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WO2015009068A1 - 비트 뎁스 및 컬러 포맷의 변환을 동반하는 업샘플링 필터를 이용하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 장치, 스케일러블 비디오 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

비트 뎁스 및 컬러 포맷의 변환을 동반하는 업샘플링 필터를 이용하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 장치, 스케일러블 비디오 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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WO2015009068A1
WO2015009068A1 PCT/KR2014/006466 KR2014006466W WO2015009068A1 WO 2015009068 A1 WO2015009068 A1 WO 2015009068A1 KR 2014006466 W KR2014006466 W KR 2014006466W WO 2015009068 A1 WO2015009068 A1 WO 2015009068A1
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WO
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image
layer image
enhancement layer
unit
phase difference
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2014/006466
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English (en)
French (fr)
Inventor
알쉬나엘레나
김찬열
알쉰알렉산더
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Publication date
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    • H04N19/463—Embedding additional information in the video signal during the compression process by compressing encoding parameters before transmission

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for video encoding / decoding through image upsampling.
  • one picture is divided into macroblocks to encode an image. Then, each macroblock is predictively encoded using inter prediction or intra prediction.
  • Inter prediction is a method of compressing an image by removing temporal redundancy between pictures
  • motion estimation coding is a representative example.
  • Motion estimation encoding predicts blocks of the current picture using at least one reference picture, respectively.
  • the predetermined evaluation function is used to search for a reference block most similar to the current block in a predetermined search range.
  • the current block is predicted based on the reference block, and the residual block generated by subtracting the prediction block generated as a result of the prediction from the current block is encoded.
  • interpolation is performed on the search range of the reference picture to perform prediction more accurately to generate subpixels smaller than the pixel unit (integer pel unit), and inter prediction is performed based on the generated subpixels. do.
  • the present invention proposes a method of determining an upsampling filter in order to interpolate sample values accurately for each sampling position according to the upsampling ratio.
  • a scalable video encoding method and a scalable video decoding method for converting a color format by changing a scalability magnification of a luma pixel and a scalability magnification of a chroma pixel are provided.
  • a scalable video encoding method and a scalable video decoding method for scaling up a bit depth when upsampling through an integer-based operation are proposed.
  • a scalable video encoding method includes: determining a reference layer image corresponding to the enhancement layer image among base layer images for inter-layer prediction of an enhancement layer image; Determining a phase difference between pixels of the enhancement layer image and the reference layer image according to a magnification between the enhancement layer images and the reference layer image and a color format of the enhancement layer; Selecting at least one filter coefficient set corresponding to the determined phase difference among filter coefficient data including filter coefficient sets corresponding to phase differences; Generating an upsampled reference layer image in which the resolution of the reference layer image is enlarged to the magnification by performing interpolation filtering on the reference layer image using the selected filter coefficient set; Obtaining a prediction error between the upsampled reference layer image and the enhancement layer image; Generating an enhancement layer bitstream including the prediction error and a scalable codec that performs the interpolation filtering; And generating a base layer bitstream by encoding the base layer images.
  • the generating of the upsampled reference layer image may include converting a bit depth of the reference layer image so that the upsampled reference layer image corresponds to bit depths of the enhancement layer images. Can be.
  • the step of converting the bit depth may be characterized by converting the bit depth of the reference layer image larger than 8 bits.
  • the determining of the phase difference between the pixels may include determining a phase difference between the luma pixel of the reference layer image and the luma pixel of the enhancement layer image according to the magnification; And determining a phase difference between the chroma pixel of the reference layer image and the chroma pixel of the enhancement layer image according to the magnification and the color format of the enhancement layer.
  • the determining of the phase difference between the chroma pixels may include determining a chroma pixel magnification according to the magnification and the color format of the enhancement layer; And determining a phase difference between the chroma pixel of the reference layer image and the chroma pixel of the enhancement layer image according to the chroma pixel magnification.
  • the color format of the enhancement layer may be characterized in that the ratio of the luma pixel and the two chroma pixels is 4: 2: 2 or 4: 4: 4.
  • the video encoding method may further include determining positions of samples used for interpolation filtering among the reference layer images.
  • a point of the enhancement layer image corresponding to an origin of the upsampled reference layer image Obtaining an offset component of the enhancement layer image, and determining the prediction error by comparing the enhancement layer image from which the offset component is removed with the upsampled reference layer image. It may be characterized by determining.
  • a video decoding method includes reconstructing the enhancement layer image by using the prediction error and the upsampled reference layer image.
  • the generating of the upsampled reference layer image may further include converting a bit depth of the reference layer image so that the upsampled reference layer image corresponds to bit depths of the enhancement layer images. can do.
  • the step of converting the bit depth may be characterized by converting the bit depth of the reference layer image larger than 8 bits.
  • the determining of the phase difference between the pixels may include determining a phase difference between the luma pixel of the reference layer image and the luma pixel of the enhancement layer image according to the magnification; And determining a phase difference between the chroma pixel of the reference layer image and the chroma pixel of the enhancement layer image according to the magnification and the color format of the enhancement layer.
  • the determining of the phase difference between the chroma pixels may include determining a chroma pixel magnification according to the magnification and the color format of the enhancement layer; And determining a phase difference between the chroma pixel of the reference layer image and the chroma pixel of the enhancement layer image according to the chroma pixel magnification.
  • the converting of the color format may include converting the color format of the reference layer image such that a ratio of luma pixels to two chroma pixels is 4: 2: 2 or 4: 4: 4. have.
  • the video decoding method may further include determining positions of samples used for interpolation filtering in the reference layer image.
  • the video decoding method may determine a point of the enhancement layer image corresponding to the origin of the upsampled reference layer image.
  • the method may further include determining an offset component of the enhancement layer image, and reconstructing the enhancement layer image comprises performing the offset component of the enhancement layer image by using the upsampled reference layer image and the prediction error. It may be characterized by restoring the remaining portions.
  • a scalable video encoding apparatus includes: a filter data storage configured to store filter coefficient sets corresponding to phase differences; Determining a phase difference between a pixel of the reference layer image and a pixel of the enhancement layer image based on a magnification of the reference layer image selected from the base layer, an enhancement layer image corresponding to the reference layer image, and a color format of the enhancement layer, A filter selector which selects a filter coefficient set corresponding to the determined phase difference among the filter coefficient data; An upsampling unit which performs interpolation filtering on the reference layer image by using the selected filter coefficient set; A prediction error obtaining unit obtaining a prediction error between the upsampled reference layer image and the enhancement layer image; A base layer encoder configured to generate a base layer bitstream by performing encoding on the base layer image; A video encoding apparatus including an enhancement layer encoder configured to generate an enhancement layer bitstream including the prediction error and a scalable codec for performing interpolation filtering is provided.
  • a scalable video decoding apparatus includes: a filter data storage configured to store filter coefficient sets corresponding to phase differences; Obtain a scalable codec that performs interpolation filtering based on a prediction error between an upsampled reference layer image and an enhancement layer image, a magnification between the enhancement layer image and a reference layer image, and a color format of the enhancement layer from an enhancement layer bitstream.
  • An enhancement layer bitstream decoder An enhancement layer bitstream decoder; A base layer bitstream decoder configured to generate a base layer image from the base layer bitstream; A filter selection unit for selecting a filter coefficient set corresponding to a phase difference determined from the scalable codec among filter set sets stored in the filter data storage unit; An upsampling unit configured to obtain the upsampled reference layer image by performing the interpolation filtering on the reference layer image according to the selected filter coefficient set; Provided is a video decoding method including an enhancement layer acquirer configured to obtain an enhancement layer image by using the prediction error and the upsampled reference layer image.
  • a computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the video encoding method proposed above is provided.
  • a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the video decoding method proposed above.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image upsampling apparatus according to various embodiments.
  • 4A and 4B show the location of reference pixels for upsampling filtering.
  • 5A-5D show the distribution of luma pixels and chroma pixels in 4: 2: 0, 4: 2: 2 and 4: 4: 4 color formats.
  • FIG. 6 shows the distribution of low resolution / high resolution luma pixels and low resolution / high resolution chroma pixels when the magnification between the low resolution image and the high resolution image is 2 when there is no change in the 4: 2: 0 color format.
  • 10A-10D illustrate filter coefficients used in an upsampling filter according to the phase of interpolation pixels.
  • FIG 11 shows an offset between an upsampled reference layer image and an enhancement layer image.
  • FIG. 12A is a block diagram of a scalable video encoding apparatus, according to various embodiments.
  • 12B is a block diagram of a scalable video decoding apparatus, according to various embodiments.
  • FIG. 13A is a flowchart of a scalable video encoding method, according to various embodiments.
  • 13B is a flowchart of a scalable video decoding method, according to various embodiments.
  • FIG. 14 is a block diagram of a scalable video encoding system, according to various embodiments.
  • 15A is a block diagram of a video encoding apparatus based on coding units having a tree structure, according to various embodiments.
  • 15B is a block diagram of a video decoding apparatus based on coding units having a tree structure, according to various embodiments.
  • 16 illustrates a concept of coding units, according to various embodiments.
  • 17A is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to various embodiments.
  • 17B is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to various embodiments.
  • 18 is a diagram illustrating deeper coding units according to depths, and partitions, according to various embodiments.
  • 19 illustrates a relationship between a coding unit and transformation units, according to various embodiments.
  • 20 is a diagram of deeper encoding information according to depths, according to various embodiments.
  • 21 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to various embodiments.
  • 22, 23, and 24 illustrate a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to various embodiments.
  • FIG. 25 illustrates a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 25 illustrates a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to encoding mode information of Table 1.
  • 26 illustrates the physical structure of a disk on which various associated programs are stored.
  • Fig. 27 shows a disc drive for recording and reading a program by using the disc.
  • FIG. 28 illustrates the overall structure of a content supply system for providing a content distribution service.
  • 29 and 30 illustrate an external structure and an internal structure of a mobile phone to which a video encoding method and a video decoding method according to various embodiments are applied.
  • 31 illustrates a digital broadcasting system employing a communication system according to various embodiments.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a network structure of a cloud computing system using a video encoding apparatus and a video decoding apparatus, according to various embodiments.
  • 'image' may refer to a generic image including a still image as well as a video such as a video.
  • upsampling of an image using an upsampling filter considering a phase difference is proposed.
  • scalable video encoding and decoding using an upsampling filter is proposed.
  • a tree to be performed in each layer in the scalable video system with reference to FIGS. 14 through 24.
  • encoding and decoding of a video are proposed.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image upsampling apparatus 10 according to various embodiments.
  • the image upsampling apparatus 10 using the symmetrical / asymmetric upsampling filter includes a filter selector 12, an upsampling unit 14, and a filter data storage unit 16.
  • Interpolation of an image may be used when converting a low resolution image into a high resolution. It may be used when converting an interlaced image into a progressive image, or may be used when upsampling a low quality image and converting it into a high quality image.
  • the motion estimation and motion compensation unit may perform inter prediction using the interpolated reference frames.
  • the inter prediction may be improved by generating an image of high quality by interpolating a reference frame and performing motion estimation and compensation based on the image of high quality.
  • the motion compensator may increase the accuracy of inter prediction by performing motion compensation using an interpolated reference frame.
  • an upsampled image by interpolating a base layer image is predicted of an enhancement layer. It can be used as an image or a reference image.
  • the image upsampling apparatus 10 may receive a low resolution image and interpolate pixels of an integer pel unit of the low resolution image to generate pixel values of a sub-pel unit.
  • the input image may be a picture sequence, a picture, a frame, or blocks of a low resolution video.
  • the subpixel unit of the low resolution image may correspond to the pixel unit of the high resolution image.
  • magnification of the low resolution image and the high resolution image is defined as the width of the high resolution image to the width of the low resolution image, and the ratio of the low resolution image and the high resolution image is 1: 2, the pixel is positioned between the pixel units of the low resolution image.
  • a pixel of 1/2 pixel may correspond to pixel of a pixel in a high resolution image.
  • the pixel of the subpixel unit generated by interpolating pixel unit pixels of the low resolution image may correspond to the pixel unit pixel of the high resolution image.
  • the image upsampling apparatus 10 may generate a high resolution image by performing upsampling through filtering on a low resolution image.
  • subpixel pixels may be generated through interpolation filtering of a low resolution image, and intervals between the original pixel units of the low resolution image and the subpixel pixels generated through interpolation filtering may be extended pixel by pixel.
  • the original pixel unit pixels and the subpixel unit pixels of the low resolution image may be determined to correspond to the positions of the pixel unit pixels of the high resolution image, respectively.
  • the pixel-by-pixel pixels of the high resolution image are determined by interpolation filtering of the low resolution image, and the interpolation filtering operation may be understood as a filtering operation for upsampling.
  • the subpixel unit pixel position determined through interpolation filtering may be a sampling position generated by upsampling.
  • the sampling position may vary depending on the scaling factor of the high resolution image to be generated by upsampling the low resolution image. For example, when the ratio between the low resolution image and the high resolution image is 1: 2, one sampling position is determined at a half pixel position between two adjacent pixels of the low resolution image, and three pixels are mapped at equal intervals. Can be. As another example, when the magnification between the low resolution image and the high resolution image is 2: 3, four pixels may be mapped at equal intervals every 1/3 and 2/3 pixel units between three adjacent pixels of the low resolution image.
  • a phase difference may exist between a pixel position pixel of a low resolution image and a pixel position (sampling position) of a high resolution image. Since the pixel unit pixel position of the low resolution image is fixed, if the sampling position is determined according to the magnification between the low resolution image and the high resolution image, the phase difference between the pixel unit pixel and the pixel of the high resolution image may be determined.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image may be determined according to the magnification of the low resolution image and the high resolution image. That is, if the magnifications of the low resolution image and the high resolution image are different, the phase difference may be changed.
  • the filter coefficient set may be determined according to the phase difference. Accordingly, the filter data storage unit 16 may store filter coefficient sets mapped for each phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image. For example, the filter data storage unit 16 may be individually set for phase differences 1/16, 1/8, 1/5, 1/4, 1/3, 3/8, 2/5, 1/2, and the like. Filter coefficient sets can be stored.
  • the filter selector 12 may determine a phase difference between a pixel of the low resolution image and a pixel of the high resolution image based on a magnification between the high resolution image and the low resolution image. However, since at least one sampling position is determined for one magnification, at least one phase difference may be mapped for one magnification. Therefore, even when upsampling a low resolution image to a high resolution image according to one magnification, upsampling filtering may be performed by selecting a different filter for each phase difference. Accordingly, the filter selector 12 may select the upsampling filter differently based on the phase difference among the upsampling filters for generating the pixel value of the sampling position located between the pixel units of the low resolution image.
  • the sampling position may be determined according to the magnification between the low resolution image and the high resolution image.
  • the output value obtained by performing filtering on the low resolution image using the upsampling filter may be determined to be a pixel value corresponding to the sampling position.
  • the upsampling unit 14 may generate pixel values of the sampling positions by interpolating pixel units adjacent to the sampling positions using the upsampling filter selected by the filter selector 12.
  • the upsampling filtering on the pixel-by-pixel pixels may include performing upsampling filtering on the pixel-by-pixel reference pixels including the pixel-by-pixel pixels adjacent to the sampling position.
  • the upsampling filter may be a one-dimensional filter. Therefore, by performing filtering using the selected upsampling filter on the pixel units adjacent in the horizontal direction in the low resolution image, upsampling in the horizontal direction may be performed. Upsampling in the vertical direction may be performed by performing filtering using the selected upsampling filter on the pixel unit pixels adjacent in the vertical direction in the low resolution image. Accordingly, by performing upsampling filtering in the horizontal and vertical directions on the low resolution image, the pixel values of the high resolution image may be determined.
  • the filter selector 12 may individually determine the upsampling filter according to the sampling position among the upsampling filters.
  • the upsampling filters according to various embodiments may include a symmetric upsampling filter composed of the same number of filter coefficients around a sampling position, and an asymmetric upsampling filter composed of different numbers of filter coefficients.
  • the filter selector 12 may individually select symmetric upsampling filters or asymmetric upsampling filters according to sampling positions.
  • a 7-tap upsampling filter may consist of three filter coefficients and four filter coefficients around a sampling position.
  • the 7-tap upsampling filter is an asymmetric upsampling filter.
  • an 8-tap upsampling filter may consist of four filter coefficients and four filter coefficients around a sampling position.
  • the 8-tap upsampling filter can be regarded as a symmetric upsampling filter.
  • the upsampling unit 14 may perform filtering by referring to pixel units positioned asymmetrically about the sampling position. In addition, when the symmetric upsampling filter is selected, the upsampling unit 14 may perform filtering by referring to pixel units symmetrically positioned around the sampling position.
  • the filter data storage unit 16 may store a set of filter coefficients of the upsampling filter, which is normalized to minimize a frequency response error generated as a result of interpolation using the upsampling filter among the upsampling filters.
  • upsampling at a magnification of 2: 3 is required to upsample low-resolution video having a resolution of 720p to high-resolution video at a resolution of 1080p, or to upsample HD-quality video to a full HD video.
  • a set of filter coefficients for a magnification 2: 3 eight tap filter coefficients for phase difference 1/3 or 2/3 ⁇ -1, 4, -11, 52, 26, -8 , 3, -1 ⁇ may be stored.
  • the filter coefficients may be stored in an enlarged manner as integers.
  • the above-mentioned 8-tap filter coefficients ⁇ -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1 ⁇ for the phase difference 1/3 or 2/3 described above are enlarged by 64 to be.
  • the upsampling unit 14 may reduce the filtering output value by 64 to determine the pixel value of the sampling position.
  • the filter data storage unit 16 may include filter coefficient sets corresponding to phase differences according to the phase difference interval 1/16.
  • the upsampling unit 14 corresponds to the phase difference 5/16 among the filter coefficient data stored in the filter data storage unit 16 for upsampling for a sampling position having a phase difference of 1/3 when the magnification is 2: 3.
  • the filter coefficient set to select can be selected.
  • the upsampling unit 14 corresponds to a phase difference 11/16 among the filter coefficient data stored in the filter data storage unit 16 for upsampling for a sampling position having a phase difference of 2/3 when the magnification is 2: 3. You can select a set of filter coefficients.
  • the filter data storage unit 16 may include filter coefficient sets corresponding to phase differences according to a phase difference interval 1/8.
  • the upsampling unit 14 corresponds to a phase difference 3/8 of the filter coefficient data stored in the filter data storage unit 16 for upsampling for a sampling position having a phase difference of 1/3 when the magnification is 2: 3.
  • the filter coefficient set to select can be selected.
  • the upsampling unit 14 may select a filter coefficient set corresponding to the phase difference 5/8 from the filter coefficient data for upsampling for a sampling position having a phase difference of 2/3 when the magnification is 2: 3.
  • the image upsampling apparatus 10 may perform image interpolation using different upsampling filters for each color component.
  • the filter selector 12 may select the upsampling filter differently based on the sampling position and the color component of the current pixel among the upsampling filters. Accordingly, the upsampling unit 14 may generate pixel values of the sampling positions by interpolating the pixel units by using the upsampling filter individually selected for each color component.
  • the filter selector 12 may differently determine the upsampling filter of the luma component and the upsampling filter of the chroma component.
  • the phase difference between the luma pixel of the low resolution image and the luma pixel of the high resolution image may be different from the phase difference between the chroma pixel of the low resolution image and the chroma pixel of the high resolution image. Therefore, the upsampling filter for the luma component and the upsampling filter for the chroma component can be determined separately according to the respective phase differences.
  • luma pixel and chroma pixel positions may be determined.
  • the position of the chroma pixel may be determined according to the position of the luma pixel. Therefore, the position of the luma pixels of the high resolution image may be determined according to the magnification between the low resolution image and the high resolution image, but the position of the chroma pixels of the high resolution image may be determined according to the position of the luma pixels of the high resolution image. Therefore, the phase difference between the chroma pixel of the low resolution image and the chroma pixel of the high resolution image may be different from the phase difference between the luma pixel of the low resolution image and the luma pixel of the high resolution image.
  • the filter selector 12 may first determine a phase difference between the luma pixel of the low resolution image and the luma pixel of the high resolution image based on the magnification between the low resolution image and the high resolution image.
  • the filter selector 12 may determine the position of the chroma pixel of the high resolution image in relation to the position of the luma pixels of the high resolution image, and determine the phase difference between the chroma component pixel of the low resolution image and the chroma pixel of the high resolution image.
  • the filter selector 12 may determine the position of the chroma pixel of the high resolution image in preparation for the position of the luma pixels of the high resolution image in consideration of the color format conversion. For example, if the color format of the low resolution image is 4: 2: 0 and the color format of the high resolution image is 4: 2: 2, the vertical upsampling ratio of the chroma pixels is 2 of the vertical upsampling ratio of the luma pixels. Can be doubled For example, if the color format of the low resolution image is 4: 2: 0 and the color format of the high resolution image is 4: 4: 4, both the vertical upsampling ratio of the chroma pixels and the upsampling ratio of the chroma pixels are horizontal. Each may be twice the upsampling ratio in the vertical direction of the luma pixel and the upsampling ratio in the horizontal direction of the luma pixel.
  • the color format conversion will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 8.
  • the filter selector 12 determines the phase difference for the luma pixel and the phase difference chroma separately, so that the upsampling filter for the luma pixel and the upsampling filter for the chroma pixel may be separately determined according to the phase difference. Can be.
  • the image upsampling apparatus 10 may include a central processor (not shown) that collectively controls the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16. have.
  • the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 are operated by their own processors (not shown), and the images are generated as the processors (not shown) operate organically with each other.
  • the upsampling device 10 may be operated in its entirety.
  • the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 may be controlled under the control of an external processor (not shown) of the image encoding apparatus 10 according to various embodiments. have.
  • the image upsampling apparatus 10 may include one or more data storage units (not shown) in which input and output data of the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 are stored. It may include.
  • the image upsampling apparatus 10 may include a memory controller (not shown) that controls data input / output of the data storage unit (not shown).
  • the image upsampling apparatus 10 may include a separate processor including a circuit for performing an image upsampling operation.
  • the image upsampling apparatus 10 may include a storage medium in which an image interpolation module is recorded, and may include a case where the central processor implements an image upsampling operation according to various embodiments by calling and driving the image interpolation module. have.
  • the sample value of the correct sampling position is filtered through the filter coefficients. Can also be determined accurately.
  • the image upsampling apparatus 10 may store filter data for filter coefficient sets capable of determining an accurate sample value for each phase difference required in the upsampling ratio between the low resolution image and the high resolution image. Can be.
  • the image upsampling apparatus 10 may specify a phase difference based on the magnification between the current low resolution image and the current high resolution image every time upsampling is performed, and may selectively use an upsampling filter corresponding to the specified phase difference among the filter data. have.
  • the image upsampling apparatus 10 may store only a set of filter coefficients for an upsampling filter corresponding to a phase difference that is specified according to a frequently used upsampling ratio, so that upsampling filtering may be efficiently performed.
  • p is a positive integer and the phase difference interval is 2 ⁇ (-p)
  • each phase difference can be regarded as i * 2 ⁇ (-p) (where i is an integer smaller than 2 ⁇ p).
  • upsampling filtering may be performed for each sampling unit by selecting an approximate phase difference.
  • interpolation filtering for image upsampling is described in detail with reference to FIGS. 2 to 4B.
  • the image upsampling apparatus 10 interpolates pixel values in the unit of pixels in the spatial domain, that is, pixels at the 'X' position, which is a sampling position by interpolating between pixel values of the 'O' position of the predetermined block 20. Generate values. Pixel values of the 'X' position are pixel values of the subpixel unit whose sampling position is determined by ⁇ x and ⁇ y. 2 illustrates an example in which a predetermined block 20 is 4x4, but the size of the block is not limited to 4x4, and pixel values of subpixel units are generated through upsampling filtering on a larger or smaller block. It can be easily understood by those skilled in the art.
  • motion vectors are used for motion compensation and prediction of the current image.
  • a previously decoded image is referred to in order to predict the current image, and the motion vector indicates a predetermined point of the reference image. Therefore, the motion vector indicates pixels in pixel units of the reference image.
  • the position of the pixel to be referred to by the current image may be a point located between pixels of the pixel unit of the reference image. This point is called the location of the subpixel unit. Since no pixel exists at the location of the subpixel unit, the pixel value of the subpixel unit is only predicted using the pixel values of the pixel units. That is, the pixel value of the subpixel unit is estimated through interpolation of the pixel units.
  • the pixel unit and the subpixel unit may be sampling positions.
  • FIGS. 3, 4A, 4B, and 4C an interpolation method for pixel-by-pixel pixels is described in detail with reference to FIGS. 3, 4A, 4B, and 4C.
  • the image upsampling apparatus 10 generates a pixel value 35 of a sampling position by interpolating between pixel values 31 and 33 of pixel units of a low resolution image in the spatial domain.
  • the pixel value 35 at the sampling position determined by the phase difference ⁇ .
  • the generated sampling position may be a pixel unit pixel of the high resolution image, and the pixel value of the sampling position may be a pixel value of the high resolution image.
  • 4A and 4B show the location of reference pixels for upsampling filtering.
  • a plurality of adjacent pixel units including pixel values 31 and 33 are generated to interpolate between two pixel values 31 and 33 of a low resolution image to generate a pixel value 35 of a sampling position.
  • interpolation may be performed between the 0 th pixel and the 1 th pixel.
  • FIG. 4A has been described as an example of interpolating between pixel values in a horizontal direction, one-dimensional upsampling filtering is possible using pixel values in a vertical direction.
  • the pixel value P ( ⁇ ) of the sampling position ⁇ in the vertical direction may be generated by interpolating between the adjacent P0 41 and P1 43 in the vertical direction.
  • the upsampling filtering method differs in that the interpolation is performed using the pixel values 47 and 49 arranged in the vertical direction instead of the pixel values 37 and 39 arranged in the horizontal direction. Will be similar.
  • pixel values of sampling positions in more various directions may be generated.
  • 5A-5D show the distribution of luma pixels and chroma pixels in 4: 2: 0, 4: 2: 2 and 4: 4: 4 color formats.
  • 5A shows each pixel in the YCbCr color space graphically.
  • the YCbCr color space is composed of Y luma pixels (hereinafter referred to as luma pixels) and two chroma pixels of Cb and Cr.
  • luma pixels Y luma pixels
  • Cb chroma pixel 52 is represented by a triangle
  • Cr chroma pixel 53 is represented by a circle.
  • each block means a pixel.
  • the pixel corresponding to the block means that only Y luma pixel 51 is allocated.
  • the block has a square figure and a triangle figure, it means that the pixel has a Y luma pixel 51 and a Cb chroma pixel 52.
  • 5B shows pixels of a 4: 2: 0 color format image.
  • one chroma pixel is mapped to four luma pixels.
  • the size of the array of luma pixels is [W] x [H]
  • the size of the array of chroma pixels may be [W / 2] x [H / 2]. Therefore, a 2x2 block of four pixels is allocated a luma pixel for each pixel, and Cb chroma pixels and Cr chroma pixels are assigned to only one pixel out of four pixels.
  • each of the blocks 541, 542, 543, and 544 includes a square figure representing a luma pixel. However, a triangular figure representing Cb chroma pixels is assigned only to block 541, and a circular figure representing Cr chroma pixels is assigned to block 542 only. Thus, chroma pixels are not assigned to blocks 543 and 544.
  • the structures of these blocks 541, 542, 543, and 544 are repeated in other blocks.
  • 5C shows the pixels on a 4: 2: 2 color format image.
  • two chroma pixels are mapped to four luma pixels.
  • the size of the array of luma pixels is [W] x [H]
  • the size of the array of chroma pixels may be [W / 2] x [H]. Therefore, a 2x2 block of four pixels is allocated a luma pixel for each pixel, and a Cb chroma pixel and a Cr chroma pixel are allocated to two of the four pixels.
  • each of the blocks 551, 552, 553, and 554 includes a square figure representing luma pixels.
  • triangular figures representing Cb chroma pixels are assigned only to blocks 551 and 552.
  • the circular figure representing the Cr chroma pixel is assigned only to blocks 551 and 552. Therefore, blocks 551 and 552 are assigned luma pixels and two chroma pixels.
  • 5D shows pixels on a 4: 4: 4 color format image.
  • chroma pixels are mapped one-to-one to luma pixels.
  • the size of the array of luma pixels is [W] x [H]
  • the size of the array of chroma pixels may be [W] x [H].
  • a 2x2 block of 4 pixels is assigned a luma pixel and two chroma pixels for each pixel.
  • each of the blocks 561, 562, 563, and 564 includes a square figure representing a luma pixel, a triangle figure representing a Cb chroma pixel, and a circle figure representing a Cr chroma pixel. Accordingly, it can be seen that each of the blocks 561, 562, 563, and 564 is assigned a luma pixel and two chroma pixels. The structure of these blocks 561, 562, 563, 564 is repeated in other blocks.
  • the upsampling ratio dsFactor can be determined as the ratio of the width of the high resolution image to the width of the low resolution image (iEWidth / iBWidth).
  • the horizontal distance (horizontal phase difference) between pixels of an image is called iPhaseX
  • the vertical distance (vertical phase difference) is called iPhaseY.
  • phase difference phase between the pixel position of the low resolution image and the high resolution image may be determined according to the following equation.
  • the phase between the low resolution image and the high resolution image may be 0 and 1/2.
  • the phase between the low resolution image and the high resolution image may be 3/8 and 7/8.
  • the upsampling ratio is 2
  • possible phases 0, 3/8, 7/8, and 1 may be represented by 1/16 sampling units. Therefore, the pixel position of the high resolution image is determined through an equation representing upsampling of the sampling unit 1/16 below.
  • the horizontal phase difference iPhaseX and the vertical phase difference iPhaseY between the luma pixels 51, 52, 53, and 54 of the low resolution image are 0 and 0, respectively.
  • the horizontal phase difference iPhaseX for the chroma pixel 55 is 0 and the vertical phase difference iPhaseY is 1.
  • iRefPos16XX and iRefPos16YY each represent a sampling position of sampling unit 1/16 for a low resolution image.
  • iRefPos16XX ((i * iScaleX + iAddX) >> iShiftXM4)-iDeltaX;
  • iRefPos16YY ((j * iScaleY + iAddY) >> iShiftYM4)-iDeltaY;
  • i is greater than or equal to 0 and smaller than the width iEWidth of the high resolution image
  • j is greater than or equal to 0 and less than the height iEHeight of the high resolution image.
  • Variables iScaleX, iAddX, iShiftXM4, iDeltaX, iScaleY, iAddY, iShiftYM4, and iDeltaY for determining the above equations iRefPos16XX and iRefPos16YY may be determined according to the following equations, respectively.
  • iAddX (((iBWidth * iPhaseX) ⁇ (iShiftX-2)) + (iEWidth >> 1))
  • iAddY (((iBHeight * iPhaseY) ⁇ (iShiftY-2)) + (iEHeight >> 1))
  • iDeltaX 4 * iPhaseX
  • iDeltaY 4 * iPhaseY
  • iShiftXM4 iShiftX-4;
  • iShiftYM4 iShiftY-4;
  • iScaleX ((iBWidth ⁇ iShiftX) + (iEWidth >> 1)) / iEWidth;
  • iScaleY ((iBHeight ⁇ iShiftY) + (iEHeight >> 1)) / iEHeight;
  • iPhaseX and iPhaseY are different depending on whether they are luma pixels or chroma pixels, sampling positions iRefPos16XX and iRefPos16YY may be different.
  • the sampling positions iRefPos16XX and iRefPos16YY respectively indicate sampling positions corresponding to pixel positions of the high resolution image.
  • the horizontal phase difference iPhaseXX and the horizontal pixel position iRefPosXX, the vertical direction phase difference iPhaseYY and the vertical pixel position iRefPosYY of the high resolution image may be determined using the equations iRefPos16XX and iRefPos16YY, respectively.
  • iPhaseXX iRefPos16XX &15;
  • iRefPosXX iRefPos16XX >> 4;
  • iPhaseYY iRefPos16YY &15;
  • iRefPosYY iRefPos16YY >> 4;
  • the sampling position of the high resolution image that is, the pixel position
  • the sampling position of the high resolution image may be determined without the division operation according to Equation aa.
  • Large square shape 51 is luma pixel of low resolution image
  • large triangle shape 52 is Cr chroma pixel of low resolution image
  • large circle shape 53 is Cb chroma pixel of low resolution image
  • small square shape Figure 61 is luma pixel of high resolution image
  • small triangle shape 62 is Cr chroma pixel of high resolution image
  • small circle shape 63 is Cb chroma pixel of high resolution image is chroma pixel of high resolution image Indicates.
  • FIG. 6 shows the distribution of low resolution / high resolution luma pixels and low resolution / high resolution chroma pixels when the magnification between the low resolution image 50 and the high resolution image is 4: 2: 0 color format.
  • high resolution luma pixels 611, 612, 613, 614, etc. are positioned based on the position of the low resolution luma pixels 511, 512, 513, 514, and the like. Also, high-resolution chroma pixels 621, 622, 623, 624, 631, 632, 633, 634 based on the position of high-resolution luma pixels 611, 612, 613, 614, etc. according to the 4: 2: 0 color format. The back is located.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image is 0 and 1/2.
  • the horizontal phase difference between the low resolution luma pixel 511 and the high resolution luma pixel 611 is 0, and the horizontal phase difference between the low resolution luma pixel 511 and the high resolution luma pixel 613 is 1/2.
  • the vertical phase difference between the low resolution luma pixel 511 and the high resolution luma pixel 611 is 0, and the vertical phase difference between the low resolution luma pixel 511 and the high resolution luma pixel 617 is 1/2.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image is 0 and 1/2.
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cr chroma pixel 621 is 0, and the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 623 is 1/2.
  • the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 621 is 0, and the vertical phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 622 is 1/2.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image is 0, 1/4, 1/2, 3/4.
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 631 is 0, and the horizontal phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 633 is 1/2.
  • the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 631 is 1/4
  • the vertical phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 632 is 3/4.
  • luma pixels and chroma pixels are upsampled twice in the horizontal and vertical directions, respectively. Without a conversion of the color format, the upsampling ratios of luma pixels and chroma pixels would be the same.
  • high resolution luma pixels 711, 712, 713, 714, etc. are positioned based on the position of the low resolution luma pixels 511, 512, 513, 514, and the like.
  • high-resolution chroma pixels 721, 722, 723, 724, 725, 731, 732, 733 are positioned based on the position of high-resolution luma pixels 711, 712, 713, 714, etc. 734, 735, and the like.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image is 0, 1/4, 1/2, 3/4.
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cr chroma pixel 721 is 0, and the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 725 is 1/2.
  • the vertical phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 721 is 0, the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 722 is 1/4, and the low resolution Cb chroma pixel is
  • the vertical phase difference between 521 and the high resolution Cb chroma pixel 723 is 1/2, and the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 724 is 3/4.
  • Cr chroma pixels it is similar to Cr chroma pixels.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image is 0, 1/4, 1/2, 3/4.
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 731 is 0, and the horizontal phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 735 is 1/2.
  • the vertical phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 731 is 0, the vertical phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 732 is 1/4 and the low resolution Cr chroma pixel is 1 ⁇ 4.
  • the vertical phase difference between 531 and the high resolution Cr chroma pixel 733 is 1/2, and the vertical phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 531 and the high resolution Cr chroma pixel 734 is 3/4.
  • the chroma pixel is upsampled twice in the horizontal direction and four times each in the vertical direction. Therefore, if the luma pixel is upsampled by N times in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, the chroma pixel may be upsampled by N times in the horizontal direction and 2N times in the vertical direction, respectively.
  • high resolution luma pixels 811, 812, 813, 814, etc. are positioned based on the position of the low resolution luma pixels 511, 512, 513, 514, and the like.
  • high-resolution chroma pixels 821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 831 based on the position of high-resolution luma pixels 811, 812, 813, 814, etc. 832, 833, 834, 835, 836, 837).
  • the upsampling ratio is the same as FIG. 6, and even if the color format is changed, the phase difference is the same as that of FIG. 6.
  • the phase difference between the pixels of the low resolution image and the pixels of the high resolution image is 0, 1/4, 1/2, 3/4.
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 821 is 0, the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 825 is 1/4,
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cr chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 826 is 1/2
  • the horizontal phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 827 is 3/4.
  • the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 821 is 0, the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 822 is 1/4, and the low resolution Cb chroma pixel is
  • the vertical phase difference between 521 and the high resolution Cb chroma pixel 823 is 1/2, and the vertical phase difference between the low resolution Cb chroma pixel 521 and the high resolution Cb chroma pixel 824 is 3/4.
  • the distribution of Cr chroma pixels of the high resolution image with respect to the distribution of Cr chroma pixels of the low resolution image is the same as that of the Cb chroma pixels of the high resolution image with respect to the Cb chroma pixels of the low resolution image. Therefore, the Cr chroma pixel has the same phase difference as the Cb chroma pixel.
  • the chroma pixel is upsampled four times in each of the horizontal and vertical directions. Therefore, if the luma pixel is upsampled by N times in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, the chroma pixel can be upsampled by 2N times in the horizontal direction and the vertical direction, respectively.
  • the color format is converted from 4: 2: 2 to 4: 4: 4, when the luma pixels are upsampled twice each in the horizontal and vertical directions, the chroma pixels are up twice in the horizontal direction and twice each in the vertical direction. Sampled. Thus, if the luma pixel is upsampled N times in the horizontal and vertical directions, respectively, the chroma pixel can be upsampled 2 times in the horizontal direction and N times in the vertical direction.
