WO2014051409A1 - 참조 픽처 정보를 이용한 병렬 처리 비디오 부호화 방법 및 장치, 병렬 처리 비디오 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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최광표
김찬열
최병두
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Definitions

  • the present invention relates to a parallel encoding and a parallel decoding scheme of video.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to solve the problem of reference relationship dependency between pictures that act as a barrier when processing video encoding / decoding processes that are sequentially performed in parallel.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to improve the processing speed of the image through parallel video encoding / decoding.
  • Embodiments of the present invention include information on a reference relationship between pictures in a predetermined data transmission unit and transmit the same.
  • the video decoding processing speed may be improved by identifying the pictures that can be processed in parallel in the video decoding process and decoding the pictures that can be processed in parallel.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus based on coding units having a tree structure, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a tree structure, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a concept of coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a video encoding apparatus for parallel processing, according to an embodiment.
  • 15 illustrates a type of NAL unit according to an embodiment.
  • FIG. 16 illustrates a hierarchical GOP structure according to an embodiment.
  • FIG. 17 illustrates a reference dependency tree (RDT) for pictures included in the hierarchical GOP structure of FIG. 16.
  • RDT reference dependency tree
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a video encoding method for parallel processing, according to an embodiment.
  • 19 is a block diagram illustrating a configuration of a video decoding apparatus for parallel processing, according to an embodiment.
  • 20 is a flowchart illustrating a video decoding method for parallel processing, according to an embodiment.
  • 21 is a diagram illustrating a multi-threading program for parallel processing, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 22 illustrates a thread execution process in a multithreaded program using a lock or semaphore.
  • 23 is a flowchart illustrating a synchronization process of a multi-threading program according to an embodiment.
  • a video encoding method for parallel processing performs inter prediction and intra prediction on pictures included in a group of pictures (GOPs), and uses coding order and reference dependency between pictures included in the GOP. determining a dependency; And generating a predetermined data unit including reference relationship information generated based on coding order and reference dependency between pictures included in the GOP.
  • GOPs group of pictures
  • the video encoding apparatus for parallel processing performs inter prediction and intra prediction on pictures included in a group of pictures (GOPs), and encodes an order and reference dependency between pictures included in the GOPs.
  • an image encoder for determining a dependency;
  • an output unit for generating a predetermined data unit including reference relationship information generated based on coding order and reference dependency between pictures included in the GOP.
  • a video decoding method for parallel processing may include obtaining a predetermined data unit including reference relationship information generated based on a decoding order and reference dependencies between pictures included in a group of pictures (GOP). ; Determining pictures that can be processed in parallel among pictures included in the GOP based on reference relationship information included in the data unit; And decoding the determined parallel processing pictures in parallel.
  • a predetermined data unit including reference relationship information generated based on a decoding order and reference dependencies between pictures included in a group of pictures (GOP).
  • a video decoding apparatus for parallel processing may include: a receiver configured to acquire a predetermined data unit including reference relationship information generated based on a decoding order and reference dependencies between pictures included in a group of pictures (GOP) ; On the basis of the reference relationship information included in the data unit, characterized in that it comprises an image decoder for determining the parallel processing of the pictures included in the GOP, and in parallel decoding the determined parallel processing pictures. .
  • a receiver configured to acquire a predetermined data unit including reference relationship information generated based on a decoding order and reference dependencies between pictures included in a group of pictures (GOP) ; On the basis of the reference relationship information included in the data unit, characterized in that it comprises an image decoder for determining the parallel processing of the pictures included in the GOP, and in parallel decoding the determined parallel processing pictures.
  • FIGS. 1 to 13. 14 to 23 a video encoding and decoding technique for parallel processing according to an embodiment is disclosed.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus 100 based on coding units having a tree structure, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 including video prediction based on coding units having a tree structure may include a maximum coding unit splitter 110, a coding unit determiner 120, and an outputter 130.
  • the video encoding apparatus 100 that includes video prediction based on coding units having a tree structure is abbreviated as “video encoding apparatus 100”.
  • the maximum coding unit splitter 110 may partition the current picture based on the maximum coding unit that is a coding unit of the maximum size for the current picture of the image. If the current picture is larger than the maximum coding unit, image data of the current picture may be split into at least one maximum coding unit.
  • the maximum coding unit may be a data unit having a size of 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, or the like, and may be a square data unit having a square of two horizontal and vertical sizes.
  • the image data may be output to the coding unit determiner 120 for at least one maximum coding unit.
  • the coding unit according to an embodiment may be characterized by a maximum size and depth.
  • the depth indicates the number of times the coding unit is spatially divided from the maximum coding unit, and as the depth increases, the coding unit for each depth may be split from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the depth of the largest coding unit is the highest depth and the minimum coding unit may be defined as the lowest coding unit.
  • the maximum coding unit decreases as the depth increases, the size of the coding unit for each depth decreases, and thus, the coding unit of the higher depth may include coding units of a plurality of lower depths.
  • the image data of the current picture may be divided into maximum coding units according to the maximum size of the coding unit, and each maximum coding unit may include coding units divided by depths. Since the maximum coding unit is divided according to depths, image data of a spatial domain included in the maximum coding unit may be hierarchically classified according to depths.
  • the maximum depth and the maximum size of the coding unit that limit the total number of times of hierarchically dividing the height and the width of the maximum coding unit may be preset.
  • the coding unit determiner 120 encodes at least one divided region obtained by dividing the region of the largest coding unit for each depth, and determines a depth at which the final encoding result is output for each of the at least one divided region. That is, the coding unit determiner 120 encodes the image data in coding units according to depths for each maximum coding unit of the current picture, and selects a depth at which the smallest coding error occurs to determine the coding depth. The determined coded depth and the image data for each maximum coding unit are output to the outputter 130.
  • Image data in the largest coding unit is encoded based on coding units according to depths according to at least one depth less than or equal to the maximum depth, and encoding results based on the coding units for each depth are compared. As a result of comparing the encoding error of the coding units according to depths, a depth having the smallest encoding error may be selected. At least one coding depth may be determined for each maximum coding unit.
  • the coding unit is divided into hierarchically and the number of coding units increases.
  • a coding error of each data is measured, and whether or not division into a lower depth is determined. Therefore, even in the data included in one largest coding unit, since the encoding error for each depth is different according to the position, the coding depth may be differently determined according to the position. Accordingly, one or more coding depths may be set for one maximum coding unit, and data of the maximum coding unit may be partitioned according to coding units of one or more coding depths.
  • the coding unit determiner 120 may determine coding units having a tree structure included in the current maximum coding unit.
  • the coding units having a tree structure according to an embodiment include coding units having a depth determined as a coding depth among all deeper coding units included in the maximum coding unit.
  • the coding unit of the coding depth may be hierarchically determined according to the depth in the same region within the maximum coding unit, and may be independently determined for the other regions.
  • the coded depth for the current region may be determined independently of the coded depth for the other region.
  • the maximum depth according to an embodiment is an index related to the number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the first maximum depth according to an embodiment may represent the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the second maximum depth according to an embodiment may represent the total number of depth levels from the maximum coding unit to the minimum coding unit. For example, when the depth of the largest coding unit is 0, the depth of the coding unit obtained by dividing the largest coding unit once may be set to 1, and the depth of the coding unit divided twice may be set to 2. In this case, if the coding unit divided four times from the maximum coding unit is the minimum coding unit, since depth levels of 0, 1, 2, 3, and 4 exist, the first maximum depth is set to 4 and the second maximum depth is set to 5. Can be.
  • Predictive encoding and transformation of the largest coding unit may be performed. Similarly, prediction encoding and transformation are performed based on depth-wise coding units for each maximum coding unit and for each depth less than or equal to the maximum depth.
  • encoding including prediction encoding and transformation should be performed on all the coding units for each depth generated as the depth deepens.
  • the prediction encoding and the transformation will be described based on the coding unit of the current depth among at least one maximum coding unit.
  • the video encoding apparatus 100 may variously select a size or shape of a data unit for encoding image data.
  • the encoding of the image data is performed through prediction encoding, transforming, entropy encoding, and the like.
  • the same data unit may be used in every step, or the data unit may be changed in steps.
  • the video encoding apparatus 100 may select not only a coding unit for encoding the image data, but also a data unit different from the coding unit in order to perform predictive encoding of the image data in the coding unit.
  • prediction encoding may be performed based on a coding unit of a coding depth, that is, a more strange undivided coding unit, according to an embodiment.
  • a more strange undivided coding unit that is the basis of prediction coding is referred to as a 'prediction unit'.
  • the partition in which the prediction unit is divided may include a data unit in which at least one of the prediction unit and the height and the width of the prediction unit are divided.
  • the partition may be a data unit in which the prediction unit of the coding unit is split, and the prediction unit may be a partition having the same size as the coding unit.
  • the partition type includes not only symmetric partitions in which the height or width of the prediction unit is divided by a symmetrical ratio, but also partitions divided in an asymmetrical ratio, such as 1: n or n: 1, by a geometric form It may optionally include partitioned partitions, arbitrary types of partitions, and the like.
  • the prediction mode of the prediction unit may be at least one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • the intra mode and the inter mode may be performed on partitions having sizes of 2N ⁇ 2N, 2N ⁇ N, N ⁇ 2N, and N ⁇ N.
  • the skip mode may be performed only for partitions having a size of 2N ⁇ 2N.
  • the encoding may be performed independently for each prediction unit within the coding unit to select a prediction mode having the smallest encoding error.
  • the video encoding apparatus 100 may perform conversion of image data of a coding unit based on not only a coding unit for encoding image data, but also a data unit different from the coding unit.
  • the transformation may be performed based on a transformation unit having a size smaller than or equal to the coding unit.
  • the transformation unit may include a data unit for intra mode and a transformation unit for inter mode.
  • the transformation unit in the coding unit is also recursively divided into smaller transformation units, so that the residual data of the coding unit is determined according to the tree structure according to the transformation depth. Can be partitioned according to the conversion unit.
  • a transform depth indicating a number of divisions between the height and the width of the coding unit divided to the transform unit may be set. For example, if the size of the transform unit of the current coding unit of size 2Nx2N is 2Nx2N, the transform depth is 0, the transform depth 1 if the size of the transform unit is NxN, and the transform depth 2 if the size of the transform unit is N / 2xN / 2. Can be. That is, the transformation unit having a tree structure may also be set for the transformation unit according to the transformation depth.
  • the encoded information for each coded depth requires not only the coded depth but also prediction related information and transformation related information. Accordingly, the coding unit determiner 120 may determine not only the coded depth that generated the minimum coding error, but also a partition type obtained by dividing a prediction unit into partitions, a prediction mode for each prediction unit, and a size of a transformation unit for transformation.
  • a method of determining a coding unit, a prediction unit / partition, and a transformation unit according to a tree structure of a maximum coding unit according to an embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 13.
  • the coding unit determiner 120 may measure a coding error of coding units according to depths using a Lagrangian Multiplier-based rate-distortion optimization technique.
  • the output unit 130 outputs the image data of the maximum coding unit encoded based on the at least one coded depth determined by the coding unit determiner 120 and the information about the encoding modes according to depths in the form of a bit stream.
  • the encoded image data may be a result of encoding residual data of the image.
  • the information about the encoding modes according to depths may include encoding depth information, partition type information of a prediction unit, prediction mode information, size information of a transformation unit, and the like.
  • the coded depth information may be defined using depth-specific segmentation information indicating whether to encode to a coding unit of a lower depth without encoding to the current depth. If the current depth of the current coding unit is a coding depth, since the current coding unit is encoded in a coding unit of the current depth, split information of the current depth may be defined so that it is no longer divided into lower depths. On the contrary, if the current depth of the current coding unit is not the coding depth, encoding should be attempted using the coding unit of the lower depth, and thus split information of the current depth may be defined to be divided into coding units of the lower depth.
  • encoding is performed on the coding unit divided into the coding units of the lower depth. Since at least one coding unit of a lower depth exists in the coding unit of the current depth, encoding may be repeatedly performed for each coding unit of each lower depth, and recursive coding may be performed for each coding unit of the same depth.
  • coding units having a tree structure are determined in one largest coding unit and information about at least one coding mode should be determined for each coding unit of a coding depth, information about at least one coding mode may be determined for one maximum coding unit. Can be.
  • the coding depth may be different for each location, and thus information about the coded depth and the coding mode may be set for the data.
  • the output unit 130 may allocate encoding information about a corresponding coding depth and an encoding mode to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit included in the maximum coding unit. .
  • the minimum unit according to an embodiment is a square data unit having a size obtained by dividing the minimum coding unit, which is the lowest coding depth, into four divisions.
  • the minimum unit according to an embodiment may be a square data unit having a maximum size that may be included in all coding units, prediction units, partition units, and transformation units included in the maximum coding unit.
  • the encoding information output through the output unit 130 may be classified into encoding information according to depth coding units and encoding information according to prediction units.
  • the encoding information for each coding unit according to depth may include prediction mode information and partition size information.
  • the encoding information transmitted for each prediction unit includes information about an estimation direction of the inter mode, information about a reference image index of the inter mode, information about a motion vector, information about a chroma component of an intra mode, and information about an inter mode of an intra mode. And the like.
  • Information about the maximum size and information about the maximum depth of the coding unit defined for each picture, slice, or GOP may be inserted into a header, a sequence parameter set, or a picture parameter set of the bitstream.
  • the information on the maximum size of the transform unit and the minimum size of the transform unit allowed for the current video may also be output through a header, a sequence parameter set, a picture parameter set, or the like of the bitstream.
  • the output unit 130 may encode and output reference information, prediction information, unidirectional prediction information, slice type information including a fourth slice type, etc. related to the prediction described above with reference to FIGS. 1 to 6.
