KR20080013843A - 동영상의 무손실 부호화, 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인터 예측 결과에 의한 레지듀얼 블록 내부의 화소들 사이의 차이를 계산하여 형성된 차분 레지듀얼 블록을 부호화함으로써 압축률을 높인 무손실 동영상 부호화 및 복호화 방법, 그 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 동영상의 무손실 부호화 방법은, 참조 영상과 현재 영상간에 소정 크기의 블록 단위로 인터 예측을 수행하여 부호화할 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 생성하고, 예측 블록과 현재 블록과의 차에 해당하는 레지듀얼 블록을 생성하며, 소정 방향에 따라서 레지듀얼 블록을 구성하는 화소들 사이의 차이를 계산하여 차분 레지듀얼 블록을 생성한 다음, 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 인터 예측의 결과 출력되는 레지듀얼 블록의 무손실 부호화시의 압축률을 향상시킬 수 있다.

Description

동영상의 무손실 부호화, 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for loseless encoding and decoding image}

본 발명은 동영상 데이터의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인터 예측 결과에 의한 레지듀얼 블록 내부의 화소들 사이의 차이를 계산하여 형성된 차분 레지듀얼 블록을 부호화함으로써 압축률을 높인 무손실 동영상 부호화 및 복호화 방법, 그 장치에 관한 것이다.

영상 신호의 압축 표준 중 하나인 H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding) 는 다중 참조 움직임 보상(multiple reference motion compensation), 루프 필터링(loop filtering), 가변 블록 크기 움직임 보상(variable block size motion compensation), CABAC과 같은 엔트로피 코딩 등 압축 효율을 증가시키기 위한 다양한 기술을 채택하고 있다.

H.264 표준안에 따르면, 하나의 프레임에 포함된 복수 개의 매크로 블록, 또는 매크로 블록을 이분할하거나 사분할하여 얻어진 서브 블록 단위로 부호화 및 복호화를 수행한다. 그리고, 인터 예측(inter prediction) 및 인트라 예측(intra prediction)에서 이용가능한 모든 부호화 모드에서 각각의 매크로 블록을 부호화한 다음, 블록의 부호화에 소요되는 비트율 및 원래 블록과 복호화된 블록과의 왜곡 정도에 따라서 최적의 부호화 모드를 하나 정해 블록을 부호화한다. 여기서, 인터 예측은 현재 프레임의 매크로 블록의 움직임을 예측하는데 있어서 인접한 프레임의 매크로 블록을 참조하여 예측을 수행하는 것을 말하고, 인트라 예측은 인코딩하고자 하는 현재 프레임의 매크로 블록을 그 프레임 내에서 인접한 매크로 블록을 이용하여 예측을 수행하는 것을 말한다.

