KR20210131978A - Motion Compensation Method and Apparatus Using Bi-directional Optical Flow - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses an adaptive bi-directional optical flow (BIO) estimation method for inter prediction correction in a video encoding process. An object of the present invention is to reduce the complexity and/or cost of a bidirectional optical flow at a pixel level or a sub-block level.

Description

양방향 옵티컬 플로우를 이용한 움직임 보상 방법 및 장치{Motion Compensation Method and Apparatus Using Bi-directional Optical Flow}Motion Compensation Method and Apparatus Using Bi-directional Optical Flow

본 발명은 영상 부호화 또는 복호화에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 움직임 보상의 보정을 위한 양방향 옵티컬 플로우(bidrectional optical flow)와 관련된다.The present invention relates to video encoding or decoding. More specifically, it relates to a bidrectional optical flow for correction of motion compensation.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래 기술을 구성하는 것은 아니다. The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

비디오 코딩에 관한 한 압축은 공간적 및 시간적 차원에서 데이터 중복성을 활용하여 이루어진다. 공간 중복성 감소는 변환 코딩에 의해 크게 달성된다. 시간적 중복성은 예측 코딩을 통해 감소된다. 움직임 궤적을 따라 시간 상관이 최대화되는 것을 관찰하면, 움직임 보상 예측이 이러한 목적으로 사용된다. 이러한 맥락에서 움직임 추정의 주된 목적은, 장면에서 '실제' 움직임을 찾지 않는 것이 아니라, 압축 효율을 극대화하는 것이다. 즉, 움직임 벡터는 신호의 정확한 예측을 제공해야 한다. 또한, 움직임 정보는 압축된 비트스트림에서 오버헤드로서 전송되어야 하기 때문에 압축된 표현을 가능하게 해야 한다. 효율적인 움직임 추정은 비디오 코딩에서 높은 압축을 달성하는 데 중요하다.When it comes to video coding, compression takes advantage of data redundancy in both spatial and temporal dimensions. Spatial redundancy reduction is largely achieved by transform coding. Temporal redundancy is reduced through predictive coding. Observing that the temporal correlation is maximized along the motion trajectory, motion compensated prediction is used for this purpose. The main purpose of motion estimation in this context is not to look for 'real' motion in the scene, but to maximize compression efficiency. That is, the motion vector should provide an accurate prediction of the signal. Also, since motion information has to be transmitted as overhead in the compressed bitstream, it should enable a compressed representation. Efficient motion estimation is important to achieve high compression in video coding.

비디오 시퀀스에서 움직임은 중요한 정보 소스이다. 움직임(motion)은 물체는 물론 카메라 움직임으로 인해서도 발생한다. 옵티컬 플로우(optical flow)로도 알려진 외관상의 움직임은 이미지 시퀀스에서 픽셀 강도(pixel intensity)의 시공간적인 변화(spatio-temporal variations)를 포착한다. Motion in a video sequence is an important source of information. Motion is caused not only by the object but also by the camera movement. The apparent motion, also known as optical flow, captures spatio-temporal variations in pixel intensity in an image sequence.

양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical Flow; BIO)는 JCTVC-C204 및 VCEG-AZ05 BIO에 개시된 움직임 추정/보상 기술로서, 옵티컬 플로우 및 일정한 움직임(steady　motion)의 가정에 기초하여 샘플 레벨의 모션 조정(motion refinement)을 수행한다. 현재 논의 중인 양방향 옵티컬 플로우 추정 방법의 경우 움직임 벡터 정보의 세밀한 보정이 가능하다는 장점이 있으나 세밀한 움직임 벡터 정보 보정을 위해 전통적인 양방향 예측보다 훨씬 높은 연산 복잡도를 요하는 단점이 있다. Bi-directional Optical Flow (BIO) is a motion estimation/compensation technique disclosed in JCTVC-C204 and VCEG-AZ05 BIO, based on the assumption of optical flow and steady motion (steady motion) at the sample level. motion refinement). The bi-directional optical flow estimation method currently under discussion has the advantage of being able to fine-tune motion vector information, but has a disadvantage in that it requires much higher computational complexity than traditional bi-directional prediction for fine motion vector information correction.

비특허문헌1: JCTVC-C204 (E. Alshina, et al., Bi-directional optical flow, Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) of ITU-T SG 16 WP 3 and ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, 3rd Meeting: Guangzhou, CN, 7-15 October, 2010)Non-Patent Document 1: JCTVC-C204 (E. Alshina, et al., Bi-directional optical flow, Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) of ITU-T SG 16 WP 3 and ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, 3rd Meeting: Guangzhou, CN, 7-15 October, 2010)

비특허문헌2: VCEG-AZ05 (E. Alshina, et al., Known tools performance investigation for next generation video coding, ITU-T SG 16 Question 6, Video Coding Experts Group (VCEG), 52nd Meeting: 19-26 June 2015, Warsaw, Poland)Non-Patent Document 2: VCEG-AZ05 (E. Alshina, et al., Known tools performance investigation for next generation video coding, ITU-T SG 16 Question 6, Video Coding Experts Group (VCEG), 52nd Meeting: 19-26 June 2015, Warsaw, Poland)

본 발명은 양방향 옵티컬 플로우(bi-directional optical flow; BIO)의 연산 복잡성을 줄이면서도 화질 열화를 감소시키는 데에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to reduce image quality degradation while reducing the computational complexity of a bi-directional optical flow (BIO).

본 발명의 일 측면에 의하면, 영상 부호화에서 양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical flow)를 이용하여 대상블록을 예측하는 인터 예측 장치를 제공한다. 상기 인터 예측 장치는, 제1 참조픽처에 대한 제1 움직임벡터 및 제2 참조픽처에 대한 제2 움직임벡터를 생성하는 수단; 상기 제1 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제1 참조픽처 내의 샘플들 및 상기 제2 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제2 참조픽처 내의 샘플들 간의 차이 값들로부터 상기 양방향 옵티컬 플로우의 적용 여부를 결정하기 위해 사용되는 변수(variable)를 유도하는 수단; 및 상기 변수에 따라 선택적으로, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하여 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하거나, 또는 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 수단을 포함한다.According to one aspect of the present invention, there is provided an inter prediction apparatus for predicting a target block using a bi-directional optical flow in image encoding. The inter prediction apparatus includes: means for generating a first motion vector for a first reference picture and a second motion vector for a second reference picture; To determine whether to apply the bidirectional optical flow from difference values between samples in the first reference picture determined based on the first motion vector and samples in the second reference picture determined based on the second motion vector means for deriving the variable to be used; and selectively applying the bidirectional optical flow according to the variable to generate prediction samples for the target block from the first reference picture and the second reference picture, or the first without applying the bidirectional optical flow and means for generating prediction samples for the target block from a reference picture and the second reference picture.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 영상 복호화에서 양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical flow)를 이용하여 대상블록을 예측하는 인터 예측 방법을 제공한다. 상기 인터 예측 방법은, 제1 참조픽처에 대한 제1 움직임벡터 및 제2 참조픽처에 대한 제2 움직임벡터를 생성하는 단계; 상기 제1 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제1 참조픽처 내의 샘플들 및 상기 제2 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제2 참조픽처 내의 샘플들 간의 차이 값들로부터 상기 양방향 옵티컬 플로우의 적용 여부를 결정하기 위해 사용되는 변수(variable)를 유도하는 단계; 및 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 예측샘플들은, 상기 변수에 따라 선택적으로, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하여 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 생성되거나, 또는 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 생성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an inter prediction method for predicting a target block using a bi-directional optical flow in image decoding. The inter prediction method includes: generating a first motion vector for a first reference picture and a second motion vector for a second reference picture; To determine whether to apply the bidirectional optical flow from difference values between samples in the first reference picture determined based on the first motion vector and samples in the second reference picture determined based on the second motion vector deriving a variable to be used; and generating prediction samples for the target block. Here, the prediction samples are selectively generated from the first reference picture and the second reference picture by applying the bidirectional optical flow according to the variable, or the first reference picture without applying the bidirectional optical flow and the second reference picture.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도
도 2는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 복호화 장치에 대한 예시적인 블록도,
도 4는 BIO의 기본적인 개념을 설명하기 위한 참조도,
도 5는 픽셀 기반의 BIO에서 현재픽셀을 중심으로 하는 마스크의 형태에 대한 예시도,
도 6은 마스크 내에서 참조블록을 벗어나는 위치의 픽셀들에 대한 밝기값 및 그래디언트를 패당 방식으로 설정하는 것을 설명하기 위한 예시도,
도 7은 서브블록 기반의 BIO에서 서브블록을 중심으로 하는 마스크의 형태에 대한 예시도,
도 8은 서브블록 기반의 BIO에서 각 픽셀 단위로 마스크를 적용하는 것을 설명하기 위한 예시도,
도 9는 서브블록 기반의 BIO에서 서브블록을 중심으로 하는 또 다른 마스크의 형태에 대한 예시도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIO 프로세스를 선택적으로 적용하여 움직임 보상을 수행하는 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대한 하나의 예시도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대한 다른 예시도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대한 또 다른 예시도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재블록의 크기 및 움직임벡터의 부호화 모드에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대한 예시도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 CVC 조건 및 BCC 조건에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정을 도시한 예시도,
도 16은 본 실시예에 따른 주변 블록들의 움직임 벡터 분산값에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정을 도시한 예시도이다.1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is an exemplary diagram of a neighboring block of the current block;
3 is an exemplary block diagram of an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 is a reference diagram for explaining the basic concept of BIO;
5 is an exemplary diagram of the shape of a mask centered on the current pixel in pixel-based BIO;
6 is an exemplary diagram for explaining the setting of brightness values and gradients for pixels at positions out of a reference block within a mask in a per-part manner;
7 is an exemplary diagram of the shape of a mask centered on a sub-block in sub-block-based BIO;
8 is an exemplary diagram for explaining the application of a mask in units of pixels in sub-block-based BIO;
9 is an exemplary diagram of another mask form centered on a sub-block in sub-block-based BIO;
10 is a block diagram illustrating the configuration of an apparatus for performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to an embodiment of the present invention;
11 is an exemplary diagram of a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to the texture complexity of a current block according to an embodiment of the present invention;
12 is another exemplary diagram of a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to the texture complexity of a current block according to an embodiment of the present invention;
13 is another exemplary diagram of a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to the texture complexity of a current block according to an embodiment of the present invention;
14 is an exemplary diagram of a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to a size of a current block and an encoding mode of a motion vector according to an embodiment of the present invention;
15 is an exemplary diagram illustrating a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to a CVC condition and a BCC condition according to an embodiment of the present invention;
16 is an exemplary diagram illustrating a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to motion vector dispersion values of neighboring blocks according to the present embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 식별 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that in adding identification codes to the components of each drawing, the same components are to have the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 개시의 기술들은, 일반적으로, 양방향 옵티컬 플로우(bi-directional optical flow; BIO) 기법의 복잡성 및/또는 비용을 감소시키는 것과 관련된다. BIO는 움직임 보상 동안에 적용될 수 있다. 일반적으로, BIO는 현재블록 내 모든 픽셀 또는 서브블록 각각에 대한 움직임 벡터를 옵티컬 플로우를 통해 산정하고, 산정된 각 픽셀 또는 서브블록의 움직임 벡터 값에 근거하여 해당 픽셀 또는 서브블록의 예측값을 갱신하는 데 사용된다.The techniques of this disclosure generally relate to reducing the complexity and/or cost of bi-directional optical flow (BIO) techniques. BIO can be applied during motion compensation. In general, the BIO calculates a motion vector for each pixel or subblock in the current block through an optical flow, and updates the prediction value of the corresponding pixel or subblock based on the calculated motion vector value of each pixel or subblock. used to

도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus that can implement techniques of the present disclosure.

영상 부호화 장치는 블록 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함한다. 영상 부호화 장치는 각 구성요소가 하드웨어 칩으로 구현될 수 있으며, 또는 소프트웨어로 구현되고 하나 이상의 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.The image encoding apparatus includes a block divider 110 , a predictor 120 , a subtractor 130 , a transform unit 140 , a quantizer 145 , an encoder 150 , an inverse quantizer 160 , and an inverse transform unit ( 165 ), an adder 170 , a filter unit 180 , and a memory 190 . In the image encoding apparatus, each component may be implemented as a hardware chip, or may be implemented as software and one or more microprocessors to execute a function of software corresponding to each component.

블록 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 복수의 CTU(Coding Tree Unit)으로 분할한 이후에, CTU를 트리 구조(tree structure)를 이용하여 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU (coding unit)가 된다. 트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 이러한 QT 구조 및 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT) 구조를 혼용한 QTBT (QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 즉, CTU를 다수의 CU로 분할하기 위해 QTBT를 사용할 수 있다.The block divider 110 divides each picture constituting an image into a plurality of coding tree units (CTUs) and then recursively divides the CTUs using a tree structure. A leaf node in the tree structure becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding. As a tree structure, a quadtree (QT) in which a parent node (or parent node) is divided into four child nodes (or child nodes) of the same size, or a QT structure and a parent node divided into two child nodes A QTBT (QuadTree plus BinaryTree) structure mixed with a binary tree (BinaryTree, BT) structure may be used. That is, QTBT may be used to divide a CTU into a plurality of CUs.

QTBT (QuadTree plus BinaryTree) 구조에서, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달 할 때까지 반복 될 수 있다. 쿼드트리의 리프 노드가 BT에서 허용되는 루트 노드의 최대 블록 크기(MaxBTSize)보다 크지 크지 않은 경우, BT 구조로 더 파티셔닝될 수 있다. BT에서는 복수의 분할 타입이 존재할 수 있다. 예컨대, 일부 예시에서, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. 또한, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태로는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태를 포함할 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태를 포함할 수도 있다.In a QTBT (QuadTree plus BinaryTree) structure, a CTU may first be divided into a QT structure. The quadtree splitting may be repeated until the size of a splitting block reaches the minimum block size of a leaf node (MinQTSize) allowed in QT. If the leaf node of the quadtree is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in the BT, it may be further partitioned into the BT structure. In BT, a plurality of partition types may exist. For example, in some examples, there may be two types of horizontally splitting a block of a corresponding node into two blocks of the same size (ie, symmetric horizontal splitting) and a vertical splitting type (ie, symmetric vertical splitting). In addition, a type for dividing the block of the corresponding node into two blocks having an asymmetric shape may further exist. The asymmetric form may include a form of dividing the block of the corresponding node into two rectangular blocks having a size ratio of 1:3, or a form of dividing the block of the corresponding node in a diagonal direction.

블록 분할부(110)가 QTBT 구조에 의해 CTU를 분할하여 생성하는 분할 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. The division information generated by the block division unit 110 by dividing the CTU according to the QTBT structure is encoded by the encoding unit 150 and transmitted to the image decoding apparatus.

CU는 CTU로부터의 QTBT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다.A CU may have various sizes according to the QTBT split from the CTU. Hereinafter, a block corresponding to a CU to be encoded or decoded (ie, a leaf node of QTBT) is referred to as a 'current block'.

예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다. The prediction unit 120 generates a prediction block by predicting the current block. The prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124 .

일반적으로, 픽처 내 현재블록들은 각각 예측적으로 코딩될 수 있다. 현재블록의 예측은 (현재블록을 포함하는 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인트라 예측 기술 또는 (현재블록을 포함하는 픽처 이전에 코딩된 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인터 예측 기술을 사용하여 일반적으로 수행될 수 있다. 인터 예측은 단방향 예측과 양방향 예측 모두를 포함한다.In general, each of the current blocks in a picture may be predictively coded. Prediction of the current block is generally performed using an intra prediction technique (using data from the picture containing the current block) or inter prediction technique (using data from a picture coded before the picture containing the current block). can be performed. Inter prediction includes both uni-prediction and bi-prediction.

각각의 인터 예측된 블록에 대해, 움직임 정보 세트가 이용 가능할 수 있다. 한 세트의 움직임 정보는 순방향(forward) 및 역방향(backward) 예측 방향에 대한 움직임 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 순방향 및 역방향 예측 방향은 양방향(bi-directional) 예측 모드의 2개의 예측 방향이고, 용어 "순방향" 및 "역방향"은 반드시 기하학적 의미를 가질 필요는 없다. 대신에, 이들은 일반적으로 참조픽처가 현재 픽처 전에("역방향") 또는 후에("순방향")에 표시될지 여부에 대응한다. 일부 예에서, "순방향" 및 "역방향" 예측 방향은 현재 픽처의 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)에 대응할 수 있다. For each inter-predicted block, a set of motion information may be available. One set of motion information may include motion information for forward and backward prediction directions. Here, the forward and backward prediction directions are two prediction directions of a bi-directional prediction mode, and the terms “forward” and “reverse” do not necessarily have a geometric meaning. Instead, they generally correspond to whether the reference picture will be displayed before (“reverse”) or after (“forward”) the current picture. In some examples, “forward” and “backward” prediction directions may correspond to reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1) of the current picture.

