KR20160050115A - Adaptive PU mode decision method of HEVC encoder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영상의 효율적인 부호화에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현재 CU에 대한 최적의 PU 모드를 결정하기 위해 주변 CU들의 최적의 PU 모드 정보들을 이용하여 HEVC 표준 영상의 효율적인 고속 부호화를 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to efficient encoding of images, and more particularly, to a method for enabling efficient fast coding of an HEVC standard image using optimal PU mode information of neighboring CUs in order to determine an optimum PU mode for a current CU .
1) HEVC(High Efficiency Video Coding)1) High Efficiency Video Coding (HEVC)
HEVC는 H.264/AVC 이후에 개발된 새로운 비디오 코딩 표준이고, H.264/AVC에 비해 대략 50% 정도의 압축율 향상을 제공한다. HEVC의 코딩 구조는 H.264/AVC와 거의 유사하지만 다른 점이 두 가지 존재한다.HEVC is a new video coding standard developed after H.264 / AVC and provides about 50% improvement in compression compared to H.264 / AVC. The coding structure of HEVC is almost similar to H.264 / AVC, but there are two differences.
첫째는, 매우 유연한 쿼드트리(quadtree) 파티션 구조를 이용하여 비디오 데이터가 압축된다는 점이다. 쿼드트리 파티션 구조에 의해 HEVC는 다양한 해상도의 영상을 최적의 파티션으로 압축할 수 있다. HEVC의 압축 구조는 CU(coding unit), PU(prediction unit), TU(transform unit) 세 가지로 구성된다.First, video data is compressed using a highly flexible quadtree partition scheme. With the quad tree partition scheme, HEVC can compress images of various resolutions into optimal partitions. The compression structure of HEVC consists of coding unit (CU), prediction unit (PU), and transform unit (TU).
CU는 H.264/AVC의 매크로블록(macroblock)과 유사한 것으로, 압축을 위한 기본 단위를 나타낸다. HEVC에서 CU의 크기는 H.264/AVC의 고정된 매크로블록 크기(16x16)와는 다르게 다양한 크기를 가질 수 있다. 현재 HEVC에서 CU 크기는 8x8에서 64x64까지 가질 수 있으며, 가장 큰 CU(largest CU : LCU)와, 가장 작은 CU(smallest CU : SCU)를 sequence parameter set(SPS)에 기술하게 되어있다. 또한 하나의 CU내에서 PU는 1~2개로 구성되는 반면, TU는 하나의 CU내에서 또 다른 쿼드트리 구조로 다양한 크기를 가질 수 있다.CU is similar to H.264 / AVC macroblock and represents the basic unit for compression. In HEVC, the size of CU can be variously different from the fixed macroblock size (16x16) of H.264 / AVC. Currently, CU sizes in HEVC can range from 8x8 to 64x64, and the largest CU (LCU) and the smallest CU (SCU) are described in the sequence parameter set (SPS). In addition, one PU is composed of one or two PUs in one CU, while a TU can have various sizes in another CU in another quadtree structure.
H.264/AVC와 비교하여 두 번째로 다른 점은, 코딩 효율을 위해 HEVC의 표준에 새로운 코딩 툴들이 포함된다는 것이다. 새로운 인트라 예측 방향이 추가되었으며, large transform(16x16, 32x32), asymmetric motion partitions(AMP), sample adaptive offset(SAO) 등이 추가되었다.The second difference compared to H.264 / AVC is that new coding tools are included in the HEVC standard for coding efficiency. New intra prediction directions have been added, and large transforms (16x16, 32x32), asymmetric motion partitions (AMP) and sample adaptive offset (SAO) have been added.
도 1은 HEVC 부호화기의 블록도를 나타내며, 특히, PU의 경우 Early_SKIP, CBF_Fast의 고속 부호화 방법을 적용하지 않는다면 부호화되는 CU depth에 대해 모든 PU 모드를 탐색한다. 그래서, 모든 PU 모드에 대해서 탐색을 진행하는 것은 부호화 시간을 증가시키며 비효율적이다. 따라서, 영상의 특성에 따라 불필요한 PU 모드의 탐색과 이에 발생하는 계산 과정을 줄여 부호화의 속도를 증가시킬 필요성이 있다.FIG. 1 shows a block diagram of an HEVC encoder. In particular, if a fast encoding method of Early_SKIP and CBF_Fast is not applied to a PU, all PU modes are searched for a CU depth to be encoded. Thus, the search for all PU modes increases coding time and is inefficient. Therefore, there is a need to increase the speed of encoding by reducing unnecessary PU mode search and calculation processes caused by the characteristics of the image.
결과적으로, HEVC는 H.264/AVC에 비해 부호화 과정이 복잡해 졌으며, 따라서 빠른 부호화를 위한 구현 방법이 필요하게 되었다.
As a result, the HEVC has a complicated encoding process as compared with H.264 / AVC, and therefore, an implementation method for fast encoding is required.