  • the image upsampling apparatus 10 may perform upsampling of an image by determining a filter according to a phase difference between a low resolution image and a high resolution image.
  • the image upsampling apparatus 10 stores filter coefficient sets mapped for each phase difference, and may select a filter coefficient corresponding to the current phase difference among the stored filter coefficient sets.
  • the phase difference determines a sampling position, and in order to accurately determine a sample value at the sampling position, a filter composed of filter coefficients capable of determining an accurate interpolation value in a corresponding phase is required. Therefore, the filter coefficient sets having good performance need to be stored in the image upsampling apparatus 10 in advance.
  • an operation of determining a filter coefficient set for outputting an accurate interpolation value for each phase difference will be described in detail.
  • Interpolation of pixel-by-pixel pixels for generating pixel values of a sampling position may be implemented through upsampling filtering.
  • the upsampling filtering can be expressed by the following equation.
  • Various upsampling filter generation methods are based on an expression that produces a floating point number rather than an integer, and the absolute value of the filter coefficients is usually not greater than one.
  • the result of the calculation of a real number that is not an integer may be caused by the sampling position ⁇ .
  • the image upsampling apparatus 10 may improve the computational efficiency of upsampling filtering by enlarging the filter coefficients to integers using an upsampling ratio.
  • the accuracy of upsampling filtering may also be improved.
  • the bit depth of the reference layer may be increased by maintaining the enlarged bit depth.
  • the image upsampling apparatus 10 may multiply the filter coefficients fm ( ⁇ ) by a predetermined value and interpolate the image using a large coefficient Fm ( ⁇ ).
  • the filter coefficient Fm ( ⁇ ) can be expanded from the filter coefficients fm ( ⁇ ).
  • the scaling ratio may be in the form of 2n.
  • n can be 0 and a positive integer.
  • the bit depth may be increased by n bits as compared with the filtering result by the original filter coefficient.
  • Integer arithmetic upsampling filtering using the enlarged filter coefficient Fm ( ⁇ ) may follow Equation ii. That is, after upsampling filtering is performed using the enlarged filter coefficient Fm ( ⁇ ), the enlarged bit depth should be restored to the original bit depth.
  • the offset may be 2n-1.
  • the filtering result enlarged using the enlarged upsampling filter according to various embodiments is reduced by a scaling ratio of 2n to be restored to the original bit, the bit depth enlarged by n bits as a result of filtering is reduced by n bits again. Can be.
  • bit depth of the interpolated pixels is 1 compared to the original bit depth. Will increase by. In the same manner, the bit depth can be increased or decreased by 2 or more compared to the original bit depth.
  • the two-step upsampling filtering is performed through the horizontal one-dimensional upsampling filtering and the vertical one-dimensional upsampling filtering, it can be reduced by a total of 2n bits. Therefore, when the first one-dimensional upsampling filter is enlarged by n1 bits and the second one-dimensional upsampling filter is enlarged by n2, two-stage up is performed through the first one-dimensional upsampling filtering and the second one-dimensional upsampling filtering. After sampling filtering, the sum of n1 and n2 may be reduced by 2n.
  • the first one-dimensional upsampling filter may be an upsampling filter that is not enlarged.
  • the bit depth of the interpolated pixels may increase by 2. For example, when the bit depth of the original pixel is 8, the bit depth of the interpolated pixel may be increased by 2 to 10.
  • an error may occur according to a rounding error.
  • the image upsampling apparatus 10 may round up the enlarged filter coefficients Fm ( ⁇ ) based on a normalization condition according to Equation iv. Some of the enlarged filter coefficients Fm ( ⁇ ) for normalization may be adjusted within a predetermined range relative to the original value. For example, the enlarged filter coefficients may be adjusted within a range of ⁇ 1 to correct for rounding errors.
  • the pixel position and the phase difference of the high resolution image generated by upsampling the low resolution image according to Equation aa are determined without a division operation.
  • phase differences that may occur at each sampling position during upsampling according to a frequently used magnification may be determined.
  • the sampling position for the high resolution image may be estimated from the position of the pixel unit of the low resolution image.
  • FIG. 9 shows the relationship of the up Sapling magnification in which each phase difference may occur when the phase difference interval is 1/16.
  • phase difference index information may be signaled to transmit and receive information indicating whether upsampling filtering is performed using a set of filter coefficients corresponding to a certain phase difference.
  • Phase difference 0 is theoretically a phase difference that occurs during upsampling of all magnifications.
  • the phase difference 1/16 can accurately determine the sampling position required for upsampling of magnification x16 / 15.
  • the phase difference 1/8 may be used even for upsampling of magnification x7 / 6.
  • the phase difference 1/4 may be used in upsampling of magnification x7 / 6.
  • phase difference index i When the phase difference index i is larger than 8, the sum of the phase difference ⁇ 1 indicated by the phase difference index i and the phase difference ⁇ 2 indicated by the phase difference index 16-i becomes 1, so that the phase difference index i and the phase difference index (15-i) at the same upsampling magnification. May occur simultaneously. Therefore, the phase difference ⁇ 2 is also used in the upsampling ratio in which the phase difference ⁇ 1 is used. Thus, phase difference index i and phase difference index 15-i can be used at the same upsampling magnification.
  • the phase difference 3/5 may be used in the upsampling of magnification x 5/3 like the phase difference 2/5.
  • the phase difference 5/8 may be used during upsampling of magnification x 8/7 like the phase difference 3/8.
  • the phase difference 2/3 may be used in the upsampling of magnifications x3 / 2 and x6 / 5 similarly to the phase difference 1/3.
  • the phase difference 3/4 may be used in the upsampling of magnification x4 / 3 and x8 / 7 similarly to the phase difference 1/4.
  • the phase difference 4/5 may be used in the upsampling of magnifications x5 / 3 and x6 / 5 like the phase difference 1/5.
  • the phase difference 7/8 may be used in the upsampling of magnifications x8 / 7 and x7 / 6 like the phase difference 1/8.
  • the phase difference 15/16 may be used when upsampling the magnification x16 / 15 like the phase difference 1/16.
  • an upsampling filter for determining a sampling position indicated by the phase difference is required.
  • a set of filter coefficients of an upsampling filter for determining a sampling position indicated by each phase difference will be described with reference to FIGS. 10A to 10D.
  • FIGS. 10A-10D illustrate filter coefficients in accordance with various embodiments.
  • 10A illustrates filter coefficients of eight tap upsampling with a phase difference interval of 1/16, according to various embodiments.
  • the filter coefficient set for phase difference 0 is ⁇ 0, 0, 0, 64, 0, 0, 0, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/16 is ⁇ 0, 1, -3, 63, 4, -2, 1, 0 ⁇ ;
  • the set of filter coefficients for phase difference 1/8 is ⁇ -1, 2, -5, 62, 8, -3, 1, 0 ⁇ or ⁇ 0, 2, -6, 61, 9, -3, 1, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 3/16 is ⁇ -1, 3, -8, 60, 13, -4, 1, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 1/4 is ⁇ -1, 4, -10, 58, 17, -5, 1, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 5/16 is ⁇ -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1 ⁇ ;
  • the set of filter coefficients for phase difference 3/8 is ⁇ -1, 4, -11, 50, 29, -9, 3, -1 ⁇ , ⁇ -1, 4, -11, 50, 28, -8, 2, 0 ⁇ or ⁇ -1, 3, -9, 47, 31, -10, 4, -1 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 7/16 is ⁇ -1, 4, -11, 45, 34, -10, 4, -1 ⁇ or ⁇ -1, 4, -11, 44, 35, -10, 4, -One ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/2 may be ⁇ -1, 4, -11, 40, 40, -11, 4, -1 ⁇ .
  • the phase difference index i and the phase difference index 16-i may occur simultaneously in the upsampling of the same magnification, and the filter coefficient for the phase difference index i and the filter coefficient for the phase difference index 16-i are equal to each other. Is in reverse order.
  • the filter coefficient set for phase difference 5/16 is ⁇ -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1 ⁇
  • the filter coefficient set for phase difference 7/16 is ⁇ -1 , 3, -8, 26, 52, -11, 4, -1 ⁇ .
  • the filter data storage unit 16 may store a lookup table of the phase difference index (or phase difference) and filter coefficient sets described above with reference to FIG. 10A.
  • 10B illustrates filter coefficients of four tap upsampling with a phase difference interval of 1/16, according to various embodiments.
  • the filter coefficient set for phase difference 0 is ⁇ 0, 64, 0, 0 ⁇ ;
  • the set of filter coefficients for phase difference 1/16 is ⁇ -2, 62, 4, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/8 is ⁇ -2, 58, 10, -2 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 3/16 is ⁇ -4, 56, 14, -2 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 1/4 is ⁇ -4, 54, 16, -2 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 5/16 is ⁇ -6, 52, 20, -2 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 3/8 is ⁇ -6, 46, 28, -4 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 7/16 is ⁇ -4, 42, 30, -4 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/2 may be ⁇ -4, 36, 36, -4 ⁇ .
  • the 8-tap filter coefficient set shown in FIG. 10A is applied to the luma pixel when the phase difference interval is 1/16.
  • the 4-tap filter coefficient set shown in FIG. 10B is applied to chroma pixels when the phase difference interval is 1/16.
  • 10C illustrates filter coefficients of 8-tap upsampling with a phase difference interval of 1/8 according to various embodiments.
  • the filter coefficient set for phase difference 0 is ⁇ 0, 0, 0, 64, 0, 0, 0, 0 ⁇ ;
  • the set of filter coefficients for phase difference 1/8 is ⁇ -1, 2, -5, 62, 8, -3, 1, 0 ⁇ or ⁇ 0, 2, -6, 61, 9, -3, 1, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 1/4 is ⁇ -1, 4, -10, 58, 17, -5, 1, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 3/8 is ⁇ -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/2 may be ⁇ -1, 4, -11, 40, 40, -11, 4, -1 ⁇ .
  • 10D illustrates filter coefficients of four tap upsampling with a phase difference interval of 1/8 according to various embodiments.
  • the filter coefficient set for phase difference 0 is ⁇ 0, 64, 0, 0 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/8 is ⁇ -2, 58, 10, -2 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 1/4 is ⁇ -4, 54, 16, -2 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for phase difference 3/8 is ⁇ -6, 46, 28, -4 ⁇ ;
  • the filter coefficient set for the phase difference 1/2 may be ⁇ -4, 36, 36, -4 ⁇ .
  • the 8-tap filter coefficient set shown in FIG. 10C is applied to the luma pixel when the phase difference interval is 1/8.
  • the 4-tap filter coefficient set shown in FIG. 10D is applied to the chroma pixel when the phase difference interval is 1/8.
  • the filter data storage unit 16 may store a lookup table between a phase difference and a filter coefficient set according to a phase difference interval other than 1/16, or a lookup table between a filter coefficient set and a phase difference other than 8 taps in number of filter taps. have.
  • the phase difference interval may be 2 ⁇ (-p) such as 1/16 or 1/8 or 1/32 (p is a positive integer). Larger phase difference intervals are advantageous for less memory, and smaller ones for improved accuracy of up-sampling. For example, when the phase difference interval is 1 / 8th, the memory usage is reduced, and when the phase difference interval is 1/16, the accuracy of up-to-up sampling is improved.
  • the filter coefficient set of the upsampling filter may be previously designated as shown in FIGS. 10A to 10D or may be an unspecified variable.
  • the filter selector 14 determines the required phase difference based on the current upsampling magnification (scaling magnification or scalability magnification), and selects a filter coefficient set corresponding to each phase difference in the filter data storage unit 16, Upsampling filtering may be performed for each sampling position indicated by the phase difference.
  • a low resolution image may be encoded as a base layer image sequence
  • a high resolution image may be encoded as an enhancement layer image sequence
  • the resolution of the reference layer image and the enhancement layer image is equalized by upsampling a reference layer image corresponding to the enhancement layer image among the base layer images, the resolutions of the upsampled reference layer image and the enhancement layer image do not always match. Accordingly, a process of obtaining an offset existing between the upsampled reference layer image and the enhancement layer image and equalizing the resolution of the enhancement layer image and the upsampled reference layer image based on the offset is required.
  • 11 shows an offset between an upsampled reference layer image and an enhancement layer image.
  • 11 illustrates an upsampled reference layer image 1110 and an enhancement layer image 1120 having different resolutions.
  • the relationship between the upsampled reference layer image 1110, the enhancement layer image 1120, and the offsets 1130, 1140, 1150, and 1160 may be expressed by the following equation.
  • SH H-ScaledRefLayerTopOffset (SRTO)-ScaledRefLayerBottomOffset (SRBO)
  • W and H mean the width and height of the enhancement layer image 1120, respectively.
  • the SRLO, SRRO, SRTO, and SRBO mean the top offset 1130, the right end offset 1140, the bottom offset 1150, and the left end offset 1160, respectively.
  • SW and SH refer to the width and height of the upsampled reference layer image 1110.
  • the position of any luma sample included in the enhancement layer image 1120 may be defined as (xL, yL).
  • a position (xLR, yLR) corresponding to the position (xL, yL) of the luma sample of the enhancement layer image 1120 must be found in the strictly sampled reference layer image 1110.
  • the reference layer image 1110 of the strictly layered reference layer image 1110 may be used to equalize the resolution.
  • the position (xCR, yCR) corresponding to the position (xC, yC) of the chroma sample should be found.
  • the method for obtaining (xLR, yLR) and (xCR, yCR) can be expressed by the following equation.
  • xCR (xC-SRLO / denomX + deltaXC / denomX) * WR / (diff_scale * SW)-deltaXCR / 2 (3)
  • yCR (yC-SRTO / denomY + deltaYC / denomY) * HR / SH- deltaYCR / 2 (4)
  • WR and HR refer to the width and height of the reference layer image.
  • denomX is 2 when the color format is 4: 2: 0 or 4: 2: 2, and 1 when the color format is 4: 4: 4.
  • denomX is 2 when the color format is 4: 2: 0 and 1 when the color format is 4: 2: 2 or 4: 4: 4.
  • diff_scale is 2 when the color format is changed from 4: 2: 0 to 4: 2: 2, unless there is no other color format conversion or when the color format is converted from 4: 2: 0 to 4: 2: 2. Time is 1.
  • Equations (1) to (4) above can be generalized and expressed as equations (5) and (6).
  • xR (x-(SRLO-deltaX) / denomX) * WR / (diff_scale * SW)-deltaXR / 2 (5)
  • yR (y-(SRTO-deltaY) / denomY) * HR / SH-deltaYR / 2 (6)
  • xLR and yLR are the same as the expressions of xR and yR, respectively.
  • (X, y) and (xC, yC) input in the above equations are integers, but the output reference layer positions (xR, yR) and (xCR, yCR) are not necessarily integers. Therefore, when the values of (xR, yR) and (xCR, yCR) are not integers, the positions of (xR, yR) and (xCR, yCR) are interpolated using samples of reference layers.
  • ScaleFactorX and ScaleFactorY with integer values are defined as follows.
  • ScaleFactorX ((WR ⁇ 16) + ((diff_scale * SW) >> 1)) / (diff_scale * SW)
  • ScaleFactorX and ScaleFactorY are rounded up. Both ScaleFactorX and ScaleFactorY have values from 0 to 216.
  • the following formula shows how to scale the result of Eqs. (5) and (6) using ScaleFactorX and ScaleFactorY.
  • xRef16 and yRef16 have xR and yR multiplied by 16, respectively.
  • xRef16 and yRef16 are used when interpolating with a phase difference interval of 1/16.
  • xRef16 (((x-offsetX) * ScaleFactorX + addX16 + (1 ⁇ 11)) >> 12)-(deltaX ⁇ 2)
  • yRef16 (((y-offsetY) * ScaleFactorY + addY16 + (1 ⁇ 11)) >> 12)-(deltaY ⁇ 2)
  • xRef8 and yRef8 have their values multiplied by 8 for xR and yR, respectively.
  • xRef8 and yRef8 are used when interpolating with a phase difference interval of 1/8.
  • xRef8 and yRef8 are derived in the same way as xRef16 and yRef16.
  • xRef8 (((x-offsetX) * ScaleFactorX + addX8 + (1 ⁇ 12)) >> 13)-(deltaX ⁇ 1)
  • yRef8 (((y-offsetY) * ScaleFactorY + addY8 + (1 ⁇ 12)) >> 13)-(deltaY ⁇ 1)
  • the interpolation method when the phase difference interval is 1/16 will be described using the following equation.
  • the integer part (ixR, iyR) of the reference position (xR, yR) is derived as follows.
  • the fractional part (xPhase, yPhase) of the reference position (xR, yR) is derived as follows.
  • (xPhase, yPhase) is a fraction with denominator 16.
  • the filter coefficient set of FIG. 10A for the luma interpolation pixel is determined according to the values of xPhase and yPhase.
  • the filter coefficient set of FIG. 10B for the chroma interpolation pixel is determined according to the values of xPhase and yPhase.
  • the interpolation method when the phase difference interval is 1/8 will be described using the following equation.
  • the integer part (ixR, iyR) of the reference position (xR, yR) is derived as follows.
  • the fractional part (xPhase, yPhase) of the reference position (xR, yR) is derived as follows.
  • (xPhase, yPhase) is a fraction with denominator 8.
  • the filter coefficient set of FIG. 10C for the luma interpolation pixel is determined according to the values of xPhase and yPhase.
  • the filter coefficient set of FIG. 10D for the chroma interpolation pixel is determined according to the values of xPhase and yPhase.
  • Step 1 interpolation is derived from the following equation.
  • Clip3 (A, B, C) is input to C when the third variable C is larger than A and smaller than B.
  • LumaR [x, y] means the pixel value of the luma pixel assigned to the (x, y) position.
  • iyRL Clip3 (0, HR-1, iyR + n-1)
  • the interpolated luma sample Luma (x, y) performs two-step interpolation in the vertical direction. Two-step interpolation is derived from the following equation.
  • Luma (x, y) Clip3 (0, (1 ⁇ B) -1), (fL [yPhase, 0] * tempArray [0] +
  • B means the bit depth of the interpolation pixel. Therefore, when the B value is 10, the bit depth of the interpolation pixel is 10.
  • the interpolation method of chroma pixels is the same as the interpolation method of luma pixels. However, since the density of chroma pixels is lower than that of luma pixels in 4: 2: 0 or 4: 2: 2 color format, a 4-tap filter may be used to interpolate the above luma pixels, unlike the 8-tap filter. have.
  • the coefficients of the resampling filter may be predetermined in the filter coefficient set of FIGS. 10A-10D and may use variable coefficients that are not predetermined. As one of the methods of transmitting the variable coefficient to the decoder, the difference between the filter coefficients of FIGS. 10A to 10D may be transmitted to the bit stream.
  • variable coefficient means a filter coefficient set using the following equations.
  • fL [xPhase, k] means predetermined filter coefficients of FIGS. 10A to 10D.
  • ⁇ [xPhase, k] means a value arbitrarily determined by the encoder.
  • fLA [xPhase, k] fL [xPhase, k] + ⁇ [xPhase, k]. (k is an integer from 0 to 7)
  • SumNegL [xPhase] means the sum of fL [xPhase, k] smaller than 0 when the phase difference is xPhase.
  • SumPosL [xPhase] means the sum of fL [xPhase, k] greater than 0 when the phase difference is xPhase.
  • Max means the maximum value of LumaR. For example, for an 8-bit signal, 255 is the maximum.
  • Min is the minimum value of LumaR. For example, in an 8-bit signal, zero is the minimum.
  • the size of tempArray [n] has the following range.
  • the range of tempArray [n] is 255 * (SumPosL [xPhase]-SumNegL [xPhase]) as follows.
  • the size of the range of tempArray [n] may be smaller than 16 bits.
  • the range of ⁇ may be determined using the absolute value of the difference ⁇ .
  • the following formula describes the process of finding the range of?.
  • will be 9. Therefore, unless
  • FIG. 12A is a block diagram of a scalable video encoding apparatus 1200 according to various embodiments.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may include a base layer encoder 1210, an enhancement layer encoder 1220, a prediction error obtainer 1230, a filter selector 12, and an upsampling unit 14. ) And filter data storage unit 16.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 classifies and encodes a plurality of video sequences for each layer according to a scalable video coding scheme, and includes separate streams including data encoded for each layer. You can output The scalable video encoding apparatus 1200 may encode the base layer image sequence and the enhancement layer image sequence into different layers.
  • the base layer encoder 1210 may encode base layer images and output a base layer bitstream including encoded data of the base layer images.
  • the base layer may be used as a reference layer required for encoding the enhancement layer.
  • the enhancement layer encoder 1220 encodes the scalable codec selected by the filter selector 12 and the prediction errors obtained by the prediction error acquisition unit 1230, and generates an enhancement layer bitstream including encoded data of the enhancement layer images. You can print
  • the prediction error acquisition unit 1230 obtains a prediction error between the upsampled base layer and the enhancement layer obtained by the upsampling unit 14. The obtained prediction error is transmitted to the enhancement layer encoder 1220.
  • low resolution images may be encoded as base layer images, and high resolution images may be encoded as enhancement layer images.
  • the encoding result of the base layer images may be output as the base layer bitstream, and the encoding result of the enhancement layer images may be output as the enhancement layer bitstream.
  • scalable video coding may be performed on the base layer and the plurality of enhancement layers. If there are three or more enhancement layers, base layer images, first enhancement layer images, second enhancement layer images,..., Kth enhancement layer images may be encoded. Accordingly, the encoding results of the base layer images are output as the base layer bitstream, and the encoding results of the first, second, ..., Kth enhancement layer images are respectively converted into the first, second, ..., Kth enhancement layer bitstream. Can be output.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may perform inter prediction to predict a current image by referring to images of a single layer. Through inter prediction, a motion vector representing motion information between the current picture and the reference picture and a residual component between the current picture and the reference picture may be generated.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may perform inter-layer prediction for predicting enhancement layer images by referring to base layer images.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may perform interlayer prediction for predicting the images of the second enhancement layer by referring to the images of the first enhancement layer. Through inter layer prediction, a position difference component between the current image and a reference image of another layer and a residue component between the current image and a reference image of another layer may be generated.
  • interlayer prediction between one base layer image and two or more enhancement layer images may be performed according to a multilayer prediction structure. It can also be done.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 encodes each block for each image of the video for each layer.
  • the type of block may be square or rectangular, and may be any geometric shape. It is not limited to data units of a certain size.
  • a block according to various embodiments may be a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, a transformation unit, and the like among coding units having a tree structure.
  • the maximum coding unit including the coding units of the tree structure may be variously represented as a coding block tree, a block tree, a root block tree, a coding tree, a coding root, or a tree trunk. It may be named.
  • the video encoding and decoding method based on coding units having a tree structure will be described later with reference to FIGS. 14 to 24.
  • Inter prediction and inter layer prediction may be performed based on a data unit of a coding unit, a prediction unit, or a transformation unit.
  • the base layer encoder 1210 may generate symbol data by performing source coding operations including inter prediction or intra prediction on base layer images. For example, the base layer encoder 1210 generates symbol data by performing inter prediction or intra prediction, transformation, and quantization on samples of data units of base layer images, and performs entropy encoding on symbol data. A base layer bitstream can be generated.
  • the enhancement layer encoder 1220 may encode enhancement layer images based on coding units having a tree structure.
  • the enhancement layer encoder 1220 generates symbol data by performing inter / intra prediction, transform, and quantization on samples of a coding unit of an enhancement layer image, and performs entropy encoding on the symbol data to generate an enhancement layer bitstream. Can be generated.
  • the enhancement layer encoder 1220 may perform interlayer prediction for predicting an enhancement layer image by using reconstructed samples of the base layer image.
  • the enhancement layer encoder 1220 generates an enhancement layer prediction image by using the base layer reconstruction image, and encodes the enhancement layer original image during the enhancement layer image sequence through the interlayer prediction structure, and enhances the enhancement layer original image and the enhancement layer.
  • the prediction error between the layer prediction images may be encoded.
  • the enhancement layer encoder 1220 may perform interlayer prediction on the enhancement layer image for each block, such as a coding unit or a prediction unit.
  • a block of the base layer image to be referred to by the block of the enhancement layer image may be determined.
  • a reconstruction block of the base layer image positioned corresponding to the position of the current block in the enhancement layer image may be determined.
  • the enhancement layer encoder 1220 may determine an enhancement layer prediction block by using a base layer reconstruction block corresponding to the enhancement layer block.
  • the enhancement layer encoder 1220 may use the enhancement layer prediction block determined by using the base layer reconstruction block according to the interlayer prediction structure as a reference image for interlayer prediction of the original enhancement layer block.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may include a filter selector 12, an upsampling unit 14, and a filter data storage unit 16 of the image upsampling apparatus 10. Operations of the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 in the scalable video encoding apparatus 1200 will be described in detail with reference to FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a flowchart of a scalable video encoding method, according to various embodiments.
  • the base layer encoder 1210 may determine coding units having a tree structure with respect to a low resolution image of a base layer sequence. For each coding unit of a tree structure, intra or inter prediction may be performed on a prediction unit, and transform and quantization may be performed for each transformation unit to encode samples of the coding unit.
  • a base layer bitstream including base layer image encoding information generated by encoding a base layer image that is a low resolution image may be output.
  • the enhancement layer encoder 1220 determines a reference layer image corresponding to the enhancement layer image from the enhancement layer image and the base layer image.
  • a phase difference between pixels of the enhancement layer image and the reference layer image is determined according to the magnification between the enhancement layer image and the reference layer image and the color format of the enhancement layer image.
  • the filter selector 12 may determine a phase difference required for upsampling filtering based on a magnification between the low resolution image processed by the base layer encoder 1210 and the high resolution image processed by the enhancement layer encoder 1220.
  • the phase difference between the chroma pixels of the enhancement layer image and the reference layer image may be determined based on the phase difference of the luma pixel.
  • the filter selector 12 selects a filter coefficient set corresponding to the phase difference determined in operation 1210 in the filter data storage unit 16 in which filter coefficient data corresponding to each phase difference is stored. That is, the filter selector 12 may select a filter required for the current upsampling ratio.
  • the upsampling unit 16 performs the filtering on the low resolution reconstructed image generated by the base layer encoder 1210 using the upsampling filter selected by the filter selector 12 to perform the upsampling reference layer image. Can be generated. In the upsampling process, the bit depth of pixels may be extended.
  • the prediction error obtainer 1230 obtains a prediction error from the upsampled reference layer image and the enhancement layer image.
  • the enhancement layer encoder 1220 encodes a scalable codec including a prediction error acquired by the prediction error obtainer 1230 and a filter coefficient set selected by the filter selector 12, thereby improving the bitstream of the enhancement layer.
  • the base layer encoder 1210 encodes the base layer image to generate a base layer bitstream.
  • the upsampling filter information may be included in a sequence parameter set (SPS), a picture parameter set (PPS), and a slice segment header.
  • SPS sequence parameter set
  • PPS picture parameter set
  • slice segment header a slice segment header
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may include a base layer encoder 1210, an enhancement layer encoder 1220, a prediction error obtainer 1230, a filter selector 12, and an upsampler ( 14 and a central processor (not shown) that collectively controls the filter data storage unit 16.
  • the base layer encoder 1210, the enhancement layer encoder 1220, the prediction error obtainer 1230, the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 may be provided. It is operated by its own processor (not shown), and the scalable video encoding apparatus 1200 may be operated as a whole as the processors (not shown) operate organically with each other.
  • the base layer encoder 1210, the enhancement layer encoder 1220, the prediction error obtainer 1230, and the filter selector may be controlled by an external processor (not shown) of the scalable video encoding apparatus 1200. 12, the upsampling unit 14 and the filter data storage unit 16 may be controlled.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may include a base layer encoder 1210, an enhancement layer encoder 1220, a prediction error obtainer 1230, a filter selector 12, and an upsampling unit. 14 and one or more data storage units (not shown) in which input and output data of the filter data storage unit 16 are stored.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may include a memory controller (not shown) that manages data input and output of the data storage unit (not shown).
  • the scalable video encoding apparatus 1200 may operate in conjunction with an internal video encoding processor or an external video encoding processor to output a video encoding result, thereby performing a video encoding operation including transformation. Can be done.
  • the internal video encoding processor of the scalable video encoding apparatus 1200 may implement a video encoding operation as a separate processor.
  • the scalable video encoding apparatus 1200, the central computing unit, or the graphics processing unit may include a video encoding processing module to implement a basic video encoding operation.
  • FIG. 12B is a block diagram of the scalable video decoding apparatus 1250, according to various embodiments.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may include an interlayer SAO parameter obtainer 22, an interlayer offset determiner 24, a base layer bitstream decoder 1260, and an enhancement layer bitstream decoder. 1270 and the enhancement layer acquirer 1280.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may receive bitstreams for each layer according to the scalable encoding scheme.
  • the number of layers of the bitstreams received by the scalable video decoding apparatus 1250 is not limited.
  • the base layer bitstream decoder 1260 of the scalable video decoding apparatus 1250 receives and decodes the base layer bitstream, and the enhancement layer bitstream decoder 1270 enhances the enhancement layer bits. Receive and decode the stream.
  • the enhancement layer acquirer 1280 obtains an enhancement layer based on the base layer obtained by the base layer bitstream decoder 1260 and the prediction error and the scalable codec obtained by the enhancement layer bitstream decoder 1270.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 based on spatial scalability may receive a stream in which image sequences having different resolutions are encoded in different layers.
  • the low resolution image sequence may be reconstructed by decoding the base layer bitstream, and the high resolution image sequence may be reconstructed by decoding the enhancement layer bitstream.
  • the first enhancement layer images for the first enhancement layer may be reconstructed from the first enhancement layer bitstream, and the second enhancement layer images may be further reconstructed by further decoding the second enhancement layer bitstream. If the Kth enhancement layer bitstream is further decoded in the first enhancement layer bitstream, the Kth enhancement layer images may be further reconstructed.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 obtains encoded data of base layer images and enhancement layer images from the base layer bitstream and the enhancement layer bitstream, and adds the encoded data to the motion vector and interlayer prediction generated by inter prediction. It is possible to further obtain the prediction information generated by.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may decode inter-predicted data for each layer and may decode inter-layer predicted data between a plurality of layers. Reconstruction may be performed through motion compensation and interlayer decoding based on a coding unit or a prediction unit, according to an embodiment.
  • images may be reconstructed by performing motion compensation for the current image with reference to reconstructed images predicted through inter prediction of the same layer.
  • the motion compensation refers to an operation of reconstructing a reconstructed image of the current image by synthesizing the reference image determined using the motion vector of the current image and the residue component of the current image.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may perform interlayer decoding with reference to base layer images in order to reconstruct an enhancement layer image predicted through interlayer prediction.
  • Inter-layer decoding refers to an operation of reconstructing a reconstructed image of the current image by synthesizing a reference image of another layer determined to predict the current image and a residue component of the current image.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may perform interlayer decoding for reconstructing second enhancement layer images predicted with reference to the first enhancement layer images.
  • the interlayer prediction structure will be described later with reference to FIG. 13.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 decodes each block of each image of the video.
  • a block according to an embodiment may be a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, a transformation unit, and the like among coding units having a tree structure.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may decode the base layer image by using encoding symbols of the parsed base layer image. If the scalable video decoding apparatus 1250 receives streams encoded based on coding units having a tree structure, the base layer bitstream decoder 1260 may encode the tree structure for each maximum coding unit of the base layer bitstream. Decryption may be performed based on these.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may obtain encoding information and encoded data by performing entropy decoding for each largest coding unit.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may reconstruct the residue component by performing inverse quantization and inverse transformation on the encoded data obtained from the stream.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may directly receive a bitstream of quantized transform coefficients. As a result of performing inverse quantization and inverse transformation on the quantized transformation coefficients, the residue component of the images may be reconstructed.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may reconstruct the base layer images by combining the prediction image and the residue component through motion compensation between the same layer images.
  • the enhancement layer bitstream decoder 1270 decodes the enhancement layer bitstream to obtain a scalable codec and a prediction error.
  • the filter selector 12 selects filter coefficient data based on the obtained scalable codec.
  • the upsampling unit 14 upsamples the base layer according to the selected filter coefficient data.
  • the enhancement layer obtainer 1280 obtains an enhancement layer based on the prediction error obtained by the enhancement layer bitstream decoder 1270 and the upsampled base layer image obtained by the upsampling unit 14.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may obtain an SAO parameter from the base layer bitstream to compensate for an encoding error between the base layer original image and the base layer reconstructed image.
  • the base layer bitstream decoder 1260 performs inverse quantization and inverse transformation on the basis of the transformation unit on the samples encoded for each coding unit of the tree structure of the base layer image, and based on the prediction unit.
  • the samples may be reconstructed through decoding to perform intra prediction or motion compensation.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may generate a reconstructed image by reconstructing samples of each maximum coding unit.
  • the reconstruction image of the previous slice segment may be referred to for inter prediction of the current slice segment. Therefore, the reconstructed image of the previous slice segment may be used as a prediction image for the current slice segment.
  • the enhancement layer bitstream decoder 1270 may obtain enhancement layer encoding information from the enhancement layer bitstream. From the high resolution encoding information, a prediction error, that is, a residue component, of the enhancement layer prediction block and the enhancement layer original block according to the interlayer prediction structure may be obtained.
  • the enhancement layer acquirer 1280 may perform interlayer prediction for reconstructing the enhancement layer image by using a reconstruction sample of the base layer image.
  • the enhancement layer acquisition unit 1280 may reference the enhancement layer prediction image generated by using the base layer reconstruction image to restore the original enhancement layer image in the enhancement layer image sequence through the interlayer prediction structure. It can be used as.
  • the enhancement layer obtainer 1280 may perform interlayer reconstruction of the enhancement layer image for each block, such as a coding unit or a prediction unit.
  • a block of the base layer image to be referred to by the block of the enhancement layer image may be determined.
  • a reconstruction block of the base layer image positioned corresponding to the position of the current block in the enhancement layer image may be determined.
  • the enhancement layer acquisition unit 1280 may determine an enhancement layer prediction block by using a base layer reconstruction block corresponding to the enhancement layer block.
  • the enhancement layer acquisition unit 1280 may use the enhancement layer prediction block determined by using the base layer reconstruction block according to the interlayer prediction structure as a reference image for interlayer prediction of the original enhancement layer block.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may include a filter selector 12, an upsampling unit 14, and a filter data storage unit 16 of the image upsampling apparatus 10. Operations of the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 in the scalable video decoding apparatus 1250 will be described in detail with reference to FIG. 12B.
  • 13B is a flowchart of a scalable video decoding method, according to various embodiments.
  • the base layer bitstream decoder 1260 may obtain base layer image encoding information from a base layer bitstream and determine coding units having a tree structure with respect to a low resolution image of a base layer sequence.
  • the base layer bitstream decoder 1260 parses symbols from encoding information for each coding unit, performs inverse quantization and inverse transformation on the symbols based on the transformation unit, and performs intra prediction or motion compensation based on the prediction unit. Each sample can be restored. Accordingly, the base layer bitstream decoder 1260 may generate a base layer image that is a low resolution reconstructed image.
  • the base layer bitstream decoder 1260 reconstructs the base layer image by decoding the base layer bitstream.
  • the enhancement layer acquisition unit 1280 determines a reference layer image corresponding to the enhancement layer from the base layer image.
  • the enhancement layer bitstream decoder 1270 decodes the enhancement layer bitstream to obtain a scalable codec including prediction error between the upsampled reference layer image and the enhancement layer original image and upsampling information of the reference layer image. Enhancement layer encoding information that may be included may be obtained.
  • the enhancement layer bitstream decoder 1270 may transfer the upsampling filter information including the information on the filter used to upsample the high resolution image from the low resolution image, to the filter selector 12.
  • the upsampling filter information may be obtained from an SPS, a PPS, and a slice segment header.
  • a phase difference between pixels of the enhancement layer image and the reference layer image is determined according to the magnification between the enhancement layer image and the reference layer image and the color format of the enhancement layer image.
  • Information about the magnification between the enhancement layer image and the base layer image and the color format of the enhancement layer image is included in the scalable codec.
  • the filter selector 12 selects a filter coefficient set corresponding to the phase difference determined in operation 1310 in the filter data storage unit 16 in which filter coefficient data corresponding to each phase difference is stored. That is, the filter selector 12 may select a filter required for the current upsampling ratio.
  • the information about the filter coefficient set used in the scalable video encoding apparatus 1200 may be included in the scalable codec. Accordingly, the filter selector 12 may select a filter required for the current upsampling ratio by determining a set of filter coefficients corresponding to the phase difference using the lookup table stored in the filter data storage 160 based on the scalable codec. have.
  • the upsampling unit 16 performs the filtering on the reference layer image reconstructed by the base layer bitstream decoder 1260 using the upsampling filter selected by the filter selector 12 to perform the upsampled reference.
  • a layer image may be generated.
  • the bit depth of pixels may be extended.
  • the enhancement layer obtainer 1280 reconstructs the enhancement layer image by using the prediction error and the upsampled base layer image.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may include a base layer bitstream decoder 1260, an enhancement layer bitstream decoder 1270, a filter selector 12, an upsampling unit 14, and a filter. It may include a central processor (not shown) that collectively controls the data storage unit 16. Alternatively, the base layer bitstream decoder 1260, the enhancement layer bitstream decoder 1270, the filter selector 12, the upsampling unit 14, and the filter data storage unit 16 each have their own processor (not shown). And the scalable video decoding apparatus 1250 may operate as a whole as the processors (not shown) operate organically with each other.
