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KR20080082147A - 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화, 복호화 방법 및장치 - Google Patents

컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화, 복호화 방법 및장치 Download PDF

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KR20080082147A
KR20080082147A KR1020070022584A KR20070022584A KR20080082147A KR 20080082147 A KR20080082147 A KR 20080082147A KR 1020070022584 A KR1020070022584 A KR 1020070022584A KR 20070022584 A KR20070022584 A KR 20070022584A KR 20080082147 A KR20080082147 A KR 20080082147A
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Abstract

레지듀얼 블록의 0이 아닌 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵(Significance Map)을 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화, 복호화하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따르면, 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 세분화된 컨텍스트를 선택하고, 선택된 컨텍스트에 따라서 이진 산술 부호화를 수행함으로써 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화의 성능을 향상시킨다.

Description

컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화, 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for Context Adaptive Binary Arithmetic Coding and decoding}
도 1은 종래의 기술에 따른 CABAC 부호화 장치의 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 레지듀얼 데이터의 부호화 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3a 및 3b는 4x4 레지듀얼 블록에 대한 유효성 맵을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다양한 양자화 파라메터 값에 따라서 CABAC과 CAVLC 사이의 성능 차이를 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따라서 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 부호화할 때 각 스캔 인덱스에서 유효 변환 계수의 발생 확률을 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래 기술에 따라서 양자화 파라메터의 값의 변화에 따라서 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 부호화할 때 각 스캔 인덱스에서 비유효 변환 계수의 발생 확률을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라서 부호화되는 4x4 레지듀얼 블록들의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 4x4 레지듀얼 블록들의 유효성 맵의 일 예를 나타낸 도면이 다.
도 9는 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 영상 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 10은 본 발명에 따라서 이전 레지듀얼 블록의 정보를 이용하여 선택되는 컨텍스트의 확률 모델의 일 예와 종래 H.264 표준안에 따른 컨텍스트의 확률 모델을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화시에 이용되는 컨텍스트 결정 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따라서 2개의 이전 레지듀얼 블록들의 정보를 이용하여 선택되는 컨텍스트의 확률 모델의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 장치가 적용된 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 14는 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 15는 본 발명에 따라서 수행되는 이진 산술 부호화 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 17은 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명은 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화(CABAC: Context Adaptive Binary Arithmetic Coding)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵(Significance Map)을 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화, 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
동영상 데이터는 데이터 양이 매우 많으므로, 이를 압축한 후 저장하거나 전송하는 것이 일반적이다. 데이터를 압축하는 방법은 다양하지만, 일정한 표준을 만족하여야 하며, 이러한 표준으로는 MPEG-4 Part 10 AVC(Advanced Video Coding) 또는 ITU-T H.264가 있다. H.264는 이동통신망과 같은 새로운 개념의 통신채널의 급속한 보급에 대처하기 위하여 제정된 것으로, 종래의 회선교환방식에서 패킷교환서비스로 전환되는 다양한 통신 인프라(Infra)를 위한 것이다. H.264는 종래의 표준인 MPEG-4 Part 2 비쥬얼 코덱(Visual Codec)에 비하여 부호화 효율을 50% 이상 증가시켰으며, 급변하는 무선 환경 및 인터넷 환경 등을 고려하여 오류가 적고 네트워크에 적응하기 쉬운 방식을 고려한 비디오 데이터 압축 표준이다.
H.264는 압축 효율이 보다 강화된 산술 코딩(Arithmetic Coding) 기법인 컨텍스트 적응형 이진 산술 부호화(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding, 이하 CABAC)를 이용한다. CABAC은 심볼(symbol)의 발생 확률을 이용하여 데이터를 압축하는 엔트로피 부호화 방법이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 CABAC 부호화 장치의 블록도이다.
H.264에 따른 부호화 과정에서는 4×4 크기의 레지듀얼 블록 단위로 DCT를 수행한 후, 각 4×4 레지듀얼 블록 단위로 신택스 엘리먼트를 생성한다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 CABAC 부호화 장치는 크게 이진화부(Binarizer)(10), 컨텍스트 모델러(Context modeler)(20), 이진 산술 부호화부(Binary arithmetic coder)(30)를 포함한다. 또한, 이진 산술 부호화부(30)는 레귤러 코딩부(Regular coding engine)(32)와 바이패스 코딩부(Bypass coding engine)(34)를 포함한다.
만약 이진값이 아닌 신택스 엘리먼트(nonbinary valued syntax element)가 입력되는 경우에, 이진화부(10)는 신택스 엘리먼트를 이진값을 갖는 시퀀스로 맵핑시켜서 빈 스트링(bin string)을 출력한다.
이진화부(10)에 의해서 이진값으로 맵핑된 빈 스트링이나 자체적으로 이진값을 갖는 신택스 엘리먼트 중 소정의 선택된 빈(bin) 값들은 부호화 과정의 처리속도를 증가시키기 위하여 컨텍스트 모델러(20)를 거치지 않고, 바이패스 코딩부(34)에 의하여 부호화되어 비트스트림으로 출력되며, 그 외의 빈(bin)들은 컨텍스트 모델러(20)로 입력된다. 여기서, 빈(bin)은 빈 스트링의 각 비트를 나타낸다.
컨텍스트 모델러(20)는 입력된 빈(bin) 값 또는 이전에 부호화된 신택스 엘리먼트에 기초하여 현재 입력된 빈(bin)을 부호화하는데 필요한 확률모델을 결정한다.
레귤러 코딩부(32)는 컨텍스트 모델러(20)에서 결정된 확률모델에 기반하여 입력된 빈(bin) 값을 산술 부호화하여 비트스트림을 생성한다.
H.264 표준안에 따르면 현재 부호화되는 블록은 다음의 표 1에 도시된 바와 같이 크게 5개의 유형으로 분류되며, 각 유형에 속하는 블록에 대한 신택스 엘리먼트를 부호화하기 위하여 서로 다른 컨텍스트가 적용된다.