  • a coding unit according to depths is a coding unit having a size in which a height and a width of a coding unit of one layer higher depth are divided by half. That is, if the size of the coding unit of the current depth is 2Nx2N, the size of the coding unit of the lower depth is NxN.
  • the current coding unit having a size of 2N ⁇ 2N may include up to four lower depth coding units having a size of N ⁇ N.
  • the video encoding apparatus 100 determines a coding unit having an optimal shape and size for each maximum coding unit based on the size and the maximum depth of the maximum coding unit determined in consideration of the characteristics of the current picture. Coding units may be configured. In addition, since each of the maximum coding units may be encoded in various prediction modes and transformation methods, an optimal coding mode may be determined in consideration of image characteristics of coding units having various image sizes.
  • the video encoding apparatus may adjust the coding unit in consideration of the image characteristics while increasing the maximum size of the coding unit in consideration of the size of the image, thereby increasing image compression efficiency.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a tree structure, according to an embodiment of the present invention.
  • a video decoding apparatus 200 including video prediction based on coding units having a tree structure includes a receiver 210, image data and encoding information extractor 220, and image data decoder 230. do.
  • the video decoding apparatus 200 that includes video prediction based on coding units having a tree structure is abbreviated as “video decoding apparatus 200”.
  • Definition of various terms such as a coding unit, a depth, a prediction unit, a transformation unit, and information about various encoding modes for a decoding operation of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment may refer to FIG. 1 and the video encoding apparatus 100. Same as described above with reference.
  • the receiver 210 receives and parses a bitstream of an encoded video.
  • the image data and encoding information extractor 220 extracts image data encoded for each coding unit from the parsed bitstream according to coding units having a tree structure for each maximum coding unit, and outputs the encoded image data to the image data decoder 230.
  • the image data and encoding information extractor 220 may extract information about a maximum size of a coding unit of the current picture from a header, a sequence parameter set, or a picture parameter set for the current picture.
  • the image data and encoding information extractor 220 extracts information about a coded depth and an encoding mode for the coding units having a tree structure for each maximum coding unit, from the parsed bitstream.
  • the extracted information about the coded depth and the coding mode is output to the image data decoder 230. That is, the image data of the bit string may be divided into maximum coding units so that the image data decoder 230 may decode the image data for each maximum coding unit.
  • the information about the coded depth and the encoding mode for each largest coding unit may be set with respect to one or more coded depth information, and the information about the coding mode according to the coded depths may include partition type information, prediction mode information, and transformation unit of the corresponding coding unit. May include size information and the like.
  • split information for each depth may be extracted as the coded depth information.
  • the information about the coded depth and the encoding mode according to the maximum coding units extracted by the image data and the encoding information extractor 220 may be encoded according to the depth according to the maximum coding unit, as in the video encoding apparatus 100 according to an embodiment.
  • the image data and the encoding information extractor 220 may determine the predetermined data.
  • Information about a coded depth and an encoding mode may be extracted for each unit. If the information about the coded depth and the coding mode of the maximum coding unit is recorded for each of the predetermined data units, the predetermined data units having the information about the same coded depth and the coding mode are inferred as data units included in the same maximum coding unit. Can be.
  • the image data decoder 230 reconstructs the current picture by decoding image data of each maximum coding unit based on the information about the coded depth and the encoding mode for each maximum coding unit. That is, the image data decoder 230 may decode the encoded image data based on the read partition type, the prediction mode, and the transformation unit for each coding unit among the coding units having the tree structure included in the maximum coding unit. Can be.
  • the decoding process may include a prediction process including intra prediction and motion compensation, and an inverse transform process.
  • the image data decoder 230 may perform intra prediction or motion compensation according to each partition and prediction mode for each coding unit based on partition type information and prediction mode information of the prediction unit of the coding unit for each coding depth. .
  • the image data decoder 230 may read transform unit information having a tree structure for each coding unit, and perform inverse transform based on the transformation unit for each coding unit, for inverse transformation for each largest coding unit. Through inverse transformation, the pixel value of the spatial region of the coding unit may be restored.
  • the image data decoder 230 may determine the coded depth of the current maximum coding unit by using the split information for each depth. If the split information indicates that the split information is no longer split at the current depth, the current depth is the coded depth. Therefore, the image data decoder 230 may decode the coding unit of the current depth using the partition type, the prediction mode, and the transformation unit size information of the prediction unit with respect to the image data of the current maximum coding unit.
  • the image data decoder 230 It may be regarded as one data unit to be decoded in the same encoding mode.
  • the decoding of the current coding unit may be performed by obtaining information about an encoding mode for each coding unit determined in this way.
  • the video decoding apparatus 200 may obtain information about a coding unit that generates a minimum coding error by recursively encoding each maximum coding unit in the encoding process, and use the same to decode the current picture. That is, decoding of encoded image data of coding units having a tree structure determined as an optimal coding unit for each maximum coding unit can be performed.
  • the image data can be efficiently used according to the coding unit size and the encoding mode that are adaptively determined according to the characteristics of the image by using the information about the optimum encoding mode transmitted from the encoding end. Can be decoded and restored.
  • FIG. 3 illustrates a concept of coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • a size of a coding unit may be expressed by a width x height, and may include 32x32, 16x16, and 8x8 from a coding unit having a size of 64x64.
  • Coding units of size 64x64 may be partitioned into partitions of size 64x64, 64x32, 32x64, and 32x32, coding units of size 32x32 are partitions of size 32x32, 32x16, 16x32, and 16x16, and coding units of size 16x16 are 16x16.
  • Coding units of size 8x8 may be divided into partitions of size 8x8, 8x4, 4x8, and 4x4, into partitions of 16x8, 8x16, and 8x8.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is 2.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is 3.
  • the resolution is set to 352x288, the maximum size of the coding unit is 16, and the maximum depth is 1.
  • the maximum depth illustrated in FIG. 9 represents the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the maximum size of the coding size is relatively large not only to improve the coding efficiency but also to accurately shape the image characteristics. Accordingly, the video data 310 or 320 having a higher resolution than the video data 330 may be selected to have a maximum size of 64.
  • the coding unit 315 of the video data 310 is divided twice from a maximum coding unit having a long axis size of 64, and the depth is deepened by two layers, so that the long axis size is 32, 16. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 335 of the video data 330 is divided once from coding units having a long axis size of 16, and the depth is deepened by one layer to increase the long axis size to 8. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 325 of the video data 320 is divided three times from the largest coding unit having a long axis size of 64, and the depth is three layers deep, so that the long axis size is 32, 16. , Up to 8 coding units may be included. As the depth increases, the expressive power of the detailed information may be improved.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoder 400 includes operations performed by the encoding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 to encode image data. That is, the intra predictor 410 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode among the current frame 405, and the motion estimator 420 and the motion compensator 425 are the current frame 405 of the inter mode. And the inter frame estimation and the motion compensation using the reference frame 495.
  • Data output from the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 is output as a quantized transform coefficient through the transform unit 430 and the quantization unit 440.
  • the quantized transform coefficients are reconstructed into the data of the spatial domain through the inverse quantizer 460 and the inverse transformer 470, and the data of the reconstructed spatial domain is post-processed through the deblocking unit 480 and the offset adjusting unit 490. And output to the reference frame 495.
  • the quantized transform coefficients may be output to the bitstream 455 via the entropy encoder 450.
  • the intra predictor 410, the motion estimator 420, the motion compensator 425, and the transform unit may be components of the image encoder 400.
  • quantizer 440, entropy encoder 450, inverse quantizer 460, inverse transform unit 470, deblocking unit 480, and offset adjuster 490 all have the maximum depth for each largest coding unit. In consideration of this, operations based on each coding unit among the coding units having a tree structure should be performed.
  • the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 partition each coding unit among coding units having a tree structure in consideration of the maximum size and the maximum depth of the current maximum coding unit.
  • a prediction mode, and the transform unit 430 should determine the size of a transform unit in each coding unit among the coding units having a tree structure.
  • FIG. 5 is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • the bitstream 505 is parsed through the parsing unit 510, and the encoded image data to be decoded and information about encoding necessary for decoding are parsed.
  • the encoded image data is output as inverse quantized data through the entropy decoding unit 520 and the inverse quantization unit 530, and the image data of the spatial domain is restored through the inverse transformation unit 540.
  • the intra prediction unit 550 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode, and the motion compensator 560 uses the reference frame 585 together to apply the coding unit of the inter mode. Perform motion compensation for the
  • Data in the spatial region that has passed through the intra predictor 550 and the motion compensator 560 may be post-processed through the deblocking unit 570 and the offset adjusting unit 580 and output to the reconstructed frame 595.
  • the post-processed data through the deblocking unit 570 and the offset adjusting unit 580 may be output as the reference frame 585.
  • step-by-step operations after the parser 510 of the image decoder 500 may be performed.
  • the parser 510, the entropy decoder 520, the inverse quantizer 530, and the inverse transform unit 540 which are components of the image decoder 500, may be used.
  • the intra predictor 550, the motion compensator 560, the deblocking unit 570, and the offset adjuster 580 must all perform operations based on coding units having a tree structure for each maximum coding unit. .
  • the intra predictor 550 and the motion compensator 560 determine partitions and prediction modes for each coding unit having a tree structure, and the inverse transform unit 540 must determine the size of the transform unit for each coding unit. .
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment use hierarchical coding units to consider image characteristics.
  • the maximum height, width, and maximum depth of the coding unit may be adaptively determined according to the characteristics of the image, and may be variously set according to a user's request. According to the maximum size of the preset coding unit, the size of the coding unit for each depth may be determined.
  • the hierarchical structure 600 of a coding unit illustrates a case in which a maximum height and a width of a coding unit are 64 and a maximum depth is three.
  • the maximum depth indicates the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit. Since the depth deepens along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit according to an embodiment, the height and the width of the coding unit for each depth are divided.
  • a prediction unit and a partition on which the prediction encoding of each depth-based coding unit is shown along the horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit are illustrated.
  • the coding unit 610 has a depth of 0 as the largest coding unit of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and the size, ie, the height and width, of the coding unit is 64x64.
  • a depth along the vertical axis includes a coding unit 620 of depth 1 having a size of 32x32, a coding unit 630 of depth 2 having a size of 16x16, and a coding unit 640 of depth 3 having a size of 8x8.
  • the coding unit 640 of 3 is a minimum coding unit.
  • Prediction units and partitions of the coding unit are arranged along the horizontal axis for each depth. That is, if the coding unit 610 of size 64x64 having a depth of zero is a prediction unit, the prediction unit may include a partition 610 of size 64x64, partitions 612 of size 64x32, and size included in the coding unit 610 of size 64x64. 32x64 partitions 614, 32x32 partitions 616.
  • the prediction unit of the coding unit 620 having a size of 32x32 having a depth of 1 includes a partition 620 of size 32x32, partitions 622 of size 32x16 and a partition of size 16x32 included in the coding unit 620 of size 32x32. 624, partitions 626 of size 16x16.
  • the prediction unit of the coding unit 630 of size 16x16 having a depth of 2 includes a partition 630 of size 16x16, partitions 632 of size 16x8, and a partition of size 8x16 included in the coding unit 630 of size 16x16. 634, partitions 636 of size 8x8.
  • the prediction unit of the coding unit 640 of size 8x8 having a depth of 3 includes a partition 640 of size 8x8, partitions 642 of size 8x4 and a partition of size 4x8 included in the coding unit 640 of size 8x8. 644, partitions 646 of size 4x4.
  • the coding unit 640 of size 8x8 having a depth of 3 is a minimum coding unit and a coding unit of the lowest depth.
  • the coding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 may determine a coding depth of the maximum coding unit 610.
  • the number of deeper coding units according to depths for including data having the same range and size increases as the depth increases. For example, four coding units of depth 2 are required for data included in one coding unit of depth 1. Therefore, in order to compare the encoding results of the same data for each depth, each of the coding units having one depth 1 and four coding units having four depths 2 should be encoded.
  • encoding may be performed for each prediction unit of a coding unit according to depths along a horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and a representative coding error, which is the smallest coding error at a corresponding depth, may be selected. .
  • a depth deeper along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit the encoding may be performed for each depth, and the minimum coding error may be searched by comparing the representative coding error for each depth.
  • the depth and the partition in which the minimum coding error occurs in the maximum coding unit 610 may be selected as the coding depth and the partition type of the maximum coding unit 610.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 encodes or decodes an image in coding units having a size smaller than or equal to the maximum coding unit for each maximum coding unit.
  • the size of a transformation unit for transformation in the encoding process may be selected based on a data unit that is not larger than each coding unit.
  • the 32x32 size conversion unit 720 is The conversion can be performed.
  • the data of the 64x64 coding unit 710 is transformed into 32x32, 16x16, 8x8, and 4x4 transform units of 64x64 size or less, and then encoded, and the transform unit having the least error with the original is selected. Can be.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • the output unit 130 of the video encoding apparatus 100 is information about an encoding mode, and information about a partition type 800 and information 810 about a prediction mode for each coding unit of each coded depth.
  • the information 820 about the size of the transformation unit may be encoded and transmitted.
  • the information about the partition type 800 is a data unit for predictive encoding of the current coding unit and indicates information about a partition type in which the prediction unit of the current coding unit is divided.
  • the current coding unit CU_0 of size 2Nx2N may be any one of a partition 802 of size 2Nx2N, a partition 804 of size 2NxN, a partition 806 of size Nx2N, and a partition 808 of size NxN. It can be divided and used.
  • the information 800 about the partition type of the current coding unit represents one of a partition 802 of size 2Nx2N, a partition 804 of size 2NxN, a partition 806 of size Nx2N, and a partition 808 of size NxN. It is set to.