각 예측 방향에 대해, 움직임 정보는 참조 인덱스 및 움직임 벡터를 포함한다. 참조 인덱스는 현재 참조픽처 리스트 (RefPicList0 또는 RefPicList1) 내의 참조픽처를 식별하는데 사용될 수 있다. 움직임 벡터는 수평(x) 및 수직(y) 성분을 갖는다. 일반적으로, 수평 성분은 참조 블록의 x 좌표를 위치 시키는데 필요한, 현재 픽처에서의 현재블록의 위치에 상대적인 참조픽처 내의 수평 변위(horizontal displacement)를 나타낸다. 수직 성분은 참조 블록의 y 좌표를 위치 시키는데 필요한, 현재블록의 위치에 상대적인 참조픽처 내의 수직 변위(vertical displacement)를 나타낸다.For each prediction direction, the motion information includes a reference index and a motion vector. The reference index may be used to identify a reference picture in the current reference picture list (RefPicList0 or RefPicList1). A motion vector has horizontal (x) and vertical (y) components. In general, the horizontal component represents the horizontal displacement in the reference picture relative to the position of the current block in the current picture, which is required to locate the x-coordinate of the reference block. The vertical component represents a vertical displacement in the reference picture relative to the position of the current block, which is required to locate the y-coordinate of the reference block.

인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 통해 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(motion vector)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 모션 벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. The inter prediction unit 124 generates a prediction block for the current block through a motion compensation process. A block most similar to the current block is searched for in the coded and decoded reference picture before the current picture, and a prediction block for the current block is generated using the searched block. Then, a motion vector corresponding to the displacement between the current block in the current picture and the prediction block in the reference picture is generated. In general, motion estimation is performed for a luma component, and a motion vector calculated based on the luma component is used for both the luma component and the chroma component. Motion information including information on a reference picture and information on a motion vector used to predict the current block is encoded by the encoder 150 and transmitted to the image decoding apparatus.

한편, 양방향 예측의 경우, 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0 및 참조픽처 리스트 1로부터 각각 제1 참조픽처 및 제2 참조픽처를 선택하고, 각 참조픽처 내에서 현재블록과 유사한 블록을 탐색하여 제1 참조블록과 제2 참조블록을 생성한다. 그리고, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중 평균하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고 현재블록을 예측하기 위해 사용한 두 개의 참조픽처에 대한 정보 및 두 개의 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보를 부호화부(150)로 전달한다. 여기서, 두 개의 움직임벡터는 현재픽처 내에서 현재블록의 위치와 제1 참조픽처 내에서 제1 참조블록의 위치 간의 변위에 해당하는 제1 움직임벡터(즉, 제1 참조픽처를 참조하는 움직임벡터)와 현재픽처 내에서 현재블록의 위치와 제2 참조픽처 내에서 제2 참조블록의 위치 간의 변위에 해당하는 제2 움직임벡터(즉, 제2 참조픽처를 참조하는 움직임벡터)를 의미한다.On the other hand, in the case of bidirectional prediction, the inter prediction unit 124 selects a first reference picture and a second reference picture from the reference picture list 0 and the reference picture list 1, respectively, and searches for a block similar to the current block in each reference picture. Thus, a first reference block and a second reference block are generated. Then, the first reference block and the second reference block are averaged or weighted to generate a prediction block for the current block. In addition, motion information including information on two reference pictures and information on two motion vectors used to predict the current block is transmitted to the encoder 150 . Here, the two motion vectors are a first motion vector corresponding to a displacement between the position of the current block in the current picture and the position of the first reference block in the first reference picture (ie, a motion vector referring to the first reference picture). and a second motion vector (ie, a motion vector referring to the second reference picture) corresponding to the displacement between the position of the current block in the current picture and the position of the second reference block in the second reference picture.

또한, 인터 예측부(124)는 양방향 예측을 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성하기 위해 본 개시의 양방향 옵티컬 플로우(bi-directional optical flow; BIO) 프로세스를 수행할 수도 있다. 다시 말해, 인터 예측부(124)는 현재블록에 대한 양방향의 움직임 벡터들을 결정한 후에, 영상 픽셀 단위 혹은 서브 블록 단위로 BIO 프로세스에 따른 움직인 보상을 사용하여 현재블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 다른 예들에서, 부호화 장치의 하나 이상의 다른 유닛들이 추가적으로 본 개시의 BIO 프로세스를 수행하는 데 관여할 수도 있다. 또한, BIO 프로세스는 부호화 장치와 복호화 장치가 서로 공유하는 기 복호화된 정보를 이용한 명시적인 방정식을 적용하여 수행되므로, BIO 프로세스를 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다. In addition, the inter prediction unit 124 may perform the bi-directional optical flow (BIO) process of the present disclosure to generate a prediction block of the current block using bi-directional prediction. In other words, after determining the bidirectional motion vectors for the current block, the inter prediction unit 124 may generate a prediction block for the current block by using motion compensation according to the BIO process in units of image pixels or sub-blocks. have. In other examples, one or more other units of the encoding apparatus may be additionally involved in performing the BIO process of the present disclosure. In addition, since the BIO process is performed by applying an explicit equation using previously decoded information shared by the encoding apparatus and the decoding apparatus, signaling of additional information for the BIO process is not required.

양방향 예측을 이용한 움직임 보상시에 BIO 프로세스를 적용할지 여부는 다양한 방법으로 결정될 수 있다. BIO 프로세스에 대한 상세 및 움직임 보상 과정에서 BIO 프로세스를 적용할지 여부에 대한 상세는 도 4 이하의 도면들을 참조하여 후술한다. Whether to apply the BIO process to motion compensation using bi-directional prediction may be determined in various ways. Details of the BIO process and whether the BIO process is applied in the motion compensation process will be described later with reference to the drawings below with reference to FIG. 4 .

움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.Various methods may be used to minimize the amount of bits required to encode motion information.

예컨대, 현재블록의 참조픽처와 움직임벡터가 주변블록의 참조픽처 및 움직임벡터와 동일한 경우에는 그 주변블록을 식별할 수 있는 정보를 부호화함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 복호화 장치로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 '머지 모드 (merge mode)'라 한다.For example, when the reference picture and motion vector of the current block are the same as the reference picture and motion vector of the neighboring block, the motion information of the current block may be transmitted to the decoding apparatus by encoding information for identifying the neighboring block. This method is called 'merge mode'.

머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다. In the merge mode, the inter prediction unit 124 selects a predetermined number of merge candidate blocks (hereinafter referred to as 'merge candidates') from neighboring blocks of the current block.

머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(L), 상단블록(A), 우상단블록(AR), 좌하단블록(BL), 좌상단블록(AL) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 머지 후보로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 머지 후보로서 추가로 더 사용될 수 있다. As the neighboring blocks for inducing the merge candidate, as shown in FIG. 2 , the left block (L), the upper block (A), the upper right block (AR), and the lower left block (BL) adjacent to the current block in the current picture. ), all or part of the upper left block AL may be used. Also, a block located in a reference picture (which may be the same as or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture in which the current block is located may be used as a merge candidate. For example, a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be further used as merge candidates.

인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기 결정된 개수의 머지 후보를 포함하는 머지 리스트를 구성한다. 머지 리스트에 포함된 머지 후보들 중에서 현재블록의 움직임정보로서 사용할 머지 후보를 선택하고 선택된 후보를 식별하기 위한 머지 인덱스 정보를 생성한다. 생성된 머지 인덱스 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 복호화 장치로 전달된다.The inter prediction unit 124 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates by using these neighboring blocks. A merge candidate to be used as motion information of the current block is selected from among the merge candidates included in the merge list, and merge index information for identifying the selected candidate is generated. The generated merge index information is encoded by the encoder 150 and transmitted to the decoding apparatus.

움직임 정보를 부호화하는 또 다른 방법은 차분 움직임벡터를 부호화하는 것이다.Another method of encoding motion information is to encode a differential motion vector.

이 방법에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 2에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(L), 상단블록(A), 우상단블록(AR), 좌하단블록(BL), 좌상단블록(AL) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 사용될 수 있다.In this method, the inter prediction unit 124 derives motion vector prediction candidates for the motion vector of the current block using neighboring blocks of the current block. As neighboring blocks used to derive prediction motion vector candidates, a left block (L), an upper block (A), an upper right block (AR), a lower left block (L) adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. BL), all or part of the upper left block AL may be used. In addition, a block located in a reference picture (which may be the same as or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture in which the current block is located is used as a neighboring block used to derive prediction motion vector candidates. may be For example, a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be used.

인터 예측부(124)는 이 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 현재블록의 움직임벡터로부터 예측 움직임벡터를 감산하여 차분 움직임벡터를 산출한다. The inter prediction unit 124 derives prediction motion vector candidates by using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector with respect to the motion vector of the current block using the prediction motion vector candidates. Then, a differential motion vector is calculated by subtracting the predicted motion vector from the motion vector of the current block.

예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 기 정의된 함수(예컨대, 중앙값, 평균값 연산 등)를 적용하여 구할 수 있다. 이 경우, 영상 복호화 장치도 기 정의된 함수를 알고 있다. 또한, 예측 움직임벡터 후보를 유도하기 위해 사용하는 주변블록은 이미 부호화 및 복호화가 완료된 블록이므로 영상 복호화 장치도 그 주변블록의 움직임벡터도 이미 알고 있다. 그러므로 영상 부호화 장치는 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보를 부호화할 필요가 없다. 따라서, 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보와 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보가 부호화된다.The prediction motion vector may be obtained by applying a predefined function (eg, a median value, an average value operation, etc.) to the prediction motion vector candidates. In this case, the image decoding apparatus also knows the predefined function. In addition, since the neighboring block used to derive the prediction motion vector candidate is a block that has already been encoded and decoded, the image decoding apparatus already knows the motion vector of the neighboring block. Therefore, the image encoding apparatus does not need to encode information for identifying the prediction motion vector candidate. Accordingly, in this case, information on a differential motion vector and information on a reference picture used to predict the current block are encoded.

한편, 예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나를 선택하는 방식으로 결정될 수도 있다. 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보와 함께, 선택된 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보가 추가로 부호화된다.Meanwhile, the prediction motion vector may be determined by selecting any one of the prediction motion vector candidates. In this case, information for identifying the selected prediction motion vector candidate is additionally encoded together with information on the differential motion vector and information on the reference picture used to predict the current block.

인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재하며, 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다. 특히, 인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측 모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측 모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측 모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측 모드들에 대한 레이트 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 레이트 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 레이트 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측 모드를 선택할 수도 있다. The intra prediction unit 122 predicts pixels in the current block by using pixels (reference pixels) located around the current block in the current picture including the current block. A plurality of intra prediction modes exist according to a prediction direction, and neighboring pixels to be used and an operation expression are defined differently according to each prediction mode. In particular, the intra prediction unit 122 may determine an intra prediction mode to be used for encoding the current block. In some examples, the intra prediction unit 122 may encode the current block using several intra prediction modes and select an appropriate intra prediction mode to use from the tested modes. For example, the intra prediction unit 122 calculates rate-distortion values using rate-distortion analysis for several tested intra prediction modes, and has the best rate-distortion characteristics among the tested modes. An intra prediction mode may be selected.

인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측 모드 중에서 하나의 인트라 예측 모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측 모드에 따라 결정되는 주변 픽셀(참조 픽셀)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측 모드에 대한 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.The intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes, and predicts the current block by using a neighboring pixel (reference pixel) determined according to the selected intra prediction mode and an equation. Information on the selected intra prediction mode is encoded by the encoder 150 and transmitted to the image decoding apparatus.

감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차 블록을 생성한다.The subtractor 130 generates a residual block by subtracting the prediction block generated by the intra prediction unit 122 or the inter prediction unit 124 from the current block.

변환부(140)는 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차 블록 내의 잔차 신호를 주파수 도메인의 변환 계수로 변환한다. 변환부(140)는 잔차 블록 내의 잔차 신호들을 현재블록의 크기를 변환 단위로 사용하여 변환할 수 있으며, 또는 잔차 블록을 더 작은 복수의 서브블록을 분할하고 서브블록 크기의 변환 단위로 잔차 신호들을 변환할 수도 있다. 잔차 블록을 더 작은 서브블록으로 분할하는 방법은 다양하게 존재할 수 있다. 예컨대, 기정의된 동일한 크기의 서브블록으로 분할할 수도 있으며, 또는 잔차 블록을 루트 노드로 하는 QT(quadtree) 방식의 분할을 사용할 수도 있다. The transform unit 140 transforms a residual signal in a residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain. The transform unit 140 may transform the residual signals in the residual block using the size of the current block as a transform unit, or divide the residual block into a plurality of smaller subblocks and convert the residual signals in a transform unit of the subblock size. You can also convert There may be various methods for dividing the residual block into smaller subblocks. For example, it may be divided into sub-blocks of the same predefined size, or a quadtree (QT) type partitioning using a residual block as a root node may be used.

양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 부호화부(150)로 출력한다.The quantization unit 145 quantizes the transform coefficients output from the transform unit 140 , and outputs the quantized transform coefficients to the encoder 150 .

부호화부(150)는 양자화된 변환 계수들을 CABAC 등의 부호화 방식을 사용하여 부호화하여 비트스트림을 생성한다. 또한, 부호화부(150)는 블록 분할과 관련된 CTU size, MinQTSize, MaxBTSize, MaxBTDepth, MinBTSize, QT 분할 플래그, BT 분할 플래그, 분할 타입 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다.The encoder 150 generates a bitstream by encoding the quantized transform coefficients using an encoding method such as CABAC. In addition, the encoder 150 encodes information such as CTU size, MinQTSize, MaxBTSize, MaxBTDepth, MinBTSize, QT split flag, BT split flag, and split type related to block splitting so that the video decoding apparatus is identical to the video encoding apparatus. Allows the block to be partitioned.

부호화부(150)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보 또는 인터 예측정보를 부호화한다. The encoder 150 encodes information on a prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and encodes intra prediction information or inter prediction information according to the prediction type.

현재블록이 인트라 예측된 경우에는 인트라 예측정보로서 인트라 예측 모드에 대한 신택스 요소(syntax element)를 부호화한다. 현재블록이 인터 예측된 경우, 부호화부(150)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소를 부호화한다. 인터 예측정보에 대한 신택스 요소는 다음을 포함한다.When the current block is intra-predicted, a syntax element for the intra-prediction mode is encoded as intra-prediction information. When the current block is inter-predicted, the encoder 150 encodes a syntax element for inter prediction information. The syntax element for inter prediction information includes the following.

(1) 현재블록의 움직임정보가 머지 모드로 부호화되는지 아니면 차분 움직임벡터를 부호화하는 모드로 부호화되는지 여부를 지시하는 모드 정보(1) Mode information indicating whether motion information of the current block is encoded in a merge mode or a differential motion vector encoding mode

(2) 움직임정보에 대한 신택스 요소 (2) Syntax elements for motion information

움직임정보가 머지 모드에 의해 부호화되는 경우, 부호화부(150)는 머지 후보들 중 어느 후보가 현재블록의 움직임정보를 추출하기 위한 후보로서 선택되는지를 지시하는 머지 인덱스 정보를 움직임정보에 대한 신택스 요소로 부호화한다. When motion information is encoded by the merge mode, the encoder 150 uses merge index information indicating which of the merge candidates is selected as a candidate for extracting the motion information of the current block as a syntax element for the motion information. encode

반면, 움직임정보가 차분 움직임벡터를 부호화하는 모드에 의해 부호화되는 경우, 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 참조픽처에 대한 정보를 움직임정보에 대한 신택스 요소로 부호화한다. 만약, 예측 움직임벡터가 복수의 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나의 후보를 선택하는 방식으로 결정되는 경우에는, 움직임정보에 대한 신택스 요소는 그 선택된 후보를 식별하기 위한 예측 움직임벡터 식별 정보를 추가로 더 포함한다.On the other hand, when motion information is encoded according to a differential motion vector encoding mode, information on a differential motion vector and information on a reference picture are encoded as syntax elements for motion information. If the prediction motion vector is determined by selecting any one candidate from among a plurality of prediction motion vector candidates, the syntax element for the motion information further includes prediction motion vector identification information for identifying the selected candidate. include

역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.The inverse quantization unit 160 inverse quantizes the quantized transform coefficients output from the quantization unit 145 to generate transform coefficients. The inverse transform unit 165 restores the residual block by transforming the transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from the frequency domain to the spatial domain.

가산부(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀로서 사용된다.The addition unit 170 restores the current block by adding the reconstructed residual block to the prediction block generated by the prediction unit 120 . Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.

필터부(180)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링하고 메모리(190)에 저장한다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용된다.The filter unit 180 deblocks and filters the boundary between the reconstructed blocks in order to remove a blocking artifact generated due to block-by-block encoding/decoding, and stores the deblocking-filtering in the memory 190 . When all blocks in one picture are reconstructed, the reconstructed picture is used as a reference picture for inter prediction of blocks in a picture to be encoded later.

이하에서는 영상 복호화 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, an image decoding apparatus will be described.

도 3은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.3 is an exemplary block diagram of an image decoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.

영상 복호화 장치는 복호화부(310), 역양자화부(320), 역변환부(330), 예측부(340), 가산기(350), 필터부(360) 및 메모리(370)를 포함한다. 도 2의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치는 각 구성요소가 하드웨어 칩으로 구현될 수 있으며, 또는 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.The image decoding apparatus includes a decoding unit 310 , an inverse quantization unit 320 , an inverse transform unit 330 , a prediction unit 340 , an adder 350 , a filter unit 360 , and a memory 370 . Like the image encoding apparatus of FIG. 2 , each component of the image decoding apparatus may be implemented as a hardware chip, or may be implemented as software and a microprocessor may be implemented to execute a function of software corresponding to each component.

