수 있고, 복원 영상을 출력할 수 있다.
복호화에 사용되는 예측 모드가 인트라 모드인 경우 스위치가 인트라로 전환될 수 있다. 복호화에 사용되는 예측 모드가 인터 모드인 경우 스위치가 인터로 전환될 수 있다.
복호화 장치(200)는 입력된 비트스트림으로부터 복원된 잔여 블록(reconstructed residual block)을 획득할 수 있고, 예측 블록을 생성할 수 있다. 복원된 잔여 블록 및 예측 블록이 획득되면, 복호화 장치(200)는 복원된 잔여 블록과 및 예측 블록을 더함으로써 복호화 대상 블록인 복원 블록을 생성할 수 있다. 복호화 대상 블록은 현재 블록으로 칭해질 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 비트스트림에 대한 확률 분포에 따른 엔트로피 복호화를 수행함으로써 심볼들을 생성할 수 있다. 생성된 심볼들은 양자화된 변환 계수 레벨(transform coefficient level) 형태의 심볼을 포함할 수 있다. 여기에서, 엔트로피 복호화 방법은 상술된 엔트로피 부호화 방법과 유사할 수 있다. 예를 들면, 엔트로피 복호화 방법은 상술된 엔트로피 부호화 방법의 역과정일 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 변환 계수 레벨을 복호화하기 위해 변환 계수 스캐닝(Transform Coefficient Scanning) 방법을 통해 1차원의 벡터 형태 계수를 2차원의 블록 형태로 변경할 수 있다. 예를 들어, 업라이트(up right) 스캐닝을 이용하여 블록의 계수를 스캔함으로써 2차원 블록 형태로 변경시킬 수 있다. 변환 유닛의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 업라이트 스캔 대신 수직 스캔, 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 유닛의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 업라이트 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중 어떠한 스캔 방법이 사용될지 여부를 결정할 수 있다.
양자화된 변환 계수 레벨은 역양자화부(220)에서 역양자화될 수 있고, 역변환부(230)에서 역변환될 수 있다. 양자화된 변환 계수 레벨이 역양자화 및 역변환 된 결과로서, 복원된 잔여 블록이 생성될 수 있다. 이때, 역양자화부(220)는 양자화된 변환 계수 레벨에 양자화 행렬을 적용할 수 있다.
인트라 모드가 사용되는 경우, 인트라 예측부(240)는 복호화 대상 블록 주변의 이미 복호화된 블록의 픽셀 값을 이용하는 공간적 예측을 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다.
인터 모드가 사용되는 경우, 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터 및 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 있는 참조 영상을 이용하는 움직임 보상을 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다. 상기 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터의 값이 정수 값을 가지지 않을 경우에 참조 영상 내의 일부 영역에 대해 보간 필터(Interpolation Filter)를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 움직임 보상을 수행하기 위해 부호화 유닛을 기준으로 해당 부호화 유닛에 포함된 예측 유닛의 움직임 보상 방법이 스킵 모드(Skip Mode), 머지 모드(Merge mode), AMVP 모드(AMVP Mode), 현재 픽처 참조 모드 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있고, 각 모드에 따라 움직임 보상을 수행할 수 있다. 여기서, 현재 픽처 참조 모드는 복호화 대상 블록이 속한 현재 픽처 내의 기-복원된 영역을 이용한 예측 모드를 의미할 수 있다. 상기 기-복원된 영역을 특정하기 위해 현재 픽처 참조 모드를 위한 움직임 벡터가 이용될 수 있다. 복호화 대상 블록이 현재 픽처 참조 모드로 부호화된 블록인지 여부를 나타내는 플래그 혹은 인덱스가 시그널링(signaling)될 수도 있고, 복호화 대상 블록의 참조 영상 색인을 통해 유추될 수도 있다. 현재 픽처 참조 모드를 현재 픽처는 복호화 대상 블록을 위한 참조 영상 리스트 내에서 고정된 위치(예를 들어, 참조 영상 색인이 0인 위치 또는 가장 마지막 위치)에 존재할 수 있다. 또는, 참조 영상 리스트 내에 가변적으로 위치할 수도 있으며, 이를 위해 현재 픽처의 위치를 나타내는 별도의 참조 영상 색인이 시그널링될 수도 있다. 여기서, 플래그 혹은 인덱스를 시그널링한다는 것은 인코더에서는 해당 플래그 혹은 인덱스를 엔트로피 부호화(Entropy Encoding)하여 비트스트림(Bitstream)에 포함하는 것을 의미할 수 있고, 디코더에서는 비트스트림으로부터 해당 플래그 혹은 인덱스를 엔트로피 복호화(Entropy Decoding)하는 것을 의미할 수 있다.
복원된 잔여 블록 및 예측 블록은 가산기(255)를 통해 더해질 수 있다. 복원된 잔여 블록 및 예측 블록이 더해짐에 따라 생성된 블록은 필터부(260)를 거칠 수 있다. 필터부(260)는 디블록킹 필터, 샘플 적응적 오프셋 및 적응적 루프 필터 중 적어도 하나 이상을 복원 블록 또는 복원 영상에 적용할 수 있다. 필터부(260)는 복원 영상을 출력할 수 있다. 복원 영상은 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 인터 예측에 사용될 수 있다.
도 3은 영상을 부호화 및 복호화할 때의 영상의 분할 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 하나의 유닛이 복수의 하위 유닛으로 분할되는 실시예를 개략적으로 나타낸다.
영상을 효율적으로 분할하기 위해, 부호화 및 복호화에 있어서, 부호화 유닛(Coding Unit; CU)이 사용될 수 있다. 여기서 부호화 유닛은 코딩 유닛을 의미할 수 있다. 유닛은 1) 구문 요소(syntax element) 및 2) 영상 샘플들을 포함하는 블록을 합쳐서 지칭하는 용어일 수 있다. 예를 들면, "유닛의 분할"은 "유닛에 해당하는 블록의 분할"을 의미할 수 있다. 블록 분할 정보에는 유닛의 깊이(depth)에 관한 정보가 포함될 수 있다. 깊이 정보는 유닛이 분할되는 회수 및/또는 정도를 나타낼 수 있다.
도 3을 참조하면, 영상(300)은 최대 부호화 유닛(Largest Coding Unit; LCU) 단위로 순차적으로 분할되고, LCU 단위로 분할 구조가 결정된다. 여기서, LCU는 부호화 트리 유닛(Coding Tree Unit; CTU)과 동일한 의미로 사용될 수 있다. 하나의 유닛은 트리 구조(tree structure)를 기초로 깊이 정보(depth)를 가지고 계층적으로 분할될 수 있다. 각각의 분할된 하위 유닛은 깊이 정보를 가질 수 있다. 상기 깊이 정보는 유닛이 분할된 회수 및/또는 정도를 나타내므로, 상기 하위 유닛의 크기에 관한 정보를 포함할 수도 있다.
분할 구조는 LCU(310) 내에서의 부호화 유닛(Coding Unit; CU)의 분포를 의미할 수 있다. CU는 영상을 효율적으로 부호화/복호화하기 위한 유닛일 수 있다. 이러한 분포는 하나의 CU를 복수(2, 4, 8, 16 등을 포함하는 2 이상의 양의 정수)의 CU들로 분할할지 여부에 따라 결정할 수 있다. 분할에 의해 생성된 CU의 가로 크기 및 세로 크기는 각각 분할 전의 CU의 가로 크기의 절반 및 세로 크기의 절반이거나, 분할된 개수에 따라 분할 전의 CU의 가로 크기보다 작은 크기 및 세로 크기보다 작은 크기를 가질 수 있다. 분할된 CU는 동일한 방식으로 가로 크기 및 세로 크기가 감소된 복수의 CU로 재귀적으로 분할될 수 있다.
이때, CU의 분할은 기정의된 깊이까지 재귀적으로 이루어질 수 있다. 깊이 정보는 CU의 크기를 나타내는 정보일 수 있고, 각 CU마다 저장될 수 있다. 예컨대, LCU의 깊이는 0일 수 있고, 최소 부호화 유닛(Smallest Coding Unit; SCU)의 깊이는 기정의된 최대 깊이일 수 있다. 여기서, LCU는 상술된 것과 같이 최대의 부호화 유닛 크기를 가지는 부호화 유닛일 수 있고, SCU는 최소의 부호화 유닛 크기를 가지는 부호화 유닛일 수 있다.
LCU(310)로부터 분할이 시작되고, 분할에 의해 CU의 가로 크기 및 세로 크기가 줄어들 때마다 CU의 깊이는 1씩 증가한다. 각각의 깊이 별로, 분할되지 않는 CU는 2Nx2N 크기를 가질 수 있다. 분할되는 CU의 경우, 2Nx2N 크기의 CU가 NxN 크기를 가지는 복수의 CU들로 분할될 수 있다. N의 크기는 깊이가 1씩 증가할 때마다 절반으로 감소한다.
예를 들어, 하나의 부호화 유닛이 4개의 부호화 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 4개의 부호화 유닛의 가로 및 세로 크기는 분할되기 전 부호화 유닛의 가로 및 세로 크기와 비교하여 각각 절반의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 부호화 유닛이 4개의 부호화 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 4개의 부호화 유닛은 각각 16x16의 크기를 가질 수 있다. 하나의 부호화 유닛이 4개의 부호화 유닛으로 분할 될 경우, 부호화 유닛은 쿼드트리(quad-tree) 형태로 분할되었다고 할 수 있다.
예를 들어, 하나의 부호화 유닛이 2개의 부호화 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 2개의 부호화 유닛의 가로 혹은 세로 크기는 분할되기 전 부호화 유닛의 가로 혹은 세로 크기와 비교하여 절반의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 부호화 유닛이 2개의 부호화 유닛으로 세로로 분할 될 경우, 분할된 2개의 부호화 유닛은 각각 16x32의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 부호화 유닛이 2개의 부호화 유닛으로 가로로 분할 될 경우, 분할된 2개의 부호화 유닛은 각각 32x16의 크기를 가질 수 있다. 하나의 부호화 유닛이 2개의 부호화 유닛으로 분할 될 경우, 부호화 유닛은 이진트리(binary-tree) 형태로 분할되었다고 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 깊이가 0인 LCU는 64x64 화소들일 수 있다. 0은 최소 깊이일 수 있다. 깊이가 3인 SCU는 8x8 화소들일 수 있다. 3은 최대 깊이일 수 있다. 이때, LCU인 64x64 화소들의 CU는 깊이 0으로 표현될 수 있다. 32x32 화소들의 CU는 깊이 1로 표현될 수 있다. 16x16 화소들의 CU는 깊이 2로 표현될 수 있다. SCU인 8x8 화소들의 CU는 깊이 3으로 표현될 수 있다.
또한, CU가 분할되는지 여부에 대한 정보는 CU의 분할 정보를 통해 표현될 수 있다. 분할 정보는 1비트의 정보일 수 있다. SCU를 제외한 모든 CU는 분할 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 분할 정보의 값이 0이면, CU가 분할되지 않을 수 있고, 분할 정보의 값이 1이면, CU가 분할될 수 있다.
도 4는 부호화 유닛(CU)이 포함할 수 있는 예측 유닛(PU)의 형태를 도시한 도면이다.
LCU로부터 분할된 CU 중 더 이상 분할되지 않는 CU는 하나 이상의 예측 유닛(Prediction Unit; PU)들로 나뉘어질 수 있다. 이러한 처리 또한 분할로 칭해질 수 있다.
PU는 예측에 대한 기본 단위일 수 있다. PU는 스킵(skip) 모드, 화면 간 모드 및 화면 내 모드 중 어느 하나로 부호화 및 복호화될 수 있다. PU는 모드에 따라서 다양한 형태로 분할될 수 있다.
또한, 부호화 유닛은 예측 유닛으로 분할되지 않고, 부호화 유닛과 예측 유닛은 동일한 크기를 가질 수 있다.
도 4에서 도시된 것과 같이, 스킵 모드에서는, CU 내에 분할이 존재하지 않을 수 있다. 스킵 모드에서는 분할 없이 CU와 동일한 크기를 갖는 2Nx2N 모드(410)가 지원될 수 있다.
화면 간 모드에서는, CU 내에서 8가지로 분할된 형태들이 지원될 수 있다. 예를 들면, 화면 간 모드에서는 2Nx2N 모드(410), 2NxN 모드(415), Nx2N 모드(420), NxN 모드(425), 2NxnU 모드(430), 2NxnD 모드(435), nLx2N 모드(440) 및 nRx2N 모드(445)가 지원될 수 있다. 화면 내 모드에서는, 2Nx2N 모드(410) 및 NxN 모드(425)가 지원될 수 있다.
하나의 부호화 유닛은 하나 이상의 예측 유닛으로 분할될 수 있고, 하나의 예측 유닛도 하나 이상의 예측 유닛으로 분할 될 수 있다.
예를 들어, 하나의 예측 유닛이 4개의 예측 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 4개의 예측 유닛의 가로 및 세로 크기는 분할되기 전 예측 유닛의 가로 및 세로 크기와 비교하여 각각 절반의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 예측 유닛이 4개의 예측 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 4개의 예측 유닛은 각각 16x16의 크기를 가질 수 있다. 하나의 예측 유닛이 4개의 예측 유닛으로 분할 될 경우, 예측 유닛은 쿼드트리(quad-tree) 형태로 분할되었다고 할 수 있다.
예를 들어, 하나의 예측 유닛이 2개의 예측 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 2개의 예측 유닛의 가로 혹은 세로 크기는 분할되기 전 예측 유닛의 가로 혹은 세로 크기와 비교하여 절반의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 예측 유닛이 2개의 예측 유닛으로 세로로 분할 될 경우, 분할된 2개의 예측 유닛은 각각 16x32의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 예측 유닛이 2개의 예측 유닛으로 가로로 분할 될 경우, 분할된 2개의 예측 유닛은 각각 32x16의 크기를 가질 수 있다. 하나의 예측 유닛이 2개의 예측 유닛으로 분할 될 경우, 예측 유닛은 이진트리(binary-tree) 형태로 분할되었다고 할 수 있다.
도 5는 부호화 유닛(CU)이 포함할 수 있는 변환 유닛(TU)의 형태를 도시한 도면이다.
변환 유닛(Transform Unit; TU)은 CU 내에서 변환, 양자화, 역변환 및 역양자화의 과정을 위해 사용되는 기본 단위일 수 있다. TU는 정사각형 형태 또는 직사각형 등의 형태를 가질 수 있다. TU는 CU의 크기 및/또는 형태에 의존적으로(dependent) 결정될 수도 있다.
LCU로부터 분할된 CU 중, 더 이상 CU들로 분할되지 않는 CU는 하나 이상의 TU들로 분할될 수 있다. 이때, TU의 분할 구조는 쿼드트리(quad-tree) 구조일 수 있다. 예컨대, 도 5에서 도시된 것과 같이, 하나의 CU(510)가 쿼드트리 구조에 따라서 한 번 혹은 그 이상 분할될 수 있다. 하나의 CU가 한 번 이상으로 분할 될 경우 재귀적으로 분할된다고 할 수 있다. 분할을 통해, 하나의 CU(510)는 다양한 크기의 TU들로 구성될 수 있다. 또는, CU를 분할하는 수직 선(vertical line) 및/또는 수평 선(horizontal line)의 개수에 기초하여 하나 이상의 TU로 분할될 수도 있다. CU는 대칭형의 TU로 분할될 수도 있고, 비대칭형의 TU로 분할될 수도 있다. 비대칭형의 TU로의 분할을 위해 TU의 크기/형태에 관한 정보가 시그널링될 수도 있고, CU의 크기/형태에 관한 정보로부터 유도될 수도 있다.
또한, 부호화 유닛은 변환 유닛으로 분할되지 않고, 부호화 유닛과 변환 유닛은 동일한 크기를 가질 수 있다.
하나의 부호화 유닛은 하나 이상의 변환 유닛으로 분할될 수 있고, 하나의 변환 유닛도 하나 이상의 변환 유닛으로 분할 될 수 있다.
