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KR20080087147A - 복합형 비디오 부호화에서의 예측 에러의 적응 부호화 기술 - Google Patents

복합형 비디오 부호화에서의 예측 에러의 적응 부호화 기술 Download PDF

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KR20080087147A
KR20080087147A KR1020087018756A KR20087018756A KR20080087147A KR 20080087147 A KR20080087147 A KR 20080087147A KR 1020087018756 A KR1020087018756 A KR 1020087018756A KR 20087018756 A KR20087018756 A KR 20087018756A KR 20080087147 A KR20080087147 A KR 20080087147A
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한스-게오르그 무스만
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마티아스 나르로쉬케
한스-게오르그 무스만
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Abstract

본 발명은 복합형 부호화 기술을 이용하여 비디오 신호를 부호화하는 방법에 관한 것으로서, 예측 에러 신호를 설정하기 위해 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 시영역 중복성을 감소시키는 단계와, 상기 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지, 또는 부호화를 위해 상기 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
부호화, 복호화, 영상, 복원, 예측 에러.

Description

복합형 비디오 부호화에서의 예측 에러의 적응 부호화 기술{ADAPTIVE CODING OF A PREDICTION ERROR IN HYBRID VIDEO CODING}
본 발명은 예측 에러(prediction error)의 적응 부호화(adaptive coding)를 이용한 부호화(coding) 및 복호화(decoding) 방법, 부호화기(coder) 및 복호화기(decoder), 데이터 신호에 관한 것이다.
현재 표준화된 비디오 부호화 방법은 복합형 부호화(hybrid coding) 기술에 기초하고 있다. 복합형 부호화 기술은 시간 영역에서의 부호화 단계와 공간 영역에서의 부호화 단계를 제공한다. 우선, 비디오 신호의 시간 영역에서의 중복성(temporal redundancy)은 블록 기반의 움직임 보상 예측에 의해 감소 되는데, 부호화하고자 하는 이미지 블록과 이미 전송된 이미지로부터의 참조 블록 사이의 블록 기반의 움직임 보상 예측은 움직임 벡터에 의해 결정된다. 나머지 예측 에러 샘플은 블록단위로 정렬되고 주파수 영역으로 변환되어, 계수 블록이 생성된다. 이러한 계수는 양자화되고, DC 값을 나타내는 계수에서부터 시작하는 잘 알려진 고정(fixed) 지그재그(zigzag) 스캐닝 방식에 따라 스캔 된다. 통상적인 표현법에 따르면, 이러한 계수는 블록의 맨 위 오른쪽 모서리에 위치한 저주파수 계수 사이에 위치하게 된다. 이러한 지그재그 스캐닝은 후속 부호화기에 의해 엔트로피 부 호화되는 1차원 계수 어레이를 생성한다. 위 부호화기는 에너지를 감소하도록 하는 계수 어레이에 대해 최적화된다. 블록 내의 계수의 차수(order of coefficient)는 미리 정해져 있고 고정되어 있으므로, 예측 에러 샘플이 상관되어 있다면, 상기 지그재그 스캐닝 방법은 에너지를 감소시키는 계수 어레이를 생성하게 된다. 그리하여, 이어지는 후속 부호화 단계는 이러한 상황을 위해 최적화될 수 있다. 이를 위해, 가장 최신의 H.264/AVC 표준은 CABAC(Context-Based Adaptive Binary Arithmetic Coding) 또는 CAVLC(Context-Adaptive Variable-Length Coding)을 제안하였다. 그러나 예측 에러 샘플이 상관되어 있을 경우에만 변환의 부호화 효율이 높다. 공간 영역에서 약간만 상관되어 있는 샘플의 경우, 변환은 덜 효율적이다.
본 발명의 목적은 종래기술보다 더 효율적인 부호화 및 복호화 방법, 각각의 부호화기 및 복호화기, 해당 시스템뿐만 아니라 데이터 신호, 그리고 비디오 신호를 부호화하고 복호화하기 위한 시맨틱스(semantics)를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복합형 부호화 기술에 기반하여 비디오 신호를 부호화하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 예측 에러 신호를 설정하기 위해 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 시영역 중복성(temporal redundancy)을 감소시키는 단계와 상기 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지, 또는 부호화를 위해 상기 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 양호한 실시 측면에 따르면, 비디오 신호의 복합형 부호화 기술을 이용하도록 적응 부호화기가 제공된다. 