복호화부(310)는 영상 부호화 장치로부터 수신한 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출하여 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측 정보와 잔차신호에 대한 정보 등을 추출한다.The decoding unit 310 decodes the bitstream received from the image encoding apparatus, extracts information related to block division, determines a current block to be decoded, and prediction information necessary for reconstructing the current block and information on the residual signal, etc. to extract

복호화부(310)는 SPS (Sequence Parameter Set) 또는 PPS (Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고 CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할 정보를 추출함으로써 CTU를 트리 구조를 이용하여 분할한다. 예컨대, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT의 분할과 관련된 제2 플래그(BT_split_flag) 및 분할 타입 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 BT 구조로 분할한다.The decoder 310 extracts information about the CTU size from a sequence parameter set (SPS) or a picture parameter set (PPS), determines the size of the CTU, and divides the picture into CTUs of the determined size. Then, the CTU is determined as the top layer of the tree structure, that is, the root node, and the CTU is divided using the tree structure by extracting the division information on the CTU. For example, when a CTU is split using a QTBT structure, a first flag (QT_split_flag) related to QT splitting is first extracted and each node is split into four nodes of a lower layer. And, for a node corresponding to a leaf node of QT, a second flag (BT_split_flag) and split type information related to BT splitting are extracted and the corresponding leaf node is split into a BT structure.

한편, 복호화부(310)는 트리 구조의 분할을 통해 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. On the other hand, when the decoding unit 310 determines the current block to be decoded through division of the tree structure, information on the prediction type indicating whether the current block is intra-predicted or inter-predicted is extracted.

예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 복호화부(310)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측 모드)에 대한 신택스 요소를 추출한다. When the prediction type information indicates intra prediction, the decoder 310 extracts a syntax element for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block.

예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 복호화부(310)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소를 추출한다. 먼저, 현재블록의 움직임정보가 복수의 부호화 모드 중 어느 모드에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 모드 정보를 추출한다. 여기서, 복수의 부호화 모드는 머지 모드 및 차분 움직임벡터 부호화 모드를 포함한다. 모드 정보가 머지 모드를 지시하는 경우, 복호화부(310)는 머지 후보들 중 어느 후보로부터 현재블록의 움직임벡터를 유도할지 여부를 지시하는 머지 인덱스 정보를 움직임정보에 대한 신택스 요소로서 추출한다. 반면, 모드 정보가 차분 움직임벡터 부호화 모드를 지시하는 경우, 복호화부(310)는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록의 움직임벡터가 참조하는 참조픽처에 대한 정보를 움직임벡터에 대한 신택스 요소로서 추출한다. 한편, 영상 부호화 장치가 복수의 예측 움직임벡터 후보들 중에서 어느 하나의 후보를 현재블록의 예측 움직임벡터로 사용한 경우에는 예측 움직임벡터 식별정보가 비트스트림에 포함된다. 따라서 이 경우에는, 차분 움직임벡터에 대한 정보와 참조픽처에 대한 정보뿐만 아니라 예측 움직임벡터 식별정보도 움직임벡터에 대한 신택스 요소로서 추출한다.When the prediction type information indicates inter prediction, the decoder 310 extracts a syntax element for the inter prediction information. First, mode information indicating whether motion information of the current block is encoded by which mode among a plurality of encoding modes is extracted. Here, the plurality of encoding modes include a merge mode and a differential motion vector encoding mode. When the mode information indicates the merge mode, the decoder 310 extracts merge index information indicating whether to derive the motion vector of the current block from any of the merge candidates as a syntax element for the motion information. On the other hand, when the mode information indicates a differential motion vector encoding mode, the decoder 310 extracts information on the differential motion vector and information on the reference picture referenced by the motion vector of the current block as syntax elements for the motion vector. do. On the other hand, when the video encoding apparatus uses any one of the plurality of prediction motion vector candidates as the prediction motion vector of the current block, the prediction motion vector identification information is included in the bitstream. Therefore, in this case, information on the differential motion vector and information on the reference picture as well as the prediction motion vector identification information are extracted as syntax elements for the motion vector.

한편, 복호화부(310)는 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.Meanwhile, the decoder 310 extracts information on the quantized transform coefficients of the current block as information on the residual signal.

역양자화부(320)는 양자화된 변환계수들을 역양자화하고 역변환부(330)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.The inverse quantization unit 320 inversely quantizes the quantized transform coefficients, and the inverse transform unit 330 inversely transforms the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to restore residual signals to generate a residual block for the current block.

예측부(340)는 인트라 예측부(342) 및 인터 예측부(344)를 포함한다. 인트라 예측부(342)는 현재블록의 예측 타입인 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(344)는 현재블록의 예측 타입인 인트라 예측일 때 활성화된다.The prediction unit 340 includes an intra prediction unit 342 and an inter prediction unit 344 . The intra prediction unit 342 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction, and the inter prediction unit 344 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction.

인트라 예측부(342)는 복호화부(310)로부터 추출된 인트라 예측 모드에 대한 신택스 요소로부터 복수의 인트라 예측 모드 중 현재블록의 인트라 예측 모드를 결정하고, 인트라 예측 모드에 따라 현재블록 주변의 참조 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다. The intra prediction unit 342 determines the intra prediction mode of the current block from among the plurality of intra prediction modes from the syntax element for the intra prediction mode extracted from the decoder 310, and a reference pixel around the current block according to the intra prediction mode. Predict the current block using

인터 예측부(344)는 복호화부(310)로부터 추출된 인트라 예측 모드에 대한 신택스 요소를 이용하여 현재블록의 움직임정보를 결정하고, 결정된 움직임정보를 이용하여 현재블록을 예측한다.The inter prediction unit 344 determines motion information of the current block by using the syntax element for the intra prediction mode extracted from the decoder 310 , and predicts the current block using the determined motion information.

먼저, 인터 예측부(344)는 복호화부(310)로부터 추출된 인터 예측에서의 모드 정보를 확인한다. 모드 정보가 머지 모드를 지시하는 경우, 인터 예측부(344)는 현재블록의 주변블록을 이용하여 기 결정된 개수의 머지 후보를 포함하는 머지 리스트를 구성한다. 인터 예측부(344)가 머지 리스트를 구성하는 방법은 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)와 동일하다. 그리고, 복호화부(310)으로부터 전달된 머지 인덱스 정보를 이용하여 머지 리스트 내의 머지 후보들 중에서 하나의 머지 후보를 선택한다. 그리고 선택된 머지 후보의 움직임정보, 즉, 머지 후보의 움직임벡터와 참조픽처를 현재블록의 움직임벡터와 참조픽처로 설정한다. First, the inter prediction unit 344 checks mode information in inter prediction extracted from the decoder 310 . When the mode information indicates a merge mode, the inter prediction unit 344 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates using neighboring blocks of the current block. A method for the inter prediction unit 344 to construct the merge list is the same as that of the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus. Then, one merge candidate is selected from among the merge candidates in the merge list by using the merge index information transmitted from the decoder 310 . Then, motion information of the selected merge candidate, that is, the motion vector and reference picture of the merge candidate, is set as the motion vector and reference picture of the current block.

반면, 모드 정보가 차분 움직임벡터 부호화 모드를 지시하는 경우, 인터 예측부(344)는 현재블록의 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 인터 예측부(344)가 예측 움직임벡터 후보들을 유도하는 방법은 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)와 동일하다. 만약, 영상 부호화 장치가 복수의 예측 움직임벡터 후보들 중에서 어느 하나의 후보를 현재블록의 예측 움직임벡터로 사용한 경우에는 움직임정보에 대한 신택스 요소는 예측 움직임벡터 식별정보를 포함한다. 따라서, 이 경우에, 인터 예측부(344)는 예측 움직임벡터 후보들 중 예측 움직임벡터 식별정보에 의해 지시되는 후보를 예측 움직임벡터로 선택할 수 있다. 그러나, 영상 부호화 장치가 복수의 예측 움직임벡터 후보들에 기 정의된 함수를 사용하여 예측 움직임벡터를 결정한 경우에는, 인터 예측부는 영상 부호화 장치와 동일한 함수를 적용하여 예측 움직임벡터를 결정할 수도 있다. 현재블록의 예측 움직임벡터가 결정되면, 인터 예측부(344)는 예측 움직임벡터와 복호화부(310)로부터 전달된 차분 움직임벡터를 가산하여 현재블록의 움직임벡터를 결정한다. 그리고 복호화부(310)로부터 전달된 참조픽처에 대한 정보를 이용하여 현재블록의 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정한다.On the other hand, when the mode information indicates the differential motion vector encoding mode, the inter prediction unit 344 derives prediction motion vector candidates using motion vectors of neighboring blocks of the current block, and uses the prediction motion vector candidates to obtain the current block. A predicted motion vector is determined for the motion vector of . The method of the inter prediction unit 344 inducing prediction motion vector candidates is the same as that of the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus. If the video encoding apparatus uses any one of the plurality of prediction motion vector candidates as the prediction motion vector of the current block, the syntax element for the motion information includes the prediction motion vector identification information. Accordingly, in this case, the inter prediction unit 344 may select a candidate indicated by the prediction motion vector identification information from among the prediction motion vector candidates as the prediction motion vector. However, when the image encoding apparatus determines the predicted motion vector by using a function predefined for the plurality of prediction motion vector candidates, the inter prediction unit may determine the predicted motion vector by applying the same function as that of the image encoding apparatus. When the predicted motion vector of the current block is determined, the inter prediction unit 344 determines the motion vector of the current block by adding the predicted motion vector and the differential motion vector transmitted from the decoder 310 . Then, the reference picture referred to by the motion vector of the current block is determined by using the information on the reference picture transmitted from the decoder 310 .

머지 모드 또는 차분 움직임벡터 부호화 모드에서 현재블록의 움직임벡터와 참조픽처가 결정되면, 인터 예측부(344)는 참조픽처 내에서 움직임벡터가 지시하는 위치의 블록을 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성한다.When the motion vector of the current block and the reference picture are determined in the merge mode or the differential motion vector encoding mode, the inter prediction unit 344 generates a prediction block of the current block by using the block at the position indicated by the motion vector in the reference picture. do.

한편, 양방향 예측의 경우, 인터 예측부(344)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소를 이용하여 참조픽처 리스트 0 및 참조픽처 리스트 1로부터 각각 제1 참조픽처 및 제2 참조픽처를 선택하고, 각 참조픽처를 참조하는 제1 움직임벡터와 제2 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 제1 참조픽처를 참조하는 제1 움직임벡터에 의해 제1 참조블록을 생성하고, 제2 참조픽처를 참조하는 제2 움직임벡터에 의해 제2 참조블록을 생성한다. 현재블록에 대한 예측블록은 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중 평균하여 생성한다. On the other hand, in the case of bidirectional prediction, the inter prediction unit 344 selects the first reference picture and the second reference picture from the reference picture list 0 and the reference picture list 1, respectively, by using the syntax element for the inter prediction information, and each reference A first motion vector and a second motion vector referring to a picture are determined. Then, a first reference block is generated using a first motion vector referring to the first reference picture, and a second reference block is generated using a second motion vector referring to the second reference picture. The prediction block for the current block is generated by averaging or weighted average of the first reference block and the second reference block.

또한, 인터 예측부(344)는 양방향 예측을 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성하기 위해 본 개시의 양방향 옵티컬 플로우(bi-directional optical flow; BIO) 프로세스를 수행할 수도 있다. 다시 말해, 인터 예측부(344)는 현재블록에 대한 양방향의 움직임 벡터들을 결정한 후에, 픽셀 단위 혹은 서브 블록 단위로 BIO 프로세스에 따른 움직인 보상을 사용하여 현재블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. In addition, the inter prediction unit 344 may perform the bi-directional optical flow (BIO) process of the present disclosure to generate a prediction block of the current block using bi-directional prediction. In other words, after determining bidirectional motion vectors for the current block, the inter prediction unit 344 may generate a prediction block for the current block by using motion compensation according to the BIO process in units of pixels or sub-blocks. .

양방향 예측을 이용한 움직임 보상시에 BIO 프로세스를 적용할지 여부는 다양한 방법으로 결정될 수 있다. BIO 프로세스에 대한 상세 및 움직임 보상 과정에서 BIO 프로세스를 적용할지 여부에 대한 상세는 도 4 이하의 도면들을 참조하여 후술한다.Whether to apply the BIO process to motion compensation using bi-directional prediction may be determined in various ways. Details of the BIO process and whether the BIO process is applied in the motion compensation process will be described later with reference to the drawings below with reference to FIG. 4 .

가산기(350)는 역변환부로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부 또는 인트라 예측부로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀로서 활용된다.The adder 350 reconstructs the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit and the prediction block output from the inter prediction unit or the intra prediction unit. Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting a block to be decoded later.

필터부(360)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)를 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링하고 메모리(370)에 저장한다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 복호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용된다.The filter unit 360 deblocks and filters the boundary between the reconstructed blocks in order to remove a blocking artifact caused by block-by-block decoding and stores the deblocking filter in the memory 370 . When all blocks in one picture are reconstructed, the reconstructed picture is used as a reference picture for inter prediction of blocks in a picture to be decoded later.

본 개시는 움직임 보상에서의 양방향 옵티컬 플로우(bi-directional optical flow, BIO)의 적용과 관련된다. 부호화 장치는 인터 예측 과정에서 코딩 블록(CU: coding unit) 단위의 움직임 추정 및 보상을 수행한 후, 그 결과물인 움직임 벡터(MV) 값을 복호화 장치 측에 전송하게 되고, 부호화 장치 및 복호화 장치는 CU 단위의 MV 값을 기반으로 BIO를 이용하여 픽셀 단위로 혹은 CU 보다 작은 서브 블록(즉, sub-CU) 단위로 MV 값을 추가적으로 보정할 수 있다. 즉, BIO는 n×n 크기의 블록에서부터 1×1 크기의 블록(즉, 픽셀) 단위로 코딩 블록(CU)의 움직임을 각 블록의 크기를 기준으로 정밀하게 움직임을 보상할 수 있다. 또한, BIO 프로세스는 부호화 장치와 복호화 장치가 서로 공유하는 기 복호화된 정보를 이용한 명시적인 방정식을 적용하여 수행되므로, 부호화 장치로부터 복호화 장치로 BIO 프로세스를 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다. The present disclosure relates to application of bi-directional optical flow (BIO) in motion compensation. The encoding apparatus performs motion estimation and compensation in units of coding blocks (CU) in the inter prediction process, and then transmits a resultant motion vector (MV) value to the decoding apparatus, and the encoding apparatus and the decoding apparatus Based on the MV value in units of CUs, the MV values may be additionally corrected in units of pixels or in units of sub-blocks smaller than CUs (ie, sub-CUs) using BIO. That is, the BIO can precisely compensate for the motion of the coding block (CU) from an n×n block to a 1×1 block (ie, pixel) unit based on the size of each block. In addition, since the BIO process is performed by applying an explicit equation using previously decoded information shared by the encoding apparatus and the decoding apparatus, signaling of additional information for the BIO process from the encoding apparatus to the decoding apparatus is not required.

도 4는 BIO의 기본적인 개념을 설명하기 위한 참조도이다.4 is a reference diagram for explaining the basic concept of BIO.

영상 부호화 및 복호화 시 이용하는 BIO는 움직임 벡터 정보가 양방향 (bi-prediction) 정보여야 하고, 영상을 구성하는 픽셀이 일정한 속도로 이동하고 픽셀 값의 변화가 거의 없다는 가정을 기반으로 한다.BIO used for image encoding and decoding is based on the assumption that motion vector information should be bi-prediction information, and that pixels constituting an image move at a constant speed and there is little change in pixel values.

우선, 현재블록에 대한 (통상의) 양방향 움직임 예측에 의하여 참조픽처들(Ref0과 Ref1)에서 현재 픽처의 부호화되는 현재블록과 가장 유사한 대응 영역들(즉, 참조 블록들)을 가리키는 양방향 움직임 벡터들(MV0,MV1)이 결정되었다고 가정하자. 해당 두 개의 양방향 움직임 벡터들은 현재블록의 움직임을 나타내는 값이다. 즉, 양방향 움직임 벡터들은 현재블록을 하나의 단위로 설정하고, 해당 단위에 대한 움직임을 전체적으로 추정한 값이다.First, bidirectional motion pointing to the regions (ie, reference blocks) most similar to the coded current block of the current picture in the reference pictures (Ref 0 and Ref 1 ) by (normal) bidirectional motion prediction for the current block. Assume that vectors MV 0 , MV 1 are determined. The two bidirectional motion vectors are values representing the motion of the current block. That is, the bidirectional motion vectors are values obtained by setting the current block as a unit and estimating the motion of the unit as a whole.