Figure 112007018812988-PAT00001
H.264에 따른 부호화 과정에서는 4×4 크기의 레지듀얼 블록 단위로 DCT 및 양자화를 수행한 후, 각 4×4 레지듀얼 블록 단위로 레지듀얼 데이터의 신택스 엘리먼트를 생성한다. H.264에 정의된 4x4 레지듀얼 블록의 신택스 엘리먼트들은 coded_block_flag, significant_coeff_flag[i] 및 coeff_sign_flag[i] 등이 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 레지듀얼 데이터의 부호화 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
도 2를 참조하면, 단계 210에서 현재 4x4 레지듀얼 블록의 16개의 양자화된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 변환 계수값이 존재하는지 여부를 나타내는 coded_block_flag를 부호화한다. coded_block_flag가 0이면, 주어진 레지듀얼 블록에 대해 더 이상 전송될 정보가 없다는 것을 의미한다. H.264 표준안에 따르면 현재 레지듀얼 블록의 coded_block_flag의 부호화에 이용되는 컨텍스트는 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 위치한 동일 유형의 인접 블록의 부호화에 이용된 컨텍스트 정보를 이용하여 결정된다.
단계 220에서, 현재 4x4 레지듀얼 블록에 0이 아닌 변환 계수(이하 "유효 변환 계수(significant coefficient)"라고 한다)가 존재하는 경우에는 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵(significance map)을 부호화한다. 유효성 맵은 유효 비트(significant bit) 및 EOB(End-Of-Block)으로 구성된다. 유효 비트는 각 스캔 인덱스에 따른 변환 계수가 유효 변환 계수인지 아니면 0인지 여부를 나타내는 것으로 significant_coeff_flag[i]를 이용하여 나타낸다. 여기서, significant_coeff_flag[i]는 4x4 레지듀얼 블록의 16개의 변환 계수들 중 i번째 스캔 인덱스의 변환 계수 값이 0인지 여부를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 4x4 레지듀얼 블록에 대한 유효성 맵을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a에서, 4x4 레지듀얼 블록(31) 내에 구비된 변환 계수들 중 X라고 표시된 위치의 변환 계수들은 0이 아닌 소정값을 갖는 유효 변환 계수들이라고 가정한다. 이러한 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 4x4 레지듀얼 블록 내의 변환 계수들 중 유효 변환 계수를 1로 표시하고, 0인 변환 계수는 그대로 0으로 표시한 맵이 바로 유효성 맵(32)이다. 유효성 맵은 소정의 스캔 순서에 따라서 스캐닝되면서 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화된다. 일 예로 왼쪽에서 오른쪽, 위쪽에서 아래쪽의 순서로 스캐닝하는 래스터 스캐닝(raster scanning) 순서에 의할 경우, 도 3b에 도시된 바와 같은 유효성 맵을 부호화할 때에는 "1111111110101000"의 빈 스트링을 컨텍스트 기반 부호화하게 된다. 유효성 맵을 부호화하기 위해 15개의 서로 다른 확률 모델들이 significant_coeff_flag와 last_significant_coeff_flag를 위해 사용된다. 유효성 맵의 부호화에 이용되는 컨텍스트는 소정의 스캔 순서에 따른 스캐닝 위치에 따라 결정된다. 즉, 종래 기술에 따르면 도 3b에 도시된 바와 같은 유효성 맵을 부호화할 때, 각 변환 계수의 위치에 따라서 부호화에 이용되는 컨텍스트가 결정된다.
다시 도 2를 참조하면, 단계 230에서 유효 계수의 레벨 정보, 즉 유효 계수의 부호(sign) 및 절대값(abs)이 부호화된다.
영상 부호화 효율 측면에서 일반적으로 컨텍스트 기반 가변 길이 부호화(Context Adaptive Variable Length Coding, 이하 "CAVLC"라고 함)에 비하여 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화(Context Adaptive Binary arithmetic Coding, 이하 "CABAC"이라고 함)의 더욱 성능이 좋은 것으로 알려져 있다. CAVLC의 오버헤드는 CABAC의 오버헤드에 비하여 약10~15% 정도 더 많다.
도 4는 다양한 양자화 파라메터 값에 따라서 CABAC과 CAVLC 사이의 성능 차이를 나타낸 그래프이다. 도 4는 영상 시퀀스(Football CIF)의 심볼 및 텍스처를CABAC을 이용하였을 때 발생하는 오버헤드의 발생량을 기준으로, 동일한 영상 시퀀스의 심볼 및 텍스처를 CAVLC를 이용하여 부호화할 때 증가하는 오버헤드의 양을 나타낸 것이다. 도면 부호(◆)는 영상 시퀀스(Football CIF)의 심볼을 CAVLC를 이용하여 부호화할 때 CABAC에 비하여 증가하는 오버헤드의 양을 나타내며, 도면부호(■)는 영상 시퀀스(Football CIF)의 텍스처를 CAVLC를 이용하여 부호화할 때 CABAC에 비하여 증가하는 오버헤드의 양을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 텍스처를 부호화할 때 QP값이 증가할수록 CAVLC를 이용할 때 발생하는 오버헤드의 증가량이 CABAC에 비하여 현저하게 증가하지만, QP값이 낮은 경우에는 CABAC과 CAVLC을 이용하여 발생하는 오버헤드 사이에 큰 차이가 없다. 예를 들어 도 4에서 QP값이 24일 때 CAVLC를 이용하여 텍스처를 부호화할 때 증가하는 오버헤드의 양은 3%에 불과하다. 다시 말해서, CABAC은 양자화 파라메터의 값이 작은 경우, 즉 영상의 화질이 좋을 경우 상대적으로 부호화 성능이 줄어드는 경향이 있다.
이와 같이 낮은 양자화 파라메터에서 CABAC의 부호화 성능이 줄어드는 이유 중 하나는 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵의 컨텍스트 모델링의 비효율성에 있다.