한편, 동영상의 부호화에는 손실 부호화 및 무손실 부호화가 있다. 동영상을 무손실 부호화하기 위해서는 예측 결과에 따른 예측 블록과 현재 블록 사이의 차이인 오차 신호를 DCT(Discrete Cosine Transform)나 양자화하지 않고 그대로 엔트로피 부호화한다. 종래 기술에 따르면, 상기 오차 신호인 레지듀얼 블록에 대하여 별도의 처리 과정을 거치지 않고 엔트로피 부호화를 수행하거나, 현재 레지듀얼 블록에 인접한 주변 블록의 화소값을 이용하여 형성된 차분값을 엔트로피 부호화하기 때문에 압축률이 떨어지고, 파이프 라인 기법을 이용한 병렬 처리에 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소정 크기의 블록 단위로 인터 예측을 수행한 결과 출력되는 레지듀얼 블록 내부의 화소들 사이의 차이를 계산하여 차분 레지듀얼 블록을 생성하고 상기 차분 레지듀얼 블록을 부호화함으로써 압축률을 증가시킨 무손실 동영상 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 동영상의 무손실 부호화 방법은, 참조 영상과 현재 영상간에 소정 크기의 블록 단위로 인터 예측을 수행하여 부호화할 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 생성하는 단계; 상기 예측 블록의 화소와 상기 현재 블록의 대응하는 화소들 사이의 차에 해당하는 잔차 신호로 이루어진 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 소정 방향에 따라서 상기 레지듀얼 블록을 구성하는 잔차 신호들 사이의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값에 기초하여 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 및 상기 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 무손실 부호화 장치는, 참조 영상과 현재 영상간에 소정 크기의 블록 단위로 인터 예측을 수행하여 부호화할 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 생성하는 인터 예측부; 상기 예측 블록의 화소와 상기 현재 블록의 대응하는 화소들 사이의 차에 해당하는 잔차 신호로 이루어진 레지듀얼 블록을 생성하 는 감산부; 소정 방향에 따라서 상기 레지듀얼 블록을 구성하는 잔차 신호들 사이의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값에 기초하여 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 차분 레지듀 변환부; 및 상기 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 무손실 복호화 방법은, 인터 예측된 예측 블록과 현재 블록의 차이인 레지듀얼 블록 내부의 화소들 사이의 차이를 계산하여 생성된 차분 레지듀얼 블록에 기초하여 엔트로피 부호화된 비트스트림을 수신하는 단계; 상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 차분 레지듀얼 블록을 복호화하는 단계; 상기 복호화된 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환을 수행하여 상기 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 및 상기 레지듀얼 블록과 상기 비트스트림에 포함된 영상 데이터를 이용하여 인터 예측된 블록을 가산하여 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 무손실 복호화 장치는, 인터 예측된 예측 블록과 현재 블록의 차이인 레지듀얼 블록 내부의 화소들 사이의 차이를 계산하여 생성된 차분 레지듀얼 블록에 기초하여 엔트로피 부호화된 비트스트림을 수신하고, 상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 차분 레지듀얼 블록을 출력하는 엔트로피 복호화부; 상기 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환을 수행하여 상기 레지듀얼 블록을 생성하는 차분 레지듀 변환부; 상기 비트스트림에 포함된 영상 데이터를 이용하여 인터 예측된 블록을 생성하는 인터 예측부; 및 상기 레지듀얼 블록과 상기 인터 예측된 블록을 가산하여 영상을 복원하는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 무손실 부호화 방법은 입력 영상에 대하여 소정 크기의 블록 단위로 예측을 수행하여 부호화할 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 생성하는 단계; 상기 예측 블록의 화소와 상기 현재 블록의 대응하는 화소들 사이의 차에 해당하는 잔차 신호로 이루어진 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 소정 방향에 따라서 상기 레지듀얼 블록을 구성하는 잔차 신호들 사이의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값에 기초하여 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 및 상기 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 무손실 복호화 방법은 소정 방향에 따라서 예측 블록과 현재 블록의 대응하는 화소들 사이의 차에 해당하는 잔차 신호로 이루어진 레지듀얼 블록을 구성하고, 상기 레지듀얼 블록의잔차 신호들 사이의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값에 기초하여 생성된 차분 레지듀얼 블록을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림을 수신하는 단계; 상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 상기 차분 레지듀얼 블록을 복호화하는 단계; 상기 복호화된 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환을 수행하여 상기 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 및 상기 레지듀얼 블록과 상기 비트스트림에 포함된 영상 데이터를 이용하여 예측된 블록을 가산하여 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 인터 예측의 결과 출력되는 레지듀얼 블록의 무손실 부호화시의 압축률을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 레지듀얼 블록 내부의 화소들을 이용하여 차분 레지듀얼 블록을 형성하여 엔트로피 부호화를 수행함으로써 이전 블록의 화소를 이용하는 종래 기술과 달리 파이프라인 기법을 이용한 병렬 처리를 통하여 처리 속도의 큰 변화없이 압축률을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 부호화 장치(100)는 움직임 추정부(102), 움직임 보상부(104), 인트라 예측부(106), 감산부(107), 차분 레지듀 변환부(108), 변환/양자화부(110), 엔트로피 부호화부(112), 차분 레지듀 역변환부(114), 역변환/역양자화부(116), 가산부(117), 프레임 메모리(118) 및 필터(120)를 포함한다.