도 4의 예시에서, 현재블록 내 픽셀 P와 대응되는 것으로 양방향 움직임 벡터(MV0)가 가리키는 참조픽처(Ref0)내 픽셀은 P0이며, 현재블록 내 픽셀 P와 대응되는 것으로 양방향 움직임 벡터(MV1)가 가리키는 참조픽처(Ref1)내 픽셀은 P1이다. 그리고, 도 4에서 픽셀 P에 대한 움직임은 현재블록의 전체적인 움직임과는 조금 상이하다라고 가정하자. 예컨대, 도 4의 Ref0내 픽셀 A에 위치하는 물체가 현재 픽처의 현재블록 내 픽셀 P를 지나 Ref1 내 픽셀 B로 움직였다면, 픽셀 A 및 픽셀 B는 상당히 유사한 값을 가지게 된다. 또한, 이 경우, 현재블록 내 픽셀 P와 가장 유사한 Ref0 내 지점은 양방향 움직임 벡터(MV0)가 가리키는 P0이 아니라, P0를 소정의 변위 벡터(v x τ 0 , v y τ 0)만큼 이동시킨 A이며, 현재블록 내 픽셀 P와 가장 유사한 Ref1 내 지점은 양방향 움직임 벡터(MV1)가 가리키는 P1이 아니라, P1를 소정의 변위 벡터(-v x τ 1 , -v y τ 1)만큼 이동시킨 B이다. τ 0와 τ 1은 현재 픽처를 기준으로 각각 Ref0와 Ref1에 대한 시간축 거리를 의미하며, POC (Picture Order Count)를 기반으로 계산된다. 이하에서는, 편의상, (v x ,v y )를 “옵티컬 플로우(optical flow)” 또는 “BIO 움직임벡터”라고 지칭한다. In the example of FIG. 4 , the pixel in the reference picture Ref 0 indicated by the bidirectional motion vector MV 0 as corresponding to the pixel P in the current block is P 0 , and the bidirectional motion vector ( MV 1) is a reference picture (Ref 1) is pointing within the pixel P 1. And, suppose that the motion of the pixel P in FIG. 4 is slightly different from the overall motion of the current block. For example, if an object located at pixel A in Ref 0 of FIG. 4 moves past pixel P in the current block of the current picture to pixel B in Ref1, pixel A and pixel B have significantly similar values. Also, in this case, the point in Ref0 that is most similar to the pixel P in the current block is not P0 indicated by the bidirectional motion vector (MV0), but A, which moves P0 by a predetermined displacement vector ( v x τ 0 , v y τ 0 ) , and the point in Ref1 that is most similar to pixel P in the current block is not P1 indicated by the bidirectional motion vector (MV1), but B, which has shifted P1 by a predetermined displacement vector (- v x τ 1 , -v y τ 1 ). . τ 0 and τ 1 mean time axis distances for Ref0 and Ref1, respectively, based on the current picture, and are calculated based on a picture order count (POC). Hereinafter, for convenience, ( v x , v y ) is referred to as “optical flow” or “BIO motion vector”.

그러므로, 현재 픽처 내 현재블록의 픽셀(P)값을 예측함에 있어서, 두 참조 픽셀(A, B)의 값을 이용하면, 양방향 움직임 벡터(MV0, MV1)가 가리키는 참조 픽셀(P0, P1)을 이용하는 것보다 좀 더 정확한 예측이 가능하다. 위와 같이, 옵티컬 플로우 (v x ,v y )에 의해 특정되는 현재블록 내 픽셀 단위의 움직임을 고려하여 현재블록의 한 픽셀을 예측하는 데 사용되는 참조 픽셀을 변경하는 개념은 현재블록 내 서브블록들 단위의 움직임을 고려하는 것으로 확장될 수 있다. Therefore, in predicting the pixel (P) value of the current block in the current picture, if the values of the two reference pixels (A, B) are used, the reference pixels (P0, P1) indicated by the bidirectional motion vectors (MV0, MV1) are It is possible to make a more accurate prediction than using it. As described above, the concept of changing the reference pixel used to predict one pixel of the current block in consideration of the pixel-wise motion in the current block specified by the optical flow ( v x , v y ) is the sub-blocks in the current block. It can be extended to consider the movement of the unit.

이하에서는, BIO 기법에 따라, 현재블록 내 픽셀에 대한 예측값을 생성하는 이론적인 방법을 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해, BIO 기반의 양방향 움직임 보상을 픽셀 단위로 수행하는 것을 전제로 한다.Hereinafter, a theoretical method of generating a prediction value for a pixel in the current block according to the BIO technique will be described. For convenience of description, it is assumed that BIO-based bidirectional motion compensation is performed in units of pixels.

현재블록에 대한 (통상의) 블록 단위 양방향 움직임 예측에 의하여 참조픽처(Ref0과 Ref1)에서 현재 픽처의 부호화되는 현재블록과 가장 유사한 대응 영역들(즉, 참조 블록들)을 가리키는 양방향 움직임 벡터들(MV0,MV1)이 결정되었다고 가정한다. 복호화 장치는 비트스트림에 포함된 움직임 벡터 정보로부터 양방향 움직임 벡터들(MV0,MV1)를 결정할 수 있다. 또한, 현재블록 내 픽셀 (i,j)와 대응되는 것으로 움직임 벡터들(MV0)가 가리키는 참조픽처(Ref0)내 픽셀의 밝기 값(luminance value)을 I (0) (i,j)라고 정의하고, 현재블록 내 픽셀 (i,j)와 대응되는 것으로 움직임 벡터들(MV1)가 가리키는 참조픽처(Ref1)내 픽셀의 밝기값을 I (1) (i,j)라고 정의한다. A bidirectional motion vector indicating regions (ie, reference blocks) most similar to the current block to be encoded in the reference pictures (Ref 0 and Ref 1 ) by (normal) block-by-block bidirectional motion prediction for the current block. It is assumed that the values (MV 0 , MV 1 ) are determined. The decoding apparatus may determine the bidirectional motion vectors MV 0 and MV 1 from motion vector information included in the bitstream. In addition, the luminance value of the pixel in the reference picture (Ref 0 ) indicated by the motion vectors (MV 0 ) as corresponding to the pixel (i,j ) in the current block is called I (0) ( i,j ) is defined, and the brightness value of the pixel in the reference picture Ref 1 indicated by the motion vectors MV 1 as corresponding to the pixel ( i,j ) in the current block is defined as I (1) ( i,j ).

BIO 움직임 벡터 (v x ,v y )가 현재블록 내 픽셀에 대응되는 것으로 가리키는 참조픽처 Ref0내의 픽셀 A의 밝기값은 I (0)(i + v x τ 0, j + v y τ 0)로 정의될 수 있으며, 참조픽처 Ref1내의 픽셀 B의 밝기값은 I (1)(i - v x τ 1, j - v y τ 1)로 정의될 수 있다. 여기서, 테일러 급수의 1차 항만을 사용하여 선형 근사(linear approximation)를 수행하면, A와 B를 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.The brightness value of pixel A in the reference picture Ref 0 indicated by the BIO motion vector ( v x , v y ) as corresponding to the pixel in the current block is I (0) ( i + v x τ 0 , j + v y τ 0 ) may be defined, and the brightness value of the pixel B in the reference picture Ref 1 may be defined as I (1) ( i - v x τ 1 , j - v y τ 1 ). Here, if linear approximation is performed using only the first-order term of the Taylor series, A and B can be expressed as in Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, I x ( k )와 I y ( k ) (k = 0, 1)는 Ref0 및 Ref1의 (i, j) 위치에서의 수평 및 수직 방향의 그래디언트 값을 나타낸다. τ 0와 τ 1은 현재 픽처를 기준으로 각각 Ref0와 Ref1에 대한 시간축 거리를 의미하며, POC (Picture Order Count)를 기반으로 계산된다. 수식으로 τ 0 = POC(current) - POC(Ref0), τ 1 = POC(Ref1) - POC(current) 이다.Here, I x ( k ) and I y ( k ) ( k = 0, 1) represent gradient values in the horizontal and vertical directions at the ( i , j ) positions of Ref0 and Ref1. τ 0 and τ 1 mean time axis distances for Ref0 and Ref1, respectively, based on the current picture, and are calculated based on a picture order count (POC). In the formula, τ 0 = POC(current) - POC(Ref0), τ 1 = POC(Ref1) - POC(current).

블록 내 각 픽셀의 양방향 옵티컬 플로우 (v x , v y )는 픽셀 A와 픽셀 B의 차이값으로 정의되는 Δ를 최소화하는 해로 결정한다. 수학식 1에서 유도된 A와 B의 선형 근사를 이용하여 Δ를 수학식 2로 정의할 수 있다.The bidirectional optical flow ( v x , v y ) of each pixel in the block is determined as a solution that minimizes Δ, which is defined as the difference between pixel A and pixel B. Using the linear approximation of A and B derived from Equation 1, Δ can be defined as Equation 2.

Figure pat00002
Figure pat00002

간략하게 표기하기 위해, 위 수학식 2의 각 항에서 픽셀의 위치 (i, j)는 생략되었다. For brevity, pixel positions ( i , j ) are omitted in each term of Equation 2 above.

보다 강건한(robust) 옵티컬 플로우 추정을 위해 움직임이 지역적으로 주변 픽셀들과 일관성이 있다는 가정을 도입한다. 현재 예측하고자 하는 픽셀 (i, j)에 대한 BIO 움직임 벡터는 현재 예측하고자 하는 픽셀 (i, j)를 중심으로 하는 (2M+1)x(2M+1) 크기의 마스크 Ω 내 존재하는 모든 픽셀 (i', j')에 대한 수학식 2의 차이값 Δ들을 고려한다. 즉, 현재 픽셀 (i, j)에 대한 옵티컬 플로우는 다음의 수학식 3과 같이, 마스크 Ω 내의 각 픽셀에 대하여 획득된 차이값 Δ[i',j']의 제곱합인 목적함수 Φ(v x , v y )를 최소로 하는 벡터로 결정될 수 있다.For a more robust optical flow estimation, we introduce the assumption that motion is locally consistent with surrounding pixels. All pixels present in the pixel (i, j) BIO motion vectors of pixels (i, j) central to (2M + 1) x (2M + 1) the mask size of Ω to a to be presently determined on to the current prediction Consider the difference values Δ in Equation 2 for ( i' , j'). That is, the current pixel (i, j) optical flow on the following equation (3), the difference Δ [i ', j'] obtained for each pixel in the mask Ω sum of squares of the objective function Φ (v x , v y ) can be determined as a vector that minimizes.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, (i', j')은 마스크 Ω 내 픽셀들의 위치를 의미한다. 예컨대, M = 2인 경우, 마스크의 형태는 도 5와 같다. 마스크의 중심에 위치한 빗 금친 픽셀은 현재 픽셀 (i, j)이며, 마스크 Ω 내 픽셀들은 (i', j') 으로 표현된다.Here, ( i' , j' ) means the positions of pixels in the mask Ω. For example, when M = 2, the shape of the mask is as shown in FIG. 5 . The shaded pixel located at the center of the mask is the current pixel ( i , j ), and the pixels in the mask Ω are expressed as ( i' , j' ).

블록 내 각 픽셀 (i, j)의 옵티컬 플로우 (v x , v y )를 구하기 위해 목적함수 Φ(v x , v y )를 최소화하는 해를 해석적 방법(analytic method)으로 계산한다. 목적함수 Φ(v x , v y )를 각각 v x 와 v y 로 편미분하여 ∂Φ(v x , v y )/∂v x = 0 과 ∂Φ(v x , v y )/∂v y = 0을 유도하고 두 방정식을 연립하면 수학식 4를 얻을 수 있다.To obtain the optical flow ( v x , v y ) of each pixel ( i , j ) in the block, a solution that minimizes the objective function Φ( v x , v y ) is calculated using an analytic method. Partially differentiate the objective function Φ( v x , v y ) with v x and v y , respectively, so that ∂Φ( v x , v y )/∂ v x = 0 and ∂Φ( v x , v y )/∂ v y = Equation 4 can be obtained by deriving 0 and combining the two equations.

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 4의 s 1, s 2,s 3,s 4,s 5,s 6는 수학식 5와 같다. s 1 , s 2 , s 3 , s 4 , s 5 , and s 6 in Equation 4 are the same as in Equation 5.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, s 2=s 4이므로, s 4는 s 2로 대체하여 사용한다. Here, s 2 = s 4 , so s 4 is replaced with s 2 and used.

수학식 4의 연립방정식을 풀어서 v x 와 v y 를 구할 수 있다. 일례로, Cramer's rule을 사용하여 v x 와 v y 를 유도하면 수학식 6과 같다.By solving the system of equations in Equation 4, v x and v y can be obtained. As an example, when v x and v y are derived using Cramer's rule, it is expressed in Equation (6).

Figure pat00006
Figure pat00006

또 다른 일례로, 수학식 4의 첫 번째 방정식에 v y = 0을 대입하여 v x 의 근사값을 계산하고, 두 번째 방정식에 먼저 계산된 v x 를 대입하여 v y 의 근사값을 계산하는 단순화된 방법을 사용할 수도 있으며, 이 경우 v x 와 v y 는 수학식 7과 같이 표현된다.In another example, a simplified method to be filled with the v y = 0 in the first equation of expression (4) to calculate the approximate value of v x, and substituted to calculate the approximate value of v y a v x first calculated in the second equation can also be used, and in this case, v x and v y are expressed as in Equation 7.

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, r과 m은 0 또는 매우 낮은 값으로 나눗셈이 수행되는 것을 피하기 위해 도입한 정규화 파라미터이다. 수식(7)에서 s 1 +r > m이 만족되지 않을 경우 v x (i, j) = 0으로 설정하며, s 5+r > m이 만족되지 않을 경우 v y (i, j) = 0으로 설정한다.Here, r and m are normalization parameters introduced to avoid division by zero or a very low value. In Equation (7), when s 1 + r > m is not satisfied, v x ( i , j ) = 0 is set, and when s 5 + r > m is not satisfied, v y ( i , j ) = 0 set

또 다른 일례로, 수학식 4의 첫 번째 방정식에 v y = 0을 대입하여 v x 의 근사값을 계산하고, 두 번째 방정식에 v x = 0을 대입하여 v y 의 근사값을 계산하는 방법을 사용할 수 있다. 이 방법을 사용하면 v x 와 v y 를 각각 독립적으로 계산할 수 있으며, v x 와 v y 는 수학식 8과 같이 표현된다. As another example, a method of calculating the approximate value of v x by substituting v y = 0 into the first equation of Equation 4 and calculating the approximate value of v y by substituting v x = 0 into the second equation can be used. have. Using this method, v x and v y can be independently calculated, and v x and v y are expressed as in Equation (8).

Figure pat00008
Figure pat00008

또 다른 일례로, 수학식 4의 첫 번째 방정식에 v y = 0을 대입하여 v x 의 근사값을 계산하고, 두 번째 방정식에 v x 의 근사값을 대입하여 구한 v y 의 첫 번째 근사값과 v x = 0을 대입하여 구한 v y 의 두 번째 근사값의 평균값으로 v y 를 계산하는 방법을 사용할 수 있다. 해당 방법을 사용하여 v x 와 v y 를 구하면 수학식 9와 같다.As another example, the approximation of v x is calculated by substituting v y = 0 into the first equation of Equation 4, and the first approximation of v y obtained by substituting the approximation of v x into the second equation and v x = the method according to the average value of the two v-th approximate value of y obtained by substituting the zero calculate v y can be used. Equation 9 is obtained when v x and v y are obtained using the corresponding method.

Figure pat00009
Figure pat00009

수학식 7 내지 9에서 사용된 정규화 파라미터 r과 m은 수학식 10과 같이 정의될 수 있다.The normalization parameters r and m used in Equations 7 to 9 may be defined as in Equation 10.

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서 d는 영상의 픽셀들의 비트 뎁스(bit depth)를 의미한다.Here, d denotes a bit depth of pixels of an image.

블록 내 각 픽셀에 대해 수학식 6 내지 수학식 9 등의 방법을 사용하여 계산함으로써 블록 내 각 픽셀들의 옵티컬 플로우 v x 와 v y 를 획득한다. The optical flows v x and v y of each pixel in the block are obtained by calculating each pixel in the block using a method such as Equations 6 to 9.

현재 픽셀의 옵티컬 플로우 (v x ,v y )가 결정되면, BIO에 따른 현재 픽셀 (i, j)에 대한 양방향 예측값(pred BIO )은 수학식 11에 의해 계산될 수 있다.When the optical flow ( v x , v y ) of the current pixel is determined, a bidirectional prediction value ( pred BIO ) for the current pixel ( i , j ) according to the BIO may be calculated by Equation (11).

Figure pat00011
Figure pat00011

수학식 11에서, (I (0) +I (1) )/2는 통상적인 블록 단위 양방향 움직임 보상이므로, 나머지 항들은 BIO 오프셋(offset)으로 지칭될 수 있다.In Equation 11, ( I (0) + I (1) )/2 is a typical block-wise bidirectional motion compensation, so the remaining terms may be referred to as BIO offsets.

한편, 통상적인 양방향 움직임 보상에서는 참조블록 내의 픽셀들을 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성한다. 반면, 마스크의 사용은 참조블록 내의 픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대한 접근을 허용해야 한다. 예컨대, 도 6(a)에서와 같은 참조블록의 최좌측상단 위치((0,0) 위치)의 픽셀에 대한 마스크는 참조블록 외부의 위치에 위치하는 픽셀들을 포함한다. 통상적인 양방향 움직임 보상에서와 동일한 메모리 접근을 유지하기 위해 그리고 BIO의 연산 복잡도를 줄이기 위해, 마스크 내에서 참조블록을 벗어나는 픽셀의 I (k) ,I x (k) ,I y (k) 는 참조블록 내에서 가장 가까운 픽셀의 해당 값들로 패딩하여 사용할 수 있다. 예컨대, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 마스크의 크기가 5x5인 경우, 참조블록 상단에 위치한 외부 픽셀들에 대한 I (k) ,I x (k) ,I y (k) 은 참조블록 내의 최상단 행(row)의 픽셀들의 I (k) ,I x (k) ,I y (k) 로 패딩할 수 있고, 참조블록 좌측에 위치한 외부 픽셀들에 대한 I (k) ,I x (k) ,I y (k) 은 최좌측 열(column)의 I (k) ,I x (k) ,I y (k) 로 패딩할 수도 있다. Meanwhile, in conventional bidirectional motion compensation, a prediction block of a current block is generated using pixels in a reference block. On the other hand, the use of a mask should allow access to pixels other than those in the reference block. For example, the mask for the pixel at the upper leftmost position ((0,0) position) of the reference block as shown in FIG. 6(a) includes pixels located outside the reference block. In order to maintain the same memory access as in conventional bidirectional motion compensation and to reduce the computational complexity of BIO, I (k) , I x (k) , I y (k) of pixels outside the reference block within the mask are referenced It can be used by padding with the corresponding values of the nearest pixel within the block. For example, as shown in FIG. 6(b), when the size of the mask is 5x5, I (k) , I x (k) , I y (k) for the external pixels located at the top of the reference block are the reference blocks. I (k) of the pixels of the top row (row) in the, I x (k), I y (k) as may be padded, I (k) for the outer pixels in the reference block left, I x (k ) ,I y (k) may be padded with I (k) ,I x (k) ,I y (k) of the leftmost column.