예를 들어, 하나의 변환 유닛이 4개의 변환 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 4개의 변환 유닛의 가로 및 세로 크기는 분할되기 전 변환 유닛의 가로 및 세로 크기와 비교하여 각각 절반의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 변환 유닛이 4개의 변환 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 4개의 변환 유닛은 각각 16x16의 크기를 가질 수 있다. 하나의 변환 유닛이 4개의 변환 유닛으로 분할 될 경우, 변환 유닛은 쿼드트리(quad-tree) 형태로 분할되었다고 할 수 있다.
예를 들어, 하나의 변환 유닛이 2개의 변환 유닛으로 분할 될 경우, 분할된 2개의 변환 유닛의 가로 혹은 세로 크기는 분할되기 전 변환 유닛의 가로 혹은 세로 크기와 비교하여 절반의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 변환 유닛이 2개의 변환 유닛으로 세로로 분할 될 경우, 분할된 2개의 변환 유닛은 각각 16x32의 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 32x32 크기의 변환 유닛이 2개의 변환 유닛으로 가로로 분할 될 경우, 분할된 2개의 변환 유닛은 각각 32x16의 크기를 가질 수 있다. 하나의 변환 유닛이 2개의 변환 유닛으로 분할 될 경우, 변환 유닛은 이진트리(binary-tree) 형태로 분할되었다고 할 수 있다.
변환 수행 시 잔여 블록을 기-정의된 복수의 변환 방법 중 적어도 하나를 사용하여 변환 시킬 수 있다. 일예로, 기-정의된 복수의 변환 방법으로 DCT(Discrete Cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 또는 KLT 등이 이용될 수 있다. 잔여 블록을 변환하기 위해 어떤 변환 방법이 적용되는지는 예측 유닛의 화면 간 예측 모드 정보, 화면 내 예측 모드 정보, 변환 블록의 크기/형태 중 적어도 하나를 이용하여 결정될 수도 있고, 일정한 경우 변환 방법을 지시하는 정보가 시그널링될 수도 있다.
도 6은 화면 내 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
화면내 예측 모드는 비방향성 모드 또는 방향성 모드일 수 있다. 비방향성 모드는 DC 모드 또는 Planar 모드일 수 있으며, 방향성 모드는 특정한 방향 또는 각도를 가지는 예측 모드로 개수는 하나 이상의 M개 일 수 있다. 상기 방향성 모드는 모드 번호, 모드 값, 모드 숫자, 모드 각도 중 적어도 하나로 표현될 수 있다.
화면내 예측 모드의 개수는 상기 비방향성 및 방향성 모드를 포함하는 하나 이상의 N개 일 수 있다.
화면내 예측 모드의 개수는 블록의 크기에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 블록의 크기가 4x4 또는 8x8 인 경우에는 67개, 16x16인 경우에는 35개, 32x32인 경우에는 19개, 64x64인 경우에는 7개 일 수 있다.
화면내 예측 모드의 개수는 블록의 크기에 관계없이 N개로 고정될 수 있다. 예를 들어, 블록의 크기에 관계없이 35개 또는 67개 중 적어도 하나로 고정될 수 있다.
화면내 예측 모드의 개수는 색 성분(color component)의 타입에 따라 상이할 수 있다. 예를 들면, 색 성분이 휘도(luma) 신호인지 아니면 색차(chroma) 신호인지에 따라 예측 모드의 개수가 다를 수 있다.
화면 내 부호화 및/또는 복호화는 주변의 복원된 블록에 포함되는 샘플 값 또는 부호화 파라미터를 이용하여 수행될 수 있다.
현재 블록을 화면 내 예측으로 부호화/복호화 하기 위해 주변의 복원된 블록에 포함되는 샘플들이 부호화/복호화 대상 블록의 참조 샘플로 이용 가능한지 여부를 검사하는 단계가 수행될 수 있다. 부호화/복호화 대상 블록의 참조 샘플로 이용할 수 없는 샘플들이 존재할 경우, 주변의 복원된 블록에 포함된 샘플들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 참조 샘플로 이용할 수 없는 샘플들에 샘플 값을 복사 및/또는 보간(interpolation)하여 부호화/복호화 대상 블록의 참조 샘플로 이용할 수 있다.
화면 내 예측 시 화면 내 예측 모드 및 부호화/복호화 대상 블록의 크기 중 적어도 하나 이상에 기반하여 참조 샘플 또는 예측 샘플 중 적어도 하나에 필터를 적용할 수 있다. 이때, 부호화/복호화 대상 블록은 현재 블록을 의미할 수 있으며, 부호화 블록, 예측 블록, 변환 블록 중 적어도 하나 이상을 의미할 수 있다. 참조 샘플 또는 예측 샘플에 적용되는 필터의 종류는 현재 블록의 화면내 예측 모드 또는 크기/형태 중 적어도 하나 이상에 따라 상이할 수 있다. 상기 필터의 종류는 필터 탭 수, 필터 계수 값 또는 필터 강도 중 적어도 하나 이상에 따라 다를 수 있다.
화면 내 예측 모드 중 비방향성 플래너(Planar) 모드는 대상 부호화/복호화 블록의 예측 블록을 생성할 때, 예측 블록 내 샘플값을 샘플 위치에 따라 현재 샘플의 상단 참조 샘플, 현재 샘플의 좌측 참조 샘플, 현재 블록의 우상단 참조 샘플 현재 블록의 좌하단 참조 샘플의 가중치 합으로 생성할 수 있다.
화면 내 예측 모드 중 비방향성 DC 모드는 대상 부호화/복호화 블록의 예측 블록을 생성할 때, 현재 블록의 상단 참조 샘플들과 현재 블록의 좌측 참조 샘플들의 평균 값으로 생성 할 수 있다. 또한, 부호화/복호화 블록 내 참조 샘플과 인접한 하나 또는 그 이상의 상단 행들 및 하나 또는 그 이상의 왼쪽 열들에 대해서는 참조 샘플 값들을 이용하여 필터링을 수행 할 수도 있다.
화면 내 예측 모드 중 복수개의 방향성 모드(angular mode)들의 경우 우상단 및/또는 좌하단 참조 샘플을 이용하여 예측 블록을 생성 할 수 있으며 방향성 모드는 서로 다른 방향성을 가질 수 있다. 예측 샘플 값 생성을 위해 실수 단위의 보간(interpolation)을 수행 할 수도 있다.
화면 내 예측 방법을 수행하기 위해 현재 예측 블록의 화면 내 예측 모드는 현재 예측 블록의 주변에 존재하는 예측 블록의 화면 내 예측 모드로부터 예측할 수 있다. 주변 화면 내 예측 모드로부터 예측된 모드 정보를 이용하여 현재 예측 블록의 화면 내 예측 모드를 예측하는 경우, 현재 예측 블록과 주변 예측 블록의 화면 내 예측 모드가 동일하면 소정의 플래그 정보를 이용하여 현재 예측 블록과 주변 예측 블록의 화면 내 예측 모드가 동일하다는 정보를 전송할 수 있고, 만약 현재 예측 블록과 주변 예측 블록의 화면 내 예측 모드가 상이하면 엔트로피 부호화를 수행하여 부호화/복호화 대상 블록의 화면 내 예측 모드 정보를 부호화할 수 있다.
도 7은 화면 간 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 사각형은 영상(또는, 픽처)를 나타낼 수 있다. 또한, 도 7에서 화살표는 예측 방향을 나타낼 수 있다. 즉, 영상은 예측 방향에 따라 부호화 및/또는 복호화될 수 있다. 각 영상은 부호화 타입에 따라 I 픽처(Intra Picture), P 픽처(Uni-predictive Picture), B 픽처(Bi-predictive Picture) 등으로 분류될 수 있다. 각 픽처는 각 픽처의 부호화 타입에 따라 부호화되고 복호화될 수 있다.
부호화의 대상인 영상이 I 픽처인 경우, 영상은 화면 간 예측 없이 영상 자체에 대해 화면 내 부호화될 수 있다. 부호화의 대상인 영상이 P 픽처인 경우, 영상은 순방향으로만 참조 영상을 이용하는 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 통해 부호화될 수 있다. 부호화의 대상인 영상이 B 픽처인 경우, 순방향 및 역방향의 양측으로 참조 픽처들을 이용하는 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 통해 부호화될 수 있으며, 순방향 및 역방향 중 하나의 방향으로 참조 픽처를 이용하는 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 통해 부호화될 수 있다. 여기서, 화면 간 예측 모드가 사용되는 경우, 부호화기에서는 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행할 수 있고, 복호화기에서는 그에 대응하는 움직임 보상을 수행할 수 있다. 참조 영상을 이용하여 부호화 및/또는 복호화되는 P 픽처 및 B 픽처의 영상은 화면 간 예측이 사용되는 영상으로 간주될 수 있다.
아래에서, 실시예에 따른 화면 간 예측에 대해 구체적으로 설명된다.
화면 간 예측 혹은 움직임 보상은 참조 픽처 및 움직임 정보를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 화면 간 예측은 상술된 스킵 모드를 이용할 수도 있다.
참조 픽처(reference picture)는 현재 픽처의 이전 픽처 또는 현재 픽처의 이후 픽처 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 화면 간 예측은 참조 픽처에 기반하여 현재 픽처의 블록에 대한 예측을 수행할 수 있다. 여기에서, 참조 픽처는 블록의 예측에 이용되는 영상을 의미할 수 있다. 이때, 참조 픽처 내의 영역은 참조 픽처를 지시하는 참조 영상 색인(reference picture index; refIdx) 및 후술될 움직임 벡터(motion vector) 등을 이용함으로써 특정될 수 있다.
화면 간 예측은 참조 픽처 및 참조 픽처 내에서 현재 블록에 대응하는 참조 블록을 선택할 수 있고, 선택된 참조 블록을 사용하여 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 현재 블록은 현재 픽처의 블록들 중 현재 부호화 또는 복호화의 대상인 블록일 수 있다.
움직임 정보는 부호화 장치(100) 및 복호화 장치(200)의 각각에 의해 화면 간 예측 중 도출될 수 있다. 또한, 도출된 움직임 정보는 화면 간 예측을 수행하는데 사용될 수 있다. 이때, 부호화 장치(100) 및 복호화 장치(200)는 복원된 주변 블록(reconstructed neighboring block)의 움직임 정보 및/또는 콜 블록(collocated block; col block)의 움직임 정보를 이용함으로써 부호화 및/또는 복호화 효율을 향상시킬 수 있다. 콜 블록은 이미 복원된 콜 픽처(collocated picture; col picture) 내에서 부호화/복호화 대상 블록의 공간적 위치에 대응하는 블록일 수 있다. 복원된 주변 블록은 현재 픽처 내의 블록이면서, 이미 부호화 및/또는 복호화를 통해 복원된 블록일 수 있다. 또한, 복원 블록은 부호화/복호화 대상 블록에 인접한 이웃 블록 및/또는 부호화/복호화 대상 블록의 외부 코너에 위치한 블록일 수 있다. 여기에서, 부호화/복호화 대상 블록의 외부 코너에 위치한 블록이란, 부호화/복호화 대상 블록에 가로로 인접한 이웃 블록에 세로로 인접한 블록 또는 부호화/복호화 대상 블록에 세로로 인접한 이웃 블록에 가로로 인접한 블록일 수 있다.
부호화 장치(100) 및 복호화 장치(200)의 각각은 콜 픽처 내에서 공간적으로 부호화/복호화 대상 블록에 대응하는 위치에 존재하는 블록을 결정할 수 있고, 결정된 블록을 기준으로 기정의된 상대적인 위치를 결정할 수 있다. 기정의된 상대적인 위치는 공간적으로 부호화/복호화 대상 블록에 대응하는 위치에 존재하는 블록의 내부 및/또는 외부의 위치일 수 있다. 또한, 부호화 장치(100) 및 복호화 장치(200)의 각각은 결정된 기정의된 상대적인 위치에 기반하여 콜 블록을 도출할 수 있다. 여기서, 콜 픽처는 참조 픽처 리스트에 포함된 적어도 하나의 참조 픽처 중에서 하나의 픽처일 수 있다.
움직임 정보의 도출 방식은 부호화/복호화 대상 블록의 예측 모드에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 화면 간 예측을 위해 적용되는 예측 모드로서, 향상된 움직임 벡터 예측(Advanced Motion Vector Prediction; AMVP) 및 머지 모드(merge mode) 등이 있을 수 있다. 여기서 머지 모드를 움직임 병합 모드(motion merge mode)라고 지칭할 수 있다.
예를 들면, 예측 모드로서, AMVP가 적용되는 경우, 부호화 장치(100) 및 복호화 장치(200)의 각각은 복원된 주변 블록의 움직임 벡터 및/또는 콜 블록의 움직임 벡터를 이용하여 움직임 벡터 후보 리스트(motion vector candidate list)를 생성할 수 있다. 복원된 주변 블록의 움직임 벡터 및/또는 콜 블록의 움직임 벡터는 움직임 벡터 후보로 사용될 수 있다. 여기서, 콜 블록의 움직임 벡터를 시간적 움직임 벡터 후보(temporal motion vector candidate)라 지칭할 수 있고, 복원된 주변 블록의 움직임 벡터를 공간적 움직임 벡터 후보(spatial motion vector candidate)라 지칭할 수 있다.
부호화 장치(100)에 의해 생성된 비트스트림은 움직임 벡터 후보 색인(motion vector candidate index)를 포함할 수 있다. 즉, 부호화 장치(100)은 움직임 벡터 후보 색인을 엔트로피 부호화하여 비트스트림을 생성할 수 있다. 움직임 벡터 후보 색인은 움직임 벡터 후보 리스트에 포함된 움직임 벡터 후보 중에서 선택된 최적의 움직임 벡터 후보를 지시할 수 있다. 움직임 벡터 후보 색인은 비트스트림을 통해 부호화 장치(100)로부터 복호화 장치(200)로 전송될 수 있다.
복호화 장치(200)는 움직임 벡터 후보 색인을 비트스트림으로부터 엔트로피 복호화하고, 엔트로피 복호화된 움직임 벡터 후보 색인을 이용하여 움직임 벡터 후보 리스트에 포함된 움직임 벡터 후보 중에서 복호화 대상 블록의 움직임 벡터 후보를 선택할 수 있다.
부호화 장치(100)는 부호화 대상 블록의 움직임 벡터 및 움직임 벡터 후보 간의 움직임 벡터 차분(MVD: Motion Vector Difference)을 계산할 수 있고, MVD를 엔트로피 부호화할 수 있다. 비트스트림은 엔트로피 부호화된 MVD를 포함할 수 있다. MVD는 비트스트림을 통해 부호화 장치(100)로부터 복호화 장치(200)로 전송될 수 있다. 이 때, 복호화 장치(200)는 수신된 MVD를 비트스트림으로부터 엔트로피 복호화할 수 있다. 복호화 장치(200)는 복호화된 MVD 및 움직임 벡터 후보의 합을 통해 복호화 대상 블록의 움직임 벡터를 도출할 수 있다.
비트스트림은 참조 픽처를 지시하는 참조 영상 색인 등을 포함할 수 있다. 참조 영상 색인은 엔트로피 부호화되어 비트스트림을 통해 부호화 장치(100)로부터 복호화 장치(200)로 전송될 수 있다. 복호화 장치(200)는 주변 블록의 움직임 정보들을 이용하여 복호화 대상 블록의 움직임 벡터를 예측할 수 있고, 예측된 움직임 벡터 및 움직임 벡터 차분을 이용하여 복호화 대상 블록의 움직임 벡터를 유도할 수 있다. 복호화 장치(200)는 유도된 움직임 벡터와 참조 영상 색인 정보에 기반하여 복호화 대상 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다.
