KR20140122189A - 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화 및/또는 복호화 장치 및/또는 방법으로서, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 어느 하나 이상의 블록에 포함되는 샘플에 의하여 참조 샘플을 생성하는 참조 샘플 생성부, 상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성하는 예측 수행부 및 상기 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성하는 예측 값 생성부를 포함한다.

Description

계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화/복호화 방법 및 그 장치{Method and Apparatus for Image Encoding and Decoding Using Inter-Layer Combined Intra Prediction}
본 발명은 비디오 부호화 및 복호화에 관한 방법과 이를 이용하는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 현재 계층의 부호화 혹은 복호화 대상 블록에 대한 예측 샘플을 생성하기 위해 참조 계층 내 대응하는 참조 픽처의 정보를 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 해상도를 가지는 방송 서비스가 국내뿐만 아니라 세계적으로 확대되면서, 많은 사용자들이 고해상도, 고화질의 영상에 익숙해지고 있으며 이에 따라 많은 기관들이 차세대 영상기기에 대한 개발에 박차를 가하고 있다. 또한 HDTV와 더불어 HDTV의 4배 이상의 해상도를 갖는 UHD(Ultra High Definition)에 대한 관심이 증대되면서 보다 높은 해상도, 고화질의 영상에 대한 압축기술이 요구되고 있다.
영상 압축을 위해, 시간적으로 이전 및/또는 이후의 픽처로부터 현재 픽처에 포함된 화소값을 예측하는 화면 간(inter) 예측 기술, 현재 픽처 내의 화소 정보를 이용하여 현재 픽처에 포함된 화소값을 예측하는 화면 내(intra) 예측 기술, 출현 빈도가 높은 심볼(symbol)에 짧은 부호를 할당하고 출현 빈도가 낮은 심볼에 긴 부호를 할당하는 엔트로피 부호화 기술 등이 사용될 수 있다.
영상 압축 기술에는 유동적인 네트워크 환경을 고려하지 않고 하드웨어의 제한적인 동작 환경하에서 일정한 네트워크 대역폭을 제공하는 기술이 있다. 그러나 수시로 대역폭이 변화하는 네트워크 환경에 적용되는 영상 데이터를 압축하기 위해서는 새로운 압축 기술이 요구되고, 이를 위해 스케일러블(scalable) 비디오 부호화/복호화 방법이 사용될 수 있다.
또한, 다양한 공간적 해상도(Spatial Resolution), 다양한 프레임 율(Frame-rate)을 지원할 수 있는 하나의 통합된 데이터를 생성하여 다양한 전송환경과 다양한 단말들에게 데이터를 효율적으로 전송하고자 하는 요구가 증가하고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 상위 계층의 대상 블록에 대한 화면 내 예측을 수행함에 있어, 대상 블록의 주변의 복원된 샘플 또는 하위 계층의 샘플들을 이용하여 결합 예측을 수행할 수 있다. 즉, 상위 계층의 정보를 이용한 예측 값과 하위 계층의 정보를 이용한 예측 값을 결합하거나, 상위 계층과 하위 계층의 정보를 결합한 후 예측을 수행함으로써, 예측 오차를 최소화하여 부호화 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명은 또한, 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 현재 계층 내 부호화/복호화 대상에 대한 참조 픽처 리스트에 추가하여 다른 계층의 정보를 이용한 예측을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 대상으로 예측(예컨대, 움직임 예측)을 수행하여 원본 신호와 예측 신호 사이의 차분 신호가 최소가 되도록 예측 신호를 생성하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 현재 부호화/복호화 대상 블록에 대한 참조 픽처 리스트에 추가할 때, 부호화 정보, 예측 구조의 깊이 정보 등을 이용하여 적응적으로 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처의 참조 픽처 리스트 내 위치를 결정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치는, 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 복호화 장치로서, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 어느 하나 이상의 블록에 포함되는 샘플에 의하여 참조 샘플을 생성하는 참조 샘플 생성부와, 상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성하는 예측 수행부 및 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성하는 예측 값 생성부를 포함 할 수 있다.
다른 실시예로서, 하위 계층의 블록을 이용하지 않고 참조 샘플을 생성하는 경우, 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하고, 하위 계층의 블록을 이용하여 참조 샘플을 생성하는 경우, 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않을 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 샘플들의 결합에 의하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 상기 샘플들의 결합은 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 쉬프트(shift)중 어느 하나의 연산을 수행하여 2개 이상의 값을 결합 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 참조 샘플 생성부의 블록에 포함되는 샘플들의 결합시 각 샘플의 값의 가중치를 다르게 적용하여 결합 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않을 수 있다.
상기 예측 수행부는 상위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플이 결합된 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록으로 예측 중 하나 이상의 예측을 수행하는 것을 포함 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 경우 또는 결합된 참조 샘플을 이용한 경우 예측된 블록의 경계 예측 값에 대해 필터를 적용하지 않을 수 있다.
상기 예측 값 생성부는 상기 예측 수행부에서 생성한 예측 값을 두개 이상 결합하여 최종 예측 값으로 생성하는 것을 포함 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 예측 값을 두개 이상 결합시 각 예측 값의 가중치를 다르게 하여 결합할 수 있다.
다른 실시예로서, 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화 및/또는 복호화 방법으로서, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 어느 하나 이상의 블록에 포함되는 샘플에 의하여 참조 샘플을 생성하는 단계, 상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성하는 예측 수행 단계 및 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성하는 단계를 포함 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 하위 계층의 블록을 이용하지 않고 참조 샘플을 생성하는 경우, 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하고, 하위 계층의 블록을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않을 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 샘플들의 결합에 의하여 참조 샘플을 생성할 수 있으며, 상기 샘플들의 결합은 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 쉬프트(shift)중 어느 하나의 연산을 수행하여 2개 이상의 값을 결합할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 샘플들의 결합시 각 샘플의 값의 가중치를 다르게 적용하여 결합할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않을 수 있다.
상기 예측 수행 단계는 상위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플이 결합된 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록으로 예측 중 하나 이상의 예측을 수행하는 것을 포함 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 경우 또는 결합된 참조 샘플을 이용한 경우 예측된 블록의 경계 예측 값에 대해 필터를 적용하지 않을 수 있다.