이상에서는 현재블록 내의 각 픽셀 단위로 수행되는 BIO 프로세스를 설명하였다. 그러나, 연산의 복잡도를 줄이기 위해 BIO 프로세스는 블록 기반, 예컨대, 4x4 단위로 수행될 수도 있다. 현재블록 내의 서브블록 단위로 수행되는 BIO는 수식(6) 내지 수식(9) 등의 방법을 사용하여 현재블록 내 각 서브블록들의 단위로 옵티컬 플로우 v x 와 v y 를 획득할 수 있다. 서브블록 기반의 BIO는 픽셀 단위의 BIO와 그 원리가 동일하며 단지 마스크의 범위만 다르다.In the above, the BIO process performed in units of each pixel in the current block has been described. However, in order to reduce the complexity of the operation, the BIO process may be performed on a block basis, for example, 4x4 units. BIO performed in units of sub-blocks in the current block may obtain optical flows v x and v y in units of sub-blocks in the current block using methods such as Equations (6) to (9). The sub-block-based BIO has the same principle as the pixel-based BIO, only the mask range is different.

일례로서, 마스크 Ω의 범위가 서브블록의 범위를 포함하도록 확장될 수 있다. 서브블록의 크기가 N×N일 때, 마스크 Ω는 (2M+N)×(2M+N) 크기를 갖는다. 예를 들어 M = 2이고 서브블록의 크기가 4×4인 경우, 도 7과 같은 마스크 형태를 가진다. 서브블록을 포함하는 마스크 Ω 내의 모든 픽셀에 대해 수학식 2의 Δ들을 연산하여 서브블록에 대한 수학식 3의 목적함수를 구하고 수학식 4의 내지 9를 적용하여 서브블록 단위의 옵티컬 플로우 (v x ,v y )를 계산할 수 있다.As an example, the range of the mask Ω may be extended to include the range of the subblock. When the size of the subblock is N×N, the mask Ω has a size of (2M+N)×(2M+N). For example, when M = 2 and the size of the subblock is 4x4, it has a mask shape as shown in FIG. 7 . The objective function of Equation 3 for the sub-block is calculated by calculating Δ of Equation 2 for all pixels in the mask Ω including the sub-block, and the optical flow of the sub-block unit by applying Equations 4 to 9 ( v x ,v y ) can be calculated.

다른 일례로서, 서브블록 내의 모든 픽셀에 대해 각 픽셀 단위로 마스크를 적용하여 수학식 2의 Δ들을 연산하고 연산된 Δ들을 제곱합하여 서브블록에 대한 수학식 3의 목적함수를 구할 수 있다. 그리고, 그 목적함수를 최소화하는 방식으로 그 서브블록에 대한 옵티컬 플로우 (v x ,v y )를 계산할 수 있다. 예컨대, 도 8을 참조하면, 현재블록 내 4x4 서브블록(820)의 (0,0) 위치의 픽셀에 대해 5x5 크기의 마스크(810a)를 적용하여 마스크(810a) 내의 모든 픽셀에 대해 수학식 2의 Δ들을 연산한다. 그리고, (0,1) 위치의 픽셀에 대해 5x5 크기의 마스크(810b)를 적용하여 마스크(810b) 내의 모든 픽셀에 대해 수학식 2의 Δ들을 연산한다. 이러한 과정을 통해 서브블록 내의 모든 픽셀들에 대해 계산된 Δ들을 제곱합하여 수학식 3의 목적함수를 구할 수 있다. 그리고 그 목적함수를 최소로 하는 옵티컬 플로우 (v x ,v y )를 계산할 수 있다. 본 예시에서의 목적함수는 수학식 12와 같이 표현된다.As another example, the objective function of Equation 3 for the subblock may be obtained by calculating Δ of Equation 2 by applying a mask to all pixels in the subblock in units of pixels, and summing the squares of the calculated Δs. Then, the optical flow (v x , v y ) for the sub-block can be calculated in a way that minimizes the objective function. For example, referring to FIG. 8 , Equation 2 is applied to all pixels in the mask 810a by applying a mask 810a having a size of 5x5 to the pixel at the (0,0) position of the 4x4 subblock 820 in the current block. Calculate the Δs of Then, Δ of Equation 2 is calculated for all pixels in the mask 810b by applying a mask 810b having a size of 5x5 to the pixel at the (0,1) position. Through this process, the objective function of Equation 3 can be obtained by summing Δs calculated for all pixels in the subblock. And it is possible to calculate the optical flow ( v x , v y ) that minimizes the objective function. The objective function in this example is expressed as Equation 12.

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, bk는 현재블록 내의 k 번째 서브블록을 나타내고, Ω(x,y)는 k 번째 서브블록 내의 (x, y) 좌표를 가지는 픽셀에 대한 마스크를 나타낸다. 그리고, 옵티컬 플로우 (v x ,v y ) 연산을 위해 사용되는 s 1 내지 s 6 는수학식 13과 같이 수정된다.Here, b k denotes a k-th sub-block in the current block, and Ω(x,y) denotes a mask for a pixel having (x, y) coordinates in the k-th sub-block. And, s 1 to s 6 used for the optical flow ( v x ,v y ) operation are modified as in Equation 13.

Figure pat00013
Figure pat00013

위 수학식에서

Figure pat00014
와
Figure pat00015
는 각각 I x (k) ,I y (k) , 즉, 수평방향 그래디언트 및 수직방향 그래디언트를 나타낸다.in the above formula
Figure pat00014
Wow
Figure pat00015
denotes I x (k) , I y (k) , that is, a horizontal gradient and a vertical gradient, respectively.

또 다른 일례로서, 도 7과 같이 서브블록 단위의 마스크를 사용하되 마스크의 각 위치마다 가중치를 적용하는 방법을 사용할 수도 있다. 가중치는 서브블록의 중심으로 갈수록 더 높은 가중치가 적용된다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 서브블록 내의 각 픽셀 단위로 마스크를 적용하는 경우 동일한 위치에 대한 Δ들이 중복 계산될 수 있다. 서브 블록(820)의 (0,0) 위치의 픽셀에 중심을 둔 마스크 (810a) 내에 위치하는 픽셀들 대부분은, 서브 블록(820)의 (1,0) 위치의 픽셀에 중심을 둔 마스크 (810b) 내에도 위치한다. 따라서, Δ들이 중복하여 계산될 수 있다. 중복되는 Δ를 반복적으로 계산하는 대신 마스크 내의 각 위치에 대해 중복되는 횟수에 따른 가중치를 부여할 수 있다. 예컨대, M = 2이고 서브블록의 크기가 4×4인 경우, 도 9와 같이 가중치가 부여된 마스크 형태를 가질 수 있다. 이와 같이 방식을 취하면, 수학식 12 및 13의 연산을 단순화하여 연산 복잡도를 줄일 수 있다.As another example, as shown in FIG. 7 , a method of using a mask in units of sub-blocks and applying a weight to each position of the mask may be used. The weight increases toward the center of the subblock. For example, referring to FIG. 8 , when a mask is applied to each pixel in a subblock, Δs for the same position may be repeatedly calculated. Most of the pixels located in the mask 810a centered on the pixel at the (0,0) position of the sub-block 820 are mask centered on the pixel at the (1,0) position of the sub-block 820 ( 810b). Therefore, Δs can be calculated redundantly. Instead of repeatedly calculating the overlapping Δ, a weight may be assigned to each position in the mask according to the number of overlaps. For example, when M = 2 and the size of the subblock is 4x4, it may have a weighted mask shape as shown in FIG. 9 . In this way, calculation complexity can be reduced by simplifying the calculations of Equations 12 and 13.

이상에서 설명한 픽셀 기반 또는 서브블록 기반의 BIO는 많은 연산량을 필요로 한다. 따라서, 영상 부호화 또는 복호화에서 BIO에 따른 연산량을 줄이기 위한 방법이 요구되며 본 개시에서는 연산량을 줄이기 위해 일정한 조건을 만족하는 경우 움직임 보상에서 BIO 프로세스를 스킵하는 것을 제안한다.The pixel-based or sub-block-based BIO described above requires a large amount of computation. Accordingly, a method for reducing the amount of computation according to BIO in image encoding or decoding is required, and the present disclosure proposes to skip the BIO process in motion compensation when a certain condition is satisfied to reduce the amount of computation.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIO 프로세스를 선택적으로 적용하여 움직임 보상을 수행하는 장치의 구성을 도시한 블록도이다.10 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에서 설명하는 움직임 보상 장치(1000)는 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124) 및/또는 영상 복호화 장치의 인터 예측부(344)에 구현될 수 있으며, 참조블록 생성부(1010), 스킵 결정부(1020) 및 예측블록 생성부(1030)를 포함할 수 있다. 이들 각 구성요소는 하드웨어 칩으로 구현될 수 있으며, 또는 소프트웨어로 구현되고 하나 이상의 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.The motion compensation apparatus 1000 described in this embodiment may be implemented in the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus and/or the inter prediction unit 344 of the image decoding apparatus, the reference block generation unit 1010, It may include a skip determiner 1020 and a prediction block generator 1030 . Each of these components may be implemented as a hardware chip, or may be implemented as software and one or more microprocessors may be implemented to execute functions of software corresponding to each component.

참조블록 생성부(1010)는, 참조픽처 리스트 0 내의 제1 참조픽처를 참조하는 제1 움직임벡터를 이용하여 제1 참조블록을 생성하고, 참조픽처 리스트 1 내의 제2 참조픽처를 참조하는 제2 움직임벡터를 이용하여 제2 참조블록을 생성한다.The reference block generator 1010 generates a first reference block by using a first motion vector that refers to a first reference picture in a reference picture list 0, and a second reference block that refers to a second reference picture in the reference picture list 1 A second reference block is generated using the motion vector.

스킵 결정부(1020)는 움직임 보상 과정에서 BIO 프로세스를 적용할지 여부를 결정한다. The skip determiner 1020 determines whether to apply the BIO process in the motion compensation process.

예측블록 생성부(1030)는, 스킵 결정부(1020)에 의해 BIO 프로세스가 스킵되는 것으로 결정되는 경우, 통상적인 움직임 보상에 의해 현재블록의 예측블록을 생성한다. 즉, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중평균하여 현재블록의 예측블록을 생성한다. 반면, 스킵 결정부(1020)에 의해 BIO 프로세스가 적용되는 것으로 결정되면, 예측블록 생성부(1030)는 BIO 프로세스에 따라 제1 참조블록 및 제2 참조블록을 이용하여 현재블록의 예측블록을 생성한다. 즉, 수학식 11을 적용하여 현재블록의 예측블록을 생성할 수 있다.When it is determined by the skip determiner 1020 that the BIO process is skipped, the prediction block generation unit 1030 generates a prediction block of the current block by normal motion compensation. That is, the prediction block of the current block is generated by averaging or weighting the first reference block and the second reference block. On the other hand, when it is determined by the skip determiner 1020 that the BIO process is applied, the prediction block generator 1030 generates a prediction block of the current block by using the first reference block and the second reference block according to the BIO process. do. That is, by applying Equation 11, a prediction block of the current block can be generated.

스킵 결정부(1020)는 다음 중 하나 이상 조건에 근거하여 BIO 프로세스를 적용할지 여부를 결정할 수 있다.The skip determiner 1020 may determine whether to apply the BIO process based on one or more of the following conditions.

- 현재블록의 텍스처(texture) 복잡도- Texture complexity of the current block

- 현재블록의 크기, 및/또는 움직임 정보 부호화 모드를 지시하는 모드 정보- Mode information indicating the size of the current block and/or the motion information encoding mode

- 양방향 움직임벡터(제1 움직임벡터 및 제2 움직임벡터)가 등속도 운동 조건(constant velocity constraint, CVC) 및/또는 밝기 항상성 조건(brightness constancy constraint, BCC)을 충족하는지 여부- Whether the bidirectional motion vector (the first motion vector and the second motion vector) satisfies a constant velocity constraint (CVC) and/or a brightness constancy constraint (BCC)

- 주변 블록들의 움직임 벡터들의 변동의 정도- Degree of variation of motion vectors of neighboring blocks

이하에서는, 각 조건을 이용하여 BIO 프로세스를 적용할지 여부를 결정하는 구체적인 방법을 설명한다. Hereinafter, a specific method of determining whether to apply the BIO process using each condition will be described.

실시예 1: 텍스처 복잡도에 따른 BIO 스킵Example 1: BIO skip according to texture complexity

옵티컬 플로우는 에지나 코너와 같이 지역적 특징(local feature)이 거의 없는 평탄한 영역에서는 강건하지 못한 결과를 보이는 경향이 있다. 또한 이러한 평탄한 텍스처를 가지고 있는 영역은 이미 종래의 블록 단위 움직임 추정을 통해서 충분히 잘 예측되었을 가능성이 높다. 따라서, 본 실시예에서는 현재블록의 텍스처 복잡도를 연산하여 텍스처 복잡도에 따라 BIO 프로세스를 스킵한다. Optical flow tends to show poor results in flat areas with few local features, such as edges or corners. Also, it is highly likely that the region having such a flat texture has already been sufficiently well predicted through the conventional block-by-block motion estimation. Therefore, in this embodiment, the texture complexity of the current block is calculated and the BIO process is skipped according to the texture complexity.

추가적인 시그널링 없이 부호화 장치와 복호화 장치가 스스로 텍스처 복잡도를 연산할 수 있도록 하기 위해, 현재블록의 텍스처 복잡도는 부호화 장치와 복호화 장치가 서로 공유하는 제1 참조블록과 제2 참조블록을 이용하여 연산될 수 있다. 즉, 부호화 장치와 복호화 장치에 각각 구현된 스킵 결정부는 스스로 현재블록의 텍스처 복잡도를 연산하여 BIO 스킵 여부를 판단한다.In order for the encoding apparatus and the decoding apparatus to independently calculate the texture complexity without additional signaling, the texture complexity of the current block may be calculated using the first reference block and the second reference block shared by the encoding apparatus and the decoding apparatus. have. That is, the skip determiner implemented in the encoding apparatus and the decoding apparatus, respectively, calculates the texture complexity of the current block to determine whether to skip the BIO.

한편, 텍스처 복잡도는 주변 픽셀과의 차이값, 그래디언트, 모라벡(Moravec) 등의 연산량이 적은 지역 특징 검출자(local feature detector)를 사용할 수 있다. 본 실시예는 그래디언트를 이용하여 텍스처 복잡도를 연산한다. 참조블록들에 대한 그래디언트는 BIO 프로세스에서 사용되는 값이므로, 그래디언트를 이용하면 텍스처 복잡도에서 연산된 그래디언트의 값들을 BIO 프로세스를 수행할 때 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다.Meanwhile, for texture complexity, a local feature detector with a small amount of computation, such as a difference value from neighboring pixels, a gradient, and a Moravec, may be used. This embodiment calculates the texture complexity using the gradient. Since the gradient for reference blocks is a value used in the BIO process, using the gradient has the advantage that the gradient values calculated from the texture complexity can be applied as they are when performing the BIO process.

본 실시예의 움직임 보상 장치(1000)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 각 픽셀의 수평방향 그래디언트와 수직방향 그래디언트를 이용하여 텍스처 복잡도를 연산한다. 하나의 예시로서, 움직임 보상 장치(1000)는 제1 참조블록 및 상기 제2 참조블록 내의 각 픽셀의 수평방향 그래디언트를 이용하여 수평방향의 복잡도를 계산하고, 제1 참조블록 및 상기 제2 참조블록 내의 각 픽셀의 수직방향 그래디언트를 이용하여 수직방향의 복잡도를 계산한다. 예를 들어, 수평방향 복잡도와 수직방향 복잡도는 수학식 14에 의해 연산될 수 있다.The motion compensation apparatus 1000 according to the present embodiment calculates the texture complexity by using the horizontal gradient and the vertical gradient of each pixel in the first reference block and the second reference block. As an example, the motion compensation apparatus 1000 calculates the complexity in the horizontal direction by using the horizontal gradient of each pixel in the first reference block and the second reference block, and the first reference block and the second reference block Calculate the vertical complexity using the vertical gradient of each pixel in the For example, the horizontal complexity and the vertical complexity may be calculated by Equation (14).

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서, D1과 D5는 각각 수평방향 복잡도와 수직방향 복잡도를 나타내고, CU는 현재블록의 각 픽셀의 위치에 대응하는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 픽셀 위치들의 집합을, [i, j]는 제1 참조블록과 제2 참조블록에서 현재블록 내의 각 픽셀에 대응하는 위치를 나타낸다. 그리고, d1(i,j)과 d5(i,j)는 수학식 15에 의해 계산될 수 있다.Here, D1 and D5 denote horizontal complexity and vertical complexity, respectively, and CU denotes a set of pixel positions in the first reference block and the second reference block corresponding to the position of each pixel of the current block, [i, j] denotes a position corresponding to each pixel in the current block in the first reference block and the second reference block. And, d 1 (i,j) and d 5 (i, j) can be calculated by Equation 15.