움직임 정보의 도출 방식의 다른 예로, 머지 모드(merge mode)가 있다. 머지 모드란 복수의 블록들에 대한 움직임의 병합을 의미할 수 있다. 머지 모드는 하나의 블록의 움직임 정보를 다른 블록에도 함께 적용시키는 것을 의미할 수 있다. 머지 모드가 적용되는 경우, 부호화 장치(100) 및 복호화 장치(200)의 각각은 복원된 주변 블록의 움직임 정보 및/또는 콜 블록의 움직임 정보를 이용하여 머지 후보 리스트(merge candidate list)를 생성할 수 있다. 움직임 정보는 1) 움직임 벡터, 2) 참조 영상 색인, 및 3) 화면 간 예측 지시자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예측 지시자는 단방향 (L0 예측, L1 예측) 또는 쌍방향일 수 있다.
이때, 머지 모드는 CU 단위 또는 PU 단위로 적용될 수 있다. CU 단위 또는 PU 단위로 머지 모드가 수행되는 경우, 부호화 장치(100)는 기정의된 정보를 엔트로피 부호화하여 비트스트림을 생성한 후 복호화 장치(200)로 전송할 수 있다. 비트스트림은 기정의된 정보를 포함할 수 있다. 기정의된 정보는, 1) 블록 파티션(partition)별로 머지 모드를 수행할지 여부를 나타내는 정보인 머지 플래그(merge flag), 2) 부호화 대상 블록에 인접한 주변 블록들 중 어떤 블록과 머지를 할 것인가에 대한 정보인 머지 인덱스(merge index)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 부호화 대상 블록의 주변 블록들은 부호화 대상 블록의 좌측 인접 블록, 부호화 대상 블록의 상단 인접 블록 및 부호화 대상 블록의 시간적(temporal) 인접 블록 등을 포함할 수 있다.
머지 후보 리스트는 움직임 정보들이 저장된 리스트를 나타낼 수 있다. 또한, 머지 후보 리스트는 머지 모드가 수행되기 전에 생성될 수 있다. 머지 후보 리스트에 저장되는 움직임 정보는, 부호화/복호화 대상 블록에 인접한 주변 블록의 움직임 정보 및 참조 영상에서 부호화/복호화 대상 블록에 대응되는(collocated) 블록의 움직임 정보, 이미 머지 후보 리스트에 존재하는 움직임 정보들의 조합에 의해 생성된 새로운 움직임 정보 및 제로 머지 후보 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 여기서, 부호화/복호화 대상 블록에 인접한 주변 블록의 움직임 정보는 공간적 머지 후보(spatial merge candidate) 및 참조 영상에서 부호화/복호화 대상 블록에 대응되는(collocated) 블록의 움직임 정보는 시간적 머지 후보(temporal merge candidate)라 지칭할 수 있다.
스킵 모드는 주변 블록의 움직임 정보를 그대로 부호화/복호화 대상 블록에 적용하는 모드일 수 있다. 스킵 모드는 화면 간 예측에 이용되는 모드 중 하나일 수 있다. 스킵 모드가 사용되는 경우, 부호화 장치(100)는 어떤 블록의 움직임 정보를 부호화 대상 블록의 움직임 정보로서 이용할 것인지에 대한 정보를 엔트로피 부호화하여 비트스트림을 통해 복호화 장치(200)에 전송할 수 있다. 부호화 장치(100)는 다른 정보는 복호화 장치(200)에 전송하지 않을 수 있다. 예를 들면, 다른 정보는 구문 요소(syntax element) 정보일 수 있다. 구문 요소 정보는 움직임 벡터 차분 정보, 부호화 블록 플래그 및 변환 계수 레벨 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
화면내 또는 화면간 예측 이후 생성된 잔여 신호는 양자화 과정의 일환으로 변환 과정을 통해 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 이때 수행하는 1차 변환은 DCT type 2 (DCT-II)외에 다양한 DCT, DST 커널을 사용할 수 있으며, 이러한 변환 커널들은 잔여 신호에 대해 수평 및/또는 수직방향에 대해 1차원 변환(1D transform)을 각각 수행하는 분리 변환(Separable transform)으로 변환이 수행될 수도 있고, 또는 2차원 비분리 변환(2D Non-separable transform)으로 변환이 수행될 수 있다.
일예로 변환에 사용되는 DCT, DST type은 아래 표에서와 같이 DCT-II 외에 DCT-V, DCT-VIII, DST-I, DST-VII 를 1D 변환 시 적응적으로 사용할 수 있으며, 예를 들어, 표 1 내지 표 2의 예와 같이 변환 세트(Transform set)을 구성하여 변환에 사용된 DCT 또는 DST 타입을 유도할 수 있다.
변환 세트 변환
0 DST-VII, DCT-VIII
1 DST-VII, DST-I
2 DST-VII, DCT-V
변환 세트 변환
0 DST-VII, DCT-VIII, DST-I
1 DST-VII, DST-I, DCT-VIII
2 DST-VII, DCT-V, DST-I
예를 들어, 도 8과 같이 화면내 예측모드에 따라 수평 또는 수직방향에 대해 서로 다른 변환 세트(Transform set)를 정의한 후, 부/복호화기에서 현재 부호화/복호화 대상 블록의 화면내 예측 모드 및 이에 대응하는 변환 세트에 포함된 변환을 이용하여 변환 및/또는 역변환을 수행할 수 있다. 이 경우, 변환 세트는 엔트로피 부호화/복호화되는 것이 아니라 부/복호화기에서 동일한 규칙에 따라 정의될 수 있다. 이 경우, 해당 변환 세트에 속한 변환들 중에서 어떤 변환이 사용되었는지를 지시하는 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다. 예를 들어, 블록의 크기가 64x64 이하인 경우, 화면 내 예측 모드에 따라 표 2의 예와 같이 총 3가지의 변환 세트를 구성하고, 수평 방향 변환과 수직 방향 변환으로 각 3가지의 변환을 이용해서 총 9개의 다중 변환 방법을 조합해서 수행한 후 최적의 변환 방법으로 잔여 신호를 부호화/복호화함으로써 부호화 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 하나의 변환 세트에 속한 3가지의 변환들 중 어떤 변환이 사용되었는지에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화하기 위해 절삭된 단항(Truncated Unary) 이진화(Binarization)를 사용할 수도 있다. 이때, 수직 변환 및 수평 변환 중 적어도 하나 이상에 대해 변환 세트에 속한 변환들 중 어떤 변환이 사용되었는지를 지시하는 정보가 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다.
부호화기에서는 상기 전술한 1차 변환이 완료된 이후, 도 9의 예와 같이 변환 계수 (Transformed coefficients)에 대한 에너지 집중도를 높이기 위해 2차 변환 (Secondary transform)을 수행할 수 있다. 2차 변환 역시 수평 및/또는 수직방향에 대해 1차원 변환을 각각 수행하는 분리 변환을 수행할 수도 있고, 또는 2차원 비분리 변환을 수행할 수 있으며, 사용된 변환 정보가 전송되거나 또는 현재 및 주변 부호화 정보에 따라 부호화기/복호화기에서 묵시적으로 유도될 수 있다. 예를 들어, 1차 변환과 같이 2차 변환에 대한 변환 세트를 정의할 수 있으며, 변환 세트는 엔트로피 부호화/복호화되는 것이 아니라 부호화기/복호화기에서 동일한 규칙에 따라 정의될 수 있다. 이 경우, 해당 변환 세트에 속한 변환 중에서 어떤 변환이 사용되었는지를 지시하는 정보가 전송될 수 있으며, 화면내 또는 화면간 예측을 통한 잔여 신호 중 적어도 하나 이상에 적용될 수 있다.
변환 세트 별로 변환 후보(transform candidate)의 개수 또는 종류 중 적어도 하나는 상이하며, 변환 후보의 개수 또는 종류 중 적어도 하나는 블록(CU, PU, TU 등)의 위치, 크기, 분할 형태, 예측 모드(intra/inter mode) 또는 화면내 예측 모드의 방향성/비방향성 중 적어도 하나를 고려하여 가변적으로 결정될 수도 있다.
복호화기에서는 2차 역변환 수행 여부에 따라 2차 역변환을 수행할 수 있고, 2차 역변환이 수행된 결과에 1차 역변환 수행 여부에 따라 1차 역변환을 수행할 수 있다.
상기 전술한 1차 변환 및 2차 변환은 휘도/색차 성분 중 적어도 하나 이상의 신호 성분에 적용되거나 임의의 부호화 블록 크기/형태에 따라 적용될 수 있으며, 임의의 부호화 블록에서 사용여부 및 사용된 1차 변환/2차 변환을 가르키는 인덱스를 엔트로피 부호화/복호화하거나 또는 현재/주변 부호화 정보 중 적어도 하나 이상에 따라 부호화기/복호화기에서 묵시적으로 유도할 수 있다.
화면내 또는 화면간 예측 이후 생성된 잔여 신호는 1차 및/또는 2차 변환 완료 후, 양자화 과정을 거친 후 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화 과정을 수행하게 되며, 이때 양자화된 변환 계수는 도 10과 같이 화면내 예측 모드 또는 최소 블록 크기/형태 중 적어도 하나 이상을 기준으로 대각선, 수직, 수평 방향에 따라 스캐닝(scanning) 될 수 있다.
또한, 엔트로피 복호화된 양자화된 변환 계수는 역 스캐닝(Inverse Scanning)되어 블록 형태로 정렬될 수 있으며, 해당 블록에 역양자화 또는 역 변환 중 적어도 하나 이상이 수행될 수 있다. 이때, 역 스캐닝의 방법으로 대각(Diagonal) 스캔, 수평(Horizontal) 스캔, 수직(Vertical) 스캔 중 적어도 하나가 수행될 수 있다.
일예로, 현재 부호화 블록의 크기가 8x8일 때, 8x8 블록에 대한 잔여 신호는 1차, 2차 변환 및 양자화 이후, 4개의 4x4 서브 블록별로 도 10에 도시된 3가지 스캐닝 순서(Scanning order) 방법 중 적어도 하나에 따라 양자화된 변환 계수들을 스캐닝하면서 엔트로피 부호화할 수 있다. 또한 양자화된 변환 계수를 역 스캐닝하면서 엔트로피 복호화할 수 있다. 역 스캐닝된 양자화된 변환 계수는 역양자화 이후 변환 계수가 되고, 2차 역변환 또는 1차 역변환 중 적어도 하나가 수행되어 복원된 잔여 신호가 생성될 수 있다.
비디오 부호화 과정에서 도 11과 같이 하나의 블록이 분할될 수 있으며 분할 정보에 해당하는 지시자가 시그널링 될 수 있다. 이때, 상기 분할 정보는 분할 플래그(split_flag), 쿼드/이진트리 플래그(QB_flag), 쿼드트리 분할 플래그(quadtree_flag), 이진트리 분할 플래그(binarytree_flag), 이진트리 분할 유형 플래그(Btype_flag) 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 여기서, split_flag 는 블록이 분할되었는지 여부를 나타내는 플래그, QB_flag 는 블록이 쿼드트리 형태로 분할되었지는 이진트리 형태로 분할되었는지 여부를 나타내는 플래그, quadtree_flag 는 블록이 쿼드트리 형태로 분할되었는지 여부를 나타내는 플래그, binarytree_flag 는 블록이 이진트리 형태로 분할되었는지 여부를 나타내는 플래그, Btype_flag 는 블록이 이진트리 형태로 분할하는 경우 수직 또는 수평 분할임을 나타내는 플래그일 수 있다.
상기 분할 플래그가 1이면 분할되었음을 0이면 분할되지 않았음을 나타낼 수 있으며 상기 쿼드/이진트리 플래그의 경우 0이면 쿼드트리 분할, 1이면 이진트리 분할을 나타낼 수 있으며, 반대로 0이면 이진트리 분할, 1이면 쿼드트리 분할을 나타낼 수 있다. 상기 이진트리 분할 유형 플래그의 경우, 0이면 수평 방향 분할, 1이면 수직 방향 분할을 나타낼 수 있으며, 반대로 0이면 수직 방향 분할, 1이면 수평 방향 분할을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 도 11에 대한 분할 정보는 다음 표 3과 같이 quadtree_flag, binarytree_flag, Btype_flag 중 적어도 하나를 시그널링 하여 유도할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 대한 분할 정보는 다음 표 4와같이 split_flag, QB_flag, Btype_flag 중 적어도 하나를 시그널링 하여 유도할 수 있다.
상기 분할 방법은 블록의 크기/형태에 따라 쿼드트리로만 분할이 가능할 수 있으며 또는 이진트리로만 가능할 수 있다. 이러한 경우, 상기 split_flag는 쿼드트리 또는 이진트리 분할 여부를 나타내는 플래그를 의미할 수 있다. 상기 블록의 크기/형태는 블록의 깊이 정보에 따라 유도될 수 있으며, 깊이 정보는 시그널링 될 수 있다.
상기 블록의 크기가 소정의 범위 내에 속하는 경우에는 쿼드트리로만 분할이 가능할 수 있다. 여기서, 소정의 범위는 쿼드트리만으로 분할이 가능한 최대 블록의 크기 또는 최소 블록의 크기 중 적어도 하나로 정의될 수 있다. 상기 쿼드트리 형태의 분할이 허용되는 최대/최소 블록의 크기를 나타내는 정보는 비트스트림을 통해 시그널링될 수 있고, 해당 정보는 시퀀스, 픽쳐 파라미터, 또는 슬라이스(세그먼트) 중 적어도 하나의 단위로 시그널링될 수 있다. 또는, 상기 최대/최소 블록의 크기는 부호화기/복호화기에 기-설정된 고정된 크기일 수도 있다. 예를 들어, 상기 블록의 크기가 256x256 ~ 64x64 에 해당하는 경우에는 쿼드트리로만 분할이 가능할 수 있다. 이러한 경우에 상기 split_flag는 쿼드트리 분할 여부를 나타내는 플래그 일 수 있다.
상기 블록의 크기가 소정의 범위 내에 속하는 경우에는 이진트리로만 분할이 가능할 수 있다. 여기서, 소정의 범위는 이진트리만으로 분할이 가능한 최대 블록의 크기 또는 최소 블록의 크기 중 적어도 하나로 정의될 수 있다. 상기 이진트리 형태의 분할이 허용되는 최대/최소 블록의 크기를 나타내는 정보는 비트스트림을 통해 시그널링될 수 있고, 해당 정보는 시퀀스, 픽쳐 파라미터, 또는 슬라이스(세그먼트) 중 적어도 하나의 단위로 시그널링될 수 있다. 또는, 상기 최대/최소 블록의 크기는 부호화기/복호화기에 기-설정된 고정된 크기일 수도 있다. 예를 들어, 상기 블록의 크기가 16x16 ~ 8x8 에 해당하는 경우에는 이진트리로만 분할이 가능할 수 있다. 이러한 경우에 상기 split_flag는 이진트리 분할 여부를 나타내는 플래그 일 수 있다.
상기 하나의 블록이 이진트리로 분할된 이후, 상기 분할된 블록이 더 분할될 경우에는 이진트리로만 분할될 수 있다.
상기 분할된 블록의 가로 또는 세로의 크기가 더 이상 분할될 수 없는 크기인 경우에는 상기 하나 이상의 지시자를 시그널링 하지 않을 수 있다.
상기 쿼드트리 기반 하의 이진트리 분할 외에 이진트리 분할 후, 쿼드트리 기반 분할이 가능할 수 있다.
이하에서는 비디오 코딩 과정 중 하나인 변환(transform) 방법 개선을 통한 비디오 압축 효율 향상 벙법에 대해 설명하도록 한다. 좀 더 구체적으로 기존 비디오 코딩의 부호화(encoding)는 크게 현재 원본 영상의 일부분인 원본 블록을 예측하는 화면내(intra)/화면간(inter) 예측 단계, 예측된 예측 블록(prediction block)과 원본 블록의 차이인 잔여 블록(residual block)의 변환 및 양자화(quantization) 단계, 변환 및 양자화된 블록의 계수와 앞 단에서 얻어진 압축 정보에 대한 확률 기반 무손실 압축 방법인 엔트로피 코딩(entropy coding)을 거쳐 원본 영상의 압축 형태인 비트스트림(bitstream)을 형성하고, 이를 복호화기(decoder)로 전송하거나 기록매체에 저장한다. 이 중 본 명세서에서 설명할 Shuffling and Discrete Sine Transform (이하, SDST)는 변환 방법의 효율성을 증가시켜 압축 효율의 향상을 목적으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 SDST 방법은 비디오 코딩에서 널리 이용하는 변환 커널(transform kernel)인 Discrete Cosine Transform type-2 또는 DCT-II (이하, DCT-2)가 아닌 Discrete Sine Transform type-7 또는 DST-VII (이하, DST-7)을 사용함으로써 영상들이 공통적으로 갖는 주파수 특성을 더 잘 반영할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 변환 방법을 통해 기존의 비디오 코딩 방법 대비 비교적 낮은 비트량에서도 높은 객관적 비디오 화질을 얻을 수 있다.