상기 예측 값을 생성하는 단계는 상기 예측 수행 단계에서 생성한 예측 값을 두개 이상 결합하여 최종 예측 값으로 생성하는 것을 포함 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 예측 값을 두개 이상 결합시 각 예측 값의 가중치를 다르게 하여 결합할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상위 계층의 대상 블록에 대한 화면 내 예측을 수행함에 있어, 대상 블록 주변의 복원된 참조 샘플 및 하위 계층의 샘플을 이용한 예측 값을 결합함으로써 예측 및 부/복호화 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의하면, 상위 계층의 정보를 이용한 예측 값과 하위 계층의 정보를 이용한 예측 값을 결합하거나, 상위 계층과 하위 계층의 정보를 결합한 후 예측을 수행함으로써, 예측 오차를 최소화하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 현재 계층 내 부호화/복호화 대상에 대한 참조 픽처 리스트에 추가하여 다른 계층의 정보를 이용한 예측을 수행함으로써, 예측 오차를 최소화 하여 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 대상으로 예측(예컨대, 움직임 예측)을 수행하여 원본 신호와 예측 신호 사이의 차분 신호가 최소가 되도록 함으로써, 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 영상 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 영상 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 화면 내 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 화면 내 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 블록의 예측을 위한 참조 샘플 생성부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 참조샘플을 이용하여 화면 내 예측을 하는 일 실시예를 나타낸다.
도 8은 참조샘플을 이용하여 화면 내 예측을 하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 9는 예측 값을 결합하여 최종 예측 값을 생성하는 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 10은 예측 값을 결합하여 최종 예측 값을 생성하는 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 11은 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화 및/또는 복호화 방법의 일 실시예를 나타낸다.
본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있으나, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 아울러, 본 발명에서 특정 구성을 “포함”한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
본 발명은 복수 계층을 포함하는 구조의 영상 부호화 및 복호화에 관한 기술로서, 상위 계층(현재 계층, 이하 ‘현재 계층’라 함)을 부호화/복호화 하는 경우에 하위 계층의 정보를 이용하여 상위 계층에 대한 예측을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명에 의하면 상위 계층(현재 계층)의 부호화/복호화 대상 픽처에 대한 움직임 예측에 사용되는 참조 픽처 리스트(reference picture list)를 생성함에 있어서, 하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 포함하여 참조 픽처 리스트를 생성할 수 있다.
하위 계층(참조 계층)의 복호화된 픽처를 포함하여 상위 계층의 참조 픽처 리스트를 생성함에 있어서 부호화 정보 및 예측 구조의 깊이 정보 등을 이용하여 적응적으로 하위 계층(참조 계층, 이하 ‘참조 계층’이라 함)의 복호화된 픽처를 추가함으로써, 부호화 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 복수의 계층(layer) 및/또는 시점(view)을 포함하는 영상의 부/복호화에 관한 것으로 상기 복수의 계층 또는 시점은 제1, 제2, 제3, 제n 계층 또는 시점으로 표현할 수 있다. 이하 설명에서는 제1 계층과 제2 계층이 존재하는 영상을 예로 기술하며, 그 이상의 계층 또는 시점에도 동일한 방법으로 적용할 수 있다. 또한, 상기 제1 계층은 하위(base) 계층, 제2 계층은 상위(enhancement) 계층으로 표현할 수도 있다.
상위 계층의 픽처/블록에 대응하는 하위 계층의 픽처/블록은 상기 상위 계층 픽처/블록의 크기에 맞게 변경할 수 있다. 즉, 하위 계층의 픽처/블록의 크기가 상위 계층의 픽처/블록보다 작은 경우 업샘플링(up-sampling) 등의 방법을 이용하여 스케일링(scaling)할 수 있다. 이하 설명에서는 하위 계층의 픽처/블록의 크기가 상위 계층의 픽처/블록의 크기에 맞게 변환한 것으로 가정할 수 있다.
본 발명의 사용 여부를 시그널링하여 복호화기로 전송할 수 있다. 예를 들어, 'combined_intra_pred_flag'라는 플래그 비트를 전송할 수 있다. 'combined_intra_pred_flag'의 값이 '1'로 전송된 경우, 결합된 화면 내 예측 방법을 사용함을 나타낼 수 있고, 'combined_intra_pred_flag'의 값이 '0'으로 전송된 경우, 결합된 화면 내 예측 방법을 사용하지 않는 통상적인 화면 내 예측을 수행함을 나타낼 수 있다. 이때, 상기 플래그는 VPS(video parameter set), SPS(sequence parameter set), PPS(picture parameter set), Slice header 등 중 적어도 하나를 통하여 전송될 수 있고, 또는 CU(coding unit), PU(prediction unit), TU(transform unit) 단위로 전송될 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 방법을 블록 크기, 화면 내 예측 모드, 또는 휘도/색차 신호에 따라 사용 여부를 다르게 할 수 있다. 즉, 특정 블록 크기에 한하여 적용하거나, 특정 화면 내 예측 모드에 한하여 적용할 수 있다. 또는 휘도 신호에 적용하고 색차 신호에는 적용하지 않을 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 방법을 적용함에 있어 가중치를 적용한 경우, 해당하는 가중치의 정보를 상기 플래그를 전송하는 방법들 중 하나의 방법을 이용하여 전송할 수도 있다.
화면 내 예측은 하나 이상의 복원된 참조 샘플을 이용하여 방향성 예측 또는 비방향성 예측을 수행할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 영상 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
멀티 계층 구조에 대한 스케일러블(scalable) 비디오 부호화/복호화 장치는 단일 계층 구조에 대한 비디오 부호화/복호화 장치를 확장(extension)하여 구현될 수 있다.
도 1은 멀티 계층 구조에 대해 적용 가능한, 즉 스케일러빌러티를 제공하는 비디오 부호화 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 비디오 부호화 장치(100)는 인터 예측부(110), 인트라 예측부(120), 스위치(115), 감산기(125), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(175), 필터부(180) 및 참조 픽처 버퍼(190)를 포함한다.
비디오 부호화 장치(100)는 입력 영상에 대해 인트라(intra) 모드 또는 인터(inter) 모드로 부호화를 수행하고 비트스트림(bitstream)을 출력할 수 있다. 인트라 예측은 화면 내 예측, 인터 예측은 화면 간 예측을 의미한다. 인트라 모드인 경우 스위치(115)가 인트라 모드로 전환되고, 인터 모드인 경우 스위치(115)가 인터 모드로 전환된다. 비디오 부호화 장치(100)는 입력 픽처의 블록(현재 블록)에 대한 예측 블록을 생성한 후, 현재 블록과 예측 블록의 차분을 부호화할 수 있다.