도 5는 종래 기술에 따라서 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 부호화할 때 각 스캔 인덱스에서 유효 변환 계수의 발생 확률을 나타낸 그래프이며, 도 6은 종래 기술에 따라서 양자화 파라메터의 값의 변화에 따라서 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 부호화할 때 각 스캔 인덱스에서 비유효 변환 계수의 발생 확률을 나타낸 그래프이다. 도 5에서는 QP=24일 때, Fooball QCIF 영상의 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 래스터 스캔 순서에 따라서 스캐닝할 때 각 스캔 인덱스에서 유효 변환 계수의 발생 확률을 나타내었으며, 도 6에서는 Qp=24,30,34 인 각각의 경우에 대해서 BUS CIF 영상의 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 래스터 스캔 순서에 따라 스캐닝할 때 각 스캔 인덱스에서 비유효 변환 계수, 즉 0인 변환 계수의 발생확률을 나타내었다. 여기서 스캔 인덱스는 4x4 레지듀얼 블록의 각 변환 계수의 위치를 그 스캐닝 순서에 의하여 나타낸 지표이다. 예를 들어, 스캔 인덱스 1은 4x4 레지듀얼 블록의 최상측행의 최좌측열에 위치한 DC 성분의 변환 계수의 위치를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 2번째 및 5번째 스캔 인덱스와 같이 일부 스캔 인덱스에서는 유효 변환 계수의 발생확률과 비유효 변환 계수의 발생확률이 약 50%로서 서로 유사하다. 도 6을 참조하면, 양자화 파라메터의 값이 작을수록 특히 DC(Direct Current) 성분 주변의 변환 계수들, 예를 들어 1,5,9번째 스캔 인덱스에서 비유효 변환 계수일 확률과 유효 변환 계수일 확률의 차이는 상대적으로 크지 않다.
이와 같이, 종래 기술에 따르면 일부 스캔 인덱스에서 비유효 변환 계수와 유효 변환 계수 사이의 발생 확률이 유사하게 설정되어 있다. 즉 유효성 맵의 부호화할 때 스캔 인덱스에 따라서 컨텍스트를 설정하게 되며, 이렇게 선택된 컨텍스트에 따른 확률 모델은 일부 스캔 인덱스에서 MPS(Most Probable Symbol)과 LPS(Least Probable Symbol)의 확률이 유사하게 설정된다. 널리 알려진 바와 같이, CABAC의 성능은 MPS와 LPS 사이의 확률이 유사한 경우 떨어진다. 따라서, 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트 선택시에 MPS와 LPS의 확률이 차이가 커질 수 있도록 좀 더 효율적으로 컨텍스트 모델링을 수행할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레지듀 얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵을 부호화할 때 이전 레지듀얼 블록과의 상관 관계를 이용한 컨텍스트 모델링을 보다 세분화하고, MPS와 LPS 사이의 확률값의 차이가 크도록 함으로써 이진 산술 부호화의 성능을 향상시키는 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 방법 및 장치, 그 복호화 방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화 방법은 소정 크기의 현재 레지듀얼 블록에 구비된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 유효 변환 계수를 결정하는 단계; 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는, 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 상기 현재 레지듀얼 블록에 구비된 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 컨텍스트에 따라서 상기 플래그들을 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화 장치는 소정 크기의 현재 레지듀얼 블록 이전에 처리된 레지듀얼 블록들의 신택스 엘리먼트(syntax element)에 대한 정보 및 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들에 대한 정보를 저장하는 저장부; 상기 저장부에서 독출된 상기 플래그 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 상기 현재 레 지듀얼 블록에 구비된 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그들의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 컨텍스트 선택부; 및 상기 선택된 컨텍스트를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 플래그들을 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화하는 산술 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화 방법은 복호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서, 복호화되는 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 복호화를 위한 컨텍스트를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 컨텍스트에 따른 확률 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그를 이진 산술 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화 장치는 복호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서, 복호화되는 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 복호화를 위한 컨텍스트를 선택하는 컨텍스트 선택부; 및 상기 선택된 컨텍스트에 따른 확률 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그를 이진 산술 복호화하는 이진 산술 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따라서 공간적 상관 관계를 고려하여 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트를 선택하는 과정에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 따라서 부호화되는 4x4 레지듀얼 블록들의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 8은 도 7의 4x4 레지듀얼 블록들의 유효성 맵의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 7에서, (Sa,b)는 레지듀얼 블록 a의 b번째 스캔 인덱스의 변환 계수값을 나타낸다. 이하의 설명에서 레지듀얼 블록은 일반적인 인트라 예측 또는 인터 예측을 통해 생성된 예측 블록과 원 영상 블록 사이의 오차값을 주파수 영역으로 변환한 다음 양자화한 블록을 의미한다고 가정한다. 또한, 스캔 인덱스는 레지듀얼 블록 내의 각 변환 계수의 위치를 나타내는 지표로서, 소정의 스캔 순서에 따른 레지듀얼 블록 내의 변환 계수들 또는 유효성 맵의 이진값들의 위치를 나타낸다. 예를 들어 4x4 레지듀얼 블록을 지그재그 스캔 순서로 스캐닝한다고 하였을 때, 4x4 레지듀얼 블록 내의 각 변환 계수들은 스캔 순서에 따라서 스캔 인덱스 1 내지 16값으로 표시된 위치에 존재하는 값으로 정의될 수 있다.
