KR100763205B1 - 모션 역변환을 사용하여 모션 예측을 수행하는 방법 및장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모션 역변환을 사용하여 모션 예측을 수행하는 방법 및 장치에 관한 발명으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호를 부호화하는 방법은 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 부호화하는 방법에 있어서, 현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 단계, 상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션벡터를 예측하는 단계, 및 상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 부호화하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터이다.
비디오 코딩, 인코딩, 디코딩, 예측, 모션 벡터, 역변환
Description
도 1은 다 계층 구조를 이용한 스케일러블 비디오 코덱을 보여주는 도면이다.
도 2는 상기 3가지 예측 방법을 설명하는 개략도이다.
도 3은 종래의 양방향 모션 벡터의 예측을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기초 계층의 모션 벡터를 역변환하여 예측하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 측에서 기초 계층의 모션 벡터를 역변환하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩 과정을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 과정을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 인코더 중 향상 계층을 인코딩하는 향상 계층 인코딩부(800)의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 디코더 중 향상 계층을 디코딩하는 향상 계층 디코딩부(900)의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
800: 향상 계층 인코딩부 810: 모션 벡터 역변환부
820: 시간적 위치 계산부 850: 예측부
880: 인터 예측 인코딩부 900: 향상 계층 인코딩부
910: 모션 벡터 역변환부 920: 시간적 위치 계산부
950: 예측부 980: 인터 예측 인코딩부
본 발명은 비디오 신호를 인코딩, 디코딩 하는 것으로, 보다 상세하게는 모션 역변환을 사용하여 모션 예측을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
인터넷을 포함한 정보통신 기술이 발달함에 따라 문자, 음성뿐만 아니라 화상통신이 증가하고 있다. 기존의 문자 위주의 통신 방식으로는 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기에는 부족하며, 이에 따라 문자, 영상, 음악 등 다양한 형태의 정보를 수용할 수 있는 멀티미디어 서비스가 증가하고 있다. 멀티미디어 데이터는 그 양이 방대하여 대용량의 저장매체를 필요로 하며 전송시에 넓은 대역폭을 필요로 한다. 따라서 문자, 영상, 오디오를 포함한 멀티미디어 데이터를 전송하기 위해서는 압축코딩기법을 사용하는 것이 필수적이다.
데이터를 압축하는 기본적인 원리는 데이터의 중복(redundancy) 요소를 제거하는 과정이다. 이미지에서 동일한 색이나 객체가 반복되는 것과 같은 공간적 중복 이나, 동영상 프레임에서 인접 프레임이 거의 변화가 없는 경우나 오디오에서 같은 음이 계속 반복되는 것과 같은 시간적 중복, 또는 인간의 시각 및 지각 능력이 높은 주파수에 둔감한 것을 고려한 심리시각 중복을 제거함으로써 데이터를 압축할 수 있다. 일반적인 비디오 코딩 방법에 있어서, 시간적 중복은 모션 보상에 근거한 시간적 필터링(temporal filtering)에 의해 제거하고, 공간적 중복은 공간적 변환(spatial transform)에 의해 제거한다.
데이터의 중복을 제거한 후 생성되는 멀티미디어를 전송하기 위해서는, 전송매체가 필요한데 그 성능은 전송매체 별로 차이가 있다. 현재 사용되는 전송매체는 초당 수십 메가비트의 데이터를 전송할 수 있는 초고속통신망부터 초당 384 kbit의 전송속도를 갖는 이동통신망 등과 같이 다양한 전송속도를 갖는다. 이와 같은 환경에서, 다양한 속도의 전송매체를 지원하기 위하여 또는 전송환경에 따라 이에 적합한 전송률로 멀티미디어를 전송할 수 있도록 하는, 즉 스케일러블 비디오 코딩(scalable video coding) 방법이 멀티미디어 환경에 보다 적합하다 할 수 있다. 한편, 멀티미디어를 재생시 재생하는 기기의 크기 또는 기기의 특징에 따라 화면이 4:3 비율 또는 16:9 비율 등 크기가 다양해질 수 있다.
