WO2023132508A1 - 크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도를 위한 방법 - Google Patents

크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도를 위한 방법 Download PDF

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WO2023132508A1
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block
chroma component
candidate
template
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PCT/KR2022/020377
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허진
박승욱
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Definitions

  • the present disclosure relates to a template-based intra mode derivation method for chroma components.
  • video data Since video data has a large amount of data compared to audio data or still image data, it requires a lot of hardware resources including memory to store or transmit itself without processing for compression.
  • an encoder when video data is stored or transmitted, an encoder is used to compress and store or transmit the video data, and a decoder receives, decompresses, and reproduces the compressed video data.
  • video compression technologies include H.264/AVC, High Efficiency Video Coding (HEVC), and Versatile Video Coding (VVC), which has improved coding efficiency by about 30% or more compared to HEVC.
  • a template-based intra mode derivation (TIMD) method is a technique for deriving an optimal intra prediction mode for a current block based on a template.
  • TIMD a technique for deriving an optimal intra prediction mode for a current block based on a template.
  • MPM Moving Probable Mode
  • an optimal intra mode for the current block (as a coding unit block, also called CU) can be derived.
  • the mode derived using the TIMD technique can be used as one additional mode for the current block.
  • the neighboring neighboring templates (template, L1 ⁇ N and M ⁇ L2) of the current block used in the TIMD method and the reference of the template used to generate the prediction template are as illustrated in FIG. 6 .
  • the TIMD method generates a prediction template by applying the directionality of the corresponding mode to reference pixels of the template for each candidate mode in the MPM list, and then pixels of the generated prediction template and pixels of the restored template Calculate the Sum of Absolute Transformed Differences (SATD) between Among all candidate modes in the MPM list, the mode with the smallest sum of absolute transform differences is the intra mode of the current block selected according to the TIMD method.
  • SATD Sum of Absolute Transformed Differences
  • the TIMD method used for encoding the luma component may be extended and used for encoding the chroma component. Similar to the TIMD method for luma components, the TIMD method for chroma components derives an intra mode using a template composed of neighboring samples of a current chroma component block. The TIMD method for the chroma component may use a coding unit level flag (CU level flag) indicating whether the current chroma component block uses the TIMD method.
  • CU level flag coding unit level flag
  • the TIMD method for the chroma component has a problem that the coding efficiency is not high and the coding efficiency is high in complexity (in particular, the complexity of the decoder). Therefore, it is necessary to consider a TIMD method for chroma components, which can improve video coding efficiency and reduce complexity.
  • the present disclosure extends a template-based intra mode derivation (TIMD) method of luma components to intra prediction of chroma components in order to improve video quality and improve video encoding efficiency, but with reduced complexity. , and to provide a video coding method and apparatus using the TIMD method for chroma components.
  • TDD template-based intra mode derivation
  • a method of deriving an intra mode of a current chroma component block includes generating a candidate mode list of a chroma component for the current chroma component block; checking whether a template-based intra mode derivation method is used for the current chroma component block; checking whether a cross-component linear model (CCLM) is used when the template-based intra mode derivation method is used; determining an intra mode of the current chroma component block by applying the template-based intra mode derivation method to CCLM modes in the candidate mode list when the CCLM is used; and determining an intra mode of the current chroma component block by applying the template-based intra mode derivation method to directional modes in the candidate mode list when the CCLM is not used.
  • CCLM cross-component linear model
  • a method for deriving an intra mode of a current chroma component block includes generating a candidate mode list of a chroma component for the current chroma component block; determining an optimal first mode by performing intra prediction on the current chroma component block; determining an optimal second mode by performing a template-based intra mode derivation method on modes in the candidate mode list; and determining whether the first mode is optimal for the second mode, wherein if the second mode is optimal, determining the second mode as an intra mode for the current chroma component block, setting a flag indicating use of a template-based intra mode derivation method to be true; and setting a flag indicating use of CCLM according to whether the second mode is included in cross-component linear model (CCLM) modes.
  • CCLM cross-component linear model
  • a computer readable recording medium storing a bitstream generated by an image encoding method, the image encoding method comprising: generating a candidate mode list of chroma components for a current chroma component block; ; determining an optimal first mode by performing intra prediction on the current chroma component block; determining an optimal second mode by performing a template-based intra mode derivation method on modes in the candidate mode list; and determining whether the first mode is optimal for the second mode, wherein if the second mode is optimal, determining the second mode as an intra mode for the current chroma component block, setting a flag indicating use of a template-based intra mode derivation method to be true; and setting a flag indicating use of CCLM according to whether the second mode is included in cross-component linear model (CCLM) modes.
  • CCLM cross-component linear model
  • a template-based intra mode derivation (TIMD) method of luma components is extended to intra prediction of chroma components, but complexity is reduced.
  • TIMD for chroma components By providing a video coding method and apparatus using the method, it is possible to improve video coding efficiency and improve video quality.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • 3A and 3B are diagrams illustrating a plurality of intra prediction modes including wide-angle intra prediction modes.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram of neighboring blocks of a current block.
  • FIG. 5 is an exemplary block diagram of a video decoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure.
  • FIG. 6 is an exemplary view showing references to templates used to generate neighboring templates of a current block used in the TIMD method and prediction templates.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a TIMD method for a chroma component performed by an image encoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a TIMD method for a chroma component performed by an image decoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an exemplary diagram illustrating a current chroma block and its neighboring blocks.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure.
  • an image encoding device and sub-components of the device will be described.
  • the image encoding apparatus includes a picture division unit 110, a prediction unit 120, a subtractor 130, a transform unit 140, a quantization unit 145, a rearrangement unit 150, an entropy encoding unit 155, and an inverse quantization unit. 160, an inverse transform unit 165, an adder 170, a loop filter unit 180, and a memory 190.
  • Each component of the image encoding device may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. Also, the function of each component may be implemented as software, and the microprocessor may be implemented to execute the software function corresponding to each component.
  • One image is composed of one or more sequences including a plurality of pictures.
  • Each picture is divided into a plurality of areas and encoding is performed for each area.
  • one picture is divided into one or more tiles or/and slices.
  • one or more tiles may be defined as a tile group.
  • Each tile or/slice is divided into one or more Coding Tree Units (CTUs).
  • CTUs Coding Tree Units
  • each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure.
  • Information applied to each CU is coded as a CU syntax, and information commonly applied to CUs included in one CTU is coded as a CTU syntax.
  • information commonly applied to all blocks in one slice is coded as syntax of a slice header
  • information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or picture coded in the header.
  • PPS picture parameter set
  • information commonly referred to by a plurality of pictures is coded into a Sequence Parameter Set (SPS).
  • SPS Sequence Parameter Set
  • VPS video parameter set
  • information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as syntax of a tile or tile group header. Syntax included in the SPS, PPS, slice header, tile or tile group header may be referred to as high level syntax.
  • the picture divider 110 determines the size of a coding tree unit (CTU).
  • CTU size Information on the size of the CTU (CTU size) is encoded as SPS or PPS syntax and transmitted to the video decoding apparatus.
  • the picture division unit 110 divides each picture constituting an image into a plurality of Coding Tree Units (CTUs) having a predetermined size, and then iteratively divides the CTUs using a tree structure. Divide (recursively). A leaf node in the tree structure becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding.
  • CTUs Coding Tree Units
  • a quad tree in which a parent node (or parent node) is divided into four subnodes (or child nodes) of the same size
  • a binary tree in which a parent node is divided into two subnodes , BT
  • a TernaryTree in which a parent node is split into three subnodes at a ratio of 1:2:1, or a structure in which two or more of these QT structures, BT structures, and TT structures are mixed.
  • QuadTree plus BinaryTree (QTBT) structure may be used, or a QuadTree plus BinaryTree TernaryTree (QTBTTT) structure may be used.
  • QTBTTT QuadTree plus BinaryTree TernaryTree
  • BTTT may be combined to be referred to as MTT (Multiple-Type Tree).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • the CTU may first be divided into QT structures. Quadtree splitting can be repeated until the size of the splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of leaf nodes allowed by QT.
  • a first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is split into four nodes of a lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the video decoding device. If the leaf node of QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in BT, it may be further divided into either a BT structure or a TT structure. A plurality of division directions may exist in the BT structure and/or the TT structure.
  • a second flag indicating whether nodes are split, and if split, a flag indicating additional split direction (vertical or horizontal) and/or split type (Binary or Ternary) is encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding apparatus.
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is split is coded. It could be.
  • the value of the CU split flag indicates that it is not split, the block of the corresponding node becomes a leaf node in the split tree structure and becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding.
  • the value of the CU split flag indicates splitting, the video encoding apparatus starts encoding from the first flag in the above-described manner.
  • the block of the corresponding node is divided into two blocks of the same size horizontally (i.e., symmetric horizontal splitting) and the type that splits vertically (i.e., symmetric vertical splitting).
  • Branches may exist.
  • a split flag (split_flag) indicating whether each node of the BT structure is split into blocks of a lower layer and split type information indicating a split type are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the video decoding device.
  • split_flag split flag
  • a type in which a block of a corresponding node is divided into two blocks having an asymmetric shape may additionally exist.
  • the asymmetric form may include a form in which the block of the corresponding node is divided into two rectangular blocks having a size ratio of 1:3, or a form in which the block of the corresponding node is divided in a diagonal direction may be included.
  • a CU can have various sizes depending on the QTBT or QTBTTT split from the CTU.
  • a block corresponding to a CU to be encoded or decoded ie, a leaf node of QTBTTT
  • a 'current block' a block corresponding to a CU to be encoded or decoded
  • the shape of the current block may be rectangular as well as square.
  • the prediction unit 120 predicts a current block and generates a prediction block.
  • the prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124 .
  • each current block in a picture can be coded predictively.
  • prediction of a current block uses an intra-prediction technique (using data from a picture containing the current block) or an inter-prediction technique (using data from a picture coded before the picture containing the current block). can be performed
  • Inter prediction includes both uni-prediction and bi-prediction.
  • the intra predictor 122 predicts pixels in the current block using pixels (reference pixels) located around the current block in the current picture including the current block.
  • a plurality of intra prediction modes exist according to the prediction direction.
  • the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode and 65 directional modes.
  • the neighboring pixels to be used and the arithmetic expression are defined differently.
  • directional modes For efficient directional prediction of the rectangular current block, directional modes (numbers 67 to 80 and -1 to -14 intra prediction modes) indicated by dotted arrows in FIG. 3B may be additionally used. These may be referred to as “wide angle intra-prediction modes”.
  • arrows indicate corresponding reference samples used for prediction and do not indicate prediction directions. The prediction direction is opposite to the direction the arrow is pointing.
  • Wide-angle intra prediction modes are modes that perform prediction in the opposite direction of a specific directional mode without additional bit transmission when the current block is rectangular. At this time, among the wide-angle intra prediction modes, some wide-angle intra prediction modes usable for the current block may be determined by the ratio of the width and height of the rectangular current block.
  • wide-angle intra prediction modes (67 to 80 intra prediction modes) having an angle smaller than 45 degrees are usable when the current block has a rectangular shape with a height smaller than a width, and a wide angle having an angle greater than -135 degrees.
  • Intra prediction modes (-1 to -14 intra prediction modes) are available when the current block has a rectangular shape where the width is greater than the height.
  • the intra prediction unit 122 may determine an intra prediction mode to be used for encoding the current block.
  • the intra prediction unit 122 may encode the current block using several intra prediction modes and select an appropriate intra prediction mode to be used from the tested modes.
  • the intra predictor 122 calculates rate-distortion values using rate-distortion analysis for several tested intra-prediction modes, and has the best rate-distortion characteristics among the tested modes. Intra prediction mode can also be selected.
  • the intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes, and predicts a current block using neighboring pixels (reference pixels) determined according to the selected intra prediction mode and an arithmetic expression.
  • Information on the selected intra prediction mode is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the video decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 generates a prediction block for a current block using a motion compensation process.
  • the inter-prediction unit 124 searches for a block most similar to the current block in the encoded and decoded reference picture prior to the current picture, and generates a prediction block for the current block using the searched block. Then, a motion vector (MV) corresponding to displacement between the current block in the current picture and the prediction block in the reference picture is generated.
  • MV motion vector
  • motion estimation is performed on a luma component, and a motion vector calculated based on the luma component is used for both the luma component and the chroma component.
  • Motion information including reference picture information and motion vector information used to predict the current block is encoded by the entropy encoding unit 155 and transmitted to the video decoding apparatus.
  • the inter-prediction unit 124 may perform interpolation on a reference picture or reference block in order to increase prediction accuracy. That is, subsamples between two consecutive integer samples are interpolated by applying filter coefficients to a plurality of consecutive integer samples including the two integer samples.
  • the motion vector can be expressed with precision of decimal units instead of integer sample units.
  • the precision or resolution of the motion vector may be set differently for each unit of a target region to be encoded, for example, a slice, tile, CTU, or CU.
  • AMVR adaptive motion vector resolution
  • information on motion vector resolution to be applied to each target region must be signaled for each target region. For example, when the target region is a CU, information on motion vector resolution applied to each CU is signaled.