이전 레지듀얼 블록과 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수들 사이에는 일정한 상관 관계가 존재한다. 구체적으로, 이전 레지듀얼 블록의 i번째 스캔 인덱스에서의 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수였다면, 대응되는 현재 레지듀얼 블록의 i번째 스캔 인덱스에서의 변환 계수 역시 0이 아닌 유효 변환 계수일 확률이 상대적으로 크다. 예를 들어, 도 7에서 레지듀얼 블록 3(73)의 DC 변환 계수인 (S3,1)이 0이 아닌 유효 변환 계수라면, 그 다음 레지듀얼 블록 4(74)의 DC 변환 계수인 (S4,1) 역시 0이 아닌 유효 변환 계수일 확률이 크다. 유사하게 레지듀얼 블록 3(73)의 DC 변환 계수인 (S3,1)이 0이라면, 그 다음 레지듀얼 블록 4(74)의 대응되는 DC 변환 계수인 (S4,1) 역시 0일 확률이 크다. 공간적으로 인접한 레지듀얼 블록들의 변환 계수들 사이의 상관 관계는 특히 DC 성분 변환 계수(Sa,1)(a=1,2,3,4) 및 그 주변의 상대적으로 낮은 주파수 성분을 갖는 변환 계수들, 예를 들어 도 7에서 (Sa,2), (Sa,3), (Sa,4), (Sa,5) 및 (Sa,6)(a=1,2,3,4)의 변환 계수들 사이에서 높다. 본 발명은 이러한 레지듀얼 블록들 사이의 공간적 상관 관계를 고려하여 현재 레지듀얼 블록의 i번째(i=1,2,3,...,15, 16) 스캔 인덱스의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부를 나타내는 소정의 플래그, 즉 significant_coeff_flag[i]를 부호화할 때 이용되는 컨텍스트를 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라 세분화하여 선택하고, 선택된 컨텍스트에 따른 확률 모델을 이용하여 significant_coeff_flag[i]를 부호화한다.
일 예로서 도 8에 도시된 바와 같이, 레지듀얼 블록 내의 변환 계수들 중 0이 아닌 변환 계수를 1로 표시하고, 0인 변환 계수를 그대로 0으로 표시함으로써 생성된 유효성 맵들(81,82,83,84)이 존재한다고 가정할 때, 유효성 맵들(81,82,83,84)을 부호화하는 경우를 설명한다. 레지듀얼 블록의 유효성 맵들(81,82,83,84)은 도 7의 레지듀얼 블록 1(71) 위에 도시된 바와 같은 지그재그 스캔 순서에 따라서 스캐닝되면서 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화된다. 본 발명에 따르면 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 이진값들, 즉 significant_coeff_flag[i]을 부호화할 때, 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블 록의 유효성 맵의 대응되는 이진값이 "0"인지 아니면 "1"인지에 따라서 현재 부호화되는 유효성 맵의 이진값 "0"과 "1"의 부호화에 이용되는 컨텍스트가 결정된다. 예를 들어, 유효성 맵 4(84)의 첫 번째 스캔 인덱스(89)의 이진값인 "0"을 부호화할 때 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 3(83)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(88)의 이진값이 "0"인지 "1"인지에 따라서 서로 다른 컨텍스트가 선택된다. 여기서, 컨텍스트는 MPS(Most Probable Symbol)의 확률값 및 LPS(Least Probable Symbol)의 확률값으로 구성되며, 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스에서의 이진값과 동일한 이진값이 MPS가 된다. 즉, 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스가 "0"이라면 "0"이 MPS가 되며, 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스가 "1"이라면 "1"이 MPS가 된다.
유사하게 유효성 맵 4(84)의 나머지 스캔 인덱스의 이진값들 각각을 부호화하는데 이용되는 컨텍스트는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 3(83)의 대응되는 스캔 인덱스의 이진값이 "0"인지 "1"인지에 따라서 선택된다. 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 i번째 스캔 인덱스에 대응되는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 이진값을 j(j=0,1), 현재 유효성 맵의 i번째 스캔 인덱스의 이진값을 부호화하는데 이용되는 컨텍스트를 (CTX i,j)라고 정의하면, 현재 유효성 맵의 i번째 스캔 인덱스의 이진값을 부호화하기 위하여 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스에서의 이진값이 0인 경우는 (CTX i,0)이 선택되고, 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스에서의 이진값이 1인 경우는 (CTX i,1)이 선택된다.
일 예로서, 도 8에서 유효성 맵 4(84)의 첫 번째 인덱스(89)의 이진값을 부 호화할 때에는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 3(83)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(88)의 이진값이 "1"이므로 컨텍스트 (CTX 1,1)이 선택된다. 만약, 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 3(83)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(88)의 이진값이 "0"이라면, 유효성 맵 4(84)의 첫 번째 스캔 인덱스(89)의 이진값을 부호화할 때 컨텍스트 (CTX 1,0)이 선택된다. 유사하게 유효성 맵 4(84)의 i 번째 스캔 인덱스의 이진값을 부호화할 때에는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 3(83)의 대응되는 i번째 스캔 인덱스의 이진값에 따라서 (CTX i,0) 및 (CTX i,1) 중 하나의 컨텍스트가 선택된다. 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스에서의 이진값이 "0"인 경우 선택되는 컨텍스트(CTX i,0)는 현재 유효성 맵의 스캔 인덱스에서 이진값 "0"이 큰 확률값을 갖으며, 이전 유효성 맵의 대응되는 스캔 인덱스에서의 이진값이 "1"인 경우 선택되는 컨텍스트(CTX i,1)는 현재 유효성 맵의 스캔 인덱스에서 이진값 "1"이 큰 확률값을 갖는다.
도 9는 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 영상 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 9를 참조하면, 단계 910에서 현재 레지듀얼 블록에 구비된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 유효 변환 계수를 결정하고, 유효 변환 계수는 1로 설정함으로써 현재 레지듀얼 블록 내의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵을 생성한다. 유효성 맵은 스캔 인덱스 i에서의 변환 계수가 0이 아닌 경우 1인 값을 갖고, 스캔 인덱스 i에서의 변환 계수가 0인 경우 0인 값을 갖는 significant_coeff_flag[i]로서 표현된다.
단계 920에서, 현재 레지듀얼 블록 이전에 부호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 결정한다. 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트 선택시에 고려되는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵은 현재 레지듀얼 블록 이전에 부호화된 하나의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 이전에 부호화된 적어도 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 인접한 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하여 결정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트를 결정시에 고려되는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 개수 및 유형은 다양하게 변경될 수 있다.