상기 움직임 추정부(102)는 상기 프레임 메모리(118)에 저장된 참조 프레임의 영상에서 현재 매크로 블록과 가장 유사한 영역을 독출하는 움직임 추정을 수행한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 움직임 추정부(102)에서 움직임 추정을 수행하는 과정을 나타낸 도 2을 참조하면, 상기 움직임 추정부(102)는 참조 프레임에서 현재 매크로블록의 위치를 중심으로 하는 소정 영역을 탐색하여, 탐색 영역내에서 현재 매크로블록과의 차이가 최소가 되는 영역을 가장 유사한 영역으로 선택한다. 또한, 상기 움직임 추정부(102)는 상기 가장 유사한 영역과 현재 매크로 블록과의 공간상의 위치 차이를 움직임 벡터 형태로 출력한다.

상기 움직임 보상부(104)는 상기 움직임 벡터를 이용하여 상기 프레임 메모리(118)에 저장된 참조 프레임의 영상에서 현재 매크로 블록과 가장 유사한 영역을 독출하여 인터 예측된 예측 블록을 생성한다. 이와같이, 상기 움직임 추정부(102) 및 움직임 보상부(104)는 상호 작용하여 인터 예측을 수행하는 인터 예측부로서 동작한다.

상기 인트라 예측부(106)는 현재 블록의 예측치를 현재 픽처내에서 찾는 인트라 예측을 수행한다.

상기 인터 예측 및 인트라 예측 과정은 16×16 크기의 매크로 블록 뿐만 아니라, 16×8, 8×16, 8×8, 8×4, 4×8 및 4×4 크기의 블록에 대하여 수행될 수 있다.

인터 예측 또는 인트라 예측이 수행되어 현재 부호화할 블록에 대응되는 예측 블록이 형성되면, 상기 감산부(107)는 현재 블록과 상기 예측 블록과의 차이를 계산하여 레지듀얼(residual) 블록(Dn)을 출력한다. 일반적으로 영상의 부호화시의 데이터량을 줄이기 위해서 레지듀얼을 부호화한다.

손실 부호화의 경우, 레지듀얼 블록은 변환/양자화부(110)에서 이산 여현 변환 및 양자화 과정을 거치고, 양자화된 레지듀얼 블록은 엔트로피 부호화부(112)에서 엔트로피 부호화되어 비트스트림으로 출력된다.

무손실 부호화의 경우, 레지듀얼 블록은 변환/양자화부(110)를 거치지 않고 엔트로피 부호화된다. 특히 본 발명에 따른 영상 부호화 장치(100)는 인터 예측 결과로 출력되는 상기 레지듀얼 블록을 차분 레지듀 변환부(108)를 통해 차분 레지 듀얼 블록으로 변환하며, 상기 차분 레지듀얼 블록을 상기 엔트로피 부호화부(112)에서 엔트로피 부호화하여 비트스트림으로 출력한다.

도 3은 본 발명에 따른 차분 레지듀 변환부(108)에서 변환되는 레지듀얼 블록을 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이, 상기 움직임 추정부(102) 및 움직임 보상부(104)에서 인터 예측된 예측 블록은 현재 블록으로부터 감산되고, 그 결과 레지듀얼 블록(300)이 출력된다. 도 3에서는, 16×16 크기의 매크로 블록에 대응되는 인터 예측된 레지듀얼 블록을 나타내고 있으며, 상기 레지듀얼 블록의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값을 r_{x ,y}라고 표시하기로 한다.