  • the sampling unit 14 and the filter data storage unit 16 may be controlled.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may include a base layer bitstream decoder 1260, an enhancement layer bitstream decoder 1270, a filter selector 12, and an upsampling unit 14. And one or more data storage units (not shown) in which input and output data of the filter data storage unit 16 are stored.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may include a memory controller (not shown) that manages data input / output of the data storage unit (not shown).
  • the scalable video decoding apparatus 1250 operates in conjunction with an internal video encoding processor or an external video encoding processor to output a video encoding result, thereby performing a video encoding operation including transformation. Can be done.
  • the internal video encoding processor of the scalable video decoding apparatus 1250 may implement a video encoding operation as a separate processor.
  • the scalable video decoding apparatus 1250, the central computing unit, or the graphics processing unit may include a video encoding processing module to implement a basic video encoding operation.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 according to the various embodiments described above with reference to FIGS. 12A and 14A and the scalable video decoding apparatus 1250 according to the various embodiments described above with reference to FIGS. 12B and 14B are interleaved. Accurate upsampling filters can be selected for layer prediction.
  • the sampling position varies according to the scalability magnification, that is, the upsampling scale, and the phase difference between the sampling position and the original pixel position Can vary.
  • a filter coefficient for sampling the sampling position of the predetermined phase difference may be specified.
  • the scalable video encoding apparatus 1200 and the scalable video decoding apparatus 1250 store filter coefficient sets corresponding to phase differences, and filter coefficients for each phase difference required according to the current scalability magnification when upsampling the base layer reconstructed image. By selecting a set and performing filtering, the filter value of the correct sampling position can be determined. Accordingly, the enhancement layer prediction image may be accurately generated from the base layer reconstruction image according to the scalability magnification. Therefore, inter-layer prediction may be performed more accurately using the correctly predicted enhancement layer image.
  • the base layer encoder 1210 the enhancement layer encoder 1220, and the prediction error obtainer 1230 of the scalable video encoding apparatus 1200 according to various embodiments will be described with reference to FIG. 14.
  • the prediction structure is described in detail.
  • FIG. 14 is a block diagram of a scalable video encoding system 1400, according to various embodiments.
  • the scalable coding system 1400 includes a base layer coding end 1410 and an enhancement layer coding end 1460, and an inter-layer prediction end 1450 between the base layer coding end 1410 and the enhancement layer coding end 1460. It is composed.
  • the base layer encoder 1410 and the enhancement layer encoder 1460 may be interpreted as specific configurations of the base layer encoder 1210 and the enhancement layer encoder 1220, respectively.
  • the base layer encoding terminal 1410 receives a base layer image sequence and encodes each image.
  • the enhancement layer encoding stage 1460 receives an enhancement layer image sequence and encodes each image. Overlapping operations among the operations of the base layer encoder 1410 and the enhancement layer encoder 1320 will be described later.
  • the input video (low resolution video, high resolution video) is divided into a maximum coding unit, a coding unit, a prediction unit, a transformation unit, and the like through the block splitters 1418 and 1468.
  • intra prediction or inter prediction may be performed for each prediction unit of the coding units.
  • the prediction switches 1448 and 1498 may perform inter prediction by referring to previous reconstructed images output from the motion compensators 1440 and 1490 according to whether the prediction mode of the prediction unit is the intra prediction mode or the inter prediction mode.
  • intra prediction may be performed using a neighboring prediction unit of the current prediction unit in the current input image output from the intra prediction units 1445 and 1495. Residual information may be generated for each prediction unit through inter prediction.
  • a residue component between the prediction unit and the surrounding image is input to the transform / quantization units 1420 and 1470.
  • the transformation / quantization units 1420 and 1470 may output a quantized transformation coefficient by performing transformation and quantization for each transformation unit based on the transformation unit of the coding unit.
  • the scaling / inverse transform units 1425 and 1475 may generate a residue component of the spatial domain by performing scaling and inverse transformation on the transform coefficient quantized for each transformation unit of the coding unit.
  • the residue component is synthesized with a previous reconstruction image or a neighbor prediction unit, so that a reconstruction image including the current prediction unit is generated and the current reconstruction image is stored in the storage 1430. , 1480).
  • the current reconstructed image may be transmitted to the intra prediction units 1445 and 1495 / the motion compensation units 1440 and 1490 according to the prediction mode of the prediction unit to be encoded next.
  • the in-loop filtering units 1435 and 1485 may perform deblocking filtering on the reconstructed image stored in the storage 1430 and 1480, and between the original image and the reconstructed image.
  • at least one filtering may be performed among sample adaptive offset (SAO) filtering.
  • At least one of deblocking filtering and sample adaptive offset (SAO) filtering may be performed on at least one of a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit included in the coding unit.
  • Deblocking filtering is filtering to alleviate blocking of data units
  • SAO filtering is filtering to compensate for pixel values that are transformed by data encoding and decoding.
  • Data filtered by the in-loop filtering units 1435 and 1485 may be delivered to the motion compensators 1440 and 1490 for each prediction unit.
  • the current reconstructed image and the next coding unit output by the motion compensator 1440 and 1490 and the block splitter 1418 and 1468 for encoding the next coding unit output from the block splitters 1418 and 1468 again. Residue components of the liver may be generated.
  • the enhancement layer encoder 1460 may refer to the reconstructed image stored in the storage 1430 of the base layer encoder 1410 for interlayer prediction.
  • the encoding control unit 1415 of the base layer encoding stage 1410 controls the storage 1430 of the base layer encoding stage 1410 to transmit the reconstructed image of the base layer encoding stage 1410 to the enhancement layer encoding stage 1460. I can deliver it.
  • the transferred base layer reconstruction image may be used as an enhancement layer prediction image.
  • the image upsampling apparatus 1455 of the inter-layer prediction stage 1450 may upsample the reconstructed image of the base layer and transfer the image to the enhancement layer encoder 1460 when the resolution of the image between the base layer and the enhancement layer is different. It may be. Therefore, the upsampled base layer image may be used as the enhancement layer prediction image.
  • the image upsampling apparatus 1455 may correspond to the image upsampling apparatus 10 described above with reference to FIGS. 1 to 13B.
  • the base layer reconstructed image transmitted through the inter-layer predictor 1450 is referred to.
  • the enhancement layer image may be predicted.
  • various encoding modes for a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit may be set.
  • depth or split information may be set as an encoding mode for a coding unit.
  • a prediction mode, a partition type, intra direction information, reference list information, and the like may be set.
  • a transform depth or split information may be set.
  • the base layer encoder 1410 may determine various depths for a coding unit, various prediction modes for a prediction unit, various partition types, various intra directions, various reference lists, and various transform depths for a transformation unit, respectively. According to the result of applying the encoding, the coding depth, the prediction mode, the partition type, the intra direction / reference list, the transformation depth, etc. having the highest encoding efficiency may be determined. It is not limited to the above-listed encoding modes determined by the base layer encoding end 1410.
  • the encoding controller 1415 of the base layer encoding terminal 1410 may control various encoding modes to be appropriately applied to the operation of each component.
  • the encoding control unit 1415 may use the encoding layer or the register by referring to the encoding result of the base layer encoding stage 1410 by the enhancement layer encoding stage 1460 for inter-layer encoding of the enhancement layer encoding stage 1460. Control to determine the dew component.
  • the enhancement layer encoding stage 1460 may use the encoding mode of the base layer encoding stage 1410 as the encoding mode for the enhancement layer image, or may refer to the encoding mode of the base layer encoding stage 1410 to improve the encoding layer.
  • An encoding mode for the layer image may be determined.
  • the encoding control unit 1415 of the base layer encoding stage 1410 controls the control signal of the encoding control unit 1465 of the enhancement layer encoding stage 1460 of the base layer encoding stage 1410, thereby improving the encoding layer 1460.
  • the current encoding mode may be used from the encoding mode of the base layer encoding end 1410.
  • the enhancement layer encoder 1460 may encode the interlayer prediction error by using the SAO parameter. Therefore, the prediction error between the enhancement layer prediction image determined from the base layer reconstruction image and the enhancement layer reconstruction image may be encoded as an offset of the SAO parameter.
  • an inter-layer decoding system may also be implemented.
  • the inter-layer decoding system may receive the base layer bitstream and the enhancement layer bitstream.
  • the base layer decoder of the inter-layer decoding system may reconstruct base layer images by decoding the base layer bitstream.
  • the enhancement layer decoder of the inter-layer decoding system of the multilayer video may reconstruct the enhancement layer images by decoding the enhancement layer bitstream using the base layer reconstruction image and parsed encoding information.
  • the decoder 26 of the scalable video decoding apparatus 1250 may also be configured to the above-described inter-layer decoding system. Accordingly, the multilayer images may be reconstructed.
  • blocks in which video data is divided are divided into coding units having a tree structure, and As described above, coding units, prediction units, and transformation units are sometimes used for inter-layer prediction or inter prediction.
  • coding units, prediction units, and transformation units are sometimes used for inter-layer prediction or inter prediction.
  • FIGS. 15A to 25 a video encoding method and apparatus therefor, a video decoding method, and an apparatus based on coding units and transformation units of a tree structure according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 15A to 25.
  • the encoding / decoding process for the base layer images and the encoding / decoding process for the enhancement layer images are performed separately. That is, when inter-layer prediction occurs in the multi-layer video, the encoding / decoding result of the single layer video may be cross-referenced, but a separate encoding / decoding process occurs for each single layer video.
  • the video encoding process and the video decoding process based on coding units having a tree structure described below with reference to FIGS. 15A through 25 are video encoding processes and video decoding processes for single layer video, and thus inter prediction and motion compensation are performed. This is detailed. However, as described above with reference to FIGS. 12A to 14, inter-layer prediction and compensation between base view images and enhancement layer images are performed for encoding / decoding a video stream.
  • the encoder 12 may perform video encoding for each single layer video.
  • the video encoding apparatus 1500 of FIG. 14 may be controlled to perform encoding of a single layer video allocated to each video encoding apparatus 1500 by including the number of layers of the multilayer video.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may perform inter-view prediction using encoding results of separate single views of each video encoding apparatus 1500. Accordingly, the encoder 12 of the scalable video decoding apparatus 1250 may generate a base view video stream and an enhancement layer video stream that contain encoding results for each layer.
  • the decoder 26 of the scalable video decoding apparatus 1250 in order for the decoder 26 of the scalable video decoding apparatus 1250 to decode a multilayer video based on coding units having a tree structure, the received base layer video stream and enhancement layer video are decoded.
  • the video decoding apparatus 1550 of FIG. 14 includes the number of layers of the multilayer video, and controls to perform decoding of the single layer video allocated to each video decoding apparatus 1550.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 may perform interlayer compensation by using a decoding result of a separate single layer of each video decoding apparatus 1550. Accordingly, the scalable video decoding apparatus 1250 may generate base layer reconstruction images and enhancement layer images for each layer.
  • 15A is a block diagram of a video encoding apparatus 1500 based on coding units having a tree structure, according to various embodiments.
  • the video encoding apparatus 1500 that includes video prediction based on coding units having a tree structure includes an encoder 1510 and an output unit 1520.
  • a video encoding apparatus 1500 that includes video prediction based on coding units having a tree structure according to an embodiment is referred to as a short term 'video encoding apparatus 1500'.
  • the encoder 1510 may partition the current picture based on a maximum coding unit that is a maximum coding unit for the current picture of the image. If the current picture is larger than the maximum coding unit, image data of the current picture may be split into at least one maximum coding unit.
  • the maximum coding unit may be a data unit having a size of 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, or the like, and may be a square data unit having a square of two horizontal and vertical sizes.
  • the coding unit according to an embodiment may be characterized by a maximum size and depth.
  • the depth indicates the number of times the coding unit is spatially divided from the maximum coding unit, and as the depth increases, the coding unit for each depth may be split from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the depth of the largest coding unit is the highest depth and the minimum coding unit may be defined as the lowest coding unit.
  • the maximum coding unit decreases as the depth increases, the size of the coding unit for each depth decreases, and thus, the coding unit of the higher depth may include coding units of a plurality of lower depths.
  • the image data of the current picture may be divided into maximum coding units according to the maximum size of the coding unit, and each maximum coding unit may include coding units divided by depths. Since the maximum coding unit is divided according to depths, image data of a spatial domain included in the maximum coding unit may be hierarchically classified according to depths.
  • the maximum depth and the maximum size of the coding unit that limit the total number of times of hierarchically dividing the height and the width of the maximum coding unit may be preset.
  • the encoder 1510 encodes at least one divided region obtained by dividing the region of the largest coding unit for each depth, and determines a depth at which the final encoding result is output for each of the at least one divided region. That is, the encoder 1510 encodes the image data in coding units according to depths for each maximum coding unit of the current picture, and selects a depth at which the smallest coding error occurs to determine the coding depth. The determined coded depth and the image data for each maximum coding unit are output to the output unit 1520.
  • Image data in the largest coding unit is encoded based on coding units according to depths according to at least one depth less than or equal to the maximum depth, and encoding results based on the coding units for each depth are compared. As a result of comparing the encoding error of the coding units according to depths, a depth having the smallest encoding error may be selected. At least one coding depth may be determined for each maximum coding unit.
  • the coding unit is divided into hierarchically and the number of coding units increases.
  • a coding error of each data is measured, and whether or not division into a lower depth is determined. Therefore, even in the data included in one largest coding unit, since the encoding error for each depth is different according to the position, the coding depth may be differently determined according to the position. Accordingly, one or more coding depths may be set for one maximum coding unit, and data of the maximum coding unit may be partitioned according to coding units of one or more coding depths.
  • the encoder 1510 may determine coding units having a tree structure included in the current maximum coding unit.
  • the coding units having a tree structure according to an embodiment include coding units having a depth determined as a coding depth among all deeper coding units included in the maximum coding unit.
  • the coding unit of the coding depth may be hierarchically determined according to the depth in the same region within the maximum coding unit, and may be independently determined for the other regions.
  • the coded depth for the current region may be determined independently of the coded depth for the other region.
  • the maximum depth according to an embodiment is an index related to the number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the maximum depth according to an embodiment may represent the total number of splits from the maximum coding unit to the minimum coding unit. For example, when the depth of the largest coding unit is 0, the depth of the coding unit obtained by dividing the largest coding unit once may be set to 1, and the depth of the coding unit divided twice may be set to 2. In this case, if the coding unit divided four times from the maximum coding unit is the minimum coding unit, since depth levels of depths 0, 1, 2, 3, and 4 exist, the maximum depth may be set to 4.
  • Predictive encoding and transformation of the largest coding unit may be performed. Similarly, prediction encoding and transformation are performed based on depth-wise coding units for each maximum coding unit and for each depth less than or equal to the maximum depth.
  • encoding including prediction encoding and transformation should be performed on all the coding units for each depth generated as the depth deepens.
  • the prediction encoding and the transformation will be described based on the coding unit of the current depth among at least one maximum coding unit.
  • the video encoding apparatus 1500 may variously select a size or shape of a data unit for encoding image data.
  • the encoding of the image data is performed through prediction encoding, transforming, entropy encoding, and the like.
  • the same data unit may be used in every step, or the data unit may be changed in steps.
  • the video encoding apparatus 1500 may select not only a coding unit for encoding the image data, but also a data unit different from the coding unit in order to perform predictive encoding of the image data in the coding unit.
  • prediction encoding may be performed based on a coding unit of a coding depth, that is, a more strange undivided coding unit, according to an embodiment.
  • a more strange undivided coding unit that is the basis of prediction coding is referred to as a 'prediction unit'.
  • the partition in which the prediction unit is divided may include a data unit in which at least one of the prediction unit and the height and the width of the prediction unit are divided.
  • the partition may be a data unit in which the prediction unit of the coding unit is split, and the prediction unit may be a partition having the same size as the coding unit.
  • the partition type includes not only symmetric partitions in which the height or width of the prediction unit is divided by a symmetrical ratio, but also partitions divided in an asymmetrical ratio, such as 1: n or n: 1, by a geometric form. It may optionally include partitioned partitions, arbitrary types of partitions, and the like.
  • the prediction mode of the prediction unit may be at least one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • the intra mode and the inter mode may be performed on partitions having sizes of 2N ⁇ 2N, 2N ⁇ N, N ⁇ 2N, and N ⁇ N.
  • the skip mode may be performed only for partitions having a size of 2N ⁇ 2N.
  • the encoding may be performed independently for each prediction unit within the coding unit to select a prediction mode having the smallest encoding error.
  • the video encoding apparatus 1500 may perform the transformation of the image data of the coding unit based on not only a coding unit for encoding the image data but also a data unit different from the coding unit.
  • the transformation may be performed based on a transformation unit having a size smaller than or equal to the coding unit.
  • the transformation unit may include a data unit for intra mode and a transformation unit for inter mode.
  • the transformation unit in the coding unit is also recursively divided into smaller transformation units, so that the residual data of the coding unit is determined according to the tree structure according to the transformation depth. Can be partitioned according to the conversion unit.
  • a transform depth indicating a number of divisions between the height and the width of the coding unit divided to the transform unit may be set. For example, if the size of the transform unit of the current coding unit of size 2Nx2N is 2Nx2N, the transform depth is 0, the transform depth 1 if the size of the transform unit is NxN, and the transform depth 2 if the size of the transform unit is N / 2xN / 2. Can be. That is, the transformation unit having a tree structure may also be set for the transformation unit according to the transformation depth.
  • the encoded information for each coded depth requires not only the coded depth but also prediction related information and transformation related information. Therefore, the encoder 1510 may determine not only the coded depth that generated the minimum encoding error, but also a partition type obtained by dividing a prediction unit into partitions, a prediction mode for each prediction unit, and a size of a transformation unit for transformation.
  • a method of determining a coding unit, a prediction unit / partition, and a transformation unit according to a tree structure of a maximum coding unit according to an embodiment will be described later in detail with reference to FIGS. 15 to 24.
  • the encoder 1510 may measure a coding error of coding units according to depths using a Lagrangian Multiplier-based rate-distortion optimization technique.
  • the output unit 1520 outputs, in a bitstream form, image data of a maximum coding unit encoded based on at least one coded depth determined by the encoder 1510, and information about an encoding mode according to depths.
  • the encoded image data may be a result of encoding residual data of the image.
  • the information about the encoding modes according to depths may include encoding depth information, partition type information of a prediction unit, prediction mode information, size information of a transformation unit, and the like.
  • the coded depth information may be defined using depth-specific segmentation information indicating whether to encode to a coding unit of a lower depth without encoding to the current depth. If the current depth of the current coding unit is a coding depth, since the current coding unit is encoded in a coding unit of the current depth, split information of the current depth may be defined so that it is no longer divided into lower depths. On the contrary, if the current depth of the current coding unit is not the coding depth, encoding should be attempted using the coding unit of the lower depth, and thus split information of the current depth may be defined to be divided into coding units of the lower depth.
  • encoding is performed on the coding unit divided into the coding units of the lower depth. Since at least one coding unit of a lower depth exists in the coding unit of the current depth, encoding may be repeatedly performed for each coding unit of each lower depth, and recursive coding may be performed for each coding unit of the same depth.
  • coding units having a tree structure are determined in one largest coding unit and information about at least one coding mode should be determined for each coding unit of a coding depth, information about at least one coding mode may be determined for one maximum coding unit. Can be.
  • the coding depth may be different for each location, and thus information about the coded depth and the coding mode may be set for the data.
  • the output unit 1520 may allocate encoding information about a corresponding coding depth and an encoding mode to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit included in the maximum coding unit. .
  • the minimum unit according to an embodiment is a square data unit having a size obtained by dividing the minimum coding unit, which is the lowest coding depth, into four divisions.
  • the minimum unit according to an embodiment may be a square data unit having a maximum size that may be included in all coding units, prediction units, partition units, and transformation units included in the maximum coding unit.
  • the encoding information output through the output unit 1520 may be classified into encoding information according to depth coding units and encoding information according to prediction units.
  • the encoding information for each coding unit according to depth may include prediction mode information and partition size information.
  • the encoding information transmitted for each prediction unit includes information about an estimation direction of the inter mode, information about a reference image index of the inter mode, information about a motion vector, information about a chroma component of an intra mode, and information about an inter mode of an intra mode. And the like.
  • Information about the maximum size and information about the maximum depth of a coding unit defined for each picture, slice segment, or GOP may be inserted into a header, a sequence parameter set, or a picture parameter set of a bitstream.
  • the information on the maximum size of the transform unit and the minimum size of the transform unit allowed for the current video may also be output through a header, a sequence parameter set, a picture parameter set, or the like of the bitstream.
  • the output unit 1520 may encode and output reference information related to prediction, prediction information, slice segment type information, and the like.
  • a depth-based coding unit is a coding unit having a size obtained by dividing a height and a width of a coding unit of one layer higher depth. That is, if the size of the coding unit of the current depth is 2Nx2N, the size of the coding unit of the lower depth is NxN.
  • the current coding unit having a size of 2N ⁇ 2N may include up to four lower depth coding units having a size of N ⁇ N.
  • the video encoding apparatus 1500 determines a coding unit having an optimal shape and size for each maximum coding unit based on the size and maximum depth of the maximum coding unit determined in consideration of the characteristics of the current picture. Coding units may be configured. In addition, since each of the maximum coding units may be encoded in various prediction modes and transformation methods, an optimal coding mode may be determined in consideration of image characteristics of coding units having various image sizes.
  • the video encoding apparatus may adjust the coding unit in consideration of the image characteristics while increasing the maximum size of the coding unit in consideration of the size of the image, thereby increasing image compression efficiency.
  • the scalable video decoding apparatus 1100 described above with reference to FIG. 11A may include as many video encoding apparatuses 1500 as the number of layers for encoding single layer images for each layer of a multilayer video.
  • the base layer encoder 12 may include one video encoding apparatus 1500
  • the enhancement layer encoder 14 may include as many video encoding apparatuses 1500 as the number of enhancement layers.
  • the encoder 1510 determines a prediction unit for inter-image prediction for each coding unit having a tree structure for each largest coding unit, and inter-picture prediction for each prediction unit. Can be performed.
  • the encoder 1510 may determine a coding unit and a prediction unit having a tree structure for each maximum coding unit, and perform inter prediction for each prediction unit.
  • the video encoding apparatus 1500 may encode an interlayer prediction error for predicting an enhancement layer image using SAO. Accordingly, the prediction error of the enhancement layer image may be encoded using only the information on the SAO type and the offset, based on the sample value distribution of the prediction error, without encoding the prediction error for each pixel position.
  • FIG. 15B is a block diagram of a video decoding apparatus 1550 based on coding units having a tree structure, according to various embodiments.
  • a video decoding apparatus 1550 that includes video prediction based on coding units having a tree structure includes a receiver 210, image data and encoding information reception extractor 1560, and a decoder 1570.
  • the video decoding apparatus 1550 that includes video prediction based on coding units having a tree structure is abbreviated as “video decoding apparatus 1550”.
  • Definitions of various terms such as a coding unit, a depth, a prediction unit, a transformation unit, and information about various encoding modes for a decoding operation of the video decoding apparatus 1550 according to an embodiment may be described with reference to FIG. 8 and the video encoding apparatus 1500. Same as described above with reference.
  • the reception extractor 1560 receives and parses a bitstream of the encoded video.
  • the image data and encoding information reception extractor 1560 extracts image data encoded for each coding unit from the parsed bitstream according to coding units having a tree structure for each maximum coding unit, and outputs the encoded image data to the decoder 1570.
  • the image data and encoding information reception extractor 1560 may extract information about a maximum size of a coding unit of the current picture from a header, a sequence parameter set, or a picture parameter set for the current picture.
  • the image data and encoding information reception extractor 1560 extracts information about a coded depth and an encoding mode of coding units having a tree structure for each maximum coding unit, from the parsed bitstream.
  • the extracted information about the coded depth and the coding mode is output to the decoder 1570. That is, the image data of the bit string may be divided into maximum coding units so that the decoder 1570 may decode the image data for each maximum coding unit.
  • the information about the coded depth and the encoding mode for each largest coding unit may be set with respect to one or more coded depth information, and the information about the coding mode according to the coded depths may include partition type information, prediction mode information, and transformation unit of the corresponding coding unit. May include size information and the like.
  • split information for each depth may be extracted as the coded depth information.
  • the information about the coded depth and the encoding mode according to the maximum coding units extracted by the image data and the encoding information reception extractor 1560 may be different according to the depths according to the maximum coding units, as in the video encoding apparatus 1500 according to an exemplary embodiment.
  • the image data and encoding information reception extractor 1560 may be predetermined. Information about a coded depth and an encoding mode may be extracted for each data unit. If the information about the coded depth and the coding mode of the maximum coding unit is recorded for each of the predetermined data units, the predetermined data units having the information about the same coded depth and the coding mode are inferred as data units included in the same maximum coding unit. Can be.
  • the decoder 1570 reconstructs the current picture by decoding image data of each maximum coding unit based on the information about the coded depth and the encoding mode for each maximum coding unit. That is, the decoder 1570 may decode encoded image data based on the read partition type, prediction mode, and transformation unit for each coding unit among coding units having a tree structure included in the maximum coding unit. .
  • the decoding process may include a prediction process including intra prediction and motion compensation, and an inverse transform process.
  • the decoder 1570 may perform intra prediction or motion compensation according to each partition and prediction mode for each coding unit, based on partition type information and prediction mode information of the prediction unit of the coding unit for each coding depth.
  • the decoder 1570 may read transform unit information having a tree structure for each coding unit, and perform inverse transform based on the transformation unit for each coding unit, for the maximum transformation for each coding unit. Through inverse transformation, the pixel value of the spatial region of the coding unit may be restored.
  • the decoder 1570 may determine the coded depth of the current maximum coding unit by using the split information for each depth. If the split information indicates that the split information is no longer split at the current depth, the current depth is the coded depth. Therefore, the decoder 1570 may decode the coding unit of the current depth with respect to the image data of the current maximum coding unit by using the partition type, the prediction mode, and the transformation unit size information of the prediction unit.
  • the decoding unit 1570 performs the same encoding. It can be regarded as one data unit to be decoded in the mode.
  • the decoding of the current coding unit may be performed by obtaining information about an encoding mode for each coding unit determined in this way.
  • the scalable video decoding apparatus 1250 described above with reference to FIG. 12B may decode the received base layer image stream and the enhancement layer image stream to reconstruct the base layer images and the enhancement layer images. It may include as many times as the number of viewpoints.
  • the decoder 1570 of the video decoding apparatus 1550 may extract the samples of the base layer images extracted from the base layer image stream by the reception extractor 1560 in a tree of the largest coding unit. It may be divided into coding units according to a structure. The decoder 1570 may reconstruct base layer images by performing motion compensation for each coding unit according to a tree structure of samples of the base layer images, for each prediction unit for inter-image prediction.
  • the decoder 1570 of the video decoding apparatus 1550 may extract the samples of the enhancement layer images extracted from the enhancement layer image stream by the reception extractor 1560 in a tree of the largest coding unit. It may be divided into coding units according to a structure. The decoder 1570 may reconstruct the enhancement layer images by performing motion compensation for each prediction unit for inter prediction for each coding unit of the samples of the enhancement layer images.
  • the reception extractor 1560 may acquire the SAO type and the offset from the received enhancement layer bitstream and determine the SAO category according to the distribution of sample values for each pixel of the enhancement layer prediction image.
  • the offset for each SAO category can be obtained. Therefore, even if the prediction error is not received for each pixel, the decoder 1570 may compensate the offset for each category of each pixel of the enhancement layer prediction image and determine the enhancement layer reconstruction image by referring to the compensated enhancement layer prediction image. have.
  • the video decoding apparatus 1550 may obtain information about a coding unit that generates a minimum coding error by recursively encoding each maximum coding unit in the encoding process, and use the same to decode the current picture. That is, decoding of encoded image data of coding units having a tree structure determined as an optimal coding unit for each maximum coding unit can be performed.
  • the image data can be efficiently used according to the coding unit size and the encoding mode that are adaptively determined according to the characteristics of the image by using the information about the optimum encoding mode transmitted from the encoding end. Can be decoded and restored.
  • 16 illustrates a concept of coding units, according to various embodiments.
  • a size of a coding unit may be expressed by a width x height, and may include 32x32, 16x16, and 8x8 from a coding unit having a size of 64x64.
  • Coding units of size 64x64 may be partitioned into partitions of size 64x64, 64x32, 32x64, and 32x32, coding units of size 32x32 are partitions of size 32x32, 32x16, 16x32, and 16x16, and coding units of size 16x16 are 16x16.
  • Coding units of size 8x8 may be divided into partitions of size 8x8, 8x4, 4x8, and 4x4, into partitions of 16x8, 8x16, and 8x8.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is 2.
  • the resolution is 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is set to 3.
  • the resolution is set to 352x288, the maximum size of the coding unit is 16, and the maximum depth is one.
  • the maximum depth illustrated in FIG. 15 represents the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the maximum size of the coding size is relatively large not only to improve the coding efficiency but also to accurately shape the image characteristics. Accordingly, the video data 1610 and 1620 having a higher resolution than the video data 1630 may be selected to have a maximum size of 64.
  • the coding unit 1615 of the video data 1610 is divided twice from the largest coding unit having a long axis size of 64, and the depth is deepened by two layers, so that the long axis size is 32, 16. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 1635 of the video data 1630 is divided once from coding units having a long axis size of 16, and the depth is deepened by one layer to make the long axis size 8 Up to coding units may be included.
  • the coding unit 1625 of the video data 1620 is divided three times from the largest coding unit having a long axis size of 64, and the depth is three layers deep, and thus the long axis size is 32, 16. , Up to 8 coding units may be included. As the depth increases, the expressive power of the detailed information may be improved.
  • 17A is a block diagram of an image encoder 1700 based on coding units, according to various embodiments.
  • the image encoder 1700 includes operations performed by the encoder 1610 of the video encoding apparatus 1600 to encode image data. That is, the intra predictor 1704 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode among the current frame 1702, and the motion estimator 1706 and the motion compensator 1708 perform the current frame 1702 of the inter mode. And the inter frame estimation and the motion compensation using the reference frame 1726.
  • Data output from the intra predictor 1704, the motion estimator 1706, and the motion compensator 1708 is output as a quantized transform coefficient through the transform unit 1710 and the quantization unit 1712.
  • the quantized transform coefficients are restored to the data in the spatial domain through the inverse quantizer 1718 and the inverse transformer 1720, and the restored data of the spatial domain are passed through the deblocking unit 1722 and the offset compensator 1724. Processing is performed and output to the reference frame 1726.
  • the quantized transform coefficients may be output to the bitstream 1716 through the entropy encoder 1714.
  • an intra predictor 1704, a motion estimator 1706, a motion compensator 1708, and a transform unit which are components of the image encoder 1700, may be used.
  • 1710, quantization unit 1712, entropy coding unit 1714, inverse quantization unit 1718, inverse transform unit 1720, deblocking unit 1722 and offset compensation unit 1724 are all the maximum for each largest coding unit. In consideration of the depth, a task based on each coding unit among the coding units having a tree structure should be performed.
  • the intra predictor 1704, the motion estimator 1706, and the motion compensator 1708 are partitions of each coding unit among coding units having a tree structure in consideration of the maximum size and the maximum depth of the current maximum coding unit.
  • a prediction mode, and the transform unit 1710 must determine a size of a transform unit in each coding unit among coding units having a tree structure.
  • 17B is a block diagram of an image decoder 1750 based on coding units, according to various embodiments.
  • the bitstream 1552 is parsed through the parser 1754, and the encoded image data to be decoded and information about encoding necessary for decoding are parsed.
  • the encoded image data is output as inverse quantized data through an entropy decoding unit 1756 and an inverse quantization unit 1758, and image data of a spatial domain is restored through an inverse transformation unit 1760.
  • the intra predictor 1762 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode, and the motion compensator 1764 uses the reference frame 1770 together to apply to the coding unit of the inter mode. Perform motion compensation for the
  • Data in the spatial domain that has passed through the intra predictor 1762 and the motion compensator 1764 may be post-processed through the deblocking unit 1766 and the offset compensator 1768 and output to the reconstructed frame 1772.
  • the post-processed data through the deblocking unit 1766 and the loop filtering unit 1768 may be output as the reference frame 1770.
  • step-by-step operations after the parser 1754 of the image decoder 1750 may be performed.
  • a parser 1754 In order to be applied to the video decoding apparatus 1650, a parser 1754, an entropy decoder 1756, an inverse quantizer 1758, and an inverse transformer 1760 that are components of the image decoder 1750 may be applied.
  • the intra predictor 1762, the motion compensator 1764, the deblocking unit 1766, and the offset compensator 1768 must all perform operations based on coding units having a tree structure for each largest coding unit. do.
  • the intra predictor 1762 and the motion compensator 1764 determine a partition and a prediction mode for each coding unit having a tree structure, and the inverse transform unit 1760 must determine the size of a transform unit for each coding unit. .
  • the encoding operation of FIG. 17A and the decoding operation of FIG. 17B describe the video stream encoding operation and the decoding operation in a single layer, respectively. Therefore, if the scalable video encoding apparatus 1200 of FIG. 12A encodes a video stream of two or more layers, the scalable video encoding apparatus 1200 may include an image encoder 1700 for each layer. Similarly, if the scalable video decoding apparatus 1250 of FIG. 12B decodes a video stream of two or more layers, it may include an image decoder 1750 for each layer.
  • 18 is a diagram illustrating deeper coding units according to depths, and partitions, according to various embodiments.
  • the video encoding apparatus 1500 and the video decoding apparatus 1550 use hierarchical coding units to consider image characteristics.
  • the maximum height, width, and maximum depth of the coding unit may be adaptively determined according to the characteristics of the image, and may be variously set according to a user's request. According to the maximum size of the preset coding unit, the size of the coding unit for each depth may be determined.
  • the hierarchical structure 1800 of a coding unit illustrates a case in which a maximum height and a width of a coding unit are 64 and a maximum depth is three.
  • the maximum depth indicates the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit. Since a depth deepens along a vertical axis of the hierarchical structure 1800 of the coding unit according to an embodiment, the height and the width of the coding unit according to depths are respectively divided. Also, along the horizontal axis of the hierarchical structure 1800 of the coding unit, a prediction unit and a partition on which the prediction coding of each deeper coding unit is based are illustrated.
  • the coding unit 1810 has a depth of 0 as the largest coding unit of the hierarchical structure 1800 of the coding unit, and the size, ie, the height and width, of the coding unit is 64x64.
  • a depth deeper along the vertical axis includes a coding unit 1820 having a depth of 32x32, a coding unit 1830 having a depth of 16x16, and a coding unit 1840 having a depth of 8x8.
  • a coding unit 1840 having a depth of 8 having a size of 8 ⁇ 8 is a minimum coding unit.
  • Prediction units and partitions of the coding unit are arranged along the horizontal axis for each depth. That is, if the coding unit 1810 having a size of 0 depth 64x64 is a prediction unit, the prediction unit is a partition 1810 having a size of 64x64 included in the coding unit 1810 having a size of 64x64, partitions 1812 having a size of 64x32, and a size. 32x64 partitions 1814, and 32x32 partitions 1816.
  • the prediction unit of the coding unit 1820 having a size of 32x32 having a depth of 1 includes a partition 1820 having a size of 32x32, partitions 1822 having a size of 32x16, and a partition having a size of 16x32 included in the coding unit 1820 having a size of 32x32. 1824 may be partitioned into partitions 1826 of size 16x16.
  • the prediction unit of the coding unit 1830 having a size of 16x16 having a depth of 2 includes a partition 1830 of size 16x16, partitions 1832 of size 16x8, and a partition of size 8x16 included in the coding unit 1830 of size 16x16. 1834, partitions 1836 of size 8x8.
  • the prediction unit of the coding unit 1840 of size 8x8 having a depth of 3 includes a partition 1840 of size 8x8, partitions 1842 of size 8x4 and a partition of size 4x8 included in the coding unit 1840 of size 8x8. 1844, partitions 1846 of size 4x4.
  • the encoder 1510 of the video encoding apparatus 100 encodes each coding unit of each depth included in the maximum coding unit 1810 to determine the coded depth of the maximum coding unit 1810. Should be performed.
  • the number of deeper coding units according to depths for including data having the same range and size increases as the depth increases. For example, four coding units of depth 2 are required for data included in one coding unit of depth 1. Therefore, in order to compare the encoding results of the same data for each depth, each of the coding units having one depth 1 and four coding units having four depths 2 should be encoded.
  • encoding is performed for each prediction unit of each coding unit along a horizontal axis of the hierarchical structure 1800 of the coding unit, and a representative coding error, which is the smallest coding error at a corresponding depth, may be selected. .
  • a depth deeper along the vertical axis of the hierarchical structure 1800 of the coding unit encoding may be performed for each depth, and the minimum coding error may be searched by comparing the representative coding error for each depth.
  • the depth and the partition in which the minimum coding error occurs in the maximum coding unit 1810 may be selected as the coding depth and the partition type of the maximum coding unit 1810.
  • 19 illustrates a relationship between a coding unit and transformation units, according to various embodiments.
  • the video encoding apparatus 1500 encodes or decodes an image in coding units having a size smaller than or equal to the maximum coding unit for each maximum coding unit.
  • the size of a transformation unit for transformation in the encoding process may be selected based on a data unit that is not larger than each coding unit.
  • the 32x32 size conversion unit 1920 is selected. The conversion can be performed.
  • the data of the 64x64 coding unit 1910 is transformed into 32x32, 16x16, 8x8, and 4x4 transform units of 64x64 size or less, and then encoded, and the transform unit having the least error with the original is selected. Can be.
