KR102162998B1 - Hevc 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 amvp 생성 시간 단축 방법 및 장치 - Google Patents

Hevc 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 amvp 생성 시간 단축 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법 및 장치가 제시된다. 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법은 HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 후보로 준비하는 단계, 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하는 단계 및 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 단계를 포함한다.

Description

HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법 및 장치{Method and Apparatus for AMVP Reuse Scheme for Parallel Motion Estimation in an HEVC Encoder}
본 발명은 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법 및 장치에 관한 것이다.
HEVC(High Efficiency Video Coding)는 고해상도 비디오 응용을 위한 인코딩 표준으로, H.264/AVC와 비교하여 높은 압축 성능을 갖는다. HEVC의 화면 간 예측에서는 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 기술을 통해 ME(Motion Estimation)을 위한 MVP(Motion Vector Predictor) 후보를 생성한다. AMVP 기술은 ME에서 빠르고 정확한 예측 블록 생성과 MV(Motion Vector) 인코딩을 위한 정보량을 줄이는데 도움이 된다. HEVC 인코더는 CU(Coding Unit) 단위로 비디오 정보를 인코딩하고, CU 내의 PU(Prediction Unit) 단위로 예측 블록을 생성한다. 현재 PU에 대한 AMVP 생성을 위해서는 이웃 블록들의 예측 수행 결과가 필요하다. 따라서 HEVC 인코더 고속화를 위한
PU 레벨 ME 병렬처리를 수행할 때, 예측이 수행되지 않은 이웃 블록과의 의존성 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술들은 PU간의 의존성 문제를 제거하여 PU 레벨 ME 병렬처리를 수행하는데 도움을 주었다. 하지만 의존성 문제가 발생한 PU를 위한 표준 AMVP를 다시 생성할 때, 반복되는 AMVP 후보 정보 계산으로 많은 시간이 소요된다는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 PU 레벨 ME 병렬처리를 수행할 때, 예측이 수행되지 않은 이웃 블록과의 의존성 문제가 발생하고, 의존성 문제가 발생한 PU를 위한 표준 AMVP를 다시 생성할 때, 반복되는 AMVP 후보 정보 계산으로 많은 시간이 소요된다는 문제점을 해결하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법은 HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 후보로 준비하는 단계, 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하는 단계 및 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 단계를 포함한다.
상기 HEVC에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV 정보를 AMVP 후보로 준비하는 단계는 하나의 CU 내에 존재하는 PU(Prediction Unit)의 번호를 블록의 숫자로 나타내고, AMVP 후보의 방향과 위치를 블록의 알파벳과 숫자로 나타낸다.
상기 HEVC에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV 정보를 AMVP 후보로 준비하는 단계는 AMVP 후보를 준비할 때, 후보 블록의 MV가 참조하는 참조 프레임과 현재 프레임의 참조 프레임이 다른 경우, 스케일 과정을 거쳐 후보 블록의 MV를 변환한다.
상기 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 단계는 ME(Motion Estimation) 수행 이전 AMVP 생성단계에서 ME 수행과 관계없이 항상 같은 값을 갖는 AMVP 후보 정보를 저장하고, ME 수행 이후 최종 AMVP 선택 단계에서 재사용한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 장치는 HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 후보로 준비하는 AMVP 후보 설정부, 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하는 MV 정보 선택부 및 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 최종 AMVP 선택부를 포함한다.
상기 AMVP 후보 설정부는 하나의 CU 내에 존재하는 PU(Prediction Unit)의 번호를 블록의 숫자로 나타내고, AMVP 후보의 방향과 위치를 블록의 알파벳과 숫자로 나타내고, AMVP 후보를 준비할 때, 후보 블록의 MV가 참조하는 참조 프레임과 현재 프레임의 참조 프레임이 다른 경우, 스케일 과정을 거쳐 후보 블록의 MV를 변환한다.
상기 최종 AMVP 선택부는 ME(Motion Estimation) 수행 이전 AMVP 생성단계에서 ME 수행과 관계없이 항상 같은 값을 갖는 AMVP 후보 정보를 저장하고, ME 수행 이후 최종 AMVP 선택 단계에서 재사용한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 반복되는 AMVP 후보 정보 계산으로 많은 시간이 소요된다는 문제점을 해결하고, 의존성 문제가 발생한 PU에서 ME 수행 이후 표준 AMVP를 생성을 위한 소요 시간을 효과적으로 줄일 수 있는 AMVP 재사용 기법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ME 수행 이후 재생성 되어야 하는 AMVP 후보의 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 CU에 대한 표준 AMVP 생성에 필요한 소요 시간의 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서 제안하는 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 재사용(Reuse) 기법은 ME(Motion Estimation) 수행 여부에 따라 값이 변하지 않는 AMVP 후보에 대하여, AMVP 후보 정보를 재사용함으로써 반복되는 계산을 줄이는 것이 목표이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리 이후 발생하는 표준 AMVP 생성 시간 단축 방법은 HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 후보로 준비하는 단계(110), 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하는 단계(120) 및 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 단계(130)를 포함한다.