DST-7은 잔여 블록(residual block)의 데이터에 적용될 수 있다. 잔여 블록에 대한 DST-7 적용은 잔여 블록에 대응하는 예측 모드에 기반하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 인터 모드로 부호화된 잔여 블록에 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 DST-7은 잔여 블록의 데이터를 재배열 혹은 셔플링(shuffling) 이후에 적용될 수 있다. 여기서, 셔플링은 영상 데이터의 재배열을 의미하며, 동등한 의미로 잔여 신호 재배열(rearrangement)이라고 할 수 있다. 여기서, 잔여 블록은 레지듀얼(residual), 잔차 블록, 잔차 신호, 잔여 신호, 잔차 데이터, 잔여 데이터와 동일한 의미를 가질 수 있다. 또한, 잔여 블록은 잔여 블록이 부호화기와 복호화기에서 복원된 형태인 복원된 레지듀얼(reconstructed residual), 복원된 잔차 블록, 복원된 잔차 신호, 복원된 잔여 신호, 복원된 잔차 데이터, 복원된 잔여 데이터와 동일한 의미를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 SDST는 DST-7을 변환 커널로 사용할 수 있다. 이때, SDST의 변환 커널은 DST-7에 한정되는 것은 아니고, Discrete Sine Transform type-1(DST-1), Discrete Sine Transform type-2(DST-2), Discrete Sine Transform type-3(DST-3), …, Discrete Sine Transform type-n(DST-n) 등 DST의 여러 타입 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. (여기서, n은 1 이상의 양의 정수)
아래와 같은 수학식 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 DCT-2의 수행 방법를 나타낼 수 있다. 여기서, N은 블록의 크기, k는 주파수 성분의 위치, xn은 공간 도메인에서 n번째 계수의 값을 나타낼 수 있다.
2차원 도메인의 DCT-2는, 상기 수학식 1을 이용하여 잔여 블록에 대해 수평(horizontal transform) 및 수직 변환(vertical transform)을 수행함으로써 가능할 수 있다.
DCT-2 변환 커널은 아래와 같은 수학식 2로 정의될 수 있다. 여기서, Xk 는 주파수 도메인에서 위치에 따른 기저 벡터(basis vector), N은 주파수 도메인의 크기를 나타낼 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명에 따른 DCT-2 주파수 도메인에서 기저 벡터(basis vector)를 나타낸다. 도 12를 참고하면, 주파수 도메인에서 DCT-2의 주파수 특성을 보여준다. 여기서, DCT-2의 X0 기저 벡터를 통해 계산된 값은 DC성분을 의미할 수 있다.
DCT-2는 4x4, 8x8, 16x16, 32x32 크기 등의 잔여 블록에 대한 변환 과정에 이용될 수 있다.
한편, DCT-2는 잔여 블록의 크기, 잔여 블록의 색 성분(예를 들어, 휘도 성분, 색차 성분) 또는 잔여 블록에 대응하는 예측 모드 중 적어도 하나에 기초하여 선택적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 인트라 모드로 부호화된 4x4 크기의 잔여 블록이고 해당 잔여 블록의 성분이 휘도 성분인 경우, DCT-2가 이용되지 않을 수 있다. 여기서, 예측 모드는 화면 간(inter) 예측 혹은 화면 내(intra) 예측을 의미할 수 있다. 또한, 예측 모드는 화면 내 예측일 경우 화면내 예측 모드 혹은 화면내 예측 방향을 의미할 수 있다.
DCT-2 변환 커널을 통한 변환은 영상의 배경과 같은 주변 화소(pixel) 간의 변화가 적은 특성의 블록에서 높은 압축 효율을 보일 수 있다. 하지만, 영상의 텍스쳐(texture)처럼 복잡한 패턴(pattern)을 갖는 영역에 대한 변환 커널로는 적합하지 않을 수 있다. 주변 화소(pixel) 간의 상관 관계(correlation)가 낮은 블록을 DCT-2를 통해 변환할 경우 주파수 도메인의 고주파 성분에 많은 변환 계수가 나타날 수 있기 때문이다. 비디오 압축에서 고주파 영역에서의 빈번한 변환 계수 발생은 압축 효율을 감소시킬 수 있다. 압축 효율 향상을 위해서는 저주파수 성분 근처에서 큰 계수값을 갖고, 고주파 성분에서는 되도록 계수가 0에 가까워야 한다.
아래와 같은 수학식 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 DST-7의 수행 방법를 나타낼 수 있다. 여기서, N은 블록의 크기, k는 주파수 성분의 위치, xn은 공간 도메인에서 n번째 계수의 값을 의미할 수 있다.
2차원 도메인의 DST-7은, 상기 수학식 3을 이용하여 잔여 블록에 대해 수평(horizontal transform) 및 수직 변환(vertical transform)을 수행함으로써 가능할 수 있다.
DST-7 변환 커널은 아래와 같은 수학식 4로 정의될 수 있다. 여기서, Xk는 DST-7의 K번째 기저 벡터를, i는 주파수 도메인에서의 위치를, N은 주파수 도메인의 크기를 나타낼 수 있다.
DST-7은 2x2, 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, 64x64, 128x128 등 중 적어도 하나 이상의 크기의 잔여 블록에 대한 변환 과정에 이용될 수 있다.
한편, DST-7은 정사각형(square) 블록이 아닌 직사각형(rectangular) 블록에 적용될 수 있다. 예를 들어, 8x4, 16x8, 32x4, 64x16 등 가로 크기와 세로 크기가 서로 다른 직사각형 블록의 수직 변환 및 수평 변환 중 적어도 하나 이상에 DST-7이 적용될 수 있다.
또한, DST-7는 잔여 블록의 크기, 잔여 블록의 색 성분(예를 들어, 휘도 성분, 색차 성분) 또는 잔여 블록에 대응하는 예측 모드 중 적어도 하나에 기초하여 선택적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 인트라 모드로 부호화된 4x4 크기의 잔여 블록이고 해당 잔여 블록의 성분이 휘도 성분인 경우, DST-7가 이용될 수 있다. 이때, 예측 모드는 화면 간(inter) 예측 혹은 화면 내(intra) 예측을 의미할 수 있다. 또한, 예측 모드는 화면 내 예측일 경우 화면내 예측 모드 혹은 화면내 예측 방향을 의미할 수 있다.
한편, 도 13은 본 발명에 따른 DST-7의 각 주파수 도메인에서 기저 벡터(basis vector)를 나타낸다. 도 13을 참고하면, DST-7의 첫번째 기저 벡터(x0)는 곡선의 형태를 띠고 있다. 이를 통해 DST-7는 DCT-2에 비해 영상에서 공간적 변화가 큰 블록에 대해 더 높은 변환 성능을 보일 것으로 예측 가능하다.
화면내(intra) 예측된 코딩 유닛(CU) 내 4x4 변환 유닛(TU)에 대한 변환 시 DST-7을 사용할 수 있다. 이는 intra 예측 특성상 참조 샘플(reference sample)에서 거리가 멀어질수록 에러(error)량이 증가하는 것을 반영하여 더 높은 변환 효율을 보이는 DST-7을 사용할 수 있다. 즉, 공간 도메인에서 블록 내 (0, 0) 위치를 기준으로 거리가 멀어질수록 잔여 신호의 양이 증가하는 블록의 경우, DST-7을 이용해서 해당 블록을 효율적으로 압축 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 변환 효율 증대를 위해서 영상의 주파수 특성에 알맞는 변환 커널을 사용하는 것이 중요할 수 있다. 특히 변환은 원본 블록에 대한 잔여 블록에 수행되기 때문에 CU 또는 PU 또는 TU 블록 내 잔여 신호의 분포 특성을 알아봄으로써 DST-7 과 DCT-2 의 변환 효율을 알 수 있다.
도 14는 “Cactus” sequence를 Low Delay-P profile환경에서 실험하여 구한 인터 모드(inter mode)로 예측된 8x8 코딩 유닛(CU)의 2Nx2N 예측 유닛(PU) 내 위치에 따른 평균 잔여(residual) 값의 분포를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 도 14의 좌측 도면은 블록 내 평균 잔여 신호 값들 중 상대적으로 큰 상위 30%의 값을 별도로 표시한 것이고, 우측 도면은 좌측 도면과 같은 블록 내 평균 잔여 신호 값들 중 상대적으로 값이 큰 상위 70%의 값을 별도로 표시하고 있다.
도 14를 통해 인터 모드(inter mode)로 예측된 8x8 CU의 2Nx2N PU 내 잔여 신호 분포는 잔여 신호 값의 크기가 작은 값들이 주로 블록의 가운데 부근에 밀집되고, 블록의 중간 지점에서 멀어질수록 잔여 신호 값이 커지는 특성을 보임을 알 수 있다. 즉, 블록 경계에서 잔여 신호 값이 커지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 잔여 신호 분포 특성은 CU 크기와 inter 예측된 CU가 가능한 PU 분할 모드(2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN, nRx2N, nLx2N, 2NxnU, 2NxnD)에 상관없이 PU 내 잔여 신호가 갖는 공통적인 특징이다.
도 15는 본 발명에 따른 화면간 예측 모드(inter mode)로 예측된 8x8 코딩 유닛(CU)의 2Nx2N 예측 유닛(PU) 내 잔여 신호 분포 특성을 나타내는 3차원 그래프이다.
도 15를 참조하면, 블록 내 중앙 근처에는 값이 작은 잔여 신호 분포가 집중되고, 블록 경계에 가까운 잔여 신호일수록 상대적으로 더 큰 값을 가짐을 확인할 수 있다.
도 14 및 도 15에 따른 잔여 신호 분포 특성을 바탕으로 인터 모드로 예측된 CU의 PU 내 잔여 신호의 변환은 DCT-2가 아닌 DST-7을 이용시 더 효율적일 것으로 볼 수 있다.
이하에서는, DST-7을 변환 커널로 사용하는 변환 방법 중 하나인 SDST에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 따른 SDST는 두 단계로 수행될 수 있다. 첫번째 단계는 인터 모드 혹은 인트라 모드로 예측된 CU의 PU 내 잔여 신호를 셔플링하는 단계이다. 두번째 단계는 셔플링된 블록 내 잔여 신호에 DST-7을 적용하는 단계이다.
현재 블록(예컨데, CU, PU 또는 TU) 내에 배열된 잔여 신호를 제1 방향에 따라 스캔하고, 이를 제2 방향에 따라 재배열할 수 있다. 즉, 현재 블록 내에 배열된 잔여 신호를 제1 방향에 따라 스캔하고, 이를 제2 방향에 따라 재배열하여 셔플링을 수행할 수 있다. 이때, 잔여 신호는 원본 신호와 예측 신호 사이의 차분 신호를 나타내는 신호를 의미할 수 있다. 즉, 잔여 신호는 변환과 양자화 중 적어도 하나를 수행하기 전인 신호를 의미할 수 있다. 또는, 잔여 신호는 변환과 양자화 중 적어도 하나 이상이 수행된 신호 형태를 의미할 수 있다.
또한, 잔여 신호는 복원된 잔여 신호를 의미할 수 있다. 즉, 잔여 신호는 역변환과 역양자화 중 적어도 하나 이상이 수행된 신호를 의미할 수 있다. 또한, 잔여 신호는 역변환과 역양자화 중 적어도 하나를 수행하기 전인 신호를 의미할 수 있다.
한편, 제1 방향(또는 스캔 방향)은 래스터 스캔 순서(Raster scan order), 위-오른쪽 대각선 스캔 순서(Up-Right Digonal scan order), 수평 스캔 순서(Horizontal scan order), 수직 스캔 순서(Vertical scan order) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 제1 방향은 아래와 같이 정의될 수 있다.
(1) 상단 행(row)에서 하단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 좌측에서 우측으로 스캔
(2) 상단 행(row)에서 하단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 우측에서 좌측으로 스캔
(3) 하단 행(row)에서 상단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 좌측에서 우측으로 스캔
(4) 하단 행(row)에서 상단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 우측에서 좌측으로 스캔
(5) 좌측 열(column)에서 우측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 상단에서 하단으로 스캔
(6) 좌측 열(column)에서 우측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 하단에서 상단으로 스캔
(7) 우측 열(column)에서 좌측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 상단에서 하단으로 스캔
(8) 우측 열(column)에서 좌측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 하단에서 상단으로 스캔
(9) 나선 형태로 스캔: 블록 내부(또는 외부)에서 블록 외부(또는 내부)로, 시계/반시계 방향으로 스캔
(10) 대각 스캔: 블록 내 하나의 꼭지점에서 시작하여, 좌상단, 우상단, 좌하단 또는 우하단 방향으로 대각 스캔
한편, 제2 방향(또는 재배열 방향)으로 상술한 스캔 방향 중 어느 하나가 선택적으로 이용될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.
잔여 신호에 대한 스캔 및 재배열 과정은 현재 블록 단위로 수행될 수 있다.
여기서, 재배열은 블록 내에서 제1 방향대로 스캔한 잔여 신호를 동일한 크기의 블록에 제2 방향대로 배열하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 제1 방향대로 스캔한 블록의 크기와 제2 방향대로 재배열한 블록의 크기는 서로 상이할 수 있다.
또한, 여기서 스캔과 재배열은 각각 제1 방향 및 제2 방향에 따라 별도로 수행되는 것으로 표현했지만, 스캔과 재배열은 제1 방향에 대해서 하나의 과정으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 블록 내 잔여 신호에 대해서 상단 행에서 하단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 우측에서 좌측으로 스캔하여 블록에 저장(재배열)할 수 있다.
한편, 잔여 신호에 대한 스캔 및 재배열 과정은 현재 블록 내 소정의 서브블록(sub-block) 단위로 수행될 수 있다. 여기서, 서브블록은 현재 블록과 같거나 작은 블록일 수 있다.
서브블록 단위는 고정된 크기/형태(예를 들어, 4x4, 4x8, 8x8, … NxM, 여기서, N과 M은 양의 정수)를 가질 수 있다. 또한, 서브블록 단위의 크기 및/또는 형태는 가변적으로 유도될 수도 있다. 일 예로, 현재 블록의 크기, 형태, 및/또는 예측 모드(인터, 인트라)에 종속적(dependent)으로 서브블록 단위의 크기 및/또는 형태가 결정될 수 있다.
서브블록의 위치에 따라 스캔 방향 및/또는 재배열 방향이 적응적으로 결정될 수 있다. 이 경우, 서브블록 별로 서로 상이한 스캔 방향 및/또는 재배열 방향을 사용할 수도 있고, 현재 블록에 속한 서브블록들 전부 또는 일부는 동일한 스캔 방향 및/또는 재배열 방향을 사용할 수도 있다.
도 16은 본 발명에 따른 코딩 유닛(CU)의 2Nx2N 예측 유닛(PU) 모드에서 잔여 신호 분포 특징을 도시한 도면이다.
도 16를 참조하면, PU가 쿼드트리 구조로 4개의 서브블록으로 분할되어 있고, 각 서브블록의 화살표 진행 방향은 잔여 신호 분포의 특성을 나타낸다. 구체적으로, 각 서브블록의 화살표 진행 방향은 잔여 신호가 커지는 방향을 나타낸다. 이는 PU 분할 모드(PU partitioning mode)에 상관없이 PU 내 잔여 신호가 공통적으로 가지는 분포 특성 때문이다. 따라서, DST-7 변환에 적합한 분포 특성을 갖도록 각 서브블록의 잔여 신호를 재배열하는 셔플링 작업을 수행할 수 있다.