본 발명에 따른 부호화기는 예측 에러 신호를 설정하기 위해 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 시영역 중복성을 감소하는 수단과 상기 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지 또는 상기 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 결정하는 적응 제어 수단을 포함한다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 예측 에러 신호를 주파수 영역에서 처리할 것인지, 공간 영역에서 처리할 것인지를 적응적으로 결정하기 위한 개념 및 해당 장치, 신호 및 시맨틱스가 제공된다. 예측 에러 샘플이 낮은 상관도를 갖는다면, 샘플을 부호화하는 후속 단계가 더 효율적일 것이며 주파수 영역 계수의 부호화에 비해 데이터 비율이 감소할 것이다. 따라서, 이러한 결정을 내리기 위한 적응 결정 단계와 적응 제어 수단이 본 발명에 의해 구현된다. 따라서, 예측 에러 신호의 관점에서, 주파수 영역 변환을 이용할 것인지, 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지가 결정된다. 후속 부호화 메커니즘은 주파수 영역의 경우와 동일하거나, 공간 영역 샘플의 요구에 따라 특별히 적응될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 특히 결정 단계가 비용 함수(cost function)에 기반한 비디오 신호를 부호화하는 방법이 제공된다. 일반적으로, 주파수 영역의 계수를 이용할 것인지 공간 영역의 샘플을 이용할 것인지에 관한 결정은 다양한 종류의 결정 메커니즘에 기초할 수 있다. 이러한 결정은 비디오 신호의 특정 부분 내의 모든 샘플, 또는 예를 들면 특정 수의 블록, 매크로 블록 또는 슬라이스에 대해 한 번에 이루어진다. 상기 결정은 비용 함수, 예를 들어 라그랑주(Lagrange) 함수에 기반할 수 있다. 여기서, 비용(cost)은 주파수 영역의 부호화 및 공간 영역의 부호화 모두에 대해 계산된다. 비용이 더 낮도록 부호화 방법이 결정된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 비용 함수는 공간 영역에서의 부호화 및 주파수 영역에서의 부호화에 대한 비율 왜곡 비용을 포함한다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 비율 왜곡 비용은 라그랑주(Lagrange) 파라미터에 의해 가중되는 요구 비율 및 결과적 왜곡에 의해 계산된다. 또한, 상기 왜곡 기준(distortion measure)은 평균 제곱 양자화 에러 또는 평균 절대 양자화 에러가 될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공간 영역의 샘플은 주파수 영역의 계수와 본질적으로 동일한 방법에 의해 부호화될 수 있다. 이러한 방법은 CABAC 또는 CAVLC 부호화 방법을 포함할 수 있다. 따라서, 적응 제어 수단이 주파수 영역과 공간 영역 사이에서 전환하기로 결정하는 경우, 이러한 부호화 메커니즘의 적응이 전혀 필요하지 않거나 필요해도 매우 적게 필요하다. 그러나 이는 상기 두 개의 영역 계수에 대해 서로 다른 부호화 방식을 이용하기 위해 제공될 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복합형 부호화 기술에 기반한 비디오 신호를 부호화하는 방법에 제공된다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 시영역 중복성이 블록 기반 움직임 보상 예측에 의해 감소 되고, 예측 에러 신호의 샘플이 공간 영역의 예측 에러 블록에서 제공된다. 특정한 순서로 샘플의 어레이를 제공하기 위해 상기 샘플은 예측 에러 블록으로부터 스캔 된다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 스캐닝 방식은 예측 에러 이미지 또는 예측 이미지로부터 유도된다. 본 발명의 이러한 측면에 따른 스캐닝 방식은 종래기술에 따른 공간 영역에 대한 지그재그 스캔이 공간 영역에 대해 가장 효율적인 스캔 순서가 아닐 수 있다는 것을 고려한다. 따라서, 공간 영역에서의 샘플의 분포와 샘플의 크기(magnitude)를 고려한 적응 스캐닝 방식이 제공된다. 이러한 스캐닝 방식은 바람직하게는 예측 에러 이미지 또는 예측 이미지에 기반할 수 있다. 본 발명의 이러한 측면은 가장 큰 크기를 가진 샘플과 '0'의 값을 가질 확률이 높은 샘플의 가장 가능한 위치를 고려한다. 주파수 영역에 대한 부호화 이득이 주로 저주파수 요소가 더 큰 크기를 가지며 고주파수 계수의 대부분이 '0'이라는 현상에 기반하므로, CABAC 또는 CAVLC와 같은 매우 효과적인 가변 코드 길이 부호화 방식이 이용될 수 있다. 그러나 공간 영역에서는, 가장 큰 크기를 가진 샘플은 블록 내의 어디에든 위치할 수 있다. 그러나 예측 에러는 주로 움직이는 물체의 에지(edge)에서 가장 크므로, 가장 효율적인 스캐닝 순서를 설정하는데 예측 이미지 또는 예측 에러 이미지가 이용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 크기(magnitude)가 큰 샘플을 식별하는데 예측 이미지의 경도(gradient)가 이용될 수 있다. 스캐닝 순서는 예측 이미지 내의 경도의 크기 순서에 따른다. 동일한 스캐닝 순서가 예측 에러 이미지, 즉 공간 영역의 예측 에러 이미지 내의 샘플에 적용된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 스캐닝 방식은 참조 블록(reference block)의 예측 에러 이미지와 함께 움직임 벡터(motion vector)에 기반할 수 있다. 