Figure pat00017
Figure pat00017

수학식 15의 d1과 d5를 이용하여 수학식 14의 수평방향 복잡도 및 수직방향 복잡도를 연산할 수 있다. 즉, 제1 참조블록 및 제2 참조블록 내에서 서로 대응하는 위치의 픽셀에 대한 시간축 거리(τ 0,τ 1)가 고려된 수평방향 그래디언트들 (τ 0 I x (0) (i,j),τ 1 I x (1) (i,j))의 합을 모든 픽셀 위치에 대해 계산하고 이들을 제곱합하여 수평방향 복잡도 D1을 연산할 수 있다. 그리고, 제1 참조블록 및 제2 참조블록 내에서 서로 대응하는 위치의 픽셀에 대한 시간축 거리가 고려된 수직방향 그래디언트들(τ 0 I y (0) (i,j),τ 1 I y (1) (i,j))의 합을 모든 픽셀 위치에 대해 계산하고 이들을 제곱합하여 수직방향 복잡도 D5을 연산할 수 있다. Horizontal complexity and vertical complexity of Equation 14 can be calculated using d 1 and d 5 of Equation 15. That is, horizontal gradients ( τ 0 I x (0) (i,j) in which the time axis distances (τ 0 , τ 1 ) for pixels at positions corresponding to each other in the first reference block and the second reference block are considered. ,τ 1 I x (1) (i,j) ) can be computed for all pixel positions and the horizontal complexity D 1 can be computed by summing them squared. Then, vertical gradients τ 0 I y (0) (i,j), τ 1 I y (1 ) (i,j) ) is computed for all pixel positions, and the squared sum of them can be computed to compute the vertical complexity D 5 .

수학식 15에 d4가 누락되어 있는데, d4는 d2와 동일한 값을 가진다. 수학식 15의 d1내지 d6은 수학식 5의 s1내지 s6과 연관됨을 알 수 있다. d1내지 d6는 한 픽셀 위치에서의 값을 의미하고, s1내지 s6는 한 픽셀을 중심으로 하는 마스크 내의 모든 픽셀 위치에서 계산한 d1들 내지 d6들 각각의 합을 의미한다. 즉, 수학식 15를 이용하면 수학식 5는 다음의 수학식 16과 같이 표현될 수 있다. 수학식 16에서 s4는 s2와 동일한 값을 가지므로 기재를 생략한다.There is d 4 is missing in equation 15, d 4 has a value equal to d 2. It can be seen that d 1 to d 6 in Equation 15 are related to s 1 to s 6 in Equation 5. d 1 to d 6 denote values at one pixel position, and s 1 to s 6 denote the sum of d 1 to d 6 calculated at all pixel positions in the mask centered on one pixel. That is, using Equation 15, Equation 5 can be expressed as Equation 16 below. In Equation 16, s 4 has the same value as s 2 , and thus description thereof is omitted.

Figure pat00018
Figure pat00018

현재블록에 대한 텍스처 복잡도는 수평방향 복잡도와 수직방향 복잡도 간의 최소값(Min(D 1,D 5)),최대값(Max(D 1,D 5))또는 평균값(Ave(D 1,D 5))중 어느 하나로 설정될 수 있다. 움직임 보상 장치(1000)는 텍스처 복잡도가 임계값 T보다 작으면 BIO 프로세스를 스킵하고 임계값 T보다 크거나 또는 같으면 BIO 프로세스를 적용한다. BIO 프로세스를 적용하는 경우, 수학식 14에서 연산된 d1내지 d6가 s1내지 s6의 계산을 위해 그대로 사용될 수 있다. 즉, 본 실시예는 BIO 과정 중에 연산되어야 하는 값을 이용하여 현재블록의 텍스처 복잡도를 구하고 이를 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정하므로, BIO 스킵 여부를 판단하기 위한 추가적인 연산량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.The texture complexity for the current block is the minimum value (Min( D 1 , D 5 )), the maximum value (Max( D 1 , D 5 )) or the average value (Ave( D 1 , D 5 ) between the horizontal complexity and the vertical complexity. ) can be set to any one of the The motion compensation apparatus 1000 skips the BIO process if the texture complexity is less than the threshold T, and applies the BIO process if it is greater than or equal to the threshold T. When the BIO process is applied, d 1 to d 6 calculated in Equation 14 may be used as it is for calculation of s 1 to s 6 . That is, the present embodiment obtains the texture complexity of the current block using a value to be calculated during the BIO process and determines whether or not to skip the BIO using this, thereby reducing the amount of additional computation for determining whether to skip the BIO.

한편, 임계값 T는 수학식 7 내지 수학식 9에서 사용된 정규화 파라미터를 스케일링하는 방법을 사용할 수 있다. 정규화 파라미터 r과 m은 s 1 > m - r과 s 5 > m - r인 관계식을 가지고 있으며, s 1<=m - r인 경우 BIO를 수행하더라도 v x 는 0이 되며, s 5<=m - r인 경우 BIO를 수행하더라도 v y 는 0이 된다. Meanwhile, the threshold value T may use a method of scaling the normalization parameter used in Equations 7 to 9. The regularization parameters r and m have a relation where s 1 > m - r and s 5 > m - r , and if s 1 <= m - r , v x will be 0 even if BIO is performed , and s 5 <= m - In case of r , even if BIO is performed, v y becomes 0.

따라서, 정규화 파라미터의 관계식을 기반으로 임계값 T를 설정하면 BIO를 수행하더라도 0이 되는 영역을 CU 단위로 미리 판별하여 BIO를 스킵할 수 있다. D 1 은 CU 내 모든 필셀 위치에 대한 d1의 총합이고, s 1은 마스크 Ω 내 모든 d 1의총합이므로, CU의 크기가 W×H이고, 마스크 Ω의 크기가 (2M+1)×(2M+1)일 때, 임계값 T를 수학식 17과 같이 설정할 수 있다.Therefore, if the threshold value T is set based on the relational expression of the normalization parameter, even if BIO is performed, it is possible to skip the BIO by pre-determining the area that becomes 0 in units of CUs. Since D 1 is the sum of d 1 for all pixel positions in the CU , and s 1 is the sum of all d 1 in the mask Ω, the size of the CU is W×H, and the size of the mask Ω is (2M+1)×( 2M+1), the threshold value T may be set as in Equation 17.

Figure pat00019
Figure pat00019

도 11은 본 실시예에 따른 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대한 하나의 예시도이다.11 is an exemplary diagram of a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to the texture complexity of the current block according to the present embodiment.

움직임 보상 장치(1000)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 각 픽셀에 대해, 수평방향 그래디언트(Ix (k))와 수직방향 그래디언트(Iy (k))를 연산한다(S1102). 그리고, 수학식 15를 이용하여 d1내지 d6을 계산하고, 이 중 d1과 d5를 이용하여 수학식 14에 따라 수평방향 복잡도(D1)및 수직방향 복잡도(D5)를 계산한다(S1104). 수평방향 복잡도(D1)및 수직방향 복잡도(D5)중의 최소값인 현재블록의 텍스처 복잡도가 임계값(T)보다 작은지 여부를 판단한다(S1106). 본 예시에서는 현재블록의 텍스처 복잡도가 수평방향 복잡도(D1)및 수직방향 복잡도(D5)중의 최소값인 것으로 설명하나, 전술한 바와 같이 텍스처 복잡도는 최대값 또는 평균값으로 설정될 수도 있다. The motion compensation apparatus 1000 calculates a horizontal gradient I x (k ) and a vertical gradient I y (k) for each pixel in the first reference block and the second reference block ( S1102 ). Then, d 1 to d 6 are calculated using Equation 15, and horizontal complexity (D 1 ) and vertical complexity (D 5 ) are calculated according to Equation 14 using d 1 and d 5 among them. (S1104). It is determined whether the texture complexity of the current block, which is the minimum value among the horizontal complexity D 1 and the vertical complexity D 5 , is less than a threshold value T ( S1106 ). In this example, it is described that the texture complexity of the current block is the minimum value among the horizontal complexity D 1 and the vertical complexity D 5 , but as described above, the texture complexity may be set to a maximum value or an average value.

만약, 현재블록의 텍스처 복잡도가 임계값(T)보다 작으면 BIO 프로세스를 스킵하고 통상적인 움직임 보상에 의해 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1108). 즉, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중평균하여 현재블록의 예측블록을 생성한다.If the texture complexity of the current block is less than the threshold value (T), the BIO process is skipped and a prediction block of the current block is generated by normal motion compensation (S1108). That is, the prediction block of the current block is generated by averaging or weighting the first reference block and the second reference block.

반면, 현재블록의 텍스처 복잡도가 임계값(T)보다 크거나 또는 같으면 BIO 프로세스에 따라 제1 참조블록과 제2 참조블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 먼저, s1내지 s6을 연산한다. 이 때, 이미 참조블록들 내의 픽셀들에 대한 수평방향 및 수직방향 그래디언트들은 이미 S1102에서 연산되었으므로, s1내지 s6를 구하기 위해 마스크 내에 존재하는 참조블록 외부의 픽셀들에 대해서만 수평방향 및 수직방향 그래디언트들을 연산하면 된다. 또는, 전술한 바와 같이 참조블록 외부의 픽셀들에 대한 수평방향 그래디언트와 수직방향 그래디언트를 참조블록 내부의 가까운 픽셀들의 해당값들로 패딩하는 경우에는, 이미 계산된 참조블록들 내의 픽셀들에 대한 수평방향 및 수직방향 그래디언트들만을 이용하여 s1내지 s6를 구할 수도 있다. On the other hand, if the texture complexity of the current block is greater than or equal to the threshold value T, a prediction block for the current block is generated using the first reference block and the second reference block according to the BIO process. First, s 1 to s 6 are calculated. At this time, since the horizontal and vertical gradients for pixels in the reference blocks have already been calculated in S1102, horizontal and vertical directions only for pixels outside the reference block existing in the mask to obtain s 1 to s 6 . Calculate the gradients. Alternatively, as described above, when the horizontal gradient and the vertical gradient for pixels outside the reference block are padded with corresponding values of nearby pixels inside the reference block, the horizontal gradients for pixels in the reference blocks are already calculated. It is also possible to obtain s 1 to s 6 using only the directional and vertical gradients.

또는, d1내지 d6은 s1내지 s6과 서로 연관되므로(수학식 16 참조), 이미 계산된 d1내지 d6을 s1내지 s6을 계산하는 데에 이용할 수도 있다.Alternatively, since d 1 to d 6 are correlated with s 1 to s 6 (see Equation 16), already calculated d 1 to d 6 may be used to calculate s 1 to s 6 .

s1내지 s6가 연산되면, 수학식 6 내지 9 중 어느 하나를 이용하여 픽셀 또는 서브블록 단위의 옵티컬 플로우 (v x ,v y )를 결정한다(S1112). 그리고 현재블록 내의 해당 픽셀 또는 해당 서브블록에 옵티컬 플로우 (v x ,v y )를 적용하여, 수학식 11에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1114).When s 1 to s 6 are calculated, an optical flow ( v x , v y ) in units of pixels or sub-blocks is determined using any one of Equations 6 to 9 ( S1112 ). And by applying the optical flow (v x ,v y ) to the corresponding pixel or the corresponding subblock in the current block, a prediction block of the current block is generated according to Equation 11 (S1114).

도 12는 본 실시예에 따른 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정을 나타내는 다른 예시도이다.12 is another exemplary diagram illustrating a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to the texture complexity of the current block according to the present embodiment.

도 12에 개시된 예시는 d1내지 d6을 계산하는 순서만 도 11과 다르다. 즉, 현재블록의 텍스처 복잡도를 계산하기 위해서는 d1내지 d6중 d1과 d5만 필요하다. 따라서, S1204에서와 같이 d1과 d5를 먼저 구하여 텍스처 복잡도를 계산하고, 나머지 d2, d3, d4(d2와 동일), d5는 텍스처 복잡도가 임계값보다 커 BIO 프로세스를 수행하는 경우에 계산한다(S1210). 그 이외의 과정은 도 11과 실질적으로 동일하다.The example disclosed in FIG. 12 differs from FIG. 11 only in the order of calculating d 1 to d 6 . That is, d 1 to d 6 of d 1 and d is a need to 50,000 in order to calculate the texture complexity of the current block. Therefore, as in S1204, the texture complexity is calculated by first finding d 1 and d 5 , and the remaining d2, d3, d4 (same as d2), and d5 are calculated when the BIO process is performed because the texture complexity is greater than the threshold. (S1210). Other than that, the process is substantially the same as in FIG. 11 .

아래 표는 BIO 프로세스에 따른 움직임 보상과, 본 실시예에 따른 텍스처 복잡도에 근거하여 선택적으로 BIO 프로세스를 적용한 움직임 보상을 비교한 실험 결과를 나타낸다.The table below shows the experimental results of comparing the motion compensation according to the BIO process and the motion compensation selectively applying the BIO process based on the texture complexity according to the present embodiment.

Figure pat00020
Figure pat00020

실험에 사용된 시퀀스는 Class A1 (4K) 4개, Class B (FHD) 5개, Class C (832×480) 4개, Class D(416×240) 4개이며, 각 영상들의 전체 프레임을 실험했다. 실험환경은 Random Access (RA) configuration이며, QP값은 22, 27, 32, 37로 세팅하여 실험을 하여 BD rate를 비교하였다. The sequence used in the experiment is 4 Class A1 (4K), 5 Class B (FHD), 4 Class C (832×480), and 4 Class D (416×240), and the entire frame of each video is tested. did. Experimental environment was Random Access (RA) configuration, and QP values were set to 22, 27, 32, 37 to compare BD rates.

본 실시예에 따르면 평균적으로 19% 정도 BIO가 skip되었으며, 연산량의 부담이 가장 큰 Class A1 (4K)에서는 32% BIO가 skip되었다. 영상의 해상도가 높아질수록 스킵되는 비율이 증가하는 경향을 확인할 수 있으며, 실질적으로 해상도가 높을수록 연산량의 부담이 크므로 의미있는 결과라고 볼 수 있다.According to this embodiment, on average, about 19% of BIO was skipped, and 32% of BIO was skipped in Class A1 (4K), which has the largest computational burden. It can be seen that the higher the resolution of the image, the higher the skip rate tends to be. In fact, the higher the resolution, the greater the computational load, so it is a meaningful result.

또한 평균적으로 0.02%의 Y BD rate 증가가 있었으나, 일반적으로 0.1% 이하의 BD rate 차이는 무시할 수 있는 정도의 차이로 받아들여지고 있다. 따라서 본 예시에 따라 BIO를 선택적으로 스킵하더라도 압축효율이 거의 동일함을 알 수 있다.Also, on average, there was an increase in the Y BD rate of 0.02%, but a difference in the BD rate of 0.1% or less is generally accepted as a negligible difference. Therefore, it can be seen that the compression efficiency is almost the same even if the BIO is selectively skipped according to this example.

한편, 이상에서 설명한 예시들은 BIO 프로세스 전체를 스킵할 지 여부를 결정하는 것에 관련된다. 그러나, BIO 프로세스 전체를 스킵하는 대신 수평방향의 옵티컬 플로우(v x )와 수직방향의 옵티컬 플로우(v y )를 각각 독립적으로 스킵하는 것도 가능하다. 즉, 수평방향의 복잡도(D1)가 임계값(T)보다 작으면 v x =0으로 하여 수평방향에 대한 BIO 프로세스를 스킵하고, 수직방향의 복잡도(D5)가 임계값(T)보다 작으면 v y =0으로 하여 수직방향에 대한 BIO 프로세스를 스킵한다. Meanwhile, the examples described above relate to determining whether to skip the entire BIO process. However, instead of skipping the entire BIO process, it is also possible to independently skip the optical flow in the horizontal direction ( v x ) and the optical flow in the vertical direction ( v y ). That is, if the complexity in the horizontal direction (D 1 ) is less than the threshold value (T), the BIO process in the horizontal direction is skipped by setting v x = 0, and the complexity (D 5 ) in the vertical direction is lower than the threshold value (T). If it is small, the BIO process for the vertical direction is skipped by making v y = 0.

도 13는 본 실시예에 따른 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대한 또 다른 예시도이다.13 is another exemplary diagram of a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to the texture complexity of the current block according to the present embodiment.

움직임 보상 장치(1000)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 각 픽셀에 대해, 수평방향 그래디언트(Ix (k))와 수직방향 그래디언트(Iy (k))를 연산한다(S1310). 그리고, 수학식 15를 이용하여 d1및 d5를 계산하고, d1을 이용하여 수평방향 복잡도(D1)그리고 d5를 이용하여 수직방향 복잡도(D5)를 계산한다(S1320). The motion compensation apparatus 1000 calculates a horizontal gradient I x (k ) and a vertical gradient I y (k) for each pixel in the first reference block and the second reference block ( S1310 ). And calculates a calculation for d 1 and d 5 by using the equation (15), and the horizontal complexity by using the d 1 (D 1) and the vertical complexity by using d 5 (D 5) (S1320 ).

S1320에서 수평방향 복잡도(D1)과 수직방향 복잡도(D5)가 계산되면, 수평방향의 옵티컬 플로우를 스킵할 것인지 여부를 결정하는 과정(S1330)과 수직방향의 옵티컬 플로우를 스킵할 것인지 여부를 결정하는 과정(S1340)을 수행한다. 도 13에서는 수평방향의 옵티컬 플로우 스킵을 먼저 결정하는 것으로 설명하나, 수직방향 옵티컬 플로우 스킵을 먼저 결정하는 것도 당연히 가능하다.When the horizontal complexity (D 1 ) and the vertical complexity (D 5 ) are calculated in S1320, the process of determining whether to skip the horizontal optical flow (S1330) and whether to skip the vertical optical flow A determination process ( S1340 ) is performed. In FIG. 13 , it is described that the horizontal optical flow skip is first determined, but it is of course possible to first determine the vertical optical flow skip.