2) HEVC 기반 부호화 블록 결정 방법2) HEVC-based encoding block decision method
HEVC는 쿼드트리(quard-tree) 구조를 사용하여 계층에 따라 재귀적으로 CU를 더 작은 유닛으로 분할한다. 최적의 CU 크기를 결정하기 위하여 각 CU에서 각각의 PU 크기 및 TU 크기에 대해 가장 작은 비용을 갖는 블록 크기를 조사하게 되며 이때 CU 크기 마다 PU는 다양한 모양의 예측블록으로 분할하여 비용을 조사하고, TU는 재귀적인 트리 구조로 분할을 하여 각각의 크기에 대해 비용을 조사한다. 여기에서 비용이란 화질과 압축율을 동시에 고려하여 QP에 따라 계량화한 값이다. 예를 들어, 상대적으로 비용이 적다는 의미는 동일 화질에서 고압축이 가능하거나, 동일 압축율에서 고화질이 가능하다는 의미가 된다.HEVC uses a quad-tree structure to recursively partition the CU into smaller units according to the hierarchy. In order to determine the optimal CU size, we investigate the block size with the smallest cost for each PU size and TU size in each CU. The TU divides into a recursive tree structure and examines the cost for each size. Here, the cost is a value quantified according to the QP considering both image quality and compression ratio. For example, the relatively low cost means that high compression is possible at the same image quality or high quality at the same compression ratio.
도 2는 임의 크기의 CU로부터 최적의 PU 크기 및 TU 크기 결정 방법을 나타낸다. 최적의 비용을 갖는 CU를 찾기 위해 순차적으로 가장 큰 크기인 LCU(large coding unit)부터 가장 작은 크기인 SCU(small coding unit)까지 재귀적인 쿼드트리 구조에 따라 비용을 계산하게 된다. 각 CU 크기 별로 매번 PU의 여러 모드에 대한 예측비용을 전부 계산하며, 각 PU에 대한 비용조사를 할 때, TU의 비용조사 또한 수행한다. TU는 4개의 하위블록으로 재귀적으로 분할될 수 있다. FIG. 2 shows an optimal PU size and TU size determination method from a CU of arbitrary size. In order to find a CU with optimal cost, the cost is calculated according to a recursive quad tree structure from the largest LCU (small coding unit) to the smallest coding unit (SCU) sequentially. For each CU size, calculate the predicted cost for each of the PU's various modes at a time, and when doing a cost check for each PU, also perform a TU cost check. The TU can be recursively partitioned into four sub-blocks.
HEVC의 부호화 과정에서 CU에 따라 PU, TU의 조합 수가 매우 많으며 최적의 CU, PU, TU를 결정하기 위해 많은 계산 과정이 필요하다는 것을 알 수 있다. 이를 해결하기 위해 도 2에서 아래와 같은 고속화 방법들이 개발되었다.
In the HEVC encoding process, the number of combinations of PU and TU is very large depending on the CU, and it is found that many calculation processes are required to determine the optimum CU, PU, and TU. In order to solve this problem, the following acceleration methods have been developed in Fig.
① Early_SKIP① Early_SKIP
하나의 CU에서 첫 번째로 INTER 2Nx2N 모드를 조사한 다음 Coded Block Flag(CBF) 값이 0이고 Motion vector difference(MVD)가 (0,0)값을 갖는 경우 다른 형태의 PU 모드를 조사하지 않고, 바로 CU를 분할하여 다음 깊이의 CU 조사과정을 이어간다. 여기서 CBF는 0이 아닌 잔차 신호의 존재 유무를 알려주는 flag이며, MVD는 주변 블록 또는 이전 프레임의 동일 위치 블록과의 움직임 정보에 대한 차이 값이다.
If the Coded Block Flag (CBF) value is 0 and the Motion vector difference (MVD) is (0, 0) after examining the INTER 2Nx2N mode first in one CU, Divide the CU and continue the CU investigation process at the next depth. Here, CBF is a flag indicating existence of a non-zero residual signal, and MVD is a difference value between motion information of a neighboring block or a co-located block of a previous frame.
② CBF_Fast② CBF_Fast
CBF의 값에 따른 고속 PU 결정 방법(CBF Fast Mode Setting; CFM)으로, INTER_2Nx2N PU 의 CBF가 0인 경우, 남아 있는 다른 형태의 PU 모드들을 검색하지 않는다.
If the CBF of the INTER_2Nx2N PU is 0, it does not search for other types of PU modes, according to the CBF Fast Mode Setting (CFM) method.
③ Early_CU③ Early_CU
CU의 조사과정을 조기 종료하는 방법으로, CU의 PU에 대한 조사 과정 중에 최적 모드가 SKIP 모드로 결정되면 하위 블록으로의 재귀 CU 분할을 하지 않는다.
If the optimal mode is determined to be the SKIP mode during the investigation of the PU of the CU, the recursive CU division into the sub-blocks is not performed.