  • Information on the motion vector resolution may be information indicating the precision of differential motion vectors, which will be described later.
  • the inter prediction unit 124 may perform inter prediction using bi-prediction.
  • bi-directional prediction two reference pictures and two motion vectors representing positions of blocks most similar to the current block within each reference picture are used.
  • the inter prediction unit 124 selects a first reference picture and a second reference picture from reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block within each reference picture.
  • a first reference block and a second reference block are generated.
  • a prediction block for the current block is generated by averaging or weighted averaging the first reference block and the second reference block.
  • reference picture list 0 may include pictures prior to the current picture in display order among restored pictures
  • reference picture list 1 may include pictures after the current picture in display order among restored pictures.
  • ups and downs pictures subsequent to the current picture may be additionally included in reference picture list 0, and conversely, ups and downs pictures prior to the current picture may be additionally included in reference picture list 1. may also be included.
  • the motion information of the current block can be delivered to the video decoding apparatus by encoding information capable of identifying the neighboring block. This method is called 'merge mode'.
  • the inter prediction unit 124 selects a predetermined number of merge candidate blocks (hereinafter referred to as 'merge candidates') from neighboring blocks of the current block.
  • Neighboring blocks for deriving merge candidates include a left block (A0), a lower left block (A1), an upper block (B0), and an upper right block (B1) adjacent to the current block in the current picture, as shown in FIG. ), and all or part of the upper left block A2 may be used.
  • a block located in a reference picture (which may be the same as or different from a reference picture used to predict the current block) other than the current picture in which the current block is located may be used as a merge candidate.
  • a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the co-located block may be additionally used as a merge candidate. If the number of merge candidates selected by the method described above is less than the preset number, a 0 vector is added to the merge candidates.
  • the inter prediction unit 124 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates using these neighboring blocks. Among the merge candidates included in the merge list, a merge candidate to be used as motion information of the current block is selected, and merge index information for identifying the selected candidate is generated. The generated merge index information is encoded by the encoder 150 and transmitted to the video decoding apparatus.
  • Merge skip mode is a special case of merge mode. After performing quantization, when all transform coefficients for entropy encoding are close to zero, only neighboring block selection information is transmitted without transmitting a residual signal. By using the merge skip mode, it is possible to achieve a relatively high encoding efficiency in low-motion images, still images, screen content images, and the like.
  • merge mode and merge skip mode are collectively referred to as merge/skip mode.
  • AMVP Advanced Motion Vector Prediction
  • the inter prediction unit 124 derives predictive motion vector candidates for the motion vector of the current block using neighboring blocks of the current block.
  • Neighboring blocks used to derive predictive motion vector candidates include a left block A0, a lower left block A1, an upper block B0, and an upper right block adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. B1), and all or part of the upper left block (A2) may be used.
  • a block located in a reference picture (which may be the same as or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture where the current block is located will be used as a neighboring block used to derive motion vector candidates.
  • a collocated block co-located with the current block within the reference picture or blocks adjacent to the collocated block may be used. If the number of motion vector candidates is smaller than the preset number according to the method described above, a 0 vector is added to the motion vector candidates.
  • the inter-prediction unit 124 derives predicted motion vector candidates using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector for the motion vector of the current block using the predicted motion vector candidates. Then, a differential motion vector is calculated by subtracting the predicted motion vector from the motion vector of the current block.
  • the predicted motion vector may be obtained by applying a predefined function (eg, median value, average value operation, etc.) to predicted motion vector candidates.
  • a predefined function eg, median value, average value operation, etc.
  • the video decoding apparatus also knows the predefined function.
  • the video decoding apparatus since a neighboring block used to derive a predicted motion vector candidate is a block that has already been encoded and decoded, the video decoding apparatus also knows the motion vector of the neighboring block. Therefore, the video encoding apparatus does not need to encode information for identifying a predictive motion vector candidate. Therefore, in this case, information on differential motion vectors and information on reference pictures used to predict the current block are encoded.
  • the predicted motion vector may be determined by selecting one of the predicted motion vector candidates.
  • information for identifying the selected predictive motion vector candidate is additionally encoded.
  • the subtractor 130 subtracts the prediction block generated by the intra prediction unit 122 or the inter prediction unit 124 from the current block to generate a residual block.
  • the transform unit 140 transforms the residual signal in the residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain.
  • the transform unit 140 may transform residual signals in the residual block by using the entire size of the residual block as a transform unit, or divide the residual block into a plurality of subblocks and use the subblocks as a transform unit to perform transformation. You may.
  • the residual signals may be divided into two subblocks, a transform region and a non-transform region, and transform the residual signals using only the transform region subblock as a transform unit.
  • the transformation region subblock may be one of two rectangular blocks having a size ratio of 1:1 based on a horizontal axis (or a vertical axis).
  • a flag (cu_sbt_flag) indicating that only subblocks have been transformed, directional (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag), and/or location information (cu_sbt_pos_flag) are encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device.
  • the size of the transform region subblock may have a size ratio of 1:3 based on the horizontal axis (or vertical axis), and in this case, a flag (cu_sbt_quad_flag) for distinguishing the corresponding division is additionally encoded by the entropy encoder 155 to obtain an image It is signaled to the decryption device.
  • the transform unit 140 may individually transform the residual block in the horizontal direction and the vertical direction.
  • various types of transformation functions or transformation matrices may be used.
  • a pair of transformation functions for horizontal transformation and vertical transformation may be defined as a multiple transform set (MTS).
  • the transform unit 140 may select one transform function pair having the highest transform efficiency among the MTS and transform the residual blocks in the horizontal and vertical directions, respectively.
  • Information (mts_idx) on a pair of transform functions selected from the MTS is encoded by the entropy encoding unit 155 and signaled to the video decoding device.
  • the quantization unit 145 quantizes transform coefficients output from the transform unit 140 using a quantization parameter, and outputs the quantized transform coefficients to the entropy encoding unit 155 .
  • the quantization unit 145 may directly quantize a related residual block without transformation for a certain block or frame.
  • the quantization unit 145 may apply different quantization coefficients (scaling values) according to positions of transform coefficients in the transform block.
  • a quantization matrix applied to the two-dimensionally arranged quantized transform coefficients may be coded and signaled to the video decoding apparatus.
  • the rearrangement unit 150 may rearrange the coefficient values of the quantized residual values.
  • the reordering unit 150 may change a 2D coefficient array into a 1D coefficient sequence using coefficient scanning. For example, the reordering unit 150 may output a one-dimensional coefficient sequence by scanning DC coefficients to coefficients in a high frequency region using a zig-zag scan or a diagonal scan. .
  • zig-zag scan vertical scan that scans a 2D coefficient array in a column direction and horizontal scan that scans 2D block-shaped coefficients in a row direction may be used. That is, a scan method to be used among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan may be determined according to the size of the transform unit and the intra prediction mode.
  • the entropy encoding unit 155 uses various encoding schemes such as CABAC (Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code) and Exponential Golomb to convert the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150 to each other.
  • CABAC Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code
  • Exponential Golomb Exponential Golomb to convert the one-dimensional quantized transform coefficients output from the reordering unit 150 to each other.
  • a bitstream is created by encoding the sequence.
  • the entropy encoding unit 155 encodes information such as CTU size, CU splitting flag, QT splitting flag, MTT splitting type, and MTT splitting direction related to block splitting so that the video decoding apparatus can divide the block in the same way as the video encoding apparatus. make it possible to divide
  • the entropy encoding unit 155 encodes information about a prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and encodes intra prediction information (ie, intra prediction) according to the prediction type. mode) or inter prediction information (motion information encoding mode (merge mode or AMVP mode), merge index in case of merge mode, reference picture index and differential motion vector information in case of AMVP mode) are encoded.
  • the entropy encoding unit 155 encodes information related to quantization, that is, information about quantization parameters and information about quantization matrices.
  • the inverse quantization unit 160 inversely quantizes the quantized transform coefficients output from the quantization unit 145 to generate transform coefficients.
  • the inverse transform unit 165 transforms transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from a frequency domain to a spatial domain to restore a residual block.
  • the adder 170 restores the current block by adding the restored residual block and the predicted block generated by the predictor 120. Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.
  • the loop filter unit 180 reconstructs pixels in order to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, blurring artifacts, etc. caused by block-based prediction and transformation/quantization. perform filtering on The filter unit 180 is an in-loop filter and may include all or part of a deblocking filter 182, a sample adaptive offset (SAO) filter 184, and an adaptive loop filter (ALF) 186. .
  • a deblocking filter 182 a sample adaptive offset (SAO) filter 184
  • ALF adaptive loop filter
  • the deblocking filter 182 filters the boundary between reconstructed blocks to remove blocking artifacts caused by block-by-block encoding/decoding, and the SAO filter 184 and alf 186 perform deblocking filtering. Additional filtering is performed on the image.
  • the SAO filter 184 and the alf 186 are filters used to compensate for a difference between a reconstructed pixel and an original pixel caused by lossy coding.
  • the SAO filter 184 improves not only subjective picture quality but also coding efficiency by applying an offset in units of CTUs.
  • the ALF 186 performs block-by-block filtering. Distortion is compensated for by applying different filters by distinguishing the edge of the corresponding block and the degree of change.
  • Information on filter coefficients to be used for ALF may be coded and signaled to the video decoding apparatus.
  • the reconstruction block filtered through the deblocking filter 182, the SAO filter 184, and the ALF 186 is stored in the memory 190.
  • the reconstructed picture can be used as a reference picture for inter-prediction of blocks in the picture to be encoded later.
  • FIG. 5 is an exemplary block diagram of a video decoding apparatus capable of implementing the techniques of this disclosure.
  • a video decoding device and sub-elements of the device will be described.
  • the image decoding apparatus includes an entropy decoding unit 510, a rearrangement unit 515, an inverse quantization unit 520, an inverse transform unit 530, a prediction unit 540, an adder 550, a loop filter unit 560, and a memory ( 570) may be configured.
  • each component of the image decoding device may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • the function of each component may be implemented as software, and the microprocessor may be implemented to execute the software function corresponding to each component.
  • the entropy decoding unit 510 determines a current block to be decoded by extracting information related to block division by decoding the bitstream generated by the video encoding apparatus, and provides prediction information and residual signals necessary for restoring the current block. extract information, etc.
  • the entropy decoding unit 510 determines the size of the CTU by extracting information about the CTU size from a sequence parameter set (SPS) or a picture parameter set (PPS), and divides the picture into CTUs of the determined size. Then, the CTU is divided using the tree structure by determining the CTU as the top layer of the tree structure, that is, the root node, and extracting division information for the CTU.
  • SPS sequence parameter set
  • PPS picture parameter set
  • a first flag (QT_split_flag) related to splitting of QT is first extracted and each node is split into four nodes of a lower layer.
  • QT_split_flag a second flag related to splitting of MTT and split direction (vertical / horizontal) and / or split type (binary / ternary) information are extracted and the corresponding leaf node is MTT split into structures Accordingly, each node below the leaf node of QT is recursively divided into a BT or TT structure.
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the CU is split is first extracted, and when the corresponding block is split, a first flag (QT_split_flag) is extracted.
  • each node may have zero or more iterative MTT splits after zero or more repetitive QT splits.
  • the CTU may immediately undergo MTT splitting, or conversely, only QT splitting may occur multiple times.
  • a first flag (QT_split_flag) related to QT splitting is extracted and each node is split into four nodes of a lower layer. And, for a node corresponding to a leaf node of QT, a split flag (split_flag) indicating whether to further split into BTs and split direction information are extracted.
  • the entropy decoding unit 510 determines a current block to be decoded by using tree structure partitioning, it extracts information about a prediction type indicating whether the current block is intra-predicted or inter-predicted.
  • the prediction type information indicates intra prediction
  • the entropy decoding unit 510 extracts syntax elements for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block.
  • the prediction type information indicates inter prediction
  • the entropy decoding unit 510 extracts syntax elements for the inter prediction information, that is, information indicating a motion vector and a reference picture to which the motion vector refers.
  • the entropy decoding unit 510 extracts quantization-related information and information about quantized transform coefficients of the current block as information about the residual signal.
  • the reordering unit 515 converts the sequence of 1-dimensional quantized transform coefficients entropy-decoded in the entropy decoding unit 510 into a 2-dimensional coefficient array (ie, in the reverse order of the coefficient scanning performed by the image encoding apparatus). block) can be changed.
  • the inverse quantization unit 520 inverse quantizes the quantized transform coefficients and inverse quantizes the quantized transform coefficients using a quantization parameter.
  • the inverse quantization unit 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to the two-dimensionally arranged quantized transform coefficients.
  • the inverse quantization unit 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from the image encoding device to a 2D array of quantized transformation coefficients.
  • the inverse transform unit 530 inversely transforms the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to restore residual signals, thereby generating a residual block for the current block.
  • the inverse transform unit 530 inverse transforms only a partial region (subblock) of a transform block, a flag (cu_sbt_flag) indicating that only a subblock of the transform block has been transformed, and direction information (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag) of the transform block ) and/or the location information (cu_sbt_pos_flag) of the subblock, and inversely transforms the transform coefficients of the corresponding subblock from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual signals. By filling , the final residual block for the current block is created.