이때의 스캔 방법은 예측 에러의 크기가 작은 순서로 진행된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 스캐닝 방식은 예측 이미지의 경도와 움직임 벡터와 함께 참조 블록의 예측 에러 이미지의 선형 조합으로부터 유도된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, CABAC 등과 같은 부호화 메커니즘에 대한 특정 코드는 주파수 영역의 계수 또는 공간 영역의 샘플에 대해 별도로 결정된 확률에 기반한다. 따라서, 공간 영역에 대한 가장 효율적인 부호화 메커니즘을 제공하기 위해 이미 공지된 종래의 부호화 메커니즘이 적어도 약간은 적용될 수 있다. 따라서, 공간 영역에서의 부호화 또는 주파수 영역에서의 부호화를 위해 적응 제어되는 스위칭 메커니즘이 해당 영역의 샘플 또는 계수에 대한 후속 부호화 단계를 전환하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 사안별 가중 양자화 에러 최적화 또는 평균 제곱 양자화 에러 최적화를 가지는 양자화기에 의해 공간 영역의 예측 에러 샘플 양자화하는 단계를 포함하는 비디오 신호를 부호화하는 방법이 제공된다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 공간 영역의 샘플을 양자화하는데 이용되는 양자화기는 영상(picture)의 사안별 최적 시각 인상(subjectively optimal visual impression)을 고려하도록 적응될 수 있다. 양자화기의 대표 레벨(representative level)과 결정 임계값(decision threshold)은 예측 에러 신호의 해당 사안별 특성 또는 통계적 특성에 기반하여 적응될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 기술된 측면에 따른 복호화 방법 및 복호화 장치와 연관된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 부호화된 비디오 신호의 입력 스트림(stream)이 공간 영역의 부호화된 비디오 신호의 예측 에러 신호를 나타내는지, 주파수 영역의 부호화된 비디오 신호의 예측 에러 신호를 나타내는지를 적응적으로 결정하는 적응 제어 수단을 포함하는 복호화기가 제공된다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 따른 복호화기는 입력 데이터 스트림에 대해, 예측 에러 신호가 주파수 영역에서 부호화되었는지 공간 영역에서 부호화되었는지를 결정하도록 적응될 수 있다. 또한, 상기 복호화기는 두 가지 영역, 즉 공간 영역 및 주파수 영역에 대해 각각의 복호화 수단을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 복호화기는 예측 신호 또는 예측 에러 신호에 기반하여 스캐닝 순서를 제공하는 스캔 제어 수단을 포함한다. 본 발명의 이러한 측면에 따른 상기 스캔 제어 수단은 비디오 신호의 부호화 동안 블록의 입력 샘플이 스캔 된 스캐닝 순서에 관한 필요한 정보를 검색하도록 적응된다. 또한, 상기 복호화기는 양자화 역변환하거나 주파수 영역에서 계수을 역변환하고, 공간 영역의 샘플을 양자화 역변환하기 위한 모든 수단을 포함할 수 있다. 상기 복호화기는 또한 움직임 보상 및 복호화를 제공하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 기본적으로, 상기 복호화기는 상기 설명된 부호화 단계에 해당하는 방법 단계를 구현하기 위한 모든 수단을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 부호화된 비디오 신호를 나타내는 데이터 신호가 제공된다. 데이터 신호의 예측 에러 신호의 부호화된 정보는 부분적으로 주파수 영역에서 부호화되고 부분적으로는 공간 영역에서 부호화된다. 본 발명의 이러한 측면은 위에서 기술한 부호화 메커니즘의 결과인 부호화된 비디오 신호와 연관된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 데이터 신호는 슬라이스, 매크로 블록, 또는 블록이 부호화된 영역을 나타내는 부가 정보, 특히 슬라이스, 매크로블록, 또는 블록이 공간 영역에서 부호화되었는지 주파수 영역에서 부호화되었는지에 관한 정보를 포함한다. 본 발명에 따른 적응 제어에서는 예측 에러 신호가 공간 영역 또는 주파수 영역에서 부호화되므로, 해당 정보를 부호화된 비디오 신호에 포함할 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 슬라이스, 매크로블록, 또는 블록과 같은 특정 부분이 부호화되었던 영역을 나타내는 특정 정보를 제공한다.
또한, 본 발명의 이러한 측면은 전체 매크로블록 또는 전체 슬라이스가 상기 두 개의 영역 중 하나의 영역에서만 부호화될 수도 있다는 가능성을 고려한다. 따라서, 예를 들어 전체 매크로 블록이 공간 영역에서 부호화된 경우, 이는 단일 플래그(flag) 등을 통해 나타낼 수 있다. 또한, 전체 슬라이스가 주파수 영역 또는 공간 영역에서 부호화될 수 있으며, 전체 슬라이스에 대한 해당 지시자가 데이터 스트림에 포함될 수 있다. 그 결과, 데이터 비율이 감소하고 부가 정보에 대한 더 효율적인 부호화 메커니즘이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양한 양호한 실시 측면들은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대해 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 측면들을 구현하는 부호화기의 간략한 블록도를 나타낸 도면.
도2는 본 발명의 측면들을 구현하는 복호화기의 간략한 블록도를 나타낸 도면.
도3은 종래기술에 따른 스캐닝 방식을 나타낸 도면.
도4는 본 발명에 따른 스캐닝 방식을 나타낸 도면.
도5는 본 발명에 따른 최적화된 양자화기를 위해 이용되는 파라미터들을 나타낸 도면.