이러한 HEVC의 고속화 방법들이 등장하였지만 아직 실시간 환경에서 사용하기에는 부호화 시간이 많이 소비된다. 따라서 기존 고속화 방법들과 더불어 실시간 환경을 위한 새로운 HEVC 구조 설계와 고속화 방법의 개발이 필수적이다.Although the HEVC acceleration methods have appeared, the encoding time is still consumed for the real-time environment. Therefore, it is essential to design a new HEVC structure and to develop a high - speed method for real - time environment in addition to the conventional acceleration methods.
HEVC 부호화기에서 PU 모드를 조기 선택하는 종래 기술은 아래와 같다.
A conventional technique for early selection of the PU mode in the HEVC encoder is as follows.
3.1) 종래 기술 I3.1) Prior Art I
CU depth level을 고려하여 Upper depth의 upperBestMode와 UpperIntraCost를 이용한 fast mode decision scheme이다. 이 방법은 현재 CU depth의 best PU mode 탐색을 위해 상위 CU depth의 best PU 모드 정보(: upperBestMode)와 상위 CU depth의 INTRA 모드의 RDCost 정보(: UpperIntraCost)를 사용한다.It is a fast mode decision scheme using upperBestMode and UpperIntraCost of upper depth considering CU depth level. This method uses the best PU mode information (: upperBestMode) of the upper CU depth and the RDCost information (: UpperIntraCost) of the INTRA mode of the upper CU depth for searching the best PU mode of the current CU depth.
도 3은 PU 모드 탐색을 조기에 종료하기 위해 현재 CU depth에서 사용되는 상위 CU depth의 두 가지 정보(: BestMode, IntraCost)를 나타낸다.FIG. 3 shows two pieces of information (: BestMode, IntraCost) of the upper CU depth used in the current CU depth in order to terminate the PU mode search prematurely.
도 4는 fast PU mode decision의 전체 과정을 나타낸다. 이 방법은 총 3가지 조건을 가지며 해당되는 조건을 만족한다면 현재 CU depth의 PU mode search를 종료하게 된다.Figure 4 shows the overall process of the fast PU mode decision. This method has three conditions in total, and if it satisfies the corresponding condition, it ends the PU mode search of the current CU depth.
① 조건 1을 만족 ((현재 CU의 depth>0) && (상위 CU depth의 best PU 모드가 SKIP) && (현재 CU의 best PU 모드가 SKIP/MERGE))①
- skip 되는 PU 모드 : INTER NxN, INTER SMP, INTER AMP, INTRA 2Nx2N, INTRA NxN를 수행하지 않는다.- skip PU mode: INTER NxN, INTER SMP, INTER AMP, INTRA 2Nx2N, INTRA do not perform NxN.
② 조건 2, 3을 동시에 만족 ( (현재 CU의 depth>0) && (상위 CU depth의 best PU 모드가 INTER) && (현재 CU의 best PU 모드가 INTER AMP) && (현재 CU depth의 best PU 분할 사이즈가 2Nx2N) && (현재 CU depth의 best RDCost<상위 CU depth의 INTRA RDCost/5) )(The best PU mode of the upper CU depth is INTER) && (The best PU mode of the current CU is INTER AMP) && (The best PU of the current CU depth is split Size 2Nx2N) && (best RDCost of current CU depth <INTRA RDCost / 5 of upper CU depth))
- skip되는 PU 모드 : INTRA 2Nx2N, INTRA NxN를 수행하지 않는다.- skip PU mode: do not perform INTRA 2Nx2N, INTRA NxN.
이 방법은 상위 CU depth의 best PU 정보를 이용해야하기 때문에 현재 CU depth가 0일 경우, 이 방법을 수행하지 않는다.This method should use the best PU information of the upper CU depth, so if the current CU depth is 0, this method is not performed.
이러한 CU depth의 상관관계를 이용한 PU 모드 검색 skip 구조는 크게 2가지 단점을 갖고 있다.The PU mode search skip structure using the correlation of CU depth has two disadvantages.
(1) 상위 CU depth의 INTRA RDCost를 임의의 값으로 나눈 임계값은 영상에 따라 정확도가 떨어져 고속 부호화 방법으로 적합하지 않다.(1) The threshold value obtained by dividing the INTRA RDCost of the upper CU depth by an arbitrary value is not suitable as a high-speed coding method because of the accuracy depending on the image.
(2) 상위 CU depth의 INTRA RDCost 값을 메모리에 저장하고 있어야 하기 때문에 메모리 사용량의 증가와 부호화 지연을 초래하여 고속화 방법으로 적합하지 않다.
(2) Since the INTRA RDCost value of the upper CU depth must be stored in the memory, it is not suitable for the speeding method because it causes an increase in memory usage and coding delay.
3.2) 종래 기술 II3.2) Prior Art II
현재 CU depth의 best PU 모드 결정을 위해 현재 CU를 중심으로 하여 공간적/시간적으로 존재하는 CU들, 그리고 상위 CU depth들 간의 상관관계를 이용한다.In order to determine the best PU mode of the current CU depth, the correlation between the CUs present in the spatial / temporal direction and the upper CU depths based on the current CU is utilized.