  • the inverse transform unit 530 determines transform functions or transform matrices to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using MTS information (mts_idx) signaled from the video encoding device, and uses the determined transform functions. Inverse transform is performed on the transform coefficients in the transform block in the horizontal and vertical directions.
  • the prediction unit 540 may include an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544 .
  • the intra prediction unit 542 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction
  • the inter prediction unit 544 is activated when the prediction type of the current block is inter prediction.
  • the intra prediction unit 542 determines the intra prediction mode of the current block among a plurality of intra prediction modes from the syntax element for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and references the current block according to the intra prediction mode.
  • the current block is predicted using pixels.
  • the inter prediction unit 544 determines the motion vector of the current block and the reference picture referred to by the motion vector by using the syntax element for the inter prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and converts the motion vector and the reference picture. to predict the current block.
  • the adder 550 restores the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit and the prediction block output from the inter prediction unit or intra prediction unit. Pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting a block to be decoded later.
  • the loop filter unit 560 may include a deblocking filter 562, an SAO filter 564, and an ALF 566 as in-loop filters.
  • the deblocking filter 562 performs deblocking filtering on boundaries between reconstructed blocks in order to remove blocking artifacts generated by block-by-block decoding.
  • the SAO filter 564 and the ALF 566 perform additional filtering on the reconstructed block after deblocking filtering to compensate for the difference between the reconstructed pixel and the original pixel caused by lossy coding.
  • ALF filter coefficients are determined using information on filter coefficients decoded from the non-stream.
  • the reconstruction block filtered through the deblocking filter 562, the SAO filter 564, and the ALF 566 is stored in the memory 570.
  • the reconstructed picture is used as a reference picture for inter-prediction of blocks in the picture to be encoded later.
  • This embodiment relates to encoding and decoding of images (video) as described above. More specifically, a template-based intra mode derivation (TIMD) method of luma components is extended to intra prediction of chroma components, but a video coding method using a TIMD method for chroma components with reduced complexity, and provide the device.
  • a template-based intra mode derivation (TIMD) method of luma components is extended to intra prediction of chroma components, but a video coding method using a TIMD method for chroma components with reduced complexity, and provide the device.
  • the following embodiments may be performed by the intra prediction unit 122 in a video encoding device. Also, it may be performed by the intra prediction unit 542 in the video decoding device.
  • the video encoding apparatus may generate signaling information related to the present embodiment in terms of bit rate distortion optimization in encoding of the current block.
  • the image encoding device may encode the image using the entropy encoding unit 155 and transmit it to the image decoding device.
  • the video decoding apparatus may decode signaling information related to decoding of the current block from the bitstream using the entropy decoding unit 510 .
  • 'target block' may be used in the same meaning as a current block or a coding unit (CU), or may mean a partial region of a coding unit.
  • a value of one flag being true indicates a case in which the flag is set to 1.
  • a false value of one flag indicates a case in which the flag is set to 0.
  • the intra prediction mode of a luma block has 65 subdivided directional modes (ie, 2 to 66) in addition to the non-directional mode (ie, Planar and DC), as illustrated in FIG. 3A.
  • the 65 directional modes, Planar and DC, are collectively referred to as 67 IPMs.
  • the chroma block may also use the intra prediction of the subdivided directional mode in a limited manner.
  • various directional modes other than horizontal and vertical directions that can be used by a luma block cannot always be used.
  • the prediction mode of the current chroma block must be set to Direct Mode (DM). By setting the DM mode in this way, the current chroma block can use a directionality mode other than the horizontal and vertical luma blocks.
  • DM Direct Mode
  • intra prediction modes that are used most frequently or that are most basically used to maintain image quality include planar, DC, vertical, horizontal, and DM.
  • the intra prediction mode of the luma block spatially corresponding to the current chroma block is used as the intra prediction mode of the chroma block.
  • the video encoding apparatus may signal whether the intra prediction mode of the chroma block is DM to the video decoding apparatus. At this time, there may be several methods for transferring the DM to the video decoding device. For example, the video encoding apparatus may indicate whether it is a DM by setting intra_chroma_pred_mode, which is information for indicating the intra prediction mode of a chroma block, to a specific value and then transmitting the data to the video decoding apparatus.
  • intra_chroma_pred_mode which is information for indicating the intra prediction mode of a chroma block
  • the video encoding apparatus determines the intra prediction mode of the chroma block according to Table 1. IntraPredModeC can be set.
  • intra_chroma_pred_mode and IntraPredModeC which are information related to the intra prediction mode of a chroma block, they are expressed as a chroma intra prediction mode indicator and a chroma intra prediction mode, respectively.
  • lumaIntraPredMode is an intra prediction mode (hereinafter referred to as 'luma intra prediction mode') of a luma block corresponding to the current chroma block.
  • lumaIntraPredMode represents one of the prediction modes illustrated in FIG. 3A.
  • lumaIntraPredMode 0 indicates Planar prediction mode
  • lumaIntraPredMode 1 indicates DC prediction mode.
  • Cases in which lumaIntraPredMode is 18, 50, and 66 represent directional modes referred to as horizontal, vertical, and VDIA, respectively.
  • the video decoding apparatus parses cclm_mode_flag indicating whether to use a cross-component linear model (CCLM) mode. If cclm_mode_flag is set to 1 and the CCLM mode is used, the video decoding apparatus parses cclm_mode_idx indicating the CCLM mode. At this time, one of three modes may be indicated as the CCLM mode according to the value of cclm_mode_idx. On the other hand, when cclm_mode_flag is 0 and the CCLM mode is not used, the video decoding apparatus parses intra_chroma_pred_mode indicating the intra prediction mode as described above.
  • CCLM cross-component linear model
  • the image decoding apparatus determines an area within the luma image (hereinafter, 'corresponding luma area') corresponding to the current chroma block.
  • left reference pixels and upper reference pixels of the corresponding luma area and left reference pixels and upper reference pixels of the target chroma block may be used.
  • the left reference pixels and the top reference pixels are combined to obtain reference pixels and neighboring pixels. Or expressed in adjacent pixels.
  • reference pixels of a chroma channel are represented as chroma reference pixels
  • reference pixels of a luma channel are represented as luma reference pixels.
  • a predictor of a target chroma block is obtained by deriving a linear model between reference pixels of a corresponding luma region and reference pixels of a chroma block, and then applying the corresponding linear model to reconstructed pixels of the corresponding luma region.
  • a prediction block is generated. For example, four pairs of pixels obtained by combining pixels in neighboring pixel lines of the current chroma block and pixels in a corresponding luma region may be used to derive a linear model.
  • the image decoding apparatus may derive ⁇ and ⁇ representing a linear model as shown in Equation 1 for four pairs of pixels.
  • the video decoding apparatus generates a predictor pred C (i, j) of the current chroma block from the pixel value rec' L (i, j) of the corresponding luma region using a linear model. can do.
  • the CCLM mode is classified into three modes, CCLM_LT, CCLM_L, and CCLM_T, according to the positions of neighboring pixels used in the linear model derivation process.
  • the CCLM_LT mode uses two pixels in each direction among neighboring pixels adjacent to the left and top of the current chroma block.
  • the CCLM_L mode uses 4 pixels among neighboring pixels adjacent to the left side of the current chroma block.
  • the CCLM_T mode uses 4 pixels among neighboring pixels adjacent to the top of the current chroma block.
  • the most probable mode (MPM) technique uses intra prediction modes of neighboring blocks when intra prediction of a current block is performed.
  • the video encoding apparatus generates an MPM list to include intra prediction modes derived from predefined positions spatially adjacent to a current block.
  • the video encoding apparatus may transmit intra_luma_mpm_flag, which is a flag indicating whether to use the MPM list, to the video decoding apparatus. If intra_luma_mpm_flag does not exist, it is inferred as 1.
  • the video encoding apparatus may improve encoding efficiency of the intra prediction mode by transmitting an MPM index, intra_luma_mpm_idx, instead of the index of the prediction mode.
  • This embodiment proposes a method of reducing complexity while extending a template-based intra mode derivation (TIMD) method of luma components to intra prediction of chroma components.
  • TMD template-based intra mode derivation
  • the video encoding apparatus determines the candidate mode list of the chroma component by using the method of generating the candidate mode list of the existing chroma component, and for each candidate mode in the candidate mode list of the determined chroma component.
  • TIMD method is applied to determine the optimal mode. That is, the video encoding apparatus generates a prediction template by applying the directionality of the corresponding mode or the intra prediction method of the corresponding mode to reference samples of the template for each candidate mode in the candidate mode list of the chroma component.
  • the image encoding apparatus calculates the sum of absolute transformed differences (SATD) between the samples of the generated prediction template and the samples of the already reconstructed template, and the sum of the calculated absolute transform differences is the smallest.
  • the mode is determined as an intra mode of the current chroma component block selected according to the TIMD method for chroma components.
  • SATD is a method of calculating SAD (Sum of Absolute Differences) after converting samples to be compared into samples in the frequency domain.
  • the chroma component represents a Cb component or a Cr component.
  • 'candidate mode lists of chroma components', 'chroma candidate mode lists' and 'candidate mode lists' may be used interchangeably.
  • the video decoding apparatus When the video encoding apparatus determines the intra mode of the current chroma component block using the TIMD method, the video decoding apparatus performs the same process as the video encoding apparatus. That is, the video decoding apparatus constructs a candidate mode list of chroma components and determines an optimal mode by applying the TIMD method to all candidate modes in the candidate mode list of the generated chroma component. Accordingly, the complexity of the image decoding apparatus may increase.
  • Embodiment 1 proposes a method of reducing the complexity of an image decoding apparatus using a TIMD method for a chroma component by proposing a syntax structure as shown in Table 3.
  • sps_chroma_timd_flag which is a syntax indicating whether the TIMD method for chroma components is used, is specified to be transmitted/parsed at the Sequence Parameter Set (SPS) level, but is not necessarily limited thereto. Syntax indicating whether or not the TIMD method is used for chroma components can be transmitted/parsed at an arbitrary level such as a slice header, a tile, a picture parameter set (PPS), a picture header, and the like.
  • SPS Sequence Parameter Set
  • chroma_timd_flag a syntax indicating whether the current chroma component block uses the TIMD method, sent/parsed.
  • chroma_timd_flag false, that is, when the current chroma component block does not use the TIMD method, the mode of the current chroma component block is determined using the intra mode transmission/parsing method of the existing chroma component.
  • chroma_timd_flag is true, that is, if the current chroma component block uses the TIMD method, cclm_flag, which is a syntax indicating whether to use a cross-component linear model (CCLM), is transmitted/parsed.
  • the mode for the current chroma block is derived by applying the TIMD method to the LT_CCLM mode using the top and left neighboring samples, the T_CCLM mode using the top neighboring samples, and the L_CCLM mode using the left neighboring samples.
  • the mode for the current chroma component block is derived by applying the TIMD method to the candidate modes in the candidate mode list generated based on the directional mode.
  • the mode of the current chroma component block is determined using the intra mode transmission/parsing method of the existing chroma component.
  • the candidate modes to which the TIMD method is applied are divided into two candidate mode groups (normal direction mode group and CCLM mode group) using cclm_flag indicating whether CCLM is used or not. Separated. Then, the TIMD method is applied by selecting one of the two candidate mode groups. That is, the TIMD method for the existing chroma component determines an optimal mode by applying the TIMD method to all chroma candidate modes in the generated candidate mode list when the current chroma component block uses the TIMD method.
  • the method according to the present embodiment divides the candidate modes in the generated candidate mode list into two candidate mode groups, selects one candidate mode group based on whether CCLM is used, and then assigns a candidate mode in the selected candidate mode group.
  • the TIMD method is applied to Therefore, since the method according to the present embodiment applies the TIMD method to a smaller number of candidate modes than the conventional method, the complexity of the video decoding apparatus can be reduced.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a TIMD method for a chroma component performed by an image encoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image encoding apparatus generates a candidate mode list of chroma components for the current chroma component block (S700).
  • the image encoding apparatus may generate a candidate mode list of chroma components according to Embodiment 2 to be described later.
  • the image encoding apparatus determines an optimal first mode by performing intra prediction on the current chroma component block (S702).
  • the video encoding apparatus may determine the first mode in terms of bit rate distortion optimization.
  • the video encoding apparatus determines an optimal second mode by applying the TIMD method to the modes in the candidate mode list (S704).
  • the video encoding apparatus may determine the second mode in terms of bit rate distortion optimization.
  • the video encoding apparatus checks whether the first mode is optimal for the second mode (S706).
  • the video encoding apparatus determines the first mode as a mode for the current chroma component block (S708) and sets the aforementioned chroma_timd_flag to false (S710) to obtain the TIMD method for the current chroma component block. Indicates whether or not to use Thereafter, the video encoding apparatus encodes intra mode information and chroma_timd_flag related to the first mode.
  • the video encoding apparatus determines the second mode as a mode for the current chroma component block (S720), sets the aforementioned chroma_timd_flag to true (S722), and calculates the TIMD method for the current chroma component block. Indicates whether or not to use
  • the video encoding device checks whether the second mode is included in the CCLM modes (S724).