인트라 모드인 경우, 인트라 예측부(120)는 현재 블록 주변의 이미 부호화된 블록의 화소값을 참조 화소로 이용할 수 있다. 인트라 예측부(120)는 참조 호소를 이용하여 공간적 예측을 수행하고 현재 블록에 대한 예측 샘플들을 생성할 수 있다.
인터 모드인 경우, 인터 예측부(110)는, 참조 픽처 버퍼(190)에 저장되어 있는 참조 픽처에서 입력 블록(현재 블록)과의 차이가 가장 적은 참조 블록을 특정하는 움직임 벡터를 구할 수 있다. 인터 예측부(110)는 움직임 벡터와 참조 픽처 버퍼(190)에 저장되어 있는 참조 픽처를 이용하여 움직임 보상을 수행함으로써 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다.
멀티 계층 구조의 경우, 인터 모드에서 적용되는 인터 예측은 인터 계층 예측을 포함할 수 있다. 인터 예측부(110)는 참조 계층의 픽처를 샘플링하여 인터 계층 참조 픽처를 구성하고, 참조 픽처 리스트에 인터 계층 참조 픽처를 포함하여 인터 계층 예측을 수행할 수 있다. 계층 간의 참조 관계는 계층 간의 의존성을 특정하는 정보를 통해 시그널링될 수 있다.
한편, 현재 계층 픽처와 참조 계층 픽처가 동일 사이즈인 경우에 상기 참조 계층 픽처에 적용되는 샘플링은 참조 계층 픽처로부터의 샘플 복사 또는 보간에 의한 참조 샘플의 생성을 의미할 수 있다. 현재 계층 픽처와 참조 계층 픽처의 해상도가 상이한 경우에 상기 참조 계층 픽처에 적용되는 샘플링은 업샘플링을 의미할 수 있다.
예컨대, 계층 간 해상도가 다른 경우로서 해상도에 관한 스케일러빌러티를 지원하는 계층 간에는 참조 계층의 복원된 픽처를 업샘플링하여 인터 계층 참조 픽처가 구성될 수 있다.
어떤 계층의 픽처를 이용하여 인터 계층 참조 픽처를 구성할 것인지는 부호화 코스트 등을 고려하여 결정될 수 있다. 부호화 장치는 인터 계층 참조 픽처로 사용될 픽처가 속하는 계층을 특정하는 정보를 복호화 장치로 전송할 수 있다.
또한, 인터 계층 예측에 있어서 참조되는 계층, 즉 참조 계층 내에서 현재 블록의 예측에 이용되는 픽처는 현재 픽처(현재 계층 내 예측 대상 픽처)와 동일 AU(Access Unit)의 픽처일 수 있다.
감산기(125)는 현재 블록과 예측 블록의 차분에 의해 레지듀얼 블록(residual block, 레지듀얼 신호)을 생성할 수 있다.
변환부(130)는 레지듀얼 블록에 대해 변환(transform)을 수행하여 변환 계수(transform coefficient)를 출력할 수 있다. 변환 생략(transform skip) 모드가 적용되는 경우에, 변환부(130)는 레지듀얼 블록에 대한 변환을 생략할 수도 있다.
양자화부(140)는 변환 계수를 양자화 파라미터에 따라 양자화하여 양자화된 계수(quantized coefficient)를 출력할 수 있다.
*엔트로피 부호화부(150)는, 양자화부(140)에서 산출된 값들 또는 부호화 과정에서 산출된 부호화 파라미터 값 등을 확률 분포에 따라 엔트로피 부호화하여 비트스트림(bitstream)을 출력할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 비디오의 화소 정보 외에 비디오 디코딩을 위한 정보(예컨대, 신택스 엘리먼트(syntax element) 등)을 엔트로피 부호화 할 수도 있다.
부호화 파라미터는 부호화 및 복호화에 필요한 정보로서, 신택스 엘리먼트와 같이 부호화 장치에서 부호화되어 복호화 장치로 전달되는 정보뿐만 아니라, 부호화 혹은 복호화 과정에서 유추될 수 있는 정보를 포함할 수 있다.
부호화 파라미터는 예를 들어 인트라/인터 예측모드, 이동/움직임 벡터, 참조 영상 색인, 부호화 블록 패턴, 레지듀얼 신호 유무, 변환 계수, 양자화된 변환 계수, 양자화 파라미터, 블록 크기, 블록 분할 정보 등의 값 또는 통계를 포함할 수 있다.
레지듀얼 신호는 원신호와 예측 신호의 차이를 의미할 수 있고, 또한 원신호와 예측 신호의 차이가 변환(transform)된 형태의 신호 또는 원신호와 예측 신호의 차이가 변환되고 양자화된 형태의 신호를 의미할 수도 있다. 레지듀얼 신호는 블록 단위에서는 레지듀얼 블록이라 할 수 있다.
엔트로피 부호화가 적용되는 경우, 높은 발생 확률을 갖는 심볼에 적은 수의 비트가 할당되고 낮은 발생 확률을 갖는 심볼에 많은 수의 비트가 할당되어 심볼이 표현됨으로써, 부호화 대상 심볼들에 대한 비트열의 크기가 감소될 수 있다. 따라서 엔트로피 부호화를 통해서 영상 부호화의 압축 성능이 높아질 수 있다.
엔트로피 부호화를 위해 지수 골룸(exponential golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 엔트로피 부호화부(150)는 가변 길이 부호화(VLC: Variable Lenghth Coding/Code) 테이블을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 또한 엔트로피 부호화부(150)는 대상 심볼의 이진화(binarization) 방법 및 대상 심볼/빈(bin)의 확률 모델(probability model)을 도출한 후, 도출된 이진화 방법 또는 확률 모델을 사용하여 엔트로피 부호화를 수행할 수도 있다.
양자화된 계수는 역양자화부(160)에서 역양자화되고 역변환부(170)에서 역변환될 수 있다. 역양자화, 역변환된 계수는 가산기(175)를 통해 예측 블록과 더해지고 복원 블록이 생성될 수 있다.
복원 블록은 필터부(180)를 거치고, 필터부(180)는 디블록킹 필터(deblocking filter), SAO(Sample Adaptive Offset), ALF(Adaptive Loop Filter) 중 적어도 하나 이상을 복원 블록 또는 복원 픽처에 적용할 수 있다. 필터부(180)를 거친 복원 블록은 참조 영상 버퍼(190)에 저장될 수 있다.
도 2는 비디오 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
멀티 계층 구조에 대한 스케일러블(scalable) 비디오 부호화/복호화 장치는 단일 계층 구조에 대한 비디오 부호화/복호화 장치를 확장(extension)하여 구현될 수 있다.