도 5는 현재 CU가 가지는 다양한 상관관계를 나타낸다. 여기서 현재 CU를 중심으로 CU1, CU2, CU3 는 공간적으로 주변에 존재하는 CU들을 나타내며, CU4, CU5는 시간적으로 존재하는 CU들을 나타낸다. 그리고 CU6, CU7 는 현재 CU의 상위 depth를 가지는 CU들이다. 이 중에서 현재 CU의 best PU 모드와 높은 확률로 같은 best PU 모드를 갖는 CU는 공간적으로 주변에 존재하는 CU1, CU2, CU3 이다.FIG. 5 shows various correlations of the current CU. Here, CU1, CU2, and CU3 denote CUs existing spatially around the current CU, and CU4 and CU5 denote CUs that exist temporally. And CU6 and CU7 are CUs having the upper depth of the current CU. Among these, the best PU mode of the current CU and the CU having the same best PU mode with a high probability are CU1, CU2, and CU3 that exist spatially around.
도 6은 Random Access configuration으로 부호화 할 때, 프레임간의 시간적 계층 구조와 부호화 순서를 나타낸다. Level1은 프레임 거리로 8이며 Level2, Level3, Level4는 각각 4, 2, 1의 프레임 거리를 갖는다. 여기서 프레임 거리가 작을수록 현재 CU와 시간적으로 존재하는 CU의 best PU 모드가 같아질 확률은 높아진다.FIG. 6 shows a temporal hierarchical structure and a coding order between frames when coding in a random access configuration. Level1 is a frame distance of 8, and Level2, Level3, and Level4 have frame distances of 4, 2, and 1, respectively. Here, the smaller the frame distance, the higher the probability that the best PU mode of the CU existing temporally with the current CU becomes the same.
이 방법은 먼저 도 5를 참조하여 예측 집합으로 아래의 식 (1)을 정의한다.This method first defines the following equation (1) as a prediction set with reference to FIG.
그 후, 영상 영역의 특징에 따라 다양한 weight factor를 정의한다. weight factor는 homogeneous 영역의 경우 큰 크기의 PU 블록을, 복잡하거나 rich texture의 경우에는 작은 크기의 PU 블록을 사용해야 한다는 특성을 이용하여 도 7의 표와 같이 정의한다.(: INTER NXN의 경우, HM7에서 수행하지 않기 때문에 제외함) Then, various weight factors are defined according to the characteristics of the image region. The weight factor is defined as shown in the table of FIG. 7 by using a characteristic that a large size PU block is used for a homogeneous region and a small size PU block is used for a complex or rich texture. (: INTER NXN, HM7 (Except because it is not done in
도 7의 표에서 γ는 영상 영역의 특징에 따른 PU mode의 weight factor를 나타낸다. 다음으로 block motion complexity(BMC)를 식 (2)와 같이 정의한다.In the table of FIG. 7, γ represents the weight factor of the PU mode according to the characteristics of the image region. Next, block motion complexity (BMC) is defined as Eq. (2).
여기서 N은 CU들의 개수인 7이며, w(i,l)는 각 mode의 weight factor 함수를, 그리고 γi는 CUi의 mode를 위한 weight factor를 나타낸다. ki는 CUi의 존재 유무를 확인해주는 파라미터로서 존재한다면 1을, 존재하지 않는다면 0의 값을 갖는다. w(i,l)는 식 (3),(4)와 같이 정의한다.Where N is the number of
식 (3)은 adaptive weighting factor 함수이다. 여기서 wi는 adjacent CU의 weight factor로서 
adaptive weighting factor 함수의 l 파라미터는 도 6의 시간적으로 계층적인 Level의 값으로서 GOP가 8일 때, 1,2,3,4 중에 한 가지 값을 가진다. 식 (4)는 공간적, 시간적 또는 depth correlation의 가중치로서 Tlevel는 0.02이며, Tki는 control value로서 CU4, CU5는 1, CU6는 -2, 나머지 CU는 0의 값을 가진다. Tt 또한 control value로서 0.5의 값을 가진다.The l parameter of the adaptive weighting factor function has one of the values of 1, 2, 3, and 4 when the GOP is 8, which is a temporal hierarchical Level value in FIG. (4) is the weight of the spatial, temporal, or depth correlation, T level is 0.02, Tk i is the control value, CU 4 , CU 5 is 1, CU 6 is -2, and the remaining CU is 0. T t also has a control value of 0.5.
이렇게 정의된 BMC 값을 이용하여 식 (5)와 같이 임의의 임계값을 결정한다.Using the BMC value thus defined, an arbitrary threshold value is determined as shown in equation (5).