  • the CCLM modes include LT_CCLM mode using upper and left peripheral samples, T_CCLM mode using upper peripheral samples, and L_CCLM mode using left peripheral samples.
  • the video encoding apparatus sets the aforementioned cclm_flag to true (S726) to indicate the use of CCLM for the current chroma component block.
  • the video encoding apparatus sets the aforementioned cclm_flag to false (S728) to indicate use of the directional mode for the current chroma component block.
  • the video encoding device encodes chroma_timd_flag and cclm_flag.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a TIMD method for a chroma component performed by an image decoding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image decoding apparatus generates a candidate mode list of chroma components for the current chroma component block (S800).
  • the video decoding apparatus may generate a candidate mode list of chroma components according to Embodiment 2 to be described later.
  • the video decoding apparatus checks whether the TIMD method is used for the current chroma component block (S802). For example, the video decoding apparatus may check whether the TIMD method is used for the current chroma component block by parsing the aforementioned chroma_timd_flag from the bitstream.
  • the video decoding apparatus parses the intra mode information of the chroma component from the bitstream and uses the parsed intra mode information to obtain the current chroma component block as in the conventional method. It determines the mode for (S804).
  • the intra mode information may be an index indicating an intra mode of the current chroma component block.
  • the video decoding apparatus checks whether CCLM is used (S806). For example, the video decoding apparatus may check whether CCLM is used for the current chroma component block by parsing the aforementioned cclm_flag from the bitstream.
  • the video decoding apparatus determines an optimal mode for the current chroma component block by applying the TIMD method to the CCLM modes in the candidate mode list (S808).
  • the CCLM modes include LT_CCLM mode using upper and left peripheral samples, T_CCLM mode using upper peripheral samples, and L_CCLM mode using left peripheral samples.
  • the optimal mode for the current chroma component block is determined by applying the TIMD method to the directional modes in the candidate mode list (S810).
  • the video decoding apparatus may determine an intra mode of the current chroma component block.
  • Embodiment 1 proposes a method of reducing the complexity of the video decoding apparatus by limiting the number of candidate modes to which the TIMD method for chroma components is applied in the video decoding apparatus using cclm_flag.
  • a candidate mode list for an intra mode of an existing chroma component block is constructed using direct mode (DM), default mode (planar, DC, vertical, horizontal), and CCLM mode.
  • DM direct mode
  • default mode planar, DC, vertical, horizontal
  • CCLM mode CCLM mode
  • Embodiment 2 proposes a method of efficiently constructing a candidate mode list of chroma components for conventional chroma component coding in addition to TIMD for chroma components.
  • Example 2-1> Constructing a chroma candidate mode list using a luma component MPM list construction method
  • This embodiment proposes a method of constructing a chroma candidate mode list using the same method as the method of constructing an MPM list of a luma component.
  • the video decoding apparatus first adds the direct mode and the CCLM mode to the chroma candidate mode list in consideration of the characteristics of the chroma component block, and then configures the chroma candidate mode list by applying the MPM list construction method of the luma component to the directional mode. .
  • FIG. 9 is an exemplary diagram illustrating a current chroma block and its neighboring blocks.
  • upper blocks (AL, A1, A2, A3, A4, and A5) and left blocks (L1, L2, L3, L4, and L5) of the current block are the minimum unit including intra mode information. represents blocks.
  • the video decoding apparatus constructs a chroma candidate mode list using intra mode information of the upper right A4 block and intra mode information of the lower left L4 block.
  • a redundancy check is performed in the same way as the method of constructing the MPM list of the luma component, and then modes that do not overlap may be added to the chroma candidate mode list.
  • the size of the chroma candidate mode list that is, the number of candidates included in the chroma candidate mode list may be arbitrarily determined.
  • the size of the chroma candidate mode list is large, coding efficiency increases but complexity also increases.
  • the size of the chroma candidate mode list is small, complexity decreases but coding efficiency also decreases. Accordingly, the size of an appropriate chroma candidate mode list may be arbitrarily determined in consideration of encoding efficiency and complexity.
  • Example 2-2> Constructing a chroma candidate mode list based on neighboring blocks
  • This embodiment proposes a method of constructing a chroma candidate mode list using intra mode information of neighboring blocks around a current chroma block.
  • the video decoding apparatus first adds the direct mode and the CCLM mode to the chroma candidate mode list in consideration of the characteristics of the chroma component block, and then configures the chroma candidate mode list using intra mode information of neighboring blocks of the current chroma component block. do.
  • the video decoding apparatus searches neighboring blocks of a current block according to a preset order and constructs a chroma candidate mode list using an intra mode of the searched block.
  • the search order may be determined in an arbitrary order, and the size of the chroma candidate mode list may be arbitrarily determined.
  • a redundancy check is performed, and then a non-redundant mode is added to the chroma candidate mode list.
  • the size of a suitable chroma candidate mode list may be arbitrarily determined in consideration of encoding efficiency and complexity.
  • the chroma candidate mode list is constructed using a preset default mode.
  • the default mode may be arbitrarily determined.
  • Embodiment 2 The two methods proposed in Embodiment 2, that is, the method of constructing a chroma candidate mode list using the method of constructing an MPM list of luma components and the method of constructing a chroma candidate mode list based on neighboring blocks, both construct a chroma component
  • direct mode and CCLM mode are added to the beginning of the chroma candidate mode list.
  • the remaining part of the chroma candidate mode list is configured by selecting an arbitrary method among the method of Example 2-1 and the method of Example 2-1.
  • the method for constructing the candidate mode list of chroma components according to the second embodiment may be selected and applied using any one of the following three methods.
  • the three methods include i) template-based intra mode derivation method for chroma components, ii) intra coding of existing chroma components, and iii) template-based intra mode derivation method for chroma components and intra coding of existing chroma components.
  • the third method may be applied, for example, when chroma_timd_flag is used.
  • Example 3 Combination of Example 1 and Example 2
  • Embodiment 1 proposes a method for reducing the complexity of an image decoding apparatus for a TIMD method for a chroma component.
  • the complexity of the video decoding apparatus is reduced, but coding efficiency can be reduced at the same time.
  • Embodiment 2 proposes a method for constructing a candidate mode list of chroma components to increase the coding efficiency of conventional chroma component coding in addition to the TIMD method for chroma components.
  • Embodiment 3 proposes a method of combining the method of Embodiment 1 and the method of Embodiment 2.
  • Embodiment 3 uses the method of Embodiment 2 to configure a chroma candidate mode list for conventional chroma component encoding in addition to the TIMD method for chroma components.
  • Embodiment 3 uses a method for reducing the complexity of the video decoding apparatus according to the TIMD method for chroma components proposed in Example 1 based on the configured chroma candidate mode list, thereby increasing encoding efficiency and at the same time video decoding apparatus complexity can be reduced.
  • Non-transitory recording media include, for example, all types of recording devices in which data is stored in a form readable by a computer system.
  • the non-transitory recording medium includes storage media such as an erasable programmable read only memory (EPROM), a flash drive, an optical drive, a magnetic hard drive, and a solid state drive (SSD).
  • EPROM erasable programmable read only memory
  • SSD solid state drive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법에 관한 개시로서, 본 실시예는, 루마 성분의 템플릿 기반 인트라 모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방법을 크로마 성분의 인트라 예측으로 확장하되, 복잡도가 감소된, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.

Description

크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도를 위한 방법
본 개시는 크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
비디오 데이터는 음성 데이터나 정지 영상 데이터 등에 비하여 많은 데이터량을 가지기 때문에, 압축을 위한 처리 없이 그 자체를 저장하거나 전송하기 위해서는 메모리를 포함하여 많은 하드웨어 자원을 필요로 한다.
따라서, 통상적으로 비디오 데이터를 저장하거나 전송할 때에는 부호화기를 사용하여 비디오 데이터를 압축하여 저장하거나 전송하며, 복호화기에서는 압축된 비디오 데이터를 수신하여 압축을 해제하고 재생한다. 이러한 비디오 압축 기술로는 H.264/AVC, HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 비롯하여, HEVC에 비해 약 30% 이상의 부호화 효율을 향상시킨 VVC(Versatile Video Coding)가 존재한다.
그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임률이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 부호화해야 하는 데이터량도 증가하고 있으므로 기존의 압축 기술보다 더 부호화 효율이 좋고 화질 개선 효과도 높은 새로운 압축 기술이 요구된다.
템플릿 기반 인트라 모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방법은 템플릿을 기반으로 현재블록에 대해 최적의 인트라 예측모드를 유도하는 기술이다. MPM(Most Probable Mode) 리스트 내의 모든 후보 모드들에 TIMD 방법을 적용하고 비교함으로써, 현재블록(부호화 단위(coding unit) 블록으로서, CU로도 명칭)에 대해 최적의 인트라 모드가 유도될 수 있다. TIMD 기술을 사용하여 유도된 모드는 현재블록을 위한 하나의 추가 모드로 사용될 수 있다. TIMD 방법에서 사용하는 현재블록의 주변 이웃하는 템플릿(template, L1×N과 M×L2), 및 예측 템플릿을 생성하기 위해 사용하는 템플릿의 참조(reference of the template)는 도 6에 예시된 바와 같다.
TIMD 방법은 MPM 리스트 내의 각 후보 모드에 대해 해당 모드의 방향성을 템플릿의 참조 화소들(reference pixels)에 적용하여 예측 템플릿을 생성한 후, 생성한 예측 템플릿의 화소들과 기복원된 템플릿의 화소들 간의 절대 변환 차이의 합(Sum of Absolute Transformed Differences, SATD)을 계산한다. MPM 리스트 내의 모든 후보 모드들 중 절대 변환 차이의 합이 가장 작은 모드가 TIMD 방법에 따라 선택된 현재블록의 인트라 모드이다.
전술한 바와 같은, 루마 성분의 부호화에서 사용하는 TIMD 방법이 크로마 성분의 부호화로 확장하여 사용될 수 있다. 크로마 성분을 위한 TIMD 방법은 루마 성분을 위한 TIMD 방법과 유사하게 현재 크로마 성분 블록의 주변 샘플들로 구성된 템플릿을 사용하여 인트라 모드를 유도한다. 크로마 성분을 위한 TIMD 방법은 현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하였는지 여부를 나타내는 부호화 단위 레벨 플래그(CU level flag)를 사용할 수 있다.
한편, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법은, 부호화 효율이 높지 않고 부호화 효율 대비 복잡도(특히, 복호화기의 복잡도)가 높다는 문제를 갖는다. 따라서, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 복잡도를 감소시킬 수 있는, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법이 고려될 필요가 있다.
본 개시는, 비디오 화질을 개선하고 비디오 부호화 효율을 향상시키기 위해, 루마 성분의 템플릿 기반 인트라 모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방법을 크로마 성분의 인트라 예측으로 확장하되, 복잡도가 감소된, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 유도하는 방법에 있어서, 상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성하는 단계; 상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 템플릿 기반 인트라 모드 유도(template-based intra mode derivation) 방법의 사용 여부를 확인하는 단계; 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 사용하는 경우, CCLM(cross-component linear model)의 사용 여부를 확인하는 단계; 상기 CCLM을 사용하는 경우, 상기 후보 모드 리스트 내 CCLM 모드들에 대해 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 적용하여 상기 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정하는 단계; 및 상기 CCLM을 사용하지 않는 경우, 상기 후보 모드 리스트 내 방향성 모드들에 대해 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 적용하여 상기 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 유도하는 방법에 있어서, 상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성하는 단계; 상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 인트라 예측을 수행하여 최적의 제1 모드를 결정하는 단계; 상기 후보 모드 리스트 내 모드들에 대해 템플릿 기반 인트라 모드 유도(template-based intra mode derivation) 방법을 수행하여 최적의 제2 모드를 결정하는 단계; 및 상기 제1 모드가 상기 제2 모드에 대해 최적인지를 확인하는 단계를 포함하되, 상기 제2 모드가 최적인 경우, 상기 제2 모드를 상기 현재 크로마 성분 블록에 대한 인트라 모드로 결정하고, 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그를 참으로 설정하는 단계; 및 상기 제2 모드가 CCLM(cross-component linear model) 모드들에 포함되는지 여부에 따라 CCLM 사용을 지시하는 플래그를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은, 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성하는 단계; 상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 인트라 예측을 수행하여 최적의 제1 모드를 결정하는 단계; 상기 후보 모드 리스트 내 모드들에 대해 템플릿 기반 인트라 모드 유도(template-based intra mode derivation) 방법을 수행하여 최적의 제2 모드를 결정하는 단계; 및 상기 제1 모드가 상기 제2 모드에 대해 최적인지를 확인하는 단계를 포함하되, 상기 제2 모드가 최적인 경우, 상기 제2 모드를 상기 현재 크로마 성분 블록에 대한 인트라 모드로 결정하고, 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그를 참으로 설정하는 단계; 및 상기 제2 모드가 CCLM(cross-component linear model) 모드들에 포함되는지 여부에 따라 CCLM 사용을 지시하는 플래그를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 루마 성분의 템플릿 기반 인트라 모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방법을 크로마 성분의 인트라 예측으로 확장하되, 복잡도가 감소된, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공함으로써, 비디오 부호화 효율을 향상시키고 비디오 화질을 개선하는 것이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 TIMD 방법에서 사용하는 현재블록의 주변 템플릿, 및 예측 템플릿을 생성하기 위해 사용하는 템플릿의 참조를 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 수행하는 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 수행하는 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 현재 크로마 블록과 그 주변 블록들을 나타내는 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 1의 도시를 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 부호화 장치는 픽처 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 재정렬부(150), 엔트로피 부호화부(155), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 루프 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
영상 부호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
하나의 영상(비디오)은 복수의 픽처들을 포함하는 하나 이상의 시퀀스로 구성된다. 각 픽처들은 복수의 영역으로 분할되고 각 영역마다 부호화가 수행된다. 예를 들어, 하나의 픽처는 하나 이상의 타일(Tile) 또는/및 슬라이스(Slice)로 분할된다. 여기서, 하나 이상의 타일을 타일 그룹(Tile Group)으로 정의할 수 있다. 각 타일 또는/슬라이스는 하나 이상의 CTU(Coding Tree Unit)로 분할된다. 그리고 각 CTU는 트리 구조에 의해 하나 이상의 CU(Coding Unit)들로 분할된다. 각 CU에 적용되는 정보들은 CU의 신택스로서 부호화되고, 하나의 CTU에 포함된 CU들에 공통적으로 적용되는 정보는 CTU의 신택스로서 부호화된다. 또한, 하나의 슬라이스 내의 모든 블록들에 공통적으로 적용되는 정보는 슬라이스 헤더의 신택스로서 부호화되며, 하나 이상의 픽처들을 구성하는 모든 블록들에 적용되는 정보는 픽처 파라미터 셋(PPS, Picture Parameter Set) 혹은 픽처 헤더에 부호화된다. 나아가, 복수의 픽처가 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 그리고, 하나 이상의 SPS가 공통으로 참조하는 정보들은 비디오 파라미터 셋(VPS, Video Parameter Set)에 부호화된다. 또한, 하나의 타일 또는 타일 그룹에 공통으로 적용되는 정보는 타일 또는 타일 그룹 헤더의 신택스로서 부호화될 수도 있다. SPS, PPS, 슬라이스 헤더, 타일 또는 타일 그룹 헤더에 포함되는 신택스들은 상위수준(high level) 신택스로 칭할 수 있다.
