KR100807330B1 - Method for skipping intra macroblock mode of h.264/avc encoder - Google Patents

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Abstract

An intra macro block mode skip method in an H.264/AVC encoder is provided to skip intra mode inspection adaptively by efficiently applying even intra chroma prediction information and minimize addition calculation for obtaining a determination base for the skip, thereby significantly reducing even quantity of entire encoder operations without deterioration of image quality. An intra macro block mode skip method in an H.264/AVC encoder comprises the following steps of: obtaining an intra chroma cost as a minimum value of a color difference signal cost(S110); obtaining a motion costs of a luminance signal; skipping an intra macro block mode check process if the intra chroma cost is larger than the motion costs of the luminance signal(S120); skipping the intra macro block mode checking process if the intra chroma cost is larger than 0, and an absolute value of an MVD(Motion Vector Difference) between a predicted motion vector and a current motion vector is smaller than a predetermined value(S130); and skipping RD(Rate Distortion) cost calculation of I16MB(Macro Block) mode if an intra prediction cost of an I16mb mode is larger than the motion cost of the luminance signal(S140,S150).

Description

Ｈ.264/ＡＶＣ 인코더의 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법{METHOD FOR SKIPPING INTRA MACROBLOCK MODE OF H.264/AVC ENCODER}How to skip intra macroblock mode of H.264 / ACC encoder {METHOD FOR SKIPPING INTRA MACROBLOCK MODE OF H.264 / AVC ENCODER}

도 1은 H.264/AVC 비디오 인코더의 블록도.1 is a block diagram of an H.264 / AVC video encoder.

도 2는 H.264/AVC 비디오 인코딩 방법을 도시한 흐름도.2 is a flowchart illustrating a H.264 / AVC video encoding method.

도 3은 HCMD 알고리듬을 도시한 흐름도.3 is a flow diagram illustrating an HCMD algorithm.

도 4는 스킵(SKIP) 모드를 미리 판별하는 알고리듬과 선택적인 인트라 모드 검사 알고리듬을 도시한 흐름도.4 is a flow diagram illustrating an algorithm for pre-determining a skip (SKIP) mode and an optional intra mode check algorithm.

도 5는 본 발명에 따른 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법을 도시한 흐름도.5 is a flowchart illustrating an intra macroblock mode skipping method according to the present invention;

본 발명은 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법에 관한 것으로, 특히 색차 신호 비용의 최소값인 인트라 색채 비용(CHCost) 및 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)에 따라 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵함으로써 출력 비트스트림의 화질 및 압축율은 높게 유지함과 동시에 연산량은 대폭 감소시키는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an intra macroblock mode check skip method of an H.264 / AVC encoder. In particular, the present invention relates to an intra macroblock mode according to an intra color cost (CHCost), which is a minimum value of a color difference signal cost, and a motion cost (J motion ) of a luminance signal. The present invention relates to an intra macroblock mode check skip method of an H.264 / AVC encoder that significantly reduces the amount of computation while maintaining the high quality and compression ratio of the output bitstream by skipping the check.

H.264/AVC 비디오 코딩 표준은 기존의 MPEG-2/4 및 H.263 비디오 코딩 표준과 다르게, 인터 매크로블록 모드의 종류를 P_SKIP, P16x16, P16x8, P8x16, P8x8{P8x4, P4x8, P4x4}로 대폭 늘렸고, 인트라 매크로블록도 I16MB 및 I4MB를 가지고 있다. 인터 모드는 시간적 상관 관계를 최대한 이용하고, 인트라 모드는 공간적 상관 관계를 효율적으로 이용하도록 설계되었기 때문에, 기존의 다른 비디오 코덱들보다 압축율이 50% 이상 높게 나온다.The H.264 / AVC video coding standard differs from the existing MPEG-2 / 4 and H.263 video coding standards by setting the types of inter macroblock modes as P_SKIP, P16x16, P16x8, P8x16, P8x8 {P8x4, P4x8, P4x4}. Significantly increased, intra macroblocks also have I16MB and I4MB. Since inter mode is designed to take full advantage of temporal correlation and intra mode is designed to efficiently use spatial correlation, the compression rate is 50% higher than other video codecs.

도 1은 H.264/AVC 비디오 인코더의 블록도이다. 도 1에서, Fn은 입력 프레임, P는 예측 MB, Dn은 차등 MB, X는 양자화된 변환 계수 세트, uF'n은 필터링되지 않은 복원 프레임이며, ME는 모션 추정, IME는 인트라 모드 추정, MCP는 모션 보상 예측, IP는 인트라 예측, T는 변환, Q는 양자화를 나타낸다.1 is a block diagram of an H.264 / AVC video encoder. In FIG. 1, F n is an input frame, P is a predictive MB, D n is a differential MB, X is a quantized transform coefficient set, uF ' n is an unfiltered reconstructed frame, ME is motion estimation, and IME is intra mode estimation , MCP represents motion compensation prediction, IP represents intra prediction, T represents transform, and Q represents quantization.

매크로블록 모드 결정 모듈이 도 1의 점선으로 표시되어 있다. 모드 결정 알고리듬의 목적은 주어진 양자화 파라미터 (QP: Quantization Parameter)를 이용하여 최적의 비트율 및 화질을 출력하는 매크로블록 모드를 선택하는 것이다. 그러나 사용 가능한 매크로블록 모드의 개수가 많기 때문에 최적의 모드 선택은 쉽지 않다. 이러한 모드 결정 문제는 블록의 움직임 벡터 예측(또는 인트라 모드 예측) 및 블록의 변환/양자화에 의한 비트율 측정의 결합 최적화 문제이고, 주변 블록과의 상관 관계가 있기 때문에, 진정한 최적의 해를 찾는데는 많은 연산량을 요구한다. 따라서 차선의 해를 찾아야 한다. 차선의 해를 찾는 현실적인 대안으로, 첫째, 주변 블록과의 상관 관계를 무시하고, 둘째, 블록의 움직임 벡터 예측과 변환/양자화 에 의한 비트율 측정 부분을 분리시켜서 각각의 최적의 해를 찾는 방법이 이용되고 있다.The macroblock mode determination module is indicated by the dashed line in FIG. 1. The purpose of the mode decision algorithm is to select a macroblock mode that outputs an optimal bit rate and quality using a given quantization parameter (QP). However, the optimal mode selection is not easy because of the large number of macroblock modes available. This mode decision problem is a joint optimization problem of the motion vector prediction (or intra mode prediction) of the block and the bit rate measurement by the transform / quantization of the block, and since it is correlated with the neighboring block, there are many ways to find a true optimal solution. It requires a calculation amount. So we need to find the next year's solution. As a realistic alternative to finding the suboptimal solution, first, it ignores the correlation with neighboring blocks, and second, separates the bit rate measurement part by the motion vector prediction of the block and transform / quantization and finds the optimal solution for each. It is becoming.

H.264/AVC의 참조 소프트웨어인 JM 10.2[H.264/AVC reference software version 10.2, http://iphome.hhi.de/suehring/tml/download/]와 참조 문서[JVT of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text Description of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods," JVT-N046, Jan. 2005.]에 따르면, 세가지 모드 결정 알고리듬이 표준으로 채택되어 있다.H.264 / AVC reference software JM 10.2 [H.264 / AVC reference software version 10.2, http://iphome.hhi.de/suehring/tml/download/] and the reference documentation [JVT of ISO / IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text Description of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods," JVT-N046, Jan. 2005.], three mode decision algorithms are adopted as standard.

첫번째는 가장 연산량이 적지만 화질 및 압축율이 가장 낮은 "low-complexity mode decision (LCMD)" 알고리듬이고, 두번째는 가장 연산량이 많지만 화질 및 압축율이 가장 높은 "high-complexity mode decision (HCMD)" 알고리듬이고, 세 번째는 연산량은 LCMD 알고리듬 만큼 적지만 화질 및 압축율은 LCMD 보다 높은 "fast high-complexity mode decision (FHCMD)" 알고리듬이다.The first is the "low-complexity mode decision (LCMD)" algorithm with the least amount of computation but the lowest image quality and compression rate. The second is the "high-complexity mode decision (HCMD)" algorithm with the highest amount of computation but highest quality and compression rate. The third is the "fast high-complexity mode decision (FHCMD)" algorithm, which has as little computation as the LCMD algorithm, but with higher image quality and compression ratio than LCMD.