도 2는 멀티 계층 구조에 대해 적용 가능한, 즉 스케일러빌러티를 제공하는 비디오 복호화 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 비디오 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화부(220), 역변환부(230), 인트라 예측부(240), 인터 예측부(250), 필터부(260) 및 참조 픽처 버퍼(270)를 포함한다.
비디오 복호화 장치(200)는 부호화 장치에서 출력된 비트스트림을 입력 받아 인트라 모드 또는 인터 모드로 복호화를 수행하고 재구성된 영상, 즉 복원 영상을 출력할 수 있다.
인트라 모드인 경우 스위치가 인트라 예측을 위해 전환되고, 인터 모드인 경우 스위치가 인터 예측을 위해 전환될 수 있다.
비디오 복호화 장치(200)는 입력 받은 비트스트림으로부터 복원된 레지듀얼 블록(residual block)을 얻고 예측 블록을 생성한 후 복원된 레지듀얼 블록과 예측 블록을 더하여 재구성된 블록, 즉 복원 블록을 생성할 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는, 입력된 비트스트림을 확률 분포에 따라 엔트로피 복호화하여, 양자화된 계수(quantized coefficient)와 신택스 엘리먼트 등의 정보를 출력할 수 있다.
양자화된 계수는 역양자화부(220)에서 역양자화되고 역변환부(230)에서 역변환 된다. 양자화된 계수를 역양자화/역변환하여, 복원된 레지듀얼 블록(residual block)이 생성될 수 있다.
인트라 모드인 경우, 인트라 예측부(240)는 현재 블록 주변의 이미 부호화된 블록의 화소값을 이용하여 공간적 예측을 수행하고, 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다.
인터 모드인 경우, 인터 예측부(250)는 움직임 벡터 및 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 있는 참조 픽처를 이용하여 움직임 보상을 수행함으로써 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다.
멀티 계층 구조의 경우, 인터 모드에서 적용되는 인터 예측은 인터 계층 예측을 포함할 수 있다. 인터 예측부(250)는 참조 계층의 픽처를 샘플링하여 인터 계층 참조 픽처를 구성하고, 참조 픽처 리스트에 인터 계층 참조 픽처를 포함하여 인터 계층 예측을 수행할 수 있다. 계층 간의 참조 관계는 계층 간의 의존성을 특정하는 정보를 통해 시그널링 될 수 있다.
한편, 현재 계층 픽처와 참조 계층 픽처가 동일 사이즈인 경우에 상기 참조 계층 픽처에 적용되는 샘플링은 참조 계층 픽처로부터의 샘플 복사 또는 보간에 의한 참조 샘플의 생성을 의미할 수 있다. 현재 계층 픽처와 참조 계층 픽처의 해상도가 상이한 경우에 상기 참조 계층 픽처에 적용되는 샘플링은 업샘플링을 의미할 수 있다.
예컨대, 이때, 계층 간 해상도가 다른 경우로서 해상도에 관한 스케일러빌러티를 지원하는 계층 간에 인터 계층 예측이 적용된다면, 참조 계층의 복원된 픽처를 업샘플링하여 인터 계층 참조 픽처가 구성될 수 있다.
이때, 인터 계층 참조 픽처로 사용될 픽처가 속하는 계층을 특정하는 정보는 부호화 장치로부터 복호화 장치로 전송할 수 있다.
또한, 인터 계층 예측에 있어서 참조되는 계층, 즉 참조 계층 내에서 현재 블록의 예측에 이용되는 픽처는 현재 픽처(현재 계층 내 예측 대상 픽처)와 동일 AU(Access Unit)의 픽처일 수 있다.
복원된 레지듀얼 블록과 예측 블록은 가산기(255)에서 더해져서, 복원 블록이 생성된다. 다시 말하면, 레지듀얼 샘플과 예측 샘플이 더해져서 복원된 샘플 또는 복원된 픽처가 생성된다.
복원된 픽처는 필터부(260)에서 필터링 된다. 필터부(260)는 디블록킹 필터, SAO, ALF 중 적어도 하나 이상을 복원 블록 또는 복원 픽처에 적용할 수 있다. 필터부(260)는 재구성된(modified) 혹은 필터링된(filtered) 복원 픽처(reconstructed picture)를 출력한다. 복원 영상은 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 인터 예측에 사용될 수 있다.
또한, 영상 복호화 장치(200)는 비트스트림에 포함되어 있는 인코딩된 영상에 관련된 정보를 파싱하는 도시하지 않은 파싱부를 더 포함할 수 있다. 파싱부는 엔트로피 복호화부(210)를 포함할 수도 있고, 엔트로피 복호화부(210)에 포함될 수도 있다. 이러한 파싱부는 또한 디코딩부의 하나의 구성요소로 구현될 수도 있다.
도 1과 도 2에서는 하나의 부호화 장치/복호화 장치가 멀티 계층에 대한 부호화/복호화를 모두 처리하는 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 부호화 장치/복호화 장치는 계층별로 구성될 수도 있다.
이 경우, 상위 계층의 부호화 장치/복호화 장치는 상위 계층의 정보 및 하위 계층의 정보를 이용하여 해당 상위 계층의 부호화/복호화를 수행할 수 있다. 예컨대, 상위 계층의 예측부(인터 예측부)는 상위 계층의 픽셀 정보 또는 픽처 정보를 이용하여 현재 블록에 대한 인트라 예측 또는 인터 예측을 수행할 수도 있고, 하위 계층으로부터 복원된 픽처 정보를 수신하고 이를 이용하여 상위 계층의 현재 블록에 대한 인터 예측(인터 계층 예측)을 수행할 수도 있다. 여기서는, 계층 간의 예측만을 예로서 설명하였으나, 부호화 장치/복호화 장치는 계층별로 구성되든, 하나의 장치가 멀티 계층을 처리하든 상관없이, 다른 계층의 정보를 이용하여 현재 계층에 대한 부호화/복호화를 수행할 수 있다.
본 발명에서 계층은 뷰(view)를 포함할 수 있다. 이 경우, 인터 계층 예측의 경우는 단순히 하위 계층의 정보를 이용하여 상위 계층의 예측을 수행하는 것이 아니라, 계층 간 의존성을 특정하는 정보에 의해 의존성이 있는 것으로 특정된 계층들 사이에서 다른 계층의 정보를 이용하여 인터 계층 예측이 수행될 수도 있다.