상기 차분 레지듀 변환부(108)는 상기 도 3에 도시된 바와 같은 소정 크기의 레지듀얼 블록을 입력받고, 소정 방향에 따라서 상기 레지듀얼 블록(300)을 구성하는 화소들 사이의 차이를 계산하여 차분 레지듀얼 블록을 생성한다. 즉, 상기 레지듀얼 블록(300)을 구성하는 화소들 사이에 수평 방향 또는 수직 방향으로 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)을 수행하여 차분 레지듀얼 블록을 생성한다. 이와 같이 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 이유는 레지듀얼 블록(300)을 구성하는 화소값의 크기를 작게 함으로써 압축률을 향상시키기 위한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 차분 레지듀 변환부(106)에서 수평 방향의 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 차분 레지듀 변환부(106)에서 수직 방향의 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 과정을 나타낸 도 면이며, 도 6은 상기 차분 레지듀 변환부(106)에서 생성된 차분 레지듀얼 블록을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 차분 레지듀 변환부(108)는 상기 도 3의 레지듀얼 블록(300)의 각 화소들을 중심으로 수평 방향에 인접한 이웃 화소값을 감산하여 생성된 화소들로 구성되는 수평 차분 레지듀얼 블록(400)을 형성한다. 즉, 상기 레지듀얼 블록의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값을 r_{x ,y}라고 하면, 상기 수평 차분 레지듀얼 블록(400)의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값 r'_{x ,y}는 다음의 수학식 1과 같이 계산된다.

여기서, 상기 차분 레지듀얼 블록(400)의 제 1열에 위치한 화소들, 즉, r'_0,0, r'_{1 ,0}, r'_{2 ,0},..., r'_{15 ,0}은 상기 각 화소들에 대응되는 레지듀얼 블록(300)의 제 1열에 위치한 화소들의 값을 그대로 유지한다. 다시 말해서, r'_N,0=r_N,0(N=0,1,2,...,15)이다.

또한, 도 5를 참조하면, 상기 차분 레지듀 변환부(108)는 상기 도 3의 레지듀얼 블록(300)의 각 화소들을 중심으로 수직 방향에 인접한 이웃 화소값을 감산하여 생성된 화소들로 구성되는 수직 차분 레지듀얼 블록(500)을 형성한다. 즉, 상기 수직 차분 레지듀얼 블록(500)의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값 r'_{x ,y}는 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.

여기서, 상기 차분 레지듀얼 블록(400)의 제 1행에 위치한 화소들, 즉, r'_0,0, r'_{0 ,1}, r'_{0 ,2},..., r'_{0 ,15}는 상기 각 화소들에 대응되는 레지듀얼 블록(300)의 제 1행에 위치한 화소들의 값을 그대로 유지한다. 다시 말해서, r'_0,N=r_0,N(N=0,1,2,...,15)이다.

*상기 차분 레지듀 변환부(108)에서 생성된 수평 또는 수직 차분 레지듀얼 블록(400 또는 500)은 변환 및 양자화 과정을 거치지 않고, 바로 엔트로피 부호화부(112)로 입력되어 CABAC 등을 이용하여 무손실 부호화된다.

한편 상기 차분 레지듀 변환부(108)에서 출력되는 차분 레지듀얼 블록은 차분 레지듀 역변환부(114)에서 상기 도 3에 도시된 바와 같은 레지듀얼 블록으로 역변환되고, 상기 가산부(117)에서 인터 예측된 예측 블록과 가산되어 복원된다. 여기서, 상기 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환은 상기 차분 레지듀얼 블록 내부의 역변환할 화소를 중심으로 소정 방향에 위치한 화소들을 합산하여 수행될 수 있다. 구체적으로는 상기 엔트로피 부호화된 차분 레지듀얼 블록이 수평 방향으로 인접한 화소들 사이의 차이로부터 생성되고 상기 역변환된 차분 레지듀얼 블록의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값을 r'_{x ,y}라 하였을 때, 상기 차분 레지듀 역변환부(114)는 상기 레지듀얼 블록의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값(r_x,y)을 다음의 수학식 3을 통해 계산한다.

또한, 상기 엔트로피 부호화된 차분 레지듀얼 블록이 수직 방향으로 인접한 화소들 사이의 차이로부터 생성된 경우에는, 상기 차분 레지듀 역변환부(114)는 상기 레지듀얼 블록의 x번째 행, y번째 열에 위치한 화소값(r_x,y)을 다음의 수학식 4를 통해 계산한다.