  • 20 is a diagram of deeper encoding information according to depths, according to various embodiments.
  • the output unit 1520 of the video encoding apparatus 100 is information about an encoding mode, and information about a partition type 2000 and information about a prediction mode 2010 for each coding unit of each coded depth.
  • the information about the transform unit size may be encoded and transmitted.
  • the information about the partition type 2000 is a data unit for predictive encoding of the current coding unit and indicates information about a partition type in which the prediction unit of the current coding unit is divided.
  • the current coding unit CU_0 having a size of 2Nx2N is any one of a partition of size 2Nx2N (2002), a partition of size 2NxN (2004), a partition of size Nx2N (2006), and a partition of size NxN (2008). It can be divided and used.
  • the information 2000 on the partition type of the current coding unit represents one of a partition 2002 having a size of 2Nx2N, a partition having a size of 2NxN, 2004, a partition 2006 having a size of Nx2N, and a partition 2008 having a size of NxN. It is set to.
  • Information 2010 on the prediction mode indicates the prediction mode of each partition. For example, through the information 2010 on the prediction mode, whether the partition indicated by the information 2000 on the partition type is performed in one of the intra mode 2012, the inter mode 2014, and the skip mode 2016 is performed. Whether or not can be set.
  • the information 2020 on the size of the transformation unit indicates which transformation unit the current coding unit is to be transformed based on.
  • the transform unit may be one of the first intra transform unit size 2022, the second intra transform unit size 2024, the first inter transform unit size 2026, and the second inter transform unit size 2028. have.
  • the reception extractor 1560 of the video decoding apparatus 1550 may include information about a partition type 2000, information about a prediction mode 2010, and a transform unit size for each depth-based coding unit.
  • the information 2020 can be extracted and used for decoding.
  • 21 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to various embodiments.
  • Segmentation information may be used to indicate a change in depth.
  • the split information indicates whether a coding unit of a current depth is split into coding units of a lower depth.
  • the prediction unit 2110 for predictive encoding of the coding unit 2100 having depth 0 and 2N_0x2N_0 size includes 2N_0x2N_0 partition type 2112, 2N_0xN_0 size partition type 2114, N_0x2N_0 size partition type 2116, and N_0xN_0 It may include a partition type 2118 of size. Although only partitions 2112, 2014, 2016, and 2018 in which the prediction unit is divided by a symmetrical ratio are illustrated, as described above, the partition type is not limited thereto, and an asymmetric partition, an arbitrary partition, a geometric partition, etc. It may include.
  • prediction coding For each partition type, prediction coding must be performed repeatedly for one 2N_0x2N_0 partition, two 2N_0xN_0 partitions, two N_0x2N_0 partitions, and four N_0xN_0 partitions.
  • prediction encoding For partitions having a size 2N_0x2N_0, a size N_0x2N_0, a size 2N_0xN_0, and a size N_0xN_0, prediction encoding may be performed in an intra mode and an inter mode. The skip mode may be performed only for prediction encoding on partitions having a size of 2N_0x2N_0.
  • the depth 0 is changed to 1 and split (2120), and the encoding is repeatedly performed on the depth 2 and the coding units 2130 of the partition type of the size N_0xN_0.
  • the prediction unit 2140 for predictive encoding of the coding unit 2130 having a depth of 1 and a size of 2N_1x2N_1 includes a partition type 2142 having a size of 2N_1x2N_1, a partition type 2144 having a size of 2N_1xN_1, and a partition type having a size of N_1x2N_1.
  • 2146, a partition type 2148 of size N_1 ⁇ N_1 may be included.
  • the depth 1 is changed to the depth 2 and divided (2150), and repeatedly for the coding units 2160 having the depth 2 and the size N_2xN_2.
  • the encoding may be performed to search for a minimum encoding error.
  • depth-based coding units may be set until depth d-1, and split information may be set up to depth d-2. That is, when encoding is performed from the depth d-2 to the depth 2-1 to the depth d-1, the prediction encoding of the coding unit 2180 having the depth d-1 and the size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1)
  • the prediction unit 2190 for the partition includes a partition type 2192 of size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), a partition type 2194 of size 2N_ (d-1) xN_ (d-1), and size
  • a partition type 2196 of N_ (d-1) x2N_ (d-1) and a partition type 2198 of size N_ (d-1) xN_ (d-1) may be included.
  • one partition 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), two partitions 2N_ (d-1) xN_ (d-1), two sizes N_ (d-1) x2N_ Prediction encoding is repeatedly performed for each partition of (d-1) and four partitions of size N_ (d-1) xN_ (d-1), so that a partition type having a minimum encoding error may be searched. .
  • the coding unit CU_ (d-1) of the depth d-1 is no longer
  • the encoding depth of the current maximum coding unit 2100 may be determined as the depth d-1, and the partition type may be determined as N_ (d-1) xN_ (d-1) without going through a division process into lower depths.
  • split information is not set for the coding unit 2152 of the depth d-1.
  • the data unit 2199 may be referred to as a 'minimum unit' for the current maximum coding unit.
  • the minimum unit may be a square data unit having a size obtained by dividing the minimum coding unit, which is the lowest coding depth, into four divisions.
  • the video encoding apparatus 100 compares the encoding errors for each depth of the coding unit 2100, selects a depth at which the smallest encoding error occurs, and determines a coding depth.
  • the partition type and the prediction mode may be set to the encoding mode of the coded depth.
  • the depth with the smallest error can be determined by comparing the minimum coding errors for all depths of depths 0, 1, ..., d-1, d, and can be determined as the coding depth.
  • the coded depth, the partition type of the prediction unit, and the prediction mode may be encoded and transmitted as information about an encoding mode.
  • the coding unit since the coding unit must be split from the depth 0 to the coded depth, only the split information of the coded depth is set to '0', and the split information for each depth except the coded depth should be set to '1'.
  • the image data and encoding information reception extractor 1560 of the video decoding apparatus 1550 extracts information about a coding depth and a prediction unit with respect to the coding unit 2100 to decode the coding unit 2112. It is available.
  • the video decoding apparatus 1550 may identify a depth having split information of '0' as an encoding depth by using split information for each depth, and use the decoding information by using information about an encoding mode for a corresponding depth. have.
  • 22, 23, and 24 illustrate a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to various embodiments.
  • the coding units 2210 are coding units according to coding depths, which are determined by the video encoding apparatus 100 according to an embodiment with respect to the maximum coding unit.
  • the prediction unit 2260 is partitions of prediction units of each coding depth of coding units 2210, and a transformation unit 2270 is transformation units of each coding depth.
  • the depth-based coding units 2210 have a depth of 0
  • the coding units 2212 and 1054 have a depth of 1
  • the coding units 2214, 2216, 2218, 2228, 2250, and 2252 have depths.
  • 2, coding units 2220, 2222, 2224, 2226, 2230, 2232, and 2248 have a depth of 3
  • coding units 2240, 2242, 2244, and 2246 have a depth of 4.
  • partitions 2214, 2216, 2222, 2232, 2248, 2250, 2252, and 2254 of the prediction units 2260 are in a form in which coding units are divided. That is, partitions 2214, 2222, 2250, and 2254 are partition types of 2NxN, partitions 2216, 2248, and 2252 are partition types of Nx2N, and partitions 2232 are partition types of NxN.
  • the prediction units and partitions of the coding units 2210 according to depths are smaller than or equal to each coding unit.
  • the image data of some 2225 of the transformation units 2270 may be converted or inversely transformed into data units having a smaller size than that of the coding unit.
  • the transformation units 2214, 2216, 2222, 2232, 2248, 2250, 2252, and 2254 are data units having different sizes or shapes when compared to corresponding prediction units and partitions among the prediction units 2260. That is, even if the video encoding apparatus 1500 and the video decoding apparatus 1550 according to the embodiment are intra prediction / motion estimation / motion compensation operations and transform / inverse transform operations for the same coding unit, Each can be performed on a separate data unit.
  • coding is performed recursively for each coding unit having a hierarchical structure for each largest coding unit to determine an optimal coding unit.
  • coding units having a recursive tree structure may be configured.
  • the encoding information may include split information about a coding unit, partition type information, prediction mode information, and transformation unit size information. Table 1 below shows an example that can be set in the video encoding apparatus 1500 according to an embodiment and the video decoding apparatus 1550 according to an embodiment.
  • the output unit 1520 of the video encoding apparatus 100 outputs encoding information about coding units having a tree structure, and the encoding information receiving extractor of the video decoding apparatus 1550 according to an embodiment.
  • An operation 1560 may extract encoding information about coding units having a tree structure, from the received bitstream.
  • the split information indicates whether the current coding unit is split into coding units of a lower depth. If the split information of the current depth d is 0, partition type information, prediction mode, and transform unit size information are defined for the coded depth because the depth in which the current coding unit is no longer divided into the lower coding units is a coded depth. Can be. If it is to be further split by the split information, encoding should be performed independently for each coding unit of the divided four lower depths.
  • the prediction mode may be represented by one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • Intra mode and inter mode can be defined in all partition types, and skip mode can be defined only in partition type 2Nx2N.
  • the partition type information indicates the symmetric partition types 2Nx2N, 2NxN, Nx2N and NxN, in which the height or width of the prediction unit is divided by the symmetrical ratio, and the asymmetric partition types 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N, which are divided by the asymmetrical ratio.
  • the asymmetric partition types 2NxnU and 2NxnD are divided into heights 1: 3 and 3: 1, respectively, and the asymmetric partition types nLx2N and nRx2N are divided into 1: 3 and 3: 1 widths, respectively.
  • the conversion unit size may be set to two kinds of sizes in the intra mode and two kinds of sizes in the inter mode. That is, if the transformation unit split information is 0, the size of the transformation unit is set to the size 2Nx2N of the current coding unit. If the transform unit split information is 1, a transform unit having a size obtained by dividing the current coding unit may be set. In addition, if the partition type for the current coding unit having a size of 2Nx2N is a symmetric partition type, the size of the transform unit may be set to NxN, and if the asymmetric partition type is N / 2xN / 2.
  • Encoding information of coding units having a tree structure may be allocated to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit unit of a coding depth.
  • the coding unit of the coding depth may include at least one prediction unit and at least one minimum unit having the same encoding information.
  • the encoding information held by each adjacent data unit is checked, it may be determined whether the adjacent data units are included in the coding unit having the same coding depth.
  • the coding unit of the corresponding coding depth may be identified by using the encoding information held by the data unit, the distribution of the coded depths within the maximum coding unit may be inferred.
  • the encoding information of the data unit in the depth-specific coding unit adjacent to the current coding unit may be directly referred to and used.
  • the prediction coding when the prediction coding is performed by referring to the neighboring coding unit, the data adjacent to the current coding unit in the coding unit according to depths is encoded by using the encoding information of the adjacent coding units according to depths.
  • the neighboring coding unit may be referred to by searching.
  • FIG. 25 illustrates a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 25 illustrates a relationship between coding units, prediction units, and transformation units, according to encoding mode information of Table 1.
  • the maximum coding unit 2500 includes coding units 2502, 2504, 2506, 2512, 2514, 2516, and 2518 of a coding depth. Since one coding unit 2518 is a coding unit of a coded depth, split information may be set to zero.
  • the partition type information of the coding unit 2518 of size 2Nx2N is partition type 2Nx2N (2522), 2NxN (2524), Nx2N (2526), NxN (2528), 2NxnU (2532), 2NxnD (2534), nLx2N (2536). And nRx2N 2538.
  • the transform unit split information (TU size flag) is a type of transform index, and a size of a transform unit corresponding to the transform index may be changed according to a prediction unit type or a partition type of a coding unit.
  • the partition type information is set to one of the symmetric partition types 2Nx2N (2522), 2NxN (2524), Nx2N (2526), and NxN (2528)
  • the conversion unit partition information is 0, the conversion unit of size 2Nx2N ( 2542 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 2544 of size N ⁇ N may be set.
  • the partition type information is set to one of the asymmetric partition types 2NxnU (2532), 2NxnD (2534), nLx2N (2536), and nRx2N (2538)
  • the conversion unit partition information (TU size flag) is 0, the conversion unit of size 2Nx2N ( 2552 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 2554 of size N / 2 ⁇ N / 2 may be set.
  • the conversion unit splitting information (TU size flag) described above with reference to FIG. 19 is a flag having a value of 0 or 1, but the conversion unit splitting information according to an embodiment is not limited to a 1-bit flag and is set to 0 according to a setting. , 1, 2, 3., etc., and may be divided hierarchically.
  • the transformation unit partition information may be used as an embodiment of the transformation index.
  • the size of the transformation unit actually used may be expressed.
  • the video encoding apparatus 100 may encode maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information.
  • the encoded maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information may be inserted into the SPS.
  • the video decoding apparatus 1550 according to an embodiment may be used for video decoding by using maximum transform unit size information, minimum transform unit size information, and maximum transform unit split information.
  • the maximum transform unit split information is defined as 'MaxTransformSizeIndex'
  • the minimum transform unit size is 'MinTransformSize'
  • the transform unit split information is 0,
  • the minimum transform unit possible in the current coding unit is defined as 'RootTuSize'.
  • the size 'CurrMinTuSize' can be defined as in relation (1) below.
  • 'RootTuSize' which is a transform unit size when the transform unit split information is 0, may indicate a maximum transform unit size that can be adopted in the system. That is, according to relation (1), 'RootTuSize / (2 ⁇ MaxTransformSizeIndex)' is a transformation obtained by dividing 'RootTuSize', which is the size of the transformation unit when the transformation unit division information is 0, by the number of times corresponding to the maximum transformation unit division information. Since the unit size is 'MinTransformSize' is the minimum transform unit size, a smaller value among them may be the minimum transform unit size 'CurrMinTuSize' possible in the current coding unit.
  • the maximum transform unit size RootTuSize may vary depending on a prediction mode.
  • RootTuSize may be determined according to the following relation (2).
  • 'MaxTransformSize' represents the maximum transform unit size
  • 'PUSize' represents the current prediction unit size.
  • RootTuSize min (MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
  • 'RootTuSize' which is a transform unit size when the transform unit split information is 0, may be set to a smaller value among the maximum transform unit size and the current prediction unit size.
  • 'RootTuSize' may be determined according to Equation (3) below.
  • 'PartitionSize' represents the size of the current partition unit.
  • RootTuSize min (MaxTransformSize, PartitionSize) ........... (3)
  • the conversion unit size 'RootTuSize' when the conversion unit split information is 0 may be set to a smaller value among the maximum conversion unit size and the current partition unit size.
  • the current maximum conversion unit size 'RootTuSize' according to an embodiment that changes according to the prediction mode of the partition unit is only an embodiment, and a factor determining the current maximum conversion unit size is not limited thereto.
  • image data of the spatial domain is encoded for each coding unit of the tree structure, and the video decoding method based on the coding units of the tree structure.
  • decoding is performed for each largest coding unit, and image data of a spatial region may be reconstructed to reconstruct a picture and a video that is a picture sequence.
  • the reconstructed video can be played back by a playback device, stored in a storage medium, or transmitted over a network.
  • the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may include a storage medium such as a magnetic storage medium (eg, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.) and an optical reading medium (eg, a CD-ROM, a DVD, etc.).
  • the scalable video encoding method and / or video encoding method described above with reference to FIGS. 12A to 25 are collectively referred to as a video encoding method of the present invention.
  • the scalable video decoding method and / or video decoding method described above with reference to FIGS. 12A to 25 are referred to as a video decoding method of the present invention.
  • a video encoding apparatus including the scalable video decoding apparatus 1200, the video encoding apparatus 1500, or the image encoding unit 1700 described above with reference to FIGS. 12A through 25 may be referred to as a video encoding apparatus of the present invention.
  • the video decoding apparatus including the scalable video decoding apparatus 1250, the video decoding apparatus 1550, or the image decoding unit 1750 described above with reference to FIGS. 11A through 24 may be referred to as the video decoding apparatus of the present invention.
  • a computer-readable storage medium in which a program is stored according to an embodiment of the present invention will be described in detail below.
  • the disk 26 illustrates a physical structure of a disk 26000 in which a program is stored, according to various embodiments.
  • the disk 26000 described above as a storage medium may be a hard drive, a CD-ROM disk, a Blu-ray disk, or a DVD disk.
  • the disk 26000 is composed of a plurality of concentric tracks tr, and the tracks are divided into a predetermined number of sectors Se in the circumferential direction.
  • a program for implementing the above-described quantization parameter determination method, video encoding method, and video decoding method may be allocated and stored in a specific region of the disc 26000 which stores the program according to the above-described embodiment.
  • a computer system achieved using a storage medium storing a program for implementing the above-described video encoding method and video decoding method will be described below with reference to FIG. 21.
  • the computer system 26700 may store a program for implementing at least one of the video encoding method and the video decoding method of the present invention on the disc 26000 using the disc drive 26800.
  • the program may be read from the disk 26000 by the disk drive 26800, and the program may be transferred to the computer system 26700.
  • a program for implementing at least one of the video encoding method and the video decoding method may be stored in a memory card, a ROM cassette, and a solid state drive (SSD). .
  • FIG. 28 illustrates the overall structure of a content supply system 11000 for providing a content distribution service.
  • the service area of the communication system is divided into cells of a predetermined size, and wireless base stations 11700, 11800, 11900, and 12000 that serve as base stations are installed in each cell.
  • the content supply system 11000 includes a plurality of independent devices.
  • independent devices such as a computer 12100, a personal digital assistant (PDA) 12200, a camera 12300, and a mobile phone 12500 may be an Internet service provider 11200, a communication network 11400, and a wireless base station. 11700, 11800, 11900, and 12000 to connect to the Internet 11100.
  • PDA personal digital assistant
  • the content supply system 11000 is not limited to the structure shown in FIG. 23, and devices may be selectively connected.
  • the independent devices may be directly connected to the communication network 11400 without passing through the wireless base stations 11700, 11800, 11900, and 12000.
  • the video camera 12300 is an imaging device capable of capturing video images like a digital video camera.
  • the mobile phone 12500 is such as Personal Digital Communications (PDC), code division multiple access (CDMA), wideband code division multiple access (W-CDMA), Global System for Mobile Communications (GSM), and Personal Handyphone System (PHS). At least one communication scheme among various protocols may be adopted.
  • PDC Personal Digital Communications
  • CDMA code division multiple access
  • W-CDMA wideband code division multiple access
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • PHS Personal Handyphone System
  • the video camera 12300 may be connected to the streaming server 11300 through the wireless base station 11900 and the communication network 11400.
  • the streaming server 11300 may stream and transmit the content transmitted by the user using the video camera 12300 through real time broadcasting.
  • Content received from the video camera 12300 may be encoded by the video camera 12300 or the streaming server 11300.
  • Video data captured by the video camera 12300 may be transmitted to the streaming server 11300 via the computer 12100.
  • Video data captured by the camera 12600 may also be transmitted to the streaming server 11300 via the computer 12100.
  • the camera 12600 is an imaging device capable of capturing both still and video images, like a digital camera.
  • Video data received from the camera 12600 may be encoded by the camera 12600 or the computer 12100.
  • Software for video encoding and decoding may be stored in a computer readable recording medium such as a CD-ROM disk, a floppy disk, a hard disk drive, an SSD, or a memory card that the computer 12100 may access.
  • video data may be received from the mobile phone 12500.
  • the video data may be encoded by a large scale integrated circuit (LSI) system installed in the video camera 12300, the mobile phone 12500, or the camera 12600.
  • LSI large scale integrated circuit
  • a user is recorded using a video camera 12300, a camera 12600, a mobile phone 12500, or another imaging device.
  • the content is encoded and sent to the streaming server 11300.
  • the streaming server 11300 may stream and transmit content data to other clients who have requested the content data.
  • the clients are devices capable of decoding the encoded content data, and may be, for example, a computer 12100, a PDA 12200, a video camera 12300, or a mobile phone 12500.
  • the content supply system 11000 allows clients to receive and play encoded content data.
  • the content supply system 11000 enables clients to receive and decode and reproduce encoded content data in real time, thereby enabling personal broadcasting.
  • the video encoding apparatus and the video decoding apparatus of the present invention may be applied to encoding and decoding operations of independent devices included in the content supply system 11000.
  • the mobile phone 12500 is not limited in functionality and may be a smart phone that can change or expand a substantial portion of its functions through an application program.
  • the mobile phone 12500 includes a built-in antenna 12510 for exchanging RF signals with the wireless base station 12000, and displays images captured by the camera 1530 or images received and decoded by the antenna 12510. And a display screen 12520 such as an LCD (Liquid Crystal Display) and an OLED (Organic Light Emitting Diodes) screen for displaying.
  • the smartphone 12510 includes an operation panel 12540 including a control button and a touch panel. When the display screen 12520 is a touch screen, the operation panel 12540 further includes a touch sensing panel of the display screen 12520.
  • the smart phone 12510 includes a speaker 12580 or another type of audio output unit for outputting voice and sound, and a microphone 12550 or another type of audio input unit for inputting voice and sound.
  • the smartphone 12510 further includes a camera 1530 such as a CCD camera for capturing video and still images.
  • the smartphone 12510 may be a storage medium for storing encoded or decoded data, such as video or still images captured by the camera 1530, received by an e-mail, or obtained in another form. 12570); And a slot 12560 for mounting the storage medium 12570 to the mobile phone 12500.
  • the storage medium 12570 may be another type of flash memory such as an electrically erasable and programmable read only memory (EEPROM) embedded in an SD card or a plastic case.
  • EEPROM electrically erasable and programmable read only memory
  • FIG. 30 illustrates an internal structure of the mobile phone 12500.
  • the power supply circuit 12700 the operation input controller 12640, the image encoder 12720, and the camera interface (12630), LCD control unit (12620), image decoding unit (12690), multiplexer / demultiplexer (12680), recording / reading unit (12670), modulation / demodulation unit (12660) and
  • the sound processor 12650 is connected to the central controller 12710 through the synchronization bus 1730.
  • the power supply circuit 12700 supplies power to each part of the mobile phone 12500 from the battery pack, thereby causing the mobile phone 12500 to operate. Can be set to an operating mode.
  • the central controller 12710 includes a CPU, a read only memory (ROM), and a random access memory (RAM).
  • the digital signal is generated in the mobile phone 12500 under the control of the central controller 12710, for example, the digital sound signal is generated in the sound processor 12650.
  • the image encoder 12720 may generate a digital image signal, and text data of the message may be generated through the operation panel 12540 and the operation input controller 12640.
  • the modulator / demodulator 12660 modulates a frequency band of the digital signal, and the communication circuit 12610 is a band-modulated digital signal. Digital-to-analog conversion and frequency conversion are performed on the acoustic signal.
  • the transmission signal output from the communication circuit 12610 may be transmitted to the voice communication base station or the radio base station 12000 through the antenna 12510.
  • the sound signal acquired by the microphone 12550 is converted into a digital sound signal by the sound processor 12650 under the control of the central controller 12710.
  • the generated digital sound signal may be converted into a transmission signal through the modulation / demodulation unit 12660 and the communication circuit 12610 and transmitted through the antenna 12510.
  • the text data of the message is input using the operation panel 12540, and the text data is transmitted to the central controller 12610 through the operation input controller 12640.
  • the text data is converted into a transmission signal through the modulator / demodulator 12660 and the communication circuit 12610, and transmitted to the radio base station 12000 through the antenna 12510.
  • the image data photographed by the camera 1530 is provided to the image encoder 12720 through the camera interface 12630.
  • the image data photographed by the camera 1252 may be directly displayed on the display screen 12520 through the camera interface 12630 and the LCD controller 12620.
  • the structure of the image encoder 12720 may correspond to the structure of the video encoding apparatus as described above.
  • the image encoder 12720 encodes the image data provided from the camera 1252 according to the video encoding method of the present invention described above, converts the image data into compression-encoded image data, and multiplexes / demultiplexes the encoded image data. (12680).
  • the sound signal obtained by the microphone 12550 of the mobile phone 12500 is also converted into digital sound data through the sound processor 12650 during recording of the camera 1250, and the digital sound data is converted into the multiplex / demultiplexer 12680. Can be delivered.
  • the multiplexer / demultiplexer 12680 multiplexes the encoded image data provided from the image encoder 12720 together with the acoustic data provided from the sound processor 12650.
  • the multiplexed data may be converted into a transmission signal through the modulation / demodulation unit 12660 and the communication circuit 12610 and transmitted through the antenna 12510.
  • the signal received through the antenna converts the digital signal through a frequency recovery (Analog-Digital conversion) process .
  • the modulator / demodulator 12660 demodulates the frequency band of the digital signal.
  • the band demodulated digital signal is transmitted to the video decoder 12690, the sound processor 12650, or the LCD controller 12620 according to the type.
  • the mobile phone 12500 When the mobile phone 12500 is in the call mode, the mobile phone 12500 amplifies a signal received through the antenna 12510 and generates a digital sound signal through frequency conversion and analog-to-digital conversion processing.
  • the received digital sound signal is converted into an analog sound signal through the modulator / demodulator 12660 and the sound processor 12650 under the control of the central controller 12710, and the analog sound signal is output through the speaker 12580. .
  • a signal received from the radio base station 12000 via the antenna 12510 is converted into multiplexed data as a result of the processing of the modulator / demodulator 12660.
  • the output and multiplexed data is transmitted to the multiplexer / demultiplexer 12680.
  • the multiplexer / demultiplexer 12680 demultiplexes the multiplexed data to separate the encoded video data stream and the encoded audio data stream.
  • the encoded video data stream is provided to the video decoder 12690, and the encoded audio data stream is provided to the sound processor 12650.
  • the structure of the image decoder 12690 may correspond to the structure of the video decoding apparatus as described above.
  • the image decoder 12690 generates the reconstructed video data by decoding the encoded video data by using the video decoding method of the present invention described above, and displays the reconstructed video data through the LCD controller 1262 through the display screen 1252. ) Can be restored video data.
  • video data of a video file accessed from a website of the Internet can be displayed on the display screen 1252.
  • the sound processor 1265 may convert the audio data into an analog sound signal and provide the analog sound signal to the speaker 1258. Accordingly, audio data contained in a video file accessed from a website of the Internet can also be reproduced in the speaker 1258.
  • the mobile phone 1150 or another type of communication terminal is a transmitting / receiving terminal including both the video encoding apparatus and the video decoding apparatus of the present invention, a transmitting terminal including only the video encoding apparatus of the present invention described above, or the video decoding apparatus of the present invention. It may be a receiving terminal including only.
  • FIG. 31 illustrates a digital broadcasting system employing a communication system, according to various embodiments.
  • the digital broadcasting system according to the embodiment of FIG. 31 may receive digital broadcasting transmitted through a satellite or terrestrial network using the video encoding apparatus and the video decoding apparatus.
  • the broadcast station 12890 transmits the video data stream to the communication satellite or the broadcast satellite 12900 through radio waves.
  • the broadcast satellite 12900 transmits a broadcast signal, and the broadcast signal is received by the antenna 12860 in the home to the satellite broadcast receiver.
  • the encoded video stream may be decoded and played back by the TV receiver 12610, set-top box 12870, or other device.
  • the playback device 12230 can read and decode the encoded video stream recorded on the storage medium 12020 such as a disk and a memory card.
  • the reconstructed video signal may thus be reproduced in the monitor 12840, for example.
  • the video decoding apparatus of the present invention may also be mounted in the set-top box 12870 connected to the antenna 12860 for satellite / terrestrial broadcasting or the cable antenna 12850 for cable TV reception. Output data of the set-top box 12870 may also be reproduced by the TV monitor 12880.
  • the video decoding apparatus of the present invention may be mounted on the TV receiver 12810 instead of the set top box 12870.
  • An automobile 12920 with an appropriate antenna 12910 may receive signals from satellite 12800 or radio base station 11700.
  • the decoded video may be played on the display screen of the car navigation system 12930 mounted on the car 12920.
  • the video signal may be encoded by the video encoding apparatus of the present invention and recorded and stored in a storage medium.
  • the video signal may be stored in the DVD disk 12960 by the DVD recorder, or the video signal may be stored in the hard disk by the hard disk recorder 12950.
  • the video signal may be stored in the SD card 12970. If the hard disk recorder 12950 includes the video decoding apparatus of the present invention according to an embodiment, the video signal recorded on the DVD disk 12960, the SD card 12970, or another type of storage medium is output from the monitor 12880. Can be recycled.
  • the vehicle navigation system 12930 may not include the camera 1530, the camera interface 12630, and the image encoder 12720 of FIG. 30.
  • the computer 12100 and the TV receiver 12610 may not include the camera 1250, the camera interface 12630, and the image encoder 12720 of FIG. 30.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a network structure of a cloud computing system using a video encoding apparatus and a video decoding apparatus, according to various embodiments.
  • the cloud computing system of the present invention may include a cloud computing server 14100, a user DB 14100, a computing resource 14200, and a user terminal.
  • the cloud computing system provides an on demand outsourcing service of computing resources through an information communication network such as the Internet at the request of a user terminal.
  • service providers integrate the computing resources of data centers located in different physical locations into virtualization technology to provide users with the services they need.
  • the service user does not install and use computing resources such as application, storage, operating system, and security in each user's own terminal, but services in virtual space created through virtualization technology. You can choose as many times as you want.
  • a user terminal of a specific service user accesses the cloud computing server 14100 through an information communication network including the Internet and a mobile communication network.
  • the user terminals may be provided with a cloud computing service, particularly a video playback service, from the cloud computing server 14100.
  • the user terminal may be any electronic device capable of accessing the Internet, such as a desktop PC 14300, a smart TV 14400, a smartphone 14500, a notebook 14600, a portable multimedia player (PMP) 14700, a tablet PC 14800, and the like. It can be a device.
  • the cloud computing server 14100 may integrate and provide a plurality of computing resources 14200 distributed in a cloud network to a user terminal.
  • the plurality of computing resources 14200 include various data services and may include data uploaded from a user terminal.
  • the cloud computing server 14100 integrates a video database distributed in various places into a virtualization technology to provide a service required by a user terminal.
  • the user DB 14100 stores user information subscribed to a cloud computing service.
  • the user information may include login information and personal credit information such as an address and a name.
  • the user information may include an index of the video.
  • the index may include a list of videos that have been played, a list of videos being played, and a stop time of the videos being played.
  • Information about a video stored in the user DB 14100 may be shared among user devices.
  • the playback history of the predetermined video service is stored in the user DB 14100.
  • the cloud computing server 14100 searches for and plays a predetermined video service with reference to the user DB 14100.
  • the smartphone 14500 receives the video data stream through the cloud computing server 14100, the operation of decoding the video data stream and playing the video may be performed by the operation of the mobile phone 12500 described above with reference to FIG. 24. similar.
  • the cloud computing server 14100 may refer to a playback history of a predetermined video service stored in the user DB 14100. For example, the cloud computing server 14100 receives a playback request for a video stored in the user DB 14100 from a user terminal. If the video was being played before, the cloud computing server 14100 may have a streaming method different depending on whether the video is played from the beginning or from the previous stop point according to the user terminal selection. For example, when the user terminal requests to play from the beginning, the cloud computing server 14100 streams the video to the user terminal from the first frame. On the other hand, if the terminal requests to continue playing from the previous stop point, the cloud computing server 14100 streams the video to the user terminal from the frame at the stop point.
  • the user terminal may include the video decoding apparatus as described above with reference to FIGS. 12A to 25.
  • the user terminal may include the video encoding apparatus as described above with reference to FIGS. 12A to 25.
  • the user terminal may include both the video encoding apparatus and the video decoding apparatus as described above with reference to FIGS. 12A through 25.
  • FIGS. 21 through 27 various embodiments in which the video encoding method and the video decoding method described above with reference to FIGS. 12A to 25 are stored in a storage medium or the video encoding apparatus and the video decoding apparatus are implemented in the device are illustrated in FIGS. It is not limited to.

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Abstract

기본 레이어 영상들 중 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계, 향상 레이어 영상들과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계, 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계, 필터 계수 세트를 이용하여, 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 참조 레이어 영상의 해상도를 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계, 예측 오차 및 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계 및 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법이 제공된다.

Description

비트 뎁스 및 컬러 포맷의 변환을 동반하는 업샘플링 필터를 이용하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 장치, 스케일러블 비디오 복호화 방법 및 장치
본 발명은 영상 업샘플링을 통한 비디오 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 영상 부호화, 복호화 방법에서는 영상을 부호화하기 위해 하나의 픽처를 매크로 블록으로 분할한다. 그런 다음, 인터 예측(inter prediction) 또는 인트라 예측(intra prediction)을 이용해 각각의 매크로 블록을 예측 부호화한다.
인터 예측은 픽처들 사이의 시간적인 중복성을 제거하여 영상을 압축하는 방법으로 움직임 추정 부호화가 대표적인 예이다. 움직임 추정 부호화는 적어도 하나의 참조 픽처를 이용해 현재 픽처의 블록들을 각각 예측한다. 소정의 평가 함수를 이용하여 현재 블록과 가장 유사한 참조 블록을 소정의 검색 범위에서 검색한다.
현재 블록을 참조 블록에 기초해 예측하고, 현재 블록에서 예측 결과 생성된 예측 블록을 감산하여 생성된 레지듀얼 블록을 부호화한다. 이 때, 예측을 보다 정확하게 수행하기 위해 참조 픽처의 검색 범위에 대해 보간을 수행하여 화소단위(integer pel unit)보다 작은 픽셀 단위의 부픽셀들을 생성하고, 생성된 부픽셀에 기초해 인터 예측을 수행한다.
본 발명은 업샘플링 배율에 따라 샘플링 위치별로 정확하게 샘플값을 보간하기 위해 업샘플링 필터를 결정하는 방법을 제안한다. 그리고, 스케일러빌러티 배율에 따라 선택된 정확한 업샘플링 필터를 이용하여 저해상도 영상으로부터 고해상도 예측영상을 생성하여 인터 레이어 예측을 수행하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 스케일러블 비디오 복호화 방법을 제안한다. 또한, 루마 픽셀의 스케일러빌러티 배율과 크로마 픽셀의 스케일러빌러티 배율을 달리하여 컬러 포맷을 변환하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 스케일러블 비디오 복호화 방법을 제안한다. 더불어, 정수 기반의 연산을 통하여 업샘플링할 때, 비트 뎁스를 확대 변환하는 스케일러블 비디오 부호화 방법 및 스케일러블 비디오 복호화 방법을 제안한다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 부호화 방법에 있어서, 향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위해, 기본 레이어 영상들 중 상기 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계; 상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷 에 따라 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계; 위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계; 상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여, 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계; 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계; 상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계; 및 상기 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법이 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비트 뎁스를 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 8비트보다 크게 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계는 상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및 상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는 상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및 상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 향상 레이어의 컬러 포맷은 루마 픽셀과 두 크로마 픽셀의 비가 4:2:2 또는 4:4:4인 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 부호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 부호화 방법은, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상의 해상도가 일치하지 않는 경우, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상의 원점과 대응되는 상기 향상 레이어 영상의 지점을 구하여, 상기 향상 레이어 영상의 오프셋 성분을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 예측 오차를 결정하는 단계는 상기 오프셋 성분을 제거한 상기 향상 레이어 영상과 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 비교하여 상기 예측 오차를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 복호화 방법에 있어서, 부호화된 기본 레이어 영상들이 포함된 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 획득한 상기 기본 레이어 영상들 중 향상 레이어 영상과 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계; 상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱과 상기 향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위한 예측 오차가 포함된 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 상기 예측 오차 및 상기 스케일러블 코덱을 획득하는 단계; 상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계; 상기 스케일러블 코덱을 이용하여, 상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계; 상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여 상기 향상 레이어 영상을 복원하는 단계를 포함하는 비디오 복호화 방법이 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비트 뎁스를 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 8비트보다 크게 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는 상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및 상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는 상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및 상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컬러 포맷을 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 컬러 포맷을 루마 픽셀과 두 크로마 픽셀의 비가 4:2:2 또는 4:4:4가 되도록 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 복호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 비디오 복호화 방법은, 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상의 해상도가 일치하지 않는 경우 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상의 원점과 대응되는 상기 향상 레이어 영상의 지점을 구하여, 상기 향상 레이어 영상의 오프셋 성분을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 향상 레이어 영상을 복원하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 예측 오차를 이용하여 상기 향상 레이어 영상 중 상기 오프셋 성분을 제외한 나머지 부분을 복원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 부호화 장치에 있어서, 위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부; 기본 레이어 중에서 선택된 참조 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상에 대응되는 향상 레이어 영상의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여, 상기 참조 레이어 영상의 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 픽셀 간의 위상차를 결정하고, 상기 필터 계수 데이터 중에서 상기 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부; 상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행하는 업샘플링부; 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 예측 오차 획득부; 상기 기본 레이어 영상에 대해 부호화를 수행하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 기본 레이어 부호화부; 상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 향상 레이어 부호화부를 포함하는 비디오 부호화 장치가 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 스케일러블 비디오 복호화 장치에 있어서, 위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부; 향상 레이어 비트스트림으로부터, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 예측 오차 및 상기 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 획득하는 향상 레이어 비트스트림 복호화부; 기본 레이어 비트스트림으로부터, 기본 레이어 영상을 생성하는 기본 레이어 비트스트림 복호화부; 상기 필터데이터 저장부에 저장된 필터 계수 세트들 중에서, 상기 스케일러블 코덱으로부터 결정되는 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부; 상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행하여 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 획득하는 업샘플링부; 상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여, 향상 레이어 영상을 획득하는 향상 레이어 획득부를 포함하는 비디오 복호화 방법이 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 위에서 제안된 비디오 부호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
다양한 실시예에 따라, 위에서 제안된 비디오 복호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명으로 인하여 비디오 부호화 및 복호화 효율이 향상된다.