매크로블록 모드 결정 알고리듬은 최적화 문제에 해당하기 때문에, 기본적으로 각각의 매크로블록 모드의 비용을 모두 구하고 그 비용이 가장 적은 모드를 최종 모드로 선택한다. LCMD 알고리듬과 HCMD 알고리듬은 매크로블록 모드의 비용을 구하는 방법이 다르기 때문에 연산량 및 압축율 차이를 보이는 것이다. FHCMD 알고리듬은 기본적으로 HCMD 알고리듬을 토대로 일부 매크로블록 모드 검사를 선택적으로 스킵함으로써 연산량을 줄이는 방법이다.Since the macroblock mode decision algorithm corresponds to an optimization problem, the cost of each macroblock mode is basically obtained, and the mode with the lowest cost is selected as the final mode. The LCMD algorithm and the HCMD algorithm differ in the computational and compression ratios because they differ in how to calculate the cost of the macroblock mode. The FHCMD algorithm is basically a method to reduce the amount of computation by selectively skipping some macroblock mode checks based on the HCMD algorithm.

이하에서는, 상기 각 알고리듬에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, each algorithm will be described in detail.

1. Low-complexity mode decision (LCMD) 알고리듬Low-complexity mode decision (LCMD) algorithm

실시간 인코딩을 위한 가장 단순한 알고리듬이다. LCMD 알고리듬은 움직임 예측(또는 인트라 모드 예측)에 의한 에러와 움직임 벡터(또는 인트라 예측 모드)를 표현하는 비트 수를 최소화하는 모드를 선택한다.It is the simplest algorithm for real time encoding. The LCMD algorithm selects a mode that minimizes the number of bits representing the motion vector (or intra prediction mode) and the error due to motion prediction (or intra mode prediction).

비용함수는 수학식 1과 같다.The cost function is shown in Equation 1.

Figure 112006064565972-pat00001
Figure 112006064565972-pat00001

여기서 Distortion은 움직임 예측(또는 인트라 모드 예측)에 의한 휘도 블록의 에러 값인 SAD (Sum of Absolute Difference) 또는 SATD (Sum of Absolute Transformed Difference) [JVT of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text Description of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods," JVT-N046, Jan. 2005 참조]를 나타내고, QP0[QP] 는 QP 값에 따라 Rate과 Distortion의 비중을 조절하는 미리 정의된 표이다. Rate는 움직임 벡터(또는 인트라 예측 모드)를 VLC(Variable Length Coding)에 의해 비트로 표현할 경우의 비트 수이다. 이 값은 미리 계산해서 표로 저장한 후에 간단히 참조해서 이용할 수 있다.Here, Distortion is a sum of absolute difference (SAD) or sum of absolute transformed difference (SATD) [JVT of ISO / IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text Description] which is an error value of a luminance block by motion prediction (or intra mode prediction). of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods, "JVT-N046, Jan. 2005], and QP 0 [QP] is a predefined table that controls the specific gravity of Rate and Distortion according to the QP value. Rate is the number of bits when a motion vector (or intra prediction mode) is expressed in bits by Variable Length Coding (VLC). This value can be calculated and stored in a table beforehand for easy reference.

도 2는 H.264/AVC 비디오 인코딩 방법을 도시한 흐름도이다. 도 2에서,

Figure 112006064565972-pat00002
이다. 모든 매크로블록 모드에 대해서 수학식 1에 따라 비용을 구한 후에 가장 작은 비용을 가진 모드를 최종 매 크로블록 모드로 선택한다. LCMD 알고리듬의 연산량이 적은 이유는 첫째, Distortion인 SAD 또는 SATD값은 움직임 예측이나 인트라 모드 예측 과정에서 계산하기 때문에 별도의 추가적인 계산이 필요하지 않고, 둘째, Rate를 구하는데 있어서 실제 매크로블록을 인코딩하는데 필요한 비트 수를 구하지 않고 미리 정의된 표를 이용해서 근사값을 이용하기 때문이다. SATD0는 아래와 같이 정의되어 있다.2 is a flowchart illustrating a H.264 / AVC video encoding method. In Figure 2,
Figure 112006064565972-pat00002
to be. After all the macroblock modes are costed according to Equation 1, the mode having the smallest cost is selected as the final macroblock mode. The reason for the small amount of computation of the LCMD algorithm is that first, the SAD or SATD value, which is a distortion, is calculated during the motion prediction or intra-mode prediction process. Therefore, no additional calculation is required. This is because an approximation is made using a predefined table without obtaining the required number of bits. SATD0 is defined as

I4MB : SATD0 = (24 + a) * QP0[QP], where a>=0I4MB: SATD0 = (24 + a) * QP 0 [QP], where a> = 0

I16MB : SATD0 = 0I16MB: SATD0 = 0

Inter : forward (PRED_L0 [P, B])Inter: forward (PRED_L0 [P, B])

: SATD0 = QP0[QP] * (2 * code_num_of_ref_idx_fwd + Bits_to_code_MVDFW): SATD0 = QP 0 [QP] * (2 * code_num_of_ref_idx_fwd + Bits_to_code_MVDFW)

P_SKIP : SATD0 = -16xQP0[QP]P_SKIP: SATD0 = -16xQP 0 [QP]

Inter : backward (PRED_L1 [B])Inter: backward (PRED_L1 [B])

: SATD0 = QP0[QP] * (Bits_to_code_MVDBW): SATD0 = QP 0 [QP] * (Bits_to_code_MVDBW)

Inter : bi-predictive (BiPred [B])Inter: bi-predictive (BiPred [B])

: SATD0 = QP0[QP] * (2 * code_num_of_ref_idx_fwd + Bits_to_code_fwd_Blk_size + Bits_to_code_bwd_Blk_size + Bits_to_code_MVDFW + Bits_to_code_MVDBW): SATD0 = QP 0 [QP] * (2 * code_num_of_ref_idx_fwd + Bits_to_code_fwd_Blk_size + Bits_to_code_bwd_Blk_size + Bits_to_code_MVDFW + Bits_to_code_MVDBW)

B_SKIP, Direct : SATD0 = -16 * QP0[QP]B_SKIP, Direct: SATD0 = -16 * QP 0 [QP]

즉, SATD0는 실제 매크로블록의 에러 블록을 인코딩해서 나오는 VLC 비트 수 가 아니라, 단지 움직임 벡터 정보와 참조 프레임 정보, 기타 경험적인 가중치로 표현되는 근사화된 비트수이다. 이러한 Rate의 근사값인 SATD0는 오차가 클 수도 있기 때문에 최종 선택된 매크로블록 모드가 차선이 아닌 차차선의 선택이 될 가능성이 커져서 압축율 및 화질이 HCMD에 비해서 떨어지게 된다.In other words, SATD0 is not the number of VLC bits that are obtained by encoding an error block of an actual macroblock, but merely an approximated number of bits represented by motion vector information, reference frame information, and other empirical weights. Since the SATD0, which is an approximation of the rate, may have a large error, the possibility of the final selected macroblock mode being the lane selection rather than the lane increases, resulting in a lower compression ratio and image quality than the HCMD.

2. High-complexity mode decision (HCMD) 알고리듬2. High-complexity mode decision (HCMD) algorithm

HCMD는 Rate-Distortion Optimization (RDO) 라고도 하는데, RDO는 비트율을 의미하는 Rate와 에러율을 의미하는 Distortion을 동시에 낮추기 위한 결합 최적화 문제를 수식으로 표현한 것이다.HCMD is also known as Rate-Distortion Optimization (RDO). RDO is a mathematical expression of the joint optimization problem for reducing the rate, which means bit rate, and the distortion, which means error rate.

RDO 비용함수는 아래 수학식 2와 같다.The RDO cost function is shown in Equation 2 below.