  • Information 810 relating to the prediction mode indicates the prediction mode of each partition. For example, through the information 810 about the prediction mode, whether the partition indicated by the information 800 about the partition type is performed in one of the intra mode 812, the inter mode 814, and the skip mode 816 is performed. Whether or not can be set.
  • the information about the transform unit size 820 indicates whether to transform the current coding unit based on the transform unit.
  • the transform unit may be one of a first intra transform unit size 822, a second intra transform unit size 824, a first inter transform unit size 826, and a second inter transform unit size 828. have.
  • the image data and encoding information extractor 210 of the video decoding apparatus 200 may include information about a partition type 800, information 810 about a prediction mode, and transformation for each depth-based coding unit. Information 820 about the unit size may be extracted and used for decoding.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • Segmentation information may be used to indicate a change in depth.
  • the split information indicates whether a coding unit of a current depth is split into coding units of a lower depth.
  • the prediction unit 910 for predictive encoding of the coding unit 900 having depth 0 and 2N_0x2N_0 size includes a partition type 912 having a size of 2N_0x2N_0, a partition type 914 having a size of 2N_0xN_0, a partition type 916 having a size of N_0x2N_0, and a N_0xN_0 It may include a partition type 918 of size. Although only partitions 912, 914, 916, and 918 in which the prediction unit is divided by a symmetrical ratio are illustrated, as described above, the partition type is not limited thereto, and asymmetric partitions, arbitrary partitions, geometric partitions, and the like. It may include.
  • prediction coding For each partition type, prediction coding must be performed repeatedly for one 2N_0x2N_0 partition, two 2N_0xN_0 partitions, two N_0x2N_0 partitions, and four N_0xN_0 partitions.
  • prediction encoding For partitions having a size 2N_0x2N_0, a size N_0x2N_0, a size 2N_0xN_0, and a size N_0xN_0, prediction encoding may be performed in an intra mode and an inter mode. The skip mode may be performed only for prediction encoding on partitions having a size of 2N_0x2N_0.
  • the depth 0 is changed to 1 and split (920), and the encoding is repeatedly performed on the depth 2 and the coding units 930 of the partition type having the size N_0xN_0.
  • the prediction unit 940 for predictive encoding of the coding unit 930 having a depth of 1 and a size of 2N_1x2N_1 includes a partition type 942 having a size of 2N_1x2N_1, a partition type 944 having a size of 2N_1xN_1, and a partition type having a size of N_1x2N_1.
  • 946, a partition type 948 of size N_1 ⁇ N_1 may be included.
  • the depth 1 is changed to the depth 2 and divided (950), and repeatedly for the depth 2 and the coding units 960 of the size N_2xN_2.
  • the encoding may be performed to search for a minimum encoding error.
  • depth-based coding units may be set until depth d-1, and split information may be set up to depth d-2. That is, when encoding is performed from the depth d-2 to the depth d-1 to the depth d-1, the prediction encoding of the coding unit 980 of the depth d-1 and the size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1)
  • the prediction unit for 990 is a partition type 992 of size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), partition type 994 of size 2N_ (d-1) xN_ (d-1), size A partition type 996 of N_ (d-1) x2N_ (d-1) and a partition type 998 of size N_ (d-1) xN_ (d-1) may be included.
  • one partition 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), two partitions 2N_ (d-1) xN_ (d-1), two sizes N_ (d-1) x2N_ Prediction encoding is repeatedly performed for each partition of (d-1) and four partitions of size N_ (d-1) xN_ (d-1), so that a partition type having a minimum encoding error may be searched. .
  • the coding unit CU_ (d-1) of the depth d-1 is no longer
  • the encoding depth of the current maximum coding unit 900 may be determined as the depth d-1, and the partition type may be determined as N_ (d-1) xN_ (d-1) without going through a division process into lower depths.
  • split information is not set for the coding unit 952 having the depth d-1.
  • the data unit 999 may be referred to as a 'minimum unit' for the current maximum coding unit.
  • the minimum unit may be a square data unit having a size obtained by dividing the minimum coding unit, which is the lowest coding depth, into four divisions.
  • the video encoding apparatus 100 compares the encoding errors for each depth of the coding unit 900, selects a depth at which the smallest encoding error occurs, and determines a coding depth.
  • the partition type and the prediction mode may be set to the encoding mode of the coded depth.
  • the depth with the smallest error can be determined by comparing the minimum coding errors for all depths of depths 0, 1, ..., d-1, d, and can be determined as the coding depth.
  • the coded depth, the partition type of the prediction unit, and the prediction mode may be encoded and transmitted as information about an encoding mode.
  • the coding unit since the coding unit must be split from the depth 0 to the coded depth, only the split information of the coded depth is set to '0', and the split information for each depth except the coded depth should be set to '1'.
  • the image data and encoding information extractor 220 of the video decoding apparatus 200 may extract information about a coding depth and a prediction unit for the coding unit 900 and use the same to decode the coding unit 912. Can be.
  • the video decoding apparatus 200 may identify a depth having split information of '0' as a coding depth using split information for each depth, and may use the decoding depth by using information about an encoding mode for a corresponding depth. have.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • the coding units 1010 are coding units according to coding depths determined by the video encoding apparatus 100 according to an embodiment with respect to the maximum coding unit.
  • the prediction unit 1060 is partitions of prediction units of each coding depth of each coding depth among the coding units 1010, and the transformation unit 1070 is transformation units of each coding depth for each coding depth.
  • the depth-based coding units 1010 have a depth of 0
  • the coding units 1012 and 1054 have a depth of 1
  • the coding units 1014, 1016, 1018, 1028, 1050, and 1052 have depths.
  • coding units 1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, and 1048 have a depth of three
  • coding units 1040, 1042, 1044, and 1046 have a depth of four.
  • partitions 1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, and 1054 of the prediction units 1060 are obtained by splitting coding units. That is, partitions 1014, 1022, 1050, and 1054 are partition types of 2NxN, partitions 1016, 1048, and 1052 are partition types of Nx2N, and partitions 1032 are partition types of NxN. Prediction units and partitions of the coding units 1010 according to depths are smaller than or equal to each coding unit.
  • the image data of the part 1052 of the transformation units 1070 is transformed or inversely transformed into a data unit having a smaller size than the coding unit.
  • the transformation units 1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, and 1054 are data units having different sizes or shapes when compared to corresponding prediction units and partitions among the prediction units 1060. That is, the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment may be intra prediction / motion estimation / motion compensation operations and transform / inverse transform operations for the same coding unit. Each can be performed on a separate data unit.
  • coding is performed recursively for each coding unit having a hierarchical structure for each largest coding unit to determine an optimal coding unit.
  • coding units having a recursive tree structure may be configured.
  • the encoding information may include split information about a coding unit, partition type information, prediction mode information, and transformation unit size information. Table 1 below shows an example that can be set in the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment.
  • the output unit 130 of the video encoding apparatus 100 outputs encoding information about coding units having a tree structure
  • the encoding information extraction unit of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment 220 may extract encoding information about coding units having a tree structure from the received bitstream.
  • the split information indicates whether the current coding unit is split into coding units of a lower depth. If the split information of the current depth d is 0, partition type information, prediction mode, and transform unit size information are defined for the coded depth because the depth in which the current coding unit is no longer divided into the lower coding units is a coded depth. Can be. If it is to be further split by the split information, encoding should be performed independently for each coding unit of the divided four lower depths.
  • the prediction mode may be represented by one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • Intra mode and inter mode can be defined in all partition types, and skip mode can be defined only in partition type 2Nx2N.
  • the partition type information indicates the symmetric partition types 2Nx2N, 2NxN, Nx2N and NxN, in which the height or width of the prediction unit is divided by the symmetrical ratio, and the asymmetric partition types 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N, which are divided by the asymmetrical ratio.
  • the asymmetric partition types 2NxnU and 2NxnD are divided into heights 1: 3 and 3: 1, respectively, and the asymmetric partition types nLx2N and nRx2N are divided into 1: 3 and 3: 1 widths, respectively.
  • the conversion unit size may be set to two kinds of sizes in the intra mode and two kinds of sizes in the inter mode. That is, if the transformation unit split information is 0, the size of the transformation unit is set to the size 2Nx2N of the current coding unit. If the transform unit split information is 1, a transform unit having a size obtained by dividing the current coding unit may be set. In addition, if the partition type for the current coding unit having a size of 2Nx2N is a symmetric partition type, the size of the transform unit may be set to NxN, and if the asymmetric partition type is N / 2xN / 2.
  • Encoding information of coding units having a tree structure may be allocated to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit unit of a coding depth.
  • the coding unit of the coding depth may include at least one prediction unit and at least one minimum unit having the same encoding information.
  • the encoding information held by each adjacent data unit is checked, it may be determined whether the adjacent data units are included in the coding unit having the same coding depth.
  • the coding unit of the corresponding coding depth may be identified by using the encoding information held by the data unit, the distribution of the coded depths within the maximum coding unit may be inferred.
  • the encoding information of the data unit in the depth-specific coding unit adjacent to the current coding unit may be directly referred to and used.
  • the prediction coding when the prediction coding is performed by referring to the neighboring coding unit, the data adjacent to the current coding unit in the coding unit according to depths is encoded by using the encoding information of the adjacent coding units according to depths.
  • the neighboring coding unit may be referred to by searching.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to encoding mode information of Table 1.
  • the maximum coding unit 1300 includes coding units 1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, and 1318 of a coded depth. Since one coding unit 1318 is a coding unit of a coded depth, split information may be set to zero.
  • the partition type information of the coding unit 1318 having a size of 2Nx2N is partition type 2Nx2N 1322, 2NxN 1324, Nx2N 1326, NxN 1328, 2NxnU 1332, 2NxnD 1334, nLx2N (1336). And nRx2N 1338.
  • the transform unit split information (TU size flag) is a type of transform index, and a size of a transform unit corresponding to the transform index may be changed according to a prediction unit type or a partition type of a coding unit.
  • the partition type information is set to one of the symmetric partition types 2Nx2N 1322, 2NxN 1324, Nx2N 1326, and NxN 1328
  • the conversion unit partition information is 0, a conversion unit of size 2Nx2N ( 1342 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1344 of size NxN may be set.
  • the partition type information is set to one of the asymmetric partition types 2NxnU (1332), 2NxnD (1334), nLx2N (1336), and nRx2N (1338), if the conversion unit partition information (TU size flag) is 0, a conversion unit of size 2Nx2N ( 1352 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1354 of size N / 2 ⁇ N / 2 may be set.
  • the conversion unit splitting information (TU size flag) described above with reference to FIG. 13 is a flag having a value of 0 or 1
  • the conversion unit splitting information according to an embodiment is not limited to a 1-bit flag and is set to 0 according to a setting. , 1, 2, 3., etc., and may be divided hierarchically.
  • the transformation unit partition information may be used as an embodiment of the transformation index.
  • the size of the transformation unit actually used may be expressed.
  • the video encoding apparatus 100 may encode maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information.
  • the encoded maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information may be inserted into the SPS.
  • the video decoding apparatus 200 may use the maximum transform unit size information, the minimum transform unit size information, and the maximum transform unit split information to use for video decoding.
  • the maximum transform unit split information is defined as 'MaxTransformSizeIndex'
  • the minimum transform unit size is 'MinTransformSize'
  • the transform unit split information is 0,
  • the minimum transform unit possible in the current coding unit is defined as 'RootTuSize'.
  • the size 'CurrMinTuSize' can be defined as in relation (1) below.
  • 'RootTuSize' which is a transform unit size when the transform unit split information is 0, may indicate a maximum transform unit size that can be adopted in the system. That is, according to relation (1), 'RootTuSize / (2 ⁇ MaxTransformSizeIndex)' is a transformation obtained by dividing 'RootTuSize', which is the size of the transformation unit when the transformation unit division information is 0, by the number of times corresponding to the maximum transformation unit division information. Since the unit size is 'MinTransformSize' is the minimum transform unit size, a smaller value among them may be the minimum transform unit size 'CurrMinTuSize' possible in the current coding unit.
  • the maximum transform unit size RootTuSize may vary depending on a prediction mode.
  • RootTuSize may be determined according to the following relation (2).
  • 'MaxTransformSize' represents the maximum transform unit size
  • 'PUSize' represents the current prediction unit size.
  • RootTuSize min (MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
  • 'RootTuSize' which is a transform unit size when the transform unit split information is 0, may be set to a smaller value among the maximum transform unit size and the current prediction unit size.
  • 'RootTuSize' may be determined according to Equation (3) below.
  • 'PartitionSize' represents the size of the current partition unit.
  • RootTuSize min (MaxTransformSize, PartitionSize) ........... (3)
  • the conversion unit size 'RootTuSize' when the conversion unit split information is 0 may be set to a smaller value among the maximum conversion unit size and the current partition unit size.
  • the current maximum conversion unit size 'RootTuSize' according to an embodiment that changes according to the prediction mode of the partition unit is only an embodiment, and a factor determining the current maximum conversion unit size is not limited thereto.
  • the maximum coding unit including the coding units of the tree structure described above with reference to FIGS. 1 to 13 may be a coding block tree, a block tree, a root block tree, a coding tree, a coding root, or It may also be called variously as a tree trunk.
  • the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 perform encoding and decoding by dividing the maximum coding unit into coding units smaller than or equal to the maximum coding unit.
  • the image decoding process may be performed in parallel. However, if any picture refers to another picture, any picture cannot be decoded until the decoding process of the referenced picture is completed. Pictures that can be decoded in parallel should be pictures that do not reference each other. In addition, when pictures that can be decoded in parallel are predicted with reference to other reference pictures, decoding of all reference pictures must be completed at the time of parallel decoding.
  • reference relationship information of pictures included in a group of pictures is generated based on a coding order and reference dependencies of pictures, and the reference relationship information is determined as a predetermined data unit. Include in and send.