단계(110)에서, AMVP 후보 설정부를 통해 HEVC에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV 정보를 AMVP 후보로 준비한다. 하나의 CU 내에 존재하는 PU(Prediction Unit)의 번호를 블록의 숫자로 나타내고, AMVP 후보의 방향과 위치를 블록의 알파벳과 숫자로 나타낸다. 그리고, AMVP 후보를 준비할 때, 후보 블록의 MV가 참조하는 참조 프레임과 현재 프레임의 참조 프레임이 다른 경우, 스케일 과정을 거쳐 후보 블록의 MV를 변환한다.
단계(120)에서, MV 정보 선택부를 통해 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택한다.
단계(130)에서, 최종 AMVP 선택부를 통해 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택한다. ME(Motion Estimation) 수행 이전 AMVP 생성단계에서 ME 수행과 관계없이 항상 같은 값을 갖는 AMVP 후보 정보를 저장하고, ME 수행 이후 최종 AMVP 선택 단계에서 재사용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ME 수행 이후 재생성 되어야 하는 AMVP 후보의 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 PU(Prediction Unit) 레벨 병렬처리를 수행할 때 발생하는 의존성 문제 때문에 ME(Motion estimation) 수행 이후 다시 계산되어야 하는 AMVP 후보의 위치와 ME 수행에 관계없이 항상 동일한 정보를 갖는 AMVP 후보의 위치를 보여준다. 도 2에서 블록의 숫자는 하나의 CU 내에 존재하는 PU의 번호를 의미하고, 작은 블록의 알파벳과 그 뒤의 번호는 AMVP 후보의 방향과 위치를 의미한다. HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 좌(Left) 방향의 A0, A1 블록과 윗(Above) 방향의 B0, B1, B2 블록, 시간(Temporal) 방향의 H, C 블록의 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP 후보로 준비한다. 이후 각 방향에서 번호가 낮은 블록에 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하고, 다시 방향에 따라 좌, 위, 시간 순으로 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택한다. AMVP 후보를 준비할 때, 후보 블록의 MV가 참조하는 참조 프레임과 현재 프레임의 참조 프레임이 다른 경우, 후보 블록의 MV를 현재 프레임의 참조 프레임에 사용될 때를 가정하여 값을 조정하는 스케일 과정을 거쳐 후보 블록의 MV를 변환한다.
도 2(a)에서 짙은 음영으로 처리된 A1 블록이 위치하는 1번 PU는 아직 예측을 진행하지 않았기 때문에 MV 정보가 존재하지 않는다. 따라서 ME 수행이 끝나고 2번 PU에 대한 표준 AMVP를 생성할 때 A1 블록의 AMVP 후보는 다시 계산되어야 한다. 마찬가지로 도 2(b)에서는 ME 수행 이후 4번 PU의 B1 블록의 AMVP 후보를 다시 계산해주어야 한다. 하지만 2번 PU의 A1 블록과 4번 PU의 B1 블록을 제외한 모든 블록의 AMVP 후보는 ME 수행 여부에 관계없이 같은 값을 갖는다. 따라서 ME 수행 이전 AMVP 생성단계에서 ME 수행과 관계없이 항상 같은 값을 갖는 AMVP 후보 정보를 저장하고, ME 수행 이후 표준 AMVP 생성 단계에서 재사용함으로써 불필요한 AMVP 후보 생성 과정의 반복을 막을 수 있다. 10번과 12번 PU의 경우 2번 PU와 동일한 방법으로 표준 AMVP 생성 단계에서 A1 블록을 제외한 모든 AMVP 후보의 중복되는 계산을 막을 수 있다. 6번과 8번 PU의 경우에도 4번 PU와 동일한 방법으로 AMVP 재사용 기법을 적용할 수 있다. 다시 말해, 앞서 설명한 AMVP 후보의 계산 방법을 반복하지 않아 시간을 단축할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 CU에 대한 표준 AMVP 생성에 필요한 소요 시간의 변화를 나타내는 도면이다.
의존성 문제가 발생한 PU에서 ME 수행 이후 표준 AMVP 정보를 생성할 때 AMVP 재사용 기법에 따른 소요 시간의 변화를 분석한다. 하드웨어에서의 수행 시간 변화를 알아보기 위해 종래기술에서 제작한 AMVP 하드웨어를 사용한다. 종래기술의 AMVP 하드웨어는 3개의 PU에 대한 병렬처리를 수행하며, 하나의 PU에 대한 AMVP를 생성하는데 스케일의 여부에 따라 최소 1 사이클(Cycle)에서 최대 3 사이클이 소요된다. Low-Delay-P 배열(Configuration)과 2개의 참조 프레임을 사용하는 HEVC 하드웨어를 가정하면, AMVP 후보의 MV 정보는 절반의 확률로 스케일 과정을 거친다. 따라서 ME 이후 표준 AMVP 생성에 2.125 Cycle이 소요되며, AMVP 재사용 기법을 적용하면 1.5 Cycle이 소요된다. 도 3은 13개의 PU가 존재하는 하나의 CU에서, AMVP 재사용 기법 적용에 따른 표준 AMVP 생성에 소요되는 수행 시간의 변화를 나타낸다.
도 3(a)과 도 3(b)는 각각 AMVP 재사용 기법을 적용하기 전과 후를 의미한다. 의존성 문제가 발생하는 6개의 PU에 대한 표준 AMVP를 생성할 때, AMVP 재사용 기법을 적용하지 않으면 4.25 Cycle이 소요된다. 반면 AMVP 재사용 기법을 사용하면 표준 AMVP를 생성하는데 소요되는 시간이 3 사이클로 감소하여, 표준 AMVP 생성에 소요되는 시간이 약 30% 감소한다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (7)