Figure 112006064565972-pat00003
Figure 112006064565972-pat00003

여기에서 Distortion은 복원된 블록의 에러를 SAD, SATD, 또는 SSD (Sum of Squared Difference) [JVT of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text Description of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods," JVT-N046, Jan. 2005 참조] 값으로 나타내고, Rate는 현재 매크로블록을 코딩하는 데 필요한 실제 비트 수를 나타낸다. λMODE는 라그랑제 멀티플라이어 (Lagrange multiplier)로서 Distortion과 Rate의 비중을 조절하는 값이다. λMODE는 수학식 3과 같이 QP에 대한 함수로 표현된다.Here, Distortion reports errors in the restored block to SAD, SATD, or Sum of Squared Difference (SSD) [JVT of ISO / IEC MPEG and ITU-T VCEG, "Text Description of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods," JVT-N046, Jan. Value], and Rate represents the actual number of bits needed to code the current macroblock. λ MODE is a Lagrange multiplier that controls the specific gravity of the distortion and rate. λ MODE is expressed as a function of QP as in Equation 3.

Figure 112006064565972-pat00004
Figure 112006064565972-pat00004

수학식 3은 Distortion이 SSD로 계산될 경우이고, 만약 Distortion이 SAD 또는 SATD로 계산된다면, 라그랑제 멀티플라이어는 수학식 4와 같다.Equation 3 is the case where the distortion is calculated as SSD, and if the distortion is calculated as SAD or SATD, Lagrange multiplier is the same as Equation 4.

Figure 112006064565972-pat00005
Figure 112006064565972-pat00005

실제 모드 결정 문제는 블록의 움직임 벡터(또는 인트라 모드) 예측 및 블록의 변환/양자화에 의한 비트율 측정의 결합 최적화 문제이고, 주변 블록과의 상관 관계가 있기 때문에, 진정한 최적의 해를 찾기에는 많은 연산량을 필요로 한다. 따라서 차선의 해를 찾기 위해서 첫째, 주변 블록과의 상관 관계를 무시하고, 두 번째, 블록의 움직임 예측(또는 인트라 모드 예측)과 변환/양자화에 의한 비트율 측정 부분을 분리시켜서 각각의 최적의 해를 찾는 차선의 알고리듬이 바로 HCMD 알고리듬이다.The real mode decision problem is a joint optimization problem of bit rate measurement by predicting the motion vector (or intra mode) of the block and transform / quantization of the block, and since it is correlated with the neighboring block, it requires a large amount of computation to find a true optimal solution. need. Therefore, in order to find the suboptimal solution, first, it ignores the correlation with neighboring blocks, and second, separates the bit rate measurement part by the motion prediction (or intra mode prediction) of the block and the conversion / quantization and solves each optimal solution. The next best algorithm is the HCMD algorithm.

즉, HCMD 알고리듬은 "RDO를 이용한 움직임 예측(또는 인트라 모드 예측)"과 "RDO를 이용한 모드 결정" 부분으로 나뉘어서 수행된다.That is, the HCMD algorithm is performed by dividing into "motion prediction using RDO (or intra mode prediction)" and "mode determination using RDO".

2.1 RDO를 이용한 움직임 예측 및 인트라 모드 예측2.1 Motion prediction and intra mode prediction using RDO

비트율과 에러율 면에서 최선의 움직임 벡터를 찾기 위해서, 움직임 예측에 도 RDO 개념이 이용된다. 움직임 비용 함수는 수학식 5와 같다. 수학식 5에서는 SATD라고 기재되어 있으나, 필요한 경우 SAD가 이용될 수도 있다.In order to find the best motion vector in terms of bit rate and error rate, the RDO concept is also used for motion prediction. The motion cost function is shown in Equation 5. In Equation 5, it is described as SATD, but SAD may be used if necessary.

Figure 112006064565972-pat00006
Figure 112006064565972-pat00006

여기서 m은 움직임 벡터, p는 예측 벡터, R(m-p)은 미리 계산되어 표에 저장된 움직임 벡터와 예측 벡터의 차분의 VLC 비트 수이다. 그리고 s 와 c 는 각각 현재 블록 및 예측 블록을 의미한다. 에러율을 나타내는 SATD는 움직임 예측 과정에서 현재 블록과 예측 블록간의 휘도 신호 차분으로 계산하고, 비트율을 나타내는 R(m-p)은 미리 계산된 표를 참조하기 때문에 움직임 비용을 구하는 연산량은 LCMD 알고리듬과 비슷하다.Where m is a motion vector, p is a prediction vector, and R ( m - p ) is the number of VLC bits of the difference between the motion vector and the prediction vector, which are precomputed and stored in the table. And s and c denote current blocks and prediction blocks, respectively. The SATD, which represents the error rate, is calculated as the difference of the luminance signal between the current block and the predictive block during the motion prediction process, and R ( m - p ), which represents the bit rate, refers to a pre-calculated table, so the computational cost for calculating the motion cost is similar to that of the LCMD algorithm. Do.

사실 움직임 벡터뿐만 아니라 최선의 참조 프레임도 구해야 하고, B 슬라이스에서는 최선의 움직임 예측 방향도 결정해야 한다. 이러한 것을 고려한 비용 함수가 각각 수학식 6 및 수학식 7로 표시된다.In fact, not only the motion vector but also the best reference frame must be obtained, and the B slice must also determine the best motion prediction direction. The cost function taking this into account is represented by equations (6) and (7), respectively.

Figure 112006064565972-pat00007
Figure 112006064565972-pat00007

Figure 112006064565972-pat00008
Figure 112006064565972-pat00008

여기서 R(REF)는 참조 프레임 인덱스의 VLC 비트 수이고, 미리 계산해서 표 에 저장해서 이용한다. PDIR은 B 슬라이스에서 4개의 값을 가지며, PDIR∈{FORW, BACK, BIDIR, DIRECT}이다.Here, R (REF) is the number of VLC bits of the reference frame index, which is calculated in advance and stored in a table for use. PDIR has four values in the B slice and is PDIR∈ {FORW, BACK, BIDIR, DIRECT}.

인트라 모드인 I16MB의 모드 예측 비용 함수는 움직임 예측과 다르게 수학식 8로 정의된다.The mode prediction cost function of I16MB, which is an intra mode, is defined by Equation 8 unlike motion prediction.

Figure 112006064565972-pat00009
Figure 112006064565972-pat00009

여기서 IMODE는 4개의 예측 모드 IMODE∈{VERT, HOR, DC, PLANE}를 나타낸다. 즉, 네 가지 방향의 SATD를 모두 구해보고 가장 작은 비용을 가진 IMODE를 I16MB 모드의 인트라 예측 모드로 결정하게 된다.Here, IMODE represents four prediction modes IMODE '{VERT, HOR, DC, PLANE}. In other words, all four directions of the SATD are obtained, and the lowest cost IMODE is determined as the intra prediction mode of the I16MB mode.

또 다른 인트라 모드인 I4MB 및 색차 신호 인트라 모드는 현재 4x4 서브블록의 코딩이 주변 서브블록의 영향을 받기 때문에, 수학식 8을 이용하여 인트라 예측 모드를 구하는 경우 에러가 커지게 된다. 따라서, 아래에 설명하는 "RDO를 이용한 모드 결정 방법"으로 모드 예측과 결정을 동시에 수행한다. 휘도 신호가 I16MB 또는 I4MB 같은 인트라 모드인 경우에는 색차 신호도 4개의 방향으로 인트라 예측을 하는 인트라 모드로 코딩된다.In another intra mode, I4MB and chrominance signal intra mode, since coding of a 4x4 subblock is affected by neighboring subblocks, an error increases when the intra prediction mode is obtained using Equation 8. Therefore, mode prediction and determination are simultaneously performed with the "mode determination method using RDO" described below. When the luminance signal is an intra mode such as I16MB or I4MB, the color difference signal is also coded in the intra mode for intra prediction in four directions.