  • decoding order and reference dependency between pictures included in a GOP may be determined based on reference relationship information included in a predetermined data unit, and parallel processing may be performed based on the decoding order and reference dependency. Determine the pictures.
  • the video decoding method according to an embodiment decodes the parallel processing pictures in parallel.
  • the decoding order and encoding order mean the processing order of pictures on the decoding side and the encoding side, respectively, and the encoding order of the pictures is the same as the decoding order. Therefore, in the following description of the present invention, the encoding order may mean a decoding order, and the decoding order may also mean an encoding order.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a video encoding apparatus for parallel processing, according to an embodiment.
  • the video encoding apparatus 1400 includes an image encoder 1410 and an output unit 1420.
  • the image encoder 1410 performs prediction encoding on each picture constituting the video sequence by using coding units having a tree structure as in the image encoder 400 of FIG. 4.
  • the image encoder 1410 encodes pictures through inter prediction and intra prediction, and outputs information on residual data, a motion vector, and a prediction mode.
  • the image encoder 1410 according to an embodiment performs inter prediction and intra prediction on pictures included in a GOP, and determines an encoding order and reference dependency among pictures included in the GOP.
  • the reference dependency indicates a reference relationship between pictures included in the GOP and may be a reference picture set (RPS).
  • RPS reference picture set
  • RPS represents Picture Order Count (POC) information of a reference picture.
  • POC Picture Order Count
  • the B picture uses a picture of poc 0 and a picture of poc 2 as reference pictures.
  • a B picture is a picture having a dependency on a picture with a poc of 0 and a picture with a poc of 2. The B picture cannot be decoded until the decoding process of the picture with the poc of 0 and the picture with the poc of 2 is completed.
  • the output unit 1420 generates and outputs an NAL unit including encoded video data and additional information.
  • the output unit 1420 generates reference relationship information based on a coding order and reference dependencies between pictures included in a GOP, and generates an NAL unit including the generated reference relationship information.
  • a data structure such as Deterministic Finite Automate (DFA) may be used to indicate the order and reference dependency of pictures decoded in the hierarchical picture structure.
  • the output unit 1620 may use a reference dependency tree (hereinafter referred to as an “RDT”) indicating coding order and reference dependency between pictures in a GOP as reference relationship information. .
  • An RDT may be generated by placing a picture referenced by a picture in a GOP in a parent node based on an encoding order and a reference dependency, and placing a picture referencing a picture of the parent node in a child node.
  • the RDT is configured by including the plurality of pictures in child nodes of the same layer. If a picture composed of I slices that do not refer to other pictures among pictures included in the GOP, the RDT may be configured to be located at the root node at the top. A detailed RDT generation method will be described later with reference to FIGS. 16 and 17.
  • the output unit 1420 includes the reference relationship information in the NAL unit and outputs it.
  • the reference relationship information may be included in a Supplemental Enhancement Information (SEI) message including additional information among NAL units.
  • SEI Supplemental Enhancement Information
  • 15 illustrates a type of NAL unit according to an embodiment.
  • the video encoding / decoding process is a process of encoding / decoding in a video coding layer (hereinafter referred to as 'VCL') that handles the video encoding process itself, and between a VCL and a subsystem for transmitting and storing encoded image data. Additional information, such as coded image data and parameter sets, may be classified into an encoding / decoding process in a network abstraction layer that generates or receives a bitstream according to a predetermined format. Encoded data about the encoded image of the VCL is mapped to the VCL NAL unit, and parameter set additional information for decoding the encoded data is mapped to the Non-VCL NAL unit.
  • a non-VCL NAL unit includes a video parameter set (VPS), a sequence parameter set (SPS), a picture parameter set (PPS), and an image decoding process including parameter information used in the video encoding apparatus 1400. May include an SEI including additional information required by the.
  • the VCL NAL unit includes information about encoded image data.
  • the NAL unit header may have a total length of 2 bytes.
  • the NAL unit header includes a forbidden_zero_bit having a value of 0 as a bit for identifying the NAL unit, an nal unit type indicating the type of the NAL unit, a reserved area for future use (reserved_zero_6bits), and a temporal identifier (termporal_id). do.
  • the identifier (nal unit type) and the reserved area (reserved_zero_6bits) for future use may consist of 6 bits, respectively, and the temporal identifier (temporal_id) may consist of 3 bits. Types of information included in NAL units are distinguished according to the value of nal_unit_type.
  • NAL units For example, depending on nal_unit_type, Instantaneous Decoding Refresh (IDR) pictures, Clean Random Access (CRA) pictures, SPS, PPS, SEI, Adaptation Parameter Set (APS), and Reserved to be used for future expansion ) NAL units, undefined NAL units, etc. can be classified.
  • Table 2 shows an example of the type of NAL unit according to the value of nal_unit_type. However, it is not limited to the type of NAL unit illustrated in Table 2, and the type of NAL unit according to nal_unit_type may be changed.
  • nal_unit_type Name of nal_unit_type 0,1 TRAIL_NTRAIL_R 2,3 TSA_NTSA_R 4,5 STSA_NSTSA_R 6,7 RADL_NRADL_R 8,9 RASL_NRASL_R 10,12,14 RSV_VCL_N10RSV_VCL_N12RSV_VCL_N14 11,13,15 RSV_VCL_R11RSV_VCL_R13RSV_VCL_R15 16,17,18 BLA_W_LPBLA_W_RADLBLA_N_LP 19,20 IDR_W_RADLIDR_N_LP 21 CRA_NUT 22,23 RSV_IRAP_VCL22RSV_IRAP_VCL23 24..31 RSV_VCL24..RSV_VCL31 32 VPS_NUT 33 SPS_NUT 34 PPS_NUT 35 AUD_NUT 36 EOS_NUT 37 EOB_NUT 38 FD_NUT 3940 PREFIX_
  • FIG. 16 illustrates a hierarchical GOP structure according to an embodiment
  • FIG. 17 illustrates a reference dependency tree (RDT) for pictures included in the hierarchical GOP structure of FIG. 16.
  • the hierarchical GOP structure of FIG. 16 may also be referred to as a hierarchical B picture structure.
  • pictures of a lower temporal level in a hierarchical GOP structure are limited not to refer to pictures of a higher temporal level.
  • the arrow direction indicates the reference direction.
  • a P8 picture refers to an I0 picture
  • a B4 picture is predicted with reference to an I0 picture and a P8 picture.
  • an RDT may be generated by placing a picture referenced by a picture in a GOP in a parent node and placing a picture referencing a picture of the parent node in a child node based on the coding order and reference dependency.
  • a picture located at a child node is a picture predicted with reference to a parent node and other pictures located at a higher level of the parent node.
  • the RDT is configured by including the plurality of pictures in a child node of the same layer.
  • an IDR picture I0 encoded first in a GOP is located at the top node.
  • a P8 picture that is encoded next to I0 with reference to I0 is next encoded and located at a child node of I0.
  • B4 referring to I0 and P8 is located at a child node of P8.
  • B2 refers to I0 and B4
  • B6 refers to B4 and P8, and both B2 and B6 correspond to pictures that can be decoded in parallel when B4 is decoded.
  • both B2 and B6 are located at child nodes of B4.
  • B1 refers to I0 and B2 and B3 refers to B2 and B4.
  • B5 refers to B4 and B6, and B7 refers to B6 and P8.
  • B1 and B3 are located at child nodes of B2, and B5 and B7 are located at child nodes of B6.
  • the RDT can be configured for the GOP following the first GOP.
  • P8 of the first GOP corresponds to a reference picture of P16 that is first encoded (or decoded) of the second GOP, P16 is located in a child node of P8. If P16 refers to I0 other than P8, both P8 and P16 have the same level as child nodes of I0.
  • B2 and B6 1710 are pictures that can be processed in parallel after encoding (or decoding) for B4 is completed.
  • B1, B3, B5, and B7 1720 are pictures that can be processed in parallel after the processing for B2 and B6 1710 is completed.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a video encoding method for parallel processing, according to an embodiment.
  • the image encoder 1410 performs inter prediction and intra prediction on pictures included in a GOP, and determines an encoding order and reference dependency between pictures included in a GOP.
  • the output unit 1420 generates reference relationship information based on the coding order and reference dependency between pictures included in the GOP, and generates an NAL unit including the generated reference relationship information.
  • an RDT indicating a coding order and reference dependency between pictures in a GOP may be used as reference relationship information.
  • the output unit 1420 may include the reference relationship information in a NAL unit including a Supplemental Enhancement Information (SEI) message and transmit the reference relationship information to the video decoding apparatus.
  • SEI Supplemental Enhancement Information
  • 19 is a block diagram illustrating a configuration of a video decoding apparatus for parallel processing, according to an embodiment.
  • the video decoding apparatus 1900 includes a receiver 1910 and an image decoder 1920.
  • the receiver 1910 obtains an NAL unit including reference relationship information generated based on decoding order and reference dependencies between pictures included in the GOP.
  • the RDT may be used as reference relationship information, and the RDT may be obtained through an NAL unit including an SEI message.
  • the image decoder 1920 determines pictures that can be processed in parallel among the pictures included in the GOP based on the RDT included in the SEI message. As illustrated in FIG. 17 described above, pictures located at the same level among nodes located in the RDT are pictures that can be processed in parallel without referring to each other.
  • the image decoder 1920 may decode the parallel processing pictures in parallel.
  • the image decoder 1920 may perform decoding based on a coding unit having a tree structure like the image decoder 400 of FIG. 5 described above.
  • 20 is a flowchart illustrating a video decoding method for parallel processing, according to an embodiment.
  • the receiver 1910 acquires an NAL unit including reference relationship information generated based on decoding order and reference dependencies between pictures included in a GOP.
  • the reference relationship information may be a data structure such as an RDT.
  • the image decoder 2020 determines pictures that can be processed in parallel among pictures included in the GOP based on reference relationship information included in the SEI NAL unit. As described above, pictures located at the same level among nodes located in the RDT are pictures that can be processed in parallel because they are pictures that do not refer to each other.
  • the image decoder 1920 may decode the parallel processing pictures in parallel to increase the decoding processing speed.
  • Image data and additional information required for parallel processing may be obtained from VPS, SPS, PPS, and VCL NAL units.
  • the decoding side may determine the pictures capable of parallel processing by transmitting reference relationship information of pictures included in a GOP through an SEI message. Accordingly, according to embodiments of the present invention, parallel decoding of pictures having no interdependence in video decoding is possible.
  • Multithreading is intended to enable parallel processing within a program, which can be done in a single processor.
  • 21 is a diagram illustrating a multi-threading program for parallel processing, according to an exemplary embodiment.
  • the parallel processing encoding / decoding process analyzes a reference dependency between each picture, divides the encoding / decoding process of each picture into a plurality of individual tasks, and divides each task into a dependency exclusion execution model.
  • parallel processing can be implemented without the need for a separate synchronization process.
  • an encoding / decoding process of each picture in a multi-threading program may be divided into n threads 2110 and 2120.
  • a thread represents a unit of flow that runs within a process.
  • Multiple threads can share shared variable 2130 in shared memory.
  • synchronization between threads is implemented using a lock or semaphore, or through a separate module such as a scheduler. For example, if the first thread 2110 uses the shared variable 2130, then the other threads 2120 will finish using the lock or semaphore associated with the shared variable 2130 by the first thread 2110. Standby until, and execution is stopped by the scheduler.
  • FIG. 22 illustrates a thread execution process in a multithreaded program using a lock or semaphore.
  • the thread continuously executes the program 2220 until the wait 2230 state by synchronization is reached.
  • the scheduler changes the thread to the wait state 2230 and waits for the thread 2230 until a lock or semaphore is available.
  • the scheduler changes the thread back to an operational state, and when the thread becomes runnable again according to the scheduling policy, the thread can run (2220). Pass ownership of the processor to As such, in a multi-threading program using locks or semaphores, a separate scheduler is required and a waiting time is long until a thread is rerun by the scheduler.
  • the spin-weight method continuously checks whether a shared variable has changed and keeps the thread running until the shared variable is changed.
  • This spin-weight scheme can improve synchronization responsiveness, or speed, but the processor must remain active rather than idle to constantly check for changes in shared variables. Therefore, in the spin-weight method, an instruction for checking the shared variable of the shared memory is continuously performed to increase the power consumption of the processor.
  • the multi-threading program reduces the power consumption of the processor while minimizing the waiting time of the thread until the value of the shared variable is transferred to the thread through the shared memory in the synchronization process using the shared variable of the shared memory. Keep the processor idle as much as possible to reduce it.
  • 23 is a flowchart illustrating a synchronization process of a multi-threading program according to an embodiment.
  • step 2310 the synchronization syntax begins.
  • step 2320 it is determined whether the shared variable is changed, and if there is no change in the shared variable, the processor stop command is executed in step 2330.
  • the processor stop instruction is executed, the processor remains idle until an interrupt occurs, thereby reducing the power consumption of the processor.
  • the processor stop instruction can be interrupted by an interrupt and can be scheduled so that other threads and processes can execute.
  • the processor is in the idle state, it may be determined whether the shared variable is changed out of the idle state by a timer interrupt periodically executed in the system. That is, the processor can be idle as much as possible by periodically checking whether the shared variable is changed without a separate scheduling process.
  • power consumption of the processor may be reduced by checking whether a shared variable is changed at least every scheduling period without lowering latency due to scheduling.
  • the invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

Landscapes

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Abstract

병렬 처리를 위한 비디오 부호화 및 복호화 방법이 개시된다. 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 방법은 GOP 에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성을 결정하고, GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 생성하여 출력한다.

Description

참조 픽처 정보를 이용한 병렬 처리 비디오 부호화 방법 및 장치, 병렬 처리 비디오 복호화 방법 및 장치
본 발명은 비디오의 병렬 부호화 및 병렬 복호화 방식에 관한 것이다.