도1은 본 발명에 따른 부호화기의 간략한 블록도이다. 따라서, 입력 신호(input signal; 101)는 움직임 추정(motion estimation)을 거치며, 예측 신호(prediction signal; 104)를 제공하기 위해 상기 움직임 추정에 기반하여 움직임 보상 예측이 수행되고, 상기 예측 신호(104)를 상기 입력 신호(101)로부터 차감한다. 그 결과 생성되는 예측 에러 신호(105)는 주파수 영역(106)으로 변환되며 주파수 연관 계수를 위해 최적화된 양자화기(107)에 의해 양자화된다. 상기 양자화기(107)의 출력 신호(120)는, 전송되거나 저장될 출력 신호(116)를 제공하는 엔트로피 부호화기(entropy coder; 113)로 전달된다. 양자화 역변환 블록(inverse quantization block; 110)과 역변환 블록(inverse transformation block; 111)을 통해, 상기 양자화된 예측 에러 신호(120)는 움직임 보상 예측 블록(103)에서 다음 예측 단계를 위해 이용된다. 양자화 역변환되고 역 DCT 변환된 예측 에러 신호는 예측 신호에 부가되어, 움직임 보상 예측 블록(103)과 움직임 추정 블록(102)을 위해 이전 이미지들을 저장하는 프레임 메모리(122)로 전달된다. 일반적으로, 본 발 명은 종래 기술에 부가하여, 예측 에러 신호(105)를 변환하기 위한 주파수 영역과 공간 영역 사이의 전환을 위해 적응으로 제어되는 메커니즘(115)을 이용할 것을 제안한다. 상기 적응 제어 수단(115)은 주파수 영역과 공간 영역 사이의 적응 전환을 제어하기 위해 신호와 파라미터를 생성한다. 따라서, 적응 제어 정보 신호(121)는 위치 A와 위치 B 사이에서 전환하는 두 개의 스위치에 대응된다. 주파수 영역에서 변환이 수행되면, 상기 두 개의 스위치는 위치 A에 있게 된다. 공간 영역이 이용되면, 상기 스위치는 위치 B로 전환된다. 또한, 사이드 정보 신호(side information signal; 121), 즉 화상(picture)의 부호화 절차를 위해 사용되었던 상기 영역의 사이드 정보 신호(121) 또한 엔트로피 부호화기(113)로 전달된다. 따라서, 장치에 적절한 정보가 데이터 스트림에 포함된다. 주파수 변환에 병행하여, 또 다른 경로를 통해, 예측 에러 신호(105)가 양자화기(109)로 전달된다. 이 양자화 블록(109)은 공간 영역에서 예측 에러 신호(105)를 위한 최적화된 양자화를 제공한다. 공간 영역의 양자화된 예측 에러 신호(112)는 제2 양자화 역변환 블록(112)으로, 그리고 움직임 보상 예측 블록(103)에 대한 후방 접속부로 전달될 수도 있다. 또한, 움직임 벡터(123)와 양자화 역변환된 예측 에러 신호(118), 또는 예측 신호(104)를 접속부(119)를 통해 수신하는 스캔 제어 블록(114)이 있다. 블록(117)은 움직임 정보를 부호화하는 역할을 한다.
적응 제어 수단(115)은 블록이 주파수 영역에서 부호화될 것인지, 공간 영역에서 부호화될 것인지를 결정하고, 그러한 영역을 나타내기 위한 해당 부가 정보를 생성한다. 적응 제어 수단에 의한 결정은 공간 영역 부호화 및 주파수 영역 부호 화에 대한 비율 왜곡(rate distortion) 비용(cost)에 기반하여 이루어진다. 더 작은 비율 왜곡 비용을 갖는 영역이 부호화를 위한 영역으로 선택된다. 예를 들어, 비율 왜곡 비용 C는 라그랑주(Lagrange) 파라미터 L에 의해 가중되는 요구되는 비율 R 및 결과적인 왜곡 D에 의해 C = L * R + D의 식으로 계산된다. 왜곡 기준으로서, 평균 제곱 양자화 에러가 이용될 수도 있지만, 평균 절대 양자화 에러와 같이 다른 기준들도 적용 가능하다. 라그랑주 파라미터 L로서, 일반적으로 이용되는 H.264/AVC의 부호화기 제어를 위한 라그랑주 파라미터 L=0.85*2(( QP -12)/3)가 이용될 수 있다. 비율 왜곡 비용를 결정하기 위한 다른 방법들 또한 가능하다.
적응 제어 수단(115)은 부호화 방법을 차례로 제어할 수 있다. 이는 예를 들면, 예측 신호 또는 예측 신호의 상관성, 또는 이미 전송된 프레임의 움직임 보상 위치에서 예측 에러가 부호화된 영역에 기초하여 수행될 수 있다.