도 3은 화면 내 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
화면 내 예측 모드의 개수는 예측 블록의 크기에 관계없이 35개로 고정하여 수행할 수 있으며, 이때 예측 모드는 도 3에서와 같이 2개의 비방향성 모드(DC, Planar)와 33개의 방향성 모드로 구성될 수 있다. 이때, 예측 모드의 개수는 색 성분(color component)이 휘도(luma) 신호인지 또는 색차(chroma) 신호인지에 따라 다를 수 있다. 예측 블록의 크기는 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, 64x64 등 NxN 형태의 정사각형일 수 있다. 예측 블록의 단위는 부호화 블록(CB: Coding Block), 예측 블록(PB: Prediction Block), 변환 블록(TB: Transform Block) 중 적어도 하나의 크기가 될 수 있다. 화면 내 부/복호화는 주변의 복원된 블록에 포함되는 샘플 값 또는 부호화 파라미터를 이용하여 수행할 수 있다.
도 4는 화면 내 예측 과정의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
현재 블록 주변의 복원된 블록은 부/복호화 순서에 따라 블록 EA(400), EB(410), EC(420), ED(430), 또는 EG(450)가 될 수 있으며, 'above(415)', 'above_left(405)', 'left(435)', 'bottom_left(445)'에 해당하는 샘플 값은 대상 블록(440)의 화면 내 예측에 사용되는 참조 샘플일 수 있다. 또한, 여기서 부호화 파라미터는 부호화 모드(화면 내 또는 화면 간), 화면 내 예측 모드, 화면 간 예측 모드, 블록 크기, 양자화 파라미터(QP), CBF(Coded Block Flag) 중에 적어도 하나 일 수 있다.
각 블록은 보다 작은 블록으로 분할될 수 있으며, 이러한 경우에도 각 분할된 블록에 해당하는 샘플 값 또는 부호화 파라미터를 이용하여 예측을 수행할 수 있다.
화면 내 예측에 사용되는 주변의 복원된 참조 샘플에 대해서 필터를 적용할 수 있다. 이때, 대상 블록의 크기 또는 화면 내 예측 모드에 따라 적응적으로 필터를 적용 여부를 다르게 할 수 있다.
화면 내 예측 후 예측된 블록의 경계에 위치한 샘플에 대해서 필터를 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 대상 블록에 대해 예측을 수행한 후, 'above(410)'와 'left(430)' 경계에 위치한 대상 블록 내부의 샘플에 대해 필터를 적용할 수 있으며, 화면 내 예측 모드에 따라 필터 적용 여부 및 적용 샘플을 다르게 할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치는 참조 샘플 생성부(510), 예측 수행부(520), 예측값 생성부(530)를 포함한다.
참조 샘플 생성부(510)는 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용하는 장치로서, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 어느 하나 이상의 블록에 포함되는 샘플에 의하여 참조 샘플을 생성한다.
예측 수행부(520)는 상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성한다.
예측값 생성부(530)는 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 대상 블록의 예측을 수행하는 참조 샘플 생성부의 동작을 개략적으로 설명하는 도면이다.
참조 샘플 생성부(510)는 상위 계층의 부/복호화 대상 블록을 예측하기 위한 참조 샘플을 생성할 수 있다. 이때, 참조 샘플의 가용성(availability)을 판단할 수 있으며, 가용하지 않은 샘플을 가용한 샘플로 채울(padding) 수 있다.
또한, 상기 생성한 참조 샘플에 대하여 필터를 적용할 수 있다. 필터 적용 여부는 대상 블록의 크기 또는 화면 내 예측 모드에 따라 적응적으로 결정될 수 있다.
이하 실시예는 설명의 편의를 위해 그리고 발명의 이해를 돕기 위해, 도 6에서와 같이 8x8 크기의 블록을 일 예로 설명한다. 본 명세서에서 pE[x, y]는 상위 계층에서 (x, y) 위치의 복원된 샘플값을 나타내고, pB[x, y]는 하위 계층에서 (x, y) 위치의 복원된 샘플값을 나타낼 수 있다. 또한 음영이 표시된 샘플들은 복원되어 샘플 값이 존재하는 샘플들일 수 있다.
발명의 일 실시예로, 참조 샘플 생성부(510)는 상위 계층 대상 블록 주변의 복원된 블록에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다.
예를 들어, 참조 샘플 생성부(510)는 도 6에서 상위 계층 대상 블록(610)의 pE[x, -1] (x= -1 ~ 15)(600)과 pE[-1, y] (y=0 ~ 15)(620)에 위치한 하나 이상의 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 즉, 참조 샘플 생성부(510)는 기존의 화면 내 예측에 이용되는 참조 샘플과 같은 형태로 참조 샘플을 생성 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 상위 계층의 대상 블록(610)에 대응하는 하위 계층의 대응(co-located) 블록(630)에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 하위 계층의 대응 블록(630)의 모든 샘플이 복원되어 존재하는 경우 pB[x, y] (x, y=0 ~ 7)에 위치한 하나 이상의 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록(630)에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 하위 계층 대응 블록(630) 주변의 블록에 해당하는 pB[x, -1] (x = -1 ~ 15)(640)과 pB[-1, y] (y = 0 ~ 15)(650)에 위치한 하나 이상의 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 하위 계층의 모든 샘플이 복원되어 존재하는 경우, pB[x, 8] (x = -8 ~ 8)와 pB[8, y] (y = -8 ~ 7)에 위치한 하나 이상의 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 즉, 도 8과 같은 형태의 참조 샘플을 생성할 수 있다.
추가적으로, 상기 샘플들의 결합에 의하여 참조 샘플을 생성할 수 있다. 이때, 결합은 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 쉬프트(shift) 등의 연산을 수행하여 2개 이상의 값을 결합하는 것을 의미할 수 있다. 이때, 각 값에 가중치를 다르게 적용하여 결합할 수도 있으며 결합된 참조 샘플 값은 pF[x, y]로 나타낼 수 있다.
예를 들어, 상기 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성한 참조 샘플과, 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성한 참조 샘플의 차로 결합 참조 샘플을 생성할 수 있다.
이를 구체적으로 나타내면, 수학식 1 또는 수학식 2와 같다.
*<수학식 1>
pF[x, y] = pE[x, y] - pB[x, y], (x = -1 ~ 15, y = -1; x = -1, y = 0 ~ 15)
<수학식 2>
pF[x, y] = pB[x, y] - pE[x, y], (x = -1 ~ 15, y = -1; x = -1, y = 0 ~ 15)
예를 들어, 상기 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성한 참조 샘플과, 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성한 참조 샘플의 평균값으로 결합 참조 샘플을 생성할 수 있다.
이를 구체적으로 나타내면, 수학식 3과 같다.