단계 930에서, 선택된 컨텍스트에 따른 MPS의 확률값과 LPS의 확률값을 이용하여 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 구성하는 이진값들, 즉 significant_coeff_flag[i]를 이진 산술 부호화한다. 일 예로서 도 8의 유효성 맵 4(84)의 이진값들을 지그재그 스캔 순서로 스캐닝하여 부호화하는 경우, 유효성 맵 4(84)을 구성하는 빈 스트링인 "0111101000100000"의 각 비트는 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 스캔 인덱스의 이진값에 따라서 선택된 컨텍스트를 이용하여 이진 산술 부호화된다.
도 10은 본 발명에 따라서 이전 레지듀얼 블록의 정보를 이용하여 선택되는 컨텍스트의 확률 모델의 일 예와 종래 H.264 표준안에 따른 컨텍스트의 확률 모델 을 비교한 그래프이다. 도 10에서는 4x4 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 첫 번째 스캔 인덱스, 즉 significant_coeff_flag[1]을 부호화할 때 이용되는 컨텍스트의 확률 모델을 나타내었다. 또한, 도 10의 그래프에서 x축의 "a->b"(a,b=0,1)는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 significant_coeff_flag[1]=a이고 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 significant_coeff_flag[1]=b인 경우를 나타낸다. 즉, "0->1"은 이전 레지듀얼 블록에서 0인 변환 계수가 현재 레지듀얼 블록에서는 유효 변환 계수로 변화된 경우를 나타내며, "1->0"은 이전 레지듀얼 블록에서 유효 변환 계수가 현재 레지듀얼 블록에서는 0인 변환 계수로 변화된 경우를 나타내며, "1->1"은 이전 레지듀얼 블록 및 현재 레지듀얼 블록에서 모두 유효 변환 계수를 나타내며, "0->0"은 이전 레지듀얼 블록 및 현재 레지듀얼 블록에서 모두 0인 변환 계수인 경우를 나타낸다. 또한, 도 10의 그래프에서 y축은 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수의 값에 따라서 선택된 컨텍스트에 의하여 제공되는 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 이진값(b)의 확률값을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 종래 H.264 표준안에서는 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0인지 1인지 여부에 상관없이 현재 레지듀얼 블록의 스캔 인덱스에 따라서 컨텍스트가 결정된다. H.264 표준안에서는 첫 번째 스캔 인덱스 위치에서는 "1"의 발생 확률을 45%, "0"의 발생 확률이 55%로 설정된 컨텍스트가 이용된다. 그러나, 본 발명에 따르면 현재 레지듀얼 블록의 유효성맵의 부호화를 위해 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우와 비유효 변환 계수인 경우를 구분하여 서로 다른 컨텍스트, 즉 서로 다른 확률 모델이 적용된다.
구체적으로, 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우("a->b"에서 a가 0인 경우에 해당됨)에는 공간적 상관 관계를 고려하여 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수 역시 비유효 변환 계수인 확률이 더 큰 컨텍스트 모델이 선택된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라서 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 0인 경우 선택된 컨텍스트는, 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수일 경우("0->1"의 경우)의 발생확률이 약 0.28(28%)인 값을 갖고, 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0일 경우("0->0")의 발생확률은 약 0.72(72%)이다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 0인 비유효 변환 계수인 경우에는 "0"이 MPS가 되고 "1"에 비하여 상대적으로 큰 발생 확률을 갖는 컨텍스트가 선택된다.
유사하게, 본 발명에 따르면 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우("a->b"에서 a가 1인 경우)에는 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수 역시 유효 변환 계수인 확률이 더 큰 컨텍스트 모델이 선택된다. 도 10에서 본 발명에 따라서 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우 선택된 컨텍스트에 따르면, 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수일 경우("1->1"의 경우)의 발생확률이 약 0.65(65%)이며, 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수는 0일 경우("1->0")의 발생확률이 약 0.35(35%)이다. 이와 같이 본 발명에 따르면 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우에는 "1"이 MPS가 되고 "0"에 비하여 상대적으로 큰 발생확률을 갖는 컨텍스트가 선택된다.
또한, 도 10에 도시된 같이 본 발명에 따르면, 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 선택된 컨텍스트에 의하여 제공되는 MPS와 LPS 사이의 확률값의 차이를 보다 크게 설정함으로써 CABAC의 성능을 향상시킨다. CABAC의 성능은 MPS와 LPS의 확률값의 차이가 클수록 향상되기 때문에, 본 발명에 따르면 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 보다 세분화된 컨텍스트 모델을 적용함으로써 CABAC의 부호화 성능을 향상시킨다.
도 11은 본 발명에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화시에 이용되는 컨텍스트 결정 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
전술한 바와 같이, 현재 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트 선택시에 고려되는 이전 유효성 맵은 현재 레지듀얼 블록 이전에 부호화된 하나의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 적어도 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 인접한 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하여 결정될 수도 있다.
일 예로서, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵(100)의 첫 번째 스캔 인덱스(101)의 이진값 "0"을 부호화할 때 현재 레지듀얼 블록 이전에 처리된 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(111)에서의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 서로 다른 컨텍스트를 결정할 수 있다. 도 11의 경우, 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(111)가 "1"로서 유효 변환 계수이므로, 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(101)의 변환 계수 역시 유효 변환 계수일 확률이 크다. 이 경우 MPS는 "1"이고 1의 발생확률이 상대적으로 큰 컨텍스트가 선택되며, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵(100)의 첫 번째 스캔 인덱스의 이진값 "0"은 LPS에 해당된다.
하나의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트를 선택하는 과정을 구현한 프로그램 코드의 일 예는 다음과 같다.