도 17은 본 발명에 따른 2Nx2N 예측 유닛(PU)의 셔플링(shuffling) 전후의 잔여 신호 분포 특징을 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 상측 블록은 인터 모드로 예측된 8x8 CU의 2Nx2N PU 내 잔여 신호의 셔플링 이전 분포를 보여준다. 아래의 수학식 5는 도 17의 상단 블록 내 각 잔여 신호의 위치에 따른 값을 나타낸다.
인터 모드로 예측된 CU의 PU 내 잔여 신호 분포 특성에 의해, 도 17의 상단 블록 내 중앙 영역에서는 비교적 작은 값을 갖는 잔여 신호가 많이 분포하고, 상단 블록의 경계로 진행할수록 큰 값을 갖는 잔여 신호가 많이 분포한다.
도 17의 하단 블록은 셔플링을 수행한 이후의 2Nx2N PU 내 잔여 신호 분포 특성을 보여준다. 이는 셔플링을 수행한 PU의 서브블록 별 잔여 신호 분포가 DST-7의 첫번째 기저 벡터에 적합한 잔여 신호 분포임을 보여준다. 즉, 각 서브블록 내 잔여 신호가 (0, 0) 위치에서 멀어질수록 더 큰 값을 갖기 때문에 변환 수행 시, DST-7를 통해 주파수 변환된 변환 계수 값들이 저주파수 영역에 집중되어 나타날 수 있다.
아래와 같은 수학식 6은 PU에서 쿼드트리 구조로 분할된 4개의 서브블록에서 각각의 서브블록의 PU 내의 위치에 따른 셔플링 수행 방법을 나타낸다.
여기서, Wk, Hk는 각각 PU에서 k번째 서브블록(k{blk0,blk1,blk2,blk3})의 너비 또는 높이를 의미하고, blk0~blk3은 PU에서 쿼드트리 구조로 분할된 각 서브블록을 의미한다. 그리고, x, y 는 각 서브블록 내에서 가로, 세로 위치를 의미하고, a(x,y), b(x,y), c(x,y), d(x,y)는 도 17의 상단 블록과 같이 각 잔여 신호의 셔플링 수행 전 위치를, a'(x,y), b'(x,y), c'(x,y), d'(x,y)는 도 17의 하단 블록과 같이 셔플링을 통해 변경된 잔여 신호의 위치를 나타낸다.
도 18은 본 발명에 따른 서브 블록의 4x4 잔여 데이터 재배열의 일 예를 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, 서브 블록은 8x8 예측 블록에 속한 복수의 서브 블록 중 어느 하나를 의미한다. 도 18(a)는 재배열 전 원본 잔여 데이터의 위치를, 도 18(b)는 잔여 데이터의 재배열된 위치를 나타낸다.
도 18(c)을 참조하면, 잔여 데이터의 값은 (0,0) 위치에서 (3,3)의 위치로 갈수록 점진적으로 증가될 수 있다. 여기서, 각 서브 블록 내 수평 및/또는 수직 1차원의 잔여 데이터는 도 13에서 도시한 기저 벡터의 형태로 데이터 분포를 가질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 셔플링은 잔여 데이터 분포가 전술한 DST-7 기저 벡터의 형태에 적합하도록 각 서브 블록의 잔여 데이터를 재배열할 수 있다.
각 서브 블록에 대한 셔플링 이후에 DST-7 변환이 각 서브 블록 단위로 재배열된 데이터에 적용될 수 있다.
한편, TU의 뎁스(depth, 깊이)에 기반하여, 서브 블록은 추가적으로 쿼드트리 구조로 분할(partitioning)되거나, 재배열 과정이 선택적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, TU의 뎁스가 2인 경우, 2Nx2N PU에 속한 NxN 서브 블록은 N/2xN/2 블록으로 분할될 수 있고, 재배열 과정이 각 N/2xN/2 블록에 적용될 수 있다. 여기서, 쿼드트리 기반의 TU 분할은 최소 TU 크기가 될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
또한, TU의 뎁스가 0인 경우, 2Nx2N 블록에 DCT-2 변환이 적용될 수 있다. 이때 잔여 데이터의 재배열은 수행하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 SDST 방법은 PU 블록 내 잔여 신호의 분포 특징을 이용하기 때문에 SDST를 수행하는 TU의 분할 구조는 PU를 기준으로 쿼드트리 구조로 분할되는 것으로 정의될 수 있다.
도 19(a) 및 도 19(b)는 본 발명에 따른 코딩 유닛(CU)의 예측 유닛(PU) 모드에 따른 변환 유닛(TU) 분할 구조와 변환 유닛(TU)의 셔플링(shuffling) 방법을 도시한 도면이다. 도 19(a) 및 도 19(b)에서는 인터 예측된 PU의 비대칭 분할 모드(2NxnU, 2NxnD, nRx2N, nLx2N)별 TU 깊이에 따른 TU의 쿼드트리 분할 구조를 보여준다.
도 19(a) 및 도 19(b)를 참조하면, 각 블록의 굵은 실선은 CU 내 PU를 나타내고, 얇은 실선은 TU를 나타낸다. 그리고, 각 TU 내 S0, S1, S2, S3는 상술한 수학식 6에 정의된 TU 내 잔여 신호의 셔플링 방법을 나타낸다.
한편, 도 19(a) 및 도 19(b)에서 각 PU의 깊이 0 TU는 해당 PU와 블록 크기가 같다(예컨데, 2Nx2N PU 에서 깊이 0 TU의 크기는 PU의 크기와 같다). 여기서, 깊이 0 TU 내 잔여 신호에 대한 셔플링은 도 23의 설명과 같이 후술하도록 한다.
또한, CU, PU, TU 중 적어도 하나 이상이 직사각형 형태(예컨대, 2NxnU, 2NxnD, nRx2N, nLx2N)를 가질 경우에, 잔여 신호 재배열 전에 CU, PU, TU 중 적어도 하나 이상을 2개, 4개, 6개, 8개, 16개 등 N개의 서브블록으로 분할하고, 분할된 서브블록에 잔여 신호 재배열을 적용할 수 있다.
또한, CU, PU, TU 중 적어도 하나 이상이 정사각형 형태(예컨대, 2Nx2N, NxN)를 가질 경우에, 잔여 신호 재배열 전에 CU, PU, TU 중 적어도 하나 이상을 4개, 8개, 16개 등 N개의 서브블록으로 분할하고, 분할된 서브블록에 잔여 신호 재배열을 적용할 수 있다.
또한, 상기 TU가 CU 혹은 PU로부터 분할될 경우, TU가 최상위 깊이인 경우(분할되지 않는 경우), TU를 2개, 4개, 6개, 8개, 16개 등 N개의 서브블록으로 분할한 후, 분할된 서브블록 단위로 잔여 신호 재배열을 수행할 수 있다.
상기 예에서 CU, PU, TU는 각각 다른 형태 혹은 크기를 가질 경우에 잔여 신호 재배열을 수행하는 예를 나타냈지만, 상기 잔여 신호 재배열은 CU, PU, TU 중 적어도 2개 이상이 같은 형태 혹은 크기를 가질 경우에도 적용될 수 있다.
한편, 도 19에서는 인터 예측된 PU의 비대칭 분할 모드에 대해 설명하지만 이에 한정되지 않고, PU의 대칭 분할 모드(2NxN, Nx2N)에도 상기 TU의 분할 및 TU의 셔플링을 적용할 수 있다.
셔플링이 수행 된 PU 내 각 TU에 대하여 DST-7 변환을 수행할 수 있다. 이때, CU, PU, TU는 모두 동일한 크기와 형태를 가질 경우에 하나의 블록에 대해서 DST-7 변환을 수행할 수 있다.
인터 예측 된 PU 블록의 잔여 신호 분포 특징을 고려하면, CU의 크기와 PU 분할 모드에 상관없이 DCT-2 변환을 수행하는 것보다 셔플링 이후 DST-7 변환을 수행하는 것이 더 효율적인 변환 방법일 수 있다.
변환 이후 변환 계수들의 분포가 저주파수 성분(특히, DC 성분) 근처에 더욱 많이 분포한다는 것은, ⅰ) 양자화 이후 에너지 손실의 최소화, ⅱ) 엔트로피 코딩 과정에서 bit 사용량 절감 관점에서 잔여 신호 분포가 그렇지 않은 경우보다 높은 압축 효율을 보임을 알 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 2Nx2N 예측 유닛(PU)의 잔여 신호 분포에 따른 DCT-2 변환과 SDST 변환 수행 결과를 도시한 도면이다.
도 20의 좌측에 도시된 도면은 CU의 PU 분할 모드가 2Nx2N일 때 잔여 신호가 중앙에서 경계로 갈수록 증가하는 분포를 나타낸다. 또한, 도 20의 중간에 도시된 도면은 PU 내 깊이 1의 TU에 대하여 DCT-2 변환을 수행한 잔여 신호의 분포를 보여주고, 도 20의 우측에 도시된 도면은 PU 내 깊이 1의 TU에 대하여 셔플링 수행 후 DST-7 변환(SDST)을 수행한 잔여 신호 분포를 보여준다.
도 20을 참조하면, 위에서 언급한 잔여 신호 분포 특성을 갖는 PU의 TU에 SDST를 수행하였을 때의 계수 분포가 DCT-2를 수행하였을 때의 계수 분포에 비해 좀 더 많은 계수들이 저주파수 성분 근처에 밀집하고, 고주파 성분 쪽에서는 더 작은 계수 값이 발생하는 것을 알 수 있다. 이러한 변환 특성에 근거하여 인터 예측 된 PU의 잔여 신호를 변환 수행 시 DCT-2 대신 SDST를 수행함으로써 더 높은 압축 효율을 보임을 알 수 있다.
DST-7 변환이 수행되는 블록의 단위는 PU에서 정의된 TU 단위로 SDST를 수행하며, TU의 분할 구조는 상술한 도 19과 같이 PU 단위에서 최대 깊이까지 쿼드트리 분할 혹은 이진트리 분할이 가능하다. 이는 DST-7 변환이 정사각형 블록에 대하여 수행 될 뿐만 아니라, 직사각형 블록에 대하여도 셔플링 후 수행 될 수 있음을 의미할 수 있다.
도 21은 본 발명에 따른 SDST 과정을 도시한 도면이다. TU의 잔여 신호 변환에 있어서(S2110), 먼저 예측 모드가 인터 모드인 PU에 대하여 PU 내 분할된 TU에 대한 셔플링을 수행할 수 있다(S2120). 그리고, 셔플링 된 TU에 대하여 DST-7 변환을 수행하고(S2130), 양자화(quantization, S2140) 및 일련의 이후 과정을 수행하는 순서로 SDST 과정이 진행될 수 있다.
한편, 예측 모드가 인트라 모드인 블록에 대해서도 셔플링 및 DST-7 변환을 수행할 수 있다.
이하에서는, 부호화기에서 SDST 변환을 구현하는 일 실시 예로, ⅰ)인터 예측된 PU 내 모든 TU에 대해 SDST를 수행하는 방법 및 ⅱ)율-왜곡 최적화(Rate-Distortion Optimization)을 통해 SDST 또는 DCT-2를 선택적으로 수행하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. 이하의 방법에서는 인터 예측된 블록에 대해서 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 인트라 예측된 블록에도 하기의 방법이 적용될 수 있다.
도 22는 본 발명에 따른 화면 간 예측된 코딩 유닛(CU)의 예측 유닛(PU) 분할 모드(partition mode)에 따른 변환 유닛(TU) 분할 및 잔여 절대값의 크기분포 특성을 도시한 도면이다.
도 22를 참조하면, 인터 예측 모드에서 TU는 CU로부터 최대 뎁스까지 쿼드트리 분할 혹은 이진트리 분할이 가능하고, PU의 partition mode는 총 K가지 경우가 존재할 수 있다. 여기서, K는 양의 정수이며, 도 22에서 K는 8이다.
본 발명에 따른 SDST는 도 15에서 설명한 바와 같이 인터 예측된 CU 내 PU에서의 잔여 신호 분포 특성을 이용한다. 또한, TU는 PU를 기준으로 쿼드트리 구조 혹은 이진트리 구조로 분할될 수 있으며, 이는 깊이가 0인 TU는 PU에 대응될 수 있고, 깊이가 1인 TU는 PU를 한번 쿼드트리 구조 혹은 이진트리 구조로 분할한 각 서브블록에 대응될 수 있다.
도 22의 각 블록은 인터 예측된 CU의 각 PU 분할 모드에 따라 TU 깊이 2까지 분할되는 형태를 보여준다. 여기서, 굵은 실선은 PU을 나타내며, 얇은 실선은 TU를 나타내고, 각 TU의 화살표 방향은 해당 TU 내 잔여 신호 값이 화살표의 머리 방향으로 향할수록 커지는 것을 나타낼 수 있다. 각 TU는 PU 내 위치에 따라 상기 셔플링 단계에 관한 상기 설명에서 언급된 셔플링을 수행할 수 있다.
특히 TU 깊이 0인 블록의 경우, 셔플링 단계에 관하여 상기에서 제시한 방법 이외에도 다양한 방법으로 셔플링을 수행할 수 있다.
그 중 하나는 PU 블록의 가운데 위치의 잔여 신호부터 스캐닝하기 시작하여 원을 그리며 넓어지는 방향으로 주위의 잔여 신호를 스캐닝하고, 스캐닝한 잔여 신호를 다시 PU의 (0,0) 위치부터 지그재그(zig-zag) 스캐닝 순으로 재배치하는 방법이다.
도 23은 위와 같은 예측 유닛(PU) 내 깊이(depth)값이 0인 변환 유닛(TU)의 잔여 신호 스캐닝(scanning) 순서와 재배치 순서를 보여준다.
도 23(a)와 도 23(b)는 셔플링을 위한 스캐닝 순서를 도시하고, 도 23(c)는 SDST를 위한 재배열 순서를 도시한다.
셔플링된 각 TU 내 잔여 신호는 DST-7 변환이 수행되고, 양자화 및 엔트로피 부호화 등이 수행될 수 있다. 이와 같은 셔플링 방법은 PU 분할 모드에 따른 TU 내 잔여 신호 분포 특성을 이용한 것으로, 다음 단계인 DST-7 변환의 효율 증대를 위해 잔여 신호 분포를 최적화할 수 있다.
인코더에서 인터 예측된 PU 내 모든 TU에 대해 SDST 수행은 상술한 도 21의 SDST 과정에 따라 수행될 수 있다. 인터 예측된 CU의 PU 분할 모드에 따라 도 22와 같은 형태로 PU에서 최대 깊이 2까지 TU 분할이 수행될 수 있고, 각 TU 내 잔여 신호는 도 22의 TU 내 잔여 신호 분포 특성을 이용하여 셔플링을 수행할 수 있다. 이후 DST-7 변환 커널을 이용한 변환 수행 후 양자화 및 엔트로피 부호화 등을 수행할 수 있다.
디코더는 인터 예측된 PU 내 TU의 잔여 신호 복원 수행 시, 인터 예측된 PU의 각 TU에 대하여 DST-7 역변환을 수행하고, 복원된 잔여 신호를 역 셔플링(inverse shuffling)하여 복원된 잔여 신호를 얻을 수 있다. 이러한 SDST 방법은 인터 예측된 PU 내 모든 TU의 변환 방법에 SDST를 적용하기 때문에 추가적으로 디코더에 전송해야 하는 플래그(flag) 또는 정보가 없다는 장점이 있다. 즉, SDST 방법에 대한 별도의 시그널링 없이 상기 SDST 방법이 수행될 수 있다.
한편, 인터 예측된 PU 내 모든 TU에 대해 SDST 수행하는 경우라도 셔플링 단계에 관하여 상기에서 설명한 잔여 신호의 재배열 방법 중 일부를 최적의 재배열 방법으로 부호화기에서 결정하여 결정된 재배열 방법에 대한 정보를 복호화기로 전송할 수 있다.