이러한 스케일러블 비디오 코딩이란, 이미 압축된 비트스트림(bit-stream)에 대하여 전송 비트율, 전송 에러율, 시스템 자원 등의 주변 조건에 따라 상기 비트스트림의 일부를 잘라내어 비디오의 해상도, 프레임율, 및 비트율(bit-rate) 등을 조절할 수 있게 해주는 부호화 방식을 의미한다. 이러한 스케일러블 비디오 코딩에 관하여, 이미 MPEG-4(moving picture experts group-21) Part 10에서 그 표준화 작 업을 진행 중에 있다. 이 중에서도, 다 계층(multi-layered) 기반으로 스케일러빌리티를 구현하고자 하는 많은 노력들이 있다. 예를 들면, 기초 계층(base layer), 제1 향상 계층(enhanced layer 1), 제2 향상 계층(enhanced layer 2)의 다 계층을 두어, 각각의 계층은 서로 다른 해상도(QCIF, CIF, 2CIF), 또는 서로 다른 프레임율(frame-rate)을 갖도록 구성할 수 있다.
하나의 계층으로 코딩하는 경우와 마찬가지로, 다 계층으로 코딩하는 경우에 있어서도, 각 계층별로 시간적 중복성(temporal redundancy)를 제거하기 위한 모션 벡터(motion vector; MV)를 구할 필요가 있다. 이러한 모션 벡터는 각 계층마다 별도로 검색하여 사용하는 경우(전자)가 있고, 하나의 계층에서 모션 벡터 검색을 한 후 이를 다른 계층에서도 사용(그대로 또는 업/다운 샘플링하여)하는 경우(후자)도 있다. 전자의 경우는 후자의 경우에 비하여 정확한 모션 벡터를 찾음으로써 얻는 이점과, 계층 별로 생성된 모션 벡터가 오버 헤드로 작용하는 단점이 동시에 존재한다. 따라서, 전자의 경우에는 각 계층 별 모션 벡터들 간의 중복성을 보다 효율적으로 제거하는 것이 매우 중요한 과제가 된다.
도 1은 다 계층 구조를 이용한 스케일러블 비디오 코덱을 보여주는 도면이다. 먼저 기초 계층을 QCIF(Quarter Common Intermediate Format), 15Hz(프레임 레이트)로 정의하고, 제1 향상 계층을 CIF(Common Intermediate Format), 30hz로, 제2 향상 계층을 SD(Standard Definition), 60hz로 정의한다. 만약 CIF 0.5Mbps 스트림(stream)을 원한다면, 제1 향상 계층의 CIF_30Hz_0.7M에서 비트율(bit-rate)이 0.5M로 되도록 비트스트림을 잘라서 보내면 된다. 이러한 방식으로 공간적, 시간 적, SNR 스케일러빌리티를 구현할 수 있다.
도 1에서 보는 바와 같이, 동일한 시간적 위치를 갖는 각 계층에서의 프레임(예: 10, 20, 및 30)은 그 이미지가 유사할 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 하위 계층의 텍스쳐로부터(직접 또는 업샘플링 후) 현재 계층의 텍스쳐를 예측하고, 예측된 값과 실제 현재 계층의 텍스쳐와의 차이를 인코딩하는 방법이 알려져 있다. "Scalable Video Model 3.0 of ISO/IEC 21000-13 Scalable Video Coding"(이하 "SVM 3.0"이라 함)에서는 이러한 방법을 인트라 BL 예측(Intra_BL prediction)이라고 정의하고 있다.
이와 같이, SVM 3.0에서는, 기존의 H.264에서 현재 프레임을 구성하는 블록 내지 매크로블록에 대한 예측을 위하여 사용된 인터 예측(inter prediction) 및 방향적 인트라 예측(directional intra prediction)이외에도, 현재 블록과 이에 대응되는 하위 계층 블록 간의 연관성(correlation)을 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법을 추가적으로 채택하고 있다. 이러한 예측 방법을 "인트라 BL(Intra_BL) 예측"이라고 하고 이러한 예측을 사용하여 부호화하는 모드를 "인트라 BL 모드"라고 한다.
도 2는 상기 3가지 예측 방법을 설명하는 개략도로서, 현재 프레임(11)의 어떤 매크로블록(14)에 대하여 인트라 예측을 하는 경우(①)와, 현재 프레임(11)과 다른 시간적 위치에 있는 프레임(12)을 이용하여 인터 예측을 하는 경우(②)와, 상기 매크로블록(14)과 대응되는 기초 계층 프레임(13)의 영역(16)에 대한 텍스쳐 데이터를 이용하여 인트라 BL 예측을 하는 경우(③)를 각각 나타내고 있다.