{ For ui<T
if(prev_block(Coeff[ui])
ctx_num_sig[coeff[ui]]=CTX1
Else
ctx_num_sig[coeff[ui]]=CTX2
For ui≥T
ctx_num_sig[coeff[ui]]=CTX3 }
여기서, prev_block(Coeff[ui])는 이전 레지듀얼 블록의 소정 스캔 인덱스(ui)에서의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부를 나타내는 이진값으로서, 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우 1, 비유효 변환 계수인 경우 0인 값을 갖는다. 상기 프로그램 코드에서 유효성 맵을 구성하는 각 이진값의 부호화를 위한 컨텍스트 선택과정은 소정 개수(T)의 이진값에 대하여만 수행된다. 이는 지그 재그 스캔 방식에 의할 경우, DC 변환 계수 주변의 변환 계수들에서 공간적 상관 관계가 높고, 고주파 성분의 변환 계수들 사이에는 상대적으로 상관 관계가 낮기 때문이다. 상기 프로그램 코드에 의할 경우, 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 소정 스캔 인 덱스(ui)에서의 이진값의 부호화를 위해 선택된 컨텍스트(ctx_num_sig[coeff[ui]])로서 CTX1가 선택되며, 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 소정 스캔 인덱스(ui)에서의 이진값의 부호화를 위해 선택된 컨텍스트(ctx_num_sig[coeff[ui]])로서 CTX2가 선택된다. 상기 프로그램 코드에 의할 경우, DC 변환 계수 주변의 소정 개수(T)의 변환 계수들을 제외한 나머지 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부를 나타내는 이진값의 부호화시에는 CTX3이 선택된다.
다른 실시예로서, 현재 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트를 선택할 때 적어도 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 인접한 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하여 결정될 수도 있다. 즉, 이전 2개의 레지듀얼 블록 또는 상측 및 좌측에 인접한 2개의 레지듀얼 블록의 대응되는 2개의 변환 계수 모두 유효 변환 계수인 경우, 모두 비유효 변환 계수인 경우, 및 어느 하나만이 유효 변환 계수인 경우 각각에 대하여 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 각 이진값을 부호화할 때 서로 다른 컨텍스트가 결정할 수 있다.
다시 도 11을 참조하여 이전 2개의 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화를 위한 컨텍스트를 결정하는 경우를 설명한다. 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵(100)의 i번째 스캔 인덱스에 대응되는 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110)의 이진값을 x(x=0,1), 이전 레지듀얼 블록 2의 유효성 맵(120)의 이진값을 y(y=0,1)라고 하면, 현재 유효성 맵의 i번째 스캔 인덱스의 이진값을 부호화하는데 이용되는 컨 텍스트 (CTX i, x->y)는 이전 레지듀얼 블록 1 및 2의 유효성 맵들(110,120)의 대응되는 스캔 인덱스에서의 x, y값들에 따라서 (CTX i, 0->0), (CTX i, 0->1), (CTX i, 1->0) 및 (CTX i, 1->1) 중 하나가 선택된다.
일 예로서, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵(100)의 첫 번째 스캔 인덱스(101)의 이진값 "0"을 부호화할 때 현재 레지듀얼 블록 이전에 처리된 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110) 및 이전 레지듀얼 블록 2의 유효성 맵(120)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(111,121)에서의 변환 계수가 모두 0인 경우에는 (CTX 1, 0->0), 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110)의 첫 번째 스캔 인덱스(111)는 0이고 이전 레지듀얼 블록 2의 유효성 맵(120)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(121)에서의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우에는 (CTX 1, 0->1), 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110)의 첫 번째 스캔 인덱스(111)는 유효 변환 계수이고, 이전 레지듀얼 블록 2의 유효성 맵(120)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(121)에서의 변환 계수는 0인 경우에는 (CTX 1, 1->0), 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110) 및 이전 레지듀얼 블록 2의 유효성 맵(120)의 대응되는 첫 번째 스캔 인덱스(111,121)에서의 변환 계수가 모두 유효 변환 계수인 경우에는 (CTX 1, 1->1)이 선택된다.
유사하게, 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 인접한 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하는 경우, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵(100)의 i번째 스캔 인덱스에 대응되는 이전 레지듀얼 블록 1의 유효성 맵(110)의 이진값을 x(x=0,1), 이전 레지듀얼 블록 3의 유효성 맵(130)의 이진값을 y(y=0,1)라고 하면, 현재 유효성 맵의 i번째 스캔 인덱스의 이진값을 부호화하는데 이용되는 컨텍스트 (CTX i, x->y)는 이전 레지듀얼 블록 1 및 3의 유효성 맵들(110,130)의 대응되는 스캔 인덱스에서의 x, y값들에 따라서 (CTX i, 0->0), (CTX i, 0->1), (CTX i, 1->0) 및 (CTX i, 1->1) 중 하나가 선택된다.
도 12는 본 발명에 따라서 2개의 이전 레지듀얼 블록들의 정보를 이용하여 선택되는 컨텍스트의 확률 모델의 일 예를 나타낸 그래프이다. 도 12의 그래프에서 x축의 "a->b->c"(a,b=0,1)는 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 소정 인덱스에서의 이진값(c)에 대응되는 2개의 이전 레지듀얼 블록들의 유효성 맵의 이진값이 a에서 b로 변화되었음을 나타낸다. 일 예로서 전술한 도 11에 도시된 바와 같이, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵(100)의 첫 번째 인덱스(101)의 이진값은 "0"이고, 대응되는 이전 레지듀얼 블록 1 및 2의 유효성 맵들(110,120)의 첫 번째 인덱스(111,121)는 각각 "1", "0"인 경우에는 "0->1->0"이 된다. 또한, 도 12에서 y축은 이전 레지듀얼 블록들의 대응되는 변환 계수들의 값에 따라서 선택된 컨텍스트에 의하여 제공되는 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 이진값(c)의 확률값을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화를 위해 2개의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수들이 모두 비유효 변환 계수인 경우(CASE 1: 0->0->0, 0->0->1)와 모두 유효 변환 계수인 경우(CASE 2: 1->1->0, 1->1->0) 및 2개의 이전 레지듀얼 블록들 중에서 어느 하나는 유효 변환 계수이고 나머지 하나는 비유효변환 계수인 경우(CASE 3: 0->1->0, 0->1->1, 1->0->0, 1->0->1)를 구 분하여 서로 다른 컨텍스트, 즉 서로 다른 확률 모델이 적용된다.