픽처 분할부(110)는 CTU(Coding Tree Unit)의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
픽처 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 CTU(Coding Tree Unit)들로 분할한 이후에, 트리 구조(tree structure)를 이용하여 CTU를 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다.
트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT), 또는 상위 노드가 1:2:1 비율로 세 개의 하위 노드로 분할되는 터너리트리(TernaryTree, TT), 또는 이러한 QT 구조, BT 구조 및 TT 구조 중 둘 이상을 혼용한 구조일 수 있다. 예컨대, QTBT(QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있고, 또는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 여기서, BTTT를 합쳐서 MTT(Multiple-Type Tree)라 지칭될 수 있다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달할 때까지 반복될 수 있다. QT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. QT의 리프 노드가 BT에서 허용되는 루트 노드의 최대 블록 크기(MaxBTSize)보다 크지 않은 경우, BT 구조 또는 TT 구조 중 어느 하나 이상으로 더 분할될 수 있다. BT 구조 및/또는 TT 구조에서는 복수의 분할 방향이 존재할 수 있다. 예컨대, 해당 노드의 블록이 가로로 분할되는 방향과 세로로 분할되는 방향 두 가지가 존재할 수 있다. 도 2의 도시와 같이, MTT 분할이 시작되면, 노드들이 분할되었는지 여부를 지시하는 제2 플래그(mtt_split_flag)와, 분할이 되었다면 추가적으로 분할 방향(vertical 혹은 horizontal)을 나타내는 플래그 및/또는 분할 타입(Binary 혹은 Ternary)을 나타내는 플래그가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
대안적으로, 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)를 부호화하기에 앞서, 그 노드가 분할되는지 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)가 부호화될 수도 있다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할되지 않았음을 지시하는 경우, 해당 노드의 블록이 분할 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 되어 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할됨을 지시하는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 방식으로 제1 플래그부터 부호화를 시작한다.
트리 구조의 다른 예시로서 QTBT가 사용되는 경우, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. BT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 블록으로 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할되는 타입을 지시하는 분할 타입 정보가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 한편, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태에는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태가 포함될 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태가 포함될 수도 있다.
CU는 CTU로부터의 QTBT 또는 QTBTTT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBTTT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다. QTBTTT 분할의 채용에 따라, 현재블록의 모양은 정사각형뿐만 아니라 직사각형일 수도 있다.
예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다.
일반적으로, 픽처 내 현재블록들은 각각 예측적으로 코딩될 수 있다. 일반적으로 현재블록의 예측은 (현재블록을 포함하는 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인트라 예측 기술 또는 (현재블록을 포함하는 픽처 이전에 코딩된 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인터 예측 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 인터 예측은 단방향 예측과 양방향 예측 모두를 포함한다.
인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재한다. 예컨대, 도 3a에서 보는 바와 같이, 복수의 인트라 예측모드는 planar 모드와 DC 모드를 포함하는 2개의 비방향성 모드와 65개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.
직사각형 모양의 현재블록에 대한 효율적인 방향성 예측을 위해, 도 3b에 점선 화살표로 도시된 방향성 모드들(67 ~ 80번, -1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)이 추가로 사용될 수 있다. 이들은 "광각 인트라 예측모드들(wide angle intra-prediction modes)"로 지칭될 수 있다. 도 3b에서 화살표들은 예측에 사용되는 대응하는 참조샘플들을 가리키는 것이며, 예측 방향을 나타내는 것이 아니다. 예측 방향은 화살표가 가리키는 방향과 반대이다. 광각 인트라 예측모드들은 현재블록이 직사각형일 때 추가적인 비트 전송 없이 특정 방향성 모드를 반대방향으로 예측을 수행하는 모드이다. 이때 광각 인트라 예측모드들 중에서, 직사각형의 현재블록의 너비와 높이의 비율에 의해, 현재블록에 이용 가능한 일부 광각 인트라 예측모드들이 결정될 수 있다. 예컨대, 45도보다 작은 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(67 ~ 80번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 높이가 너비보다 작은 직사각형 형태일 때 이용 가능하고, -135도보다 큰 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(-1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 너비가 높이보다 큰 직사각형 형태일 때 이용 가능하다.
인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측모드들에 대한 비트율 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 비트율 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 비트율 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다.
인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측모드 중에서 하나의 인트라 예측모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측모드에 따라 결정되는 주변 픽셀(참조 픽셀)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측모드에 대한 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 인터 예측부(124)는 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(Motion Vector: MV)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 움직임벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는, 예측의 정확성을 높이기 위해, 참조픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 샘플 사이의 서브 샘플들은 그 두 정수 샘플을 포함한 연속된 복수의 정수 샘플들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조픽처에 대해서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)는 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도(Adaptive Motion Vector Resolution: AMVR)가 적용되는 경우 각 대상 영역에 적용할 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 대상 영역마다 시그널링되어야 한다. 예컨대, 대상 영역이 CU인 경우, 각 CU마다 적용된 움직임벡터 해상도에 대한 정보가 시그널링된다. 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 후술할 차분 움직임벡터의 정밀도를 나타내는 정보일 수 있다.
한편, 인터 예측부(124)는 양방향 예측(bi-prediction)을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 양방향 예측의 경우, 두 개의 참조픽처와 각 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록 위치를 나타내는 두 개의 움직임벡터가 이용된다. 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)로부터 각각 제1 참조픽처 및 제2 참조픽처를 선택하고, 각 참조픽처 내에서 현재블록과 유사한 블록을 탐색하여 제1 참조블록과 제2 참조블록을 생성한다. 그리고, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중 평균하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고 현재블록을 예측하기 위해 사용한 두 개의 참조픽처에 대한 정보 및 두 개의 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보를 부호화부(150)로 전달한다. 여기서, 참조픽처 리스트 0은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이전의 픽처들로 구성되고, 참조픽처 리스트 1은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이후의 픽처들로 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 순서 상으로 현재 픽처 이후의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 0에 추가로 더 포함될 수 있고, 역으로 현재 픽처 이전의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 1에 추가로 더 포함될 수도 있다.
움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
예컨대, 현재블록의 참조픽처와 움직임벡터가 주변블록의 참조픽처 및 움직임벡터와 동일한 경우에는 그 주변블록을 식별할 수 있는 정보를 부호화함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 영상 복호화 장치로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 '머지 모드(merge mode)'라 한다.
머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다.
머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(A2) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 머지 후보로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 머지 후보로서 추가로 더 사용될 수 있다. 이상에서 기술된 방법에 의해 선정된 머지 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 머지 후보에 추가한다.
인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기 결정된 개수의 머지 후보를 포함하는 머지 리스트를 구성한다. 머지 리스트에 포함된 머지 후보들 중에서 현재블록의 움직임정보로서 사용할 머지 후보를 선택하고 선택된 후보를 식별하기 위한 머지 인덱스 정보를 생성한다. 생성된 머지 인덱스 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
머지 스킵(merge skip) 모드는 머지 모드의 특별한 경우로서, 양자화를 수행한 후, 엔트로피 부호화를 위한 변환 계수가 모두 영(zero)에 가까울 때, 잔차신호의 전송 없이 주변블록 선택 정보만을 전송한다. 머지 스킵 모드를 이용함으로써, 움직임이 적은 영상, 정지 영상, 스크린 콘텐츠 영상 등에서 상대적으로 높은 부호화 효율을 달성할 수 있다.
이하, 머지 모드와 머지 스킵 모드를 통칭하여, 머지/스킵 모드로 나타낸다.
움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드이다.
AMVP 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 4에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(A0), 좌하단블록(A1), 상단블록(B0), 우상단블록(B1), 및 좌상단블록(A2) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(collocated block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 사용될 수 있다. 이상에서 기술된 방법에 의해 움직임벡터 후보의 개수가 기설정된 개수보다 작으면, 0 벡터를 움직임벡터 후보에 추가한다.
인터 예측부(124)는 이 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 현재블록의 움직임벡터로부터 예측 움직임벡터를 감산하여 차분 움직임벡터를 산출한다.
예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 기 정의된 함수(예컨대, 중앙값, 평균값 연산 등)를 적용하여 구할 수 있다. 이 경우, 영상 복호화 장치도 기 정의된 함수를 알고 있다. 또한, 예측 움직임벡터 후보를 유도하기 위해 사용하는 주변블록은 이미 부호화 및 복호화가 완료된 블록이므로 영상 복호화 장치도 그 주변블록의 움직임벡터도 이미 알고 있다. 그러므로 영상 부호화 장치는 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보를 부호화할 필요가 없다. 따라서, 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보와 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보가 부호화된다.
한편, 예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나를 선택하는 방식으로 결정될 수도 있다. 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보와 함께, 선택된 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보가 추가로 부호화된다.
감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.
변환부(140)는 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차블록 내의 잔차신호를 주파수 도메인의 변환 계수로 변환한다. 변환부(140)는 잔차블록의 전체 크기를 변환 단위로 사용하여 잔차블록 내의 잔차신호들을 변환할 수 있으며, 또는 잔차블록을 복수 개의 서브블록으로 분할하고 그 서브블록을 변환 단위로 사용하여 변환을 할 수도 있다. 또는, 변환 영역 및 비변환 영역인 두 개의 서브블록으로 구분하여, 변환 영역 서브블록만 변환 단위로 사용하여 잔차신호들을 변환할 수 있다. 여기서, 변환 영역 서브블록은 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:1의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록 중 하나일 수 있다. 이런 경우, 서브블록 만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. 또한, 변환 영역 서브블록의 크기는 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:3의 크기 비율을 가질 수 있으며, 이런 경우 해당 분할을 구분하는 플래그(cu_sbt_quad_flag)가 추가적으로 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 행렬이 사용될 수 있다. 예컨대, 가로 방향 변환과 세로 방향 변환을 위한 변환 함수의 쌍을 MTS(Multiple Transform Set)로 정의할 수 있다. 변환부(140)는 MTS 중 변환 효율이 가장 좋은 하나의 변환 함수 쌍을 선택하고 가로 및 세로 방향으로 각각 잔차블록을 변환할 수 있다. MTS 중에서 선택된 변환 함수 쌍에 대한 정보(mts_idx)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화 파라미터를 이용하여 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화부(155)로 출력한다. 양자화부(145)는, 어떤 블록 혹은 프레임에 대해, 변환 없이, 관련된 잔차 블록을 곧바로 양자화할 수도 있다. 양자화부(145)는 변환블록 내의 변환 계수들의 위치에 따라 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 2차원으로 배열된 양자화된 변환 계수들에 적용되는 양자화 행렬은 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.
재정렬부(150)는 계수 스캐닝(coefficient scanning)을 이용하여 2차원의 계수 어레이를 1차원의 계수 시퀀스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(150)에서는 지그-재그 스캔(zig-zag scan) 또는 대각선 스캔(diagonal scan)을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원의 계수 시퀀스를 출력할 수 있다. 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 계수 어레이를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔, 대각선 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중에서 사용될 스캔 방법이 결정될 수도 있다.