이와 같이, 상기 스케일러블 비디오 코딩 표준에서는 매크로블록 단위로 상기 세가지 예측 방법 중 유리한 하나의 방법을 선택하여 이용한다.
그런데, 현재 프레임과 다른 시간적 위치에 있는 프레임을 이용하여 예측하는 인터 예측의 경우, 전후의 프레임을 참조하는 B 프레임(B frame) 또는 B 픽쳐(B picture)가 존재할 수 있다. 이 B 프레임이 다계층으로 존재시, 하위 계층의 모션 벡터를 참조할 수 있다. 그러나, 하위 계층의 프레임이 양방향으로 모션 벡터를 가지지 못하는 경우가 도 3과 같이 존재한다.
도 3은 종래의 양방향 모션 벡터의 예측을 보여주는 도면이다. 도 3의 경우 현재 계층의 320 프레임의 블록은 시간적으로 앞선 프레임310의 블록과 시간적으로 뒤따라오는 프레임 320의 블록을 참조하는 모션 벡터(cMV0, cMV1)을 가지고 있다. 그런데 이 모션 벡터는 하위 계층의 모션 벡터와의 잔차를 통해 구할 수 있으므로, 하위 계층의 모션 벡터를 참조할 수 있는데, 도 3에 나타난 경우 322 프레임의 블록은 시간적으로 후인 프레임 332의 블록을 참조하지 않는 경우에 cMV1는 하위 계층의 모션 벡터를 참조할 수 없다. 하위 계층의 모션 벡터를 사용할 수 없는 경우에, 이를 예측하는 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 하위 계층의 모션 벡터가 존재하지 않는 경우, 기존재하는 모션 벡터를 역변환한 결과를 사용하여 모션 예측을 수행하는데 목적이 있다.
본 발명의 또다른 목적은 하위 계층의 모션 벡터가 존재하지 않는 경우에도 모션 예측을 수행할 수 있도록 하여 인코딩의 효율을 높이는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호를 부호화하는 방법은 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 부호화하는 방법에 있어서, 현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 단계, 상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션벡터를 예측하는 단계, 및 상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 부호화하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호를 복호화하는 방법은 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 복호화하는 방법에 있어서, 현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 단계, 상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터를 예측하는 단계, 및 상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 복호화하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 인코더는 다계층 비디오 신호를 구성하 는 블록을 부호화하는 인코더에 있어서, 현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 모션벡터 역변환부, 상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션벡터를 예측하는 예측부, 및 상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 부호화하는 인터 예측 인코딩부를 포함하며, 상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 디코더는 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 복호화하는 디코더에 있어서, 현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 모션벡터 역변환부, 상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터를 예측하는 예측부, 및 상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 복호화하는 인터 예측 디코딩부를 포함하며, 상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태 로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 계층적 구조에 적합하게 시간적 다이렉트 모드로 인코딩하며, 디코딩하는 방법 및 장치를 설명하기 위한 블록도 또는 처리 흐름도에 대한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다. 이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기초 계층의 모션 벡터를 역변환하여 예 측하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 4의 410, 420. 430, 412, 422, 432는 프레임 또는 픽쳐일 수 있으며, 블록, 매크로 블록일 수 있다. 도 4의 설명에서는 편의상 프레임으로 하지만, 이는 일 실시예이다. 마찬가지로 블록 또한 서브 블록, 매크로블록 등이 될 수 있다.
420에 포함되는 블록 또는 매크로 블록 450은 시간적으로 선, 후에 있는 프레임 또는 픽쳐의 블록을 참조한다. cMV0는 이전 프레임/픽쳐의 블록에 대한 모션 벡터이며, cMV1은 시간적으로 이후에 존재하는 프레임/픽쳐의 블록에 대한 모션 벡터이다. cMV0는 전방향 모션 벡터라 할 수 있으며, cMV1은 후방향 모션 벡터라 명명할 수 있다. cRefIdx0와 cRefIdx1은 양 방향을 참조하는 420 프레임/픽쳐에서 양방향의 블록을 참조함을 나타내는 모션 벡터가 존재함을 나타내는 변수이다. 이때, 하위 계층에 모션 벡터가 존재할 경우, 이들의 값에서 현재 계층의 모션 벡터를 계산할 수 있다. 예를 들어, 450 블록의 경우 하위 계층의 동일한 시간적 위치에 존재하는 422 프레임/픽쳐의 블록인 452의 모션 벡터인 bMV1을 참조하여 cMV1을 생성할 수 있다.