최근 디지털 디스플레이 기술이 발전하고 고화질의 디지털 TV 시대가 도래함에 따라 대용량의 동영상 데이터를 처리하기 위한 새로운 코덱(codec)이 제안되고 있다. 또한, 최근에는 하드웨어 성능의 발달로 인해, 비디오 영상 처리를 수행하는 CPU나 GPU는 멀티 코어(multi-core)로 구성되어 동시에 병렬적인 영상 데이터 처리가 가능하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 순차적으로 수행되는 비디오 부호화/복호화 과정을 병렬적으로 처리할 때 장애 요소로 작용하는 픽처 사이의 참조 관계 의존성 문제를 해결하기 위한 것이다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 병렬 비디오 부호화/복호화를 통해 영상의 처리 속도를 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 픽처 사이의 참조 관계에 대한 정보를 소정 데이터 전송 단위에 포함시켜 전송한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 비디오 복호화 과정에서 병렬 처리 가능한 픽처들을 식별하고, 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화함으로써 비디오 복호화 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1 는 본 발명의 일 실시예에 따라 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따라 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 NAL 단위의 유형을 나타낸 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 계층적 GOP 구조를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 16의 계층적 GOP 구조에 포함된 픽처들에 대한 참조 의존성 트리(RDT)를 나타낸다.
도 18은 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 19는 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 20은 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 21은 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 멀티 스레딩 프로그램을 나타낸 도면이다.
도 22는 락(lock) 또는 세마포(semmaphore)를 이용하는 멀티 스레딩 프로그램에서의 스레드 실행 과정을 나타낸다.
도 23은 일 실시예에 따른 멀티 스레딩 프로그램의 동기화 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 방법은 GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들에 대해 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하고, 상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성(dependency)을 결정하는 단계; 및 상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 장치는 GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들에 대해 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하고, 상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성(dependency)을 결정하는 영상 부호화부; 및 상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 생성하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 방법은 GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 획득하는 단계; 상기 데이터 단위에 포함된 참조 관계 정보에 기초하여, 상기 GOP에 포함된 픽처들 중 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 장치는 GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 획득하는 수신부; 상기 데이터 단위에 포함된 참조 관계 정보에 기초하여, 상기 GOP에 포함된 픽처들 중 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정하고, 상기 결정된 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화하는 영상 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도 1 내지 도 13을 참조하여, 일 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 기법 및 비디오 복호화 기법이 개시된다. 또한, 도 14 내지 도 23을 참조하여, 일 실시예에 따라 병렬 처리를 위한 비디오의 부호화 및 복호화 기법이 개시된다.
먼저, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 기법 및 비디오 복호화 기법이 상술된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따라 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치(100)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(100)는 최대 부호화 단위 분할부(110), 부호화 단위 결정부(120) 및 출력부(130)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(100)는 '비디오 부호화 장치(100)'로 축약하여 지칭한다.
최대 부호화 단위 분할부(110)는 영상의 현재 픽처를 위한 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 픽처를 구획할 수 있다. 현재 픽처가 최대 부호화 단위보다 크다면, 현재 픽처의 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위로 분할될 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 2의 자승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위별로 부호화 단위 결정부(120)로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위는 최대 크기 및 심도로 특징지어질 수 있다. 심도란 최대 부호화 단위로부터 부호화 단위가 공간적으로 분할한 횟수를 나타내며, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지 분할될 수 있다. 최대 부호화 단위의 심도가 최상위 심도이며 최소 부호화 단위가 최하위 부호화 단위로 정의될 수 있다. 최대 부호화 단위는 심도가 깊어짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, 상위 심도의 부호화 단위는 복수 개의 하위 심도의 부호화 단위를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 현재 픽처의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하며, 각각의 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되는 부호화 단위들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되므로, 최대 부호화 단위에 포함된 공간 영역(spatial domain)의 영상 데이터가 심도에 따라 계층적으로 분류될 수 있다.
최대 부호화 단위의 높이 및 너비를 계층적으로 분할할 수 있는 총 횟수를 제한하는 최대 심도 및 부호화 단위의 최대 크기가 미리 설정되어 있을 수 있다.
부호화 단위 결정부(120)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 픽처의 최대 부호화 단위마다 심도별 부호화 단위로 영상 데이터를 부호화하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여 부호화 심도로 결정한다. 결정된 부호화 심도 및 최대 부호화 단위별 영상 데이터는 출력부(130)로 출력된다.
최대 부호화 단위 내의 영상 데이터는 최대 심도 이하의 적어도 하나의 심도에 따라 심도별 부호화 단위에 기반하여 부호화되고, 각각의 심도별 부호화 단위에 기반한 부호화 결과가 비교된다. 심도별 부호화 단위의 부호화 오차의 비교 결과 부호화 오차가 가장 작은 심도가 선택될 수 있다. 각각의 최대화 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 심도가 결정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 크기는 심도가 깊어짐에 따라 부호화 단위가 계층적으로 분할되어 분할되며 부호화 단위의 개수는 증가한다. 또한, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 동일한 심도의 부호화 단위들이라 하더라도, 각각의 데이터에 대한 부호화 오차를 측정하고 하위 심도로의 분할 여부가 결정된다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터라 하더라도 위치에 따라 심도별 부호화 오차가 다르므로 위치에 따라 부호화 심도가 달리 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 대해 부호화 심도가 하나 이상 설정될 수 있으며, 최대 부호화 단위의 데이터는 하나 이상의 부호화 심도의 부호화 단위에 따라 구획될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 결정될 수 있다. 일 실시예에 따른 '트리 구조에 따른 부호화 단위들'은, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 심도별 부호화 단위들 중, 부호화 심도로 결정된 심도의 부호화 단위들을 포함한다. 부호화 심도의 부호화 단위는, 최대 부호화 단위 내에서 동일 영역에서는 심도에 따라 계층적으로 결정되고, 다른 영역들에 대해서는 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 현재 영역에 대한 부호화 심도는, 다른 영역에 대한 부호화 심도와 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 분할 횟수와 관련된 지표이다. 일 실시예에 따른 제 1 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 제 2 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 심도 레벨의 총 개수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 할 때, 최대 부호화 단위가 1회 분할된 부호화 단위의 심도는 1로 설정되고, 2회 분할된 부호화 단위의 심도가 2로 설정될 수 있다. 이 경우, 최대 부호화 단위로부터 4회 분할된 부호화 단위가 최소 부호화 단위라면, 심도 0, 1, 2, 3 및 4의 심도 레벨이 존재하므로 제 1 최대 심도는 4, 제 2 최대 심도는 5로 설정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화 및 변환이 수행될 수 있다. 예측 부호화 및 변환도 마찬가지로, 최대 부호화 단위마다, 최대 심도 이하의 심도마다 심도별 부호화 단위를 기반으로 수행된다.
최대 부호화 단위가 심도별로 분할될 때마다 심도별 부호화 단위의 개수가 증가하므로, 심도가 깊어짐에 따라 생성되는 모든 심도별 부호화 단위에 대해 예측 부호화 및 변환을 포함한 부호화가 수행되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 최대 부호화 단위 중 현재 심도의 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화 및 변환을 설명하겠다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 데이터 단위의 크기 또는 형태를 다양하게 선택할 수 있다. 영상 데이터의 부호화를 위해서는 예측 부호화, 변환, 엔트로피 부호화 등의 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 데이터 단위가 사용될 수도 있으며, 단계별로 데이터 단위가 변경될 수도 있다.
예를 들어 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위의 영상 데이터의 예측 부호화를 수행하기 위해, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 선택할 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화를 위해서는, 일 실시예에 따른 부호화 심도의 부호화 단위, 즉 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 이하, 예측 부호화의 기반이 되는 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 '예측 단위'라고 지칭한다. 예측 단위가 분할된 파티션은, 예측 단위 및 예측 단위의 높이 및 너비 중 적어도 하나가 분할된 데이터 단위를 포함할 수 있다. 파티션은 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 형태의 데이터 단위이고, 예측 단위는 부호화 단위와 동일한 크기의 파티션일 수 있다.
예를 들어, 크기 2Nx2N(단, N은 양의 정수)의 부호화 단위가 더 이상 분할되지 않는 경우, 크기 2Nx2N의 예측 단위가 되며, 파티션의 크기는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 일 실시예에 따른 파티션 타입은 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션들뿐만 아니라, 1:n 또는 n:1과 같이 비대칭적 비율로 분할된 파티션들, 기하학적인 형태로 분할된 파티션들, 임의적 형태의 파티션들 등을 선택적으로 포함할 수도 있다.
예측 단위의 예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어 인트라 모드 및 인터 모드는, 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 크기의 파티션에 대해서 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 파티션에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 이내의 하나의 예측 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 기반으로 부호화 단위의 영상 데이터의 변환을 수행할 수 있다. 부호화 단위의 변환을 위해서는, 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 변환 단위를 기반으로 변환이 수행될 수 있다. 예를 들어 변환 단위는, 인트라 모드를 위한 데이터 단위 및 인터 모드를 위한 변환 단위를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위와 유사한 방식으로, 부호화 단위 내의 변환 단위도 재귀적으로 더 작은 크기의 변환 단위로 분할되면서, 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위에 따라 구획될 수 있다.
일 실시예에 따른 변환 단위에 대해서도, 부호화 단위의 높이 및 너비가 분할하여 변환 단위에 이르기까지의 분할 횟수를 나타내는 변환 심도가 설정될 수 있다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위의 변환 단위의 크기가 2Nx2N이라면 변환 심도 0, 변환 단위의 크기가 NxN이라면 변환 심도 1, 변환 단위의 크기가 N/2xN/2이라면 변환 심도 2로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위에 대해서도 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위가 설정될 수 있다.
부호화 심도별 부호화 정보는, 부호화 심도 뿐만 아니라 예측 관련 정보 및 변환 관련 정보가 필요하다. 따라서, 부호화 단위 결정부(120)는 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 심도 뿐만 아니라, 예측 단위를 파티션으로 분할한 파티션 타입, 예측 단위별 예측 모드, 변환을 위한 변환 단위의 크기 등을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 예측단위/파티션, 및 변환 단위의 결정 방식에 대해서는, 도 3 내지 13을 참조하여 상세히 후술한다.
부호화 단위 결정부(120)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(130)는, 부호화 단위 결정부(120)에서 결정된 적어도 하나의 부호화 심도에 기초하여 부호화된 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다.
부호화된 영상 데이터는 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다.
심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 부호화 심도 정보, 예측 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다.
부호화 심도 정보는, 현재 심도로 부호화하지 않고 하위 심도의 부호화 단위로 부호화할지 여부를 나타내는 심도별 분할 정보를 이용하여 정의될 수 있다. 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도라면, 현재 부호화 단위는 현재 심도의 부호화 단위로 부호화되므로 현재 심도의 분할 정보는 더 이상 하위 심도로 분할되지 않도록 정의될 수 있다. 반대로, 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도가 아니라면 하위 심도의 부호화 단위를 이용한 부호화를 시도해보아야 하므로, 현재 심도의 분할 정보는 하위 심도의 부호화 단위로 분할되도록 정의될 수 있다.
현재 심도가 부호화 심도가 아니라면, 하위 심도의 부호화 단위로 분할된 부호화 단위에 대해 부호화가 수행된다. 현재 심도의 부호화 단위 내에 하위 심도의 부호화 단위가 하나 이상 존재하므로, 각각의 하위 심도의 부호화 단위마다 반복적으로 부호화가 수행되어, 동일한 심도의 부호화 단위마다 재귀적(recursive) 부호화가 수행될 수 있다.
하나의 최대 부호화 단위 안에 트리 구조의 부호화 단위들이 결정되며 부호화 심도의 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대 부호화 단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다. 또한, 최대 부호화 단위의 데이터는 심도에 따라 계층적으로 구획되어 위치 별로 부호화 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 출력부(130)는, 최대 부호화 단위에 포함되어 있는 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 적어도 하나에 대해, 해당 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보를 할당될 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위이다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 부호화 단위, 예측 단위, 파티션 단위 및 변환 단위 내에 포함될 수 있는 최대 크기의 정사각 데이터 단위일 수 있다.
예를 들어 출력부(130)를 통해 출력되는 부호화 정보는, 심도별 부호화 단위별 부호화 정보와 예측 단위별 부호화 정보로 분류될 수 있다. 심도별 부호화 단위별 부호화 정보는, 예측 모드 정보, 파티션 크기 정보를 포함할 수 있다. 예측 단위별로 전송되는 부호화 정보는 인터 모드의 추정 방향에 관한 정보, 인터 모드의 참조 영상 인덱스에 관한 정보, 움직임 벡터에 관한 정보, 인트라 모드의 크로마 성분에 관한 정보, 인트라 모드의 보간 방식에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
픽처, 슬라이스 또는 GOP별로 정의되는 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 최대 심도에 관한 정보는 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등에 삽입될 수 있다.
또한 현재 비디오에 대해 허용되는 변환 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 변환 단위의 최소 크기에 관한 정보도, 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등을 통해 출력될 수 있다. 출력부(130)는, 도 1 내지 6을 참조하여 전술한 예측과 관련된 참조정보, 예측정보, 단일방향예측 정보, 제4 슬라이스타입을 포함하는 슬라이스 타입 정보 등을 부호화하여 출력할 수 있다.
비디오 부호화 장치(100)의 가장 간단한 형태의 실시예에 따르면, 심도별 부호화 단위는 한 계층 상위 심도의 부호화 단위의 높이 및 너비를 반분한 크기의 부호화 단위이다. 즉, 현재 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, 하위 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다. 또한, 2Nx2N 크기의 현재 부호화 단위는 NxN 크기의 하위 심도 부호화 단위를 최대 4개 포함할 수 있다.