먼저 S1330에서, 움직임 보상 장치(1000)는 수평방향 복잡도(D1)가 임계값(T)보다 작은지 여부를 판단한다(S1331). 수평방향 복잡도(D1)가 임계값(T)보다 작다면 수평방향 옵티컬 플로우(v x )를 0으로 설정한다(S1332). 이는 수평방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않음을 의미한다. 만약, 수평방향 복잡도(D1)가 임계값(T)보다 크거나 같으면 d3를 계산하고(S1333), d1과 d3를 이용하여 s1과 s3를 연산한다(S1334). 수학식 7 내지 9를 참조하면, 수평방향 옵티컬 플로우(v x )를 계산하는 경우 s1과 s3만이 요구된다. d1은 S1320에서 이미 계산되었으므로, S1333에서 d3를 계산하고 S1334에서 d1과 d3를 이용하여 s1과 s3를 계산한다. 그리고, 수학식 7 내지 9 중 어느 하나에 따라 s1과 s3를 이용하여 수평방향 옵티컬 플로우(v x )를 계산한다(S1335).First, in S1330 , the motion compensation apparatus 1000 determines whether the horizontal complexity D 1 is less than a threshold value T ( S1331 ). The horizontal complexity (D 1) is less than the threshold value (T) and sets the horizontal optical flow (v x) to 0 (S1332). This means that horizontal optical flow is not applied. If the horizontal complexity D 1 is greater than or equal to the threshold value T, d 3 is calculated (S1333), and s 1 and s 3 are calculated using d 1 and d 3 (S1334). Referring to Equations 7 to 9, only s 1 and s 3 are required when calculating the horizontal optical flow (v x ). Since d 1 has already been calculated in S1320, d 3 is calculated in S1333 and s 1 and s 3 are calculated using d 1 and d 3 in S1334. Then, the horizontal optical flow ( v x ) is calculated using s 1 and s 3 according to any one of Equations 7 to 9 ( S1335 ).

이후, 수직방향의 옵티컬 플로우를 스킵할 것인지 여부를 결정하는 S1340으로 진행한다. 수직방향 복잡도(D5)가 임계값(T)보다 작은지 여부를 판단한다(S1341). 수직방향 복잡도(D5)가 임계값(T)보다 작다면 수직방향 옵티컬 플로우(v y )를 0으로 설정한다(S1342). 이는 수직방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않음을 의미한다. 만약, 수직방향 복잡도(D5)가 임계값(T)보다 크거나 같으면 d2와 d6을 계산하고(S1343), d2,d5,d6을 이용하여 s2,s5,s6을 연산한다(S1344). 수학식 7 또는 9를 이용하여 수직방향 옵티컬 플로우(v y )를 계산하는 경우, s2,s5,s6만이 요구된다. d5은 S1320에서 이미 계산되었으므로, S1343에서 d2와 d6을 계산하고 S1344에서 d2,d5,d6을 이용하여 s2,s5,s6를 계산한다. 그리고, 수학식 7 또는 9 중 어느 하나에 따라 s2,s5,s6를 이용하여 수직방향 옵티컬 플로우(v y )를 계산한다(S1345). Thereafter, the process proceeds to S1340 in which it is determined whether to skip the optical flow in the vertical direction. It is determined whether the vertical complexity D 5 is less than a threshold value T (S1341). Vertical complexity (D 5) is less than the threshold (T) set the vertical optical flow (v y) to 0 (S1342). This means that no vertical optical flow is applied. If the threshold value (T) greater than or equal to d 2, and d calculate 6 and (S1343), d 2, d 5, with a d 6, s 2, s 5, s 6 vertical complexity (D 5) is calculated (S1344). When calculating the vertical optical flow v y using Equation 7 or 9, only s 2 , s 5 , and s 6 are required. Since d 5 has already been calculated in S1320, d 2 and d 6 are calculated in S1343 and s 2 ,s 5 ,s 6 is calculated using d 2 ,d 5 ,d 6 in S1344. Then, the vertical optical flow ( v y ) is calculated using s 2 , s 5 , and s 6 according to either Equation 7 or 9 ( S1345 ).

한편, 만약 수학식 8을 이용하여 수직방향 옵티컬 플로우(v y )를 계산하는 경우에는, s5,s6만이 요구된다. 따라서, 이 경우에는 S1343과 S1344에서 d2및 s2의 계산을 생략해도 무방하다.Meanwhile, if the vertical optical flow v y is calculated using Equation 8, only s 5 and s 6 are required. Accordingly, in this case, the calculation of d 2 and s 2 in S1343 and S1344 may be omitted.

이렇게 연산된 수평방향 옵티컬 플로우(v x )와 수직방향 옵티컬 플로우(v y )를 수학식 11에 대입하면, 현재블록의 예측블록이 생성된다. 수학식 11에서 수평방향 옵티컬 플로우가 스킵되는 경우에는 v x =0 이므로, 수평방향 옵티컬 플로우(v x )는 예측블록 생성에 기여하지 않는다. 마찬가지로 수직방향 옵티컬 플로우가 스킵되는 경우에는 v y =0 이므로, 수직방향 옵티컬 플로우(v x )는 예측블록 생성에 기여하지 않는다. 만약, 수평방향과 수직방향 옵티컬 플로우가 모드 스킵되는 경우에는 v x =0 이고 v y =0이므로, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균하여 예측블록을 생성한다. 즉, 통상적인 움직임 보상을 통해 예측블록을 생성하게 된다.By substituting the calculated horizontal optical flow ( v x ) and vertical optical flow ( v y ) into Equation 11, a prediction block of the current block is generated. When the horizontal optical flow is skipped in Equation 11, since v x = 0, the horizontal optical flow ( v x ) does not contribute to prediction block generation. Similarly, when the vertical optical flow is skipped , since v y = 0, the vertical optical flow ( v x ) does not contribute to prediction block generation. If the horizontal and vertical optical flows are all skipped, v x = 0 and v y = 0, so a prediction block is generated by averaging the first reference block and the second reference block. That is, a prediction block is generated through conventional motion compensation.

이상에서 설명한 실시예 1에서는 참조블록 내의 픽셀을 이용하여 현재블록의 텍스처 복잡도를 추정하는 것으로 설명하였다. 그러나 현재블록의 텍스처 복잡도는 현재블록 내의 실제 픽셀들을 이용하여 연산될 수도 있다. 예컨대, 부호화 장치는 현재블록 내의 픽셀들의 수평 및 수직방향 그래디언트를 이용하여 수평방향 복잡도 및 수직방향 복잡도를 계산할 수도 있다. 즉, 현재블록 내의 각 픽셀들의 수평방향 그래디언트들의 제곱합을 이용하여 수평방향 복잡도를 연산하고 수직방향 그래디언트들의 제곱합을 이용하여 수직방향 복잡도를 연산한다. 그리고 수평방향 및 수직방향 복잡도들을 이용하여 BIO 프로세스의 스킵 여부를 결정한다. 이 경우, 부호화 장치와는 달리 복호화 장치는 현재블록 내의 픽셀들을 알 수 없으므로 부호화 장치와 동일한 방식으로 텍스처 복잡도를 연산할 수 없다. 따라서, 부호화 장치는 복호화 장치로 BIO 스킵 여부를 지시하는 정보를 추가적인 시그널링해야 한다. 즉, 복호화 장치에 구현되는 스킵 결정부는 부호화 장치로부터 수신한 BIO 스킵 여부를 지시하는 정보를 복호화하여 그 정보가 지시하는 바에 따라 BIO 프로세스를 선택적으로 스킵한다.In Embodiment 1 described above, it has been described that the texture complexity of the current block is estimated using pixels in the reference block. However, the texture complexity of the current block may be calculated using actual pixels in the current block. For example, the encoding apparatus may calculate the horizontal complexity and the vertical complexity by using horizontal and vertical gradients of pixels in the current block. That is, the horizontal complexity is calculated using the sum of squares of the horizontal gradients of each pixel in the current block, and the vertical complexity is calculated using the sum of squares of the vertical gradients. Then, whether to skip the BIO process is determined using the horizontal and vertical complexity. In this case, unlike the encoding apparatus, since the decoding apparatus cannot know the pixels in the current block, it cannot calculate the texture complexity in the same way as the encoding apparatus. Accordingly, the encoding apparatus needs to additionally signal information indicating whether to skip the BIO to the decoding apparatus. That is, the skip determiner implemented in the decoding apparatus decodes the information indicating whether to skip the BIO received from the encoding apparatus, and selectively skips the BIO process according to the information indicated by the information.

실시예 2: 현재블록의 크기, 및/또는 움직임 정보 부호화 모드에 따른 BIO 스킵Embodiment 2: BIO skip according to size of current block and/or motion information encoding mode

전술한 바와 같이, CTU로부터의 트리 구조 분할에 따라 트리 구조의 리프 노드에 해당하는 CU, 즉, 현재블록은 다양한 크기를 가질 수 있다.As described above, according to the tree structure division from the CTU, a CU corresponding to a leaf node of the tree structure, that is, the current block may have various sizes.

현재블록의 크기가 충분히 작을 경우, 현재블록의 움직임벡터는 픽셀 또는 서브블록 단위의 BIO와 상당히 유사한 값을 가질 가능성이 있으므로, BIO를 수행하여 얻는 보정 효과가 적을 수 있다. 이러한 경우, BIO를 skip하여 얻는 복잡도 감소가 BIO skip으로 인한 정밀도 손실보다 더 큰 이득이 될 가능성이 높다.When the size of the current block is sufficiently small, the motion vector of the current block is likely to have a value significantly similar to the pixel or sub-block BIO, so that the correction effect obtained by performing the BIO may be small. In this case, the complexity reduction obtained by skipping the BIO is likely to be a greater benefit than the loss of precision due to skipping the BIO.

한편, 현재블록의 움직임벡터는 전술한 바와 같이 머지 모드로 부호화될 수도 있고 차분 움직임벡터를 부호화하는 모드로 부호화될 수도 있다. 현재블록의 움직임벡터가 머지 모드(merge mode)로 부호화된 경우라면, 현재블록의 움직임벡터는 주변블록의 움직임벡터와 병합된다. 즉, 현재블록의 움직임벡터는 주변블록의 움직임벡터와 동일하게 설정된다. 이 경우에는, BIO를 통해 추가적인 보정 효과를 얻을 수 있다.Meanwhile, the motion vector of the current block may be encoded in the merge mode or in the differential motion vector encoding mode as described above. If the motion vector of the current block is encoded in the merge mode, the motion vector of the current block is merged with the motion vector of the neighboring block. That is, the motion vector of the current block is set to be the same as the motion vector of the neighboring block. In this case, an additional correction effect can be obtained through BIO.

따라서 본 실시예는 현재블록의 크기 또는 움직임벡터의 부호화 모드를 지시하는 모드 정보 중 적어도 하나 이상을 이용하여 BIO 프로세스를 스킵한다. Therefore, the present embodiment skips the BIO process by using at least one of mode information indicating the size of the current block or the encoding mode of the motion vector.

도 14는 본 실시예에 따른 현재블록의 크기 및 움직임벡터의 부호화 모드에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정을 도시한 예시도이다. 도 14는 현재블록의 크기와 움직임벡터의 부호화 모드를 모두 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정하고 있지만, 어느 하나를 이용하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.14 is an exemplary diagram illustrating a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to a size of a current block and an encoding mode of a motion vector according to the present embodiment. 14 shows whether to skip the BIO by using both the size of the current block and the encoding mode of the motion vector, but using either one is included in the scope of the present invention.

움직임 보상 장치(1000)는 먼저 부호화 대상 블록인 현재블록(CU)의 크기가 임계 크기 이하인지 여부를 판단한다(S1402). 현재블록(CU)의 크기가 임계 크기보다 크면 BIO 프로세스에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1408). The motion compensation apparatus 1000 first determines whether the size of the current block CU, which is an encoding target block, is equal to or less than a threshold size (S1402). If the size of the current block (CU) is greater than the threshold size, a prediction block of the current block is generated according to the BIO process (S1408).

반면, 현재블록(CU)의 크기가 임계 크기 이하이면, 현재블록(CU)의 움직임벡터(MV)가 머지 모드에 의해 부호화되었는지 여부를 판단한다(S1404). 머지 모드에 의해 부호화되지 않은 경우 BIO 프로세스를 스킵하고 통상적인 움직임 보상을 통해 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1406). 머지 모드에 의해 부호화된 경우에는, BIO 프로세스에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1408).On the other hand, if the size of the current block CU is less than or equal to the threshold size, it is determined whether the motion vector MV of the current block CU is encoded by the merge mode (S1404). If it is not encoded by the merge mode, the BIO process is skipped and a prediction block of the current block is generated through normal motion compensation (S1406). In the case of encoding by the merge mode, a prediction block of the current block is generated according to the BIO process (S1408).

예를 들어 wt×ht가 8×8로 정의될 때, 이보다 작거나 같은 8×8, 8×4, 4×8, 4×4 등의 크기를 갖는 현재블록의 움직임 벡터가 머지 모드로 부호화되지 않은 경우, BIO 프로세스가 스킵된다.For example, when w t × h t is defined as 8×8, the motion vector of the current block having a size smaller than or equal to 8×8, 8×4, 4×8, 4×4, etc. is converted to the merge mode. If not encoded, the BIO process is skipped.

한편, S1308에서 BIO 프로세스에 따라 예측블록을 생성하는 과정에서, 실시예 1에 따라, 즉, 현재블록의 텍스처 복잡도에 따라 BIO 스킵 여부를 추가로 더 판단하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the process of generating the prediction block according to the BIO process in S1308, it is also possible to further determine whether to skip the BIO according to the first embodiment, that is, according to the texture complexity of the current block.

실시예 3: CVC 및/또는 BCC에 따른 BIO 스킵Example 3: BIO skip according to CVC and/or BCC

BIO는 영상 내의 객체가 일정한 속도로 이동하고 픽셀 값의 변화가 거의 없다는 가정을 기반으로 한다. 이를 각각 등속도 운동 조건(constant velocity constraint, CVC)과 밝기 항상성 조건(brightness constancy constraint, BCC)으로 정의한다.BIO is based on the assumption that objects in the image move at a constant speed and the pixel values rarely change. These are defined as a constant velocity constraint (CVC) and a brightness constancy constraint (BCC), respectively.

현재블록 단위로 추정된 양방향 움직임벡터 (MVx 0,MVy 0)와 (MVx 1,MVy 1)가 이미 CVC와 BCC 두 조건을 잘 만족하고 있다면, 동일한 가정을 기반으로 동작하는 BIO 또한 현재블록의 양방향 움직임 벡터와 유사한 값을 가질 가능성이 높다.If the bidirectional motion vectors (MV x 0 ,MV y 0 ) and (MV x 1 ,MV y 1 ) estimated in units of the current block already satisfy both CVC and BCC conditions, the BIO operating based on the same assumption is also It is highly likely to have a value similar to the bidirectional motion vector of the current block.

현재블록의 양방향 움직임벡터 (MVx 0,MVy 0)와 (MVx 1,MVy 1)가 CVC 조건을 만족한다는 것은 두 움직임벡터가 부호는 서로 반대이고 시간당 움직임의 변위가 같다는 것을 의미한다.If the bidirectional motion vectors (MV x 0 ,MV y 0 ) and (MV x 1 ,MV y 1 ) of the current block satisfy the CVC condition, it means that the two motion vectors have opposite signs and the same displacement per time. .

현재블록의 양방향 움직임벡터가 BCC 조건을 만족한다는 것은 (MVx 0,MVy 0)가 가리키는 제1 참조픽처(Ref0)에 위치한 제1 참조블록과 (MVx 1,MVy 1)가 가리키는 제2 참조픽처(Ref1)에 위치한 참조 블록의 차이가 0이 됨을 의미한다. 두 참조 블록의 차이는 SAD(Sum of Absolute Difference), SSE(Sum of Squared Errors) 등에 의해 계산될 수 있다. The fact that the bidirectional motion vector of the current block satisfies the BCC condition means that the first reference block located in the first reference picture (Ref0) indicated by (MV x 0 ,MV y 0 ) and the second reference block indicated by (MV x 1 ,MV y 1 ) 2 This means that the difference between the reference blocks located in the reference picture Ref1 becomes 0. The difference between the two reference blocks may be calculated by Sum of Absolute Difference (SAD), Sum of Squared Errors (SSE), or the like.

일례로서, CVC 조건과 BCC 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다.As an example, the CVC condition and the BCC condition may be expressed as follows.

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서 TCVC와 TBCC는 각각 CVC 조건과 BCC 조건의 임계값이다. Here, T CVC and T BCC are threshold values of the CVC condition and the BCC condition, respectively.