식 (5)에서 T1의 값은 1, T2는 3이다. BMC 값이 조건 1을 만족한다면 slow homogeneous motion으로서 SKIP, INTER 2Nx2N 모드만 수행하고, 조건 2를 만족한다면 medium motion으로서 SKIP, INTER 2Nx2N, INTER SMP 모드를 수행하고, 조건 3을 만족한다면 모든 PU 모드를 수행한다.In equation (5), the value of T 1 is 1 and the value of T 2 is 3. SKIP, INTER 2Nx2N, and INTER SMP modes are performed as medium motion if the BMC value satisfies the
이러한 임계값을 가지는 PU decision 구조는 크게 2가지 단점을 갖고 있다.The PU decision structure with such a threshold has two disadvantages.
(1) 영상 영역의 특성에 따라 변경되어야할 파라미터 값이 많고 임계값의 정확도가 떨어지기 때문에 성능 저하를 초래한다.(1) Due to the characteristics of the image area, there are many parameter values to be changed and the accuracy of the threshold value is lowered, which causes a performance degradation.
(2) 임계값을 결정하기 위해 값이 정의 내려진 파라미터가 존재하고 고려해야할 정보(: 공간적, 시간적, 상위 CU depth 정보들)가 많기 때문에 복잡도가 증가하여 고속 부호화 성능이 떨어진다.
(2) Since the value of the defined parameter exists to determine the threshold value and there is a lot of information to be considered (spatial, temporal, and upper CU depth information), the complexity increases and fast coding performance deteriorates.
HEVC는 H.264/AVC에 비해 부호화 과정이 복잡해 졌으며, 따라서 고속 부호화를 위한 새로운 방법이 광범위하게 연구&개발 되어질 것으로 예상된다. SW 기반 부호화기의 고속화 기법 중에 특정한 PU 모드를 skip하는 구조 또한 유망한 방법 중의 하나이다.Compared to H.264 / AVC, HEVC has a complicated coding process, and new methods for fast coding are expected to be extensively researched & developed. One of the promising methods is to skip a specific PU mode in a speed-up scheme of a SW-based encoder.
효과적인 PU 모드의 skip을 위해서는 현재 CU의 best PU 모드 예측에 이용되는 정보가 중요하므로, HEVC 부호화기에서 PU 모드를 조기에 선택할 수 있도록 하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
In order to effectively skip the PU mode, the information used in the best PU mode prediction of the current CU is important, so a search for a method for early selection of the PU mode in the HEVC encoder is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, spatially neighboring CU들의 best PU 모드 정보만을 가지고 부호화될 CU의 PU 모드를 조기에 선택하는 방법을 제공함에 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for early selection of a PU mode of a CU to be encoded with only best PU mode information of spatially neighboring CUs.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, HEVC(High Efficiency Video Coding) 방법은, 현재 CU의 주변 CU들의 예측 모드와 분할 사이즈를 파악하는 단계; 및 상기 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이고 상기 분할 사이즈가 2Nx2N이면, INTER SMP(INTER Nx2N, INTER 2NxN) 모드를 skip하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of high efficiency video coding (HEVC) comprising: determining a prediction mode and a partition size of neighboring CUs of a current CU; And skipping INTER SMP (INTER Nx2N, INTER 2NxN) mode if the prediction mode is INTER or SKIP mode and the segment size is 2Nx2N.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 HEVC 방법은, 상기 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이면, INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 skip 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The HEVC method according to the embodiment of the present invention may further include skipping the INTRA 2Nx2N mode and the INTRA NxN mode when the prediction mode is the INTER or SKIP mode.
또한, 상기 파악단계는, 상기 현재 CU의 depth가 0 또는 1인 경우에 수행될 수 있다.The determining step may be performed when the depth of the current CU is 0 or 1.
그리고, 상기 파악단계는, 상기 현재 CU가 포함된 프레임이 I 프레임이 아니고, 상기 현재 CU가 포함된 CTB가 프레임의 첫 번째 상단 라인과 첫 번째 왼쪽 라인에 위치하지 않은 경우에 수행될 수 있다.The determining step may be performed when the frame including the current CU is not an I frame and the CTB including the current CU is not located in the first upper line and the first left line of the frame.
또한, 상기 주변 CU들은, 기부호화된 Left CU, Above CU 및 Above-Left CU 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the neighboring CUs may include at least one of a left-handed Left CU, an Above CU, and an Above-Left CU.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, HEVC 방법은, 현재 CU의 주변 CU들의 예측 모드를 파악하는 단계; 및 상기 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이면, INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 skip 하는 단계;를 포함한다.
Meanwhile, the HEVC method according to another embodiment of the present invention includes: determining a prediction mode of neighboring CUs of a current CU; And skipping the INTRA 2Nx2N mode and the INTRA NxN mode if the prediction mode is the INTER or SKIP mode.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, HEVC 부호화기의 속도 향상을 위한 PU 모드의 조기 예측 방법은 spatially neighboring CU의 best PU 모드 정보를 이용하여 부호화 속도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the PU mode early prediction method for improving the speed of the HEVC encoder can improve the coding rate by using the best PU mode information of the spatially neighboring CU.