따라서, 비디오 부호화 장치(100)는 현재 픽처의 특성을 고려하여 결정된 최대 부호화 단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대 부호화 단위마다 최적의 형태 및 크기의 부호화 단위를 결정하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최대 부호화 단위마다 다양한 예측 모드, 변환 방식 등으로 부호화할 수 있으므로, 다양한 영상 크기의 부호화 단위의 영상 특성을 고려하여 최적의 부호화 모드가 결정될 수 있다.
따라서, 영상의 해상도가 매우 높거나 데이터량이 매우 큰 영상을 기존 매크로블록 단위로 부호화한다면, 픽처당 매크로블록의 수가 과도하게 많아진다. 이에 따라, 매크로블록마다 생성되는 압축 정보도 많아지므로 압축 정보의 전송 부담이 커지고 데이터 압축 효율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(200)는 수신부(210), 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220) 및 영상 데이터 복호화부(230)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(200)는 '비디오 복호화 장치(200)'로 축약하여 지칭한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 복호화 동작을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 1 및 비디오 부호화 장치(100)를 참조하여 전술한 바와 동일하다.
수신부(210)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 영상 데이터 복호화부(230)로 출력한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 현재 픽처에 대한 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트로부터 현재 픽처의 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출한다. 추출된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는 영상 데이터 복호화부(230)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하여, 영상 데이터 복호화부(230)가 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화하도록 할 수 있다.
최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 하나 이상의 부호화 심도 정보에 대해 설정될 수 있으며, 부호화 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)가 추출한 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)와 같이 부호화단에서, 최대 부호화 단위별 심도별 부호화 단위마다 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시키는 것으로 결정된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보이다. 따라서, 비디오 복호화 장치(200)는 최소 부호화 오차를 발생시키는 부호화 방식에 따라 데이터를 복호화하여 영상을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보는, 해당 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 할당되어 있을 수 있으므로, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 소정 데이터 단위별로 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출할 수 있다. 소정 데이터 단위별로, 해당 최대 부호화 단위의 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 기록되어 있다면, 동일한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 갖고 있는 소정 데이터 단위들은 동일한 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터 단위로 유추될 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 가운데 각각의 부호화 단위마다, 판독된 파티션 타입, 예측 모드, 변환 단위에 기초하여 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 예측 과정, 및 역변환 과정을 포함할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는, 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위의 파티션 타입 정보 및 예측 모드 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 파티션 및 예측 모드에 따라 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위별 역변환을 위해, 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 변환 단위 정보를 판독하여, 부호화 단위마다 변환 단위에 기초한 역변환을 수행할 수 있다. 역변환을 통해, 부호화 단위의 공간 영역의 화소값이 복원할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 심도별 분할 정보를 이용하여 현재 최대 부호화 단위의 부호화 심도를 결정할 수 있다. 만약, 분할 정보가 현재 심도에서 더 이상 분할되지 않음을 나타내고 있다면 현재 심도가 부호화 심도이다. 따라서, 영상 데이터 복호화부(230)는 현재 최대 부호화 단위의 영상 데이터에 대해 현재 심도의 부호화 단위를 예측 단위의 파티션 타입, 예측 모드 및 변환 단위 크기 정보를 이용하여 복호화할 수 있다.
즉, 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 설정되어 있는 부호화 정보를 관찰하여, 동일한 분할 정보를 포함한 부호화 정보를 보유하고 있는 데이터 단위가 모여, 영상 데이터 복호화부(230)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다. 이런 식으로 결정된 부호화 단위마다 부호화 모드에 대한 정보를 획득하여 현재 부호화 단위의 복호화가 수행될 수 있다.
결국, 비디오 복호화 장치(200)는, 부호화 과정에서 최대 부호화 단위마다 재귀적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 단위에 대한 정보를 획득하여, 현재 픽처에 대한 복호화에 이용할 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 최적 부호화 단위로 결정된 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화된 영상 데이터의 복호화가 가능해진다.
따라서, 높은 해상도의 영상 또는 데이터량이 과도하게 많은 영상이라도 부호화단으로부터 전송된 최적 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여, 영상의 특성에 적응적으로 결정된 부호화 단위의 크기 및 부호화 모드에 따라 효율적으로 영상 데이터를 복호화하여 복원할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
비디오 데이터(310)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(320)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(330)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 9에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상 뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(330)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(310, 320)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(310)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 비디오 데이터(330)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(320)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(400)는, 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)에서 영상 데이터를 부호화하는데 거치는 작업들을 포함한다. 즉, 인트라 예측부(410)는 현재 프레임(405) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 인터 모드의 현재 프레임(405) 및 참조 프레임(495)을 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)로부터 출력된 데이터는 변환부(430) 및 양자화부(440)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화부(460), 역변환부(470)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(480) 및 오프셋 조정부(490)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(495)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420), 움직임 보상부(425), 변환부(430), 양자화부(440), 엔트로피 부호화부(450), 역양자화부(460), 역변환부(470), 디블로킹부(480) 및 오프셋 조정부(490)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 변환부(430)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
비트스트림(505)이 파싱부(510)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 및 역양자화부(530)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 역변환부(540)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(550)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(560)는 참조 프레임(585)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(550) 및 움직임 보상부(560)를 거친 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(570) 및 오프셋 조정부(580)를 거쳐 후처리되어 복원 프레임(595)으로 출력될 수 있다. 또한, 디블로킹부(570) 및 오프셋 조정부(580)를 거쳐 후처리된 데이터는 참조 프레임(585)으로서 출력될 수 있다.
비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 복호화부(230)에서 영상 데이터를 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(500)의 파싱부(510) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(500)의 구성 요소들인 파싱부(510), 엔트로피 복호화부(520), 역양자화부(530), 역변환부(540), 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560), 디블로킹부(570) 및 오프셋 조정부(580)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 역변환부(540)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 3인 경우를 도시하고 있다. 이 때, 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(610)는 부호화 단위의 계층 구조(600) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640가 존재한다. 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(610)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(610)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(610), 크기 64x32의 파티션들(612), 크기 32x64의 파티션들(614), 크기 32x32의 파티션들(616)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(620), 크기 32x16의 파티션들(622), 크기 16x32의 파티션들(624), 크기 16x16의 파티션들(626)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(630), 크기 16x8의 파티션들(632), 크기 8x16의 파티션들(634), 크기 8x8의 파티션들(636)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(640), 크기 8x4의 파티션들(642), 크기 4x8의 파티션들(644), 크기 4x4의 파티션들(646)로 분할될 수 있다.
마지막으로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)는 최소 부호화 단위이며 최하위 심도의 부호화 단위이다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)는, 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(610)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(610) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(710)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(800)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 형태에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806), 크기 NxN의 파티션(808) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(800)는 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806) 및 크기 NxN의 파티션(808) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(810)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(810)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(800)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(812), 인터 모드(814) 및 스킵 모드(816) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(820)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(822), 제 2 인트라 변환 단위 크기(824), 제 1 인터 변환 단위 크기(826), 제 2 인터 변환 단위 크기(828) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(210)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(900)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(910)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(912), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(914), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(916), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(918)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(912, 914, 916, 918)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 타입은 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 타입마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 타입(912, 914, 916) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(918)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(920), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(930)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(930)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(940)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(942), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(944), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(946), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(948)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(948)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(950), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(960)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 부호화 단위는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(970)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(980)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(990)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(992), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(994), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(996), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)을 포함할 수 있다.
파티션 타입 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 타입이 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 타입은 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(952)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(999)은, 현재 최대 부호화 단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 부호화 단위(900)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 부호화 심도를 결정하고, 해당 파티션 타입 및 예측 모드가 부호화 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 부호화 심도로 결정될 수 있다. 부호화 심도, 및 예측 단위의 파티션 타입 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 부호화 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 부호화 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 부호화 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(912)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 부호화 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(1010)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(1060)는 부호화 단위(1010) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(1070)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(1010)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(1012, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(1014, 1016, 1018, 1028, 1050, 1052)은 심도가 2, 부호화 단위들(1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, 1048)은 심도가 3, 부호화 단위들(1040, 1042, 1044, 1046)은 심도가 4이다.
예측 단위들(1060) 중 일부 파티션(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(1014, 1022, 1050, 1054)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(1016, 1048, 1052)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(1032)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(1010)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(1070) 중 일부(1052)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 변환 또는 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 예측 단위들(1060) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(200)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대 부호화 단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 재귀적 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 구성될 수 있다. 부호화 정보는 부호화 단위에 대한 분할 정보, 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위 크기 정보를 포함할 수 있다. 이하 표 1은, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
표 1
분할 정보 0 (현재 심도 d의 크기 2Nx2N의 부호화 단위에 대한 부호화) 분할 정보 1
예측 모드 파티션 타입 변환 단위 크기 하위 심도 d+1의 부호화 단위들마다 반복적 부호화
인트라 인터스킵 (2Nx2N만) 대칭형 파티션 타입 비대칭형 파티션 타입 변환 단위 분할 정보 0 변환 단위 분할 정보 1
2Nx2N2NxNNx2NNxN 2NxnU2NxnDnLx2NnRx2N 2Nx2N NxN (대칭형 파티션 타입) N/2xN/2 (비대칭형 파티션 타입)
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 부호화 정보 추출부(220)는 수신된 비트스트림으로부터 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 추출할 수 있다.
분할 정보는 현재 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위들로 분할되는지 여부를 나타낸다. 현재 심도 d의 분할 정보가 0이라면, 현재 부호화 단위가 현재 부호화 단위가 하위 부호화 단위로 더 이상 분할되지 않는 심도가 부호화 심도이므로, 부호화 심도에 대해서 파티션 타입 정보, 예측 모드, 변환 단위 크기 정보가 정의될 수 있다. 분할 정보에 따라 한 단계 더 분할되어야 하는 경우에는, 분할된 4개의 하위 심도의 부호화 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어야 한다.
예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 하나로 나타낼 수 있다. 인트라 모드 및 인터 모드는 모든 파티션 타입에서 정의될 수 있으며, 스킵 모드는 파티션 타입 2Nx2N에서만 정의될 수 있다.
파티션 타입 정보는, 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션 타입 2Nx2N, 2NxN, Nx2N 및 NxN 과, 비대칭적 비율로 분할된 비대칭적 파티션 타입 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N를 나타낼 수 있다. 비대칭적 파티션 타입 2NxnU 및 2NxnD는 각각 높이가 1:3 및 3:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 타입 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:3 및 3:1로 분할된 형태를 나타낸다.
변환 단위 크기는 인트라 모드에서 두 종류의 크기, 인터 모드에서 두 종류의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위 분할 정보가 0 이라면, 변환 단위의 크기가 현재 부호화 단위의 크기 2Nx2N로 설정된다. 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 현재 부호화 단위가 분할된 크기의 변환 단위가 설정될 수 있다. 또한 크기 2Nx2N인 현재 부호화 단위에 대한 파티션 타입이 대칭형 파티션 타입이라면 변환 단위의 크기는 NxN, 비대칭형 파티션 타입이라면 N/2xN/2로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화 정보는, 부호화 심도의 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 단위 중 적어도 하나에 대해 할당될 수 있다. 부호화 심도의 부호화 단위는 동일한 부호화 정보를 보유하고 있는 예측 단위 및 최소 단위를 하나 이상 포함할 수 있다.
따라서, 인접한 데이터 단위들끼리 각각 보유하고 있는 부호화 정보들을 확인하면, 동일한 부호화 심도의 부호화 단위에 포함되는지 여부가 확인될 수 있다. 또한, 데이터 단위가 보유하고 있는 부호화 정보를 이용하면 해당 부호화 심도의 부호화 단위를 확인할 수 있으므로, 최대 부호화 단위 내의 부호화 심도들의 분포가 유추될 수 있다.
따라서 이 경우 현재 부호화 단위가 주변 데이터 단위를 참조하여 예측하기 경우, 현재 부호화 단위에 인접하는 심도별 부호화 단위 내의 데이터 단위의 부호화 정보가 직접 참조되어 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 현재 부호화 단위가 주변 부호화 단위를 참조하여 예측 부호화가 수행되는 경우, 인접하는 심도별 부호화 단위의 부호화 정보를 이용하여, 심도별 부호화 단위 내에서 현재 부호화 단위에 인접하는 데이터가 검색됨으로써 주변 부호화 단위가 참조될 수도 있다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대 부호화 단위(1300)는 부호화 심도의 부호화 단위들(1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, 1318)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(1318)는 부호화 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(1318)의 파티션 타입 정보는, 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326), NxN(1328), 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정될 수 있다.
변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 변환 인덱스의 일종으로서, 변환 인덱스에 대응하는 변환 단위의 크기는 부호화 단위의 예측 단위 타입 또는 파티션 타입에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 파티션 타입 정보가 대칭형 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326) 및 NxN(1328) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1342)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(1344)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1352)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(1354)가 설정될 수 있다.
도 13을 참조하여 전술된 변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 0 또는 1의 값을 갖는 플래그이지만, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보가 1비트의 플래그로 한정되는 것은 아니며 설정에 따라 0, 1, 2, 3.. 등으로 증가하며 변환 단위가 계층적으로 분할될 수도 있다. 변환 단위 분할 정보는 변환 인덱스의 한 실시예로써 이용될 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보를 변환 단위의 최대 크기, 변환 단위의 최소 크기와 함께 이용하면, 실제로 이용된 변환 단위의 크기가 표현될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 부호화할 수 있다. 부호화된 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보는 SPS에 삽입될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 이용하여, 비디오 복호화에 이용할 수 있다.
예를 들어, (a) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 크기는 32x32이라면, (a-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32, (a-2) 변환 단위 분할 정보가 1일 때 변환 단위의 크기가 16x16, (a-3) 변환 단위 분할 정보가 2일 때 변환 단위의 크기가 8x8로 설정될 수 있다.