도 1 은 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 픽셀들의 샘플링 위치를 도시한다.
도 3 은 원본 픽셀과 샘플링 위치의 위상차(phase-shift)를 도시한다.
도 4a 및 4b 는 업샘플링 필터링을 위한 참조 픽셀들의 위치를 도시한다.
도 5a 내지 5d 는 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷에서 루마 픽셀들과 크로마 픽셀의 분포를 도시한다.
도 6 은 4:2:0 컬러 포맷의 변화가 없는 경우, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 7 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:2:2 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 8 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:4:4 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
도 9 은 다양한 실시예에 따라 1/16 단위의 위상차 간격에 대응되는 업샘플링 배율을 도시한다.
도 10a 내지 10d 는 보간 픽셀들의 위상에 따라 업샘플링 필터에서 사용되는 필터계수들을 도시한다.
도 11 은 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 오프셋을 도시한다.
도 12a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 12b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 13a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 13b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 시스템의 블록도를 도시한다.
도 15a 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 15b 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 16 은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 17a 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 17b 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 18 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 19 은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 20 은 다양한 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 21 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 22, 23 및 24는 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 25 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 26 은 다양한 따른 프로그램이 저장된 디스크의 물리적 구조를 예시한다.
도 27 는 디스크를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브를 도시한다.
도 28 은 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)의 전체적 구조를 도시한다.
도 29 및 30은, 다양한 실시예 따른 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용되는 휴대폰의 외부구조와 내부구조를 도시한다.
도 31 은 다양한 실시예에 따른 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다.
도 32 은 다양한 실시예에 따른 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위해, 기본 레이어 영상들 중 상기 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계; 상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷 에 따라 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계; 위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계; 상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여, 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계; 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계; 상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계; 및 상기 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법이 개시된다.
이하 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들에서, '영상'은 정지 영상 뿐만 아니라 비디오와 같은 동영상을 포함하여 포괄적으로 지칭할 수 있다.
이하 도 1 내지 도 11를 참조하여, 다양한 실시예에 따라 위상차를 고려한 업샘플링 필터를 이용하는 영상의 업샘플링이 제안된다. 또한 도 11a 내지 도 14을 참조하여, 다양한 실시예에 따른 업샘플링 필터를 이용하는 스케일러블 비디오 부호화 및 복호화가 제안되고, 이하 도 14 내지 도 24을 참조하여 스케일러블 비디오 시스템에서 각 레이어에서 수행될 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초하여 비디오의 부호화 및 복호화가 제안된다.
이하 도 1 내지 도 11를 참조하여, 다양한 실시예에 따라 위상차를 고려한 업샘플링 필터를 이용하는 영상의 업샘플링이 상술된다.
도 1 은 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따른 대칭형/비대칭형 업샘플링 필터를 이용하는 영상 업샘플링 장치(10)는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 포함한다.
영상의 보간은 저해상도의 영상을 고해상도로 변환할 때 이용될 수 있다. 인터레이스(interace) 영상을 프로그래시브(progressive) 영상으로 변환할 때 이용되기도 하고, 저화질의 영상을 업샘플링(upsampling)하여 고화질의 영상으로 변환할 때 이용되기도 한다.
또한, 비디오 부호화 장치가 영상을 부호화할 때 움직임 추정 및 움직임 보상부는 보간된 참조 프레임을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 참조 프레임을 보간하여 고화질의 영상을 생성하고, 고화질의 영상에 기초해 움직임 추정 및 보상을 수행함으로써 인터 예측의 정확도를 높일 수 있다. 마찬가지로 영상 복호화 장치가 영상을 복호화할 때에도 움직임 보상부는 보간된 참조 프레임을 이용하여 움직임 보상을 수행함으로써 인터 예측의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 스케일러블 부호화 장치가 기본 레이어(Base Layer)과 향상 레이어(Enhancement Layer) 간의 인터-레이어(Inter-Layer) 예측을 수행하기 위해서도, 기본 레이어 영상을 보간하여 업샘플링된 영상이 향상 레이어의 예측 영상 또는 참조 영상으로서 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상을 입력받아 저해상도 영상의 화소단위(integer pel unit)의 픽셀들을 보간하여 부화소단위(sub-pel unit)의 픽셀값들을 생성할 수 있다. 입력되는 영상은, 저해상도 비디오의 픽처 시퀀스, 픽처, 프레임, 블록들일 수 있다. 저해상도 영상의 부화소단위는, 고해상도 영상의 화소단위에 대응될 수 있다.
예를 들어, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 배율을 저해상도 영상의 폭 대비 고해상도 영상의 폭이라고 정의할 때, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 배율이 1:2이라면, 저해상도 영상의 화소단위 픽셀들 사이에 위치하는 1/2화소단위의 픽셀은, 고해상도 영상에서 화소단위 픽셀에 대응될 수 있다.
따라서, 저해상도 영상의 화소단위 픽셀들을 보간하여 생성된 부화소단위의 픽셀은, 고해상도 영상의 화소단위 픽셀에 대응될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상에 대한 필터링을 통해 업샘플링을 수행하여 고해상도 영상을 생성할 수 있다. 특히 저해상도 영상에 대한 보간 필터링을 통해 부화소단위 픽셀들을 생성하고, 저해상도 영상의 원본 화소단위 픽셀들과 보간 필터링을 통해 생성된 부화소단위 픽셀들의 각각의 간격이 화소단위로 확장될 수 있다. 이에 따라, 저해상도 영상의 원본 화소단위 픽셀들과 부화소단위 픽셀들이 고해상도 영상의 화소단위 픽셀들의 위치로 각각 대응되도록 결정될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 저해상도 영상에 대한 보간 필터링을 통해 고해상도 영상의 화소단위 픽셀들이 결정되며, 보간 필터링 동작은 업샘플링을 위한 필터링 동작으로 이해될 수 있다.
또한, 보간 필터링을 통해 부화소단위 픽셀이 새로이 샘플링되는 것이므로, 보간 필터링을 통해 결정되는 부화소단위 픽셀 위치는 업샘플링에 의해 생성되는 샘플링 위치가 될 수 있다.
저해상도 영상의 업샘플링을 통해 생성하고자 하는 고해상도 영상의 배율(Scaling Factor)에 따라, 샘플링 위치가 달라질 수 있다. 예를 들어, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율이 1:2인 경우에는 저해상도 영상의 인접하는 두 픽셀들 사이에 1/2픽셀 위치에 한 개의 샘플링 위치가 결정되어, 등간격으로 세 개의 픽셀들이 매핑될 수 있다. 다른 예로, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율이 2:3인 경우에 저해상도 영상의 인접하는 세 픽셀들 사이에 1/3, 2/3 화소단위마다 등간격으로 네 개의 픽셀들이 매핑될 수 있다.
저해상도 영상의 화소단위 픽셀 위치와 고해상도 영상의 픽셀 위치(샘플링 위치) 간에 위상차가 존재할 수 있다. 저해상도 영상의 화소단위 픽셀 위치는 고정적이므로, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 따라 샘플링 위치가 결정된다면, 화소단위 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차가 결정될 수 있다.
따라서, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 배율에 따라 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차가 결정될 수 있다. 즉 저해상도 영상과 고행도 영상의 배율이 달라진다면 위상차도 변경될 수 있다.
샘플링 위치에 따라 필터계수 세트가 결정되므로, 위상차에 따라 필터계수 세트가 결정될 수 있다. 이에 따라 필터 데이터 저장부(16)는, 저해상도 영상의 픽셀들과 고해상도 영상의 픽셀들 간의 위상차별로 매핑된 필터계수 세트들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 필터 데이터 저장부(16)는, 위상차 1/16, 1/8, 1/5, 1/4, 1/3, 3/8, 2/5, 1/2,별로 개별적으로 설정된 필터계수 세트들을 저장할 수 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 필터 선택부(12)는, 고해상도 영상과 저해상도 영상 간의 배율에 기초하여, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차를 결정할 수 있다. 하지만, 한가지 배율에 대해 적어도 하나의 샘플링 위치가 결정되므로, 한가지 배율에 대해 적어도 하나의 위상차가 매핑될 수 있다. 따라서 한가지 배율에 따라 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 업샘플링하더라도, 위상차별로 다른 필터를 선택하여 업샘플링 필터링이 수행될 수 있다. 따라서 필터 선택부(12)는, 저해상도 영상의 화소단위 픽셀들 사이에 위치하는 샘플링 위치의 픽셀값을 생성하기 위한 업샘플링 필터들 중에서, 위상차에 기초하여 상이하게 업샘플링 필터를 선택할 수 있다.
전술한 바와 같이 샘플링 위치는 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 따라 결정될 수 있다. 업샘플링 필터를 이용하여 저해상도 영상에 대한 필터링을 수행함으로써 획득한 출력값이, 샘플링 위치에 해당하는 픽셀값이라고 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 업샘플링부(14)는, 필터 선택부(12)에서 선택된 업샘플링 필터를 이용하여, 샘플링 위치에 인접한 화소단위 픽셀들을 보간하여, 샘플링 위치의 픽셀값을 생성할 수 있다. 화소단위 픽셀들에 대한 업샘플링 필터링은, 샘플링 위치에 인접한 화소단위 픽셀들을 포함하여 화소단위의 참조픽셀들에 대해 업샘플링 필터링을 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 업샘플링 필터는, 업샘플링 필터가 1차원 필터일 수 있다. 따라서, 저해상도 영상에서 가로 방향으로 인접하는 화소단위 픽셀들에 대해, 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 필터링을 수행함으로써, 가로 방향으로 업샘플링이 수행될 수 있다. 저해상도 영상에서 세로 방향으로 인접하는 화소단위 픽셀들에 대해, 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 필터링을 수행함으로써, 세로 방향으로 업샘플링이 수행될 수 있다. 따라서, 저해상도 영상에 대한 가로 방향 및 세로 방향으로의 업샘플링 필터링이 연속적으로 수행됨으로써, 고해상도 영상의 픽셀값들이 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 필터 선택부(12)는, 업샘플링 필터들 중에서 샘플링 위치에 따라 개별적으로 업샘플링 필터를 결정할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 업샘플링 필터들은, 샘플링 위치를 중심으로 동일한 개수의 필터 계수들로 구성된 대칭형 업샘플링 필터와, 상이한 개수의 필터 계수들로 구성된 비대칭형 업샘플링 필터를 포함할 수 있다. 필터 선택부(12)는, 샘플링 위치에 따라 개별적으로 대칭형 업샘플링 필터들 또는 비대칭형 업샘플링 필터를 선택할 수 있다.
예를 들어 7탭 업샘플링 필터는 샘플링 위치를 중심으로 3개의 필터계수들과 4개의 필터계수들로 구성될 수 있다. 이 경우 7탭 업샘플링 필터는 비대칭형 업샘플링 필터라 볼 수 있다.
예를 들어 8탭 업샘플링 필터는 샘플링 위치를 중심으로 4개의 필터계수들과 4개의 필터계수들로 구성될 수 있다. 이 경우 8탭 업샘플링 필터는 대칭형 업샘플링 필터라 볼 수 있다.
필터 선택부(12)에서 비대칭형 업샘플링 필터가 선택된 경우에는, 업샘플링부(14)는 샘플링 위치를 중심으로 비대칭적으로 위치하는 화소단위 픽셀들을 참조하여 필터링을 수행할 수 있다. 또한 대칭형 업샘플링 필터가 선택된 경우에는, 업샘플링부(14)는 샘플링 위치를 중심으로 대칭적으로 위치하는 화소단위 픽셀들을 참조하여 필터링을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 필터 데이터 저장부(16)는, 업샘플링 필터들 중에서, 업샘플링 필터를 이용한 보간 결과 발생하는 주파수 응답 오차를 최소화하도록 정규화된 업샘플링 필터의 필터계수 세트를 저장할 수 있다. 예를 들어, 해상도 720p의 저해상도 비디오를 해상도 1080p의 고해상도 비디오로 업샘플링하거나, HD급 비디오를 풀HD급 비디오로 업샘플링하기 위해서 배율 2:3의 업샘플링이 필요하다. 필터 데이터 저장부(16)에, 배율 2:3을 위한 필터계수 세트로서, 위상차 1/3 또는 2/3을 위한 8탭 필터계수들 {-1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1}가 저장될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 필터 데이터 저장부(16)에는, 필터 계수들이 정수로 확대된 상태로 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어 전술된 위상차 1/3 또는 2/3을 위한 8탭 필터계수들 {-1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1}는 필터계수가 64만큼 확대된 상태이다. 이 경우, 업샘플링부(14)는 필터링 출력값을 64만큼 축소하여야 샘플링 위치의 픽셀값을 결정할 수 있다.
다양한 실시예에 따라 필터 데이터 저장부(16)가, 위상차 간격 1/16 에 따른 위상차들에 대응하는 필터계수 세트들을 포함할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 1/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해, 필터 데이터 저장부(16)에 저장된 필터계수 데이터 중에서 위상차 5/16에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 2/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해 필터 데이터 저장부(16)에 저장된 필터계수 데이터 중에서 위상차 11/16에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다.
다른 예로 필터 데이터 저장부(16)는, 위상차 간격 1/8 에 따른 위상차들에 대응하는 필터계수 세트들을 포함할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 1/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해, 필터 데이터 저장부(16)에 저장된 필터계수 데이터 중에서 위상차 3/8에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다. 업샘플링부(14)는, 배율이 2:3인 경우에 위상차가 2/3인 샘플링 위치를 위한 업샘플링을 위해, 필터계수 데이터 중에서 위상차 5/8에 대응하는 필터계수 세트를 선택할 수 있다.
영상 업샘플링 장치(10)는, 컬러 성분별로 상이한 업샘플링 필터를 이용하여 영상 보간을 수행할 수 있다. 필터 선택부(12)는, 업샘플링 필터들 중에서, 샘플링 위치 및 현재 픽셀의 컬러 성분에 기초하여 상이하게 업샘플링 필터를 선택할 수 있다. 이에 따라 업샘플링부(14)는, 컬러 성분별로 개별적으로 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 화소단위 픽셀들을 보간하여, 샘플링 위치들의 픽셀값을 생성할 수 있다.
예를 들어 필터 선택부(12)는, 루마 성분의 업샘플링 필터와 크로마 성분의 업샘플링 필터를 다르게 결정할 수 있다. 저해상도 영상의 루마 픽셀과 고해상도 영상의 루마 픽셀 간의 위상차와, 저해상도 영상의 크로마 픽셀과 고해상도 영상의 크로마 픽셀 간의 위상차가 상이할 수 있다. 따라서 루마 성분을 위한 업샘플링 필터와 크로마 성분을 위한 업샘플링 필터는 각각의 위상차에 따라 개별적으로 결정될 수 있다.
예를 들어 4:2:0 또는 4:1:1과 같은 컬러 포맷에 기초하여, 루마 픽셀과 크로마 픽셀 위치가 결정될 수 있다. 특히 크로마 픽셀의 위치는 루마 픽셀의 위치에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치는 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 따라 결정될 수 있지만, 고해상도 영상의 크로마 픽셀들의 위치는 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 저해상도 영상의 크로마 픽셀과 고해상도 영상의 크로마 픽셀 간의 위상차는, 저해상도 영상의 루마 픽셀과 고해상도 영상의 루마 픽셀 간의 위상차와 상이할 수 있다.
따라서 필터 선택부(12)는 먼저, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 배율에 기초하여, 저해상도 영상의 루마 픽셀과 고해상도 영상의 루마 픽셀 간의 위상차를 결정할 수 있다. 그 다음 필터 선택부(12)는, 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치에 대비하여 고해상도 영상의 크로마 픽셀의 위치를 결정하고, 저해상도 영상의 크로마 성분 픽셀과 고해상도 영상의 크로마 픽셀 간의 위상차를 결정할 수 있다.
또한 필터 선택부(12)는 컬러 포맷 변환을 고려하여 고해상도 영상의 루마 픽셀들의 위치에 대비하여 고해상도 영상의 크로마 픽셀의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어 저해상도 영상의 컬러 포맷이 4:2:0이고 고해상도 영상의 컬러 포맷이 4:2:2일 경우, 크로마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율은 루마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율의 2배가 될 수 있다. 또 예를 들면 저해상도 영상의 컬러 포맷이 4:2:0이고 고해상도 영상의 컬러 포맷이 4:4:4일 경우, 크로마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율 및 크로마 픽셀의 수평 방향의 업샘플링 비율 모두 각각 루마 픽셀의 수직 방향의 업샘플링 비율 및 루마 픽셀의 수평 방향의 업샘플링 비율의 2배가 될 수 있다. 컬러 포맷 변환에 대하여는 도 5a 내지 8에서 자세히 설명한다.
이에 따라 필터 선택부(12)는, 루마 픽셀을 위한 위상차와 크로마 픽셀을 위상차가 개별적으로 결정되므로, 루마 픽셀을 위한 업샘플링 필터와 크로마 픽셀을 위한 업샘플링 필터도 각각의 위상차에 따라 개별적으로 결정할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 영상 업샘플링 장치(10)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 다양한 실시예에 따른 영상 부호화 장치(10)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 제어될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 영상 업샘플링 장치(10)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 영상 업샘플링 동작을 수행하는 회로를 포함하는 별개의 프로세서를 포함할 있다. 또한, 영상 업샘플링 장치(10)는 영상 보간 모듈이 기록된 저장매체를 포함하고, 중앙 프로세서가 영상 모간 모듈을 호출하여 구동시킴으로써 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 동작을 구현하는 경우도 포함할 수도 있다.
현재 업샘플링 배율에 따른 샘플링 위치에 대응하는 위상차가 특정되고, 해당 위상차에 위치하는 샘플링 위치의 샘플값을 결정하기 위한 필터계수들이 정확하게 결정된다면, 필터계수들을 이용한 필터링을 통해 정확한 샘플링 위치의 샘플값도 정확하게 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 업샘플링 배율에서 필요한 위상차별로, 정확한 샘플값을 결정할 수 있는 필터계수 세트들에 대한 필터 데이터를 미리 저장하고 있을 수 있다. 영상 업샘플링 장치(10)는, 업샘플링을 수행할 때마다 현재 저해상도 영상과 현재 고해상도 영상 간의 배율을 기초로 위상차를 특정하고, 필터 데이터 중에서 특정된 위상차에 대응하는 업샘플링 필터를 선택적으로 이용할 수도 있다.
또한, 영상 업샘플링 장치(10)는, 자주 이용되는 업샘플링 배율에 따라 특정되는 위상차에 대응하는 업샘플링 필터를 위한 필터계수 세트만을 저장하여, 효율적으로 업샘플링 필터링이 수행될 수 있다. p는 양의 정수이고 위상차 간격이 2^(-p)이라면 각 위상차는 i*2^(-p)로 볼 수 있다(단, i는 2^p보다 작은 정수). 자주 이용되는 업샘플링 배율에 따른 위상차 간격 i*2^(-p) 를 위한 필터계수 세트들만을 이용하여, 근사치인 위상차를 선택하여 각 샘플링 단위로 업샘플링 필터링도 수행할 수 있다.
이하 도 2 내지 4b를 참조하여 영상 업샘플링을 위한 보간 필터링이 상술된다.
도 2 는 픽셀들의 샘플링 위치를 도시한다.
도 2를 참조하면, 영상 업샘플링 장치(10)는 공간 도메인의 화소단위의 픽셀 값들 즉, 소정 블록(20)의 'O' 위치의 픽셀 값들 사이를 보간하여 샘플링 위치인 'X' 위치의 픽셀 값들을 생성한다. 'X' 위치의 픽셀 값들은 αx 및 αy에 의해 샘플링 위치가 결정되는 부화소단위의 픽셀 값들이다. 도 2은 소정의 블록(20)이 4x4인 경우를 예로 들어 설명하나, 블록의 크기는 4x4에 한정되지 않으며, 더 크거나 작은 크기의 블록에 대한 업샘플링 필터링을 통해 부화소단위의 픽셀 값들을 생성할 수 있음은 당업자가 쉽게 알 수 있다.
비디오 처리 분야에서, 현재 영상의 움직임 보상 및 예측을 위해 움직임 벡터가 이용된다. 예측 부호화에 따르면, 현재 영상을 예측하기 위하여 이전에 복호화된 영상이 참조되며, 움직임 벡터는 참조 영상의 소정 지점을 가리킨다. 그러므로, 움직임 벡터는 참조 영상의 화소단위의 픽셀을 가리킨다.
하지만, 현재 영상이 참조하고자 하는 픽셀의 위치가 참조 영상의 화소단위의 픽셀들 사이에 위치하는 지점일 수 있다. 이러한 지점을 부화소단위의 위치라 한다. 부화소단위의 위치에는 픽셀이 존재하지 않으므로, 화소단위 픽셀들의 픽셀 값들을 이용하여 부화소단위의 픽셀 값이 예측될 뿐이다. 즉, 화소단위 픽셀들에 대한 보간을 통해 부화소단위의 픽셀 값이 추정된다.
또한 보간 필터링을 통해 업샘플링을 수행하는 경우에는, 화소단위 및 부화소단위가 샘플링위치가 될 수 있다.
이하 도 3, 4a, 4b 및 4c를 참조하여 화소단위 픽셀들에 대한 보간 방법이 상술된다.
도 3 은 원본 픽셀과 샘플링 위치의 위상차를 도시한다.
도 3를 참조하면, 영상 업샘플링 장치(10)는 공간 도메인에서 저해상도 영상의 화소단위의 픽셀 값들(31 및 33) 사이의 보간하여 샘플링 위치의 픽셀 값(35)을 생성한다. 위상차 α에 의해 결정되는 샘플링 위치의 픽셀 값(35)이다.
이렇게 저해상도 영상에 대한 보간을 통해 업샘플링을 수행한다면, 생성된 샘플링 위치가 고해상도 영상의 화소단위 픽셀이 되고, 샘플링 위치의 픽셀값은 고해상도 영상의 픽셀값이 될 수 있다.
도 4a 및 4b 는 업샘플링 필터링을 위한 참조 픽셀들의 위치를 도시한다.
도 4a 를 참조하면, 저해상도 영상의 두 픽셀 값들(31 및 33) 사이를 보간하여 샘플링 위치의 픽셀 값(35)을 생성하기 위해, 픽셀 값들(31 및 33)을 포함하는 인접한 복수의 화소단위 픽셀들의 픽셀값들(37 및 39)을 이용한다. 다시 말해, -(M-1) 번째부터 M 번째까지의 2M 개의 픽셀 값들을 1차원 업샘플링 필터링함으로써 0 번째 픽셀과 1번째 픽셀 사이를 보간할 수 있다.
또한, 도 4a은 수평 방향의 픽셀 값들 사이를 보간하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 수직 방향의 픽셀 값들을 이용하여 1차원 업샘플링 필터링이 가능하다.
도 4b를 참조하면, 수직 방향으로 인접한 P0(41) 및 P1(43) 사이를 보간하여 수직 방향의 샘플링 위치 α의 픽셀 값 P(α)를 생성할 수 있다. 도 4a과 비교하여 보면, 수평 방향으로 배열된 픽셀 값들(37 및 39) 대신에 수직 방향으로 배열된 픽셀 값들(47 및 49)을 이용하여 보간을 수행한다는 점만 상이할 뿐, 업샘플링 필터링 방법은 유사할 것이다.
도 4a 및 4b 에서 예시된 방향의 1차원 업샘플링 필터링뿐만 아니라, 보다 다양한 방향의 샘플링 위치의 픽셀 값이 생성될 수도 있다.
이하, 도 5 내지 7을 참조하여 업샘플링 필터링을 위한 샘플링 위치와 위상차를 상술한다.
도 5a 내지 5d 는 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷에서 루마 픽셀들과 크로마 픽셀의 분포를 도시한다.
도 5a는 도형으로 나타낸 YCbCr 색 공간의 각 픽셀을 도시한다.
YCbCr 색 공간은 Y 루마 픽셀(이하 루마 픽셀)과 Cb, Cr 두 개의 크로마 픽셀으로 구성된다. 도 5a에서 Y 루마 픽셀(51)은 정사각형으로, Cb 크로마 픽셀(52)은 삼각형으로, Cr 크로마 픽셀(53)은 원으로 표시된다.
YCbCr를 나타내는 세 가지 도형을 통하여 도 5b 내지 도 5d에서 4:2:0, 4:2:2 및 4:4:4 컬러 포맷을 설명한다.
도 5b 내지 5d에서 각 블록은 픽셀을 의미한다. 예를 들어 만약 블록에 정사각형 도형만 있으면 블록에 해당되는 픽셀은 Y 루마 픽셀(51)만이 할당되어 있다는 것을 의미한다. 다른 예로 블록에 정사각형 도형과 삼각형 도형이 있으면 픽셀은 Y 루마 픽셀(51)과 Cb 크로마 픽셀(52)을 가지고 있다는 것을 의미한다.
도 5b는 4:2:0 컬러 포맷 영상의 픽셀들을 나타낸다. 4:2:0 컬러 포맷의 영상에서, 4개의 루마 픽셀들에 1개의 크로마 픽셀이 매핑된다. 구체적으로 루마 픽셀의 어레이(array)의 크기가 [W] x [H] 일 경우, 크로마 픽셀의 어레이의 크기는 [W/2] x [H/2]가 될 수 있다. 따라서 4 개의 픽셀로 구성된 2x2 크기의 블록에는 각 픽셀마다 루마 픽셀이 할당되고, Cb 크로마 픽셀 및 Cr 크로마 픽셀은 4 개의 픽셀 중 1 개의 픽셀에만 할당된다.
도 5b를 보면 각 블록(541, 542, 543, 544)에는 모두 루마 픽셀을 의미하는 정사각형 도형이 포함되어 있다. 그러나 Cb 크로마 픽셀을 의미하는 삼각형 도형은 블록(541)에만, Cr 크로마 픽셀을 의미하는 원 모양의 도형은 블록(542)에만 할당된다. 따라서 블록 (543) 및 블록 (544)에는 크로마 픽셀이 할당되지 않는다. 이러한 블록(541, 542, 543, 544)의 구조는 다른 블록에도 반복되어 나타난다.
도 5c는 4:2:2 컬러 포맷 이미지 상의 픽셀들을 나타낸다. 4:2:2 컬러 포맷의 영상에서, 4개의 루마 픽셀들에 2개의 크로마 픽셀이 매핑된다. 구체적으로 루마 픽셀의 어레이(array)의 크기가 [W] x [H] 일 경우, 크로마 픽셀의 어레이의 크기는 [W/2] x [H]가 될 수 있다. 따라서 4 개의 픽셀로 구성된 2x2 크기의 블록에는 각 픽셀마다 루마 픽셀이 할당되고, Cb 크로마 픽셀과 Cr 크로마 픽셀은 4 개의 픽셀 중 2 개의 픽셀에 할당된다.
도 5c를 보면 각 블록(551, 552, 553, 554)에는 모두 루마 픽셀을 의미하는 정사각형 도형이 포함되어 있다. 그러나 Cb 크로마 픽셀을 의미하는 삼각형 도형은 블록(551) 및 블록(552)에만 할당된다. Cb 크로마 픽셀과 마찬가지로 Cr 크로마 픽셀을 의미하는 원 모양의 도형은 블록(551) 및 블록(552)에만 할당된다. 그러므로 블록(551) 및 블록(552)에는 루마 픽셀과 두 개의 크로마 픽셀이 모두 할당된다. 그러나 블록 (553, 554)에는 루마 픽셀만 존재하고, 크로마 픽셀은 할당되지 않는다. 이러한 블록(551, 552, 553, 554)의 구조는 다른 블록에도 반복되어 나타난다.
도 5d는 4:4:4 컬러 포맷 이미지 상의 픽셀들을 나타낸다. 4:4:4 컬러 포맷의 영상에서, 루마 픽셀에 크로마 픽셀이 일대일로 매핑된다. 구체적으로 루마 픽셀의 어레이(array)의 크기가 [W] x [H] 일 경우, 크로마 픽셀의 어레이의 크기는 [W] x [H]가 될 수 있다. 따라서 4 개의 픽셀로 구성된 2x2 크기의 블록에는 각 픽셀마다 루마 픽셀과 두 개의 크로마 픽셀이 모두 할당된다.
도 5d를 보면 각 블록(561, 562, 563, 564)에는 모두 루마 픽셀을 의미하는 정사각형 도형, Cb 크로마 픽셀을 의미하는 삼각형 도형 및 Cr 크로마 픽셀을 의미하는 원 모양의 도형이 포함되어 있다. 따라서 각 블록(561, 562, 563, 564)에는 루마 픽셀과 두 개의 크로마 픽셀이 모두 할당됨을 알 수 있다. 이러한 블록(561, 562, 563, 564)의 구조는 다른 블록에도 반복되어 나타난다.
고해상도 영상의 너비와 높이가 iEWidth와 iEHeight, 저해상도 영상의 너비와 높이가 iBWidth와 iBHeight일 때, 업샘플링 배율 dsFactor 은 저해상도 영상의 너비 대비 고해상도 영상의 너비의 비율(iEWidth / iBWidth)로 결정될 수 있다.
영상의 픽셀들 간의 수평 거리(수평 위상차)를 iPhaseX, 수직 거리(수직 위상차)를 iPhaseY 라고 한다.
일반적으로 저해상도 영상과 고해상도 영상의 픽셀 위치 간의 위상차 Phase는 아래 수식에 따라 결정될 수 있다.
Phase = (i+ displacement/2 )/ dsFactor - displacement/2
따라서, 업샘플링 배율이 2이고 저해상도 영상 픽셀들 간의 거리가 0 이라면, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 Phase는 0, 1/2일 수 있다. 또한, 업샘플링 배율이 2이고 저해상도 영상 픽셀들 간의 거리가 1 이라면, 저해상도 영상과 고해상도 영상 간의 Phase는 3/8, 7/8일 수 있다.
하지만, 업샘플링 배율이 2인 경우에 가능한 Phase는 0, 3/8, 7/8, 1은 모두 샘플링 단위 1/16로 표현가능하다. 따라서 아래 샘플링 단위 1/16의 업샘플링을 나타내는 수식을 통해 고해상도 영상의 픽셀 위치를 결정해본다.
저해상도 영상의 루마 픽셀들(51, 52, 53, 54) 간의 수평 위상차 iPhaseX와 수직 위상차 iPhaseY는 각각 0, 0 이다. 크로마 픽셀(55)에 대한 수평 위상차 iPhaseX는 0, 수직 위상차 iPhaseY는 1이다.
아래 수식 aa에서, iRefPos16XX 및 iRefPos16YY 는 각각 저해상도 영상에 대해 샘플링 단위 1/16의 샘플링 위치를 나타낸다.
[수식 aa]
iRefPos16XX = ((i*iScaleX + iAddX) >> iShiftXM4) - iDeltaX;
iRefPos16YY = ((j*iScaleY + iAddY) >> iShiftYM4) - iDeltaY;
i는 0보다 크거나 같고 고해상도 영상의 너비 iEWidth 보다는 작은 수이며, j는 0보다 크거나 같고 고해상도 영상의 높이 iEHeight 보다는 작은 수를 나타낸다.
위 수식 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY 를 결정하기 위한 변수 iScaleX, iAddX, iShiftXM4, iDeltaX, iScaleY, iAddY, iShiftYM4, iDeltaY는 각각 아래 수식들에 따라 결정될 수 있다.
iShiftX = 16;
iShiftY = 16;
iAddX = ( ( ( iBWidth * iPhaseX ) << ( iShiftX - 2 ) ) + ( iEWidth >> 1 ) )
/ iEWidth + ( 1 << ( iShiftX - 5 ) );
iAddY = ( ( ( iBHeight * iPhaseY ) << ( iShiftY - 2 ) ) + ( iEHeight >> 1 ) )
/ iEHeight+ ( 1 << ( iShiftY - 5 ) );
iDeltaX = 4 * iPhaseX;
iDeltaY = 4 * iPhaseY;
iShiftXM4 = iShiftX - 4;
iShiftYM4 = iShiftY - 4;
iScaleX = ( ( iBWidth << iShiftX ) + ( iEWidth >> 1 ) ) / iEWidth;
iScaleY = ( ( iBHeight << iShiftY ) + ( iEHeight >> 1 ) ) / iEHeight;
루마 픽셀인지 크로마 픽셀인지 여부에 따라 iPhaseX와 iPhaseY가 달라지므로, 샘플링 위치 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY가 달라질 수 있다.
또한, 저해상도 영상을 업샘플링 필터링하기 위해 샘플링 위치가 확장된다면, 샘플링 위치 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY는 각각 고해상도 영상의 픽셀 위치마다 대응되는 샘플링 위치를 나타낸다.
따라서, 고해상도 영상의 수평 방향 위상차 iPhaseXX 및 수평 방향 픽셀 위치 iRefPosXX, 방향 수직 방향 위상차 iPhaseYY 및 수직 방향 픽셀 위치 iRefPosYY는 각각, 수식 iRefPos16XX 및 iRefPos16YY을 이용하여 결정될 수 있다.
iPhaseXX = iRefPos16XX & 15;
iRefPosXX = iRefPos16XX >> 4;
iPhaseYY = iRefPos16YY & 15;
iRefPosYY = iRefPos16YY >> 4;
따라서, 상기 수식 aa에 따라 나누기 연산 없이 고해상도 영상의 샘플링 위치, 즉 픽셀 위치가 결정될 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하여 업샘플링 배율이 2일 때, 컬러 포맷 변환에 따른 위상차 및 루마 픽셀과 크로마 픽셀의 업샘플링 비율을 설명한다. 큰 정사각형 모양의 도형(51)은 저해상도 영상의 루마 픽셀, 큰 삼각형 모양의 도형(52)은 저해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀, 큰 원 모양의 도형(53)은 저해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀, 작은 정사각형 모양의 도형(61)은 고해상도 영상의 루마 픽셀, 작은 삼각형 모양의 도형(62)은 고해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀, 작은 원 모양의 도형(63)은 고해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀 은 고해상도 영상의 크로마 픽셀을 나타낸다.
도 6 내지 8의 설명에 기초하여, 저해상도의 영상이 업샘플링될 때 크로마 픽셀의 위상차를 알 수 있다.
도 6 은 4:2:0 컬러 포맷의 저해상도 영상(50) 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
4:2:0 컬러 포맷에 따라 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등, 저해상도 Cr 크로마 픽셀들(521, 522, 523, 524) 등 및 저해상도 Cb 크로마 픽셀들(531, 532, 533, 534) 등이 위치한다.
업샘플링 배율 2에 따라, 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등의 위치에 기초하여 고해상도 루마 픽셀들(611, 612, 613, 614) 등이 위치한다. 또한 4:2:0 컬러 포맷에 따라 고해상도 루마 픽셀들(611, 612, 613, 614) 등의 위치에 기초하여 고해상도 크로마 픽셀들(621, 622, 623, 624, 631, 632, 633, 634) 등이 위치한다.
루마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/2인 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(611) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(613) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(611) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 루마 픽셀(511)과 고해상도 루마 픽셀(617) 간의 수직 위상차는 1/2이다.
Cb 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/2인 것이다. 예를 들어, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(621) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(623) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(621) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(622) 간의 수직 위상차는 1/2이다.
Cr 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(631) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(633) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cb 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(631) 간의 수직 위상차는 1/4이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(632) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
결과적으로 루마 픽셀 과 크로마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 2배로 업샘플링된다. 컬러 포맷의 변환이 없다면 루마 픽셀 과 크로마 픽셀의 업샘플링 비율은 동일할 것이다.
도 7 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:2:2 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
4:2:0 컬러 포맷에 따라 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등, 저해상도 Cr 크로마 픽셀들(721, 722, 723, 724) 등 및 저해상도 Cb 크로마 픽셀들(731, 732, 733, 734) 등이 위치한다.
업샘플링 배율 2에 따라, 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등의 위치에 기초하여 고해상도 루마 픽셀들(711, 712, 713, 714) 등이 위치한다. 또한 4:2:2 컬러 포맷에 따라 고해상도 루마 픽셀들(711, 712, 713, 714) 등의 위치에 기초하여 고해상도 크로마 픽셀들(721, 722, 723, 724, 725, 731, 732, 733, 734, 735) 등이 위치한다.
루마 픽셀의 경우에, 업샘플링 배율이 도 6과 같고, 컬러 포맷이 바뀌어도 루마 픽셀은 차이가 없으므로 위상차는 도 6과 같다.
Cb 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(721) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(725) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cr 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(721) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(722) 간의 수직 위상차는 1/4이며, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(723) 간의 수직 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(724) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
Cr 크로마 픽셀의 경우, Cr 크로마 픽셀과 유사하다. Cr 크로마 픽셀에 대하여, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(731) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(735) 간의 수평 위상차는 1/2이다. 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(731) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(732) 간의 수직 위상차는 1/4이며, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(733) 간의 수직 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(531)과 고해상도 Cr 크로마 픽셀(734) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
결과적으로 루마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링될 때, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 2배, 수직 방향 각각 4배로 업샘플링된다. 따라서 루마 픽셀이 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 N배로 업샘플링된다면, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 N배, 수직 방향 각각 2N배로 업샘플링될 수 있다.