구체적으로, 이전 레지듀얼 블록들의 대응되는 변환 계수들이 모두 비유효 변환 계수인 경우(CASE 1)에는 공간적 상관 관계를 고려하여 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수 역시 비유효 변환 계수인 확률이 더 큰 컨텍스트 모델이 선택된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라서 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수가 모두 0인 경우 MPS인 "0"의 발생확률은 약 0.75(75%)이며, LPS인 "1"의 발생확률이 약 0.25(25%)인 컨텍스트가 선택된다. 유사하게, 본 발명에 따르면 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 모두 유효 변환 계수인 경우(CASE 2)에는 현재 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수 역시 유효 변환 계수인 확률이 더 큰 컨텍스트 모델이 선택된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라서 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수가 모두 1인 경우 MPS인 "1"의 발생확률이 약 0.80(80%)이며, LPS인 "0"의 발생확률이 약 0.20(20%)인 컨텍스트가 선택될 수 있다. 한편, 이전 레지듀얼 블록들의 대응되는 변환 계수 중 어느 하나만이 유효 변환 계수인 경우(CASE 3)에는 스캔 인덱스를 고려하여 DC 변환 계수 주변의 상대적으로 낮은 주파수 성분의 변환 계수들에 대해서는 1의 발생 확률이 크도록 하되, 이전 레지듀얼 블록들의 대응되는 변환 계수들 중 하나만이 유효 변환 계수이었음을 고려하여 상대적으로 낮은 발생 확률값을 갖는 컨텍스트가 선택된다.
도 13은 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 장치가 적용된 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 장치는 도 13의 엔트로피 부호화부(1340)에 적용된다.
도 13을 참조하면, 영상 부호화 장치(1300)는 예측부(1310), 변환/양자화부(1320), 역변환/역양자화부(1330) 및 엔트로피 부호화부(1340)를 포함한다.
예측부(1310)는 입력 영상에 대한 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하여 예측 영상을 생성한다.
예측부(1310)에서 생성된 예측 영상과 입력 영상의 차이인 레지듀얼 영상은 변환/양자화부(1320)에서 주파수 영역으로 변환된 다음 양자화된다. 변환 및 양자화된 영상은 역변환/역양자화부(1330)에서 역변환 및 역양자화되고 예측 영상과 더해져서 복원된 후 다음 입력 영상의 예측시에 이용된다.
엔트로피 부호화부(1340)는 소정 크기의 레지듀얼 블록 단위로 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 생성한다.
도 14는 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 14를 참조하면 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화 장치(1400)는 컨텍스트 선택부(1410), 산술 부호화부(1420) 및 저장부(1430)를 포함한다.
저장부(1430)는 현재 레지듀얼 블록 이전에 처리된 레지듀얼 블록들의 신택스 엘리먼트(syntax element)에 대한 정보 및 이전 레지듀얼 블록들의 유효성 맵을 저장한다.
컨텍스트 선택부(1410)는 저장부(1430)에 저장된 이전 레지듀얼 블록들의 유효성 맵 정보를 이용하여 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는 이전 레지듀 얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 선택한다.
산술 부호화부(1420)는 선택된 컨텍스트를 이용하여 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 구성하는 각 이진값들에 대한 이진 산술 부호화를 수행한다. 구체적으로, 컨텍스트 선택부(1410)에서 선택된 컨텍스트에 의하여 제공되는 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 구성하는 각 이진값의 발생확률을 이용하여, 실수 0.0부터 1.0 사이의 구간을 점점 좁혀 나간다.
도 15는 도 14의 산술 부호화부(1420)에서 수행되는 이진 산술 부호화 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 15에서는 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 구성하는 이진값들이 "010"이며, 1의 발생확률은 0.2, 0의 발생확률은 0.8이라고 가정한다. 여기서, 1 및 0의 발생확률은 전술한 바와 같이 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 이진값에 대응되는 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 이진값이 0인지 1인지에 따라서 선택된 컨텍스트에 의하여 제공되는 확률값이다. 0과 1의 발생확률은 유효성 맵의 각 스캔 인덱스 별로 서로 다른값을 갖지만, 여기서는 설명의 편의를 위하여 유효성 맵의 각 이진값에 대하여 1 및 0의 발생확률이 동일한 것으로 가정한다.
도 15를 참조하면, 유효성 맵의 이진값 "010" 중 처음 빈 값 "0"을 부호화하는 경우 초기 구간 [0.0~1.0] 중에서 하단 80% 부분인 [0.0~0.8]이 새로운 구간으로 갱신되고, 다음 빈 값 "1"을 부호화하는 경우 [0.0~0.8]의 상단의 20% 부분인 [0.64~0.8]이 새로운 구간으로 갱신된다. 또한, 다음 "0"을 부호화하는 경우 [0.64~0.8]의 하단의 80% 부분인 [0.64~0.768]이 새로운 구간으로 갱신된다. 최종적인 구간 [0.64~0.768] 사이에 들어가는 실수인 0.75에 대응되는 이진수 0.11에서 최초 0을 제외한 소수점 이하의 "11"이 유효성 맵의 이진값 "010"에 대응되는 비트스트림으로 출력된다.
도 16은 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 16을 참조하면, 단계 1610에서 복호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서, 복호화되는 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그,즉 유효성 맵의 복호화를 위한 컨텍스트를 선택한다. 전술한 바와 같이, 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 복호화를 위해서는 현재 레지듀얼 블록 이전에 부호화된 하나의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 적어도 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하거나, 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 인접한 2개의 레지듀얼 블록의 유효성 맵을 이용하여 결정될 수 있다.
단계 1620에서 선택된 컨텍스트에 따른 확률 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵을 복호화한 다음, 비트스트림에 구비된 유효 변환 계수의 레벨 정보, 즉 부호값(sign) 및 절대값(abs) 정보를 복호화함으로써 유효 변환 계수 위치에서의 변환 계수값을 복원한다.