도2는 본 발명의 측면들에 따른 복호화기의 구조를 도시한 간략한 블록도이다. 부호화된 비디오 데이터는 두 개의 엔트로피 복호화 블록(201, 202)으로 입력된다. 상기 엔트로피 복호화 블록(202)은 움직임 벡터 등과 같은 움직임 보상 정보를 복호화한다. 엔트로피 복호화 블록(201)은 CABAC 또는 CAVLC에 따른 복호화과 같은 부호화기에서 이용된 역 부호화 메커니즘을 적용한다. 부호화기가 공간 영역에서 계수 또는 샘플에 대해 다른 부호화 메커니즘을 이용한 경우, 해당 복호화 메커니즘이 해당 엔트로피 복호화 블록에서 이용될 것이다. 따라서, 엔트로피 복호화 블록(201)은 공간 영역을 위한 적절한 양자화 역변환 경로, 즉 양자화 역변 환 동작 블록(206) 또는 스위치 위치 A에 따른 적절한 블록, 즉 양자화 역변환 블록(203)과 역변환 블록(204)을 이용하기 위해 위치 A와 위치 B 사이의 전환을 위한 적절한 신호를 생성한다. 예측 에러가 주파수 영역에서 표시되는 경우, 양자화 역변환 블록(203)과 역변환 블록(204)이 해당 역 동작을 이용한다. 공간 영역의 샘플은 본 발명의 측면에 따른 스캔 메커니즘에 따라 특정한 순서로 정렬되어 있으므로, 스캔 제어부(205)는 엔트로피 복호화 블록(201)에 정확한 순서의 샘플을 제공한다. 부호화가 공간 영역에서 수행되었다면, 역변환 블록(204)과 양자화 역변환 블록(203)은 양자화 역변환 동작 블록(206)에 의해 우회된다. 주파수 영역과 공간 영역 (즉, 스위치의 위치 A 및 위치 B) 사이의 전환을 위한 스위칭 메커니즘은 비트 스트림을 통해 전송되고 엔트로피 복호화 블록(201)에 의해 복호화된 부가 정보에 의해 제어된다. 또한, 공간 영역의 양자화 역변환된 신호 또는 주파수 영역의 양자화 역변환되고 역변환된 신호는 움직임 보상 예측 화상에 합산되어, 복호화된 비디오 신호(210)가 제공된다. 움직임 보상은 이전에 복호화된 비디오 신호 데이터(이전 화상들) 및 움직임 벡터들에 기초하여 블록(209)에서 수행된다. 스캔 제어부(205)는 계수의 정확한 스캔 시퀀스를 결정하기 위해, 예측 이미지(208)를 이용하거나 예측 에러 신호(207)를 움직임 벡터(212)와 함께 이용한다. 스캔 메커니즘은 양 화상 모두, 즉 예측 에러 화상과 예측 화상 모두를 이용할 수도 있다. 도1을 참조하여 부호화 메커니즘에 대해 설명한 바와 같이, 부호화가 수행되는 동안의 스캔 시퀀스(scan sequence)는 예측 에러 정보(207)와 움직임 보상 벡터의 조합에 기반할 수도 있다. 따라서, 움직임 보상 벡터는 경로(212)를 통해 스캔 제어 부(205)로 전달될 수 있다. 또한, 도1에 따라 이미 복호화된 필요 화상(picture)을 저장하기 위한 프레임 메모리(211)도 있다.
도3은 종래기술에 따른 지그재그 스캔 순서를 도시하기 위한 간략한 도면이다. 따라서, 주파수 영역으로의 변환(예를 들어 DCT 변환)의 결과인 계수는 4 x 4 블록에 대해 도3에 도시된 바와 같은 소정의 순서로 정렬된다. 이러한 계수는 특정 순서로 독출되어, 저주파수 부분을 나타내는 계수가 1차원 어레이의 첫 번째 왼쪽 위치에 위치하게 된다. 상기 어레이에서 아래 왼쪽에 있을수록, 계수의 해당 주파수가 더 높다. 부호화될 블록은 종종 실질적으로 저주파수의 계수를 포함하므로, 고주파수 계수, 또는 적어도 고주파수 계수의 대부분이 '0'이다. 이러한 상황은 예를 들어, '0'의 개수에 대한 정보만으로 '0'들로 채워진 커다란 시퀀스를 대체함으로써 전송할 데이터를 효과적으로 줄이는데 이용될 수 있다.
도4는 본 발명의 일 측면에 따른 스캔 메커니즘을 간략하게 예시한 도면을 나타내고 있다. 도4(a)는 하나의 블록에 대한 예측 이미지에서의 경도(gradient)의 크기(magnitude)를 도시하고 있다. 블록의 각 위치의 값은 현재 블록의 예측 이미지의 경도를 나타낸다. 경도 자체는 수평 및 수직 방향의 경도를 나타내는 두 개의 요소들로 이루어진 벡터이다. 각 요소는 두 개의 이웃 샘플의 차이에 의해 결정되거나, 여섯 개의 이웃 샘플을 고려하는 공지된 소벨 연산자(Sobel operator)에 의해 결정될 수도 있다. 경도 크기는 벡터의 크기이다. 두 개의 값이 동일한 크기를 갖는 경우, 고정 또는 소정의 스캔 순서가 적용될 수 있다. 스캐닝 순서는 점선으로 나타낸 바와 같이 블록의 경도 값의 크기에 따른다. 경도 예측 이미지 내의 스캐닝 순서가 정해지면, 동일한 스캐닝 순서가 도4(b)에 도시된 양자화된 예측 에러 샘플에 적용된다. 도4(b)에 도시된 블록의 공간 영역의 양자화된 샘플이 예측 이미지의 경도 크기에 기초하여 설정된 스캐닝 순서에 따라 도4(b)의 왼쪽에 표시된 바와 같이 1차원 어레이로 정렬된 경우, 높은 값을 가지는 샘플이 주로 어레이의 첫 번째, 즉 왼쪽 위치에 정렬된다. 오른쪽 위치는 도4(b)에 표시된 바와 같이 '0'으로 채워진다.
경도에 의해 제어되는 스캔 대신에, 미리 정의된 스캔 또는 움직임 벡터와 함께 이미 전송된 프레임의 양자화된 예측 에러에 의해 제어되는 스캔 또는 이들의 조합과 같은 다른 스캔도 이용될 수 있다(스캔 제어는 도1 및 도2를 참조하여 설명된 바와 같은 블록(114 또는 205)과 연관된다). 움직임 벡터와 함께 예측 에러 신호에 의해 제어되는 스캔의 경우, 이러한 스캔은 현재 블록의 움직임 벡터가 참조하는 블록의 양자화된 예측 에러 샘플의 크기가 감소하는 순서에 따른다.