엔트로피 부호화부(155)는, CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code), 지수 골롬(Exponential Golomb) 등의 다양한 부호화 방식을 사용하여, 재정렬부(150)로부터 출력된 1차원의 양자화된 변환 계수들의 시퀀스를 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다.
또한, 엔트로피 부호화부(155)는 블록 분할과 관련된 CTU size, CU 분할 플래그, QT 분할 플래그, MTT 분할 타입, MTT 분할 방향 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보(즉, 인트라 예측모드에 대한 정보) 또는 인터 예측정보(움직임 정보의 부호화 모드(머지 모드 또는 AMVP 모드), 머지 모드의 경우 머지 인덱스, AMVP 모드의 경우 참조픽처 인덱스 및 차분 움직임벡터에 대한 정보)를 부호화한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 양자화와 관련된 정보, 즉, 양자화 파라미터에 대한 정보 및 양자화 행렬에 대한 정보를 부호화한다.
역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.
가산부(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀로서 사용된다.
루프(loop) 필터부(180)는 블록 기반의 예측 및 변환/양자화로 인해 발생하는 블록킹 아티팩트(blocking artifacts), 링잉 아티팩트(ringing artifacts), 블러링 아티팩트(blurring artifacts) 등을 줄이기 위해 복원된 픽셀들에 대한 필터링을 수행한다. 필터부(180)는 인루프(in-loop) 필터로서 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.
디블록킹 필터(182)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 필터링하고, SAO 필터(184) 및 alf(186)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184) 및 alf(186)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터이다. SAO 필터(184)는 CTU 단위로 오프셋을 적용함으로써 주관적 화질뿐만 아니라 부호화 효율도 향상시킨다. 이에 비하여 ALF(186)는 블록 단위의 필터링을 수행하는데, 해당 블록의 에지 및 변화량의 정도를 구분하여 상이한 필터를 적용하여 왜곡을 보상한다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
디블록킹 필터(182), SAO 필터(184) 및 ALF(186)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(190)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 영상 복호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510), 재정렬부(515), 역양자화부(520), 역변환부(530), 예측부(540), 가산기(550), 루프 필터부(560) 및 메모리(570)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
엔트로피 복호화부(510)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보와 잔차신호에 대한 정보 등을 추출한다.
엔트로피 복호화부(510)는 SPS(Sequence Parameter Set) 또는 PPS(Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고, CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할정보를 추출함으로써 트리 구조를 이용하여 CTU를 분할한다.
예컨대, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 MTT의 분할과 관련된 제2 플래그(MTT_split_flag) 및 분할 방향(vertical / horizontal) 및/또는 분할 타입(binary / ternary) 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 MTT 구조로 분할한다. 이에 따라 QT의 리프 노드 이하의 각 노드들을 BT 또는 TT 구조로 반복적으로(recursively) 분할한다.
또 다른 예로서, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 CU의 분할 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)를 추출하고, 해당 블록이 분할된 경우, 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출할 수도 있다. 분할 과정에서 각 노드는 0번 이상의 반복적인 QT 분할 후에 0번 이상의 반복적인 MTT 분할이 발생할 수 있다. 예컨대, CTU는 바로 MTT 분할이 발생하거나, 반대로 다수 번의 QT 분할만 발생할 수도 있다.
다른 예로서, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT로 더 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할 방향 정보를 추출한다.
한편, 엔트로피 복호화부(510)는 트리 구조의 분할을 이용하여 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. 예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 요소를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.
또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화 관련된 정보, 및 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.
재정렬부(515)는, 영상 부호화 장치에 의해 수행된 계수 스캐닝 순서의 역순으로, 엔트로피 복호화부(510)에서 엔트로피 복호화된 1차원의 양자화된 변환계수들의 시퀀스를 다시 2차원의 계수 어레이(즉, 블록)로 변경할 수 있다.
역양자화부(520)는 양자화된 변환계수들을 역양자화하고, 양자화 파라미터를 이용하여 양자화된 변환계수들을 역양자화한다. 역양자화부(520)는 2차원으로 배열된 양자화된 변환계수들에 대해 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 역양자화부(520)는 영상 부호화 장치로부터 양자화 계수(스케일링 값)들의 행렬을 양자화된 변환계수들의 2차원 어레이에 적용하여 역양자화를 수행할 수 있다.
역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.
또한, 역변환부(530)는 변환블록의 일부 영역(서브블록)만 역변환하는 경우, 변환블록의 서브블록만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 서브블록의 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 서브블록의 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)를 추출하여, 해당 서브블록의 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환함으로써 잔차신호들을 복원하고, 역변환되지 않은 영역에 대해서는 잔차신호로 “0”값을 채움으로써 현재블록에 대한 최종 잔차블록을 생성한다.
또한, MTS가 적용된 경우, 역변환부(530)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 MTS 정보(mts_idx)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 각각 적용할 변환 함수 또는 변환 행렬을 결정하고, 결정된 변환 함수를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 변환블록 내의 변환계수들에 대해 역변환을 수행한다.
예측부(540)는 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(542)는 현재블록의 예측 타입이 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(544)는 현재블록의 예측 타입이 인터 예측일 때 활성화된다.
인트라 예측부(542)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 요소로부터 복수의 인트라 예측모드 중 현재블록의 인트라 예측모드를 결정하고, 인트라 예측모드에 따라 현재블록 주변의 참조 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다.
인터 예측부(544)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인터 예측모드에 대한 신택스 요소를 이용하여 현재블록의 움직임벡터와 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정하고, 움직임벡터와 참조픽처를 이용하여 현재블록을 예측한다.
가산기(550)는 역변환부로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부 또는 인트라 예측부로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀로서 활용된다.
루프 필터부(560)는 인루프 필터로서 디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)를 포함할 수 있다. 디블록킹 필터(562)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해, 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링한다. SAO 필터(564) 및 ALF(566)는 손실 부호화(lossy coding)으로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다.
디블록킹 필터(562), SAO 필터(564) 및 ALF(566)를 통해 필터링된 복원블록은 메모리(570)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조픽처로 사용된다.
본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 루마 성분의 템플릿 기반 인트라 모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방법을 크로마 성분의 인트라 예측으로 확장하되, 복잡도가 감소된, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 이용하는 비디오 코딩방법 및 장치를 제공한다.
이하의 실시예들은 영상 부호화 장치(video encoding device) 내 인트라 예측부(122)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치(video decoding device) 내 인트라 예측부(542)에 의해 수행될 수 있다.
영상 부호화 장치는, 현재블록의 부호화에 있어서, 비트율 왜곡 최적화 측면에서 본 실시예와 관련된 시그널링 정보를 생성할 수 있다. 영상 부호화 장치는 엔트로피 부호화부(155)를 이용하여 이를 부호화한 후, 영상 복호화 장치로 전송할 수 있다. 영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510)를 이용하여 비트스트림으로부터 현재블록의 복호화와 관련된 시그널링 정보를 복호화할 수 있다.
이하의 설명에서, '대상 블록'이라는 용어는 현재블록 또는 코딩유닛(Coding Unit, CU)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 또는 코딩유닛의 일부 영역을 의미할 수도 있다.
또한, 하나의 플래그의 값이 참이라는 것은 플래그가 1로 설정되는 경우를 나타낸다. 또한, 하나의 플래그의 값이 거짓이라는 것은 플래그가 0으로 설정되는 경우를 나타낸다.
I. 크로마 성분의 인트라 예측
인트라 예측을 사용하여 부호화 효율을 향상시키기 위해 여러 기술들이 도입된다.
VVC 기술에 있어서, 루마 블록의 인트라 예측모드는, 도 3a에 예시된 바와 같이, 비방향성 모드(즉, Planar 및 DC) 외에, 세분화된 65 개의 방향성 모드들(즉, 2 내지 66)을 갖는다. 65 개의 방향성 모드들, Planar 및 DC를 통칭하여 67 IPMs라고 한다.
한편, 루마 블록이 이용하는 예측 방향에 따라 크로마 블록도 이러한 세분화된 방향성 모드의 인트라 예측을 제한적으로 이용할 수 있다. 다만, 크로마 블록의 인트라 예측에서는, 수평 및 수직 방향 이외에 루마 블록이 이용할 수 있는 다양한 방향성 모드가 항상 이용될 수는 없다. 이러한 다양한 방향성 모드를 이용할 수 있으려면, 현재 크로마 블록의 예측모드가 직접 모드(Direct Mode, DM)로 설정되어야 한다. 이렇게 DM 모드로 설정함으로써, 현재 크로마 블록이 루마 블록의 수평 및 수직이 아닌 다른 방향성 모드를 이용할 수 있다.
크로마 블록의 부호화 시, 사용빈도가 높거나 화질 유지를 위하여 가장 기본적으로 이용하는 인트라 예측모드는 Planar, DC, 수직(Vertical), 수평(Horizontal), 및 DM을 포함한다. 이때, DM에서는, 현재 크로마 블록과 공간적으로 대응하는 루마 블록의 인트라 예측모드가 크로마 블록의 인트라 예측모드로 이용된다.
영상 부호화 장치는 영상 복호화 장치에게 크로마 블록의 인트라 예측모드가 DM인지 여부를 시그널링할 수 있다. 이때, 영상 복호화 장치로 DM을 전달하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 예컨대, 영상 부호화 장치는 크로마 블록의 인트라 예측모드를 지시(indication)하기 위한 정보인 intra_chroma_pred_mode를 특정값으로 설정한 후, 영상 복호화 장치로 전송함으로써 DM인지 여부를 지시할 수 있다.
크로마 블록이 인트라 예측모드로 부호화된 경우, 영상 부호화 장치는, 표 1에 따라 크로마 블록의 인트라 예측모드 IntraPredModeC를 설정(set)할 수 있다.
이하, 크로마 블록의 인트라 예측모드와 관련된 정보인 intra_chroma_pred_mode와 IntraPredModeC를 구별하기 위해, 각각 크로마 인트라 예측모드 지시자 및 크로마 인트라 예측모드로 표현한다.
Figure PCTKR2022020377-appb-img-000001
여기서, lumaIntraPredMode는 현재 크로마 블록에 대응하는 루마 블록의 인트라 예측모드(이하, '루마 인트라 예측모드')이다. lumaIntraPredMode는 도 3a에 예시된 예측모드들 중의 하나를 나타낸다. 예를 들어, 표 1에서, lumaIntraPredMode = 0은 Planar 예측모드를, lumaIntraPredMode = 1은 DC 예측모드를 가리킨다. lumaIntraPredMode가 18, 50 및 66의 경우는 각각 수평, 수직 및 VDIA로 지칭되는 방향성 모드를 나타낸다. 한편, intra_chroma_pred_mode = 0, 1, 2 및 3인 경우는 각각 Planar, 수직, 수평 및 DC 예측모드를 지시한다. intra_chroma_pred_mode = 4인 경우가 DM으로서, 크로마 인트라 예측모드인 IntraPredModeC 값은 lumaIntraPredMode 값과 동일하게 설정된다.
한편, 영상 복호화 장치에 의해 수행되는, 크로마 블록의 인트라 예측모드를 파싱하는 과정은 표 2와 같다.
Figure PCTKR2022020377-appb-img-000002
영상 복호화 장치는 교차 성분 선형 모델(Cross-Component Linear Model, CCLM) 모드의 사용 여부를 지시하는 cclm_mode_flag를 파싱한다. 만약 cclm_mode_flag가 1로서 CCLM 모드를 사용하는 경우, 영상 복호화 장치는 CCLM 모드를 지시하는 cclm_mode_idx를 파싱한다. 이때, cclm_mode_idx의 값에 따라, CCLM 모드는 세 가지 모드들 중 하나가 지시될 수 있다. 반면 cclm_mode_flag가 0으로서 CCLM 모드를 사용하지 않는 경우, 영상 복호화 장치는 전술한 바와 같이, 인트라 예측모드를 지시하는 intra_chroma_pred_mode를 파싱한다.
현재 크로마 블록의 인트라 예측을 위해 CCLM 모드가 적용된 경우, 영상 복호화 장치는 현재 크로마 블록에 대응하는(corresponding) 루마 영상 내의 영역(이하, '대응 루마 영역')을 확정한다. 선형 모델의 예측을 위해 대응 루마 영역의 좌측 참조 화소들과 상단 참조 화소들, 및 대상 크로마 블록의 좌측 참조 화소들과 상단 참조 화소들이 이용될 수 있다. 이하, 좌측 참조 화소들과 상단 참조 화소들을 통합하여 참조 화소들, 주변 화소들. 또는 인접 화소들로 표현한다. 또한, 크로마 채널의 참조 화소들을 크로마 참조 화소들로 나타내고, 루마 채널의 참조 화소들을 루마 참조 화소들로 나타낸다.
CCLM 예측에서는, 대응 루마 영역의 참조 화소들과 크로마 블록의 참조 화소들 간의 선형 모델을 유도한 후, 대응 루마 영역의 복원 화소들에 해당 선형 모델을 적용함으로써, 대상 크로마 블록의 예측자(predictor)인 예측블록이 생성된다. 예컨대, 현재 크로마 블록의 주변 화소 라인에 있는 화소들과 그에 대응하는 루마 영역에 있는 화소들이 결합된 네 쌍 화소들이 선형 모델의 유도에 이용될 수 있다. 영상 복호화 장치는, 네 쌍의 화소들에 대해 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 선형 모델을 표현하는 α, β를 유도할 수도 있다.