도 4를 참조하면, BIO는 제1 참조픽처(Ref0)에 대한 옵티컬 플로우 (+v x , +v y )와 제2 참조픽처(Ref1)에 대한 옵티컬 플로우 (-v x , -v y )가 크기는 서로 다른 부호를 가진다는 가정에서 출발한다. 따라서, 양방향 움직임벡터 (MVx 0,MVy 0)와 (MVx 1,MVy 1)가 BIO의 가정을 충족시킨다는 것은 양방향 움직임벡터의 x 성분들(MVx 0와 MVx 1)은 서로 다른 부호를 가져야 하고, y 성분들(MVy 0와 MVy 1)도 서로 다른 부호를 가져야 함을 의미한다. 또한, 등속도를 조건을 만족하기 위해서 MVx 0를 현재픽처와 제1 참조픽처 간의 시간축 거리인 τ 0로 나눈 값의 절대 크기(absolute value)와 MVx 1을 현재픽처와 제2 참조픽처 간의 시간축 거리인 τ 1로 나눈 값의 절대 크기가 동일해야 한다. 마찬가지로, MVy 0를 τ 0로 나눈 값과 MVy 1을 τ 1로 나눈 값의 절대 크기가 동일해야 한다. 따라서, 임계값의 개념을 도입하면 위 CVC 조건과 같이 표현될 수 있다.Referring to Figure 4, BIO is a first reference picture optical flow for (Ref0) (+ v x, + v y) and the second reference picture (Ref1) optical flow for the (- v x, - v y ) is It starts with the assumption that magnitudes have different signs. Therefore, that the bidirectional motion vectors (MV x 0 ,MV y 0 ) and (MV x 1 ,MV y 1 ) satisfy the BIO assumption means that the x components (MV x 0 and MV x 1 ) of the bidirectional motion vector are mutually exclusive. This means that they must have different signs, and that the y components (MV y 0 and MV y 1 ) must also have different signs. Further, between the MV x 0 in order to satisfy the constant velocity conditions, the current picture and the absolute magnitude of the value divided by the time-base distance is τ 0 between the first reference picture (absolute value) and the reference current picture and the second the MV x 1 picture The absolute magnitude of the value divided by the time axis distance τ 1 must be the same. Similarly, the absolute magnitude of MV y 0 divided by τ 0 and MV y 1 divided by τ 1 must be the same. Therefore, if the concept of the threshold is introduced, it can be expressed as the above CVC condition.

한편, BCC 조건은 양방향 움직임벡터 (MVx 0,MVy 0)와 (MVx 1,MVy 1)가 각각 참조하는 참조블록들 간의 SAD가 임계값(TBCC)이하인 경우에 충족된다. 물론 SAD 대신 SSE 등과 같이 두 참조블록 간의 차이를 대표할 수 있는 다른 지표가 사용되어도 무방하다.On the other hand, the BCC condition is satisfied when the SAD between reference blocks referenced by the bidirectional motion vectors (MV x 0 ,MV y 0 ) and (MV x 1 ,MV y 1 ) is less than or equal to the threshold value (T BCC ). Of course, other indicators that can represent the difference between the two reference blocks, such as SSE, may be used instead of SAD.

도 15는 본 실시예에 따른 CVC 조건 및 BCC 조건에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정을 도시한 예시도이다.15 is an exemplary diagram illustrating a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to a CVC condition and a BCC condition according to the present embodiment.

움직임 보상 장치(1000)는 현재블록의 양방향 움직임벡터 (MVx 0,MVy 0)와 (MVx 1,MVy 1)가 CVC 조건 및 BCC 조건을 충족하는지 여부를 판단한다(S1502), 두 조건 모두를 충족하면 BIO 프로세스를 스킵하고 통상적인 움직임 보상에 따라 예측블록을 생성한다(S1504). The motion compensation apparatus 1000 determines whether the bidirectional motion vectors (MV x 0 ,MV y 0 ) and (MV x 1 , MV y 1 ) of the current block satisfy the CVC condition and the BCC condition (S1502). If all conditions are satisfied, the BIO process is skipped and a prediction block is generated according to the normal motion compensation (S1504).

반면, 두 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않으면, BIO 프로세스에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1506).On the other hand, if either one of the two conditions is not satisfied, a prediction block of the current block is generated according to the BIO process (S1506).

도 15에서는 CVC 조건 및 BCC 조건을 모두 충족하는 경우에 BIO 프로세스를 스킵하는 것으로 설명하였으나, 이는 하나의 예시에 지나지 않으며 CVC 조건과 BCC 조건 중 어느 하나의 조건을 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정해도 무방하다.In FIG. 15 , it has been described that the BIO process is skipped when both the CVC condition and the BCC condition are satisfied, but this is only an example and it is okay to determine whether to skip the BIO using any one of the CVC condition and the BCC condition. do.

실시예 4: 주변 블록들의 움직임 벡터들의 변동의 정도에 따른 BIO 스킵Embodiment 4: BIO skip according to the degree of variation of motion vectors of neighboring blocks

현재 블록의 주변 블록들에서 블록 단위로 추정된 양방향 움직임벡터들이 비슷한 값을 가진다면, 현재블록 내에서 픽셀 또는 서브블록 단위로 추정된 옵티컬 플로우 또한 비슷한 값을 가질 가능성이 높다. If the bidirectional motion vectors estimated in units of blocks in neighboring blocks of the current block have similar values, the optical flow estimated in units of pixels or subblocks within the current block is highly likely to also have similar values.

따라서, 주변 블록들의 움직임 벡터들의 변동의 정도, 예컨대, 분산 또는 표준편차를 기반으로 현재블록의 BIO 스킵 여부를 판단하는 것이 가능하다. 극단적인 예로 주변 블록들의 움직임 벡터 분산이 0이라면, 현재블록 내의 픽셀 또는 서브블록 단위의 옵티컬 플로우 또한 현재블록의 움직임 벡터와 동일한 값을 가지게 될 가능성이 높으므로 BIO를 스킵한다. Accordingly, it is possible to determine whether to skip the BIO of the current block based on the degree of variation of motion vectors of neighboring blocks, for example, variance or standard deviation. As an extreme example, if the motion vector variance of neighboring blocks is 0, the optical flow of each pixel or subblock within the current block is highly likely to have the same value as the motion vector of the current block, so the BIO is skipped.

일례로서, 주변 블록들의 움직임 벡터 분산을 수학식 18과 같이 표현할 수 있다.As an example, the motion vector variance of neighboring blocks can be expressed as Equation 18.

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서, L은 주변 블록들의 집합이며 l은 주변 블록의 총 개수이다. (m, n)은 주변 블록의 인덱스를 나타내며 t ∈ (0, 1)이다. Here, L is a set of neighboring blocks and l is the total number of neighboring blocks. ( m , n ) represents the index of the neighboring block and is t ∈ (0, 1).

도 16은 본 실시예에 따른 주변 블록들의 움직임 벡터 분산값에 따라 선택적으로 BIO 프로세스를 적용하여 움직임 보상을 수행하는 과정을 도시한 예시도이다.16 is an exemplary diagram illustrating a process of performing motion compensation by selectively applying a BIO process according to motion vector dispersion values of neighboring blocks according to the present embodiment.

움직임 보상 장치(1000)는 주변 블록들의 움직임 벡터들의 분산과 미리 정해진 임계값을 비교한다 (S1602). 주변 블록의 움직임 벡터 분산값이 임계값보다 낮다면 BIO 프로세스를 스킵하고 통상적인 움직임 보상에 따라 예측블록을 생성한다(S1604). 반면, 주변 블록의 움직임 벡터 분산값이 임계값보다 높다면, BIO 프로세스에 따라 현재블록의 예측블록을 생성한다(S1606).The motion compensation apparatus 1000 compares the variance of motion vectors of neighboring blocks with a predetermined threshold ( S1602 ). If the motion vector variance value of the neighboring block is lower than the threshold value, the BIO process is skipped and a prediction block is generated according to normal motion compensation (S1604). On the other hand, if the motion vector variance value of the neighboring block is higher than the threshold value, the prediction block of the current block is generated according to the BIO process (S1606).

이상에서는 실시예 1 내지 4를 통해 각 조건들을 개별적으로 사용하여 BIO 스킵 여부를 결정하는 것을 설명하였다. 그러나 본 발명이 어느 하나의 조건을 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정하는 것에 국한되는 것은 아니며, 본 개시에 기술된 복수 개의 조건을 선택적으로 조합하여 BIO 스킵 여부를 결정하는 것도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 예컨대, 현재블록의 크기 조건과 현재블록의 텍스처 복잡도를 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정하는 방법, 현재블록의 크기 조건과 CVC 조건 및/또는 BCC 조건을 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정하는 방법, CVC 조건 및 BCC 조건 중 하나 이상과 현재블록의 텍스처 복잡도를 이용하여 BIO 스킵 여부를 결정하는 방법 등과 같이 본 개시에 기술하는 다양한 방식들을 선택적으로 조합하는 것은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.In the above, the determination of whether to skip the BIO by using each condition individually through Examples 1 to 4 has been described. However, the present invention is not limited to determining whether to skip BIO using any one condition, and determining whether to skip BIO by selectively combining a plurality of conditions described in the present disclosure is also included in the scope of the present invention. should be interpreted as For example, a method of determining whether to skip BIO using the size condition of the current block and the texture complexity of the current block, a method of determining whether to skip BIO using the size condition of the current block and the CVC condition and/or the BCC condition, CVC condition and a method of determining whether to skip BIO using one or more of the BCC conditions and the texture complexity of the current block, etc. It should be understood that selectively combining various methods described in the present disclosure are all included in the scope of the present invention.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and various modifications and variations will be possible by those skilled in the art to which this embodiment belongs without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

Claims (11)

양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical flow)를 이용한 영상 부호화 장치에 있어서,
기결정된 크기의 블록을 트리 구조로 분할하여 대상블록을 결정하는 블록 분할부;
상기 대상블록을 인터 예측하여 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 예측부; 및
상기 트리 구조의 분할과 관련된 분할 정보, 및 상기 대상블록 내의 샘플들과 상기 예측샘플들 간의 차이인 잔차 신호들을 부호화하는 부호화부를 포함하고,
상기 예측부는,
제1 참조픽처에 대한 제1 움직임벡터 및 제2 참조픽처에 대한 제2 움직임벡터를 생성하는 수단;
상기 제1 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제1 참조픽처 내의 샘플들 및 상기 제2 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제2 참조픽처 내의 샘플들 간의 차이 값들로부터 상기 양방향 옵티컬 플로우의 적용 여부를 결정하기 위해 사용되는 변수(variable)를 유도하는 수단; 및
상기 변수에 따라 선택적으로, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하여 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하거나, 또는 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.In the video encoding apparatus using a bi-directional optical flow (Bi-directional optical flow),
a block dividing unit dividing a block of a predetermined size into a tree structure to determine a target block;
a prediction unit that inter-predicts the target block to generate prediction samples for the target block; and
and an encoder that encodes partition information related to partitioning of the tree structure, and residual signals that are differences between samples in the target block and the prediction samples,
The prediction unit,
means for generating a first motion vector for a first reference picture and a second motion vector for a second reference picture;
To determine whether to apply the bidirectional optical flow from difference values between samples in the first reference picture determined based on the first motion vector and samples in the second reference picture determined based on the second motion vector means for deriving the variable to be used; and
According to the variable, predictive samples for the target block are generated from the first reference picture and the second reference picture by selectively applying the bidirectional optical flow, or the first reference without applying the bidirectional optical flow Means for generating prediction samples for the target block from a picture and the second reference picture
An image encoding apparatus comprising a. 제1항에 있어서,
상기 차이 값들로부터 유도되는 상기 변수는 SAD (Sum of Absolute Difference) 또는 SSE(Sum of Squared Errors)인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.According to claim 1,
The variable derived from the difference values is a sum of absolute difference (SAD) or a sum of squared errors (SSE). 제1항에 있어서,
상기 변수가 기결정된 임계값보다 작으면 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고,
싱기 변수가 상기 임계값보다 크면 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.According to claim 1,
If the variable is less than a predetermined threshold value, the bidirectional optical flow is not applied,
The video encoding apparatus of claim 1, wherein the bidirectional optical flow is applied when the singi variable is greater than the threshold value. 제1항에 있어서,
상기 대상블록의 폭(width)와 높이(Height) 중 어느 하나가 기정의된 길이보다 작으면, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치. According to claim 1,
The video encoding apparatus according to claim 1, wherein the bidirectional optical flow is not applied when any one of a width and a height of the target block is smaller than a predefined length. 제4항에 있어서,
상기 기정의된 길이는 8인 것을 특징으로 하는 영상 부호화 장치.5. The method of claim 4,
The video encoding apparatus, characterized in that the predefined length is 8. 양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical flow)를 이용한 영상 복호화 장치에 있어서,
비트스트림으로부터 분할정보를 복호화하여 기결정된 크기의 블록을 트리 구조로 분할하고 대상블록을 결정하며, 상기 대상블록의 잔차 신호에 대한 정보를 복호화하는 복호화부;
상기 대상블록을 인터 예측하여 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 예측부; 및
상기 예측샘플들과 상기 잔차 신호에 대한 정보에 근거하여 상기 대상블록을 복원하는 복원부를 포함하고,
상기 예측부는,
제1 참조픽처에 대한 제1 움직임벡터 및 제2 참조픽처에 대한 제2 움직임벡터를 생성하는 수단;
상기 제1 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제1 참조픽처 내의 샘플들 및 상기 제2 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제2 참조픽처 내의 샘플들 간의 차이 값들로부터 상기 양방향 옵티컬 플로우의 적용 여부를 결정하기 위해 사용되는 변수(variable)를 유도하는 수단; 및
상기 변수에 따라 선택적으로, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하여 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하거나, 또는 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.In the image decoding apparatus using a bi-directional optical flow (Bi-directional optical flow),
a decoding unit that decodes segmentation information from the bitstream, divides a block of a predetermined size into a tree structure, determines a target block, and decodes information on a residual signal of the target block;
a prediction unit that inter-predicts the target block to generate prediction samples for the target block; and
and a reconstruction unit for reconstructing the target block based on the prediction samples and information on the residual signal,
The prediction unit,
means for generating a first motion vector for a first reference picture and a second motion vector for a second reference picture;
To determine whether to apply the bidirectional optical flow from difference values between samples in the first reference picture determined based on the first motion vector and samples in the second reference picture determined based on the second motion vector means for deriving the variable to be used; and
According to the variable, predictive samples for the target block are generated from the first reference picture and the second reference picture by selectively applying the bidirectional optical flow, or the first reference without applying the bidirectional optical flow Means for generating prediction samples for the target block from a picture and the second reference picture
Video decoding apparatus comprising a. 제6항에 있어서,
상기 차이 값들로부터 유도되는 상기 변수는 SAD (Sum of Absolute Difference) 또는 SSE(Sum of Squared Errors)인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.7. The method of claim 6,
The variable derived from the difference values is a sum of absolute difference (SAD) or a sum of squared errors (SSE). 제6항에 있어서,
상기 예측부는,
상기 변수가 기결정된 임계값보다 작으면 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고 상기 예측샘플들을 생성하고,
싱기 변수가 상기 임계값보다 크면 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하여 상기 예측샘플들을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.7. The method of claim 6,
The prediction unit,
If the variable is smaller than a predetermined threshold, the prediction samples are generated without applying the bidirectional optical flow,
If the singi variable is greater than the threshold value, the prediction samples are generated by applying the bidirectional optical flow. 제6항에 있어서,
상기 대상블록의 폭(width)와 높이(Height) 중 어느 하나가 기정의된 길이보다 작으면, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.7. The method of claim 6,
The image decoding apparatus according to claim 1, wherein the bidirectional optical flow is not applied when either one of a width and a height of the target block is smaller than a predefined length. 제9항에 있어서,
상기 기정의된 길이는 8인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.10. The method of claim 9,
The video decoding apparatus, characterized in that the predefined length is 8. 양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical flow)를 이용한 영상 부호화 방법에 의해 생성되는 비트스트림을 저장하는, 디코더에 의해 판독 가능한, 기록매체에 있어서,
상기 방법은,
기결정된 크기의 블록을 트리 구조로 분할하여 대상블록을 결정하는 단계;
제1 참조픽처에 대한 제1 움직임벡터 및 제2 참조픽처에 대한 제2 움직임벡터를 생성하는 단계;
상기 제1 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제1 참조픽처 내의 샘플들 및 상기 제2 움직임벡터에 기반하여 결정된 상기 제2 참조픽처 내의 샘플들 간의 차이 값들로부터 상기 양방향 옵티컬 플로우의 적용 여부를 결정하기 위해 사용되는 변수(variable)를 유도하는 단계;
상기 변수에 따라 선택적으로, 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하여 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하거나, 또는 상기 양방향 옵티컬 플로우를 적용하지 않고 상기 제1 참조픽처 및 상기 제2 참조픽처로부터 상기 대상블록에 대한 예측샘플들을 생성하는 단계; 및
상기 트리 구조 분할과 관련된 분할 정보 및 상기 대상블록 내의 샘플들과 상기 예측샘플들 간의 차이인 잔차 신호들을 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디코더에 의해 판독 가능한 비트스트림을 저장하는 기록매체.A recording medium readable by a decoder for storing a bitstream generated by an image encoding method using a bi-directional optical flow, the recording medium comprising:
The method is
determining a target block by dividing a block of a predetermined size into a tree structure;
generating a first motion vector for the first reference picture and a second motion vector for the second reference picture;
To determine whether to apply the bidirectional optical flow from difference values between samples in the first reference picture determined based on the first motion vector and samples in the second reference picture determined based on the second motion vector deriving a variable to be used;
According to the variable, predictive samples for the target block are generated from the first reference picture and the second reference picture by selectively applying the bidirectional optical flow, or the first reference without applying the bidirectional optical flow generating prediction samples for the target block from a picture and the second reference picture; and
and encoding residual signals that are the difference between the prediction samples and the samples in the target block and the partition information related to the tree structure partitioning.
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