상기 움직임 벡터가 부분 샘플 위치(fractional sample position)를 지시하는 경우, 요구되는 양자화된 예측 에러 샘플은 보간 기술(interpolation technique)을 이용하여 결정될 수도 있다.
이는 예측 샘플을 생성하기 위한 참조 이미지의 보간에 이용된 것과 동일한 보간 기술일 수도 있다.
스캔이 예측 이미지 및 움직임 벡터와 함께 예측 에러 이미지의 조합에 의해 제어되는 경우, 경도 크기와 현재 블록의 움직임 벡터가 참조하는 블록의 양자화된 예측 에러 샘플의 선형 조합을 계산한다. 위의 스캔은 이러한 선형 조합의 값을 따른다. 또한, 스캔 결정 방법은 시퀀스의 세그먼트, 예를 들어 각 프레임 또는 각 슬라이스 또는 블록의 그룹에 대해서 신호 될 수 있다. 통상적인 표준 처리에 따르면, 예측 이미지가 결정되는 동안 움직임 보상 벡터가 이미 고려된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스캐닝 순서는 움직임 벡터와 함께 예측 에러 화상에 기반할 수도 있다. 또한, 상술한 바와 같은 경도 조합 원리 및 예측 에러 화상이 고려될 수도 있다.
도5는 본 발명의 측면에 따른 최적화된 양자화의 정의를 예시하기 위해 유용한 간략한 예를 도시하고 있다. 따라서, 세 개의 파라미터 a, b 및 c는 양자화기를 적응시키기 위해 이용되는 파라미터이다. H.264/AVC 표준 규격에 따르면, 두 개의 서로 다른 왜곡 기준을 가진 계수에 대해 비율 왜곡 최적화된 양자화기가 이용된다. 첫 번째 기준은 평균 제곱 양자화 에러이고, 두 번째 기준은 사안별 가중 양자화 에러이다. H.264/AVC 표준에 따르면, 예측 에러 샘플에 대한 두 개의 양자화기가 개발되었다. 예측 에러의 분포가 라플라스 분포에 가깝기 때문에, 평균 제곱 양자화 에러 최적화의 경우 스칼라 데드존 플러스 단일 임계값 양자화기 (scalar a dead-zone plus uniform threshold quantiser)가 이용된다. 도5는 양자화 및 양자화 역변환의 파라미터 a, b 및 c를 도시하고 있다.
표1은 H.264/AVC 부호화 방식에서 공통으로 이용되는 QP(양자화 파라미터)에 대해 유용하게 이용될 수 있는 파라미터 a, b 및 c를 도시하고 있다. 상기 파라미터 a, b 및 c는 평균 제곱 양자화 에러 최적화를 위한 각각의 최적화된 파라미터이다. 그러나 이는 예시일 뿐이며, 다른 용도를 위해서 이와는 다르거나 추가적인 파라미터가 유용할 수도 있다.
Figure 112008054912025-PCT00001
사안별 가중 양자화 에러 최적화의 경우, 대표 레벨 ri, -ri와 표 1에 도시된 인접한 ri의 중간에 있는 결정 임계값을 가진 비균일(non-uniform) 양자화기가 제안된다. 에지에서 큰 예측 에러가 발생하면, 시각적 마스크 방법(visual masking)이 이용될 수 있다. 따라서, 큰 양자화 에러가 에지에서 허용될 수 있으며, 이미지 신호가 평평한 경우에는 작은 에러도 허용될 수 있다. H.264/AVC는 표1에 도시된 바와 같이 네 개 이상의 QP를 이용할 수 있다. 그러면, 표1은 확장되어야 한다. H.264/AVC는 52 개의 다른 QP를 이용할 수 있다. 적절한 대표값 ri 및 -ri을 결정하기 위한 기본적인 아이디어는 도6을 참조하여 아래에서 설명한다.
도6은 도6(a)의 주파수 영역의 사안별 가중 양자화와 도6(b)의 공간 영역의 사안별 가중 양자화의 경우에 있어 화상 요소의 측정된 평균 절대 복원 에러의 간략한 표시를 도시하고 있다. 주파수 영역의 사안별 가중 양자화의 측정된 평균 절대 복원 에러는 예측 에러의 절대값에 대한 함수로서 도시된다. 공간 영역의 사안별 가중 양자화의 절대 복원 에러의 경우, 대표 레벨 ri는, 평균 절대 복원 에러가 공간 영역에서의 양자화 간격에 대한 주파수 영역 및 공간 영역에서의 양자화에 대해 동일하도록 조정된다. 일 예로서, 표1에 표시된 바와 같은 QP = 26에 대한 값 r1, r2, r3 및 r4가 도6(b)에 나타나 있다. 어림으로, 값 QP가 6만큼 증가하면, 대표 레벨들 ri는 약 2배가 된다. 양자화기 설계는 시각 시스템의 다른 특징을 이용할 수도 있다. 또한, 양자화기는 H.264/AVC 양자화기의 특성과는 다른 특성을 가진 양자화 에러를 생성하는데 이용될 수도 있다.