그런데, 450 블록이 양방향을 참조하므로, cMV0에 대한 값도 필요한다. 만약 452 블록이 한 방향만을 참조하는 경우(도 4에서와 같이 bMV0), 하나만 존재하는 모션 벡터의 역을 구하여 참조할 수 있다. 하위 계층에는 bMV1이 존재하지 않지만, bMV0을 역으로 한, 즉 -1을 곱한 값을 bMV1로 하여 이 값에서 cMV1를 산출할 수 있다.
도 4의 실시예에서 알 수 있듯이, 450과 같이 백워드(backward)/포워 드(forward) 예측을 수행하는 블록의 하위 블록이 백워드 또는 포워드 예측만을 수행하는 경우, 그 값의 역을 구하여 하위 블록에는 없는 포워드 또는 백워드 예측을 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 측에서 기초 계층의 모션 벡터를 역변환하는 과정을 보여주는 도면이다.
520 프레임/픽쳐의 550 블록은 시간적으로 전/후에 있는 510, 530 프레임/픽쳐의 블록에 대한 전방향 모션 벡터 cMV0, 후방향 cMV1의 값을 가지고 있다. 그런데 이 값은 하위 계층의 모션 벡터를 통해 산출된 값이므로, 하위 계층의 모션 벡터의 값이 무엇인지 구해야 한다.
하위 계층 프레임인 522의 552 블록은 시간적으로 이전 프레임인 512의 블록을 참조하는 bMV0 모션벡터만 존재한다. 따라서 시간적으로 이후 프레임인 532의 블록을 참조하는 bMV1의 값이 존재하지 않는다. 그러나 시간적으로 순차적인 관계에 있는 세 프레임이므로, 도 4에서 살펴본 바와 같이, bMV0의 값에 -1을 곱하는 등, 역의 관계에 있는 벡터 값을 구한다. 그 결과를 bMV1으로 하여 이를 기준으로 cMV1을 산출할 수 있다.
도 4 또는 도 5에서 하위 계층의 모션 벡터를 참조하는지 여부를 알리거나 또는 그러한 사실을 알기 위해서는 모션 예측 플래그를 사용할 수 있다. motion_prediction_flag를 사용하여 하위 계층의 모션벡터값을 참조하여 예측하는지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 시간적으로 앞선 블록을 참조하는 경우 RefIdx0에서 가리키는 블록을 참조하며, 시간적으로 뒤따르는 블록을 참조하는 경우 RefIdx1에서 가리키는 블록을 참조한다. 따라서, RefIdx0 또는 RefIdx1이 세팅된 경우, 하위 계층의 동일한 블록을 가리키는 RefIdx0 또는 RefIdx1값이 존재하는 경우에 본원 발명이 적용 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩 과정을 보여주는 도면이다.
인코딩(encoding)은 소정의 데이터를 부호화 하는 과정을 의미한다.
현재 계층의 블록을 부호화함에 있어서 대응되는 하위 계층의 블록을 검색한다(S610). 부호화하고자 하는 블록의 모션 벡터가 하위 계층의 블록의 제 1 모션 벡터를 통해 예측 가능한지 판단한다(S620). 도 4의 경우에서 cMV0는 예측가능하지만, bMV1이 존재하지 않기 때문에 cMV1은 예측이 가능하지 않다.
예측이 가능하지 않은 경우, 하위 계층의 블록의 제 2 모션 벡터를 역변환하여 제 1 모션 벡터를 생성한다(S630). 그리고 제 1 모션 벡터를 사용하여 부호화하고자 하는 블록의 모션 벡터를 예측한다(S640). 예측한 결과 또는 잔차 데이터를 사용하여 부호화하고자 하는 블록을 부호화(encoding)한다(S650). S620 단계에서 예측 가능한 것으로 판단되면 S630 과정 없이 부호화(인코딩) 과정을 수행한다.