<수학식 3>
pF[x, y] = (pE[x, y] + pB[x, y])>>1, (x = -1 ~ 15, y = -1; x = -1, y = 0 ~ 15)
한편, (1) 상위 계층의 대상 블록(610)에 대응하는 하위 계층의 대응(co-located) 블록(630)에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우, (2) 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우, (3) 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우와 같이, 하위 계층 블록을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우 또는 결합된 참조 샘플을 생성한 경우에는 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않을 수 있다.
예측 수행부(520)는 참조 샘플 생성부(510)에서 생성된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 이때, 예측 수행부(520)는 예측 방법으로 도 3에서와 같이 통상의 화면 내 예측 방법인 DC 예측, Planar 예측, Angular 예측 등을 이용하여 예측을 수행할 수 있다. 또한, 예측 수행부(520)는 하위 계층의 복원된 샘플값을 예측 값으로 하는 예측(예컨대, IntraBL 등)을 수행할 수도 있다.
또한, 예측 수행부(520)는 상기 예측된 블록과 참조 샘플의 경계에 위치한 예측 샘플들에 대하여 필터를 적용할 수 있다. 필터 적용 여부는 대상 블록의 크기 또는 화면 내 예측 모드에 따라 적응적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 예측 수행부(520)는 DC 예측 또는 수평/수직 예측된 블록의 경계 샘플에 대하여 필터를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 예측 수행부(520)는 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행할 수 있다. 예를 들어, 예측 수행부(520)는 상위 계층의 대상 블록 주변의 복원된 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 참조 샘플을 이용하여 대상 블록에 대한 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 이때, (x, y) 위치의 예측된 값은 predSamplesE[x, y]로 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 예측 수행부(520)는 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행할 수 있다. 예를 들어, 예측 수행부(520)에서 수행되는 대상 블록에 대한 화면 내 예측은 (1) 상위 계층의 대상 블록(610)에 대응하는 하위 계층의 대응(co-located) 블록(630)에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 참조 샘플, (2) 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 참조 샘플, 또는 (3) 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 참조 샘플을 이용하여 수행될 수 있다. 이때, (x, y) 위치의 예측된 값은 predSamplesB[x, y]로 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 예측 수행부(520)는 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플이 결합된 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행할 수 있다. 예를 들어, 예측 수행부(520)는 상위 계층의 대상 블록 주변의 복원된 블록에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우, 상위 계층 대상 블록 주변의 복원된 블록에 대응하는 하위 계층 대응 블록에 포함된 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성한 경우 각각의 차 또는 평균으로 결합된 참조 샘플을 생성하고, 결합된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 이때, (x, y) 위치의 예측된 값을 predSamplesC[x, y]로 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 예측 수행부(520)는 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록을 예측 블록으로 생성할 수 있다. 즉, 상기 방법들과 같이 예측 수행부(520)는 참조 샘플을 이용한 예측을 수행하지 않고, 하위 계층의 대응 블록의 값을 예측 값으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 예측 수행부(520)는 도 6에서 8x8 크기의 하위 계층의 대응 블록을 상위 계층의 대상 블록에 대한 예측 값으로 할 수 있다. 이 경우, 적용되는 예측 방법을 IntraBL 예측이라고 할 수도 있다. 이때, (x, y) 위치의 예측된 값을 predSamplesIntraBL[x, y]로 나타낼 수 있다.
한편, (1) 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행하는 경우, (2) 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플과의 결합된 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행하는 경우, (3) 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록을 예측 블록으로 생성하는 경우와 같이, 하위 계층의 참조 샘플 또는 결합된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 수행한 경우, 상기 예측된 블록의 경계 샘플에 대하여는 필터를 적용 하지 않을 수 있다.
도 7은 본 발명에 따라서 생성된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 하는 일 실시예를 나타낸다. 예측 수행부(520)에서 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행하는 경우, 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록(600, 620)에 대응하는 하위 계층의 대응 블록(710)에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다.
이때, 상위 계층의 대상 블록(610) 주변의 복원된 블록(600, 620)에 대응하는 하위 계층의 대응 블록(710)에 포함된 샘플은 하위 계층의 대응 블록 주변에 해당하는 pB[x, -1] (x = -1 ~ 15)와 pB[-1, y] (y = 0 ~ 15)(710)에 위치한 하나 이상의 샘플을 이용하여 참조 샘플이 생성 될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따라서 생성된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 하는 다른 실시예를 나타낸다.
예측 수행부(520)에서 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다.
이때, 참조 샘플 생성부(510)에서 하위 계층의 모든 샘플이 복원되어 존재하는 경우, pB[x, 8] (x = -8 ~ 8)와 pB[8, y] (y = -8 ~ 7)(810)에 위치한 하나 이상의 샘플을 이용하여 참조 샘플을 생성 할 수 있다.
이때, 도 8의 블록을 180도 회전하면, 도 7과 같은 모양이 된다. 도 7의 하위 계층의 대응블록(700)은 도 8의 하위 계층의 대응블록(800)에 대응된다. 도 8의 하위 계층의 대응 블록 주변의 블록(810)은 180도 회전 하면, 도 7의 하위 계층의 대응 블록 주변의 블록(710)이 된다. 따라서 예측 수행부(520)는 통상의 화면 내 예측 방법으로 예측이 가능할 수 있다.
예측 값 생성부(530)는 상기 예측 수행부(520)를 통하여 생성한 예측 값들 중 하나 이상의 예측 값들을 결합한 값을 최종 예측 값으로 생성할 수 있다. 이때, 각 예측 값들에 가중치(W: weighting)를 다르게 하여 결합할 수 있다. 여기서, (x, y) 위치의 최종 예측 값은 predSamplesF[x, y]로 나타낼 수 있다. 블록의 가로 또는 세로 크기를 N으로 나타낼 수 있으며, 따라서 x = 0, …, N-1, y= 0, …, N-1이 된다.
본 발명에 따라서 예측값을 생성하는 방법의 일 실시예로서, 예측값 생성부(530)에서 1개의 예측 값을 최종 예측 값으로 결정하는 방법이 있다. 이때, 사용하는 참조 샘플에 따라서, 예측값 생성부(530)는 아래 (1) 내지 (3)과 같이 최종 예측 값을 결정할 수 있다.
(1) 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측을 수행한 값을 최종 예측 값으로 결정할 수 있다. 이를 구체적으로 나타내면 수학식 4와 같다.