도 17은 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 컨텍스트 기반 이진 산술 복호화 장치(1700)는 컨텍스트 선택부(1710), 산술 복호화부(1720) 및 저장부(1730)를 포함한다.
컨텍스트 선택부(1710)는 복호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서, 복호화되는 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 복호화를 위한 컨텍스트를 선택한다. 구체적으로, 컨텍스트 선택부(1710)는 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우, 대응되는 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하고, 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우 대응되는 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택한다. 여기서, 컨텍스트 선택부(1710)는 현재 레지듀얼 블록의 유효성 맵의 복호화를 위한 컨텍스트 선택시에 이전에 복호화된 2개의 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 정보를 이용하거나, 상측과 좌측에 인접한 2개의 이전 레지듀얼 블록의 유효성 맵 정보를 이용할 수 있다.
산술 복호화부(1720)는 선택된 컨텍스트에 따른 확률 정보를 이용하여 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그를 이진 산술 복호화한다.
저장부(1730)는 현재 레지듀얼 블록 이전에 처리된 레지듀얼 블록들의 신택스 엘리먼트(syntax element)에 대한 정보 및 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵에 대한 정보를 저장한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
전술한 본 발명에 따르면, 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 유효성 맵을 부호화할 때, 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수와의 공간적 상관 관계를 고려하여 세분화된 컨텍스트에 따라서 이진 산술 부호화를 수행함으로써 컨텍스트 기반 이진 산술 부호화의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화 방법에 있어서,
    소정 크기의 현재 레지듀얼 블록에 구비된 변환 계수들 중에서 0이 아닌 유효 변환 계수를 결정하는 단계;
    상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는, 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 상기 현재 레지듀얼 블록에 구비된 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 컨텍스트에 따라서 상기 플래그들을 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 컨텍스트를 선택하는 단계는
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하고,
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 컨텍스트를 선택하는 단계는
    상기 현재 블록 이전에 부호화된 두 개의 이전 레지듀얼 블록을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 컨텍스트를 선택하는 단계는
    상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는 상기 두 개의 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수가 모두 유효 변환 계수인 경우, 어느 하나만이 유효 변환 계수인 경우 및 모두 비유효 변환 계수인 경우 각각에 대하여 서로 다른 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 두 개의 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수들이 모두 유효 변환 계수인 경우 선택된 컨텍스트는 상기 두 개의 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수들 중 어느 하나만이 유효 변환 계수인 경우에 선택된 컨텍스트에 비하여, 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 컨텍스트를 선택하는 단계는
    상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수들 중 직류 성분 주변의 소정 변환 계수들에 대하여 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 소정의 플래그들은
    H.264 방식에 따른 유효맵(significance map)인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화 장치에 있어서,
    소정 크기의 현재 레지듀얼 블록 이전에 처리된 레지듀얼 블록들의 신택스 엘리먼트(syntax element)에 대한 정보 및 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들에 대한 정보를 저장하는 저장부;
    상기 저장부에서 독출된 상기 플래그 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서 상기 현재 레지듀얼 블록에 구비된 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그들의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 컨텍스트 선택부; 및
    상기 선택된 컨텍스트를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 플래그들을 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 부호화하는 산술 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발 생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하고,
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 현재 블록 이전에 부호화된 두 개의 이전 레지듀얼 블록을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수에 대응되는 상기 두 개의 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수가 모두 유효 변환 계수인 경우, 어느 하나만이 유효 변환 계수인 경우 및 모두 비유효 변환 계수인 경우 각각에 대하여 서로 다른 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 두 개의 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수들이 모두 유효 변환 계수인 경우 선택된 컨텍스트는 상기 두 개의 이전 레지듀얼 블록들의 변환 계수들 중 어느 하나만이 유효 변환 계수인 경우에 선택된 컨텍스트에 비하여, 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 현재 레지듀얼 블록의 상측 및 좌측에 인접한 두 개의 이전 레지듀얼 블록을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수들 중 직류 성분 주변의 소정 변환 계수들에 대하여만 상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라 상기 플래그들의 부호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 소정의 플래그들은
    H.264 방식에 따른 유효맵(significance map)인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화 방법에 있어서,
    복호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서, 복호화되는 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 복호화를 위한 컨텍스트를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 컨텍스트에 따른 확률 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그를 이진 산술 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 컨텍스트를 선택하는 단계는
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하고,
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 컨텍스트를 선택하는 단계는
    상기 현재 레지듀얼 블록 이전에 복호화된 2개의 이전 레지듀얼 블록 또는 상기 현재 레지듀얼 블록의 상측과 좌측에 인접한 2개의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라 상기 현재 레지듀얼 블록의 플래그의 복호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 컨텍스트 기반 적응적 이진 산술 복호화 장치에 있어서,
    복호화된 적어도 하나 이상의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 0 이 아닌 유효 변환 계수인지 여부에 따라서, 복호화되는 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 소정의 플래그들의 복호화를 위한 컨텍스트를 선택하는 컨텍스트 선택부; 및
    상기 선택된 컨텍스트에 따른 확률 정보를 이용하여 상기 현재 레지듀얼 블록의 유효 변환 계수의 위치를 나타내는 플래그를 이진 산술 복호화하는 이진 산술 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하고,
    상기 이전 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수인 경우, 대응되는 상기 현재 레지듀얼 블록의 변환 계수가 비유효 변환 계수임을 나타내는 플래그의 발생 확률이 더 높은 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 컨텍스트 선택부는
    상기 현재 레지듀얼 블록 이전에 복호화된 2개의 이전 레지듀얼 블록 또는 상기 현재 레지듀얼 블록의 상측과 좌측에 인접한 2개의 이전 레지듀얼 블록의 대응되는 변환 계수가 유효 변환 계수인지 여부에 따라 상기 현재 레지듀얼 블록의 플래그의 복호화에 이용되는 컨텍스트를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
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