도 8 은 4:2:0 컬러 포맷이 4:4:4 컬러 포맷으로 변환되고, 저해상도 영상 및 고해상도 영상 간의 배율이 2인 경우에 저해상도/고해상도 루마 픽셀들과 저해상도/고해상도 크로마 픽셀들의 분포를 도시한다.
4:2:0 컬러 포맷에 따라 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514), 저해상도 Cr 크로마 픽셀들(721, 722, 723, 724) 및 저해상도 Cb 크로마 픽셀들(731, 732, 733, 734) 이 위치한다.
업샘플링 배율 2에 따라, 저해상도 루마 픽셀들(511, 512, 513, 514) 등의 위치에 기초하여 고해상도 루마 픽셀들(811, 812, 813, 814) 등이 위치한다. 또한 4:2:2 컬러 포맷에 따라 고해상도 루마 픽셀들(811, 812, 813, 814) 등의 위치에 기초하여 고해상도 크로마 픽셀들(821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 831, 832, 833, 834, 835, 836, 837) 등이 위치한다.
루마 픽셀의 경우에, 도 7과 마찬가지로, 업샘플링 배율이 도 6과 같고, 컬러 포맷이 바뀌어도 루마 픽셀은 차이가 없으므로 위상차는 도 6과 같다.
Cb 크로마 픽셀의 경우에, 저해상도 영상의 픽셀과 고해상도 영상의 픽셀 간의 위상차는 0, 1/4, 1/2, 3/4 이다. 예를 들어, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(821) 간의 수평 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(825) 간의 수평 위상차는 1/4이고, 저해상도 Cr 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(826) 간의 수평 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(827) 간의 수평 위상차는 3/4이다. 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(821) 간의 수직 위상차는 0이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(822) 간의 수직 위상차는 1/4이며, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(823) 간의 수직 위상차는 1/2이고, 저해상도 Cb 크로마 픽셀(521)과 고해상도 Cb 크로마 픽셀(824) 간의 수직 위상차는 3/4이다.
Cr 크로마 픽셀의 경우, 저해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀의 분포에 대한 고해상도 영상의 Cr 크로마 픽셀의 분포와 저해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀에 대한 고해상도 영상의 Cb 크로마 픽셀의 분포가 같다. 따라서 Cr 크로마 픽셀은 Cb 크로마 픽셀과 동일한 위상차를 가진다.
결과적으로 루마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링될 때, 크로마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 4배로 업샘플링된다. 따라서 루마 픽셀이 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 N배로 업샘플링된다면, 크로마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2N배로 업샘플링될 수 있다.
만약 컬러 포맷이 4:2:2에서 4:4:4로 변환된다면, 루마 픽셀은 수평 방향 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링될 때, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 4배 및 수직 방향 각각 2배로 업샘플링된다. 따라서 루마 픽셀이 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 N배로 업샘플링된다면, 크로마 픽셀은 수평 방향으로 2N배 및 수직 방향으로 N배로 업샘플링될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 저해상도 영상과 고해상도 영상의 위상차에 따라 필터를 결정하여 영상의 업샘플링을 수행할 수 있다. 영상 업샘플링 장치(10)는 위상차별로 매핑된 필터계수 세트들을 저장하고 있으며, 저장된 필터계수 세트들 중에서 현재 위상차에 대응되는 필터계수를 선택할 수 있다.
위상차는 샘플링 위치를 결정하고, 샘플링 위치에서의 샘플값을 정확하게 결정하기 위해서는 해당 위상에서 정확한 보간치를 결정할 수 있는 필터계수로 구성된 필터가 필요하다. 따라서, 영상 업샘플링 장치(10)에 미리 성능이 좋은 필터계수 세트들이 저장되어 있을 필요가 있다. 이하, 위상차별로 정확한 보간치를 출력하기 위한 필터계수 세트를 결정하는 동작을 상술한다.
<업샘플링 필터 계수의 결정 기준>
샘플링 위치의 픽셀 값을 생성하기 위한 화소단위 픽셀들에 대한 보간은, 업샘플링 필터링을 통해 구현될 수 있다. 업샘플링 필터링을 수학식으로 표현하면 아래와 같다.
Figure PCTKR2014006466-appb-I000001
2M개의 화소단위 참조픽셀들 {pm} = {p-M+1, p-M+2, ..., p0, p1, ..., pM}의 벡터 p 과 필터 계수들 {fm} = {f-M+1, f-M+2, ..., f0, f1, ..., fM}의 벡터 f(x)의 내적(dot product)에 따라 보간 결과 생성된 픽셀값 p(x)가 도출된다. 샘플링 위치 α에 따라 필터 계수 f(α)가 변하고, 이에 따라 보간 결과 픽셀값 p(α)가 결정되므로, 어떠한 업샘플링 필터가 선택되는지, 즉 필터 계수 f(x)가 어떻게 결정되는지 여부가 업샘플링 필터링의 성능에 상당한 영향을 미친다.
다양한 실시예에 따른 다양한 업샘플링 필터 생성 방법들은 정수가 아닌 부동 소수점 수(floating point number)를 생성하는 연산식에 기초하며, 필터 계수들의 절대값은 대개 1보다 크지 않다. 특히, 샘플링 위치 α 에 의해 정수가 아닌 실수의 연산 결과가 발생할 수 있다.
부동 소수점 기반의 연산보다 효율이 정수 기반의 연산 효율이 높다. 이에 따라 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 업샘플링 배율을 이용하여 필터 계수를 정수로 확대함으로써, 업샘플링 필터링의 연산 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 픽셀값의 비트뎁스가 커짐에 따라 업샘플링 필터링의 정확도도 향상될 수 있다. 더불어, 정수 기반의 연산시, 확대된 비트뎁스를 유지하여 참조 레이어의 비트뎁스를 증가시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는 필터 계수들 fm(α)에 소정의 값을 곱하고, 큰 값의 계수 Fm(α)를 이용해 영상을 보간할 수 있다. 예를 들어, 수학식 i에 따라 필터 계수 Fm(α)는 필터 계수들 fm(α)로부터 확대될 수 있다.
[수학식 i]
Figure PCTKR2014006466-appb-I000002
연산 효율을 위해 스케일링 비율은, 2n의 형태일 수 있다. n 은 0 및 양의 정수일 수 있다. 2n만큼 확대된 필터 계수에 의한 업샘플링 필터링 결과는, 원 필터 계수에 의한 필터링 결과에 비해 비트뎁스가 n비트만큼 확대될 수 있다.
확대된 필터 계수 Fm(α)를 이용한 정수 연산 업샘플링 필터링은 수학식 ii을 따를 수 있다. 즉, 확대된 필터 계수 Fm(α)을 이용하여 업샘플링 필터링이 수행된 후, 확대된 비트뎁스가 원본 비트뎁스로 복원되어야 한다.
[수학식 ii]
Figure PCTKR2014006466-appb-I000003
이 때, offset은 2n-1일 수 있다.
즉, 다양한 실시예에 따른 확대된 업샘플링 필터를 이용하여 확대된 필터링 결과는, 원본 비트로 복원되기 위해 스케일링 비율 2n 만큼 축소되어 하므로, 필터링의 결과로 n 비트 확대된 비트뎁스는 다시 n비트만큼 축소될 수 있다.
정수 기반의 연산으로 비트뎁스가 n 비트만큼 확대되고, 보간된 각 픽셀들을 2n-1 로 나누어 비트뎁스가 n-1만큼 감소하는 경우, 결과적으로 보간된 픽셀들의 비트뎁스가 원본 비트뎁스에 비하여 1만큼 증가하게 된다. 마찬가지 방식으로 비트뎁스를 원본 비트뎁스에 비하여 2 이상 증가시키기거나, 감소시킬 수 있다.
만약, 수평 방향의 1차원 업샘플링 필터링과 수직 방향의 1차원 업샘플링 필터링을 통해 2단계 업샘플링 필터링이 수행된 경우, 총 2n비트만큼 축소될 수 있다. 따라서, 제1 1차원 업샘플링 필터가 n1비트만큼 확대되고, 제2 1차원 업샘플링 필터가 n2만큼 확대된 경우, 제1 1차원 업샘플링 필터링과 제2 1차원 업샘플링 필터링을 통해 2단계 업샘플링 필터링 후에 n1과 n2의 합 2n만큼 축소될 수 있다. 제1 1차원 업샘플링 필터는 확대되지 않은 업샘플링 필터일 수 있다.
비트뎁스가 2n 비트만큼 축소되지 않고, 2n-2 비트만큼 축소된 경우, 보간된 픽셀들의 비트뎁스가 2만큼 증가할 수 있다. 예를 들어 원본 픽셀의 비트뎁스가 8인 경우, 보간된 픽셀의 비트뎁스는 2만큼 증가하여, 10이 될 수 있다.
업샘플링 필터 계수 fm(α)의 총합은 1이므로,
[수학식 iii]
Figure PCTKR2014006466-appb-I000004
확대된 업샘플링 필터의 필터 계수 Fm(α)을 위한 정규화 조건은 수학식 iv에 따를 필요가 있다.
[수학식 iv]
Figure PCTKR2014006466-appb-I000005
그러나, 수학식 iv에 따른 정규화 조건은 라운딩 에러(rounding error)에 따라 오차가 발생할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)는, 수학식 iv에 따른 정규화 조건에 기초하여, 확대된 필터 계수들 Fm(α)을 반올림할 수 있다. 정규화를 위해 확대된 필터 계수들 Fm(α) 중 일부는 원본값에 비해 소정 범위 내에서 조정될 수 있다. 예를 들어, 확대된 필터 계수들은 라운딩 에러를 보정하기 위해 ±1의 범위 내에서 조정될 수 있다.
도 9 는 다양한 실시표 예에 따라 1/16 단위의 위상차 간격에 대응되는 업샘플링 배율을 도시한다.
수식 aa에 따라 저해상도 영상을 업샘플링하여 생성된 고해상도 영상의 픽셀 위치와 위상차는 나누기 연산 없이도 결정됨은 전술한 바와 같다. 수식 aa에 따르면, 자주 이용되는 배율에 따른 업샘플링시 각 샘플링 위치에서 발생할 수 있는 위상차들이 결정될 수 있다. 반대로, 위상차를 알면 저해상도 영상의 화소단위 픽셀의 위치로부터 고해상도 영상을 위한 샘플링 위치를 추정하여 결정할 수 있다.
도 9 는 위상차 간격이 1/16일 때, 각 위상차가 발생할 수 있는 업생플링 배율의 관계가 도 10에서 도시된다.
위상차 간격이 1/16이라면 선택 가능한 위상차는 16가지이므로 각 위상차는 서로 다른 위상차 인덱스에 매핑될 수 있다. 따라서 어느 위상차에 대응되는 필터계수 세트를 이용하여 업샘플링 필터링이 수행되었는지 여부를 나타내는 정보는 송수신하기 위해, 위상차 인덱스 정보가 시그널링될 수 있다.
위상차 0은 이론적으로 모든 배율의 업샘플링시 발생하는 위상차이다.
위상차 1/16은 배율 x16/15의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 1/8 (= 2/16)은 배율 x8/7의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 배율 x7/6의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치와는 0.02 정도의 오차가 있으나 무시할만한 수치이므로, 배율 x7/6의 업샘플링에서도 위상차 1/8이 이용될 수 있다.
위상차 1/5 (= 3/15 ≒ 3/16)은 배율 x5/3의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 배율 x6/5의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치와는 -0.03 정도의 오차가 있으나 무시할만한 수치이므로, 배율 x6/5의 업샘플링에서도 위상차 1/5이 이용될 수 있다.
위상차 1/4 (= 4/16)은 배율 x4/3, x8/7의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 배율 x7/6의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치와는 0.04 정도의 오차가 있으나 무시할만한 수치이므로, 배율 x7/6의 업샘플링에서도 위상차 1/4이 이용될 수 있다.
업샘플링 배율이 2:3인 경우에 위상차 1/3인 샘플링 위치가 필요하지만, 위상차 간격이 1/16인 경우에 위상차 1/3에 정확하게 부합되는 위상차 인덱스가 없다. 따라서, 위상차 1/3인 샘플링 위치를 위하여, 위상차 인덱스들 중에서 위상차 5/16 (≒ 5/15 = 1/3)의 인덱스가 할당될 수 있다. 즉, 위상차 1/3 (≒ 5/16)은 배율 x3/2, x6/5 의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 3/8 (= 6/16)은 배율 x8/7 의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 위상차 2/5 (= 6/15 ≒ 7/16)은 배율 x5/3 의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 1/2 (= 8/16)은 배율 x2, x4/3, x6/5, x8/7 등의 업샘플링시 필요한 샘플링 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
위상차 인덱스 i가 8보다 클 때, 위상차 인덱스 i가 가리키는 위상차 θ1와 위상차 인덱스 (16-i)가 가리키는 위상차 θ2의 합이 1이 되므로, 동일한 업샘플링 배율에서 위상차 인덱스 i와 위상차 인덱스 (15-i)는 동시에 발생할 수 있다. 따라서 위상차 θ1가 이용되는 업샘플링 배율에서는 위상차 θ2도 이용하게 된다. 따라서, 위상차 인덱스 i와 위상차 인덱스 (15-i)는 동일한 업샘플링 배율에서 이용될 수 있다.
따라서, 위상차 3/5는 위상차 2/5와 마찬가지로 배율 x 5/3의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 5/8는 위상차 3/8와 마찬가지로 배율 x 8/7의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 2/3 은 위상차 1/3와 마찬가지로 배율 x3/2, x6/5 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 3/4 은 위상차 1/4와 마찬가지로 배율 x4/3, x8/7 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 4/5 은 위상차 1/5와 마찬가지로 배율 x5/3, x6/5 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 7/8 은 위상차 1/8와 마찬가지로 배율 x8/7, x7/6 의 업샘플링시 이용될 수 있다. 위상차 15/16 은 위상차 1/16와 마찬가지로 배율 x16/15 의 업샘플링시 이용될 수 있다.
이상 도 9의 표에 따라, 각 업샘플링 배율에서 특정 위상차가 필요하다면, 해당 위상차가 가리키는 샘플링 위치를 결정하기 위한 업샘플링 필터가 필요하다. 이하, 도 10a 내지 10d를 참조하여 각 위상차가 가리키는 샘플링 위치를 결정하기 위한 업샘플링 필터의 필터계수 세트가 예시된다.
도 10a 내지 10d 는 다양한 실시예에 따라 필터 계수들을 도시한다.
도 10a 내지 10d 의 필터계수의 총합은 26 = 64이다. 따라서 도 10a 내지 10d에서 제시된 필터계수를 적용하여 업샘플링할 경우 비트뎁스는 6비트 증가하게 된다.
도 10a 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/16인 8탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 0, 0, 64, 0, 0, 0, 0};
위상차 1/16을 위한 필터계수 세트는 {0, 1, -3, 63, 4, -2, 1, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-1, 2, -5, 62, 8, -3, 1, 0 } 또는 { 0, 2, -6, 61, 9, -3, 1, 0};
위상차 3/16을 위한 필터계수 세트는 {-1, 3, -8, 60, 13, -4, 1, 0};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -10, 58, 17, -5, 1, 0 };
위상차 5/16를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1};
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 50, 29, -9, 3, -1 }, { -1, 4, -11, 50, 28, -8, 2, 0 } 또는 {-1, 3, -9, 47, 31, -10, 4, -1};
위상차 7/16을 위한 필터계수 세트는 {-1, 4, -11, 45, 34, -10, 4, -1} 또는 {-1, 4, -11, 44, 35, -10, 4, -1};
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-1, 4, -11, 40, 40, -11, 4, -1}일 수 있다.
도 9에서 전술한 바와 같이, 위상차 인덱스 i와 위상차 인덱스 (16-i)는 동일한 배율의 업샘플링에서 동시에 발생할 수 있으며, 위상차 인덱스 i를 위한 필터계수와 위상차 인덱스 (16-i)를 위한 필터계수는 역순 관계다. 예를 들어, 위상차 5/16를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1}인데 반해 위상차 7/16를 위한 필터계수 세트는 {-1, 3, -8, 26, 52, -11, 4, -1}일 수 있다.
따라서, 다양한 실시예에 따른 영상 업샘플링 장치(10)에서, 필터 데이터 저장부(16)에 도 10a에 전술된 위상차 인덱스(또는 위상차)와 필터계수 세트들의 룩업 테이블이 저장될 수 있다.
도 10b 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/16인 4탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 64, 0, 0};
위상차 1/16을 위한 필터계수 세트는 {-2, 62, 4, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-2, 58, 10, -2};
위상차 3/16을 위한 필터계수 세트는 {-4, 56, 14, -2};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 {-4, 54, 16, -2};
위상차 5/16를 위한 필터계수 세트는 {-6, 52, 20, -2};
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 {-6, 46, 28, -4};
위상차 7/16을 위한 필터계수 세트는 {-4, 42, 30, -4};
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-4, 36, 36, -4 }일 수 있다.
도 10a에서 제시된 8탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/16일 경우, 루마 픽셀에 대하여 적용된다. 그리고 도 10b에서 제시된 4탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/16일 경우, 크로마 픽셀에 대하여 적용된다.
도 10c 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/8인 8탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 0, 0, 64, 0, 0, 0, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-1, 2, -5, 62, 8, -3, 1, 0 } 또는 { 0, 2, -6, 61, 9, -3, 1, 0};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -10, 58, 17, -5, 1, 0 };
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 { -1, 4, -11, 52, 26, -8, 3, -1 };
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-1, 4, -11, 40, 40, -11, 4, -1}일 수 있다.
도 10d 는 다양한 실시예에 따라 위상차 간격 1/8인 4탭 업샘플링의 필터 계수를 도시한다.
위상차 0을 위한 필터계수 세트는 {0, 64, 0, 0};
위상차 1/8을 위한 필터계수 세트는 {-2, 58, 10, -2};
위상차 1/4를 위한 필터계수 세트는 {-4, 54, 16, -2};
위상차 3/8를 위한 필터계수 세트는 {-6, 46, 28, -4};
위상차 1/2를 위한 필터계수 세트는 {-4, 36, 36, -4 }일 수 있다.
도 10c에서 제시된 8탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/8일 경우, 루마 픽셀에 대하여 적용된다. 그리고 도 10d에서 제시된 4탭 필터 계수 세트는 위상차 간격이 1/8일 경우, 크로마 픽셀에 대하여 적용된다.
또한, 필터 데이터 저장부(16)에 1/16가 아닌 다른 위상차 간격에 따른 위상차와 필터계수 세트 간의 룩업테이블이나, 필터탭수가 8탭이 아닌 다른 필터계수 세트와 위상차 간의 룩업테이블이 저장될 수도 있다.
위상차 간격이 1/16 또는 1/8이나 1/32와 같은 2^(-p)일 수 있다(p는 양의 정수). 적은 메모리를 위해서는 위상차 간격 클 수록 유리하고, 업샙플링의 정확도의 향상을 위해선 작을수록 유리하다. 예를 들면 위상차 간격이 1/8일 경우 메모리 사용량이 줄어들고, 위상차 간격이 1/16일 경우 업샙플링의 정확도가 향상된다.
업샘플링 필터의 필터 계수 세트는 도 10a 내지 10d와 같이 미리 지정되어 있을 수 있고, 지정되지 않은 변수일 수도 있다.
따라서, 필터 선택부(14)는 현재 업샘플링 배율(스케일링 배율 또는 스케일러빌리티 배율)을 기초로 필요한 위상차를 결정하고, 필터 데이터 저장부(16)에서 각 위상차에 대응 필터계수 세트를 선택하여, 각 위상차가 가리키는 샘플링 위치마다 업샘플링 필터링을 수행할 수 있다.
스케일러블 비디오 시스템에서 저해상도 영상은 기본레이어 영상 시퀀스로서 부호화되고, 고해상도 영상은 향상레이어 영상 시퀀스로 부호화될 수 있다.
기본 레이어 영상 중 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 업샘플링하여 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상의 해상도를 동등화하여도, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상의 해상도는 항상 일치하지 않는다. 따라서 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간에 존재하는 오프셋을 구하고, 오프셋에 기초하여 향상 레이어 영상과 업샘플링된 참조 레이어 영상의 해상도를 동등화하는 과정이 필요하다.
도 11 은 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 오프셋을 도시한다. 도 11에는 해상도가 일치하지 않는 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110)과 향상 레이어 영상(1120)이 도시되어 있다. 그리고 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110)과 향상 레이어 영상(1120) 간의 상단 오프셋(1130), 우단 오프셋 (1140), 하단 오프셋 (1150), 좌단 오프셋 (1160)이 있다. 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110), 향상 레이어 영상(1120) 및 오프셋들 (1130 ,1140, 1150, 1160) 간의 관계는 아래 수식으로 표현될 수 있다.
SW = W - ScaledRefLayerLeftOffset(SRLO) - ScaledRefLayerRightOffset(SRRO)
SH = H - ScaledRefLayerTopOffset(SRTO) - ScaledRefLayerBottomOffset(SRBO)
위의 수식에서 W와 H는 각각 향상 레이어 영상(1120)의 너비와 높이를 의미한다. SRLO, SRRO, SRTO, SRBO는 각각 상단 오프셋(1130), 우단 오프셋(1140), 하단 오프셋(1150), 좌단 오프셋(1160)을 의미한다. SW와 SH는 업샘플링된 참조 레이어 영상(1110)의 너비와 높이를 의미한다.
향상 레이어 영상(1120)에 포함된 임의의 루마 샘플의 위치를 (xL, yL)로 정의할 수 있다. 해상도의 동등화를 위해서 엄샘플링된 참조 레이어 영상(1110)에서 향상 레이어 영상(1120)의 루마 샘플의 위치 (xL, yL)에 대응되는 위치 (xLR, yLR)을 찾아야 한다. 마찬가지로 향상 레이어 영상(1120)에 포함된 임의의 크로마 샘플의 위치를 (xC, yC)로 정의할 때, 해상도의 동등화를 위해서 엄샘플링된 참조 레이어 영상(1110)에서 향상 레이어 영상(1120)의 크로마 샘플의 위치 (xC, yC)에 대응되는 위치 (xCR, yCR)을 찾아야 한다. (xLR, yLR)과 (xCR, yCR)을 구하는 방법은 아래 수식으로 표현될 수 있다.
xLR = (xL - SRLO)* WR/SW (1)
yLR = (yL - SRTO)* HR/SH (2)
xCR = (xC - SRLO/denomX + deltaXC/denomX)* WR/(diff_scale *SW) - deltaXCR/2 (3)
yCR = (yC - SRTO/denomY + deltaYC/denomY)*HR/SH- deltaYCR/2 (4)
위의 수식에서 WR 와 HR 는 참조 레이어 영상의 너비와 높이를 의미한다. denomX의 값은 컬러 포맷이 4:2:0 또는 4:2:2 일 때 2, 컬러 포맷이 4:4:4 일 때는 1이다. denomX의 값은 컬러 포맷이 4:2:0 일 때 2, 컬러 포맷이 4:2:2 또는 4:4:4 일 때는 1이다. diff_scale의 값은 컬러 포맷이 4:2:0 에서 4:2:2로 변경될 때 2, 그 외 컬러 포맷 변환이 없거나 4:2:0 에서 4:2:2으로 컬러 포맷 변환되는 경우가 아닌 때는 1이다.
위의 수식 (1) 내지 (4)를 일반화하여 수식(5) 및 (6)으로 표현할 수 있다.
xR = (x - (SRLO - deltaX)/denomX)* WR/(diff_scale *SW) - deltaXR/2 (5)
yR = (y - (SRTO - deltaY)/denomY)* HR/SH - deltaYR/2 (6)
루마 픽셀의 경우, 위의 수식에서 diff_scale = denomX = denomX = 1, deltaX = deltaY = 0, deltaXR = deltaYR = 0으로 가정하면 xLR과 yLR 에 관한 식이 도출된다.
크로마 픽셀의 경우는 xLR 와 yLR의 수식은 각각 xR, yR의 수식과 동일하다.
상기 수식들에서 입력되는 (x,y), (xC,yC)는 정수이지만, 출력되는 참조 레이어 위치들 (xR,yR), (xCR,yCR)은 반드시 정수가 아니다. 따라서 (xR,yR), (xCR,yCR)의 값이 정수가 아닐 때, (xR,yR), (xCR,yCR)의 위치에 대하여, 참조 레이어들의 샘플을 이용하여 보간하여 한다.
아래 수식을 이용하여 참조 샘플 위치를 정수화하는 과정을 설명한다. 우선 정수 값을 가지는 ScaleFactorX 및 ScaleFactorY를 다음과 같이 정의한다.
ScaleFactorX = ( ( WR << 16 ) + ( (diff_scale *SW) >> 1 ) ) / (diff_scale *SW)
ScaleFactorY = ( ( HR << 16 ) + ( SH >> 1 ) ) / SH
위의 수식에서 ScaleFactorX과 ScaleFactorY 의 결과값은 반올림된다. ScaleFactorX와 ScaleFactorY 모두 0 에서 216의 값을 가진다. ScaleFactorX과 ScaleFactorY을 이용하여 수식(5) 및 (6)의 결과값을 정수화 하는 방법이 아래 수식에 표현되어 있다.
xR = ( ( x - ( SRLO-deltaX ) / denomX ) * ScaleFactorX -deltaXR/2 + ( 1 << 15 ) ) >> 16
yR = ( ( y - (SRTO-deltaY)/denomY ) * ScaleFactorY - deltaYR/2 + ( 1 << 15 ) ) >> 16
루마 샘플에 대한 변수 offsetX 및 offset 다음 수식과 같이 표현된다.
offsetX = (SRLO+ denomX/2)/ denomX
offsetY = (SRTO+ denomY/2)/ denomY
위상차 간격이 1/16일 때, 변수 xRef16, yRef16, addX16 및 addY16 는 다음 수식과 같이 유도된다.
addX16 = ( ( ( WR * deltaX) << 14 ) + (SW >> 1 ) ) / SW
addY16 = ( ( ( WR * deltaY) << 14 ) + (SH >> 1 ) ) / SH
변수 xRef16 및 yRef16 은 각각 xR 및 yR에 16을 곱한 값을 가진다. xRef16 및 yRef16 은 위상차 간격을 1/16로 하여 보간할 때 사용된다.
xRef16 = ( ( ( x - offsetX ) * ScaleFactorX + addX16 + ( 1 << 11 ) ) >> 12 ) - (deltaX << 2 )
yRef16 = ( ( ( y - offsetY ) * ScaleFactorY + addY16 + ( 1 << 11 ) ) >> 12 ) - (deltaY << 2 )
위상차 간격이 1/8일 때, 변수 xRef8, yRef8, addX8 및 addY8 는 다음 수식과 같이 유도된다.
addX8 = ( ( ( WR * deltaX) << 13 ) + (SW >> 1 ) ) / SW
addY8 = ( ( ( WR * deltaY) << 13 ) + (SH >> 1 ) ) / SH
변수 xRef8 및 yRef8 은 각각 xR 및 yR에 8을 곱한 값을 가진다. xRef8 및 yRef8 은 위상차 간격을 1/8로 하여 보간할 때 사용된다. xRef8 및 yRef8 은 xRef16 및 yRef16 과 같은 방식으로 유도된다.
xRef8 = ( ( ( x - offsetX ) * ScaleFactorX + addX8 + ( 1 << 12 ) ) >> 13 ) - (deltaX << 1 )
yRef8 = ( ( ( y - offsetY ) * ScaleFactorY + addY8 + ( 1 << 12 ) ) >> 13 ) - (deltaY << 1 )
위상차 간격이 1/16일 때의 보간 방법을 아래의 수식을 이용하여 설명한다. 참조 위치 (xR,yR) 의 정수 부분 (ixR,iyR) 다음과 같이 유도된다.
ixR = ( xRef16 >> 4 )
iyR = ( yRef16 >> 4 )
참조 위치 (xR,yR) 의 소수 부분 (xPhase, yPhase) 다음과 같이 유도된다. (xPhase, yPhase)는 분모가 16인 분수이다.
xPhase = ( xRef16 ) % 16
yPhase = ( yRef16 ) % 16
xPhase 및 yPhase의 값에 따라 루마 보간 픽셀을 위한 도 10a의 필터 계수 세트가 정해진다. xPhase 및 yPhase의 값에 따라 크로마 보간 픽셀을 위한 도 10b의 필터 계수 세트가 정해진다.
위상차 간격이 1/8일 때의 보간 방법을 아래의 수식을 이용하여 설명한다. 참조 위치 (xR,yR) 의 정수 부분 (ixR,iyR) 다음과 같이 유도된다.
ixR = ( xRef8 >> 3 )
iyR = ( yRef8>> 3 )
참조 위치 (xR,yR) 의 소수 부분 (xPhase, yPhase) 다음과 같이 유도된다. (xPhase, yPhase)는 분모가 8인 분수이다.
xPhase = ( xRef8 ) % 8
yPhase = ( yRef8 ) % 8
xPhase 및 yPhase의 값에 따라 루마 보간 픽셀을 위한 도 10c의 필터 계수 세트가 정해진다. xPhase 및 yPhase의 값에 따라 크로마 보간 픽셀을 위한 도 10d의 필터 계수 세트가 정해진다.
이상 유도한 변수들에 기초한 이하 제공되는 수식으로부터 보간 방법을 설명한다. 보간된 루마 샘플을 획득하기 위하여, 수평 방향으로 1단계 보간을 수행한다. 1 단계 보간이 다음의 수식에서 유도된다.
tempArray[ n], n = 0..7, 는 수직 방향의 보간에 사용될 샘플 값들의 집합이다. Clip3( A, B,C)는 세 번째 변수인 C가 A 보다 크고 B보다 작은 값일 경우, C를 입력으로 한다. LumaR [ x, y ]는 (x,y) 위치에 할당된 루마 픽셀의 픽셀값을 의미한다.
iyRL = Clip3( 0, HR - 1, iyR+ n - 1 )
tempArray[n] = fL[ xPhase, 0 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, ixR - 3), iyRL] +
fL[ xPhase, 1 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR - 2), iyRL] +
fL[ xPhase, 2 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR - 1), iyRL] +
fL[ xPhase, 3 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR ), iyRL] +
fL[ xPhase, 4 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 1), iyRL] +
fL[ xPhase, 5 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 2), iyRL] +
fL[ xPhase, 6 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 3), iyRL] +
fL[ xPhase, 7 ] * LumaR [ Clip3( 0, WR - 1, xR + 4), iyRL]
보간된 루마 샘플 Luma(x,y)은 수직 방향으로 2단계 보간을 수행한다. 2 단계 보간이 다음의 수식에서 유도된다.
Luma(x,y) =Clip3(0,(1<<B)-1), ( fL[ yPhase, 0 ] * tempArray [ 0 ] +
fL[ yPhase, 1 ] * tempArray [ 1 ] +
fL[ yPhase, 2 ] * tempArray [ 2 ] +
fL[ yPhase, 3 ] * tempArray [ 3 ] +
fL[ yPhase, 4 ] * tempArray [ 4 ] +
fL[ yPhase, 5 ] * tempArray [ 5 ] +
fL[ yPhase, 6 ] * tempArray [ 6 ] +
fL[ yPhase, 7 ] * tempArray [ 7 ] + (1<<(11+8-B)) >> (12+8-B))
위의 식에서 B는 보간 픽셀의 비트 뎁스를 의미한다. 따라서 B값이 10일 경우, 보간 픽셀의 비트뎁스는 10이 된다.
크로마 픽셀의 보간 방법도 루마 픽셀의 보간 방법과 같다. 다만 4:2:0 또는 4:2:2 컬러 포맷에서 크로마 픽셀들의 밀도가 루마 픽셀들의 밀도보다 낮으므로, 위의 루마 픽셀을 보간할 때 8탭 필터를 사용한 것과 달리, 4탭 필터를 사용할 수도 있다.
리샘플링 필터의 계수는 도 10a 내지 10d의 필터 계수 세트에서 미리 정해질 수 있고, 미리 정해지지 않은 가변 계수를 사용할 수 있다. 가변 계수를 복호기에 전송하는 방법 중의 하나로 도 10a 내지 10d의 필터 계수들 간의 차이를 비트 스트림에 전송할 수 있다.
예를 들어 아래의 수식들을 이용하여 가변 계수를 필터 계수 세트로 정하는 방법에 대하여 알아본다. 아래 식에서 fL[ xPhase, k ]은 도 10a 내지 10d의 미리 정해진 필터 계수를 의미한다. Δ[ xPhase, k ] 은 부호기에서 임의로 정한 값을 의미한다.
fLA[ xPhase, k ] = fL[ xPhase, k ] + Δ[ xPhase, k ]. (k는 0부터 7까지의 정수)
아래 식에서 SumNegL[ xPhase ] 은 위상차가 xPhase일 때, 0보다 작은 fL[ xPhase, k ]의 합을 의미한다. SumPosL[ xPhase ]은 위상차가 xPhase일 때, 0보다 큰 fL[ xPhase, k ]의 합을 의미한다.
SumNegL[ xPhase ] =
(fL[ xPhase, 0 ] <0 ? fL[ xPhase, 0 ] :0)+
(fL[ xPhase, 1 ] <0 ? fL[ xPhase, 1 ] :0)+
(fL[ xPhase, 2 ] <0 ? fL[ xPhase, 2 ] :0)+
(fL[ xPhase, 3 ] <0 ? fL[ xPhase, 3 ] :0)+
(fL[ xPhase, 4 ] <0 ? fL[ xPhase, 4 ] :0)+
(fL[ xPhase, 5 ] <0 ? fL[ xPhase, 5 ] :0)+
(fL[ xPhase, 6 ] <0 ? fL[ xPhase, 6 ] :0)+
(fL[ xPhase, 7 ] <0 ? fL[ xPhase, 7 ] :0)
SumPosL[ xPhase ] =
(fL[ xPhase, 0 ] >0 ? fL[ xPhase, 0 ] :0)+
(fL[ xPhase, 1 ] >0 ? fL[ xPhase, 1 ] :0)+
(fL[ xPhase, 2 ] >0 ? fL[ xPhase, 2 ] :0)+
(fL[ xPhase, 3 ] >0 ? fL[ xPhase, 3 ] :0)+
(fL[ xPhase, 4 ] >0 ? fL[ xPhase, 4 ] :0)+
(fL[ xPhase, 5 ] > ? fL[ xPhase, 5 ] :0)+
(fL[ xPhase, 6 ] >0 ? fL[ xPhase, 6 ] :0)+
(fL[ xPhase, 7 ] >0 ? fL[ xPhase, 7 ] :0)
Max는 LumaR 의 최대값을 의미한다. 예를 들어 8비트 신호에서는 255가 최대가 된다. Min은 LumaR 의 최소값을 의미한다. 예를 들어 8비트 신호에서는 0이 최소가 된다. 보간이 수행되면 tempArray[n]의 크기는 다음과 같은 범위를 가진다.
Max* SumNegL[ xPhase ] ≤ Min* SumPosL[ xPhase ] ≤ tempArray[n] ≤ Max* SumPosL[ xPhase ] ≤ Min* SumNegL[ xPhase ]
참조 레이어의 8비트 신호에 대하여, tempArray[n]의 크기는 다음과 같은 범위를 가진다.
255* SumNegL[ xPhase ] ≤tempArray[n] ≤ 255* SumPosL[ xPhase ]
따라서 tempArray[n]의 범위는 255 *(SumPosL[ xPhase ] - SumNegL[ xPhase ] ) 다음과 같다. tempArray[n]이 사용할 수 있는 비트의 크기에 제한이 있을 수 있다. 예를 들어 tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작아야 하는 경우에, 아래의 조건이 만족되어야 한다.
( SumPosL[ xPhase ] - SumNegL[ xPhase ] ) ≤(216-1)/255 = 257
만약 참조 레이어의 신호에 따라 Max 및 Min이 결정되어 있고, tempArray[n]의 범위가 K비트를 초과하는지 여부의 검증이 필요할 때, 아래의 수식이 사용된다.
( Max* SumPosL[ xPhase ] ≤ Min* SumNegL[ xPhase ] ) ≤ ( Max* SumNegL[ xPhase ] ≤ Min* SumPosL[ xPhase ] ) ≤(2K-1)
예를 들어 도 10a 내지 10d의 필터 계수 세트에서 SumPosL = 88 및 SumNegL = -24이 만족된다고 가정한다. 참조 레이어가 8비트 신호일 경우,
SumPosL[ xPhase ] - SumNegL[ xPhase ] = 112 ≤ 257
위 수식에 따라 tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작을 수 있다.
만약 적응적 필터 계수가 도 10a 내지 10d의 소정의 필터 계수와 차이가 있을 경우, 차이 Δ의 절대값을 이용하여 Δ의 범위를 정할 수 있다. 아래의 수식은 ?의 범위를 구하는 과정을 설명한다.
SumPosLA[ xPhase ] ≤ 8*|Δ|+88
SumNegLA[ xPhase ] ≥ -8*|Δ|-24
(SumPosLA[ xPhase ] - SumNegLA[ xPhase ] )= 112+16* |?|
tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작아야 하는 경우, 아래의 조건이 만족되어야 한다.
112+16* |Δ| ≤ 257
|Δ| ≤ 9,0625
상기 수식의 결과에 의하면 |Δ|의 최대 정수값은 9가 될 것이다. 따라서 |Δ|가 9를 초과하는 정수가 아닌 이상, tempArray[n]의 범위의 크기가 16비트보다 작다.
도 12a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 포함한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding) 방식에 따라 다수의 영상시퀀스들을 레이어별로 분류하여 각각 부호화하고, 레이어별로 부호화된 데이터를 포함하는 별개의 스트림을 출력할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 기본 레이어 영상 시퀀스와 향상 레이어 영상 시퀀스를 서로 다른 레이어로 부호화할 수 있다.