다른 실시예로서, SDST 수행 방법으로 RDO를 통하여 해당 PU의 변환 방법을 DCT-2와 SDST 중 어느 하나를 선택하여 적용하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 이 방법은 전술한 인터 예측된 PU 내 모든 TU에 대해 SDST 수행하는 실시예에 비해 부호화기에서 연산량은 증가할 수 있지만, DCT-2와 SDST 중 더 효율적인 변환 방법을 선택하기 때문에 앞의 방법보다 높은 압축 효율을 보일 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 율-왜곡 최적화(RDO)를 통한 DCT-2 또는 SDST 선택 인코딩 과정을 나타내는 순서도이다.
도 24를 참조하면, TU의 잔여 신호 변환에 있어서(S2410), 인터 모드로 예측을 수행하는 PU 내 각 TU에 DCT-2를 수행하여 얻어진 TU의 cost(S2420)와 SDST를 수행(S2430 및 S2440)하여 얻어진 TU의 cost를 비교하여 해당 TU의 최적의 변환 모드(DCT-7 혹은 SDST)를 율-왜곡 관점에서 결정할 수 있다(S2450). 그리고, 결정된 변환 모드(transform mode)에 따라 변환된 TU에 양자화(S2460) 및 엔트로피 부호화 등이 진행될 수 있다.
한편, SDST 또는 DCT-2를 적용하는 TU는 아래 조건들 중 어느 하나를 만족하는 경우에만 RDO를 통해 최적의 변환 모드를 선택할 수 있다.
i) DCT-2 및 SDST를 수행하는 TU는 PU 분할 모드와 상관없이 CU를 기준으로 쿼드트리 형태 또는 이진트리 형태 또는 CU 크기로 분할되어야 한다.
ii) DCT-2 및 SDST를 수행하는 TU는 PU 분할 모드에 따라 PU로부터 쿼드트리 형태 또는 이진트리 형태 또는 PU 크기로 분할되어야 한다.
iii) DCT-2 및 SDST를 수행하는 TU는 PU 분할 모드와 상관없이 CU를 기준으로 분할되지 않는다.
조건 i)는 PU 분할 모드에 상관없이 CU에서 쿼드트리 형태 또는 이진트리 형태 또는 CU 크기로 분할 된 TU에 대하여 율-왜곡 최적화 관점에서 DCT-2 혹은 SDST를 변환 모드로 선택하는 방법이다.
조건 ii)는 전술한 인터 예측된 PU 내 모든 TU에 대해 SDST 수행하는 실시 예에서 언급한 PU 분할 모드에 따라 쿼드트리 형태 또는 이진트리 형태 또는 PU 크기로 분할된 TU에 DCT-2 및 SDST를 수행하고, 이를 통한 cost를 이용하여 TU의 변환 모드를 결정한다.
조건 iii)는 PU 분할 모드에 관계 없이, TU와 동일한 크기를 가지는 CU 단위에서 CU 혹은 TU를 분할하지 않고, DCT-2 및 SDST를 수행하여 TU의 변환 모드로 결정한다.
특정 PU 분할 모드의 깊이 0 TU 블록에 대한 RD cost를 비교할 때, 깊이 0 TU에 대한 SDST를 수행한 결과에 대한 cost의 총합과, 깊이 0 TU에 대한 DCT-2를 수행한 결과에 대한 cost 비교를 통해, 깊이 0 TU의 변환 모드를 선택할 수 있다.
도 25는 본 발명에 따른 DCT-2 또는 SDST 를 선택하여 디코딩하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 25를 참조하면, 전송된 SDST flag를 TU마다 참조할 수 있다(S2510). 여기서, SDST flag는 변환 모드로 SDST를 사용하는지 여부를 지시하는 플래그일 수 있다.
SDST flag가 true인 경우(S2520-Yes), TU의 변환 모드는 SDST mode로 결정되고, TU 내 잔여 신호에 DST-7 역 변환을 수행하고(S2530), DST-7 역 변환이 수행된 TU 내 잔여 신호에 대해 TU 내 PU의 위치에 따라 상술한 수학식 6을 이용한 역 셔플링을 수행하여(S2540) 최종적으로 복원된 잔여 신호를 획득할 수 있다(S2560).
한편, SDST flag가 true가 아닌 경우(S2520-No), TU의 변환 모드는 DCT-2 mode로 결정되고, TU 내 잔여 신호에 DCT-2 역 변환을 수행하여(S2550) 복원된 잔여 신호를 획득할 수 있다(S2560).
SDST 방법이 사용되는 경우, 잔여 데이터가 재배열될 수 있다. 여기서, 잔여 데이터는 인터 예측된 PU에 대응되는 잔여 데이터를 의미할 수 있다. 분리 속성(separable property)을 사용하여 DST-7으로부터 유도된 정수 변환을 SDST의 방법으로 사용할 수 있다.
한편, DCT-2 또는 DST-7의 선택적 이용을 위해 sdst_flag가 시그널링(signaling)될 수 있다. sdst_flag는 TU 단위로 시그널링될 수 있다. sdst_flag는 SDST 수행 여부를 식별하기 위해 요구됨을 나타낼 수 있다.
도 26은 본 발명에 따른 SDST를 이용한 디코딩 과정을 나타내는 순서도이다.
도 26을 참조하면, sdst_flag는 TU 단위로 시그널링엔트로피 복호화될 수 있다(S2610).
우선, TU의 뎁스가 0인 경우(S2620-Yes), SDST는 사용되지 않고, DCT-2 사용되어 TU를 복원할 수 있다(S2670 및 S2680). 이는 SDST는 TU의 뎁스가 1에서 최대 TU 뎁스값 사이에서 수행될 수 있기 때문이다.
또한, TU의 뎁스가 0이 아니라도(S2620-No) TU의 변환 모드가 변환 스킵 모드인 경우 및/또는 TU의 부호화 블록 플래그(cbf,coded block flag) 값이 0인 경우(S2630-Yes), 역변환을 수행하지 않고 TU를 복원할 수 있다(S2680).
한편, TU의 뎁스가 0이 아니고(S2620-No), TU의 변환 모드가 변환 스킵 모드가 아닌 경우 및 TU의 cbf 값이 0이 아닌 경우(S2630-No), sdst_flag 값을 확인할 수 있다(S2640).
여기서, sdst_flag의 값이 1인 경우(S2640-Yes), DST-7 기반의 역변환이 수행되고(S2650), TU의 잔여 데이터에 대한 역 셔플링을 통해(S2660) TU를 복원할 수 있다(S2680). 반면, sdst_flag의 값이 0인 경우(S2640-No), DCT-2 기반의 역변환을 수행하여(S2670) TU를 복원할 수 있다(S2680).
여기서, 셔플링 혹은 재배열의 대상이 되는 신호는 역변환 전 잔여 신호, 역양자화 전 잔여 신호, 역변환 이후 잔여 신호, 역양자화 이후 잔여 신호, 복원된 잔여 신호, 복원된 블록 신호 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
한편, 도 26에서는 sdst_flag를 TU 단위로 시그널링한다고 설명하였으나, sdst_flag는 TU의 변환 모드 또는 TU의 cbf 값 중 적어도 하나에 기초하여 선택적으로 시그널링될 수 있다. 예를 들어, TU의 변환 모드가 변환 스킵 모드인 경우 및/또는 TU의 cbf 값이 0인 경우, sdst_flag는 시그널링되지 않을 수 있다. 또한, TU의 뎁스가 0인 경우에도 sdst_flag는 시그널링되지 않을 수 있다.
한편, sdst_flag를 TU 단위로 시그널링한다고 설명하였으나, 소정의 단위로 시그널링 될 수 있다. 예컨대, 비디오, 시퀀스, 픽쳐, 슬라이스, 타일, 부호화 트리 유닛, 부호화 유닛, 예측 유닛, 변환 유닛 중 적어도 하나 이상의 단위로 sdst_flag를 시그널링할 수 있다.
도 25의 SDST flag, 도 26의 sdst_flag의 실시 예처럼 선택된 변환 모드(transform mode) 정보는 TU 단위에서 n-bit 플래그(n은 1이상의 양의 정수)를 통해 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다. 변환 모드 정보는 TU가 DCT-2를 통해 변환을 수행하였는지, SDST를 통해 변환을 수행하였는지, DST-7을 통해 변환을 수행하였는지 등 적어도 하나 이상을 지시할 수 있다.
인터 예측 된 PU 내 TU일 경우에만 해당 변환 모드 정보를 bypass mode로 엔트로피 부호화/복호화를 수행할 수 있다. 또한 transform skip mode이거나 RDPCM(Residual Differential PCM) mode, lossless mode 인 경우 중 적어도 하나 이상의 경우에도 변환 모드 정보의 엔트로피 부호화/복호화는 생략되고, 시그널링되지 않을 수 있다.
또한, 블록의 부호화 블록 플래그(coded block flag)가 0인 경우에도 변환 모드 정보의 엔트로피 부호화/복호화는 생략되고, 시그널링되지 않을 수 있다. 부호화 블록 플래그가 0인 경우 디코더에서 역변환 과정이 생략되므로 변환 모드 정보가 디코더에서 존재하지 않아도 해당 블록의 복원이 가능하다.
다만, 변환 모드 정보는 플래그를 통해서 변환 모드를 나타내는 것으로 한정되지 아니하며, 기-정의된 테이블과 인덱스의 형태로 구현될 수도 있다. 여기서, 기-정의된 테이블은 인덱스 별로 이용 가능한 변환 모드가 정의된 것일 수 있다.
또한, DCT 혹은 SDST의 변환은 가로 방향과 세로 방향으로 분리되어 수행될 수 있다. 가로 방향과 세로 방향에 대해서 서로 동일한 변환 모드가 이용될 수도 있고, 서로 상이한 변환 모드가 이용될 수도 있다.
또한, 가로 방향과 세로 방향 각각에 대해 DCT-2를 사용했는지, SDST를 사용했는지, DST-7를 사용했는지에 대한 변환 모드 정보를 각각 엔트로피 부호화/복호화할 수 있다.
또한, 변환 모드 정보는 CU, PU, TU 단위 중 적어도 하나 이상의 단위에서 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다.
또한, 변환 모드 정보는 휘도 성분 혹은 색차 성분에 따라 전송될 수 있다. 다시 말하여, 변환 모드 정보는 Y 성분 혹은 Cb 성분 혹은 Cr 성분에 따라 전송될 수 있다. 예를 들어, Y 성분에 대해서 DCT-2를 수행했는지, SDST를 수행했는지에 대한 변환 모드 정보가 시그널링되는 경우, Cb 성분 및 Cr 성분 중 적어도 하나 이상에서 별도의 변환 모드 정보 시그널링 없이 Y 성분에서 시그널링되는 변환 모드 정보를 해당 블록의 변환 모드로 이용할 수 있다.
여기서, 변환 모드 정보는 문맥 모델(context model)을 이용하는 산술 부호화 방법으로 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다. 만약, 변환 모드 정보가 기-정의된 테이블과 인덱스의 형태로 구현될 경우, 여러 개의 빈(bin)들 중 전부 혹은 일부 빈들에 대해서만 문맥 모델을 이용하는 산술 부호화 방법으로 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다.
또한, 변환 모드 정보는 블록 크기에 따라 선택적으로 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 크기가 64x64 이상일 경우 변환 모드 정보는 엔트로피 부호화/복호화되지 않고, 32x32 이하일 경우에 변환 모드 정보는가 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다.
또한, 현재 블록 내에 0이 아닌 변환 계수 혹은 양자화 레벨이 1개 존재할 경우, 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화하지 않고, DCT-2 혹은 DST-7 혹은 SDST 방법 중 한가지 방법을 수행할 수 있다. 이때, 상기 0이 아닌 변환 계수 혹은 양자화 레벨에 대한 블록 내의 위치에 상관 없이 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화하지 않을 수 있다. 또한, 상기 0이 아닌 변환 계수 혹은 양자화 레벨이 블록 내 좌상단 위치에 존재할 경우에만 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화하지 않을 수 있다.
또한, 현재 블록 내에 0이 아닌 변환 계수 혹은 양자화 레벨이 J개 이상 존재할 경우, 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화할 수 있다. 이때, J는 양의 정수이다.
또한, 변환 모드 정보는 콜 블록(Collocated Block)의 변환 모드에 따라 일부 변환 모드의 사용이 제한되거나, 변환 정보의 이진화(Binarization) 방법이 콜 블록의 변환 모드를 보다 적은 비트로 표현하는 방식으로 달라질 수 있다.
상술한 SDST는 현재 블록의 예측 모드, TU 뎁스(깊이), 크기 또는 형태 중 적어도 하나에 기초하여 제한적으로 이용될 수도 있다.
예를 들어, SDST는 현재 블록이 인터 모드로 부호화된 경우에 이용될 수 있다.
SDST가 허용되는 최소/최대 뎁스가 정의될 수 있다. 이 경우, 현재 블록의 뎁스가 최소 뎁스와 같거나 큰 경우에 SDST가 이용될 수 있고, 또는 현재 블록의 뎁스가 최대 뎁스와 같거나 작은 경우에 SDST가 이용될 수도 있다. 여기서, 최소/최대 뎁스는 고정된 값일 수도 있고, 최소/최대 뎁스를 나타내는 정보에 기초하여 가변적으로 결정될 수도 있다. 최소/최대 뎁스를 나타내는 정보는 인코더로부터 시그널링될 수도 있고, 현재/주변 블록의 속성(예컨대, 크기, 뎁스 및/또는 형태)에 기초하여 디코더에서 유도될 수도 있다.
SDST가 허용되는 최소/최대 크기가 정의될 수도 있다. 마찬가지로, 현재 블록의 크기가 최소 크기와 같거나 큰 경우에 SDST가 이용될 수 있고, 또는 현재 블록의 크기가 최대 크기와 같거나 작은 경우에 SDST가 이용될 수도 있다. 여기서, 최소/최대 크기는 고정된 값일 수도 있고, 최소/최대 크기를 나타내는 정보에 기초하여 가변적으로 결정될 수도 있다. 최소/최대 크기를 나타내는 정보는 인코더로부터 시그널링될 수도 있고, 현재/주변 블록의 속성(예컨대, 크기, 뎁스 및/또는 형태)에 기초하여 디코더에서 유도될 수도 있다. 예를 들어, 현재 블록이 4x4인 경우 DCT-2를 변환 방법으로 사용하고, DCT-2를 사용했는지 SDST를 사용했는지에 대한 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화하지 않을 수 있다.
SDST가 허용되는 블록의 형태가 정의될 수도 있다. 이 경우, 현재 블록의 형태가 정의된 블록의 형태인 경우에 SDST가 이용될 수 있다. 또는 SDST가 허용되지 않는 블록의 형태가 정의될 수 있다. 이 경우, 현재 블록의 형태가 정의된 블록의 형태인 경우에 SDST가 이용되지 않을 수 있다. SDST가 허용되는 또는 허용되지 않는 블록의 형태는 고정된 것일 수도 있고, 이에 관한 정보가 인코더로부터 시그널링 될 수도 있다. 또는 현재/주변 블록의 속성(예컨대, 크기, 뎁스 및/또는 형태)에 기초하여 디코더에서 유도될 수도 있다. SDST가 허용되는 또는 허용되지 않는 블록의 형태는 예컨대, MxN 블록에 있어서, M, N 및/또는 M과 N의 비율을 의미할 수 있다.
또한, TU의 깊이가 0인 경우에는 변환 방법으로 DCT-2 혹은 DST-7을 사용하고, 어떤 변환 방법을 사용했는지에 대한 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화할 수 있다. 만약, DST-7을 변환 방법으로 사용할 경우, 잔여 신호의 재배열 과정을 수행할 수 있다. 또한, TU의 깊이가 1이상인 경우에는 변환 방법으로 DCT-2 혹은 SDST를 사용하고, 어떤 변환 방법을 사용했는지에 대한 변환 모드 정보를 엔트로피 부호화/복호화할 수 있다.