  1. HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 후보로 준비하는 단계;
    각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하는 단계; 및
    각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 단계
    를 포함하고,
    상기 각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 단계는,
    ME(Motion Estimation) 수행 이전 AMVP 생성단계에서 ME 수행과 관계없이 항상 같은 값을 갖는 AMVP 후보 정보를 저장하고, ME 수행 이후 최종 AMVP 선택 단계에서 재사용하며,
    수행 여부에 따라 값이 변하지 않는 AMVP 후보에 대하여, AMVP 후보 정보를 재사용함으로써 반복되는 계산을 감소시키는
    표준 AMVP 생성 시간 단축 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 HEVC에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV 정보를 AMVP 후보로 준비하는 단계는,
    하나의 CU 내에 존재하는 PU(Prediction Unit)의 번호를 블록의 숫자로 나타내고, AMVP 후보의 방향과 위치를 블록의 알파벳과 숫자로 나타내는
    표준 AMVP 생성 시간 단축 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 HEVC에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV 정보를 AMVP 후보로 준비하는 단계는,
    AMVP 후보를 준비할 때, 후보 블록의 MV가 참조하는 참조 프레임과 현재 프레임의 참조 프레임이 다른 경우, 스케일 과정을 거쳐 후보 블록의 MV를 변환하는
    표준 AMVP 생성 시간 단축 방법.
  4. 삭제
  5. HEVC(High Efficiency Video Coding)에서는 복수의 방향의 블록에 대한 MV(Motion Vector) 정보를 AMVP(Advanced Motion Vector Predictor) 후보로 준비하는 AMVP 후보 설정부;
    각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 하나의 MV 정보를 선택하는 MV 정보 선택부; 및
    각각의 방향에 따라 우선순위를 두어 서로 다른 2개의 MV 정보를 최종 AMVP로 선택하는 최종 AMVP 선택부
    를 포함하고,
    상기 최종 AMVP 선택부는,
    ME(Motion Estimation) 수행 이전 AMVP 생성단계에서 ME 수행과 관계없이 항상 같은 값을 갖는 AMVP 후보 정보를 저장하고, ME 수행 이후 최종 AMVP 선택 단계에서 재사용하며,
    수행 여부에 따라 값이 변하지 않는 AMVP 후보에 대하여, AMVP 후보 정보를 재사용함으로써 반복되는 계산을 감소시키는
    표준 AMVP 생성 시간 단축 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 AMVP 후보 설정부는,
    하나의 CU 내에 존재하는 PU(Prediction Unit)의 번호를 블록의 숫자로 나타내고, AMVP 후보의 방향과 위치를 블록의 알파벳과 숫자로 나타내고,
    AMVP 후보를 준비할 때, 후보 블록의 MV가 참조하는 참조 프레임과 현재 프레임의 참조 프레임이 다른 경우, 스케일 과정을 거쳐 후보 블록의 MV를 변환하는
    표준 AMVP 생성 시간 단축 장치.
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
박승원, 이채은, "HEVC 인코더에서 움직임 예측의 병렬처리를 위한 PU간 AMVP 후보 정보 공유 방법", 대한전자공학회 학술대회, 2017.06.30., p733-734.*

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