또한, 종래 기술들이 현재 CU를 중심으로 temporally co-located CU의 best PU 모드 정보와 spatially neighboring CU의 best PU 모드 정보, CU depth간 상관관계를 이용한 임계값을 활용하는 반면, 본 발명의 실시예들에 따르면, temporally co-located CU의 best PU 모드 정보와 CU depth간의 RDCost를 배제하여 메모리 사용량과 데이터를 불러오는 시간을 줄일 수 있다.
In addition, the prior art utilizes the threshold value using the correlation between the best PU mode information of the temporally co-located CU, the best PU mode information of the spatially neighboring CU, and the CU depth around the current CU, , It is possible to reduce the memory usage and data loading time by excluding the RDCost between the best PU mode information of the temporally co-located CU and the CU depth.
도 1은 HEVC 부호화기 블록도,
도 2는 재귀적 CU, PU, TU 결정 과정을 나타낸 도면,
도 3은 current CU depth에서 upper CU depth의 부호화 정보를 사용하는 방법을 나타낸 도면,
도 4는 고속 PU 모드 결정 과정을 나타낸 도면,
도 5는 현재 CU가 가지는 다양한 상관관계를 나타낸 도면,
도 6은 Random Access configuration에서의 프레임 계층 구조 및 부호화 순서를 나타낸 도면,
도 7은 PU 모드 별 weight factor의 정의를 나타낸 표,
도 8은 CUs의 weight factor(default setting)를 나타낸 표,
도 9는 CUs의 weight factor(프레임 거리가 1과 2일 경우)를 나타낸 표,
도 10은 부호화될 CU의 best PU 모드 예측에 참고 되는 주변 CU들을 나타낸 도면,
도 11은 현재 CU의 depth 정보와 주변 CU들의 best PU 모드 정보에 따른 PU 모드 skip을 나타낸 표,
도 12는 CU의 PU mode 검색 범위 결정 구조의 순서도, 그리고,
도 13은 프레임 단위의 CU depth의 범위 예측 처리 방법의 설명에 제공되는 도면이다.1 is a block diagram of an HEVC encoder,
2 is a diagram illustrating a recursive CU, PU, and TU determination process,
3 is a diagram illustrating a method of using encoding information of an upper CU depth in current CU depth,
4 is a flowchart illustrating a high-speed PU mode determination process,
5 is a diagram showing various correlations of a current CU,
6 is a diagram illustrating a frame hierarchy and a coding sequence in a random access configuration,
7 is a table showing a definition of a weight factor for each PU mode,
8 is a table showing a weight factor (default setting) of CUs,
9 is a table showing weight factors (when the frame distance is 1 and 2) of CUs,
10 is a diagram showing neighboring CUs referenced in the best PU mode prediction of the CU to be encoded,
11 is a table showing the PU mode skip according to the depth information of the current CU and the best PU mode information of neighboring CUs,
12 is a flowchart of a PU mode search range determination structure of a CU,
FIG. 13 is a diagram provided for explaining a range predicting method of CU depth on a frame-by-frame basis.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시예에 따른 HEVC 부호화기의 속도 향상을 위한 PU 모드 예측을 조기에 종료하는 방법은 기본적으로 CU 레벨에서부터 시작한다. 도 10에 현재 부호화되려는 CU depth의 best PU 모드(최적 PU 모드)를 조기에 예측하기 위해 spatially neighboring CU들(주변 CU들)의 best PU 모드 정보를 이용하는 방법을 도시하였다.The method for early termination of the PU mode prediction for speed up of the HEVC encoder according to the embodiment of the present invention basically starts from the CU level. FIG. 10 shows a method of using the best PU mode information of spatially neighboring CUs (neighboring CUs) in order to early predict the best PU mode (optimal PU mode) of the CU depth to be currently encoded.
spatially neighboring CU들은 현재 CU와 상호 상관도가 높으며, best PU 모드가 같을 확률이 높다. 따라서, 현재 CU의 PU 모드를 조기에 예측하기 위해서는 현재 CU의 주변 CU들(: Left CU, Above-Left CU, Above CU)의 best PU 모드 정보를 가져와야 한다. 이때, 도 11의 표에 명시된 기부호화된 Left CU, Above CU, Above-Left CU의 best PU 모드 정보인 예측 모드 정보와 분할 사이즈 정보가 이용된다.The spatially neighboring CUs are highly correlated with the current CUs, and the best PU mode is likely to be the same. Therefore, in order to predict the PU mode of the current CU, it is necessary to obtain the best PU mode information of the current CUs (Left CU, Above-Left CU, Above CU) of the current CU. At this time, predicted mode information and partition size information, which are the best PU mode information of the base-coded left CU, the above CU, and the above-left CU specified in the table of Fig. 11, are used.