Figure PCTKR2022020377-appb-img-000003
여기서, 네 쌍의 화소들 중 대응 루마 화소들에 대해 Xa, Xb 각각은 2 개 최솟값의 평균값, 및 2 개 최댓값의 평균값을 나타낸다. 또한, 크로마 화소들에 대해 Ya, Yb 각각은 2 개 최솟값의 평균값, 및 2 개 최댓값의 평균값을 나타낸다. 이후, 영상 복호화 장치는, 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 선형 모델을 이용하여 대응 루마 영역의 화소값 rec'L(i,j)로부터 현재 크로마 블록의 예측자 predC(i,j)를 생성할 수 있다.
Figure PCTKR2022020377-appb-img-000004
한편, 전술한 바와 같이, CCLM 모드는 선형 모델의 유도 과정에 사용하는 주변 화소들의 위치에 따라 CCLM_LT, CCLM_L, 및 CCLM_T의 세 가지 모드로 구분된다. CCLM_LT 모드는, 현재 크로마 블록의 좌측과 상단에 인접한 주변 화소들 중 각 방향에서 2 개의 화소들을 이용한다. CCLM_L 모드는, 현재 크로마 블록의 좌측에 인접한 주변 화소들 중에서 4 개의 화소들을 이용한다. 마지막으로, CCLM_T 모드는, 현재 크로마 블록의 상단에 인접한 주변 화소들 중에서 4 개의 화소들을 이용한다.
MPM(Most Probable Mode) 기술은, 현재블록의 인트라 예측 시 주변 블록의 인트라 예측모드를 이용한다. 영상 부호화 장치는, 현재블록에 공간적으로 인접한 기정의된 위치들로부터 유도되는 인트라 예측모드들을 포함하도록 MPM 리스트를 생성한다. MPM 모드 적용 시, 영상 부호화 장치는 MPM 리스트의 사용 여부를 지시하는 플래그인 intra_luma_mpm_flag를 영상 복호화 장치로 전송할 수 있다. intra_luma_mpm_flag가 존재하지 않는 경우 1로 유추된다. 또한, 영상 부호화 장치는 예측모드의 인덱스를 대신하여 MPM 인덱스인 intra_luma_mpm_idx를 전송함으로써, 인트라 예측모드의 부호화 효율을 향상시킬 수 있다.
II. 본 발명에 따른 실시예들
본 실시예는 루마 성분의 템플릿 기반 인트라 모드 유도(Template-based Intra Mode Derivation, TIMD) 방법을 크로마 성분의 인트라 예측으로 확장하되, 복잡도를 감소시키는 방안을 제시한다. 이하, 편의에 따라 영상 부호화 장치 또는 영상 복호화 장치를 중심으로 기술된다. 하지만, 이하의 내용은 영상 부호화 장치 및 영상 복호화 장치에 유사하게 적용될 수 있다.
기존의 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 적용 시, 영상 부호화 장치는 기존 크로마 성분의 후보 모드 리스트 생성 방법을 이용하여 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 결정하고, 결정된 크로마 성분의 후보 모드 리스트 내의 각 후보 모드에 대해 TIMD 방법을 적용하여 최적의 모드를 결정한다. 즉, 영상 부호화 장치는 크로마 성분의 후보 모드 리스트 내의 각 후보 모드에 대해 해당 모드의 방향성 또는 해당 모드의 인트라 예측 방법을 템플릿의 참조 샘플들에 적용하여 예측 템플릿을 생성한다. 이후, 영상 부호화 장치는 생성한 예측 템플릿의 샘플들과 이미 복원된 템플릿의 샘플들 간의 절대 변환 차이의 합(Sum of Absolute Transformed Differences, SATD)을 계산하고, 계산된 절대 변환 차이의 합이 가장 작은 모드를 크로마 성분을 위한 TIMD 방법에 따라 선택된 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드로 결정한다. 여기서, SATD는 비교 대상 샘플들을 주파수 도메인 상의 샘플들로 변환한 후 SAD(Sum of Absolute Differences)를 산정하는 방법이다.
여기서, 크로마 성분은 Cb 성분 또는 Cr 성분을 나타낸다. 이하, '크로마 성분의 후보 모드 리트스', '크로마 후보 모드 리스트' 및 '후보 모드 리스트'는 호환적으로 사용될 수 있다.
영상 부호화 장치가 TIMD 방법을 사용하여 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정하면, 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치와 동일한 과정을 수행한다. 즉, 영상 복호화 장치는 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 구성하고, 생성된 크로마 성분의 후보 모드 리스트 내의 모든 후보 모드에 대해 TIMD 방법을 적용하여 최적의 모드를 결정한다. 따라서, 영상 복호화 장치의 복잡도가 증대될 수 있다.
<실시예 1> 복잡도를 고려한, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법
실시예 1은, 표 3과 같은 신택스 구조를 제안함으로써, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 이용하는 영상 복호화 장치의 복잡도를 감소시키는 방안을 제안한다.
Figure PCTKR2022020377-appb-img-000005
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 크로마 성분을 위한 TIMD 방법의 사용 유무를 나타내는 신택스인 sps_chroma_timd_flag가 SPS(Sequence Parameter Set) 레벨에서 전송/파싱하는 것으로 명시되나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 크로마 성분을 위한 TIMD 방법의 사용 유무를 나타내는 신택스는 슬라이스 헤더(slice header), 타일, PPS(Picture Parameter Set), 픽처 헤더(picture header) 등과 같은 임의의 레벨에서 전송/파싱될 수 있다.
표 3에 나타낸 바와 같이, sps_chroma_timd_flag가 참인 경우, 즉, 현재 크로마 성분의 부호화/복호화 시 크로마 성분을 위한 TIMD 방법이 사용되는 경우, 현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하는지 여부를 나타내는 신택스인 chroma_timd_flag가 전송/파싱된다. chroma_timd_flag가 거짓인 경우, 즉, 현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하는 않는 경우, 기존 크로마 성분의 인트라 모드 전송/파싱 방법을 사용하여 현재 크로마 성분 블록의 모드가 결정된다. 반면 chroma_timd_flag가 참인 경우, 즉 현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하는 경우, 교차 성분 선형 모델(Cross-Component Linear Model, CCLM)의 사용 여부를 나타내는 신택스인 cclm_flag가 전송/파싱된다.
현재 크로마 성분 블록이 CCLM을 사용하는 경우, 3 개의 CCLM 모드들, 즉, 상단 및 좌측 주변 샘플들을 이용하는 LT_CCLM 모드, 상단 주변 샘플들을 이용하는 T_CCLM 모드, 및 좌측 주변 샘플들을 이용하는 L_CCLM 모드에 대해 TIMD 방법을 적용하여 현재 크로마 블록에 대한 모드가 유도된다. 현재 크로마 블록이 CCLM을 사용하지 않는 경우, 방향성 모드를 기반으로 생성한 후보 모드 리스트 내의 후보 모드에 대해 TIMD 방법을 적용하여 현재 크로마 성분 블록에 대한 모드가 유도된다.
표 3에 나타낸 바와 같이, sps_chroma_timd_flag가 거짓인 경우, 기존 크로마 성분의 인트라 모드 전송/파싱 방법을 사용하여 현재 크로마 성분 블록의 모드가 결정된다.
표 3에 따른 방법에서, 현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하면 CCLM 사용 여부를 나타내는 cclm_flag를 사용하여 TIMD 방법을 적용할 후보 모드들이 2 개의 후보 모드 군(일반 방향성 모드 군과 CCLM 모드 군)으로 분리된다. 이후 2 개의 후보 모드 군들 중 하나의 후보 모드 군을 선택하여 TIMD 방법이 적용된다. 즉, 기존의 크로마 성분을 위한 TIMD 방법은, 현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하는 경우, 생성한 후보 모드 리스트 내의 모든 크로마 후보 모드에 대해 TIMD 방법을 적용하여 최적의 모드를 결정한다. 하지만, 본 실시예에 따른 방법은 생성한 후보 모드 리스트 내의 후보 모드를 2 개의 후보 모드 군으로 구분하고 CCLM의 사용 여부를 기반으로 하나의 후보 모드 군을 선택한 후, 선택한 후보 모드 군 내의 후보 모드에 대해 TIMD 방법을 적용한다. 따라서, 본 실시예에 따른 방법은 기존 방법에 비해 적은 수의 후보 모드들에 대해 TIMD 방법을 적용하므로 영상 복호화 장치의 복잡도를 감소시킬 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8의 도시를 이용하여, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 기술한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 부호화 장치가 수행하는 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 나타내는 순서도이다.
영상 부호화 장치는 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성한다(S700). 영상 부호화 장치는, 추후 기술될 실시예 2에 따라 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성할 수 있다.
영상 부호화 장치는 현재 크로마 성분 블록에 대해 인트라 예측을 수행하여 최적의 제1 모드를 결정한다(S702). 영상 부호화 장치는 비트율 왜곡 최적화 측면에서 제1 모드를 결정할 수 있다.
영상 부호화 장치는 후보 모드 리스트 내 모드들에 대해 TIMD 방법을 적용하여 최적의 제2 모드를 결정한다(S704). 영상 부호화 장치는 비트율 왜곡 최적화 측면에서 제2 모드를 결정할 수 있다.
영상 부호화 장치는, 제1 모드가 제2 모드에 대해 최적인지를 확인한다(S706).
제1 모드가 최적인 경우, 영상 부호화 장치는 제1 모드를 현재 크로마 성분 블록에 대한 모드로 결정하고(S708), 전술한 chroma_timd_flag를 거짓으로 설정하여(S710) 현재 크로마 성분 블록에 대해 TIMD 방법의 사용 여부를 나타낸다. 이후, 영상 부호화 장치는 제1 모드와 관련된 인트라 모드 정보 및 chroma_timd_flag를 부호화한다.
제2 모드가 최적인 경우, 영상 부호화 장치는 제2 모드를 현재 크로마 성분 블록에 대한 모드로 결정하고(S720), 전술한 chroma_timd_flag를 참으로 설정하여(S722) 현재 크로마 성분 블록에 대해 TIMD 방법의 사용 여부를 나타낸다.
영상 부호화 장치는 제2 모드가 CCLM 모드들에 포함되는지 여부를 확인한다(S724). 여기서, CCLM 모드들은 상단 및 좌측 주변 샘플들을 이용하는 LT_CCLM 모드, 상단 주변 샘플들을 이용하는 T_CCLM 모드, 및 좌측 주변 샘플들을 이용하는 L_CCLM 모드를 포함한다.
제2 모드가 CCLM 모드들에 포함되는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 cclm_flag을 참으로 설정하여(S726), 현재 크로마 성분 블록에 대해 CCLM의 사용을 나타낸다.
제2 모드가 CCLM 모드들이 아닌 방향성 모드들에 포함되는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 cclm_flag을 거짓으로 설정하여(S728), 현재 크로마 성분 블록에 대해 방향성 모드의 사용을 나타낸다.
이후, 영상 부호화 장치는 chroma_timd_flag 및 cclm_flag를 부호화한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 복호화 장치가 수행하는 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 나타내는 순서도이다.
영상 복호화 장치는 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성한다(S800). 영상 복호화 장치는, 추후 기술될 실시예 2에 따라 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성할 수 있다.
영상 복호화 장치는 현재 크로마 성분 블록에 대해 TIMD 방법의 사용 여부를 확인한다(S802). 예컨대, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 전술한 chroma_timd_flag를 파싱하여 현재 크로마 성분 블록에 대해 TIMD 방법의 사용 여부를 확인할 수 있다.
현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하지 않는 경우, 기존의 방법과 동일하게, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 크로마 성분의 인트라 모드 정보를 파싱하고, 파싱한 인트라 모드 정보를 이용하여 현재 크로마 성분 블록에 대한 모드를 결정한다(S804). 예컨대, 인트라 모드 정보는 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 지시하는 인덱스일 수 있다.
현재 크로마 성분 블록이 TIMD 방법을 사용하는 경우, 영상 복호화 장치는 CCLM의 사용 여부를 확인한다(S806). 예컨대, 영상 복호화 장치는 비트스트림으로부터 전술한 cclm_flag를 파싱하여 현재 크로마 성분 블록에 대해 CCLM의 사용 여부를 확인할 수 있다.
CCLM을 사용하는 경우, 영상 복호화 장치는 후보 모드 리스트 내의 CCLM 모드들에 대해 TIMD 방법을 적용하여 현재 크로마 성분 블록에 대한 최적의 모드를 결정한다(S808). 여기서, CCLM 모드들은 상단 및 좌측 주변 샘플들을 이용하는 LT_CCLM 모드, 상단 주변 샘플들을 이용하는 T_CCLM 모드, 및 좌측 주변 샘플들을 이용하는 L_CCLM 모드를 포함한다. 반면 CCLM을 사용하지 않는 경우, 후보 모드 리스트 내의 방향성 모드들에 대해 TIMD 방법을 적용하여 현재 크로마 성분 블록에 대한 최적의 모드를 결정한다(S810).