RDO를 이용한 움직임 예측 과정이 도 2에 도시되어 있다. LCMD 알고리듬과의 차이점은 SATD0가아니라 라그랑제 멀티플라이어를 이용한다는 것이다. 즉, 수학식 5의 비용을 구하는 움직임 예측 과정에서 가장 작은 비용을 가진 움직임 벡터를 최종 움직임 벡터로 선택하고, 움직임 벡터를 결정한 후에 모든 참조 프레임에 대하 여 수학식 6의 비용을 구한 후에 가장 작은 비용을 가진 참조 프레임을 선택한다. 또한 B 슬라이스의 경우에는 4개의 예측 방향에 대해서 수학식 7에 따라 비용을 구한 후에 역시 가장 작은 비용을 가진 예측 방향을 최종 예측 방향으로 선택한다.The motion prediction process using the RDO is shown in FIG. The difference with the LCMD algorithm is that it uses Lagrange multipliers, not SATD0. In other words, in the motion estimation process of calculating the cost of Equation 5, the smallest cost is selected after selecting the motion vector having the smallest cost as the final motion vector, determining the motion vector, and then obtaining the cost of Equation 6 for all reference frames. Select a reference frame with. In the case of B slices, the cost is calculated according to Equation 7 for four prediction directions, and then the prediction direction having the smallest cost is selected as the final prediction direction.

2.2 RDO를 이용한 모드 결정2.2 Mode Determination using RDO

RDO를 이용한 움직임 예측이 끝난 후에 RDO를 이용한 모드 결정을 수행한다. HCMD 알고리듬에서 매크로블록 모드의 비용인 RDCost(Rate-Distortion Cost)는 수학식 9로부터 구할 수 있다.After the motion prediction using the RDO is finished, the mode decision using the RDO is performed. Rate-Distortion Cost (RDCost), which is the cost of the macroblock mode in the HCMD algorithm, can be obtained from Equation 9.

Figure 112006064565972-pat00010
Figure 112006064565972-pat00010

여기에서 MODE는 슬라이스마다 다른 값들을 가지며,Where MODE has different values for each slice,

Figure 112006064565972-pat00011
Figure 112006064565972-pat00011

이다. R(s, c, MODE|QP)는 비트율의 척도이고, MODE와 QP가 주어졌을 때 현재 매크로블록을 코딩하기 위해 필요한 모든 비트 수, 즉, 매크로블록 헤더, 움직임 벡터, 참조 프레임 인덱스, 양자화된 정수(Integer) 변환 계수들의 VLC 코드들의 합을 의미한다. s와 c는 각각 현재 블록과 복원된 블록을 나타낸다. SSD는 에러율의 척도이고, YUV 4:2:0 포맷에서 휘도 신호와 색차 신호를 모두 포함하는 수학 식 10으로 표현된다.to be. R (s, c, MODE | QP) is a measure of the bit rate, and given the number of bits needed to code the current macroblock given MODE and QP, i.e., macroblock header, motion vector, reference frame index, quantized Means the sum of VLC codes of integer transform coefficients. s and c represent the current block and the restored block, respectively. SSD is a measure of error rate and is represented by Equation 10 including both a luminance signal and a chrominance signal in YUV 4: 2: 0 format.

Figure 112006064565972-pat00012
Figure 112006064565972-pat00012

HCMD 알고리듬이 연산량이 많은 가장 큰 이유는 R(s, c, MODE|QP)을 구하기 위해서는 휘도 및 색차 블록의 예측 에러를 정수 변환하고, 양자화한 후에 엔트로피 코딩까지 해야 하기 때문이다. 즉, 20여 개의 모드를 가진 P 슬라이스에서 하나의 매크로블록의 최종 모드를 구하기 위해서는 변환/양자화/엔트로피 코딩을 20여 회 반복해야 한다. 또한 LCMD에 비해서 별도의 계산인 SSD 연산을 20여 회 수행해야 하는 것도 연산량 증가의 원인이다.The biggest reason why the HCMD algorithm has a large amount of computation is that in order to obtain R (s, c, MODE | QP), the prediction error of the luminance and chrominance blocks must be integer converted, quantized, and even entropy coded. That is, in order to obtain the final mode of one macroblock in a P slice having about 20 modes, it is necessary to repeat transform / quantization / entropy coding about 20 times. In addition, the need for 20 SSD operations, which is a separate calculation compared to LCMD, is another cause of the increase in the amount of computation.

도 3은 HCMD 알고리듬을 도시한 흐름도이다. 도 3을 참조하면, [Intra mode decision] 부분이 I16MB와 I4MB 의 RDCost를 구하는 부분인데, 인터 모드 검사과 다르게 4번의 루프를 돌면서 4번의 계산이 필요하다. 수학식 9의 SSD 및 R()을 구하기 위해서는 휘도 신호뿐만 아니라 색차 신호의 에러값도 고려해야 하므로 색차 신호의 네 가지 인트라 모드 각각에 대해서 휘도 신호의 인트라 모드를 계산하는 방식이 최적의 방식이기 때문이다. 따라서 최종 매크로블록 모드를 구하기 위한 인트라 모드 검사도 움직임 예측이 필요한 인터 모드 검사에 비해 적지 않은 연산량을 필요로 한다.3 is a flow diagram illustrating an HCMD algorithm. Referring to FIG. 3, the [Intra mode decision] part obtains the RDCosts of I16MB and I4MB. Unlike the inter mode check, four calculations are required by rotating four loops. In order to calculate SSD and R () of Equation 9, not only the luminance signal but also the error value of the chrominance signal must be taken into account, since the intra mode of the luminance signal is calculated for each of the four intra modes of the chrominance signal. . Therefore, the intra mode check for obtaining the final macroblock mode also requires a small amount of computation compared to the inter mode check requiring motion prediction.

3. Fast high-complexity mode decision (FHCMD) 알고리듬Fast high-complexity mode decision (FHCMD) algorithm

FHCMD는 HCMD의 연산량을 줄이는 것을 그 목적으로 한다. 기본적으로 HCMD 알고리듬에 2가지 아이디어를 추가하는 것으로 구성되어 있다. 첫번째는 SKIP 모드(P_SKIP, B_SKIP)가 최선이라는 사실을 미리 예측하면 나머지 인터 및 인트라 모드들의 움직임 예측 및 RDCost 계산을 적응적으로 모두 스킵할 수 있다는 것이다 (SKIP mode detection at the early stage). 두번째 아이디어는 별도로 정의한 수식에 의한 판단으로 인트라 모드 검사를 선택적으로 스킵하는 것이다 (selective intra mode decision) (B. Jeon and J. Lee, "Fast mode decision for H.264," JVT-J033, Dec. 2003. 참조).FHCMD aims to reduce the amount of computation of HCMD. It basically consists of adding two ideas to the HCMD algorithm. The first is to predict in advance that the SKIP modes (P_SKIP, B_SKIP) are the best and can adaptively skip both the motion prediction and the RDCost calculation of the remaining inter and intra modes (SKIP mode detection at the early stage). The second idea is to selectively skip intra-mode checks by decision by separately defined equations (B. Jeon and J. Lee, "Fast mode decision for H.264," JVT-J033, Dec. 2003.).

도 4는 스킵(SKIP) 모드를 미리 판별하는 알고리듬과 선택적인 인트라 모드 검사 알고리듬을 도시한 흐름도이다. "SKIP 조건"은 아래와 같다.4 is a flow diagram illustrating an algorithm for pre-determining a skip mode (SKIP) and an optional intra mode check algorithm. "SKIP condition" is as follows.

(1) 움직임 보상 블록의 크기가 16x16 이다.(1) The size of the motion compensation block is 16x16.

(2) 참조 프레임은 바로 이전 프레임이다. 즉, 참조 프레임 인덱스는 0 이다.(2) The reference frame is the previous frame. That is, the reference frame index is zero.

(3) 움직임 벡터가 예측 벡터(PMV; predicted motion vector)와 같다.(3) The motion vector is equal to the predicted motion vector (PMV).

(4) 휘도 및 색차 신호 블록의 양자화된 계수가 모두 0이다.(4) The quantized coefficients of the luminance and chrominance signal blocks are all zero.