한편, 본 발명에 따른 부호화 방법에 의하지 않고 종래 부호화 방법에 따라서 양자화된 레지듀얼 블록은 역변환/역양자화부(116)를 거쳐 복원된다. 이렇게 복원된 블록은 디블록킹 필터링을 수행하는 필터(120)를 거친 후, 프레임 메모리(118)에 저장되었다가 다음 픽처에 대하여 인터 예측을 수행하는데 사용된다.

도 7은 본 발명에 따른 동영상의 무손실 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트 이다.

도 7을 참조하면, 단계 710에서 움직임 추정부(102) 및 움직임 보상부(104)를 구비한 인터 예측부에서 참조 영상과 현재 영상간에 소정 크기의 블록 단위로 인터 예측을 수행하여 부호화할 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 형성하고, 상기 예측 블록과 현재 블록과의 차에 해당하는 레지듀얼 블록을 출력한다.

단계 720에서, 소정 방향에 따라서 상기 레지듀얼 블록을 구성하는 각 화소들 사이의 차이를 계산하여 차분 레지듀얼 블록을 생성한다. 상기 차분 레지듀얼 블록을 생성하기 위하여 전술한 수학식 1 및 수학식 2가 이용될 수 있다.

단계 730에서, 상기 차분 레지듀얼 블록에 대하여 엔트로피 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력한다.

도 8은 본 발명에 따른 부호화 장치에서 출력되는 비트스트림의 포맷을 대략적으로 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 비트스트림(800)은 부호화 모드 정보등이 구비된 헤더(810) 및 변환 계수나 움직임 벡터 등에 관한 정보등이 구비된 데이터 부분(820)으로 구분된다. 상기 차분 레지듀얼 블록을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행하는 경우 압축률 등의 측면에서 종래 변환되지 않은 레지듀얼 블록을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행하는 경우보다 더 나쁜 성능을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 엔트로피 부호화부(112)는 상기 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하는 모드의 코스트와 상기 레지듀얼 블록을 변환 및 양자화하여 엔트로피 부호화하는 모드의 코스트를 비교하고, 더 작은 코스트를 갖는 모드를 최종적인 부호화 모드로 결정한 다. 또한, 상기 최종적인 부호화 모드를 나타내는 소정의 비트(810a)를 비트스트림의 헤더에 추가함으로써 상기 비트스트림을 수신한 복호화 장치에서 현재 수신되는 비트스트림이 어떠한 방식으로 부호화되었는지를 알린다.

또한, 상기 엔트로피 부호화부(112)는 상기 차분 레지듀얼 블록에 대하여 엔트로피 부호화를 수행한 경우, 상기 차분 레지듀얼 블록의 생성시 인접 화소들을 감산한 소정의 방향을 나타내는 정보를 비트스트림의 헤더에 추가할 수 있다. 예를 들어, 상기 차분 레지듀얼 블록이 수평 또는 수직 방향 중 어느 방향으로 레지듀얼 블록 내의 화소들을 감산하여 형성되었는지를 나타내는 비트(810b)를 비트스트림의 헤더에 추가할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 동영상 무손실 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 복호화 장치(900)는 엔트로피 복호화부(910), 차분 레지듀 역변환부(920), 역양자화/역변환부(930), 가산부(940), 인트라 예측부(950) 및 움직임 보상부(960)를 포함한다.

상기 엔트로피 복호화부(910)는 상기 본 발명에 따른 무손실 부호화 방법에 따라 부호화된 비트스트림을 수신한 경우, 상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 차분 레지듀얼 블록을 출력한다. 또한, 상기 엔트로피 복호화부(910)는 종래 기술에 따라 부호화된 비트스트림을 수신한 경우에는 상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 레지듀얼 블록을 출력한다. 전술한 바와 같이 상기 엔트로피 복호화부(910)는 비트스트림의 헤더에 포함된 부호화 정보로부터 현재 복호화하고자 하는 비트스트림이 어떠한 방식으로 부호화되었는지를 판단할 수 있다.