또한, CU 및 PU의 분할 형태 혹은 현재 블록의 형태에 따라 변환 방법을 선택적으로 사용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, CU 및 PU의 분할 형태 혹은 현재 블록의 형태가 2Nx2N인 경우 DCT-2를 사용하고, 나머지 분할 및 블록 형태에 대해서는 DCT-2 또는 SDST를 선택적으로 사용할 수 있다.
그리고, CU 및 PU의 분할 형태 혹은 현재 블록의 형태가 2NxN 혹은 Nx2N인 경우 DCT-2를 사용하고, 나머지 분할 및 블록 형태에 대해서는 DCT-2 또는 SDST를 선택적으로 사용할 수 있다.
그리고, CU 및 PU의 분할 형태 혹은 현재 블록의 형태가 nRx2N 혹은 nLx2N 혹은 2NxnU 혹은 2NxnD인 경우 DCT-2를 사용하고, 나머지 분할 및 블록 형태에 대해서는 DCT-2 또는 SDST를 선택적으로 사용할 수 있다.
한편, 현재 블록에서 분할된 블록 단위로 SDST 혹은 DST-7가 수행될 때, 분할된 블록 단위로 변환 계수(양자화 레벨)에 대한 스캐닝 및 역스캐닝이 수행될 수 있다. 또한, 현재 블록에서 분할된 블록 단위로 SDST 혹은 DST-7가 수행될 때, 분할되지 않은 현재 블록 단위로 변환 계수(양자화 레벨)에 대한 스캐닝 및 역스캐닝이 수행될 수 있다.
또한, 상기 SDST 혹은 DST-7을 이용한 변환/역변환은 현재 블록의 화면 내 예측 모드(방향), 현재 블록의 크기, 현재 블록의 성분(휘도 성분인지 색차 성분인지) 중 적어도 하나 이상에 따라 수행될 수 있다.
그리고, 상기 SDST 혹은 DST-7을 이용한 변환/역변환 시에 DST-7 대신 DST-1을 이용할 수 있다. 또한, 상기 SDST 혹은 DST-7을 이용한 변환/역변환 시에 DST-7 대신 DCT-4를 이용할 수 있다.
또한, 상기 DCT-2를 이용한 변환/역변환 시에 SDST 혹은 DST-7의 잔여 신호의 재배열에서 이용한 재배열 방법을 적용할 수 있다. 즉, DCT-2를 이용할 경우에도 잔여 신호의 재배열 혹은 소정의 각도를 이용한 잔여 신호의 회전을 수행할 수 있다.
이하에서, 셔플링 방법 및 시그널링 방법에 관한 다양한 변형례 및 실시예를 설명한다.
본 발명의 SDST는 변환 방법의 변경을 통한 영상 압축 효율 향상을 목적으로 한다. 잔여 신호의 셔플링을 통한 DST-7 수행은 PU 내 잔여 신호 분포 특성을 효과적으로 반영하기 때문에 높은 압축 효율을 보일 수 있다.
셔플링 단계에 관한 상기 설명에서 잔여 신호 재배열 방법에 대해 알아보았다. 아래에서는 상술한 잔여 신호 재배열을 위한 셔플링 방법 외에 다른 구현 방법에 대해 알아보도록 한다.
잔여 신호 재배열을 구현하는데 있어서 하드웨어 복잡도를 최소화하기 위하여 가로 플리핑(flipping)과 세로 플리핑 방법으로 잔여 신호 재배열 과정을 구현할 수 있다. 잔여 신호 재배열 방법 (1)~(4)은 다음과 같이 플리핑을 통해 구현될 수 있다.
(1) : r'(x,y)=r(x,y) ; 플리핑 수행 안함 (no flipping)
(2) : r'(x,y)=r(w-1-x,y) ; 가로 방향 플리핑
(3) : r'(x,y)=r(x,h-1-y) ; 세로 방향 플리핑
(4) : r'(x,y)=r(w-1-x,h-1-y) ; 가로 방향 및 세로 방향 플리핑
r'(x,y)는 재배열 후 잔여 신호며, r(x,y)는 재배열 이전 잔여 신호다. w와 h는 각각 블록의 너비와 높이를 의미하며, x,y는 블록에서의 잔여 신호 위치를 나타낸다. 플리핑을 사용하는 재배열 방법의 역 재배열 방법은 재배열 방법과 동일한 과정으로 수행될 수 있다. 즉, 가로 방향 플리핑을 사용하여 재배열된 잔여 신호는 다시 한번 가로 방향 플리핑을 수행함으로써 원래의 잔여 신호 배열로 복원될 수 있다. 부호화기에서 수행하는 재배열 방법과 복호화기에서 수행하는 역 재배열 방법은 서로 동일한 플리핑 방법일 수 있다.
상기 플리핑을 이용하는 잔여 신호 셔플링/재배열 방법은 현재 블록을 분할하지 않은 채로 사용할 수 있다. 즉, 상기 SDST 방법에서는 현재 블록(TU 등)을 서브블록(sub-block)으로 분할하고 서브블록 별로 DST-7을 사용하는 것을 설명하였지만, 플리핑을 이용하는 잔여 신호 셔플링/재배열 방법을 사용할 경우에는 현재 블록을 서브블록으로 분할하지 않고 현재 블록 전체 혹은 일부에 대해서 플리핑을 수행한 후 DST-7을 사용할 수 있다.
변환 모드 정보를 이용하여 플리핑을 이용하는 잔여 신호 셔플링/재배열 방법 사용 유무를 엔트로피 부호화/복호화할 수 있다. 예를 들어, 변환 모드 정보를 지시하는 플래그 비트가 제1 값을 가질 경우 플리핑을 이용하는 잔여 신호 셔플링/재배열 방법과 DST-7을 변환/역변환 방법으로 사용할 수 있고, 상기 플래그 비트가 제2 값을 가질 경우, 플리핑을 이용하는 잔여 신호 셔플링/재배열 방법이 아닌 다른 변환/역변환 방법을 사용할 수 있다. 이때, 변환 모드 정보는 블록 별로 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다.
또한, 플리핑 방법 정보를 이용하여 상기 4가지 플리핑 방법들 (no flipping, 가로 방향 플리핑, 세로 방향 플리핑, 가로 방향 및 세로 방향 플리핑) 중 적어도 하나 이상은 플래그 혹은 인덱스 형태로 엔트로피 부호화/복호화될 수 있다. 즉, 플리핑 방법 정보에 대한 시그널링을 통해서 부호화기에서 수행한 플리핑 방법과 동일한 플리핑 방법을 복호화기에서 수행할 수 있다. 상기 변환 모드 정보는 플리핑 방법 정보를 포함할 수 있다.
또한, 잔여 신호 재배열 방법은 이전에 상술한 잔여 신호 재배열에 한정되지 아니하며, 블록 내 잔여 신호를 소정의 각도로 회전하여 셔플링을 구현할 수도 있다. 여기서의 소정의 각도는 0도, 90도, 180도, -90도, -180도, 270도, -270도, 45도, -45도, 135도, -135도 등을 의미할 수 있다. 이때, 각도에 대한 정보는 플래그 형태 혹은 인덱스 형태로 엔트로피 부호화/복호화될 수 있고, 상기 변환 모드 정보(transform mode)에 대한 시그널링 방법과 유사하게 수행될 수 있다.
또한, 상기 각도 정보는 엔트로피 부호화/복호화 시 현재 블록의 주변에 복원된 블록의 각도 정보로부터 예측 부호화/복호화될 수 있다. 각도 정보를 이용하여 재배열할 경우 현재 블록에 대해 분할 후 SDST 혹은 DST-7를 수행할 수도 있지만, 현재 블록에 대한 분할 없이 현재 블록 단위로 SDST 혹은 DST-7를 수행할 수 있다.
소정의 각도는 서브블록의 위치에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 서브블록들 중 특정 위치(예를 들어, 첫번째 서브블록)의 서브블록에 대해서만 회전을 통해 재배열하는 방식을 제한적으로 이용할 수도 있다. 또한, 소정의 각도를 이용한 재배열은 현재 블록 전체에 대해 적용될 수 있다. 이때, 재배열의 대상이 되는 현재 블록은 역변환 전 잔여 블록, 역양자화 전 잔여 블록, 역변환 이후 잔여 블록, 역양자화 이후 잔여 블록, 복원된 잔여 블록, 복원된 블록 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
한편, 잔여 신호 재배열 또는 회전과 동일한 효과가 나타나도록 변환을 위한 변환 매트릭스의 계수를 재배열하거나 회전하고, 이를 기-배열된 잔여 신호에 적용하여 변환을 수행할 수도 있다. 즉, 잔여 신호 재배열 대신 변환 매트릭스(행렬)에 대한 재배열을 이용해서 변환을 수행하여, 잔여 신호 재배열과 변환을 수행하는 방법과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이때, 변환 매트릭스의 계수의 재배열은 상술한 잔여 신호 재배열 방법들과 동일한 방법으로 수행될 수 있으며, 이에 필요한 정보들의 시그널링 방법도 상술한 잔여 신호 재배열 방법에 필요한 정보들의 시그널링 방법과 동일하게 수행될 수 있다.
한편, 셔플링 단계에 관한 상기 설명에서 언급된 잔여 신호 재배열 방법 중 일부를 최적의 재배열 방법으로 부호화기에서 결정하여 결정된 재배열 방법에 대한 정보를 복호화기로 전송할 수 있다. 일 예로, 4가지 재배열 방법을 사용한다면 부호화기는 잔여 신호 재배열 방법에 대한 정보를 2bit 만큼 복호화기로 전송할 수 있다.
또한, 사용하는 재배열 방법들 각각의 발생확률이 서로 다른 경우 발생확률이 높은 재배열 방법은 적은 비트를 사용하여 부호화 하고 발생확률이 낮은 재배열 방법은 상대적으로 많은 비트를 사용하여 부호화 할 수 있다. 일 예로, 4가지 재배열 방법을 발생확률이 높은 순서로 하여 truncated unary code로 부호화 할 수 있다 (0, 10, 110, 111).
그리고, 현재 CU의 예측 모드, PU의 화면내 예측 모드(방향), 주변 블록의 움직임 벡터 등 부호화 파라미터에 따라서 재배열 방법의 발생확률이 변할 수 있기 때문에, 부호화 파라미터에 따라 재배열 방법에 대한 정보의 부호화 방법을 다르게 사용할 수 있다. 일 예로, 화면 내 예측의 예측 모드에 따라서 재배열 방법의 발생확률이 다를 수 있기 때문에 각각의 인트라 모드에 대해 발생확률이 높은 재배열 방법에 적은 비트를 할당하고 발생확률이 낮은 재배열 방법에 높은 비트를 할당하거나, 경우에 따라 발생확률이 매우 적은 재배열 방법은 사용하지 않고 비트도 할당하지 않을 수 있다.
아래의 표 5는 CU의 예측 모드 및 PU의 화면내 예측 모드(방향)에 따라 잔여 신호 재배열 방법을 부호화 하는 방법에 대한 예시를 보인다.
예측 모드 화면내 예측 방향 잔여 신호 재배열 방법
(1) (2) (3) (4)
화면 내 Planar/DC 0 110 10 111
화면 내 수평 방향 혹은 수평 방향에 가까운 모드 0 - 1 -
화면 내 수직 방향 혹은 수직 방향에 가까운 모드 0 1 - -
화면 내 짝수 0 10 11 -
화면 내 홀수 0 - 10 11
화면 내 Otherwise 0 10 11 -
화면 간 - 00 01 10 11
표 5의 잔여 신호 재배열 방법 (1)~(4)는 이전에 설명한 잔여 신호 재배열을 위한 스캐닝/재배열 순서에 대한 인덱스, 소정의 각도 값에 대한 인덱스 혹은 소정의 플리핑 방법에 대한 인덱스 등 잔여 신호 재배열 방법을 특정할 수 있다.
상기 표 5와 같이, 현재 블록이 각 예측 모드 및 각 화면내 예측 모드(방향) 중 적어도 하나 이상에 해당할 경우, 적어도 한가지 이상의 재배열 방법이 인코더 및 디코더에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 현재 블록이 인트라 모드며 화면내 예측 방향이 짝수일 경우, 잔여 신호 재배열 방법으로 no flipping, 가로 방향 플리핑, 세로 방향 플리핑 방법 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 현재 블록이 인트라 모드며 화면내 예측 방향이 홀수일 경우, 잔여 신호 재배열 방법으로 no flipping, 세로 방향 플리핑, 가로 방향 및 세로 방향 플리핑 방법 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
화면 내 예측의 Planar/DC 예측인 경우 4가지 방법을 발생 빈도에 근거하여 truncated unary code로 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화 할 수 있다.
화면 내 예측 방향이 수평 방향 혹은 수평 방향에 가까운 모드인 경우 (1), (3) 재배열 방법의 확률이 높을 수 있다. 이러한 경우 상기 두 개의 재배열 방법에 각각 1비트를 사용하여 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화할 수 있다.
화면 내 예측 방향이 수직 방향 혹은 수직 방향에 가까운 모드인 경우 (1), (2) 재배열 방법의 확률이 높을 수 있다. 이러한 경우 상기 두 방법에 각각 1비트를 사용하여 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화 할 수 있다.
화면 내 예측 방향이 짝수인 경우, (1), (2), (3) 재배열 방법에 대해서만 truncated unary code로 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화 할 수 있다.
화면 내 예측 방향이 홀수인 경우, (1), (3), (4) 재배열 방법에 대해서만 truncated unary code로 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화 할 수 있다.
기타 화면 내 예측 방향에 대해서는 (4)번 재배열 방법의 발생확률이 낮을 수 있으므로 (1),(2),(3) 재배열 방법에 대해서만 truncated unary code로 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화 할 수 있다.
화면 간 예측인 경우 (1)~(4) 재배열 방법의 발생확률을 동등하게 볼 수 있으며, 2bit의 fixed length code로 재배열 방법에 대한 정보를 엔트로피 부호화/복호화 할 수 있다.
이때, 각각의 부호화 빈값들은 산술 부호화/복호화를 사용할 수 있다. 또한, 각각의 부호화 빈값들은 산술 부호화를 사용하지 않고 bypass 모드로 엔트로피 부호화/복호화 될 수 있다.
도 27 및 도 28은 각각 본 발명에 따른 인코더 및 디코더에서 잔여 신호 재배열(residual rearrangement)이 수행되는 위치를 나타낸다.
도 27을 참조하면, 인코더에서는 DST-7 변환 과정 수행 전에 잔여 신호 재배열이 수행될 수 있다. 도 27에는 도시하지 않았지만, 인코더에서는 변환 과정과 양자화 과정 사이에 잔여 신호 재배열이 수행될 수 있으며, 양자화 과정 수행 후에 잔여 신호 재배열이 수행될 수 있다.
도 28을 참조하면, 디코더에서는 DST-7 역변환 과정 수행 후에 잔여 신호 재배열이 수행될 수 있다. 도 28에는 도시하지 않았지만, 디코더에서는 역양자화 과정과 역변환 과정 사이에 잔여 신호 재배열이 수행될 수 있으며 역양자화 과정 수행 전에 잔여 신호 재배열이 수행될 수 있다.
이상에서는 도 12 내지 도 28을 참조하여 본 발명에 따른 SDST 방법에 대해 설명하였다. 이하에서는 도 29 및 도 30을 참조하여 본 발명에 따른 SDST 방법이 적용된 복호화 방법, 부호화 방법, 복호화기, 부호화기 및 비트스트림에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 29는 본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 복호화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 29를 참조하면, 먼저 현재 블록의 변환 모드를 결정하고(S2910), 현재 블록의 변환 모드에 따라 현재 블록의 잔여 데이터들을 역변환할 수 있다(S2920).
그리고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 역변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열할 수 있다(S2930).
여기서, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
SDST 모드는 DST-7 변환 모드로 역변환을 수행하고, 역변환된 잔여 데이터들의 재배열을 수행하는 모드를 지시할 수 있다.