이런 스킵 조건은 P16x16 인터 모드의 RDCost 계산 과정에서 모두 구할 수 있기 때문에, 먼저 P16x16 인터 모드의 RDCost 계산을 수행한 후에, 스킵 조건을 모두 만족하면 나머지 모드들의 움직임 예측 및 RDCost 계산을 모두 건너뛰고 스킵 모드를 최종 매크로블록 모드로 선택한다. 이 스킵 알고리듬만으로도 연산량은 크게 감소한다. 선택적인 인트라 모드 검사에는 AR과 ABE 라는 두 개의 값을 별도의 계산을 통해서 구해야 한다. AR은 최선의 인터 모드에서 블록 에러를 인코딩하기 위해 필요한 평균 비트 수를 나타내고, ABE 는 현재 블록과 복원된 이웃 블록과의 경계 화소들의 평균 에러를 의미한다. AR 과 ABE는 각각 수학식 11 및 수학식 12로부터 구할 수 있다.Since this skip condition can be obtained during the RDCost calculation process of the P16x16 inter mode, after performing the RDCost calculation of the P16x16 inter mode, if all the skip conditions are satisfied, all the motion prediction and the RDCost calculation of the remaining modes are skipped. Select as the final macroblock mode. This skip algorithm alone reduces the amount of computation. Optional intra-mode tests require two values, AR and ABE, to be calculated separately. AR represents the average number of bits needed to encode the block error in the best inter mode, and ABE represents the average error of boundary pixels between the current block and the reconstructed neighboring block. AR and ABE can be obtained from Equations 11 and 12, respectively.

Figure 112006064565972-pat00013
Figure 112006064565972-pat00013

Figure 112006064565972-pat00014
Figure 112006064565972-pat00014

여기서 Yorg, Cborg, Crorg는 현재 매크로블록의 화소 값이고, Yrec, Cbrec, Crrec는 복원된 이웃 매크로블록의 화소 값이다.Where Y org , Cb org , and Cr org are pixel values of the current macroblock, and Y rec , Cb rec , and Cr rec are pixel values of the restored neighboring macroblock.

ABE 값이 AR 값보다 큰 경우에는 인트라 모드 검사를 스킵하기 때문에 연산량이 평균 20% 정도 줄어들게 된다. FHCMD 알고리듬의 장점은 LCMD에 견줄만한 연산량의 감소이고, 단점은 단순한 스킵 판단 구조에 의해 특정 시퀀스에서 에러율의 증가를 보이는 것이다. 또한 별도의 추가적인 ABE 계산이 필요한 것도 약간의 부담으로 작용한다.If the ABE value is greater than the AR value, the intra mode check is skipped, resulting in an average 20% reduction in computation. An advantage of the FHCMD algorithm is a reduction in computational capacity comparable to that of LCMD. The disadvantage is the simple skip decision structure, which increases the error rate in a particular sequence. In addition, the need for additional ABE calculations is a small burden.

상술한 바와 같이, H.264/AVC 인코더는 동영상의 압축을 위하여 많은 연산량을 요구한다. 연산량을 감소시키기 위하여 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 방법이 제안되었으나, 종래의 스킵 방법은 특정 시퀀스에서 에러율이 증가하고 추가적인 연산이 필요하다는 문제점이 있다.As described above, the H.264 / AVC encoder requires a large amount of computation for compressing a video. In order to reduce the amount of computation, a method of skipping the intra macroblock mode check has been proposed. However, the conventional skip method has a problem in that an error rate increases in a specific sequence and additional computation is required.

본 발명은 색차 신호 비용의 최소값인 인트라 색채 비용(CHCost) 및 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)에 따라 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵함으로써 출력 비트스트림의 화질 및 압축율은 높게 유지함과 동시에 연산량은 대폭 감소시키는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention skips intra macroblock mode checking according to intra color cost (CHCost), which is the minimum value of the chrominance signal cost, and the motion cost (J motion ) of the luminance signal, thereby maintaining high image quality and compression ratio of the output bitstream, while greatly increasing the amount of computation. It is an object of the present invention to provide a method of skipping intra macroblock mode check of a reducing H.264 / AVC encoder.

본 발명에 따른 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법은 (a) 색차 신호 비용의 최소값인 인트라 색채 비용(CHCost)을 구하는 단계; (b) 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)을 구하는 단계; (c) 상기 인트라 색채 비용이 휘도 신호의 움직임 비용보다 큰 경우 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계; (d) 상기 인트라 색채 비용이 0보다 크고 예측된 움직임 벡터와 현재 움직임 벡터와의 차분(MVD)의 절대값이 소정값보다 작은 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계; 및 (e) I16MB 모드의 인트라 예측 비용(JI16MB)이 상기 휘도 신호의 움직임 비용보다 큰 경우 상기 I16MB 모드의 RD 비용(RDCost) 계산을 스킵하 는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.An intra macroblock mode check skip method of an H.264 / AVC encoder according to the present invention includes the steps of: (a) obtaining an intra color cost (CHCost) which is a minimum value of a color difference signal cost; (b) obtaining a motion cost J motion of the luminance signal; (c) skipping intra macroblock mode checking if the intra color cost is greater than the motion cost of the luminance signal; (d) skipping the intra macroblock mode check if the intra color cost is greater than zero and the absolute value of the difference (MVD) between the predicted motion vector and the current motion vector is less than a predetermined value; And (e) skipping an RD cost (RDCost) calculation of the I16MB mode when the intra prediction cost (J I16MB ) of the I16MB mode is larger than the motion cost of the luminance signal.

인트라 색채 비용(CHCost)은Intra Color Cost (CHCost)

Figure 112006064565972-pat00015
Figure 112006064565972-pat00015

에 의해 구하는 것이 바람직하다.It is preferable to obtain by.

상기 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)은The motion cost J motion of the luminance signal is

Figure 112006064565972-pat00016
Figure 112006064565972-pat00016

또는or

Figure 112006064565972-pat00017
Figure 112006064565972-pat00017

에 의해 구하는 것이 바람직하다.It is preferable to obtain by.

상기 (c) 단계는 상기 인트라 색채 비용(CHCost) 및 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)이In the step (c), the intra color cost CHCost and the motion cost J motion of the luminance signal are

Figure 112006064565972-pat00018
Figure 112006064565972-pat00018

를 만족하는 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to include the step of skipping the intra macroblock mode check if satisfied.

상기 인트라 색채 비용 및 차분(MVD)의 절대값이The absolute value of the intra color cost and difference (MVD)

Figure 112006064565972-pat00019
Figure 112006064565972-pat00019

를 만족하는 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 TH d 는 3인 것이 바람직하다.It is preferable to include the step of skipping the intra macroblock mode check if satisfied. Here, it is preferable that TH d is 3.

상기 I16MB 모드의 인트라 예측 비용(JI16MB) 및 상기 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)이The intra prediction cost (J I16MB ) and the motion cost (J motion ) of the luminance signal in the I16MB mode

Figure 112006064565972-pat00020
Figure 112006064565972-pat00020

을 만족하는 경우 상기 I16MB 모드의 RD 비용(RDCost) 계산을 스킵하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 TH e 는

Figure 112006064565972-pat00021
를 만족하는 것이 바람직하다.It is preferable to include the step of skipping the RD cost (RDCost) calculation of the I16MB mode when satisfied. Here, TH e is
Figure 112006064565972-pat00021
It is desirable to satisfy.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail.

H.264/AVC 인코더는 인터 매크로블록 모드의 효율성이 매우 좋기 때문에, 상대적으로 인트라 매크로블록 모드의 선택 비율은 보통 1% 안팎으로 현저하게 떨어진다. 그러나 예외적으로 인트라 모드가 10% 이상 많이 선택되는 영상이 존재하기 때문에 모드 결정 알고리듬에서는 인트라 매크로블록 모드 검사를 일방적으로 스킵 하기가 쉽지 않다. 인트라 매크로블록 모드는 10개 이상인 인터 모드에 비해서 2개의 모드(I16MB, I4MB)만 가지지만, 도 3에 도시된 바와 같이 HCMD 알고리듬에서는 인트라 색차 예측 모드에 따라서 각각 4번씩의 검사를 수행하기 때문에 연산량이 많다. 본 발명은 색차 신호의 인트라 예측 에러 정보 및 휘도 신호의 움직임 예측 비용을 이용해서 더 정확하게 인트라 모드 검사를 스킵하는 방법을 제공한다.Since the H.264 / AVC encoder is very efficient in inter macroblock mode, the selection ratio of intra macroblock mode is relatively low, usually around 1%. However, due to the exceptionally large number of images selected by the intra mode over 10%, it is not easy to unilaterally skip the intra macroblock mode check in the mode decision algorithm. Intra macroblock mode has only two modes (I16MB, I4MB) compared to 10 or more inter modes, but as shown in FIG. 3, the HCMD algorithm performs four checks according to the intra chrominance prediction mode, respectively. There are a lot. The present invention provides a method for skipping intra mode checking more accurately by using intra prediction error information of a chrominance signal and a motion prediction cost of a luminance signal.