도 12는 HEVC 부호화기의 속도 향상을 위한 특정 CU depth에서의 PU 모드의 조기 예측 방법의 전체 순서도를 도시한 흐름도이다. 도 12에 도시된 바에 따르면, 도 11의 표에 제시된 두 가지 조건에 따라 해당되는 PU 모드를 skip하는 것을 알 수 있다.12 is a flowchart showing an overall flowchart of an early prediction method of a PU mode at a specific CU depth for improving the speed of the HEVC encoder. 12, it can be seen that the corresponding PU mode is skipped according to the two conditions shown in the table of FIG.
도 11에 나타난 표의 ①번 조건은 주변 CU들의 best PU 모드의 예측 모드 정보와 분할 사이즈 정보를 이용한다. 만약, Above CU, Left CU, Above-Left CU의 best PU의 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이고 분할 사이즈가 2Nx2N일 경우, INTER SMP 모드는 skip 한다.The condition (1) in the table shown in FIG. 11 uses the prediction mode information and the partition size information of the best PU mode of the neighboring CUs. If the prediction mode of the best PU of the Above CU, the Left CU, and the Above-Left CU is the INTER or SKIP mode and the partition size is 2Nx2N, the INTER SMP mode skips.
도 11에 나타난 표의 ②번 조건은 주변 CU들의 best PU 모드의 예측 모드 정보만을 이용한다. INTRA 모드의 skip을 예측하기 위해서 분할 사이즈 정보는 불필요하다. 만약, Left CU, Above CU, Above-Left CU의 best PU 모드 예측 정보가 INTER 또는 SKIP 모드일 경우, INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 skip 하게 된다.The condition (2) in the table shown in FIG. 11 uses only the prediction mode information of the best PU mode of neighboring CUs. The partition size information is unnecessary to predict skip of the INTRA mode. If the best PU mode prediction information of the Left CU, the Above CU, and the Above-Left CU is INTER or SKIP mode, the INTRA 2Nx2N mode and the INTRA NxN mode are skipped.
도 11에 나타난 표의 두 가지 조건은, 현재 CU의 depth가 0(: 64x64) 혹은 1(: 32x32)일 때만 적용하며 나머지 CU depth에 대해서는 모든 PU 모드를 탐색한다.The two conditions of the table shown in FIG. 11 are applied only when the depth of the current CU is 0 (: 64x64) or 1 (: 32x32), and all the PU modes are searched for the remaining CU depths.
또한, 프레임이 I 프레임일 경우, INTRA PU 모드들을 반드시 수행해야하기 때문에 위 방법을 적용하지 않는다.Also, when the frame is an I frame, the above method is not applied because the INTRA PU modes must be performed.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 고속 부호화 방법인 Early_SKIP, CBF_Fast, Early_CU가 적용되었다. 현재 CU의 best PU 모드를 조기에 결정하기 위해 INTER 2Nx2N 과정을 수행하고 Early SKIP, CBF Fast 조건을 비교하게 된다. 만약 Early_SKIP, CBF_Fast 조건이 참이라면 해당 CU의 best PU 모드는 INTER 2Nx2N이 되며, 거짓이라면 SKIP 모드를 수행한다.As shown in FIG. 12, the fast encoding methods Early_SKIP, CBF_Fast, and Early_CU are applied in the embodiment of the present invention. To determine the best PU mode of the current CU at an early stage, the INTER 2Nx2N process is performed and the Early SKIP and CBF Fast conditions are compared. If the Early_SKIP and CBF_Fast conditions are true, the best PU mode of the corresponding CU is INTER 2Nx2N, and if it is false, SKIP mode is performed.
SKIP 모드의 수행 다음, 도 11에 나타난 표의 ①번 조건인 현재 CU의 depth가 0 또는 1이고, 주변 CU들의 best PU 모드의 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 그리고 분할 사이즈가 2Nx2N을 만족한다면 INTER SMP(: INTER 2NxN, INTER Nx2N) 모드를 skip 하고 만족하지 않는다면 INTER SMP 모드를 수행한다.SKIP Mode Next, if the depth of the current CU, which is the
다음으로 도 11에 나타난 표의 ②번 조건인 현재 CU의 depth가 0 또는 1이고, 주변 CU들의 best PU 모드의 예측 모드가 INTER 또는 SKIP을 만족한다면 INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 skip하며, 조건을 만족하지 않는다면 INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 수행한다.Next, if the depth of the current CU, which is the
마지막으로 현재 부호화될 CU의 best PU 모드를 찾기 위해 탐색된 PU 모드들에 대해서만 RDO(Rate Distortion Optimization)를 수행하여 현재 CU depth의 best PU 모드를 결정한다. Finally, the best PU mode of the current CU depth is determined by performing Rate Distortion Optimization (RDO) only on the PU modes searched to find the best PU mode of the CU to be currently encoded.