제 2 모션 벡터와 제 1 모션 벡터가 참조하게 되는 블록은 하위 계층의 블록을 시간적인 기준으로 동일한 위치에 있으며 시간상 반대의 방향에 있는 블록이다. 예를 들어, 제 1 모션 벡터가 참조하게 되는 블록의 POC(Point of Count)를 기준으로 10이며, 제 2 모션 벡터가 참조하게 되는 블록의 POC는 12이며, 하위 계층의 블록의 POC는 11인 경우이다.
시간적으로 동일한 위치에 있으며 방향은 반대이므로, 시간적 흐름에 따라 텍스쳐의 이동 또는 변화의 크기는 비슷할 가능성이 높으므로, 시간적으로 반대의 위치에 있는 블록을 참조하는 모션 벡터를 역변환하여 사용할 수 있다.
상기 과정을 도 4의 경우와 비교하여 보면, 다음과 같다.
비디오 인코더에서 부호화 하고자 하는 블록은 450 블록이다. 블록은 매크로 블록 또는 서브 블록 등을 포함하는 개념이다. 450 블록의 모션 벡터 cMV1이 하위 계층의 블록 452의 모션 벡터를 사용하여 예측할 수 없는 경우에, 인코더는 블록 452의 다른 모션 벡터인 bMV0를 역변환하여 bMV1을 생성한다. 그리고 생성한 bMV1에 의해 cMV1을 예측할 수 있다. 비디오 인코더는 cMV1을 사용하여 450 블록을 부호화 할 수 있다. 여기서 cMV0와 bMV0에 의해 각각 참조되는 410 픽쳐와 412 픽쳐는 동일한 시간축에 있으며, cMV1에 의해 참조되는 430 픽쳐와 420 픽쳐와의 차이는 410 픽쳐와 420 픽쳐와의 차이와 같을 수 있다.
도 6에서의 제 1 모션 벡터 또는 제 2 모션 벡터는 하나의 블록이 인터 예측에 의해 가질 수 있는 모션 벡터가 2개인 경우를 예로 든 것이다. 제 1 모션 벡터가 시간적으로 앞선 블록을 참조한다면 제 2 모션 벡터는 시간적으로 뒤따르는 블록을 참조하게 되며, 제 1 모션 벡터가 시간적으로 뒤따르는 블록을 참조한다면 제 2 모션 벡터는 시간적으로 앞선 블록을 참조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 과정을 보여주는 도면이다.
디코딩(decoding)은 소정의 부호화된 데이터를 복호화 하는 과정을 의미한다.
비디오 디코더는 수신한, 또는 저장된 비디오 신호를 복호화한다. 복호화하고자 하는 블록이 참조하는 모션 벡터에 대한 정보를 추출한다(S710). 모션 벡터에 대한 정보의 일 실시예로, 전술한 RefIdx0 또는 RefIdx1과 같이 list0, list1상의 참조 프레임/픽쳐 등에 대한 정보가 존재한다. 또한 하위 계층의 모션 벡터를 참조하는지 여부는 motion_prediction_flag와 같은 정보를 통해 추출 가능하다. 추출한 정보를 사용하여 복호화하고자 하는 블록이 하위 계층의 대응되는 블록의 제 1 모션 벡터를 참조하는지 여부를 판단한다(S720). 판단 결과 하위 계층의 제 1 모션 벡터를 참조하지 않는 경우, 다른 방식 또는 통상의 방식에 따라 복호화한다.
하위 계층의 블록의 제 1 모션 벡터를 참조한다면, 제 1 모션 벡터가 존재하는지를 검토한다(S730). 제 1 모션 벡터가 존재하지 않는면 하위 계층의 블록의 제 2 모션 벡터를 역변환하여 제 1 모션 벡터를 생성한다(S740).
상기 제 1 모션 벡터와 상기 제 2 모션 벡터가 하위 계층의 블록을 기준으로 시간적으로 동일한 거리에 반대 방향에 있는 블록을 참조함은 도 6에서 설명하였다.
역변환에 의해 생성된 제 1 모션 벡터를 사용하여 복호화하고자 하는 블록의 모션 벡터를 예측한다(S750). 예측한 결과를 사용하여 복호화하고자 하는 블록을 복호화한다(S760).
상기 과정을 도 5의 경우와 비교하여 보면, 다음과 같다.