상기 차분 레지듀 역변환부(920)는 입력된 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환을 수행하여 레지듀얼 블록을 생성한다. 상기 차분 레지듀 역변환부(920)는 상기 도 1의 차분 레지듀 역변환부(114)와 동일하게 동작한다. 구체적으로는 상기 도 6에 도시된 바와 같은 상기 엔트로피 복호화부(910)에서 복호화된 차분 레지듀얼 블록(600)이 입력되면, 상기 차분 레지듀얼 블록(600)의 화소들의 생성시 감산한 소정 방향에 따라 상기 수학시 3 또는 4를 이용하여 레지듀얼 블록을 생성한다. 여기서, 상기 차분 레지듀얼 블록(600)이 수평 방향으로 인접한 화소들 사이의 감산을 통하여 생성된 경우에는 상기 수학식 3을 이용하고, 수직 방향으로 인접한 화소들 사이의 감산을 통하여 생성된 경우에는 상기 수학식 4를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 6과 같은 차분 레지듀얼 블록(600)이 수평 방향으로 인접한 화소들 사이의 감산을 통하여 생성된 경우, 상기 차분 레지듀얼 블록(600)으로부터 레지듀얼 블록의 각 화소값(r_x,y)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

r_{N ,0}=r'_{N ,0} (N=0,1,2,...,15)

r_{N ,1}=r'_{N ,0}+r'_{N ,1}

r_{N ,2}=r'_{N ,0}+r'_{N ,1}+r'_{N ,2}

.......

r_{N ,15}=r'_{N ,0}+r'_{N ,1}+r'_{N ,2}+r'_{N ,3}+...+r'_{N ,11}+r'_{N ,12}+r'_{N ,13}+r'_{N ,14}+r'_{N ,15}

유사하게, 상기 도 6과 같은 차분 레지듀얼 블록(600)이 수직 방향으로 인접한 화소들 사이의 감산을 통하여 생성된 경우, 상기 차분 레지듀얼 블록(600)으로부터 레지듀얼 블록의 각 화소값(r_x,y)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

r_{0 ,N}=r'_{0 ,N} (N=0,1,2,...,15)

r_{1 ,N}=r'_{0 ,N}+r'_{1 ,N}

r_{2 ,N}=r'_{0 ,N}+r'_{1 ,N}+r'_{2 ,N}

.......

r_{15 ,N}=r'_{0 ,N}+r'_{1 ,N}+r'_{2 ,N}+r'_{3 ,N}+...+r'_{11 ,N}+r'_{12 ,N}+r'_{13 ,N}+r'_{14 ,N}+r'_{15 ,N}

상기 움직임 보상부(960)는 상기 비트스트림에 포함된 영상 데이터를 이용하여 인터 예측된 블록을 생성한다. 상기 인터 예측된 블록은 가산부(940)에 상기 복원된 레지듀얼 블록과 합산되어 영상이 복원된다.

한편, 상기 역양자화/역변환부(930)는 손실 부호화 방법을 통해 부호화된 비트스트림에 대한 역양자화 및 역변환을 수행하여 레지듀얼 블록을 생성하며, 상기 인트라 예측부(950) 및 움직임 보상부(960)에서는 복호화된 헤더 정보를 사용하여 부호화된 픽처 타입에 따라서 예측 블록을 생성하고, 상기 생성된 예측 블록은 상기 가산부(940)를 통해 상기 레지듀얼 블록과 더해져서 영상이 복원된다.

도 10은 본 발명에 따른 동영상의 무손실 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 10을 참조하면, 단계 1010에서 상기 엔트로피 복호화부(910)는 본 발명에 따른 무손실 부호화 방법에 따라 부호화된 비트스트림을 수신하고, 상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 차분 레지듀얼 블록을 출력한다.

단계 1020에서, 상기 차분 레지듀 역변환부(920)는 복호화된 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환을 수행하여 레지듀얼 블록을 생성한다. 전술한 바와 같이, 상기 차분 레지듀얼 블록의 생성시 화소들이 감산된 소정의 방향을 고려하여 상기 수학식 3 또는 4를 이용할 수 있다.