도 13에는 프레임 단위에서의 현재 부호화되는 CU의 PU 모드 조기 예측 방법을 도시하였다. 본 발명의 실시예에서 제시한 방법은 spatially neighboring CU의 best PU 모드의 정보를 이용하여 현재 CU의 PU 모드 탐색 범위를 예측하기 때문에 주변 CU들의 best PU 모드 정보가 반드시 필요하다. 따라서, 주변 CU들의 best PU 모드 정보를 획득하기 위해서는 도 13과 같이 프레임에서의 첫 번째 라인의 CTB들과 첫 번째 왼쪽 라인의 CTB들은 본 발명의 실시예에서 제시한 방법을 적용하지 않는다.(: 따라서 첫 번째 상단 라인과 첫 번째 왼쪽 라인의 CTB는 모든 PU 모드에 대해 탐색한다.) 왜냐하면, 첫 번째 라인의 CTB들과 왼쪽 라인의 CTB들은 PU 모드의 정확한 예측을 위해 사용되어질 best PU 모드 정보가 부족하기 때문이다.(: Above, Above-Left, Left CU들의 best PU 모드 정보가 존재하지 않는다.)FIG. 13 shows a PU mode early prediction method of a currently encoded CU in a frame unit. The best PU mode information of the neighboring CUs is indispensable because the method proposed in the embodiment of the present invention uses the information of the best PU mode of the spatially neighboring CU to predict the PU mode search range of the current CU. Therefore, in order to obtain the best PU mode information of the neighboring CUs, the CTBs of the first line and the CTBs of the first left line in the frame do not apply the method shown in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. Thus, the CTBs of the first top line and the first left line search for all PU modes) because the CTBs of the first line and the CTBs of the left line are the best PU mode information to be used for accurate prediction of the PU mode (: Above, Above-Left, Left CU's best PU mode information does not exist.)
본 발명의 실시예에 따른 HEVC 부호화기의 속도 향상을 위한 PU 모드의 조기 예측 방법은 spatially neighboring CU의 best PU 모드 정보를 이용하여 부호화 속도를 향상시킬 수 있다. 이는 종래 기술들이 현재 CU를 중심으로 temporally co-located CU의 best PU 모드 정보와 spatially neighboring CU의 best PU 모드 정보, CU depth간 상관관계를 이용한 임계값을 활용한 반면, temporally co-located CU의 best PU 모드 정보와 CU depth간의 RDCost를 배제하여 메모리 사용량과 데이터를 불러오는 시간을 줄일 수 있다.The PU mode early prediction method for improving the speed of the HEVC encoder according to the embodiment of the present invention can improve the coding speed by using the best PU mode information of the spatially neighboring CU. This is because the conventional techniques utilize the threshold value using the correlation between the best PU mode information of the temporally co-located CU, the best PU mode information of the spatially neighboring CU, and the CU depth around the current CU, By excluding RDCost between PU mode information and CU depth, memory usage and data loading time can be reduced.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Above-Left CU
Above CU
Left CU
current CU
INTER SMP
INTRA 2Nx2N
INTRA NxNAbove-Left CU Above CU
Left CU current CU
INTER SMP
INTRA 2Nx2N INTRA NxN
Claims (6)
상기 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이고 상기 분할 사이즈가 2Nx2N이면, INTER SMP 모드를 skip하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 HEVC(High Efficiency Video Coding) 방법.
Determining a prediction mode and a partition size of neighboring CUs of a current CU; And
And skipping the INTER SMP mode if the prediction mode is the INTER or SKIP mode and the segment size is 2Nx2N.
상기 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이면, INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 skip 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 HEVC 방법.
The method according to claim 1,
And skipping the INTRA 2Nx2N mode and INTRA NxN mode if the prediction mode is the INTER or SKIP mode.
상기 파악단계는,
상기 현재 CU의 depth가 0 또는 1인 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 HEVC 방법.
The method according to claim 1,
Wherein,
And when the depth of the current CU is 0 or 1, the HEVC method is performed.
상기 파악단계는,
상기 현재 CU가 포함된 프레임이 I 프레임이 아니고, 상기 현재 CU가 포함된 CTB가 프레임의 첫 번째 상단 라인과 첫 번째 왼쪽 라인에 위치하지 않은 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 HEVC 방법.
The method according to claim 1,
Wherein,
And the CTB including the current CU is not located in the first upper line and the first left line of the frame, if the frame including the current CU is not an I frame and the CTB including the current CU is not located in the first upper line and the first left line of the frame.
상기 주변 CU들은,
기부호화된 Left CU, Above CU 및 Above-Left CU 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 HEVC 방법.
The method according to claim 1,
The peripheral CUs,
Wherein the at least one CU comprises at least one of a left-justified Left CU, an Above-CU, and an Above-Left CU.
상기 예측 모드가 INTER 또는 SKIP 모드이면, INTRA 2Nx2N 모드와 INTRA NxN 모드를 skip 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 HEVC(High Efficiency Video Coding) 방법.
Determining a prediction mode of neighboring CUs of a current CU; And
And skipping the INTRA 2Nx2N mode and the INTRA NxN mode when the prediction mode is the INTER or SKIP mode.
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