도 5는 본 발명에 따른 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5에서 굵은 실선으로 표시된 부분이 본 발명에 따른 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법에 관한 것이다.5 is a flowchart illustrating a method of skipping an intra macroblock mode according to the present invention. The portion shown in bold solid lines in FIG. 5 relates to the intra macroblock mode skipping method according to the present invention.

본 발명에 따른 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법은 인터 모드를 대변할 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)을 구하고(S100), 인트라 모드를 대표하는 인트라 색차 신호의 비용(CHCost)을 수학식 13으로부터 구한다(S110).In the intra macroblock mode skipping method according to the present invention, the motion cost (J motion ) of the luminance signal representing the inter mode is obtained (S100), and the cost CHCost of the intra color difference signal representing the intra mode is obtained from Equation 13. (S110).

다음에는, CHCost와 Jmotion을 비교하여 CHCost가 Jmotion보다 큰 경우에는 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵한다(S120). CHCost가 Jmotion보다 작은 경우에는 단계(S130)로 진행한다. CHCost가 THc보다 크고 예측된 움직임 벡터와 현재 움직임 벡터와의 차분(MVD)의 절대값이 THd보다 작은 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵한다(S130). 단계(130)의 조건이 만족되지 않는 경우에는 I16MB 모드의 인트라 예측 비용(JI16MB)을 계산하고 JI16MB이 Jmotion보다 큰 경우에는 상기 I16MB 모드의 RD 비용(RDCost) 계산을 스킵한다(S140, S150).Next, if CHCost is greater than J motion by comparing CHCost with J motion , intra macroblock mode checking is skipped (S120). If CHCost is smaller than J motion , the flow proceeds to step S130. When CHCost is larger than TH c and the absolute value of the difference MVD between the predicted motion vector and the current motion vector is smaller than TH d , the intra macroblock mode check is skipped (S130). If the condition of step 130 is not satisfied, the intra prediction cost (J I16MB ) of the I16MB mode is calculated. If the J I16MB is larger than J motion , the RD cost (RDCost) calculation of the I16MB mode is skipped (S140, S150).

이하에서는 상술한 과정에 대하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the above-described process will be described in more detail.

먼저, 인트라 모드를 대표하는 인트라 색차 신호의 비용(CHCost)은 수학식 13으로부터 구할 수 있다.First, the cost CHCost of the intra chrominance signal representing the intra mode can be obtained from Equation 13.

Figure 112006064565972-pat00022
Figure 112006064565972-pat00022

여기에서 CIMODE는 색차 블록의 4개의 인트라 예측 모드이고, CIMODE∈{DC, HOR, VERT, PLANE}이다. 즉, 색차 신호의 비용인 CHCost는 8x8 블록 Cb 와 Cr 인트라 예측 에러 블록에 대해 각각 4번의 4x4 블록 하다마드 변환을 수행한 후에 각각의 계수들을 합한 값 들 중에서 최소값이다. 실제로 LCMD에서는 상기 수학식 13을 이용해서 색차 신호의 인트라 예측 모드를 구한다. 즉, 수학식 13을 이용하면 의미적으로 최적은 아니지만, 차선의 색차 인트라 예측 모드인 CIMODE를 구할 수 있고, 예측 오류값인 CHCost를 얻을 수 있다.Where CIMODE is the four intra prediction modes of the chrominance block, CIMODE∈ {DC, HOR, VERT, PLANE}. That is, CHCost, which is the cost of the chrominance signal, is the minimum value among the sum of the coefficients after performing 4x4 block Hadamard transforms on 8x8 block Cb and Cr intra prediction error blocks, respectively. In the LCMD, the intra prediction mode of the color difference signal is obtained using Equation (13). In other words, using Equation 13, although not semantically optimal, CIMODE, which is a lane color difference intra prediction mode, can be obtained, and CHCost, which is a prediction error value, can be obtained.

인터 모드를 대변할 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)은 RDO를 이용한 움직임 예측 비용 함수에 관한 수학식 6 또는 수학식 7을 이용하여 구한다. 인터 매크로블록 모드의 비용에서 가장 중요한 항목이 바로 휘도 블록의 움직임 비용이다. 움직임 비용은 최선의 움직임 벡터를 찾기 위한 것이지만, 그 이면에는 블록의 움직임 보상 에러도 포함하고 있다. 그래서 움직임 비용이 적으면 적을수록 그 블록은 움직임 벡터에 의한 비트 수뿐만 아니라 예측 에러도 적기 때문에 인터 블록이 될 가 능성이 커지는 것이다. 인트라 색차 비용은 YCbCr4:2:0 포맷 영상의 인트라 매크로블록 모드의 비용에서 인트라 휘도 비용의 절반의 역할을 하고 있다. 그렇기 때문에 인트라 휘도 블록의 에러 값이 아무리 작아도 인트라 색차 블록의 에러 값이 커지면 그 블록은 인터 블록이 될 가능성이 커진다.The motion cost (J motion ) of the luminance signal representing the inter mode is obtained using Equation 6 or 7 relating to the motion prediction cost function using RDO. The most important item in the cost of the inter macroblock mode is the motion cost of the luminance block. The motion cost is to find the best motion vector, but behind it also includes the motion compensation error of the block. Thus, the smaller the motion cost, the greater the likelihood that the block becomes an interblock because there are fewer prediction errors as well as the number of bits due to the motion vector. The intra chrominance cost is half of the intra luminance cost in the cost of the intra macroblock mode of the YCbCr4: 2: 0 format picture. Therefore, even if the error value of the intra luminance block is small, if the error value of the intra chrominance block becomes large, the block is likely to become an inter block.

본 발명이 제시하는 수식들은 기존에 LCMD, HCMD, FHCMD 알고리듬들에서 이용하던 수학식 6, 수학식 7 및 수학식 13을 이용하기 때문에 별도의 추가적인 계산은 거의 필요하지 않다.Since the equations presented by the present invention use Equations 6, 7 and 13, which are conventionally used in LCMD, HCMD, and FHCMD algorithms, additional additional calculations are hardly needed.

이하에서는, 영상의 종류에 따라 인트라 모드 검사를 스킵하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of skipping the intra mode test according to the type of the image will be described in detail.

1. 고화질 및 다양하고 화려한 색상을 가진 영상에서 인트라 모드 검사 스킵1.Skip intra mode checks on high-definition and colorful images

색차 신호의 인트라 예측 에러가 휘도 신호의 움직임 예측 에러보다 너무 크면 인트라 모드 검사를 스킵할 수 있다. YCbCr 4:2:0 포맷의 영상에서는 색차 신호의 화소 수가 휘도 신호의 절반이기 때문에, 색차 신호 블록 에러가 휘도 신호 블록 에러의 50%보다 클 경우에는 인트라 모드 검사를 스킵할 수 있다. 수식으로 표현한 인트라 모드 스킵을 위한 충분조건은 수학식 14와 같다.If the intra prediction error of the chrominance signal is too large than the motion prediction error of the luminance signal, the intra mode check can be skipped. In the YCbCr 4: 2: 0 format image, since the number of pixels of the chrominance signal is half the luminance signal, the intra mode check can be skipped when the chrominance signal block error is greater than 50% of the luminance signal block error. Sufficient conditions for skipping the intra mode expressed by the equation are shown in Equation 14.