다른 예로, (b) 현재 부호화 단위가 크기 32x32이고, 최소 변환 단위 크기는 32x32이라면, (b-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32로 설정될 수 있으며, 변환 단위의 크기가 32x32보다 작을 수는 없으므로 더 이상의 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
또 다른 예로, (c) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 변환 단위 분할 정보는 0 또는 1일 수 있으며, 다른 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
따라서, 최대 변환 단위 분할 정보를 'MaxTransformSizeIndex', 최소 변환 단위 크기를 'MinTransformSize', 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기를 'RootTuSize'라고 정의할 때, 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'는 아래 관계식 (1) 과 같이 정의될 수 있다.
CurrMinTuSize
= max (MinTransformSize, RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)) ... (1)
현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'와 비교하여, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 시스템상 채택 가능한 최대 변환 단위 크기를 나타낼 수 있다. 즉, 관계식 (1)에 따르면, 'RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)'는, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'를 최대 변환 단위 분할 정보에 상응하는 횟수만큼 분할한 변환 단위 크기이며, 'MinTransformSize'는 최소 변환 단위 크기이므로, 이들 중 작은 값이 현재 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'일 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 변환 단위 크기 RootTuSize는 예측 모드에 따라 달라질 수도 있다.
예를 들어, 현재 예측 모드가 인터 모드라면 RootTuSize는 아래 관계식 (2)에 따라 결정될 수 있다. 관계식 (2)에서 'MaxTransformSize'는 최대 변환 단위 크기, 'PUSize'는 현재 예측 단위 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
즉 현재 예측 모드가 인터 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 예측 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
현재 파티션 단위의 예측 모드가 예측 모드가 인트라 모드라면 모드라면 'RootTuSize'는 아래 관계식 (3)에 따라 결정될 수 있다. 'PartitionSize'는 현재 파티션 단위의 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PartitionSize) ...........(3)
즉 현재 예측 모드가 인트라 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 파티션 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
다만, 파티션 단위의 예측 모드에 따라 변동하는 일 실시예에 따른 현재 최대 변환 단위 크기 'RootTuSize'는 일 실시예일 뿐이며, 현재 최대 변환 단위 크기를 결정하는 요인이 이에 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다.
앞서 도 1 내지 13을 참조하여 상술한 트리 구조의 부호화 단위들을 포함하는 최대부호화단위는, 코딩 블록 트리(Coding Block Tree), 블록 트리, 루트 블록 트리(Root Block Tree), 코딩 트리, 코딩 루트 또는 트리 트렁크(Tree Trunk) 등으로 다양하게 명명되기도 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 비디오 복호화 장치(200)는 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 부호화 단위로 최대 부호화 단위를 분할하여 부호화 및 복호화를 수행한다. 영상의 복호화 과정의 처리 속도를 향상시키기 위하여, 영상 복호화 과정은 병렬적으로 수행될 수 있다. 그러나, 어떤 임의의 픽처가 다른 픽처를 참조하는 경우, 참조되는(referenced) 픽처의 복호화 과정이 완료되기 이전에는 임의의 픽처는 복호화될 수 없다. 병렬 복호화될 수 있는 픽처들은 서로 참조하지 않는 픽처들이어야 한다. 또한, 병렬 복호화될 수 있는 픽처들이 다른 참조 픽처를 참조하여 예측된 경우, 병렬 복호화 시점에 참조 픽처들은 모두 복호화가 완료되어야 한다. 따라서, 병렬 복호화가 가능한 픽처를 결정하기 위해서는 픽처들의 복호화 순서 및 픽처들 사이의 참조 관계가 결정될 필요가 있다. 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 방식에서는 픽처들의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들의 참조 관계 정보를 생성하고, 참조 관계 정보를 소정의 데이터 단위에 포함시켜 전송한다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방식에서는 소정 데이터 단위에 포함된 참조 관계 정보에 기초하여, GOP에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성을 결정하고, 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정한다. 그리고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방식에서는 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화한다.
이하, 도 14 내지 도 23을 참조하여, 병렬 처리를 위한 비디오 부호화/복호화 방식에 대하여 설명한다. 복호화 순서와 부호화 순서는 각각 복호화 측 및 부호화 측을 기준으로 픽처의 처리 순서를 의미하는 것으로 픽처의 부호화 순서는 복호화 순서와 동일하다. 따라서, 이하 본 발명을 설명함에 있어서 부호화 순서는 복호화 순서를 의미할 수 있으며, 또한 복호화 순서 역시 부호화 순서를 의미할 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 14를 참조하면, 비디오 부호화 장치(1400)는 영상 부호화부(1410) 및 출력부(1420)를 포함한다. 영상 부호화부(1410)는 도 4의 영상 부호화부(400)와 같이 트리구조에 따른 부호화 단위들을 이용하여 비디오 시퀀스를 구성하는 각 픽처에 대한 예측 부호화를 수행한다. 영상 부호화부(1410)는 픽처들을 인터 예측 및 인트라 예측을 통해 부호화하여, 레지듀얼 데이터, 움직임 벡터 및 예측 모드에 관한 정보를 출력한다. 특히, 일 실시예에 따른 영상 부호화부(1410)는 GOP에 포함된 픽처들에 대해 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하고, GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성을 결정한다. 참조 의존성은 GOP에 포함된 픽처들 사이의 참조 관계를 나타내는 것으로 RPS(Reference Picture Set)일 수 있다. RPS는 참조 픽처의 POC(Picture Order Count) 정보를 나타낸다. 예를 들어, 임의의 B 픽처의 RPS가 [0, 2]인 경우, B 픽처는 poc가 0인 픽처와 poc가 2인 픽처를 참조 픽처로 이용한다. 따라서, B 픽처는 poc가 0인 픽처 및 poc가 2인 픽처에 의존성을 갖는 픽처이다. poc가 0인 픽처와 poc가 2인 픽처의 복호화 과정이 완료되기 전까지는 B 픽처는 복호화될 수 없다.
출력부(1420)는 부호화된 비디오 데이터 및 부가 정보를 포함하는 NAL 단위를 생성하여 출력한다. 특히, 일 실시에에 따른 출력부(1420)는 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 참조 관계 정보를 생성하고, 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 NAL 단위를 생성한다. DFA(Deterministic Finite Automate)와 같은 데이터 구조를 이용하여 계층적인 픽처 구조에서 복호화되는 픽처들의 순서 및 참조 의존성을 나타낼 수 있다. 일 예로, 일 실시예에 따른 출력부(1620)는 GOP 내의 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성을 나타내는 참조 의존성 트리(Reference Dependency Tree, 이하 "RDT"라 함)를 참조 관계 정보로 이용할 수 있다.
RDT는 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, GOP 내의 픽처에 의하여 참조되는 픽처를 부모 노드에 위치시키고, 부모 노드의 픽처를 참조하는 픽처를 자식 노드에 위치시킴으로써 생성될 수 있다. 부모 노드의 픽처를 참조하는 복수 개의 픽처의 병렬 처리가 가능한 경우, 복수 개의 픽처가 동일 계층의 자식 노드에 포함되도록 함으로써 RDT를 구성한다. 만약, GOP에 포함된 픽처들 중 다른 픽처를 참조하지 않는 I 슬라이스로 구성된 픽처는 최상단의 루트 노드에 위치하도록 RDT를 구성할 수 있다. 구체적인 RDT 생성 방식에 대해서는 도 16 및 도 17을 참조하여 후술한다.
출력부(1420)는 NAL 단위에 참조 관계 정보를 포함시켜 출력한다. 참조 관계 정보는 NAL 단위 중 부가 정보를 포함하는 SEI(Supplemental Enhancement Information) 메시지에 포함될 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 NAL 단위의 유형을 나타낸 도면이다.
비디오 부호화/복호화 과정은 비디오 부호화 처리 그 자체를 다루는 비디오 부호화 계층(Video Coding Layer, 이하 'VCL'이라 함)에서의 부호화/복호화 과정과, 부호화된 영상 데이터를 전송하고 저장하는 하위 시스템과 VCL 사이에서 부호화된 영상 데이터 및 파라메터 세트 등의 부가 정보를 소정 포맷에 따른 비트스트림으로 생성하거나 수신하는 네트워크 추상 계층에서의 부호화/복호화 과정으로 분류할 수 있다. VCL의 부호화된 영상에 관한 부호화 데이터는 VCL NAL 단위로 매핑되며, 부호화 데이터의 복호화를 위한 파라메터 세트 부가 정보는 Non-VCL NAL 단위로 매핑된다.
도 15를 참조하면, Non-VCL NAL 단위는 비디오 부호화 장치(1400)에서 이용된 파라메터 정보를 담고 있는 VPS(Video Parameter Set), SPS(Sequence Parameter Set), PPS(Picture Parameter Set) 및 영상 복호화 과정에서 필요한 부가 정보를 포함하는 SEI를 포함할 수 있다. VCL NAL 단위는 부호화된 영상 데이터에 관한 정보를 포함한다.
NAL 단위 헤더는 총 2바이트의 길이를 가질 수 있다. NAL 단위 헤더는 NAL 단위의 식별을 위한 비트로써 0의 값을 갖는 forbidden_zero_bit, NAL 단위의 유형을 나타내는 식별자(nal unit type), 장래 사용을 위해 예약된 영역(reserved_zero_6bits) 및 시간적 식별자(termporal_id)를 포함한다. 식별자(nal unit type) 및 장래 사용을 위해 예약된 영역(reserved_zero_6bits)은 각각 6비트로 구성되며, 시간적 식별자(temporal_id)는 3비트로 구성될 수 있다. NAL 단위에 포함된 정보의 유형은 nal_unit_type의 값에 따라 구별된다.
일 예로 nal_unit_type에 따라서, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 픽처, CRA(Clean Random Access) 픽처, SPS, PPS, SEI, 적응적 파라메터 세트(APS: Adaptation Parameter Set), 장래 확장을 위해 사용될 것으로 예약된(reserved) NAL 단위, 미정의된 NAL 단위 등이 분류될 수 있다. 표 2는 nal_unit_type의 값에 따른 NAL 단위의 유형을 나타낸 일 예이다. 그러나, 표 2에 예시된 NAL 단위의 종류에 한정되지 않고, nal_unit_type에 따른 NAL 단위의 유형은 변경될 수 있다.
표 2
nal_unit_type Name of nal_unit_type
0,1 TRAIL_NTRAIL_R
2,3 TSA_NTSA_R
4,5 STSA_NSTSA_R
6,7 RADL_NRADL_R
8,9 RASL_NRASL_R
10,12,14 RSV_VCL_N10RSV_VCL_N12RSV_VCL_N14
11,13,15 RSV_VCL_R11RSV_VCL_R13RSV_VCL_R15
16,17,18 BLA_W_LPBLA_W_RADLBLA_N_LP
19,20 IDR_W_RADLIDR_N_LP
21 CRA_NUT
22,23 RSV_IRAP_VCL22RSV_IRAP_VCL23
24..31 RSV_VCL24..RSV_VCL31
32 VPS_NUT
33 SPS_NUT
34 PPS_NUT
35 AUD_NUT
36 EOS_NUT
37 EOB_NUT
38 FD_NUT
3940 PREFIX_SEI_NUTSUFFIX_SEI_NUT
도 16은 일 실시예에 따른 계층적 GOP 구조를 나타낸 도면이며, 도 17은 도 16의 계층적 GOP 구조에 포함된 픽처들에 대한 참조 의존성 트리(RDT)를 나타낸다. 도 16의 계층적 GOP 구조는 계층적 B 픽처 구조로 지칭되기도 한다.
도 16을 참조하면, 계층적 GOP 구조에서 하위 시간적 레벨의 픽처들은 상위 시간적 레벨의 픽처들을 참조하지 않도록 제한된다고 가정한다. 또한, 화살표 방향은 참조 방향을 나타낸다. 예를 들어, 도 16에서 P8 픽처는 I0 픽처를 참조하며, B4 픽처는 I0 픽처 및 P8 픽처를 참조하여 예측된다.
전술한 바와 같이, RDT는 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, GOP 내의 픽처에 의하여 참조되는 픽처를 부모 노드에 위치시키고, 부모 노드의 픽처를 참조하는 픽처를 자식 노드에 위치시킴으로써 생성될 수 있다. 자식 노드에 위치한 픽처는 부모 노드 및 부모 노드의 상위 레벨에 위치한 다른 픽처를 참조하여 예측되는 픽처이다. 부모 노드의 픽처를 참조하는 복수 개의 픽처의 병렬 처리가 가능한 경우, 복수 개의 픽처가 동일 계층의 자식 노드에 포함되도록 함으로써 RDT가 구성된다.
도 16 및 도 17을 참조하면, GOP에서 최초로 부호화되는 IDR 픽처인 I0가 최상단 노드에 위치한다. I0를 참조하여 I0 다음에 부호화되는 P8 픽처가 다음에 부호화되며, I0의 자식 노드에 위치한다. I0 및 P8을 참조하는 B4는 P8의 자식 노드에 위치한다. 도 16에서 B2는 I0 및 B4를 참조하며, B6는 B4 및 P8을 참조하며, B2 및 B6는 모두 B4가 복호화되면 병렬적으로 복호화될 수 있는 픽처에 해당한다. 따라서, B2 및 B6는 모두 B4의 자식 노드에 위치한다. 유사하게, B1은 I0 및 B2를 참조하며, B3는 B2 및 B4를 참조한다. 또한, B5는 B4 및 B6를 참조하며, B7은 B6 및 P8을 참조한다. 따라서, B1 및 B3는 B2의 자식 노드에 위치하며, B5 및 B7은 B6의 자식 노드에 위치한다. 첫 번째 GOP 다음의 GOP에 대해서도 유사하게 RDT를 구성할 수 있다. 단, 첫 번째 GOP의 P8은 두 번째 GOP의 첫 번째 부호화(또는 복호화)되는 P16의 참조 픽처에 해당하므로, P16는 P8의 자식 노드에 위치한다. 만약, P16가 P8이 아닌 I0를 참조하는 경우, P8과 P16는 모두 I0의 자식 노드로서 동일한 레벨을 갖는다.