단계 1030에서, 상기 움직임 보상부(960)는 상기 비트스트림에 포함된 영상 데이터를 이용하여 인터 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다.

단계 1040에서, 상기 가산부(940)는 상기 차분 레지듀 역변환부(920)에서 생성된 레지듀얼 블록과 상기 움직임 보상부(960)에서 생성된 예측 블록을 가산하여 영상을 복원한다.

표 1은 RGB 4:4:4 포맷으로 구성된 JVT 테스트 시퀀스들에 대하여 종래 기술에 따른 부호화 방법 및 본 발명에 따른 부호화 방법으로 동영상을 압축하였을 때의 압축률을 비교한 표이다. 실험시에 16×16 크기의 매크로 블록 단위로 수평 또는 수직 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하였다.

Sequences	Total bits		Saving bits	Saving Ratio
	종래기술	본발명
analog TV	2869478616	2455621474	413857142	14.42%
cardtoss	2588812120	2374566808	214245312	8.28%
dinner	2582247432	2412085245	170162187	6.59%
bicycle	1864307320	1760634247	103673073	5.56%
tomatoes	2614905896	2276470749	338435147	12.94%
Average	-	-	248074572	9.56%

표 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 부호화 방법에 비하여 본 발명에 따라 차분 레지듀얼 블록을 부호화하는 경우 평균 9.5% 정도의 압축률의 증가를 가져옴을 확인할 수 있다.

한편, 전술한 동영상 부호화 및 복호화 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 동영상 부호화 및 복호화 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

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. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2는 상기 도 1의 움직임 추정부에서 움직임 추정을 수행하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 3은 상기 도 1의 차분 레지듀 변환부로 입력되는 레지듀얼 블록을 나타낸 도면이다.

도 4는 상기 도 1의 차분 레지듀 변환부에서 수평 방향의 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 5는 상기 도 1의 차분 레지듀 변환부에서 수직 방향의 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 6은 상기 도 1의 차분 레지듀 변환부에서 생성된 차분 레지듀얼 블록을 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 동영상의 무손실 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 8은 본 발명에 따른 부호화 장치에서 출력되는 비트스트림의 포맷을 대략적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명에 따른 동영상 무손실 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 10은 본 발명에 따른 동영상의 무손실 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

Claims (2)

1. 동영상의 무손실 부호화 방법에 있어서,

   입력 영상에 대하여 소정 크기의 블록 단위로 예측을 수행하여 부호화할 현재 블록에 대응되는 예측 블록을 생성하는 단계;

   상기 예측 블록의 화소와 상기 현재 블록의 대응하는 화소들 사이의 차에 해당하는 잔차 신호로 이루어진 레지듀얼 블록을 생성하는 단계;

   소정 방향에 따라서 상기 레지듀얼 블록을 구성하는 잔차 신호들 사이의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값에 기초하여 차분 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 및

   상기 차분 레지듀얼 블록을 엔트로피 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무손실 부호화 방법.
2. 동영상의 무손실 복호화 방법에 있어서,

   소정 방향에 따라서 예측 블록과 현재 블록의 대응하는 화소들 사이의 차에 해당하는 잔차 신호로 이루어진 레지듀얼 블록을 구성하고, 상기 레지듀얼 블록의잔차 신호들 사이의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값에 기초하여 생성된 차분 레지듀얼 블록을 이용하여 엔트로피 부호화된 비트스트림을 수신하는 단계;

   상기 비트스트림을 엔트로피 복호화하여 상기 차분 레지듀얼 블록을 복호화하는 단계;

   상기 복호화된 차분 레지듀얼 블록에 대한 역변환을 수행하여 상기 레지듀얼 블록을 생성하는 단계; 및

   상기 레지듀얼 블록과 상기 비트스트림에 포함된 영상 데이터를 이용하여 예측된 블록을 가산하여 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무손실 복호화 방법.

Images