비디오 디코더에서 복호화 하고자 하는 블록은 550 블록이다. 블록은 매크로 블록 또는 서브 블록 등을 포함하는 개념이다. 550 블록의 cRefIdx1은 cMV1이 530 픽쳐/프레임을 참조함을 알리며, 도면 5에 미도시되었으나 motion_prediction_flag와 같은 정보에 의해 하위 계층의 모션 벡터를 참조함을 나타내고 있다. 그런데, 하위 계층의 블록 552에서 530 픽쳐/프레임과 동일한 시간적 위치에 있는 532 픽쳐/프레임을 참조하는 모션 벡터를 가지고 있지 않는 경우에, 디코더는 블록 552의 다른 모션 벡터인 bMV0를 역변환하여 bMV1을 생성한다. 그리고 생성한 bMV1에 의해 cMV1을 예측할 수 있다. 비디오 디코더는 cMV1을 사용하여 550 블록을 복호화 할 수 있다. 여기서 cMV0와 bMV0에 의해 각각 참조되는 510 픽쳐와 512 픽쳐는 동일한 시간축에 있으며, cMV1에 의해 참조되는 530 픽쳐와 520 픽쳐와의 차이는 510 픽쳐와 520 픽쳐와의 차이와 같을 수 있다.
디코딩하는 과정에서 역변환을 하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
refPicBase를 기초계층의 매크로블록의 ref_idx_IX[mbPartIdxBase]의 신택스 엘리먼트에 의해 참조되는 픽쳐라고 가정한다(X는 1 또는 0). 이때, ref_idx_lX[mbPartIdxBase] 가 이용 가능하면, refPicBase는 ref_idx_lX[mbPartIdxBase]에 의해 참조되는 픽쳐이다. 이용 가능하지 않다면, refPicBase는 반대쪽을 선택한다. 즉, ref_idx_l0[mbPartIdxBase]이 이용가능하지 않을 경우 ref_idx_l1[mbPartIdxBase]을 선택하고, 반대로 ref_idx_l1[mbPartIdxBase]이 이용가능하지 않을 경우 ref_idx_l0[mbPartIdxBase]을 선택한다. 그리고 선택한 픽쳐에 대한 모션 벡터에 -1을 곱하여 역변환을 시킬 수 있다. 기초 계층의 루마 모션 벡터 예측(luma motion vection prediction)의 경우에도 적용 가능하다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어, 즉 '~모듈' 또는 '~테이블' 등은 소프트웨어, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 기능들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 인코더 중 향상 계층을 인코딩하는 향상 계층 인코딩부(800)의 구성을 보여주는 도면이다. 기초 계층의 인코딩 과정 또는 비디오 신호를 인코딩함에 있어서 양자화 하는 과정 등은 종래의 기술이므로 본 명세서에서 생략하고자 한다.
향상 계층 인코딩부(800)는 모션 벡터 역변환부(810), 시간적 위치 꼐산부(820), 예측부(850), 그리고 인터 예측 인코딩부(860)을 포함한다. 영상 데이터 는 예측부(850)에 입력되며, 하위 계층의 영상 데이터는 모션 벡터 역변환부(810)으로 입력된다.
모션 벡터 역변환부(810)는 현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성한다. 도 4의 예에서, bMV0를 사용하여 bMV1을 생성하는 것이 일실시예이다. 그리고 예측부(850)는 역변환을 통해 생성된 모션 벡터를 사용하여 현재 계층(향상 계층)의 영상 데이터에 대해 모션 예측을 수행한다. 시간적 위치 계산부(820)는 모션 벡터 역변환부(810)에서 모션 벡터 역변환시, 어느 모션 벡터를 역변환 할 것인지를 알기 위한 시간적 위치 또는 시간적 정보를 계산한다. 예측부(850)에서 예측한 결과는 인터 예측 인코딩부(860)를 통해 향상 계층 비디오 스트림으로 출력된다.
도 4의 예에서 살펴본 바와 같이, 예측부(850)는 인코딩하고자 하는 블록의 전방향 모션 벡터 또는 후방향 모션 벡터를 예측하는데, 그 예측 자료로, 하위 계층의 블록의 모션 벡터를 사용한다. 그리고 모션 벡터 역변환부(810)는 하위 계층의 블록의 소정 모션 벡터가 존재하지 않을 경우, 시간적으로 반대의 블록을 참조하는 모션 벡터를 역변환한다.