<수학식 4>
predSamplesF[x, y] = predSamplesE[x, y], (x, y = 0 ~ N-1)
(2) 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플의 평균으로 결합된 참조 샘플을 이용하여 예측한 값을 최종 예측 값으로 결정할 수 있다. 이를 구체적으로 나타내면 수학식 5와 같다.
<수학식 5>
predSamplesF[x, y] = predSamplesC[x, y] , (x, y = 0 ~ N-1)
(3) 예측값 생성부(530)는 하위 계층의 대응 블록으로 예측한 값을 최종 예측 값으로 결정할 수 있다. 하위 계층의 대응(co-located) 블록이 예측 대상 블록의 원본 값에 가장 근사한 값을 가질 수 있기 때문에, 예측 오차를 줄여 부호화 효율을 높일 수 있다. 이를 구체적으로 나타내면 수학식 6과 같다.
<수학식 6>
predSamplesF[x, y] = predSamplesIntraBL[x, y] , (x, y = 0 ~ N-1)
본 발명에 따라서 예측값을 생성하는 방법의 다른 실시예로, 예측 값 생성부(530)에서 2개의 예측 값들을 결합하여 최종 예측 값을 결정하는 방법이 있다. 이때, 사용하는 참조 샘플에 따라서 예측값 생성부(530)는 아래 (1) 내지 (3)과 같이 최종 예측 값을 결정할 수 있다.
(1) 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값과 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값을 결합하여 최종 예측 값을 결정할 수 있다. 이를 구체적으로 나타내면, 수학식 7과 같다.
<수학식 7>
predSamplesF[x, y] = (W*predSamplesE[x, y] + (2n-W)*predSamplesB[x, y] + 2n-1) >> n, (x, y = 0 ~ N-1)
이때, W와 n은 가중치 팩터이다. 가중치가 1:1인 경우(W=1, n=1)라면, 최종 예측값은 수학식 8 과 같다.
<수학식 8>
predSamplesF[x, y] = (predSamplesE[x, y] + predSamplesB[x, y] + 1) >> 1, (x, y = 0 ~ N-1) 이때, 가중치가 3:1인 경우(W=3, n=2)라면, 최종 예측 값은 수학식 9와 같다.
<수학식 9>
predSamplesF[x, y] = (3*predSamplesE[x, y] + predSamplesB[x, y] + 2) >> 2, (x, y = 0 ~ N-1)
도 9는 본 발명에 따라서 생성된 예측 값을 결합하여 최종 예측 값을 생성하는 일 실시예를 개략적으로 설명하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 2 개의 예측 값을 결합하여 최종 예측 값을 결정하는 경우에, 상위 계층의 참조 샘플과 함께 하위 계층의 참조 샘플을 이용할 수 있다. 이때, 도 8에서와 같이 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플을 이용하여 생성된 하위 계층의 참조 샘플을 이용할 수 있다.
도 9를 참조하면, 예측값 생성부(530)는 상위 계층에서 예측 모드(910)에 따라 선택된 상위 계층의 대응 블록 상단과 좌측의 참조 샘플, 하위 계층에서 예측 모드(920)에 따라 선택된 하위 계층의 대응 블록 하단과 우측의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값을 결합하여 최종 예측 값을 생성할 수 있다.
이를 통해, 예측 대상 블록의 상하좌우, 사면을 통하여 예측한 효과를 얻고 부호화 효율을 높일 수 있다.
도 9는 상위 계층의 대응 블록 상단과 좌측의 참조 샘플, 하위 계층의 대응 블록 하단과 우측의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값을 결합하여 최종 예측 값을 생성하는 방법을 간략히 도식화하여 보여준다.
도 9을 참조하면, 상위 계층에서의 화면 내 예측 모드(910)와 동일한 모드를 하위 계층에서 이용(920)할 수 있다. 도 7 내지 도 8에서 상위 계층과 하위 계층의 이용 관계에 관한 일 예로서, 반전(反轉) 관계가 있었음을 고려하면, 하위 계층에서 이용되는 예측 모드(920)의 방향이 상위 계층에서 이용되는 예측 모드의 방향에 대칭되는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값과, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록으로 예측한 값을 결합하여 최종 예측 값을 결정할 수 있다. 이를 구체적으로 나타내면 수학식 10과 같다.
<수학식 10>
predSamplesF[x, y] = (predSamplesIntraBL[x, y] + predSamplesE[x, y] + 1) >> 1, (x, y = 0 ~ N-1)
수학식 10의 예와 달리, 하위 계층의 참조 샘플에 가중치를 부가할 수도 있다. 이를 구체적으로 나타내면 수학식 11과 같다. 수학식 11에서는 설명의 편의를 위해, 가중치가 3:1 인 경우를 예로서 설명한다.
<수학식 11>
predSamplesF[x, y] = (3*predSamplesIntraBL[x, y] + predSamplesE[x, y] + 2) >> 2, (x, y = 0 ~ N-1)
한편, 도 9의 예에서, 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플의 차로 결합된 참조 샘플을 이용하여 예측한 값과, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록으로 예측한 값을 결합하여 최종 예측 값을 결정할 수도 있다.
즉, 이 경우 결합된 참조 샘플을 이용한 예측 값은 상위 계층과 하위 계층 간의 오차에 대응할 수 있다. 하위 계층의 대응 블록에 오차를 더해줌으로써 최종 예측 값을 상위 계층의 대상 블록의 원본 샘플에 보다 가깝게 하고, 레지듀얼(residual)을 줄여 부호화 효율을 높일 수 있다.
이를 구체적으로 표현하면, 수학식 12와 같다.
<수학식 12>
predSamplesF[x, y] = predSamplesIntraBL[x, y] + predSamplesC[x, y], (x, y = 0 ~ N-1)
도 10은 본 발명에 따라서 생성된 예측 값을 결합하여 최종 예측 값을 생성하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 10의 예에 의하면, 3개의 예측 값들을 결합하여 최종 예측 값을 결정 할 수 있다.
예를 들어, 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록으로 예측한 값과 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값의 차를 통하여 중간 레지듀얼을 구한 후, 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값에 상기 중간 레지듀얼을 더함으로써 최종 예측 값을 결정할 수 있다. 즉, 예측값 생성부(530)는 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값에 하위 계층으로부터 생성한 중간 레지듀얼을 더함으로써 상위 계층의 대상 블록의 원본 샘플에 보다 가깝게 하여 레지듀얼(residual)을 줄이고 부호화 효율을 높일 수 있다.