기본 레이어 부호화부(1210)가 기본 레이어 영상들을 부호화하고, 기본 레이어 영상들의 부호화 데이터를 포함하는 기본 레이어 비트스트림을 출력할 수 있다. 기본 레이어는 향상 레이어를 부호화하는데 필요한 참조 레이어로 사용될 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)가 필터 선택부(12)에서 선택된 스케일러블 코덱과 예측 오차 획득부(1230)에서 획득한 예측 오차들을 부호화하여, 향상 레이어 영상들의 부호화 데이터를 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 출력할 수 있다.
예측 오차 획득부(1230)는 업샘플링부(14)에서 획득된 업샘플링된 기본 레이어와 향상 레이어 간에 예측 오차를 획득한다. 획득된 예측 오차는 향상 레이어 부호화부(1220)에 전송된다.
예를 들어, 공간적 스케일러빌러티(Spatial Scalability)에 기반한 스케일러블 비디오 코딩 방식에 따르면, 저해상도 영상들이 기본 레이어 영상들로서 부호화되고, 고해상도 영상들이 향상 레이어 영상들로서 부호화될 수 있다. 기본 레이어 영상들의 부호화 결과가 기본 레이어 비트스트림으로 출력되고, 향상 레이어 영상들의 부호화 결과가 향상 레이어 비트스트림으로 출력될 수 있다.
또한, 기본 레이어와 다수의 향상 레이어들에 대한 스케일러블 비디오 코딩이 수행될 수 있다. 향상 레이어가 셋 이상인 경우, 기본 레이어 영상들과 첫번째 향상 레이어 영상들, 두번째 향상 레이어 영상들, ..., K번째 향상 레이어 영상들이 부호화될 수도 있다. 이에 따라 기본 레이어 영상들의 부호화 결과가 기본 레이어 비트스트림으로 출력되고, 첫번째, 두번째, ..., K번째 향상 레이어 영상들의 부호화 결과가 각각 첫번째, 두번째, ..., K번째 향상 레이어 비트스트림으로 출력될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 단일레이어의 영상들을 참조하여 현재영상을 예측하는 인터 예측(Inter Prediction)을 수행할 수 있다. 인터 예측을 통해, 현재영상과 참조영상 사이의 움직임 정보를 나타내는 모션 벡터(motion vector) 및 현재영상과 참조영상 사이의 레지듀 성분(residual)이 생성될 수 있다.
또한, 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 기본 레이어 영상들을 참조하여 향상 레이어 영상들을 예측하는 인터 레이어 예측(Inter-layer Prediction)을 수행할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 첫번째 향상 레이어의 영상들을 참조하여 두번째 향상 레이어의 영상들을 예측하는 인터 레이어 예측을 수행할 수도 있다. 인터 레이어 예측을 통해, 현재영상과 다른 레이어의 참조영상 사이의 위치 차이성분 및 현재영상과 다른 레이어의 참조영상 사이의 레지듀 성분이 생성될 수 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)가 둘 이상의 향상 레이어를 허용하는 경우에는, 멀티 레이어 예측 구조에 따라 하나의 기본 레이어 영상들과 둘 이상의 향상 레이어 영상들 간의 인터 레이어 예측을 수행할 수도 있다.
기본 레이어 시퀀스와 향상 레이어 시퀀스 간의 인터 레이어 예측 구조는 추후 도 14을 참조하여 상술한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 각 레이어마다, 비디오의 각각의 영상의 블록별로 부호화한다. 블록의 타입은 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 임의의 기하학적 형태일 수도 있다. 일정한 크기의 데이터 단위로 제한되는 것은 아니다. 다양한 실시예에 따른에 따른 블록은, 트리구조에 따른 부호화단위들 중에서는, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등일 수 있다. 트리 구조의 부호화 단위들을 포함하는 최대부호화단위는, 코딩 블록 트리(Coding Block Tree), 블록 트리, 루트 블록 트리(Root Block Tree), 코딩 트리, 코딩 루트 또는 트리 트렁크(Tree Trunk) 등으로 다양하게 명명되기도 한다. 트리구조에 따른 부호화단위들에 기초한 비디오 부복호화 방식은, 도 14 내지 도 24을 참조하여 후술한다.
인터 예측 및 인터 레이어 예측은 부호화 단위, 예측 단위 또는 변환 단위의 데이터 단위를 기초로 수행될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른 기본 레이어 부호화부(1210)는, 기본 레이어 영상들에 대해 인터 예측 또는 인트라 예측을 포함하는 소스 코딩 동작들을 수행하여 심볼 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 기본 레이어 부호화부(1210)는, 기본 레이어 영상들의 데이터 단위의 샘플들에 대해 인터 예측 또는 인트라 예측, 변환, 양자화를 수행하여 심볼데이터를 생성하고 심볼데이터에 대해 엔트로피 부호화를 수행하여 기본 레이어 비트스트림을 생성할 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)는, 트리 구조의 부호화 단위들에 기초하여 향상 레이어 영상들을 부호화할 수 있다. 향상 레이어 부호화부(1220)는, 향상 레이어 영상의 부호화 단위의 샘플들에 대해 인터/인트라 예측, 변환, 양자화를 수행하여 심볼데이터를 생성하고 심볼데이터에 대해 엔트로피 부호화를 수행하여 향상 레이어 비트스트림을 생성할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 향상 레이어 부호화부(1220)는, 기본 레이어 영상의 복원샘플을 이용하여, 향상 레이어 영상을 예측하는 인터 레이어 예측을 수행할 수 있다. 향상 레이어 부호화부(1220)는, 인터 레이어 예측 구조를 통해 향상 레이어 영상시퀀스 중 향상 레이어 원본영상을 부호화하기 위해, 기본 레이어 복원영상을 이용하여 향상 레이어 예측영상을 생성하고, 향상 레이어 원본영상과 향상 레이어 예측영상 간의 예측 오차를 부호화할 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)는, 향상 레이어 영상을 부호화 단위 또는 예측 단위와 같은 블록별로 인터 레이어 예측을 수행할 수 있다. 향상 레이어 영상의 블록이 참조할 기본 레이어 영상의 블록을 결정할 수 있다. 예를 들어, 향상 레이어 영상에서 현재 블록의 위치에 상응하여 위치하는 기본 레이어 영상의 복원블록이 결정될 수 있다. 향상 레이어 부호화부(1220)는, 향상 레이어 블록에 상응하는 기본 레이어 복원블록을 이용하여, 향상 레이어 예측블록을 결정할 수 있다.
향상 레이어 부호화부(1220)는, 인터 레이어 예측 구조에 따라 기본 레이어 복원블록을 이용하여 결정된 향상 레이어 예측블록을, 향상 레이어 원본블록의 인터 레이어 예측을 위한 참조영상으로서 이용할 수 있다.
이런 식으로 기본 레이어 영상(블록)을 이용하여 향상 레이어 예측영상(블록)을 결정하기 위하여, 기본 레이어 영상을 향상 레이어 영상의 크기로 확대하기 위한 업샘플링 동작이 필요하다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는 영상 업샘플링 장치(10)의 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200) 내에서 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)의 동작은 도 12a를 참조하여 상술한다.
도 13a 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 방법의 흐름도를 도시한다.
먼저, 기본 레이어 부호화부(1210)는, 기본 레이어 시퀀스의 저해상도 영상에 대해 트리 구조의 부호화 단위들을 결정할 수 있다. 트리 구조의 부호화 단위들마다, 예측 단위에 대한 인트라 또는 인터 예측을 수행하고, 변환단위마다 변환 및 양자화를 수행하여 부호화 단위의 샘플들을 부호화할 수 있다. 저해상도 영상인 기본 레이어 영상을 부호화하여 생성된 기본 레이어 영상 부호화 정보를 포함하는 기본 레이어 비트스트림을 출력할 수 있다.
단계 1305에서, 향상 레이어 부호화부(1220)에서 향상 레이어 영상과 기본 레이어 영상 중에서 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정한다.
단계 1310에서, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어 영상의 컬러 포맷에 따라, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정한다.
필터 선택부(12)는, 기본 레이어 부호화부(1210)에서 처리하는 저해상도 영상과 향상 레이어 부호화부(1220)에서 처리하는 고해상도 영상 간의 배율에 기초하여 업샘플링 필터링에서 필요한 위상차를 결정할 수 있다.
또한 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정한 후, 상기 루마 픽셀의 위상차에 기초하여 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정할 수 있다.
단계 1315에서, 필터 선택부(12)는 위상차별로 대응되는 필터 계수 데이터들 이 저장된 필터데이터 저장부(16)에서 단계 1210에서 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택한다. 즉 필터 선택부(12)는 현재 업샘플링 배율에 필요한 필터를 선택할 수 있다.
단계 1320에서, 업샘플링부(16)는 필터 선택부(12)에서 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 기본 레이어 부호화부(1210)에서 생성된 저해상도 복원영상에 대해 필터링을 수행하여 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성할 수 있다. 업샘플링 과정에서 픽셀들의 비트뎁스가 확장될 수 있다.
단계 1325에서, 예측 오차 획득부(1230)에서 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상으로부터 예측 오차를 획득한다.
단계 1330에서, 향상 레이어 부호화부(1220)는 예측 오차 획득부(1230)에서 획득된 예측 오차 및 필터 선택부(12)에서 선택된 필터 계수 세트가 포함된 스케일러블 코덱을 부호화하여, 향상 레이어 비트스트림을 생성한다.
단계 1335에서 기본 레이어 부호화부(1210)는 기본 레이어 영상을 부호화하여, 기본 레이어 비트스트림을 생성한다.
업샘플링 필터 정보는 SPS (Sequence Parameter Set), PPS (Picture Parameter Set) 및 슬라이스 세그먼트 헤더(Slice Segement Header)에 수록될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 제어될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220), 예측 오차 획득부(1230) 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)는, 비디오 부호화 결과를 출력하기 위해, 내부에 탑재된 비디오 인코딩 프로세서 또는 외부 비디오 인코딩 프로세서와 연계하여 작동함으로써, 변환을 포함한 비디오 부호화 동작을 수행할 수 있다. 다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 내부 비디오 인코딩 프로세서는, 별개의 프로세서로서 비디오 부호화 동작을 구현할 수 있다. 또한, 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 비디오 인코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 비디오 부호화 동작을 구현하는 경우도 가능하다.
도 12b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 인터 레이어 SAO 파라미터 획득부(22), 인터 레이어 오프셋 결정부(24), 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270) 및 향상 레이어 획득부(1280)를 포함한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 스케일러블 부호화 방식에 따라 레이어별로 비트스트림들을 수신할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 수신하는 비트스트림들의 레이어의 개수가 한정되는 것은 아니다. 하지만, 설명의 편의를 위해 이하 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)가 기본 레이어 비트스트림을 수신하여 복호화하고, 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)가 향상 레이어 비트스트림을 수신하여 복호화한다. 향상 레이어 획득부(1280)는 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)에서 획득된 기본 레이어와 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)에서 획득된 예측 오차 및 스케일러블 코덱에 기초하여 향상 레이어를 획득한다.
공간적 스케일러빌러티에 기반한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 서로 다른 해상도의 영상시퀀스가 서로 다른 레이어로 부호화된 스트림을 수신할 수 있다. 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 저해상도 영상시퀀스가 복원되고, 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 고해상도 영상 시퀀스가 복원될 수 있다.
또한, 향상 레이어가 셋 이상인 경우, 첫번째 향상 레이어 비트스트림으로부터 첫번째 향상 레이어에 대한 첫번째 향상 레이어 영상들이 복원되고, 두번째 향상 레이어 비트스트림을 더 복호화하면 두번째 향상 레이어 영상들이 더 복원될 수 있다. 첫번째 향상 레이어 비트스트림에 K번째 향상 레이어 비트스트림을 더 복호화하면 K번째 향상 레이어 영상들이 더 복원될 수도 있다.
스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 기본 레이어 비트스트림과 향상 레이어 비트스트림으로부터 기본 레이어 영상들 및 향상 레이어 영상들의 부호화된 데이터를 획득하고, 더하여 인터 예측에 의해 생성된 모션 벡터 및 인터 레이어 예측에 의해 생성된 예측 정보를 더 획득할 수 있다.
예를 들어 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 각 레이어별로 인터 예측된 데이터를 복호화하고, 다수 레이어 간에 인터 레이어 예측된 데이터를 복호화할 수 있다. 일 실시예에 따른 부호화 단위 또는 예측 단위를 기초로 움직임 보상(Motion Compensation) 및 인터 레이어 복호화를 통한 복원이 수행될 수도 있다.
각 레이어 스트림에 대해서는 동일 레이어의 인터 예측을 통해 예측된 복원영상들을 참조하여, 현재영상을 위한 움직임 보상을 수행함으로써, 영상들을 복원할 수 있다. 움직임 보상은, 현재 영상의 모션 벡터를 이용하여 결정된 참조영상과, 현재 영상의 레지듀 성분을 합성하여 현재 영상의 복원 영상을 재구성하는 동작을 의미한다.
또한, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 인터 레이어 예측을 통해 예측된 향상 레이어 영상을 복원하기 위해 기본 레이어 영상들을 참조하여 인터 레이어 복호화를 수행할 수도 있다. 인터 레이어 복호화는, 현재 영상을 예측하기 위하여 결정된 다른 레이어의 참조영상과, 현재 영상의 레지듀 성분을 합성하여 현재 영상의 복원 영상을 재구성하는 동작을 의미한다.
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 첫번째 향상 레이어 영상들을 참조하여 예측된 두번째 향상 레이어 영상들을 복원하기 위한 인터 레이어 복호화를 수행할 수도 있다. 인터 레이어 예측 구조는 추후 도 13을 참조하여 상술한다.
스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 비디오의 각각의 영상의 블록별로 복호화한다. 일 실시예에 따른 블록은, 트리구조에 따른 부호화단위들 중에서는, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등일 수 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 파싱된 기본 레이어 영상의 부호화 심볼들을 이용하여, 기본 레이어 영상을 복호화할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 트리 구조의 부호화 단위들을 기초로 부호화된 스트림들을 수신한다면, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 비트스트림의 최대 부호화 단위마다, 트리 구조의 부호화 단위들을 기초로 복호화를 수행할 수 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 최대 부호화 단위마다 엔트로피 복호화를 수행하여, 부호화 정보와 부호화된 데이터를 획득할 수 있다. 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 스트림으로부터 획득한 부호화된 데이터에 대해 역양자화, 역변환을 수행하여, 레지듀 성분을 복원할 수 있다. 다른 실시예에 따른 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 양자화된 변환계수들의 비트스트림을 직접 수신할 수도 있다. 양자화된 변환계수들에 대해 역양자화, 역변환을 수행한 결과, 영상들의 레지듀 성분이 복원될 수도 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 동일 레이어 영상들 간에 움직임 보상을 통해, 예측영상과 레지듀 성분을 결합하여 기본 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 스케일러블 코덱과 예측 오차를 획득한다. 필터 선택부(12)는 획득된 스케일러블 코덱에 기초하여 필터 계수 데이터를 선택한다. 업샘플링부(14)는 선택된 필터 계수 데이터에 따라 기본 레이어를 업샘플링한다. 향상 레이어 획득부(1280)는 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)에서 획득된 예측 오차와 업샘플링부(14)에서 획득된 업샘플링된 기본 레이어 영상에 기초하여 향상 레이어를 획득한다.
다양한 실시예에 따른 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 비트스트림으로부터 SAO 파라미터를 획득하여, 기본 레이어 원본영상과 기본 레이어 복원영상 간의 부호화 오차를 보상할 수 있다.
구체적으로 보면, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 영상의 트리 구조의 부호화 단위들마다 부호화된 샘플들에 대해, 변환단위를 기초로 역양자화 및 역변환를 수행하고, 예측 단위를 기초로 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행하는 복호화를 통해 샘플들을 복원할 수 있다. 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 각 최대 부호화 단위들의 샘플들을 복원함으로써 복원영상을 생성할 수 있다. 현재 슬라이스 세그먼트의 인터 예측을 위해 이전 슬라이스 세그먼트의 복원영상이 참조될 수 있다. 따라서 이전 슬라이스 세그먼트의 복원영상이 현재 슬라이스 세그먼트를 위한 예측영상으로 이용될 수 있다.
향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는, 향상 레이어 비트스트림으로부터 향상 레이어 부호화 정보를 획득할 수 있다. 고해상도 부호화 정보로부터, 인터 레이어 예측 구조에 따른 향상 레이어 예측블록과 향상 레이어 원본블록의 예측 오차, 즉 레지듀 성분이 획득될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 향상 레이어 획득부(1280)는, 기본 레이어 영상의 복원샘플을 이용하여, 향상 레이어 영상을 복원하는 인터 레이어 예측을 수행할 수 있다. 향상 레이어 획득부(1280)는, 인터 레이어 예측 구조를 통해 향상 레이어 영상시퀀스 중 향상 레이어 원본영상을 복원하기 위해, 기본 레이어 복원영상을 이용하여 생성된 향상 레이어 예측영상을 인터 레이어 예측을 위한 참조영상으로서 이용할 수 있다.
향상 레이어 획득부(1280)는, 향상 레이어 영상을 부호화 단위 또는 예측 단위와 같은 블록별로 인터 레이어 복원을 수행할 수 있다. 향상 레이어 영상의 블록이 참조할 기본 레이어 영상의 블록을 결정할 수 있다. 예를 들어, 향상 레이어 영상에서 현재 블록의 위치에 상응하여 위치하는 기본 레이어 영상의 복원블록이 결정될 수 있다. 향상 레이어 획득부(1280)는, 향상 레이어 블록에 상응하는 기본 레이어 복원블록을 이용하여, 향상 레이어 예측블록을 결정할 수 있다.
향상 레이어 획득부(1280)는, 인터 레이어 예측 구조에 따라 기본 레이어 복원블록을 이용하여 결정된 향상 레이어 예측블록을, 향상 레이어 원본블록의 인터 레이어 예측을 위한 참조영상으로서 이용할 수 있다.
이런 식으로 기본 레이어 복원영상(블록)을 이용하여 향상 레이어 예측영상(블록)을 결정하기 위하여, 기본 레이어 복원영상을 향상 레이어 영상의 크기로 확대하기 위한 업샘플링 동작이 필요하다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 영상 업샘플링 장치(10)의 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250) 내에서 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터 데이터 저장부(16)의 동작은 도 12b를 참조하여 상술한다.
도 13b 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 방법의 흐름도를 도시한다.
먼저, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 기본 레이어 비트스트림으로부터 기본 레이어 영상 부호화 정보를 획득하여, 기본 레이어 시퀀스의 저해상도 영상에 대해 트리 구조의 부호화 단위들을 결정할 수 있다.
기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 부호화 단위별로 부호화 정보로부터 심볼들을 파싱하여, 변환 단위를 기초로 심볼들에 대해 역양자화, 역변환을 수행하고, 예측 단위를 기초로 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행하여 각 샘플들을 복원할 수 있다. 따라서 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는, 저해상도 복원영상인 기본 레이어 영상을 생성할 수 있다.
단계 1355에서, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)는 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 기본 레이어 영상을 복원한다. 그리고 향상 레이어 획득부(1280)는 기본 레이어 영상 중에서 향상 레이어에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정한다.
단계 1360에서, 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 원본영상 간의 예측 오차 및 참조 레이어 영상의 업샘플링 정보가 포함된 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 부호화 정보를 획득할 수 있다.
또한 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270)는, 저해상도 영상으로부터 고해상도 영상을 업샘플링하는데 이용된 필터에 대한 정보를 포함하는 업샘플링 필터 정보를 필터 선택부(12)에 전달할 수 있다. 업샘플링 필터 정보는, SPS, PPS, 슬라이스 세그먼트 헤더로부터 획득될 수 있다.
단계 1365에서, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어 영상의 컬러 포맷에 따라, 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정한다.
향상 레이어 영상과 기본 레이어 영상 간의 배율 및 향상 레이어 영상의 컬러 포맷에 관한 정보는 스케일러블 코덱에 포함되어 있다.
단계 1370에서, 필터 선택부(12)는 위상차별로 대응되는 필터 계수 데이터들 이 저장된 필터데이터 저장부(16)에서 단계 1310에서 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택한다. 즉 필터 선택부(12)는 현재 업샘플링 배율에 필요한 필터를 선택할 수 있다. 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)에서 사용한 필터 계수 세트 관한 정보가 스케일러블 코덱에 포함되어 있을 수 있다. 따라서 필터 선택부(12)는 스케일러블 코덱에 기초하여, 필터 데이터 저장부(160)에서 저장된 룩업테이블을 이용하여 위상차에 대응하는 필터계수 세트를 결정함으로써, 현재 업샘플링 배율에 필요한 필터를 선택할 수 있다.
단계 1375에서, 업샘플링부(16)는 필터 선택부(12)에서 선택된 업샘플링 필터를 이용하여 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260)에서 복원된 참조 레이어 영상에 대해 필터링을 수행하여 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성할 수 있다. 업샘플링 과정에서 픽셀들의 비트뎁스가 확장될 수 있다.
단계 1380에서, 향상 레이어 획득부(1280)는 예측 오차와 업샘플링된 기본 레이어 영상을 이용하여 향상 레이어 영상을 복원한다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)를 총괄적으로 제어하는 중앙 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 또는, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 각각의 자체 프로세서(미도시)에 의해 작동되며, 프로세서(미도시)들이 상호 유기적으로 작동함에 따라 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 전체적으로 작동될 수도 있다. 또는, 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 외부 프로세서(미도시)의 제어에 따라, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)가 제어될 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 기본 레이어 비트스트림 복호화부(1260), 향상 레이어 비트스트림 복호화부(1270), 필터 선택부(12), 업샘플링부(14) 및 필터데이터 저장부(16)의 입출력 데이터가 저장되는 하나 이상의 데이터 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 데이터 저장부(미도시)의 데이터 입출력을 관할하는 메모리 제어부(미도시)를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 비디오 부호화 결과를 출력하기 위해, 내부에 탑재된 비디오 인코딩 프로세서 또는 외부 비디오 인코딩 프로세서와 연계하여 작동함으로써, 변환을 포함한 비디오 부호화 동작을 수행할 수 있다. 다양한 실시예에 따른에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 내부 비디오 인코딩 프로세서는, 별개의 프로세서로서 비디오 부호화 동작을 구현할 수 있다. 또한, 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250) 또는 중앙 연산 장치, 그래픽 연산 장치가 비디오 인코딩 프로세싱 모듈을 포함함으로써 기본적인 비디오 부호화 동작을 구현하는 경우도 가능하다.
이상 도 12a 및 14a 를 참조하여 상술한 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)와, 도 12b 및 14b를 참조하여 상술한 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 인터 레이어 예측을 위해 정확한 업샘플링 필터를 선택할 수 있다.
향상 레이어의 고해상도 영상을 위한 예측 영상을 생성하기 위해 기본 레이어의 저해상도 영상을 정확하게 업샘플링하기 위해서는, 스케일러빌리티 배율, 즉 업샘플링 배율에 따라 샘플링 위치가 달라지며, 샘플링 위치와 원본 픽셀 위치 간의 위상차가 달라질 수 있다. 소정 위상차의 샘플링 위치를 샘플링하기 위한 필터계수가 특정될 수 있다.
따라서 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)와 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는 위상차별로 대응되는 필터계수 세트들을 저장하고, 기본 레이어 복원영상을 업샘플링할 때 현재 스케일러빌리티 배율에 따라 필요한 위상차별로 필터계수 세트를 선택하여 필터링을 수행함으로써, 정확한 샘플링 위치의 필터값을 결정할 수 있다. 따라서 스케일러빌리티 배율에 따라 기본 레이어 복원영상으로부터 향상 레이어 예측영상을 정확하게 생성할 수 있다. 따라서, 정확하게 예측된 향상 레이어 영상을 이용하여 인터 레이어 예측이 보다 정확하게 수행될 수 있다.
이하 도 14 을 참조하여 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 기본 레이어 부호화부(1210), 향상 레이어 부호화부(1220) 및 예측 오차 획득부(1230)에서 수행될 수 있는 인터 레이어 예측 구조를 상술한다.
도 14 는 다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 시스템(1400)의 블록도를 도시한다.
스케일러블 부호화 시스템(1400)은 기본 레이어 부호화단(1410)과 향상 레이어 부호화단(1460), 그리고 기본 레이어 부호화단(1410)와 향상 레이어 부호화단(1460) 간의 인터-레이어 예측단(1450)으로 구성된다. 기본 레이어 부호화단(1410) 및 향상 레이어 부호화단(1460)은, 각각 기본 레이어 부호화부(1210) 및 향상 레이어 부호화부(1220)의 구체적인 구성으로 해석될 수 있다.
기본 레이어 부호화단(1410)는, 기본 레이어 영상 시퀀스를 입력받아 영상마다 부호화한다. 향상 레이어 부호화단(1460)은, 향상 레이어 영상 시퀀스를 입력받아 영상마다 부호화한다. 기본 레이어 부호화단(1410)과 향상 레이어 부호화단(1320)의 동작들 중에서 중복되는 동작은 동시에 후술한다.
블록 분할부(1418, 1468)를 통해 입력 영상(저해상도 영상, 고해상도 영상)은, 최대 부호화 단위, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위 등으로 분할된다. 블록 분할부(1418, 1468)로부터 출력된 부호화 단위의 부호화를 위해, 부호화 단위의 예측단위별로 인트라예측 또는 인터예측이 수행될 수 있다. 예측 스위치(1448, 1498)는, 예측단위의 예측모드가 인트라 예측모드 또는 인터 예측모드인지 여부에 따라, 움직임 보상부(1440, 1490)로부터 출력된 이전 복원영상을 참조하여 인터 예측이 수행되거나, 또는 인트라 예측부(1445, 1495)로부터 출력된 현재 입력 영상 내에서 현재 예측단위의 이웃 예측단위를 이용하여 인트라 예측이 수행될 수 있다. 인터 예측을 통해 예측단위별로 레지듀 정보가 생성될 수 있다.
부호화 단위의 예측단위별로, 예측단위와 주변영상 간의 레지듀 성분이 변환/양자화부(1420, 1470)에 입력된다. 변환/양자화부(1420, 1470)는, 부호화 단위의 변환단위를 기초로, 변환단위별로 변환 및 양자화를 수행하여 양자화된 변환계수를 출력할 수 있다.
스케일링/역변환부(1425, 1475)는, 다시 부호화 단위의 변환단위별로 양자화된 변환계수에 대해 스케일링 및 역변환을 수행하여 공간영역의 레지듀 성분을 생성할 수 있다. 예측 스위치(1448, 1498)에 의해 인터 모드로 제어되는 경우에, 레지듀 성분은 이전 복원영상 또는 이웃 예측단위와 합성됨으로써, 현재 예측단위를 포함하는 복원영상이 생성되고 현재 복원영상은 스토리지(1430, 1480)에 저장될 수 있다. 현재 복원영상은 다시 다음에 부호화되는 예측단위의 예측모드에 따라 인트라예측부(1445, 1495)/움직임보상부(1440, 1490)로 전달될 수 있다.
특히, 인터모드의 경우, 인루프필터링(In-Loop Filtering)부(1435, 1485)는, 스토리지(1430, 1480)에 저장된 복원영상에 대해, 부호화 단위별로 디블로킹 필터링, 원본영상과 복원영상 간의 부호화 오차를 보상하기 위해 SAO (Sample Adaptive Offset) 필터링 중 적어도 하나의 필터링을 수행할 수 있다. 부호화 단위 및 부호화 단위에 포함된 예측 단위 및 변환 단위 중 적어도 하나에 대해 디블로킹 필터링 및 SAO (Sample Adaptive Offset) 필터링 중 적어도 하나의 필터링이 수행될 수 있다.
디블로킹 필터링은 데이터 단위의 블록킹 현상을 완화시키기 위한 필터링이고, SAO 필터링은 데이터 부호화 및 복호화에 의해 변형되는 픽셀값을 보상하기 위한 필터링이다. 인루프필터링부(1435, 1485)에 의해 필터링된 데이터는, 예측 단위별로 움직임보상부(1440, 1490)에게 전달될 수 있다. 다시 블록분할부(1418, 1468)로부터 출력된, 다음 순서의 부호화 단위의 부호화를 위해, 움직임보상부(1440, 1490) 및 블록분할부(1418, 1468)가 출력한 현재 복원영상과 다음 부호화 단위 간의 레지듀 성분이 생성될 수 있다.
이러한 식으로, 입력 영상의 부호화 단위마다 전술한 부호화 동작이 반복될 수 있다.
또한, 인터레이어 예측을 위해 향상 레이어 부호화단(1460)은, 기본 레이어 부호화단(1410)의 스토리지(1430)에 저장된 복원영상을 참조할 수 있다. 기본 레이어 부호화단(1410)의 부호화 컨트롤부(1415)는 기본 레이어 부호화단(1410)의 스토리지(1430)를 제어하여, 기본 레이어 부호화단(1410)의 복원영상을 향상 레이어 부호화단(1460)에게 전달할 수 있다. 전달된 기본 레이어 복원영상은, 향상 레이어 예측영상으로서 이용될 수 있다.
인터-레이어 예측단(1450)의 영상 업샘플링 장치(1455)는, 기본 레이어와 향상 레이어의 영상 간에 해상도가 다른 경우에, 기본 레이어의 복원영상을 업샘플링하여 향상 레이어 부호화단(1460)으로 전달할 수도 있다. 따라서 업샘플링된 기본 레이어 영상이 향상 레이어 예측영상으로서 이용될 수 있다. 영상 업샘플링 장치(1455)는 도 1 내지 13b를 참조하여 상술한 영상 업샘플링 장치(10)에 대응할 수 있다.
향상 레이어 부호화단(1460)의 부호화 컨트롤부(1465)가 스위치(1498)를 제어하여 인터-레이어 예측이 수행되는 경우에는, 인터-레이어 예측단(1450)을 통해 전달된 기본 레이어 복원영상을 참조하여 향상 레이어 영상을 예측할 수도 있다.
영상의 부호화를 위해, 부호화 단위, 예측 단위, 변환 단위를 위한 각종 부호화 모드를 설정할 수 있다. 예를 들어, 부호화 단위에 대한 부호화 모드로서, 심도 또는 분할 정보(split flag) 등이 설정될 수 있다. 예측 단위에 대한 부호화 모드로서, 예측 모드, 파티션 타입, 인트라 방향 정보, 참조리스트 정보 등이 설정될 수 있다. 변환 단위에 대한 부호화 모드로서, 변환심도 또는 분할정보 등이 설정될 수 있다.
기본레이어 부호화단(1410)은, 부호화 단위를 위한 다양한 심도들, 예측 단위에 대한 다양한 예측모드들, 다양한 파티션 타입들, 다양한 인트라 방향들, 다양한 참조리스트들, 변환단위를 위한 다양한 변환심도를 각각 적용하여 부호화를 수행한 결과에 따라, 부호화 효율이 가장 높은 부호화심도, 예측모드, 파티션타입, 인트라 방향/참조리스트, 변환심도 등을 결정할 수 있다. 기본레이어 부호화단(1410)에서 결정되는 상기 열거된 부호화 모드에 한정되지는 않는다.
기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 컨트롤부(1415)는, 각각 구성요소들의 동작에 다양한 부호화 모드들이 적절히 적용될 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 부호화 컨트롤부(1415)는, 향상 레이어 부호화단(1460)의 인터-레이어 부호화를 위해, 향상 레이어 부호화단(1460)이 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 결과를 참조하여 부호화 모드 또는 레지듀 성분을 결정하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 향상 레이어 부호화단(1460)은, 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 모드를 향상 레이어 영상을 위한 부호화 모드로서 그대로 이용하거나, 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 모드를 참조하여 향상 레이어 영상을 위한 부호화 모드를 결정할 수 있다. 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 컨트롤부(1415)는 기본레이어 부호화단(1410)의 향상 레이어 부호화단(1460)의 부호화 컨트롤부(1465)의 제어 신호를 제어하여, 향상 레이어 부호화단(1460)이 현재 부호화 모드를 결정하기 위해, 기본레이어 부호화단(1410)의 부호화 모드로부터 현재 부호화 모드를 이용할 수 있다.
특히, 일 실시예에 따른 향상 레이어 부호화단(1460)은 인터 레이어 예측 오차를 SAO 파라미터를 이용하여 부호화할 수 있다. 따라서, 기본 레이어 복원영상으로부터 결정된 향상 레이어 예측영상과 향상 레이어 복원영상 간의 예측 오차를 SAO 파라미터의 오프셋으로서 부호화할 수 있다.
도 14에서 도시된 인터-레이어 예측 방식에 따른 인터 레이어 부호화 시스템(1300)과 유사하게, 인터-레이어 예측 방식에 따른 인터-레이어 복호화 시스템도 구현될 수 있다. 즉, 인터-레이어 복호화 시스템은, 기본레이어 비트스트림 및 향상 레이어 비트스트림을 수신할 수 있다. 인터-레이어 복호화 시스템의 기본레이어 복호화단에서 기본레이어 비트스트림을 복호화하여 기본 레이어 영상들을 복원할 수 있다. 멀티 레이어 비디오의 인터-레이어 복호화 시스템의 향상 레이어 복호화단에서는, 기본레이어 복원영상과 파싱한 부호화정보를 이용하여 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 향상 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)의 부호화부(12)에서 인터 레이어 예측을 수행했다면, 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 복호화부(26)에서도 전술한 인터-레이어 복호화 시스템에 따라 멀티 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200) 및 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)에서, 비디오 데이터가 분할되는 블록들이 트리 구조의 부호화 단위들로 분할되고, 부호화 단위에 대한 인터 레이어 예측 또는 인터 예측을 위해 부호화 단위들, 예측 단위들, 변환 단위들이 이용되는 경우가 있음은 전술한 바와 같다. 이하 도 15a 내지 25을 참조하여, 일 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위 및 변환 단위에 기초한 비디오 부호화 방법 및 그 장치, 비디오 복호화 방법 및 그 장치가 개시된다.
원칙적으로 멀티 레이어 비디오를 위한 부호화/복호화 과정에서, 기본 레이어 영상들을 위한 부호화/복호화 과정과, 향상 레이어 영상들을 위한 부호화/복호화 과정이 따로 수행된다. 즉, 멀티 레이어 비디오 중 인터 레이어 예측이 발생하는 경우에는 싱글 레이어 비디오의 부호화/복호화 결과가 상호 참조될 수 있지만, 싱그 레이어 비디오마다 별도의 부호화/복호화 과정이 발생한다.
따라서 설명의 편의를 위해 도 15a 내지 25을 참조하여 후술되는 트리구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 과정 및 비디오 복호화 과정은, 싱글 레이어 비디오에 대한 비디오 부호화 과정 및 비디오 복호화 과정이므로, 인터 예측 및 움직임 보상이 상술된다. 하지만, 도 12a 내지 14을 참조하여 전술한 바와 같이, 비디오 스트림 부호화/복호화를 위해, 기본시점 영상들과 향상 레이어 영상들 간의 인터 레이어 예측 및 보상이 수행된다.
따라서, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1200)의 부호화부(12)가 트리구조의 부호화 단위에 기초하여 멀티 레이어 비디오를 부호화하기 위해서는, 각각의 싱글 레이어 비디오마다 비디오 부호화를 수행하기 위해 도 14의 비디오 부호화 장치(1500)를 멀티 레이어 비디오의 레이어 개수만큼 포함하여 각 비디오 부호화 장치(1500)마다 할당된 싱글 레이어 비디오의 부호화를 수행하도록 제어할 수 있다. 또한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 각 비디오 부호화 장치(1500)의 별개 단일시점의 부호화 결과들을 이용하여 시점간 예측을 수행할 수 있다. 이에 따라 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 부호화부(12)는 레이어별로 부호화 결과를 수록한 기본시점 비디오스트림과 향상 레이어 비디오스트림을 생성할 수 있다.
이와 유사하게, 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)의 복호화부(26)가 트리 구조의 부호화 단위에 기초하여 멀티 레이어 비디오를 복호화하기 위해서는, 수신한 기본 레이어 비디오스트림 및 향상 레이어 비디오스트림에 대해 레이어별로 비디오 복호화를 수행하기 위해 도 14의 비디오 복호화 장치(1550)를 멀티 레이어 비디오의 레이어 개수만큼 포함하고 각 비디오 복호화 장치(1550)마다 할당된 싱글 레이어 비디오의 복호화를 수행하도록 제어할 수 있다, 그리고 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 각 비디오 복호화 장치(1550)의 별개 싱글 레이어의 복호화 결과를 이용하여 인터 레이어 보상을 수행할 수 있다. 이에 따라 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 레이어별로 기본 레이어 복원영상들과 향상 레이어 영상들을 생성할 수 있다.
도 15a 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 부호화 장치(1500)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(1500)는 부호화부(1510) 및 출력부(1520)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 부호화 장치(1500)는 '비디오 부호화 장치(1500)'로 축약하여 지칭한다.