향상 계층은 하위 계층을 참조하며, 하위 계층의 실시예로는 기초 계층 또는 FGS 계층, 또는 하위의 향상 계층이 될 수 있다.
예측부(850)는 역변환하여 생성된 하위 계층의 모션 벡터와의 잔차를 계산할 수 있다. 그리고 인터 예측 인코딩부(820)는 하위 계층의 모션 벡터를 참조함을 알리도록 motion_prediction_flag와 같은 정보를 설정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 디코더 중 향상 계층을 디코딩하는 향상 계층 디코딩부(900)의 구성을 보여주는 도면이다. 기초 계층의 디코딩 과정 또는 비디오 신호를 디코딩함에 있어서 역양자화 하는 과정 등은 종래의 기술이므로 본 명세서에서 생략하고자 한다.
향상계층 디코딩부(900)는 모션 벡터 역변환부(910), 시간적 위치 계산부(920), 예측부(950), 그리고 인터 예측 디코딩부(960)으로 구성된다. 하위 계층 비디오 스트림은 모션 벡터 역변환부(910)으로 입력된다. 한편 향상계층 비디오 스트림 역시 예측부(950)로 입력되는데, 예측부(950)는 향상계층 비디오 스트림의 특정 블록의 모션 벡터가 하위 계층의 모션 벡터를 참조하는지 검토한다. 그리고 하위 계층의 모션 벡터를 참조하지만 하위 계층 비디오 스트림에 모션 벡터가 존재하지 않는 경우, 시간적 위치 계산부(920)를 통해 역변환할 모션 벡터를 선택하고, 모션 벡터 역변환부(910)에서 모션 벡터를 역변환한다. 이는 도 5 및 도 7에서 살펴본 사항이다. 예측부(950)는 역변환된 하위 계층의 모션 벡터를 사용하여, 해당 블록의 모션 벡터를 예측하고, 인터 예측 디코딩부(960)는 예측된 모션 벡터를 사용하여 블록을 디코딩한다. 디코딩한 결과는 영상 데이터로 복원되어 출력된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과이다. 도 10에서 향상 계층의 모션 검색 범위는 8, 32, 그리고 96으로 변화한다. 네 개의 CIF 시퀀스가 사용되었다. 최대 성능의 향상은 3.6%의 비트가 절약되었으며, 0.17dB PSNR의 효과가 있다.
표 1에서는 도 10의 향상을 비교하고 있다.
| 종래 | 본 실시예에 의한 경우 | |||
| 비트율 | PSNR | 비트율 | PSNR | |
| 8 | 401.00 | 32.50 | 386.50 | 32.67 |
| 32 | 383.07 | 32.66 | 378.62 | 32.69 |
| 96 | 373.77 | 32.68 | 373.27 | 32.69 |
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 구현함으로써 하위 계층의 모션 벡터가 존재하지 않는 경우, 기존재하는 모션 벡터를 역변환한 결과를 사용하여 모션 예측을 수행할 수 있다.
본 발명을 구현함으로써 하위 계층의 모션 벡터가 존재하지 않는 경우에도 모션 예측을 수행할 수 있도록 하여 인코딩 효율을 향상시킬 수 있다.
Claims (20)
- 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 부호화하는 방법에 있어서,현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 단계;상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션벡터를 예측하는 단계; 및상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 부호화하는 단계를 포함하며,상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터인, 비디오 신호를 부호화하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터와 후방향 모션 벡터는 상기 제 1 블록을 기준으로 시간적으로 전후에 위치한 블록을 참조하는 모션 벡터이며,상기 예측하는 단계는 상기 하위 계층의 제 1 또는 제 2 모션 벡터와 이에 대응하는 현재 계층의 전방향 또는 후방향 모션 벡터와의 잔차를 계산하는 단계를 포함하는, 비디오 신호를 부호화하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 예측하는 단계 이후에,상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터가 참조하는 블록에 대한 정보를 저장하는 단계를 포함하는, 비디오 신호를 부호화하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 하위 계층은 기초 계층인, 비디오 신호를 부호화하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 모션 벡터에 의해 참조되는 블록은 상기 제 1 블록의 전방향 또는 후방향 모션 벡터에 의해 참조되는 블록과 시간적으로 동일한 위치의 블록인, 비디오 신호를 부호화하는 방법.