단계 S804, S808 및 S810에 따라, 영상 복호화 장치는 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정할 수 있다.
결론적으로, 실시예 1은 cclm_flag를 사용하여 영상 복호화 장치에서 크로마 성분을 위한 TIMD 방법을 적용할 후보 모드의 수를 제한함으로써, 영상 복호화 장치의 복잡도를 감소시키는 방안을 제시한다.
<실시예 2> 크로마 성분을 위한 TIMD 방법의 후보 리스트 구성
기존 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 위한 후보 모드 리스트는 직접 모드(Direct Mode, DM)과 디폴트 모드(default mode, Planar, DC, Vertical, Horizontal), 및 CCLM 모드를 사용하여 구성한다. 이때, 직접 모드는 현재 크로마 성분 블록과 동일한 위치의 루마 블록의 인트라 모드이다.
기존 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 위한 후보 모드 리스트 구성 방법을 사용하는 경우, 주변 이웃하는 모드와의 상관성을 고려하지 않고 단순하게 디폴트 모드를 사용하므로 후보 모드 리스트 내의 후보 모드들이 효율적으로 구성될 수 없다. 또한, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법도 이렇게 구성된 후보 모드 리스트를 사용하여 최적의 모드를 유도하므로 부호화 효율에 한계가 있을 수 있다. 따라서, 실시예 2는 크로마 성분을 위한 TIMD 외에 기존 크로마 성분 부호화를 위해 효율적으로 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 구성하는 방법을 제시한다.
<실시예 2-1> 루마 성분의 MPM 리스트 구성 방법을 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성
본 실시예는, 루마 성분의 MPM 리스트 구성 방법과 동일한 방법을 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성하는 방법을 제안한다. 영상 복호화 장치는, 크로마 성분 블록의 특성을 고려하여 직접 모드와 CCLM 모드를 크로마 후보 모드 리스트에 먼저 추가한 후, 방향성 모드에 대해 루마 성분의 MPM 리스트 구성 방법을 적용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성한다.
도 9는 현재 크로마 블록과 그 주변 블록들을 나타내는 예시도이다.
도 9의 예시에서, 현재 블록의 상단 블록들(AL, A1, A2, A3, A4, A5)과 좌측 블록들(L1, L2, L3, L4, L5)은 인트라 모드 정보를 포함하는 최소 단위의 블록들을 나타낸다. 루마 성분의 MPM 리스트 구성 방법과 동일하게, 영상 복호화 장치는 우상단의 A4 블록의 인트라 모드 정보와 좌하단의 L4 블록의 인트라 모드 정보를 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성한다. 크로마 후보 모드 리스트를 구성할 때, 루마 성분의 MPM 리스트 구성 방법과 동일하게 중복 검사를 수행한 후, 중복되지 않는 모드가 크로마 후보 모드 리스트에 추가될 수 있다. 이때, 크로마 후보 모드 리스트의 크기, 즉 크로마 후보 모드 리스트에 포함된 후보들의 개수는 임의로 결정될 수 있다. 크로마 후보 모드 리스트의 크기가 큰 경우 부호화 효율을 증가하나 복잡도가 함께 증가하는 문제가 발생하고, 반대로 크로마 후보 모드 리스트의 크기가 작은 경우 복잡도는 감소하나 부호화 효율도 함께 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 부호화 효율과 복잡도를 고려하여 적절한 크로마 후보 모드 리스트의 크기가 임의로 결정될 수 있다.
<실시예 2-2> 주변 블록들을 기반으로 크로마 후보 모드 리스트를 구성
본 실시예는 현재 크로마 블록 주변 이웃하는 블록들의 인트라 모드 정보를 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성하는 방법을 제안한다. 영상 복호화 장치는 크로마 성분 블록의 특성을 고려하여 직접 모드와 CCLM 모드를 크로마 후보 모드 리스트에 먼저 추가한 후, 현재 크로마 성분 블록의 주변 이웃하는 블록들의 인트라 모드 정보를 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성한다.
도 9의 예시와 같이, 영상 복호화 장치는 현재 블록의 주변 이웃하는 블록들을 기설정된 순서에 따라 탐색하여, 탐색된 블록의 인트라 모드를 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성한다. 이때, 탐색 순서는 임의의 순서로 결정될 수 있고, 크로마 후보 모드 리스트의 크기도 임의로 결정될 수 있다. 탐색 순서에 따라 블록의 인트라 모드를 크로마 후보 모드 리스트에 추가할 때, 중복 검사를 수행한 후, 중복되지 않는 모드가 크로마 후보 모드 리스트에 추가된다. 본 실시예에서도, 부호화 효율과 복잡도를 고려하여 적합한 크로마 후보 모드 리스트의 크기가 임의로 결정될 수 있다.
실시예 2-1 및 실시예 2-2에 따른 방법을 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성 시, 크로마 후보 모드 리스트가 온전히 채워지지 않는 경우, 기설정된 디폴트 모드를 사용하여 크로마 후보 모드 리스트가 구성될 수 있다. 이때, 디폴트 모드는 임의로 결정될 수 있다.
실시예 2에서 제안한 두 가지 방법, 즉, 루마 성분의 MPM 리스트 구성 방법을 사용하여 크로마 후보 모드 리스트를 구성하는 방법, 및 주변 블록들을 기반으로 크로마 후보 모드 리스트를 구성하는 방법은, 모두 크로마 성분을 위한 후보 모드 리스트 구성 시 직접 모드와 CCLM 모드를 크로마 후보 모드 리스트의 맨 처음에 추가한다. 이후, 실시예 2-1 방법과 실시예 2-1 방법 중 임의의 방법을 선택하여 크로마 후보 모드 리스트의 나머지 부분이 구성된다.
실시예 2에 따른 크로마 성분의 후보 모드 리스트 구성 방법은 다음과 같은 세 가지 방법 중 임의의 방법을 선택하여 적용될 수 있다. 여기서 세 가지 방법은, i) 크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법, ii) 기존 크로마 성분의 인트라 부호화, iii) 크로마 성분을 위한 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법과 기존 크로마 성분의 인트라 부호화를 포함한다. 여기서, 세 번째 방법은, 예컨대, chroma_timd_flag를 이용하는 경우에 적용될 수 있다.
<실시예 3> 실시예 1과 실시예 2의 결합
실시예 1은 크로마 성분을 위한 TIMD 방법에 대해 영상 복호화 장치의 복잡도를 감소하기 위한 방법을 제안하는데, 영상 복호화 장치의 복잡도는 감소되나 동시에 부호화 효율도 감소될 수 있다. 실시예 2는 크로마 성분을 위한 TIMD 방법 외에 기존 크로마 성분 부호화의 부호화 효율을 높이기 위한 크로마 성분의 후보 모드 리스트 구성 방법을 제안한다.
실시예 1과 실시예 2는 서로 상호 보완적일 수 있으므로, 실시예 3은 실시예 1 방법과 실시예 2 방법을 결합하는 방법을 제안한다. 실시예 3은 실시예 2의 방법을 사용하여, 크로마 성분을 위한 TIMD 방법 외에 기존 크로마 성분 부호화를 위한 크로마 후보 모드 리스트를 구성한다. 이후, 실시예 3은 구성된 크로마 후보 모드 리스트를 기반으로 실시예 1에서 제안한 크로마 성분을 위한 TIMD 방법에 따른 영상 복호화 장치의 복잡도를 감소시키기 위한 방법을 사용함으로써, 부호화 효율을 높이면서 동시에 영상 복호화 장치의 복잡도를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 흐름도/타이밍도에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 흐름도/타이밍도에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 흐름도/타이밍도는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
이상의 설명에서 예시적인 실시예들은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 예시들에서 설명된 기능들 혹은 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기능적 컴포넌트들은 그들의 구현 독립성을 특히 더 강조하기 위해 "...부(unit)" 로 라벨링되었음을 이해해야 한다.
한편, 본 실시예에서 설명된 다양한 기능들 혹은 방법들은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 비일시적 기록매체에 저장된 명령어들로 구현될 수도 있다. 비일시적 기록매체는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독가능한 형태로 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 비일시적 기록매체는 EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 드라이브, 광학 드라이브, 자기 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
122: 인트라 예측부
155: 엔트로피 부호화부
510: 엔트로피 복호화부
542: 인트라 예측부
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
2022년 1월 4일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2022-0000957호, 2022년 12월 13일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2022-0173907 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (14)

  1. 영상 복호화 장치가 수행하는, 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 유도하는 방법에 있어서,
    상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성하는 단계;
    상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 템플릿 기반 인트라 모드 유도(template-based intra mode derivation) 방법의 사용 여부를 확인하는 단계;
    상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 사용하는 경우, CCLM(cross-component linear model)의 사용 여부를 확인하는 단계;
    상기 CCLM을 사용하는 경우, 상기 후보 모드 리스트 내 CCLM 모드들에 대해 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 적용하여 상기 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 CCLM을 사용하지 않는 경우, 상기 후보 모드 리스트 내 방향성 모드들에 대해 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 적용하여 상기 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법을 사용하지 않는 경우,
    비트스트림으로부터 상기 크로마 성분의 인트라 모드 정보를 복호화하고, 상기 인트라 모드 정보를 이용하여 상기 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법은,
    후보 모드들 중 각 후보 모드의 예측 방법을 템플릿의 참조 샘플들에 적용하여 예측 템플릿을 생성한 후, 상기 예측 템플릿의 샘플들과 기복원된 템플릿의 샘플들 간의 절대 변환 차이의 합(sum of absolute transformed differences)을 계산하여, 상기 절대 변환 차이의 합이 가장 작은 모드를 상기 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드로 결정하되, 상기 후보 모드들은 상기 CCLM 모드들 또는 상기 방향성 모드들인 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용 여부를 확인하는 단계는,
    비트스트림으로부터 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용 여부를 지시하는 플래그를 복호화하고, 상기 플래그를 확인하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 CCLM의 사용 여부를 확인하는 단계는,
    비트스트림으로부터 상기 CCLM의 사용 여부를 지시하는 플래그를 복호화하고, 상기 플래그를 확인하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 후보 모드 리스트를 생성하는 단계는,
    직접 모드와 상기 CCLM 모드들을 상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트에 추가하는 단계; 및
    상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 우상단 블록의 인트라 모드 정보 및 좌하단 블록의 인트라 모드 정보를 사용하여 상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 구성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 후보 모드 리스트를 생성하는 단계는,
    중복 검사를 수행하여, 중복되지 않는 모드를 상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트에 추가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 후보 모드 리스트를 생성하는 단계는,
    상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트가 채워지지 않는 경우, 기설정된 디폴트 모드를 사용하여 상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 구성하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 후보 모드 리스트를 생성하는 단계는,
    직접 모드와 상기 CCLM 모드들을 상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트에 추가하는 단계; 및
    상기 현재 크로마 성분 블록의 주변 이웃하는 블록들을 기설정된 순서에 따라 탐색하여, 탐색된 블록의 인트라 모드 정보를 사용하여 상기 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 구성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 영상 부호화 장치가 수행하는, 현재 크로마 성분 블록의 인트라 모드를 유도하는 방법에 있어서,
    상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성하는 단계;
    상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 인트라 예측을 수행하여 최적의 제1 모드를 결정하는 단계;
    상기 후보 모드 리스트 내 모드들에 대해 템플릿 기반 인트라 모드 유도(template-based intra mode derivation) 방법을 수행하여 최적의 제2 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 모드가 상기 제2 모드에 대해 최적인지를 확인하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 모드가 최적인 경우,
    상기 제2 모드를 상기 현재 크로마 성분 블록에 대한 인트라 모드로 결정하고, 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그를 참으로 설정하는 단계; 및
    상기 제2 모드가 CCLM(cross-component linear model) 모드들에 포함되는지 여부에 따라 CCLM 사용을 지시하는 플래그를 설정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그, 및 상기 CCLM 사용을 지시하는 플래그를 부호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 모드가 최적인 경우, 상기 제1 모드를 상기 현재 크로마 성분 블록에 대한 인트라 모드로 결정하고, 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그를 거짓으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 모드에 관련된 인트라 모드 정보, 및 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그를 부호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 영상 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 영상 부호화 방법은,
    현재 크로마 성분 블록에 대해 크로마 성분의 후보 모드 리스트를 생성하는 단계;
    상기 현재 크로마 성분 블록에 대해 인트라 예측을 수행하여 최적의 제1 모드를 결정하는 단계;
    상기 후보 모드 리스트 내 모드들에 대해 템플릿 기반 인트라 모드 유도(template-based intra mode derivation) 방법을 수행하여 최적의 제2 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 모드가 상기 제2 모드에 대해 최적인지를 확인하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 모드가 최적인 경우,
    상기 제2 모드를 상기 현재 크로마 성분 블록에 대한 인트라 모드로 결정하고, 상기 템플릿 기반 인트라 모드 유도 방법의 사용을 지시하는 플래그를 참으로 설정하는 단계; 및
    상기 제2 모드가 CCLM(cross-component linear model) 모드들에 포함되는지 여부에 따라 CCLM 사용을 지시하는 플래그를 설정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기록매체.
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