Figure 112006064565972-pat00023
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여기에서 THa 는 0.5 이상의 값이고, THb는 영상의 상황에 맞게 선택할 수 있는 값이다. 예를 들어, THa는 0.5, THb는 256일 수 있다. 수학식 14에서 Jmotion은 인터 모드들의 움직임 예측 과정에서 구한 움직임 비용 중에서 가장 작은 값이고, 휘도 블록 에러 정보 및 움직임 벡터, 참조 프레임 정보가 포함되어 있다. Jmotion은 당연히 추가적인 계산이 필요 없이 움직임 예측의 결과로 구할 수 있고, CHCost는 LCMD 알고리듬에서는 색차 신호의 인트라 예측을 위해서 이용하기 때문에 추가적인 계산이 필요 없고, HCMD 알고리듬에서는 하다마드 변환 및 더하기 연산인 SATD 연산이 추가적으로 필요하다. 그러나 색차 신호에 대한 SATD 연산량은 그리 크지 않다.TH a is a value of 0.5 or more, and TH b is a value that can be selected according to the situation of the image. For example, TH a may be 0.5 and TH b may be 256. In Equation 14, J motion is the smallest value among the motion costs obtained in the motion prediction process of the inter modes, and includes luminance block error information, a motion vector, and reference frame information. Naturally, J motion can be obtained as a result of motion prediction without additional calculations, and since CHCost is used for intra prediction of the chrominance signal in LCMD algorithm, no additional calculation is required, and SATD, which is a Hadamard transform and addition operation, in HCMD algorithm An additional operation is needed. However, the amount of SATD computation for chrominance signals is not very large.

수학식 14는 주로 QP가 낮은 고화질 영상이나, 화려하고 다양한 색상을 가진 영상의 인코딩에서 효과가 크다. 예를 들어, MPEG 테스트 영상에서 Mobile & Calendar, Paris, Shields 등에서 효과가 크다. 이것은 고화질 및 화려하고 다양한 색상을 가진 영상에서는 색차 신호의 인트라 예측 에러가 인터 움직임 예측 에러보다 커질 가능성이 커지기 때문이다. 그러나 더욱 중요한 것은 저화질 영상의 코딩이나 밋밋한 색상을 가진 영상의 코딩에서 효과가 거의 없다 하더라도 에러도 거의 없다는 것이다. 즉, 효과가 없는 경우에는 수학식 14의 충분 조건을 만족시키는 블록의 수가 크게 줄어서 인트라 모드 검사 스킵율이 떨어질 뿐이지, 조건은 만족시키지만 실제로는 인트라 매크로블록 모드로 선택되어야 하는데 잘못된 스킵으로 인해 인터 모드로 선택되는 에러는 거의 발생하지 않는다. 에러율을 더 감소시키기 위하여 주변의 4개 블록(위쪽, 왼쪽, 왼쪽 위, 오른쪽 위) 중에 하나라도 인트라 매크로블록 모드일 경우에는 수학식 14의 조건에 관계없이 인트라 모드 검사를 수 행할 수도 있다.Equation (14) is mainly effective in encoding a high-definition video having a low QP or a video having colorful and various colors. For example, it is effective in Mobile & Calendar, Paris, Shields, etc. in MPEG test video. This is because the intra prediction error of the chrominance signal is more likely to be larger than the inter motion prediction error in a high quality image and a colorful and various color image. More importantly, however, there is little error if there is little effect in the coding of low quality images or the coding of smooth colors. In other words, if there is no effect, only the number of blocks satisfying the sufficient condition of Equation 14 is greatly reduced, and the intra mode check skip rate is reduced, but the condition is satisfied but the intra macroblock mode is actually selected. The error that is selected rarely occurs. In order to further reduce the error rate, the intra mode check may be performed regardless of the condition of Equation 14 when any one of the four neighboring blocks (upper, left, upper left, upper right) is in the intra macroblock mode.

2. 움직임 예측이 잘 되는 블록에서 인트라 모드 검사 스킵2. Intra mode check skip in block with good motion prediction

움직임이 거의 없거나 일관된 움직임을 갖는 영상의 경우 대부분의 매크로블록 모드가 인터 모드로 선택된다. 이러한 영상에서는 시간적 상관 관계를 이용하는 인터 모드가 공간적 상관 관계를 이용하는 인트라 모드보다 RDCost 비용이 적어지기 때문이다. 이런 특징을 이용하여 예측된 움직임 벡터(PMV) 정보와 CHCost 정보를 이용하여 인트라 모드 검사를 선택적으로 스킵할 수 있다. 즉, 인트라 색차 블록 비용인 CHCost가 너무 작으면 최종 매크로블록 모드가 인트라 모드가 될 가능성이 조금 커지기 때문에, 일정 값보다 커져야 하고, 블록의 움직임을 단적으로 표현할 수 있는 차분 움직임 벡터의 값이 특정 값보다 작아야 한다. 스킵하기 위한 충분 조건은 수학식 15와 같다. 수학식 15의 두 가지 조건을 모두 만족시키면 인트라 모드 검사를 스킵한다.Most macroblock modes are selected as inter mode for images with little or no motion. This is because the inter mode using temporal correlation has a lower RDCost cost than the intra mode using spatial correlation in such an image. Using this feature, intra mode checking can be selectively skipped using the predicted motion vector (PMV) information and CHCost information. In other words, if CHCost, the intra chrominance block cost, is too small, it is more likely that the final macroblock mode will be intra mode. Therefore, the value of the differential motion vector that can express the movement of the block is greater than the specific value. Should be small. Sufficient conditions for skipping are as shown in equation (15). If both conditions of Equation 15 are satisfied, the intra mode check is skipped.

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여기서 THc는 0 이상의 값이다. 예를 들어, THc = QP+200일 수 있다. 즉, QP에 따라서 스레시홀드(threshold) 값이 커지는 적응적인 구조이다. MVD(Motion Vector Difference)는 예측된 움직임 벡터와 현재 움직임 벡터와의 차분이고, 현재 블록이 일관된 움직임을 갖거나 움직임이 없음을 나타내는 지표로서 가치를 가진 다. 인트라 모드를 검사하기 전에 선택된 최선의 인터 모드가 P8x8 모드라면 4개 이상의 움직임 벡터 쌍이 존재한다. 그런 경우에는 각각의 MVD가 모두 THd 보다 작은 조건을 만족해야 한다. MVD 값이 작을수록 일관된 움직임을 나타낸다. MVD 는 1/4 화소 단위의 값이고, THd는 영상에 따라 0 이상의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, THd=3일 수 있다. THd가 3인 것은 움직임 벡터와 예측 벡터의 절대 오차가 1/2 화소 이내여야 함을 나타낸다. 스킵 모드의 경우에는 MVD가 항상 0 이어서 일관된 움직임을 파악하는 데 적절치 않기 때문에, P16x16 블록 모드의 MVD 값을 대신 이용한다. 에러율을 줄이기 위해서 주변 블록 중에 하나라도 인트라 매크로블록 모드인 경우에는 수학식 15의 조건에 관계없이 인트라 모드 검사를 수행할 수 있다. 또한 영상에 따라 에러율을 더욱 줄이기 위해서는 최선의 인터 모드가 스킵 모드일 경우에는 I4MB의 검사만 스킵하도록 할 수도 있다. 수학식 15는 수학식 14와 반대로 QP가 높아질수록(저화질일수록) 더 큰 효과를 발휘한다. 왜냐하면 영상의 저화질 코딩일수록 양자화에 의한 영상의 평활화가 심해져서 움직임 예측에 의한 MVD 값이 작아질 가능성이 커지기 때문이다.TH c is a value of 0 or more. For example, TH c = QP + 200. In other words, it is an adaptive structure in which a threshold value increases according to QP. Motion Vector Difference (MVD) is the difference between the predicted motion vector and the current motion vector, and is valuable as an indicator that the current block has a consistent motion or no motion. If the best inter mode selected before checking the intra mode is the P8x8 mode, then there are four or more motion vector pairs. In such a case, each MVD must satisfy the condition smaller than TH d . Smaller MVD values indicate consistent motion. MVD is a value of 1/4 pixel unit, and TH d may have a value of 0 or more according to an image. For example, TH d = 3. TH d of 3 indicates that the absolute error of the motion vector and the prediction vector should be within 1/2 pixel. In the case of skip mode, MVD is always 0, which is not suitable for identifying a consistent motion, so the MVD value of the P16x16 block mode is used instead. In order to reduce the error rate, when one of the neighboring blocks is in the intra macroblock mode, the intra mode check may be performed regardless of the condition of Equation 15. In addition, in order to further reduce the error rate according to the image, only the I4MB check may be skipped when the best inter mode is the skip mode. In contrast to Equation 14, the higher the QP (the lower the quality), the greater the effect. This is because the lower the quality coding of an image, the greater the smoothing of the image due to quantization, and thus the greater the possibility that the MVD value due to motion prediction becomes smaller.