SDCT 모드는 DCT-2 변환 모드로 역변환을 수행하고, 역변환된 잔여 데이터들의 재배열을 수행하는 모드를 지시할 수 있다.
DST 모드는 DST-7 변환 모드로 역변환을 수행하고, 역변환된 잔여 데이터들의 재배열은 수행하지 않는 모드를 지시할 수 있다.
DCT 모드는 DCT-2 변환 모드로 역변환을 수행하고, 역변환된 잔여 데이터들의 재배열은 수행하지 않는 모드를 지시할 수 있다.
따라서, 현재 블록의 변환 모드가 SDST 및 SDCT 중 어느 하나인 경우에만, 상기 잔여 데이터들을 재배열하는 단계을 수행할 수 있다.
상술한 SDST 및 DST 모드에 대해 DST-7 변환 모드로 역변환을 수행한다고 설명하였으나, DST-1, DST-2 등 다른 DST 기반의 변환 모드를 이용할 수도 있다.
한편, 현재 블록의 변환 모드를 결정하는 단계(S2910)는 현재 블록의 변환 모드 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계 및 변환 모드 정보에 기초하여 상기 현재 블록의 변환 모드를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 현재 블록의 변환 모드를 결정하는 단계(S2910)는 현재 블록의 예측 모드, 상기 현재 블록의 깊이 정보, 상기 현재 블록의 크기 및 상기 현재 블록의 형태 중 적어도 하나에 기초하여 결정할 수 있다.
구체적으로, 현재 블록의 예측 모드가 인터 예측 모드인 경우, 현재 블록의 변환 모드는 SDST 및 SDCT 중 어느 하나로 결정될 수 있다.
한편, 역변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S2930)는, 역변환된 현재 블록내에 배열된 잔여 데이터들을 제1 방향 순서대로 스캐닝하는 단계 및 제1 방향으로 스캐닝한 잔여 데이터들을 제2 방향 순서대로 상기 역변환된 현재 블록내에 재배열하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 방향 순서는 래스터 스캔 순서(Raster scan order), 위-오른쪽 대각선 스캔 순서(Up-Right Digonal scan order), 수평 스캔 순서(Horizontal scan order), 수직 스캔 순서(Vertical scan order) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 제1 방향 순서는 아래와 같이 정의될 수 있다.
(1) 상단 행(row)에서 하단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 좌측에서 우측으로 스캔
(2) 상단 행(row)에서 하단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 우측에서 좌측으로 스캔
(3) 하단 행(row)에서 상단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 좌측에서 우측으로 스캔
(4) 하단 행(row)에서 상단 행으로 스캔하되, 하나의 행에서는 우측에서 좌측으로 스캔
(5) 좌측 열(column)에서 우측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 상단에서 하단으로 스캔
(6) 좌측 열(column)에서 우측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 하단에서 상단으로 스캔
(7) 우측 열(column)에서 좌측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 상단에서 하단으로 스캔
(8) 우측 열(column)에서 좌측 열로 스캔하되, 하나의 열에서는 하단에서 상단으로 스캔
(9) 나선 형태로 스캔: 블록 내부(또는 외부)에서 블록 외부(또는 내부)로, 시계/반시계 방향으로 스캔
한편, 제2 방향 순서는 상술한 방향 중 어느 하나가 선택적으로 이용될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.
또한, 역변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S2930)는, 현재 블록 내 서브 블록 단위로 재배열할 수 있다. 이 경우, 현재 블록 내의 서브 블록의 위치에 기초하여 잔여 데이터들을 재배열할 수 있다. 서브 블록의 위치에 기초하여 잔여 데이터들을 재배열하는 것은 상술한 수학식 6에서 자세히 설명하였는바 중복설명은 피하도록 한다.
또한, 역변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S2930)는, 역변환된 현재 블록내에 배열된 잔여 데이터들을 기정의된 각도로 회전하여 재배열할 수 있다.
또한, 역변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S2930)는, 역변환된 현재 블록내에 배열된 잔여 데이터들을 플리핑(flipping) 방법대로 플리핑하여 재배열할 수 있다. 이 경우, 현재 블록의 변환 모드를 결정하는 단계(S2910)는 플리핑 방법 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계 및 플리핑 방법 정보에 기초하여 상기 현재 블록의 플리핑 방법을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 30은 본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 부호화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 30을 참조하면, 현재 블록의 변환 모드를 결정할 수 있다(S3010).
그리고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열할 수 있다(S3020).
그리고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 재배열된 현재 블록의 잔여 데이터들을 변환할 수 있다(S3030).
여기서, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. SDST, SDCT, DST 및 DCT 모드에 대한 설명은 도 29에서 하였는 바 중복설명은 피하도록 한다.
한편, 현재 블록의 변환 모드가 SDST 및 SDCT 중 어느 하나인 경우에만, 잔여 데이터를 재배열하는 단계들을 수행할 수 있다.
또한, 현재 블록의 변환 모드를 결정하는 단계(S3010)는, 현재 블록의 예측 모드, 현재 블록의 깊이 정보, 현재 블록의 크기 및 현재 블록의 형태 중 적어도 하나에 기초하여 결정할 수 있다.
여기서, 현재 블록의 예측 모드가 인터 예측 모드인 경우, 현재 블록의 변환 모드는 SDST 및 SDCT 중 어느 하나로 결정될 수 있다.
한편, 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S3020)는, 현재 블록내에 배열된 잔여 데이터들을 제1 방향 순서대로 스캐닝하는 단계 및 제1 방향으로 스캐닝한 잔여 데이터들을 제2 방향 순서대로 상기 현재 블록내에 재배열하는 단계를 할 수 있디.
또한, 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S3020)는, 현재 블록 내 서브 블록 단위로 재배열할 수 있다.
이 경우, 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S3020)는, 현재 블록 내의 서브 블록의 위치에 기초하여 잔여 데이터들을 재배열할 수 있다.
한편, 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S3020)는, 현재 블록내에 배열된 잔여 데이터들을 기정의된 각도로 회전하여 재배열할 수 있다.
한편, 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계(S3020)는, 현재 블록내에 현재 블록내에 배열된 잔여 데이터들을 플리핑(flipping) 방법대로 플리핑하여 재배열할 수 있다.
본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 영상 복호화기는 현재 블록의 변환 모드를 결정하여, 현재 블록의 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터들을 역변환하고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 상기 역변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 역변환부를 포함할 수 있다. 여기서, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 영상 복호화기는 현재 블록의 변환 모드를 결정하여, 현재 블록의 변환 모드에 따라 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 상기 재배열된 현재 블록의 잔여 데이터들을 역변환하는 역변환부를 포함할 수 있다. 여기서, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 영상 부호화기는 현재 블록의 변환 모드를 결정하여, 현재 블록의 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 재배열된 현재 블록의 잔여 데이터들을 변환하는 변환부를 포함할 수 있다. 여기서, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 영상 부호화기는 현재 블록의 변환 모드를 결정하여, 현재 블록의 변환 모드에 따라 현재 블록의 잔여 데이터들을 변환하고, 현재 블록의 변환 모드에 따라 상기 변환된 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 변환부를 포함할 수 있다. 여기서, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 SDST 방법을 이용한 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림은 현재 블록의 변환 모드를 결정하는 단계, 현재 블록의 변환 모드에 따라 현재 블록의 잔여 데이터들을 재배열하는 단계 및 현재 블록의 변환 모드에 따라 재배열된 현재 블록의 잔여 데이터를 변환하는 단계를 포함하고, 변환 모드는 SDST(Shuffling Discrete Sine Transform), SDCT(Shuffling Discrete cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform) 및 DCT(Discrete Cosine Transform) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
휘도 및 색차신호 각각에 대하여 상기 화면내 부/복호화 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 화면내 부/복호화 과정에서 화면내 예측 모드 유도, 블록 분할, 참조 샘플 구성, 화면내 예측 수행 중 적어도 하나 이상의 방법이 휘도 신호 및 색차 신호에 대해서 다르게 적용될 수 있다.
휘도 및 색차신호에 대한 상기 화면내 부/복호화 과정을 동일하게 수행할 수 있다. 예를 들어, 휘도 신호에 대하여 적용한 상기 화면내 부/복호화 과정에서 화면내 예측 모드 유도, 블록 분할, 참조 샘플 구성, 화면내 예측 수행 중 적어도 하나를 색차 신호에 동일하게 적용할 수 있다.
상기의 방법들은 부호화기 및 복호화기에서 같은 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 화면내 부/복호화 과정에서 화면내 예측 모드 유도, 블록 분할, 참조 샘플 구성, 화면내 예측 수행 중 적어도 하나 이상의 방법이 부호화기 및 복호화기에서 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 방법들 적용하는 순서는 부호화기와 복호화기에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 현재 블록에 대한 화면내 부/복호화를 수행함에 있어 부호화기에서는 참조 샘플을 구성한 후, 하나 이상의 화면내 예측을 수행하여 결정된 화면내 예측 모드를 부호화할 수 있다.
본 발명의 상기 실시예들은 부호화 블록, 예측 블록, 블록, 유닛 중 적어도 하나 이상의 크기에 따라 적용될 수 있다. 여기서의 크기는 상기 실시예들이 적용되기 위해 최소 크기 및/또는 최대 크기로 정의될 수도 있고, 상기 실시예가 적용되는 고정 크기로 정의될 수도 있다. 또한, 상기 실시예들은 제1 크기에서는 제1의 실시예가 적용될 수 있고, 제2 크기에서는 제2의 실시예가 적용될 수 있다. 즉, 상시 실시예들은 크기에 따라 복합적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 실시예들은 최소 크기 이상 및 최대 크기 이하일 경우에만 적용될 수 있다. 즉, 상기 실시예들을 블록 크기가 일정한 범위 내에 포함될 경우에만 적용될 수 있다.
예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 8x8 이상일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 16x16 이상일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 32x32 이상일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 64x64 이상일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 128x128 이상일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 4x4일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 8x8 이하일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 16x16 이하일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 8x8 이상이고 16x16 이하일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 부호화/복호화 대상 블록의 크기가 16x16 이상이고 64x64 이하일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예들은 시간적 계층(temporal layer)에 따라 적용될 수 있다. 상기 실시예들이 적용 가능한 시간적 계층을 식별하기 위해 별도의 식별자(identifier)가 시그널링되고, 해당 식별자에 의해 특정된 시간적 계층에 대해서 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 여기서의 식별자는 상기 실시예가 적용 가능한 최소 계층 및/또는 최대 계층으로 정의될 수도 있고, 상기 실시예가 적용되는 특정 계층을 지시하는 것으로 정의될 수도 있다.
예를 들어, 현재 영상의 시간적 계층이 최하위 계층일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 현재 영상의 시간적 계층 식별자가 0인 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 현재 영상의 시간적 계층 식별자가 1 이상인 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 현재 영상의 시간적 계층이 최상위 계층일 경우에만 상기 실시예들이 적용될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예와 같이 참조 영상 리스트 생성(reference picture list construction) 및 참조 영상 리스트 수정(reference picture list modification) 과정에 사용되는 참조 영상 세트(reference picture set)는 L0, L1, L2, L3 중 적어도 1개 이상의 참조 영상 리스트를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 실시예에 따라 디블록킹 필터(deblocking filter)에서 경계 강도(boundary strength) 산출 시 부호화/복호화 대상 블록의 움직임 벡터를 1개 이상 그리고 최대 N개까지 사용할 수 있다. 여기서 N은 1 이상의 양의 정수를 나타내며, 2, 3, 4 등이 될 수 있다.
움직임 벡터 예측 시 움직임 벡터가 16-화소(16-pel) 단위, 8-화소(8-pel) 단위, 4-화소(4-pel) 단위, 정수-화소(integer-pel) 단위, 1/2-화소(1/2-pel) 단위, 1/4-화소(1/4-pel) 단위, 1/8-화소(1/8-pel) 단위, 1/16-화소(1/16-pel) 단위, 1/32-화소(1/32-pel) 단위, 1/64-화소(1/64-pel) 단위 중 적어도 하나 이상을 가질 때도 본 발명의 상기 실시예들이 적용될 수 있다. 또한 움직임 벡터 예측 수행 시 움직임 벡터는 상기 화소 단위 별로 선택적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예들이 적용되는 슬라이스 종류(slice type)이 정의되고, 해당 슬라이스 종류에 따라 본 발명의 상기 실시예들이 적용될 수 있다.
예를 들어, 슬라이스 종류가 T(Tri-predictive)-slice인 경우, 적어도 3개 이상의 움직임 벡터를 이용하여 예측 블록을 생성하고, 적어도 3개 이상의 예측 블록들의 가중 합을 계산하여 부호화/복호화 대상 블록의 최종 예측 블록으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 슬라이스 종류가 Q(Quad-predictive)-slice인 경우, 적어도 4개 이상의 움직임 벡터를 이용하여 예측 블록을 생성하고, 적어도 4개 이상의 예측 블록들의 가중 합을 계산하여 부호화/복호화 대상 블록의 최종 예측 블록으로 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 실시예들은 움직임 벡터 예측을 이용한 화면 간 예측 및 움직임 보상 방법에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 스킵 모드, 머지 모드 등을 이용한 화면 간 예측 및 움직임 보상 방법에 적용될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예들이 적용되는 블록의 형태는 정방형(square) 형태 혹은 비정방형(non-square) 형태를 가질 수 있다.
상술한 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 유닛으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 현재 블록의 변환 모드 정보를 비트스트림으로부터 획득하는 단계;
    상기 변환 모드 정보에 기초하여 상기 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터들을 역변환하는 단계를 포함하고,
    상기 변환 모드 정보는, 각각이 기 정의된 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드의 쌍으로 구성되는 변환 모드 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 변환 모드 세트를 특정하는 단일 인덱스이고,
    상기 변환 모드 정보는, 단지 1개의 0이 아닌 변환 계수가 상기 현재 블록 내에 존재하면서 상기 현재 블록의 좌상단에 위치할 때, 상기 비트스트림으로부터 획득되지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 변환 모드 정보는,
    0이 아닌 변환 계수가 상기 현재 블록에 존재하는 경우 획득되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변환 모드 정보는,
    상기 현재 블록에서 변환 스킵이 수행되지 않는 경우 획득되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변환 모드는,
    DCT-2, DST-7 및 DCT-8중 적어도 하나로 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변환 모드 정보는,
    상기 현재 블록이 휘도 성분인 경우에만 획득되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 변환 모드 정보는, 상기 현재 블록의 가로 크기와 세로 크기 중 큰 값이 32이 이하인 경우에만, 상기 비트스트림으로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 현재 블록은 정방형 또는 비정방형 블록인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  8. 삭제
  9. 현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 결정하는 단계;
    상기 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터를 변환하는 단계; 및
    상기 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 나타내는 변환 모드 정보를 부호화하는 단계를 포함하고,
    상기 변환 모드 정보는, 각각이 기 정의된 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드의 쌍으로 구성되는 변환 모드 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 변환 모드 세트를 특정하는 단일 인덱스이고,
    상기 변환 모드 정보는, 단지 1개의 0이 아닌 변환 계수가 상기 현재 블록 내에 존재하면서 상기 현재 블록의 좌상단에 위치할 때, 부호화되지 않는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  10. 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는, 디코더에 의해 판독 가능한, 기록 매체에 있어서,
    상기 부호화 방법은,
    현재 블록의 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 결정하는 단계;
    상기 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드에 따라 상기 현재 블록의 잔여 데이터를 변환하는 단계; 및
    상기 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드를 나타내는 변환 모드 정보를 부호화하는 단계를 포함하고,
    상기 변환 모드 정보는, 각각이 기 정의된 가로 방향 변환 모드 및 세로 방향 변환 모드의 쌍으로 구성되는 변환 모드 세트들 중에서 상기 현재 블록에 적용되는 변환 모드 세트를 특정하는 단일 인덱스이고,
    상기 변환 모드 정보는, 단지 1개의 0이 아닌 변환 계수가 상기 현재 블록 내에 존재하면서 상기 현재 블록의 좌상단에 위치할 때, 부호화되지 않는 것을 특징으로 하는, 기록 매체.
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