- 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 복호화하는 방법에 있어서,현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 단계;상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터를 예측하는 단계; 및상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 복호화하는 단계를 포함하며,상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터인, 비디오 신호를 복호화하는 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터와 후방향 모션 벡터는 상기 제 1 블록을 기준으로 시간적으로 전후에 위치한 블록을 참조하는 모션 벡터이며,상기 예측하는 단계는 상기 하위 계층의 제 1 또는 제 2 모션 벡터와 이에 대응하는 현재 계층의 전방향 또는 후방향 모션 벡터와의 잔차를 계산하는 단계를 포함하는, 비디오 신호를 복호화하는 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 예측하는 단계 이전에,상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터가 참조하는 블록에 대한 정보를 추출하는 단계를 포함하는, 비디오 신호를 복호화하는 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 하위 계층은 기초 계층인, 비디오 신호를 복호화하는 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 제 1 모션 벡터에 의해 참조되는 블록은 상기 제 1 블록의 전방향 또는 후방향 모션 벡터에 의해 참조되는 블록과 시간적으로 동일한 위치의 블록인, 비디 오 신호를 복호화하는 방법.
- 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 부호화하는 인코더에 있어서,현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 모션벡터 역변환부;상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션벡터를 예측하는 예측부; 및상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 부호화하는 인터 예측 인코딩부를 포함하며,상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터인, 비디오 인코더.
- 제 11항에 있어서,상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터와 후방향 모션 벡터는 상기 제 1 블록을 기준으로 시간적으로 전후에 위치한 블록을 참조하는 모션 벡터이며,상기 예측부는 상기 하위 계층의 제 1 또는 제 2 모션 벡터와 이에 대응하는 현재 계층의 전방향 또는 후방향 모션 벡터와의 잔차를 계산하는, 비디오 인코더.
- 제 11항에 있어서,상기 인터 예측 인코딩부는 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터가 참조하는 블록에 대한 정보를 저장하는, 비디오 인코더.
- 제 11항에 있어서,상기 하위 계층은 기초 계층 또는 FGS 계층인, 비디오 인코더.
- 제 11항에 있어서,상기 제 1 모션 벡터에 의해 참조되는 블록은 상기 제 1 블록의 전방향 또는 후방향 모션 벡터에 의해 참조되는 블록과 시간적으로 동일한 위치의 블록인, 비디오 인코더.
- 다계층 비디오 신호를 구성하는 블록을 복호화하는 디코더에 있어서,현재 계층의 제 1 블록에 대응하는 하위 계층의 제 2 블록의 제 1 모션 벡터를 역변환하여 제 2 모션 벡터를 생성하는 모션벡터 역변환부;상기 제 2 모션 벡터를 사용하여 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터를 예측하는 예측부; 및상기 예측한 결과를 사용하여 상기 제 1 블록을 복호화하는 인터 예측 디코딩부를 포함하며,상기 제 1 모션 벡터는 상기 제 2 블록을 기준으로 시간적으로 전 또는 후에 위치한 블록에 대한 모션 벡터인, 비디오 디코더.
- 제 16항에 있어서,상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터와 후방향 모션 벡터는 상기 제 1 블록을 기준으로 시간적으로 전후에 위치한 블록을 참조하는 모션 벡터이며,상기 예측부는 상기 하위 계층의 제 1 또는 제 2 모션 벡터와 이에 대응하는 현재 계층의 전방향 또는 후방향 모션 벡터와의 잔차를 계산하는 단계를 포함하는, 비디오 디코더.
- 제 16항에 있어서,상기 예측부는 상기 제 1 블록의 전방향 모션벡터 또는 후방향 모션 벡터가 참조하는 블록에 대한 정보를 추출하는, 비디오 디코더.
- 제 16항에 있어서,상기 하위 계층은 기초 계층 또는 FGS 계층인, 비디오 디코더.
- 제 16항에 있어서,상기 제 1 모션 벡터에 의해 참조되는 블록은 상기 상기 제 1 블록의 전방향 또는 후방향 모션 벡터에 의해 참조되는 블록과 시간적으로 동일한 위치의 블록인, 비디오 디코더.
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