<공간 영역의 양자화된 샘플들의 엔트로피 부호화>
본 발명의 일 측면에 따르면, 공간 영역의 엔트로피 부호화는 주파수 영역의 양자화된 계수에 대한 방법과 동일한 방법에 기초할 수 있다. H.264/AVC 표준의 경우, 두 개의 바람직한 엔트로피 부호화 방법은 CABAC와 CAVLC이다. 그러나 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 주파수 영역에서 양자화된 계수를 부호화하는 대신에, 공간 영역의 양자화된 샘플을 위에 언급한 방법으로 부호화한다. 상기 설명한 바와 같이, 주파수 영역에서와 동일한 데이터 감소를 제공하기 위해 스캐닝 순서가 변경될 수도 있다. 상기 기술된 바와 같이, 공간 영역의 스캔은 동일한 공간 위치의 예측 이미지 신호의 경도 크기에 의해 제어될 수 있다. 이러한 원리에 따라, 도4(a)와 도4(b)를 참조하여 이미 설명된 바와 같이, 부호화될 샘플은 경도 감소 순서로 정렬될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 다른 스캔 메커니즘이 이용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 측면에 따라 CABAC의 경우에서 별도의 확률 모델을 의미하는 별도의 코드가 공간 영역에 이용될 수 있다. 코드 및, CABAC의 경우에서 확률 모델의 초기화는 양자화된 샘플의 통계로부터 파생될 수 있다. 공간 영역에서의 컨텍스트 모델링은 주파수 영역에서와 동일한 방식으로 수행될 수 있다.
<사이드 정보의 부호화>
도1을 참조하여 설명된 적응 제어 수단은 블록이 부호화될 영역과 연관된 정보를 생성한다. 블록 사이즈는 변환 사이즈에 따라 4 x 4 또는 8 x 8 화상 요소일 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 측면에 따르면, 변환 사이즈에 독립적인 다른 블록 사이즈가 이용될 수도 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 부가 정보는 부호화 메커니즘이 부호화가 수행되는 동안 적응으로 변경되었는지를 나타내는 특정 플래그를 포함한다. 예를 들어, 슬라이스의 모든 블록이 주파수 영역에서 부호화된 경우, 이는 부호화된 비디오 데이터 신호에서 특정 비트에 의해 표시될 수 있다. 본 발명의 이러한 측면은 또한 상기 2가지 영역, 각각의 영역, 또는 그 중 하나의 영역에서만 모두 부호화될 수 있는 매크로블록의 블록과 연관될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 측면에 따른 개념은 매크로블록에 적용될 수 있으며, 매크로블록의 적어도 하나의 블록이 공간 영역에서 부호화되었는지를 나타내는 정보가 데이터 스트림에 포함될 수 있다. 따라서, 현재 슬라이스의 모든 블록이 주파수 영역에서 부호화되었는지, 또는 적어도 하나의 블록이 공간 영역에서 부호화되었는지를 나타내기 위해 플래그 Slice_FD_SD_coding_flag가 이용될 수 있다. 이 플래그는 단일 비트에 의해 부호화될 수 있다. 상기 슬라이스의 적어도 하나의 블록이 공간 영역에서 부호화된 경우, 현재 매크로블록의 모든 블록이 주파수 영역에서 부호화되거나 적어도 하나의 블록이 주파수 영역에서 부호화되면, 이는 현재 슬라이스의 각 매크로블록에 대한 플래그 MB_FD_SD_coding_flag에 의해 표시될 수 있다. 이 플래그는 맨 위쪽과 왼쪽의 이미 부호화된 이웃 블록의 플래그를 조건으로 하여 부호화될 수 있다. 매크로블록의 마지막 블록이 공간 영역에서 부호화된 경우, 현재 블록이 주파수 영역이나 공간 영역에서 부호화되면, 이는 부호화될 매크로블록의 각 블록에 대한 플래그 FD_or_SD_flag에 의해 표시될 수 있다. 이 플래그는 위쪽과 왼쪽의 이미 부호화된 이웃 블록의 플래그를 조건으로 하여 부호화될 수 있다. 또는, 부가 정보는 예측 신호 또는, 움직임 벡터와 함께 예측 에러 신호를 조건으로 하여 부호화될 수도 있다.
<신택스 및 시맨틱스>
본 발명의 이러한 측면에 따라, 본 발명의 측면들의 H.264/AVC 부호화 방식으로의 통합을 가능하게 하는 예시적인 신택스(syntax)와 시맨틱스(semantics)가 제시된다. 따라서, 플래그 Slice_FD_SD_coding_flag는 표2에 도시된 바와 같이 slice_header에 도입될 수 있다. 플래그 MB_FD_SD_coding_flag는 표3에 도시된 바와 같이 각 macroblock _ layer로 전송될 수 있다. Residual _ block _ cabac에서, 주파수 영역 부호화 또는 공간 영역 부호화가 현재 블록에 대해 제공되면, 이는 플래그 FD_or_SD_flag에 의해 신호될 수 있으며, 이는 아래 표4에 도시되어 있다. 유사한 방식이 예측 에러 부호화를 위한 다른 비디오 부호화 알고리즘에 적용될 수 있다.