도 17에서 GOP에 대한 RDT가 구성되면 동일 레벨에 위치한 자식 노드들은 서로 참조하지 않으므로 병렬 처리가 가능한 픽처들에 해당한다. 예를 들어, 도 17에서 B2 및 B6(1710)는 B4에 대한 부호화(또는 복호화)가 완료된 이후에 병렬적으로 처리될 수 있는 픽처이다. 또한, B1, B3, B5, B7(1720)는 B2 및 B6(1710)에 대한 처리가 완료된 이후에 병렬적으로 처리될 수 있는 픽처이다.
도 18은 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 18을 참조하면, 단계 1810에서 영상 부호화부(1410)는 GOP에 포함된 픽처들에 대해 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하고, GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성을 결정한다.
단계 1820에서 출력부(1420)는 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 참조 관계 정보를 생성하고, 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 NAL 단위를 생성한다. 전술한 바와 같이, GOP 내의 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성을 나타내는 RDT가 참조 관계 정보로서 이용될 수 있다.
또한, 출력부(1420)는 참조 관계 정보를 SEI(Supplemental Enhancement Information) 메시지를 포함하는 NAL 단위에 포함시켜 비디오 복호화 장치로 전송할 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 19를 참조하면, 비디오 복호화 장치(1900)는 수신부(1910) 및 영상 복호화부(1920)를 포함한다. 수신부(1910)는 GOP에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 NAL 단위를 획득한다. 전술한 바와 같이, 참조 관계 정보로서 RDT가 이용될 수 있으며, RDT는 SEI 메시지를 포함하는 NAL 단위를 통해 획득될 수 있다.
영상 복호화부(1920)는 SEI 메시지에 포함된 RDT에 기초하여 GOP에 포함된 픽처들 중 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정한다. 전술한 도 17에 예시한 바와 같이, RDT에 위치한 노드들 중 동일한 레벨에 위치한 픽처들은 서로 참조하지 않는 병렬 처리가 가능한 픽처들이다. 영상 복호화부(1920)는 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화할 수 있다. 영상 복호화부(1920)는 전술한 도 5의 영상 복호화부(400)와 같이 트리 구조의 부호화 단위에 기초하여 복호화를 수행할 수 있다.
도 20은 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 20을 참조하면, 단계 2010에서 수신부(1910)는 GOP에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 NAL 단위를 획득한다. 전술한 바와 같이, 참조 관계 정보는 RDT와 같은 자료 구조일 수 있다.
단계 2020에서, 영상 복호화부(2020)는 SEI NAL 단위에 포함된 참조 관계 정보에 기초하여, GOP에 포함된 픽처들 중 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정한다. 전술한 바와 같이, RDT에 위치한 노드들 중 동일한 레벨에 위치한 픽처들은 서로 참조하지 않는 픽처들이기 때문에 병렬 처리 가능한 픽처들이다.
단계 2030에서, 영상 복호화부(1920)는 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화하여 복호화 처리 속도를 향상시킨다. 병렬 처리에 필요한 영상 데이터 및 부가 정보들은 VPS, SPS, PPS 및 VCL NAL 단위로부터 획득될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, SEI 메시지를 통해서 GOP에 포함된 픽처들의 참조 관계 정보를 전송함으로써 복호화 측에서 병렬 처리가 가능한 픽처들을 결정하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 비디오 복호화 과정에서 상호 의존성이 없는 픽처들의 병렬 복호화가 가능하다.
한편, 전술한 병렬 처리 부호화나 복호화 과정은 멀티 코어(multi-core) 시스템이나 멀티 스레딩(multi-threading)을 통해 구현될 수 있다. 멀티 스레딩은 프로그램 안에서 병렬 처리를 가능하게 하기 위한 것으로, 단일 프로세서에서도 병렬 처리가 가능하다.
도 21은 일 실시예에 따른 병렬 처리를 위한 멀티 스레딩 프로그램을 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 병렬 처리 부호화/복호화 과정은 각 픽처 사이의 참조 의존성을 분석하고, 각 픽처의 부호화/복호화 과정을 복수 개의 개별 태스크(task)로 분할하고, 각 태스크를 의존 배제 실행 모델(dependency free Execution Model)을 통해 처리함으로써 별도의 동기화 과정 필요로 하지 않는 병렬 처리를 구현할 수 있다.
도 21을 참조하면, 멀티 스레딩 프로그램에서 각 픽처의 부호화/복호화 과정은 n 개의 스레드들(2110, 2120)로 분할될 수 있다. 스레드는 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위를 나타낸다. 멀티 스레드들은 공유 메모리 내의 공유 변수(2130)를 공유할 수 있다. 일반적으로 멀티 스레딩 프로그램에서 공유 변수(2130)를 이용하는 경우 스레드들 사이의 동기화는 락(lock) 또는 세마포(semphore)를 이용하여 구현되거나, 스케쥴러(scheduler)와 같은 별도의 모듈을 통해 구현되었다. 예를 들어, 제 1 스레드(2110)가 공유 변수(2130)를 이용하는 경우, 다른 스레드들(2120)은 제 1 스레드(2110)에 의한 공유변수(2130)와 관계된 락 또는 세마포의 사용이 끝날 때까지 대기 상태가 되고, 스케쥴러에 의해 실행이 중단된다.
도 22는 락(lock) 또는 세마포(semmaphore)를 이용하는 멀티 스레딩 프로그램에서의 스레드 실행 과정을 나타낸다.
도 22를 참조하면, 프로그램 시작(2210) 이후에 동기화에 의한 대기(2230) 상태가 될 때까지 스레드는 프로그램을 지속적으로 실행(2220)하는 상태를 유지한다. 동기화에 의한 대기 상태가 되면 스케쥴러는 해당 스레드를 대기 상태(2230)로 변경하며, 락 또는 세마포가 이용가능할 때까지 스레드를 대기(2230)시킨다. 락 또는 세마포가 이용가능한 상태가 되고 스케쥴러가 실행이 되면, 스케쥴러는 해당 스레드를 다시 동작 가능한 상태로 변경하고, 스케쥴링 정책에 따라서 다시 스레드가 실행 가능한 상태가 되면 프로그램을 실행(2220)할 수 있도록 스레드에게 프로세서의 소유권을 전달한다. 이와 같이, 락 또는 세마포를 이용하는 멀티 스레딩 프로그램에서는 별도의 스케쥴러가 필요하고, 스케쥴러에 의해 스레드가 재수행될까지 대기 시간이 길어지는 문제점이 있다.
이러한 대기 시간의 문제는 스핀-웨이트(spin-wait) 방식을 이용하여 해결될 수 있다. 스핀-웨이트 방식은 공유 변수의 변화 여부를 계속적으로 확인하고, 공유 변수가 변화되기 전까지는 스레드의 실행 상태로 유지하는 방식이다. 이러한 스핀-웨이트 방식은 동기화 반응성, 즉 속도를 향상시킬수 있지만 공유 변수의 변화 여부를 끊임없이 확인하기 위하여 프로세서가 아이들(idle) 상태가 아닌 액티브(active) 상태를 유지하여야 한다. 따라서 스핀-웨이트 방식은 공유 메모리의 공유 변수 확인을 위한 인스트럭션(instruction)이 지속적으로 수행되어 프로세서의 전력 소모를 증가시킬 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 멀티 스레딩 프로그램은 공유 메모리의 공유 변수를 이용하는 동기화 과정에서, 공유 메모리를 통해 공유 변수의 값이 스레드에 전달될 때까지의 스레드의 대기 시간을 최소화하면서도 프로세서의 전력 소모를 감소시키기 위하여 가능한한 프로세서를 아이들(idle) 상태로 유지하도록 한다.
도 23은 일 실시예에 따른 멀티 스레딩 프로그램의 동기화 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
도 23을 참조하면, 단계 2310에서 동기화 구문이 시작된다. 단계 2320에서, 공유 변수의 변경 여부가 확인되며, 공유 변수의 변경 사항이 없을 경우 단계 2330에서 프로세서 정지 명령이 실행된다. 프로세서 정지 명령이 실행되면 인터럽트(interrrupt)가 발생할 때까지 프로세서는 아이들(idle) 상태로 유지되어 프로세서의 전력 소모가 감소된다. 프로세서 정지 명령은 인터럽트에 의해 중단될 수 있으며, 다른 스레드 및 프로세스가 실행될 수 있도록 스케쥴링이 가능하다. 프로세서가 아이들(idle) 상태에 있는 경우, 시스템에서 주기적으로 실행되는 타이머 인터럽트에 의해 아이들(idle) 상태를 벗어나 공유 변수 변경 여부가 확인될 수 있다. 즉 별도의 스케쥴링 과정없이 주기적으로 공유 변수 변경 여부가 확인되도록 함으로써 가능한한 프로세서를 아이들(idle) 상태로 유지할 수 있다. 일 실시예에 따른 멀티 스레딩 프로그램의 동기화 과정에 의하면 스케쥴링으로 인한 레이턴시(latency) 저하 없이 최소 스케쥴링 주기마다 공유 변수 변경 여부를 확인함으로써 프로세서의 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 스케쥴링이 가능한 최소 시간 기준, 예를 들어 타이머 인터럽트 주기마다 공유 변수 변경 여부를 확인함으로써 세마포를 사용하는 동기화 방식에 의하여 빠른 반응성을 확보할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 방법에 있어서,
    GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들에 대해 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하고, 상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성(dependency)을 결정하는 단계; 및
    상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 참조 관계 정보는
    상기 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, 상기 GOP 내의 픽처에 의하여 참조되는 픽처를 부모 노드에 위치시키고, 상기 부모 노드의 픽처를 참조하는 픽처를 자식 노드에 위치시킴으로써 생성된 참조 의존성 트리(Reference Dependency Tree)인 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 부모 노드의 픽처를 참조하는 복수 개의 픽처가 병렬 처리가 가능한 경우, 상기 복수 개의 픽처가 동일 계층의 자식 노드에 포함되도록 상기 참조 의존성 트리를 구성하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소정 데이터 단위는 NAL(Network Adaptive Layer) 단위이며, 상기 참조 관계 정보는 상기 NAL 단위 중 부가 정보를 포함하는 SEI(Supplemental Enhancement Information) 메시지에 포함되는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  5. 병렬 처리를 위한 비디오 부호화 장치에 있어서,
    GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들에 대해 인터 예측 및 인트라 예측을 수행하고, 상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성(dependency)을 결정하는 영상 부호화부; 및
    상기 GOP에 포함된 픽처들 사이의 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 생성하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 참조 관계 정보는
    상기 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, 상기 GOP 내의 픽처에 의하여 참조되는 픽처를 부모 노드에 위치시키고, 상기 부모 노드의 픽처를 참조하는 픽처를 자식 노드에 위치시킴으로써 생성된 참조 의존성 트리(Reference Dependency Tree)인 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 소정 데이터 단위는 NAL(Network Adaptive Layer) 단위이며, 상기 참조 관계 정보는 상기 NAL 단위 중 부가 정보를 포함하는 SEI(Supplemental Enhancement Information) 메시지에 포함되는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 장치.
  8. 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 방법에 있어서,
    GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 획득하는 단계;
    상기 데이터 단위에 포함된 참조 관계 정보에 기초하여, 상기 GOP에 포함된 픽처들 중 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 참조 관계 정보는
    상기 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, 상기 GOP 내의 픽처에 의하여 참조되는 픽처를 부모 노드에 위치시키고, 상기 부모 노드의 픽처를 참조하는 픽처를 자식 노드에 위치시킴으로써 생성된 참조 의존성 트리(Reference Dependency Tree)인 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정하는 단계는
    상기 부모 노드의 하위에 포함되며 동일한 계층의 자식 노드에 포함된 픽처들을 병렬 처리 가능한 픽처들로 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 소정 데이터 단위는 NAL(Network Adaptive Layer) 단위이며, 상기 참조 관계 정보는 상기 NAL 단위 중 부가 정보를 포함하는 SEI(Supplemental Enhancement Information) 메시지에 포함되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  12. 병렬 처리를 위한 비디오 복호화 장치에 있어서,
    GOP(Group Of Picture)에 포함된 픽처들 사이의 복호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여 생성된 참조 관계 정보를 포함하는 소정의 데이터 단위를 획득하는 수신부;
    상기 데이터 단위에 포함된 참조 관계 정보에 기초하여, 상기 GOP에 포함된 픽처들 중 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정하고, 상기 결정된 병렬 처리 가능한 픽처들을 병렬적으로 복호화하는 영상 복호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 참조 관계 정보는
    상기 부호화 순서 및 참조 의존성에 기초하여, 상기 GOP 내의 픽처에 의하여 참조되는 픽처를 부모 노드에 위치시키고, 상기 부모 노드의 픽처를 참조하는 픽처를 자식 노드에 위치시킴으로써 생성된 참조 의존성 트리(Reference Dependency Tree)인 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 병렬 처리 가능한 픽처들을 결정하는 단계는
    상기 부모 노드의 하위에 포함되며 동일한 계층의 자식 노드에 포함된 픽처들을 병렬 처리 가능한 픽처들로 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 소정 데이터 단위는 NAL(Network Adaptive Layer) 단위이며, 상기 참조 관계 정보는 상기 NAL 단위 중 부가 정보를 포함하는 SEI(Supplemental Enhancement Information) 메시지에 포함되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
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