3. I16MB 모드의 RDCost 계산 스킵3. Skip RDCost calculation in I16MB mode

HCMD 알고리듬에서 I16MB 모드 검사는 수학식 8에 의해서 최선의 인트라 모드를 구하고, 수학식 9에 의해서 RDCost를 구한다. 여기서 수학식 8은 휘도 블록의 인트라 예측 에러를 구하기 위한 식이다. 그러므로 수학식 16과 같이 인터 매크로블록 모드의 휘도 블록만을 고려하는 움직임 비용 Jmotion이 I16MB 모드의 인트라 예 측 비용 JI16MB 보다 작으면 I16MB 모드의 RDCost 계산을 스킵할 수 있다.In the HCMD algorithm, the I16MB mode check obtains the best intra mode by using Equation 8, and obtains RDCost by using Equation 9. Equation 8 is an equation for obtaining an intra prediction error of a luminance block. Therefore, as shown in Equation 16, if the motion cost J motion considering only the luminance block of the inter macroblock mode is less than the intra prediction cost JI16MB of the I16MB mode, the RDCost calculation of the I16MB mode may be skipped.

Figure 112006064565972-pat00025
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여기에서 Jmotion은 움직임 예측 과정에서 구한 인터 모드들의 움직임 비용 중에서 가장 작은 값이다. THe 는 0 이상의 값을 가진다. 예를 들어,

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일 수 있다. 여기서 floor(x)는 실수 x보다 작고 원래 x의 값에 가장 가까운 정수를 만드는 함수이다. λMOTION이 QP에 관한 함수이므로 THe는 QP가 커질수록 큰 값을 갖게 된다. 에러율을 감소시키기 위하여 주변 블록 중에 하나라도 인트라 모드인 경우에는 수학식 16의 조건에 관계없이 RDCost 계산을 수행할 수 있다. 수학식 16의 조건을 평가하기 위해서 별도의 추가적인 계산을 전혀 필요 없다. 왜냐하면 기존의 모드 결정 알고리듬에서 모두 구해서 이용하는 값들을 다른 시각으로 재사용하기 때문이다. 수학식 16은 QP가 낮을수록 큰 효과를 발휘하고, QP가 비교적 높은 32 인 영상 코딩에서도 평균 70% 이상의 스킵 효과를 보여준다.Here J motio n is the smallest among the motion cost of inter modes obtained from the motion estimation process. TH e has a value of 0 or more. E.g,
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Can be. Where floor (x) is a function that produces an integer smaller than real x and closest to the original x value. Since λ MOTION is a function of QP, TH e has a larger value as QP increases. In order to reduce the error rate, when any one of the neighboring blocks is in the intra mode, the RDCost calculation may be performed regardless of the condition of Equation 16. In order to evaluate the condition of Equation 16, no additional calculation is required. This is because the values obtained and used in the existing mode decision algorithm are reused in different views. Equation 16 exhibits a greater effect with a lower QP, and shows an average skip effect of 70% or more even in a 32-bit image coding having a relatively high QP.

본 발명에 따른 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법은 종래 방법과 달리 인트라 색차 예측 정보도 효율적으로 이용하여 적응적으로 인트라 모드 검사를 스킵할 수 있다. 또한 스킵의 판단 근거를 얻기 위한 추가적인 계산을 최소화함으로써 매크로블록 모드 결정 루틴의 연산량뿐만 아니라 전체 인코더 연산량도 화질 저하 없이 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 여러 가지 조건 파라미터를 적절하게 조절함으로써 에러율(화질 저하) 및 연산량을 조절할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 스킵 방법은 화상회의 인코더 같은 실시간 인코딩이 필요한 응용 분야나 저전력이 필요한 모바일 비디오 환경에서 우수한 인코딩 성능을 제공한다.The intra macroblock mode skip method of the H.264 / AVC encoder according to the present invention can adaptively skip the intra mode check by using the intra chrominance prediction information efficiently, unlike the conventional method. In addition, by minimizing the additional calculation to obtain the basis of the skip decision, not only the calculation amount of the macroblock mode determination routine but also the entire encoder calculation amount can be greatly reduced without deterioration of image quality. In addition, the error rate (deterioration in image quality) and the amount of calculation can be adjusted by appropriately adjusting various condition parameters. Accordingly, the intra macroblock mode skipping method of the H.264 / AVC encoder according to the present invention provides excellent encoding performance in applications requiring real-time encoding such as videoconferencing encoder or mobile video environment requiring low power.

Claims (8)

(a) 색차 신호 비용의 최소값인 인트라 색채 비용(CHCost)을 구하는 단계;(a) obtaining an intra color cost (CHCost) that is a minimum of the color difference signal cost; (b) 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)을 구하는 단계;(b) obtaining a motion cost J motion of the luminance signal; (c) 상기 인트라 색채 비용이 휘도 신호의 움직임 비용보다 큰 경우 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계;(c) skipping intra macroblock mode checking if the intra color cost is greater than the motion cost of the luminance signal; (d) 상기 인트라 색채 비용이 0보다 크고 예측된 움직임 벡터와 현재 움직임 벡터와의 차분(MVD)의 절대값이 소정값보다 작은 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계; 및(d) skipping the intra macroblock mode check if the intra color cost is greater than zero and the absolute value of the difference (MVD) between the predicted motion vector and the current motion vector is less than a predetermined value; And (e) I16MB 모드의 인트라 예측 비용(JI16MB)이 상기 휘도 신호의 움직임 비용보다 큰 경우 상기 I16MB 모드의 RD 비용(RDCost) 계산을 스킵하는 단계(e) skipping an RD cost (RDCost) calculation of the I16MB mode when the intra prediction cost (J I16MB ) of the I16MB mode is greater than the motion cost of the luminance signal. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.An intra macroblock mode check skip method of an H.264 / AVC encoder, comprising: a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계는Step (a) is 수학식 1Equation 1
Figure 112006064565972-pat00027
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 에 의해 인트라 색채 비용(CHCost)을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.And calculating an intra color cost (CHCost) by the H.264 / AVC encoder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는Step (b) is 수학식 2Equation 2
Figure 112006064565972-pat00028
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 또는 수학식 3Or equation (3)
Figure 112006064565972-pat00029
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 에 의해 상기 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.And obtaining a motion cost (J motion ) of the luminance signal by using the H.264 / AVC encoder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계는 상기 인트라 색채 비용(CHCost) 및 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)이In the step (c), the intra color cost CHCost and the motion cost J motion of the luminance signal are 수학식 4Equation 4
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 를 만족하는 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.And skipping the intra macroblock mode check if it satisfies the H.264 / AVC encoder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인트라 색채 비용 및 차분(MVD)의 절대값이The absolute value of the intra color cost and difference (MVD) 수학식 5Equation 5
Figure 112007050912110-pat00039
Figure 112007050912110-pat00039
 를 만족하는 경우 상기 인트라 매크로블록 모드 검사를 스킵하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.And skipping the intra macroblock mode check if it satisfies the H.264 / AVC encoder. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 TH d 는 3인 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.And wherein TH d is 3, wherein the intra macroblock mode check skip method of the H.264 / AVC encoder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 I16MB 모드의 인트라 예측 비용(JI16MB) 및 상기 휘도 신호의 움직임 비용(Jmotion)이The intra prediction cost (J I16MB ) and the motion cost (J motion ) of the luminance signal in the I16MB mode 수학식 6Equation 6
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 을 만족하는 경우 상기 I16MB 모드의 RD 비용(RDCost) 계산을 스킵하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.And skipping the RD cost (RDCost) calculation of the I16MB mode if the S1 is satisfied. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 TH e 는 TH e is 수학식 7Equation 7
Figure 112006064565972-pat00033
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 를 만족하는 것을 특징으로 하는 H.264/AVC 인코더의 인트라 매크로블록 모드 검사 스킵 방법.The method of skipping the intra macroblock mode check of an H.264 / AVC encoder, characterized by satisfying the following.
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