도 10은 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록으로 예측한 값과 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값의 차를 통하여 중간 레지듀얼을 구한 후, 상위 계층의 참조 샘플을 이용하여 예측한 값에 상기 중간 레지듀얼을 더함으로써 최종 예측 값을 결정하는 방법을 개략적으로 설명하고 있다.
이를 구체적으로 나타내면 수학식 13과 같다.
<수학식 13>
predSamplesF[x, y] = predSamplesE[x, y] + (predSamplesIntraBL[x, y] - predSamplesB[x, y]), (x, y = 0 ~ N-1)
도 11은 본 발명에 따라서 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용하는 영상 부호화 및/또는 복호화 방법의 일 실시예를 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 11의 각 단계에서 수행되는 동작은 본 발명에 따른 영상 복호화 장치의 각 유닛들, 예컨대 참조 샘플 생성부, 예측 수행부 또는 예측값 생성부에서 수행될 수 있다. 도 11의 예에서는 설명의 편의를 위해, 영상 복호화 장치가 동작을 수행하는 것으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 영상 복호화 장치는 상위 계층의 대상 블록의 예측을 위한 참조 샘플을 생성한다(S10).
복호화 장치는 (1) 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, (2) 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, (3) 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, (4) 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 적어도 하나를 이용하여 참조 샘플을 생성한다.
상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플을 이용하여 대상 블록의 예측에 이용할 참조 샘플을 생성하는 구체적인 방법은 앞서 도 6a, 6b 등을 이용하여 설명한 바와 같다.
영상 복호화 장치는 상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성하는 예측 수행한다(S12).
영상 복호화 장치는 상기 S10 단계에서 생성된 참조 샘플을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있다. 이때 영상 복호화 장치는 DC 예측, Planar 예측, Angular 예측 등을 수행할 수 있으며 하위 계층의 복원된 샘플값을 예측 값으로 하는 IntraBL 등의 예측을 수행할 수도 있다.
또한, 영상 복호화 장치는 예측된 블록과 참조 샘플의 경계에 위치한 예측 샘플들에 대하여 필터를 적용할 수도 있다.
예측의 수행 방법 및 필터의 적용 방법에 관한 구체적인 내용은 앞서 실시예들을 통해 설명한 바와 같다.
영상 복호화 장치는 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성한다(S14).
영상 복호화 장치는 단계 S12를 통하여 생성한 예측 값들 중 하나 이상의 예측 값들을 결합한 값을 최종 예측 값으로 생성할 수 있다.
이때, 영상 복호화 장치는 예측값들에 가중치(W: weighting)를 적용하여 결합할 수도 있다.
최종 예측 값을 생성하는 방법에 관한 구체적인 내용은 앞서 실시예들을 통해 설명한 바와 같다.
110 : 인터 예측부 120 : 인트라 예측부
130 : 변환부 140 : 양자화부
150 : 엔트로피 부호화부 160 : 역양자화부
170 : 역변환부 180 : 필터부

Claims (20)

  1. 계층 간 결합된 화면 내 예측(inter layer combined intra prediction)을 이용한 영상 부호화 및/또는 복호화 장치로서,
    상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 적어도 하나를 이용하여 참조 샘플을 생성하는 참조 샘플 생성부;
    상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성하는 예측 수행부; 및
    상기 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성하는 예측 값 생성부를 포함하는 영상 복호화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    하위 계층의 블록을 이용하지 않고 참조 샘플을 생성하는 경우, 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하고,
    하위 계층의 블록을 이용하여 참조 샘플을 생성하는 경우, 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 참조 샘플 생성부는 상기 샘플들의 결합에 의하여 참조 샘플을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 샘플들의 결합은 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 쉬프트(shift) 중 어느 하나의 연산을 적용하여 2개 이상의 샘플들을 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 샘플들을 결합하는 경우, 각 샘플 값의 가중치를 다르게 적용하여 샘플들을 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 샘플들의 결합에 의하여 참조 샘플을 생성하는 경우에, 생성된 참조 샘플에는 필터를 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 예측 수행부는 상위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플이 결합된 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록을 이용한 예측 중 하나 이상의 예측을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    2개 이상의 샘플들을 결합하여 참조 샘플을 생성하는 경우에, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 경우 또는 결합된 참조 샘플을 이용한 경우 예측된 블록의 경계 예측 값에 대해 필터를 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 예측 값 생성부는 상기 예측 수행부에서 생성한 예측 값을 두 개 이상 결합하여 최종 예측 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 예측 값 생성부는 상기 각 예측 값의 가중치를 다르게 하여 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  11. 계층 간 결합된 화면 내 예측을 이용한 영상 부호화 및/또는 복호화 방법으로서,
    상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 상위 계층의 대상 블록 주변에 복원된 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록에 포함된 샘플, 하위 계층의 임의의 특정 블록에 포함된 샘플 중 적어도 하나를 이용하여 참조 샘플을 생성하는 단계;
    상기 참조 샘플을 이용하여 상기 대상 블록에 대한 예측 값을 생성하는 예측 수행 단계; 및
    상기 예측 값을 이용하여 예측 대상 블록에 대한 최종 예측 값을 생성하는 단계를 포함하는 영상 복호화 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 참조 샘플을 생성하는 단계에서는,
    하위 계층의 블록을 이용하지 않고 참조 샘플을 생성하는 경우, 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하고,
    하위 계층의 블록을 이용하여 참조 샘플을 생성하는 경우, 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 참조 샘플을 생성하는 단계에서는 상기 샘플들의 결합에 의하여 참조 샘플을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 샘플들의 결합은 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 쉬프트(shift) 중 어느 하나의 연산을 적용하여 2개 이상의 샘플들을 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 샘플들을 결합하는 경우, 각 샘플 값의 가중치를 다르게 적용하여 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    2개 이상의 샘플들을 결합하여 참조 샘플을 생성하는 경우에, 상기 참조 샘플에 대하여 필터 적용을 하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 예측 수행 단계는 상위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 하위 계층의 참조 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 참조 샘플과 하위 계층의 참조 샘플이 결합된 샘플을 이용한 예측, 상위 계층의 대상 블록에 대응하는 하위 계층의 대응 블록을 이용한 예측 중 하나 이상의 예측을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    하위 계층의 참조 샘플을 이용한 경우 또는 결합된 참조 샘플을 이용한 경우 예측된 블록의 경계 예측 값에 대해 필터를 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 예측 값을 생성하는 단계에서는 상기 예측 수행 단계에서 생성한 예측 값을 두 개 이상 결합하여 최종 예측 값으로 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 예측 값을 두 개 이상 결합하는 경우 각 예측 값의 가중치를 다르게 하여 결합하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
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