Figure 112008054912025-PCT00002
Figure 112008054912025-PCT00003
Figure 112008054912025-PCT00004
본 발명의 양호한 실시 측면에 따르면, 비디오 신호의 복합형 부호화 기술을 이용하도록 적응 부호화기가 제공된다. 본 발명에 따른 부호화기는 예측 에러 신호를 설정하기 위해 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 시영역 중복성을 감소하는 수단과 상기 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지 또는 상기 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 결정하는 적응 제어 수단을 포함한다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 예측 에러 신호를 주파수 영역에서 처리할 것인 지, 공간 영역에서 처리할 것인지를 적응적으로 결정하기 위한 개념 및 해당 장치, 신호 및 시맨틱스가 제공된다. 예측 에러 샘플이 낮은 상관도를 갖는다면, 샘플을 부호화하는 후속 단계가 더 효율적일 것이며 주파수 영역 계수의 부호화에 비해 데이터 비율이 감소할 것이다. 따라서, 이러한 결정을 내리기 위한 적응 결정 단계와 적응 제어 수단이 본 발명에 의해 구현된다. 따라서, 예측 에러 신호의 관점에서, 주파수 영역 변환을 이용할 것인지, 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지가 결정된다. 후속 부호화 메커니즘은 주파수 영역의 경우와 동일하거나, 공간 영역 샘플의 요구에 따라 특별히 적응될 수도 있다.

Claims (22)

  1. 복합형 부호화를 이용한 비디오 신호 부호화 방법에 있어서,
    예측 에러 신호를 설정하기 위해 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 시영역 중복성(temporal redundancy)을 감소하는 단계와,
    상기 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지, 또는 부호화를 위해 상기 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정 단계는 비용 함수에 기반하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비용 함수는 공간 영역에서의 부호화 및 주파수 영역에서의 부호화에 대한 비율 왜곡 비용(rate distortion cost)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비율 왜곡 비용은 라그랑주(Lagrange) 파라미터 L에 의해 가중되는 요구 비율 R 및 결과적인 왜곡 D에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 왜곡 기준은 평균 제곱 양자화 에러 또는 평균 절대 양자화 에러인 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 공간 영역의 샘플은 주파수 영역의 계수와 동일한 방법에 의해 부호화되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 계수의 부호화는 CABAC 또는 CAVLC에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  8. 시영역 중복성이 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 감소하는 복합형 부호화를 이용한 비디오 신호 부호화 방법에 있어서,
    공간 영역의 예측 에러 블록에서 예측 에러 신호의 샘플을 제공하는 단계와,
    특정 순서로 샘플의 어레이를 제공하기 위해 상기 예측 에러 블록의 샘플을 스캐닝하며, 스캐닝 방식은 예측 에러 이미지 또는 예측 이미지로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 단계
    를 포함하는 비디오 신호 부호화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스캐닝 방식은 상기 예측 이미지의 경도로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 스캐닝 방식은 참조 블록의 예측 에러 이미지와 함께 움직임 벡터에 기반하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 스캐닝 방식은 예측 이미지의 경도와, 움직임 벡터와 함께 참조 블록의 예측 에러 이미지의 선형 조합으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 별도의 확률을 가지는 CABAC에 대한 특정 코드가 공간 영역에 대해 이용되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, CAVLC에 대한 특정 코드가 공간 영역에 대해 이용되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 사안별 가중 양자화 에러 최적화 또는 평균 제곱 양자화 에러 최적화를 가지는 양자화기에 의해 공간 영역의 예측 에러 샘플들 양자화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 부호화 방법.
  15. 부호화된 비디오 신호를 나타내는 데이터 신호에 있어서, 상기 데이터 신호는
    공간 영역에서 부분적으로 부호화되고 주파수 영역에서 부분적으로 부호화된 예측 에러 신호의 부호화된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호.
  16. 제15항에 있어서, 슬라이스, 매크로블록, 또는 블록이 부호화된 영역에 관한 정보, 특히 슬라이스, 매크로블록, 또는 블록이 공간 영역에서 부호화되었는지 주파수 영역에서 부호화되었는지에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호.
  17. 제16항에 있어서, 슬라이스, 매크로블록, 또는 블록 각각에 대해 이용된 부호화와 연관된 slice_fd_sd_coding_flag, mb_fd_sd_coding_flag, 및/또는 fd_or_sd_flag 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호.
  18. 복합형 부호화를 이용한 비디오 신호 복호화 방법에 있어서,
    비디오 신호 데이터를 부호화하는데 이용된 부호화 메커니즘에 따라, 부호화된 비디오 데이터를 주파수 영역 또는 공간 영역에서 효과적으로 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복호화 방법.
  19. 제18항에 있어서, 1차원 어레이로 수신된 예측 에러 신호 샘플들의 위치들은 2차원 배열의 위치로 할당되며, 이전에 수신된 예측 에러 신호 또는 예측 이미지에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복호화 방법.
  20. 복합형 부호화를 이용하여 비디오 신호를 부호화하는 부호화기에 있어서,
    예측 에러 신호를 설정하기 위해 블록 기반 움직임 보상 예측을 통해 시영역 중복성을 감소시키는 수단과,
    상기 예측 에러 신호를 주파수 영역으로 변환할 것인지, 또는 상기 예측 에러 신호를 공간 영역에서 유지할 것인지를 결정하는 적응 제어 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화기.
  21. 복합형 부호화 기술을 이용하여 부호화된 비디오 신호를 복호화하는 복호화기에 있어서,
    부호화된 비디오 신호의 입력 스트림이 공간 영역의 부호화된 비디오 신호의 예측 에러 신호를 나타내는지, 주파수 영역의 부호화된 비디오 신호의 예측 에러 신호를 나타내는지를 적응으로 결정하는 적응 제어 수단(201)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 복호화기.
  22. 제21항에 있어서, 예측 신호 또는 예측 에러 신호, 또는 이들의 선형 조합에 기초하여 스캐닝 순서를 제공하는 스캐닝 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복호화기.
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