부호화부(1510)는 영상의 현재 픽처를 위한 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 픽처를 구획할 수 있다. 현재 픽처가 최대 부호화 단위보다 크다면, 현재 픽처의 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위로 분할될 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 2의 자승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위는 최대 크기 및 심도로 특징지어질 수 있다. 심도란 최대 부호화 단위로부터 부호화 단위가 공간적으로 분할한 횟수를 나타내며, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지 분할될 수 있다. 최대 부호화 단위의 심도가 최상위 심도이며 최소 부호화 단위가 최하위 부호화 단위로 정의될 수 있다. 최대 부호화 단위는 심도가 깊어짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, 상위 심도의 부호화 단위는 복수 개의 하위 심도의 부호화 단위를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 현재 픽처의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하며, 각각의 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되는 부호화 단위들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되므로, 최대 부호화 단위에 포함된 공간 영역(spatial domain)의 영상 데이터가 심도에 따라 계층적으로 분류될 수 있다.
최대 부호화 단위의 높이 및 너비를 계층적으로 분할할 수 있는 총 횟수를 제한하는 최대 심도 및 부호화 단위의 최대 크기가 미리 설정되어 있을 수 있다.
부호화부(1510)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화부(1510)는, 현재 픽처의 최대 부호화 단위마다 심도별 부호화 단위로 영상 데이터를 부호화하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여 부호화 심도로 결정한다. 결정된 부호화 심도 및 최대 부호화 단위별 영상 데이터는 출력부(1520)로 출력된다.
최대 부호화 단위 내의 영상 데이터는 최대 심도 이하의 적어도 하나의 심도에 따라 심도별 부호화 단위에 기반하여 부호화되고, 각각의 심도별 부호화 단위에 기반한 부호화 결과가 비교된다. 심도별 부호화 단위의 부호화 오차의 비교 결과 부호화 오차가 가장 작은 심도가 선택될 수 있다. 각각의 최대화 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 심도가 결정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 크기는 심도가 깊어짐에 따라 부호화 단위가 계층적으로 분할되어 분할되며 부호화 단위의 개수는 증가한다. 또한, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 동일한 심도의 부호화 단위들이라 하더라도, 각각의 데이터에 대한 부호화 오차를 측정하고 하위 심도로의 분할 여부가 결정된다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터라 하더라도 위치에 따라 심도별 부호화 오차가 다르므로 위치에 따라 부호화 심도가 달리 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 대해 부호화 심도가 하나 이상 설정될 수 있으며, 최대 부호화 단위의 데이터는 하나 이상의 부호화 심도의 부호화 단위에 따라 구획될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 부호화부(1510)는, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 결정될 수 있다. 일 실시예에 따른 '트리 구조에 따른 부호화 단위들'은, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 심도별 부호화 단위들 중, 부호화 심도로 결정된 심도의 부호화 단위들을 포함한다. 부호화 심도의 부호화 단위는, 최대 부호화 단위 내에서 동일 영역에서는 심도에 따라 계층적으로 결정되고, 다른 영역들에 대해서는 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 현재 영역에 대한 부호화 심도는, 다른 영역에 대한 부호화 심도와 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 분할 횟수와 관련된 지표이다. 일 실시예에 따른 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 할 때, 최대 부호화 단위가 1회 분할된 부호화 단위의 심도는 1로 설정되고, 2회 분할된 부호화 단위의 심도가 2로 설정될 수 있다. 이 경우, 최대 부호화 단위로부터 4회 분할된 부호화 단위가 최소 부호화 단위라면, 심도 0, 1, 2, 3 및 4의 심도 레벨이 존재하므로 최대 심도는 4로 설정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화 및 변환이 수행될 수 있다. 예측 부호화 및 변환도 마찬가지로, 최대 부호화 단위마다, 최대 심도 이하의 심도마다 심도별 부호화 단위를 기반으로 수행된다.
최대 부호화 단위가 심도별로 분할될 때마다 심도별 부호화 단위의 개수가 증가하므로, 심도가 깊어짐에 따라 생성되는 모든 심도별 부호화 단위에 대해 예측 부호화 및 변환을 포함한 부호화가 수행되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 최대 부호화 단위 중 현재 심도의 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화 및 변환을 설명하겠다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 데이터 단위의 크기 또는 형태를 다양하게 선택할 수 있다. 영상 데이터의 부호화를 위해서는 예측 부호화, 변환, 엔트로피 부호화 등의 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 데이터 단위가 사용될 수도 있으며, 단계별로 데이터 단위가 변경될 수도 있다.
예를 들어 비디오 부호화 장치(1500)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위뿐만 아니라, 부호화 단위의 영상 데이터의 예측 부호화를 수행하기 위해, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 선택할 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화를 위해서는, 일 실시예에 따른 부호화 심도의 부호화 단위, 즉 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 이하, 예측 부호화의 기반이 되는 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 '예측 단위'라고 지칭한다. 예측 단위가 분할된 파티션은, 예측 단위 및 예측 단위의 높이 및 너비 중 적어도 하나가 분할된 데이터 단위를 포함할 수 있다. 파티션은 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 형태의 데이터 단위이고, 예측 단위는 부호화 단위와 동일한 크기의 파티션일 수 있다.
예를 들어, 크기 2Nx2N(단, N은 양의 정수)의 부호화 단위가 더 이상 분할되지 않는 경우, 크기 2Nx2N의 예측 단위가 되며, 파티션의 크기는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 일 실시예에 따른 파티션 타입은 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션들뿐만 아니라, 1:n 또는 n:1과 같이 비대칭적 비율로 분할된 파티션들, 기하학적인 형태로 분할된 파티션들, 임의적 형태의 파티션들 등을 선택적으로 포함할 수도 있다.
예측 단위의 예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어 인트라 모드 및 인터 모드는, 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 크기의 파티션에 대해서 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 파티션에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 이내의 하나의 예측 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위뿐만 아니라, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 기반으로 부호화 단위의 영상 데이터의 변환을 수행할 수 있다. 부호화 단위의 변환을 위해서는, 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 변환 단위를 기반으로 변환이 수행될 수 있다. 예를 들어 변환 단위는, 인트라 모드를 위한 데이터 단위 및 인터 모드를 위한 변환 단위를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위와 유사한 방식으로, 부호화 단위 내의 변환 단위도 재귀적으로 더 작은 크기의 변환 단위로 분할되면서, 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위에 따라 구획될 수 있다.
일 실시예에 따른 변환 단위에 대해서도, 부호화 단위의 높이 및 너비가 분할하여 변환 단위에 이르기까지의 분할 횟수를 나타내는 변환 심도가 설정될 수 있다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위의 변환 단위의 크기가 2Nx2N이라면 변환 심도 0, 변환 단위의 크기가 NxN이라면 변환 심도 1, 변환 단위의 크기가 N/2xN/2이라면 변환 심도 2로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위에 대해서도 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위가 설정될 수 있다.
부호화 심도별 부호화 정보는, 부호화 심도 뿐만 아니라 예측 관련 정보 및 변환 관련 정보가 필요하다. 따라서, 부호화부(1510)는 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 심도 뿐만 아니라, 예측 단위를 파티션으로 분할한 파티션 타입, 예측 단위별 예측 모드, 변환을 위한 변환 단위의 크기 등을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 예측단위/파티션, 및 변환 단위의 결정 방식에 대해서는, 도 15 내지 24을 참조하여 상세히 후술한다.
부호화부(1510)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(1520)는, 부호화부(1510)에서 결정된 적어도 하나의 부호화 심도에 기초하여 부호화된 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다.
부호화된 영상 데이터는 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다.
심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 부호화 심도 정보, 예측 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다.
부호화 심도 정보는, 현재 심도로 부호화하지 않고 하위 심도의 부호화 단위로 부호화할지 여부를 나타내는 심도별 분할 정보를 이용하여 정의될 수 있다. 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도라면, 현재 부호화 단위는 현재 심도의 부호화 단위로 부호화되므로 현재 심도의 분할 정보는 더 이상 하위 심도로 분할되지 않도록 정의될 수 있다. 반대로, 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도가 아니라면 하위 심도의 부호화 단위를 이용한 부호화를 시도해보아야 하므로, 현재 심도의 분할 정보는 하위 심도의 부호화 단위로 분할되도록 정의될 수 있다.
현재 심도가 부호화 심도가 아니라면, 하위 심도의 부호화 단위로 분할된 부호화 단위에 대해 부호화가 수행된다. 현재 심도의 부호화 단위 내에 하위 심도의 부호화 단위가 하나 이상 존재하므로, 각각의 하위 심도의 부호화 단위마다 반복적으로 부호화가 수행되어, 동일한 심도의 부호화 단위마다 재귀적(recursive) 부호화가 수행될 수 있다.
하나의 최대 부호화 단위 안에 트리 구조의 부호화 단위들이 결정되며 부호화 심도의 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대 부호화 단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다. 또한, 최대 부호화 단위의 데이터는 심도에 따라 계층적으로 구획되어 위치 별로 부호화 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 출력부(1520)는, 최대 부호화 단위에 포함되어 있는 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 적어도 하나에 대해, 해당 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보를 할당될 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위이다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 부호화 단위, 예측 단위, 파티션 단위 및 변환 단위 내에 포함될 수 있는 최대 크기의 정사각 데이터 단위일 수 있다.
예를 들어 출력부(1520)를 통해 출력되는 부호화 정보는, 심도별 부호화 단위별 부호화 정보와 예측 단위별 부호화 정보로 분류될 수 있다. 심도별 부호화 단위별 부호화 정보는, 예측 모드 정보, 파티션 크기 정보를 포함할 수 있다. 예측 단위별로 전송되는 부호화 정보는 인터 모드의 추정 방향에 관한 정보, 인터 모드의 참조 영상 인덱스에 관한 정보, 움직임 벡터에 관한 정보, 인트라 모드의 크로마 성분에 관한 정보, 인트라 모드의 보간 방식에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
픽처, 슬라이스 세그먼트 또는 GOP별로 정의되는 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 최대 심도에 관한 정보는 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등에 삽입될 수 있다.
또한 현재 비디오에 대해 허용되는 변환 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 변환 단위의 최소 크기에 관한 정보도, 비트스트림의 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트 등을 통해 출력될 수 있다. 출력부(1520)는, 예측과 관련된 참조정보, 예측정보, 슬라이스 세그먼트 타입 정보 등을 부호화하여 출력할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)의 가장 간단한 형태의 실시예에 따르면, 심도별 부호화 단위는 한 계층 상위 심도의 부호화 단위의 높이 및 너비를 반분한 크기의 부호화 단위이다. 즉, 현재 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, 하위 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다. 또한, 2Nx2N 크기의 현재 부호화 단위는 NxN 크기의 하위 심도 부호화 단위를 최대 4개 포함할 수 있다.
따라서, 비디오 부호화 장치(1500)는 현재 픽처의 특성을 고려하여 결정된 최대 부호화 단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대 부호화 단위마다 최적의 형태 및 크기의 부호화 단위를 결정하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최대 부호화 단위마다 다양한 예측 모드, 변환 방식 등으로 부호화할 수 있으므로, 다양한 영상 크기의 부호화 단위의 영상 특성을 고려하여 최적의 부호화 모드가 결정될 수 있다.
따라서, 영상의 해상도가 매우 높거나 데이터량이 매우 큰 영상을 기존 매크로블록 단위로 부호화한다면, 픽처당 매크로블록의 수가 과도하게 많아진다. 이에 따라, 매크로블록마다 생성되는 압축 정보도 많아지므로 압축 정보의 전송 부담이 커지고 데이터 압축 효율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 11a 을 참조하여 전술한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1100)는, 멀티 레이어 비디오의 레이어들마다 싱글 레이어 영상들의 부호화를 위해, 레이어 개수만큼의 비디오 부호화 장치(1500)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기본 레이어 부호화부(12)가 하나의 비디오 부호화 장치(1500)를 포함하고, 향상 레이어 부호화부(14)가 향상 레이어의 개수만큼의 비디오 부호화 장치(1500)를 포함할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)가 기본 레이어 영상들을 부호화하는 경우에, 부호화부(1510)는 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위별로 영상간 예측을 위한 예측단위를 결정하고, 예측단위마다 영상간 예측을 수행할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)가 향상 레이어 영상들을 부호화하는 경우에도, 부호화부(1510)는 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 예측단위를 결정하고, 예측단위마다 인터 예측을 수행할 수 있다.
비디오 부호화 장치(1500)는, 향상 레이어 영상을 예측하기 위한 인터 레이어 예측 오차를 SAO를 이용하여 부호화할 수 있다. 따라서, 픽셀 위치별로 예측 오차를 부호화할 필요 없이, 예측 오차의 샘플값 분포에 기초하여, SAO 타입 및 오프셋에 대한 정보만을 이용하여, 향상 레이어 영상의 예측 오차가 부호화될 수 있다.
도 15b 는 다양한 실시예에 따른 트리 구조의 부호화 단위에 기초한 비디오 복호화 장치(1550)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(1550)는 수신부(210), 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560) 및 복호화부(1570)를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해, 일 실시예에 따라 트리 구조에 따른 부호화 단위에 기초한 비디오 예측을 수반하는 비디오 복호화 장치(1550)는 '비디오 복호화 장치(1550)'로 축약하여 지칭한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 복호화 동작을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 8 및 비디오 부호화 장치(1500)를 참조하여 전술한 바와 동일하다.
수신 추출부(1560)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 복호화부(1570)로 출력한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 현재 픽처에 대한 헤더, 시퀀스 파라미터 세트 또는 픽처 파라미터 세트로부터 현재 픽처의 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출한다. 추출된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는 복호화부(1570)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하여, 복호화부(1570)가 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화하도록 할 수 있다.
최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 하나 이상의 부호화 심도 정보에 대해 설정될 수 있으며, 부호화 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)가 추출한 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500)와 같이 부호화단에서, 최대 부호화 단위별 심도별 부호화 단위마다 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시키는 것으로 결정된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보이다. 따라서, 비디오 복호화 장치(1550)는 최소 부호화 오차를 발생시키는 부호화 방식에 따라 데이터를 복호화하여 영상을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보는, 해당 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 할당되어 있을 수 있으므로, 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 소정 데이터 단위별로 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출할 수 있다. 소정 데이터 단위별로, 해당 최대 부호화 단위의 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 기록되어 있다면, 동일한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 갖고 있는 소정 데이터 단위들은 동일한 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터 단위로 유추될 수 있다.
복호화부(1570)는 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 복호화부(1570)는, 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 가운데 각각의 부호화 단위마다, 판독된 파티션 타입, 예측 모드, 변환 단위에 기초하여 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 예측 과정, 및 역변환 과정을 포함할 수 있다.
복호화부(1570)는, 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위의 파티션 타입 정보 및 예측 모드 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 파티션 및 예측 모드에 따라 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 복호화부(1570)는, 최대 부호화 단위별 역변환을 위해, 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 변환 단위 정보를 판독하여, 부호화 단위마다 변환 단위에 기초한 역변환을 수행할 수 있다. 역변환을 통해, 부호화 단위의 공간 영역의 화소값이 복원할 수 있다.
복호화부(1570)는 심도별 분할 정보를 이용하여 현재 최대 부호화 단위의 부호화 심도를 결정할 수 있다. 만약, 분할 정보가 현재 심도에서 더 이상 분할되지 않음을 나타내고 있다면 현재 심도가 부호화 심도이다. 따라서, 복호화부(1570)는 현재 최대 부호화 단위의 영상 데이터에 대해 현재 심도의 부호화 단위를 예측 단위의 파티션 타입, 예측 모드 및 변환 단위 크기 정보를 이용하여 복호화할 수 있다.
즉, 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 설정되어 있는 부호화 정보를 관찰하여, 동일한 분할 정보를 포함한 부호화 정보를 보유하고 있는 데이터 단위가 모여, 복호화부(1570)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다. 이런 식으로 결정된 부호화 단위마다 부호화 모드에 대한 정보를 획득하여 현재 부호화 단위의 복호화가 수행될 수 있다.
도 12b를 참조하여 전술한 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250)는, 수신된 기본 레이어 영상스트림 및 향상 레이어 영상스트림을 복호화하여 기본 레이어 영상들 및 향상 레이어 영상들을 복원하기 위해, 비디오 복호화 장치(1550)를 시점 개수만큼 포함할 수 있다.
기본 레이어 영상스트림이 수신된 경우에는, 비디오 복호화 장치(1550)의 복호화부(1570)는, 수신 추출부(1560)에 의해 기본 레이어 영상스트림으로부터 추출된 기본 레이어 영상들의 샘플들을 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위들로 나눌 수 있다. 복호화부(1570)는 기본 레이어 영상들의 샘플들의 트리 구조에 따른 부호화 단위들마다, 영상간 예측을 위한 예측단위별로 움직임 보상을 수행하여 기본 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
향상 레이어 영상스트림이 수신된 경우에는, 비디오 복호화 장치(1550)의 복호화부(1570)는, 수신 추출부(1560)에 의해 향상 레이어 영상스트림으로부터 추출된 향상 레이어 영상들의 샘플들을 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위들로 나눌 수 있다. 복호화부(1570)는, 향상 레이어 영상들의 샘플들의 부호화 단위들마다 영상간 예측을 위한 예측단위별로 움직임 보상을 수행하여 향상 레이어 영상들을 복원할 수 있다.
수신 추출부(1560)는, 수신된 향상 레이어 비트스트림으로부터 SAO 타입 및 오프셋을 획득하고, 향상 레이어 예측영상의 픽셀마다 샘플값의 분포에 따라 SAO 카테고리를 결정할 수 있으므로, SAO 타입 및 오프셋을 이용하여 SAO 카테고리별 오프셋을 획득할 수 있다. 따라서, 픽셀 별로 예측 오차를 수신하지 않더라도, 복호화부(1570)는, 향상 레이어 예측영상의 각 픽셀마다 해당 카테고리별 오프셋을 보상하고, 보상된 향상 레이어 예측영상을 참조하여 향상 레이어 복원영상을 결정할 수 있다.
결국, 비디오 복호화 장치(1550)는, 부호화 과정에서 최대 부호화 단위마다 재귀적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 단위에 대한 정보를 획득하여, 현재 픽처에 대한 복호화에 이용할 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 최적 부호화 단위로 결정된 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화된 영상 데이터의 복호화가 가능해진다.
따라서, 높은 해상도의 영상 또는 데이터량이 과도하게 많은 영상이라도 부호화단으로부터 전송된 최적 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여, 영상의 특성에 적응적으로 결정된 부호화 단위의 크기 및 부호화 모드에 따라 효율적으로 영상 데이터를 복호화하여 복원할 수 있다.
도 16 은 다양한 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
비디오 데이터(1610)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(1620)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(1630)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 15 에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(1630)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(1610, 1620)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(1610)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(1610)의 부호화 단위(1615)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 비디오 데이터(1630)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(1630)의 부호화 단위(1635)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(1620)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(1620)의 부호화 단위(1625)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 17a 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부(1700)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(1700)는, 비디오 부호화 장치(1600)의 부호화부(1610)에서 영상 데이터를 부호화하는데 거치는 작업들을 포함한다. 즉, 인트라 예측부(1704)는 현재 프레임(1702) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(1706) 및 움직임 보상부(1708)는 인터 모드의 현재 프레임(1702) 및 참조 프레임(1726)을 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(1704), 움직임 추정부(1706) 및 움직임 보상부(1708)로부터 출력된 데이터는 변환부(1710) 및 양자화부(1712)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화부(1718), 역변환부(1720)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(1722) 및 오프셋 보상부(1724)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(1726)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(1714)를 거쳐 비트스트림(1716)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1600)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(1700)의 구성 요소들인 인트라 예측부(1704), 움직임 추정부(1706), 움직임 보상부(1708), 변환부(1710), 양자화부(1712), 엔트로피 부호화부(1714), 역양자화부(1718), 역변환부(1720), 디블로킹부(1722) 및 오프셋 보상부(1724)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(1704), 움직임 추정부(1706) 및 움직임 보상부(1708)는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 변환부(1710)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 17b 는 다양한 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부(1750)의 블록도를 도시한다.
비트스트림(1752)이 파싱부(1754)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(1756) 및 역양자화부(1758)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 역변환부(1760)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(1762)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(1764)는 참조 프레임(1770)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(1762) 및 움직임 보상부(1764)를 거친 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(1766) 및 오프셋 보상부(1768)를 거쳐 후처리되어 복원 프레임(1772)으로 출력될 수 있다. 또한, 디블로킹부(1766) 및 루프 필터링부(1768)를 거쳐 후처리된 데이터는 참조 프레임(1770)으로서 출력될 수 있다.
비디오 복호화 장치(6550)의 복호화부(1670)에서 영상 데이터를 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(1750)의 파싱부(1754) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1650)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(1750)의 구성 요소들인 파싱부(1754), 엔트로피 복호화부(1756), 역양자화부(1758), 역변환부(1760), 인트라 예측부(1762), 움직임 보상부(1764), 디블로킹부(1766) 및 오프셋 보상부(1768)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(1762), 움직임 보상부(1764)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 역변환부(1760)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 17a의 부호화 동작 및 도 17b의 복호화 동작은 각각 단일 레이어에서의 비디오스트림 부호화 동작 및 복호화 동작을 상술한 것이다. 따라서, 도 12a의 스케일러블 비디오 부호화 장치(1200)가 둘 이상의 레이어의 비디오스트림을 부호화한다면, 레이어별로 영상부호화부(1700)를 포함할 수 있다. 유사하게, 도 12b의 케일러블 비디오 복호화 장치(1250)가 둘 이상의 레이어의 비디오스트림을 복호화한다면, 레이어별로 영상복호화부(1750)를 포함할 수 있다.
도 18 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(1800)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 3인 경우를 도시하고 있다. 이 때, 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(1800)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(1800)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(1810)는 부호화 단위의 계층 구조(1800) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(1820), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(1830), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(1840)가 존재한다. 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(1840)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(1810)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(1810)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(1810), 크기 64x32의 파티션들(1812), 크기 32x64의 파티션들(1814), 크기 32x32의 파티션들(1816)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(1820)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(1820)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(1820), 크기 32x16의 파티션들(1822), 크기 16x32의 파티션들(1824), 크기 16x16의 파티션들(1826)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(1830)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(1830)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(1830), 크기 16x8의 파티션들(1832), 크기 8x16의 파티션들(1834), 크기 8x8의 파티션들(1836)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(1840)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(1840)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(1840), 크기 8x4의 파티션들(1842), 크기 4x8의 파티션들(1844), 크기 4x4의 파티션들(1846)로 분할될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화부(1510)는, 최대 부호화 단위(1810)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(1810)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(1800)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(1800)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(1810) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(1810)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 19 은 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)는, 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)에서, 현재 부호화 단위(1910)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(1920)를 이용하여 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(1910)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 20 은 다양한 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(1520)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(2000), 예측 모드에 관한 정보(2010), 변환 단위 크기에 대한 정보(2020)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(2000)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 형태에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(2002), 크기 2NxN의 파티션(2004), 크기 Nx2N의 파티션(2006), 크기 NxN의 파티션(2008) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(2000)는 크기 2Nx2N의 파티션(2002), 크기 2NxN의 파티션(2004), 크기 Nx2N의 파티션(2006) 및 크기 NxN의 파티션(2008) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(2010)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(2010)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(2000)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(2012), 인터 모드(2014) 및 스킵 모드(2016) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(2020)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(2022), 제 2 인트라 변환 단위 크기(2024), 제 1 인터 변환 단위 크기(2026), 제 2 인터 변환 단위 크기(2028) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 수신 추출부(1560)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(2000), 예측 모드에 관한 정보(2010), 변환 단위 크기에 대한 정보(2020)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 21 는 다양한 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(2100)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(2110)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(2112), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(2114), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(2116), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(2118)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(2112, 2014, 2016, 2018)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 타입은 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 타입마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 타입(2112, 2114, 2116) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(2118)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(2120), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(2130)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(2130)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(2140)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(2142), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(2144), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(2146), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(2148)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(2148)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(2150), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(2160)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 부호화 단위는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(2170)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(2180)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(2190)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(2192), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(2194), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(2196), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(2198)을 포함할 수 있다.
파티션 타입 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 타입이 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(2198)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대 부호화 단위(2100)에 대한 부호화 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 타입은 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(2152)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(2199)은, 현재 최대 부호화 단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 부호화 단위(2100)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 부호화 심도를 결정하고, 해당 파티션 타입 및 예측 모드가 부호화 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 부호화 심도로 결정될 수 있다. 부호화 심도, 및 예측 단위의 파티션 타입 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 부호화 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 부호화 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 부호화 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 영상 데이터 및 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 부호화 단위(2100)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(2112)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 부호화 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 22, 23 및 24는 다양한 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(2210)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(2260)는 부호화 단위(2210) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(2270)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(2210)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(2212, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(2214, 2216, 2218, 2228, 2250, 2252)은 심도가 2, 부호화 단위들(2220, 2222, 2224, 2226, 2230, 2232, 2248)은 심도가 3, 부호화 단위들(2240, 2242, 2244, 2246)은 심도가 4이다.
예측 단위들(2260) 중 일부 파티션(2214, 2216, 2222, 2232, 2248, 2250, 2252, 2254)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(2214, 2222, 2250, 2254)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(2216, 2248, 2252)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(2232)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(2210)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(2270) 중 일부(2252)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 변환 또는 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(2214, 2216, 2222, 2232, 2248, 2250, 2252, 2254)는 예측 단위들(2260) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(1550)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대 부호화 단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 재귀적 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 구성될 수 있다. 부호화 정보는 부호화 단위에 대한 분할 정보, 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위 크기 정보를 포함할 수 있다. 이하 표 1은, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(1500) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
표 1
분할 정보 0 (현재 심도 d의 크기 2Nx2N의 부호화 단위에 대한 부호화) 분할 정보 1
예측 모드 파티션 타입 변환 단위 크기 하위 심도 d+1의 부호화 단위들마다 반복적 부호화
인트라인터스킵(2Nx2N만) 대칭형 파티션 타입 비대칭형 파티션 타입 변환 단위 분할 정보 0 변환 단위 분할 정보 1
2Nx2N2NxNNx2NNxN 2NxnU2NxnDnLx2NnRx2N 2Nx2N NxN(대칭형 파티션 타입)N/2xN/2(비대칭 파티션 타입)
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(1520)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)의 부호화 정보 수신 추출부(1560)는 수신된 비트스트림으로부터 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 추출할 수 있다.
분할 정보는 현재 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위들로 분할되는지 여부를 나타낸다. 현재 심도 d의 분할 정보가 0이라면, 현재 부호화 단위가 현재 부호화 단위가 하위 부호화 단위로 더 이상 분할되지 않는 심도가 부호화 심도이므로, 부호화 심도에 대해서 파티션 타입 정보, 예측 모드, 변환 단위 크기 정보가 정의될 수 있다. 분할 정보에 따라 한 단계 더 분할되어야 하는 경우에는, 분할된 4개의 하위 심도의 부호화 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어야 한다.
예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 하나로 나타낼 수 있다. 인트라 모드 및 인터 모드는 모든 파티션 타입에서 정의될 수 있으며, 스킵 모드는 파티션 타입 2Nx2N에서만 정의될 수 있다.
파티션 타입 정보는, 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션 타입 2Nx2N, 2NxN, Nx2N 및 NxN 과, 비대칭적 비율로 분할된 비대칭적 파티션 타입 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N를 나타낼 수 있다. 비대칭적 파티션 타입 2NxnU 및 2NxnD는 각각 높이가 1:3 및 3:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 타입 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:3 및 3:1로 분할된 형태를 나타낸다.
변환 단위 크기는 인트라 모드에서 두 종류의 크기, 인터 모드에서 두 종류의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위 분할 정보가 0 이라면, 변환 단위의 크기가 현재 부호화 단위의 크기 2Nx2N로 설정된다. 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 현재 부호화 단위가 분할된 크기의 변환 단위가 설정될 수 있다. 또한 크기 2Nx2N인 현재 부호화 단위에 대한 파티션 타입이 대칭형 파티션 타입이라면 변환 단위의 크기는 NxN, 비대칭형 파티션 타입이라면 N/2xN/2로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화 정보는, 부호화 심도의 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 단위 중 적어도 하나에 대해 할당될 수 있다. 부호화 심도의 부호화 단위는 동일한 부호화 정보를 보유하고 있는 예측 단위 및 최소 단위를 하나 이상 포함할 수 있다.
따라서, 인접한 데이터 단위들끼리 각각 보유하고 있는 부호화 정보들을 확인하면, 동일한 부호화 심도의 부호화 단위에 포함되는지 여부가 확인될 수 있다. 또한, 데이터 단위가 보유하고 있는 부호화 정보를 이용하면 해당 부호화 심도의 부호화 단위를 확인할 수 있으므로, 최대 부호화 단위 내의 부호화 심도들의 분포가 유추될 수 있다.
따라서 이 경우 현재 부호화 단위가 주변 데이터 단위를 참조하여 예측하기 경우, 현재 부호화 단위에 인접하는 심도별 부호화 단위 내의 데이터 단위의 부호화 정보가 직접 참조되어 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 현재 부호화 단위가 주변 부호화 단위를 참조하여 예측 부호화가 수행되는 경우, 인접하는 심도별 부호화 단위의 부호화 정보를 이용하여, 심도별 부호화 단위 내에서 현재 부호화 단위에 인접하는 데이터가 검색됨으로써 주변 부호화 단위가 참조될 수도 있다.
도 25 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대 부호화 단위(2500)는 부호화 심도의 부호화 단위들(2502, 2504, 2506, 2512, 2514, 2516, 2518)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(2518)는 부호화 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(2518)의 파티션 타입 정보는, 파티션 타입 2Nx2N(2522), 2NxN(2524), Nx2N(2526), NxN(2528), 2NxnU(2532), 2NxnD(2534), nLx2N(2536) 및 nRx2N(2538) 중 하나로 설정될 수 있다.
변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 변환 인덱스의 일종으로서, 변환 인덱스에 대응하는 변환 단위의 크기는 부호화 단위의 예측 단위 타입 또는 파티션 타입에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 파티션 타입 정보가 대칭형 파티션 타입 2Nx2N(2522), 2NxN(2524), Nx2N(2526) 및 NxN(2528) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(2542)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(2544)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(2532), 2NxnD(2534), nLx2N(2536) 및 nRx2N(2538) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(2552)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(2554)가 설정될 수 있다.
도 19을 참조하여 전술된 변환 단위 분할 정보(TU size flag)는 0 또는 1의 값을 갖는 플래그이지만, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보가 1비트의 플래그로 한정되는 것은 아니며 설정에 따라 0, 1, 2, 3.. 등으로 증가하며 변환 단위가 계층적으로 분할될 수도 있다. 변환 단위 분할 정보는 변환 인덱스의 한 실시예로써 이용될 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 변환 단위 분할 정보를 변환 단위의 최대 크기, 변환 단위의 최소 크기와 함께 이용하면, 실제로 이용된 변환 단위의 크기가 표현될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 부호화할 수 있다. 부호화된 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보는 SPS에 삽입될 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(1550)는 최대 변환 단위 크기 정보, 최소 변환 단위 크기 정보 및 최대 변환 단위 분할 정보를 이용하여, 비디오 복호화에 이용할 수 있다.
예를 들어, (a) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 크기는 32x32이라면, (a-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32, (a-2) 변환 단위 분할 정보가 1일 때 변환 단위의 크기가 16x16, (a-3) 변환 단위 분할 정보가 2일 때 변환 단위의 크기가 8x8로 설정될 수 있다.
다른 예로, (b) 현재 부호화 단위가 크기 32x32이고, 최소 변환 단위 크기는 32x32이라면, (b-1) 변환 단위 분할 정보가 0일 때 변환 단위의 크기가 32x32로 설정될 수 있으며, 변환 단위의 크기가 32x32보다 작을 수는 없으므로 더 이상의 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
또 다른 예로, (c) 현재 부호화 단위가 크기 64x64이고, 최대 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 변환 단위 분할 정보는 0 또는 1일 수 있으며, 다른 변환 단위 분할 정보가 설정될 수 없다.
따라서, 최대 변환 단위 분할 정보를 'MaxTransformSizeIndex', 최소 변환 단위 크기를 'MinTransformSize', 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기를 'RootTuSize'라고 정의할 때, 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'는 아래 관계식 (1) 과 같이 정의될 수 있다.
CurrMinTuSize
= max (MinTransformSize, RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)) ... (1)
현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'와 비교하여, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 시스템상 채택 가능한 최대 변환 단위 크기를 나타낼 수 있다. 즉, 관계식 (1)에 따르면, 'RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)'는, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'를 최대 변환 단위 분할 정보에 상응하는 횟수만큼 분할한 변환 단위 크기이며, 'MinTransformSize'는 최소 변환 단위 크기이므로, 이들 중 작은 값이 현재 현재 부호화 단위에서 가능한 최소 변환 단위 크기 'CurrMinTuSize'일 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 변환 단위 크기 RootTuSize는 예측 모드에 따라 달라질 수도 있다.
예를 들어, 현재 예측 모드가 인터 모드라면 RootTuSize는 아래 관계식 (2)에 따라 결정될 수 있다. 관계식 (2)에서 'MaxTransformSize'는 최대 변환 단위 크기, 'PUSize'는 현재 예측 단위 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PUSize) ......... (2)
즉 현재 예측 모드가 인터 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 예측 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
현재 파티션 단위의 예측 모드가 예측 모드가 인트라 모드라면 모드라면 'RootTuSize'는 아래 관계식 (3)에 따라 결정될 수 있다. 'PartitionSize'는 현재 파티션 단위의 크기를 나타낸다.
RootTuSize = min(MaxTransformSize, PartitionSize) ...........(3)
즉 현재 예측 모드가 인트라 모드라면, 변환 단위 분할 정보가 0인 경우의 변환 단위 크기인 'RootTuSize'는 최대 변환 단위 크기 및 현재 파티션 단위 크기 중 작은 값으로 설정될 수 있다.
다만, 파티션 단위의 예측 모드에 따라 변동하는 일 실시예에 따른 현재 최대 변환 단위 크기 'RootTuSize'는 일 실시예일 뿐이며, 현재 최대 변환 단위 크기를 결정하는 요인이 이에 한정되는 것은 아님을 유의하여야 한다.
도 15 내지 25를 참조하여 전술된 트리 구조의 부호화 단위들에 기초한 비디오 부호화 기법에 따라, 트리 구조의 부호화 단위들마다 공간영역의 영상 데이터가 부호화되며, 트리 구조의 부호화 단위들에 기초한 비디오 복호화 기법에 따라 최대 부호화 단위마다 복호화가 수행되면서 공간 영역의 영상 데이터가 복원되어, 픽처 및 픽처 시퀀스인 비디오가 복원될 수 있다. 복원된 비디오는 재생 장치에 의해 재생되거나, 저장 매체에 저장되거나, 네트워크를 통해 전송될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
설명의 편의를 위해 앞서 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 부호화 방법 및/또는 비디오 부호화 방법은, '본 발명의 비디오 부호화 방법'으로 통칭한다. 또한, 앞서 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 복호화 방법 및/또는 비디오 복호화 방법은 '본 발명의 비디오 복호화 방법'으로 지칭한다
또한, 앞서 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 복호화 장치(1200), 비디오 부호화 장치(1500) 또는 영상 부호화부(1700)로 구성된 비디오 부호화 장치는, '본 발명의 비디오 부호화 장치'로 통칭한다. 또한, 앞서 도 11a 내지 24을 참조하여 전술된 스케일러블 비디오 복호화 장치(1250), 비디오 복호화 장치(1550) 또는 영상 복호화부(1750)로 구성된 비디오 복호화 장치는, '본 발명의 비디오 복호화 장치'로 통칭한다.
일 실시예에 따른 프로그램이 저장되는 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체가 디스크(26000)인 실시예를 이하 상술한다.
도 26은 다양한 실시예에 따른 프로그램이 저장된 디스크(26000)의 물리적 구조를 예시한다. 저장매체로서 전술된 디스크(26000)는, 하드드라이브, 시디롬(CD-ROM) 디스크, 블루레이(Blu-ray) 디스크, DVD 디스크일 수 있다. 디스크(26000)는 다수의 동심원의 트랙(tr)들로 구성되고, 트랙들은 둘레 방향에 따라 소정 개수의 섹터(Se)들로 분할된다. 상기 전술된 일 실시예에 따른 프로그램을 저장하는 디스크(26000) 중 특정 영역에, 전술된 양자화 파라미터 결정 방법, 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법을 구현하기 위한 프로그램이 할당되어 저장될 수 있다.
전술된 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하는 저장매체를 이용하여 달성된 컴퓨터 시스템이 도 21를 참조하여 후술된다.
도 27는 디스크(26000)를 이용하여 프로그램을 기록하고 판독하기 위한 디스크드라이브(26800)를 도시한다. 컴퓨터 시스템(26700)은 디스크드라이브(26800)를 이용하여 본 발명의 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위한 프로그램을 디스크(26000)에 저장할 수 있다. 디스크(26000)에 저장된 프로그램을 컴퓨터 시스템(26700)상에서 실행하기 위해, 디스크 드라이브(26800)에 의해 디스크(26000)로부터 프로그램이 판독되고, 프로그램이 컴퓨터 시스템(26700)에게로 전송될 수 있다.
도 26 및 28서 예시된 디스크(26000) 뿐만 아니라, 메모리 카드, 롬 카세트, SSD(Solid State Drive)에도 본 발명의 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위한 프로그램이 저장될 수 있다.
전술된 실시예에 따른 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용된 시스템이 후술된다.
도 28은 컨텐트 유통 서비스(content distribution service)를 제공하기 위한 컨텐트 공급 시스템(content supply system)(11000)의 전체적 구조를 도시한다. 통신시스템의 서비스 영역은 소정 크기의 셀들로 분할되고, 각 셀에 베이스 스테이션이 되는 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)이 설치된다.
컨텐트 공급 시스템(11000)은 다수의 독립 디바이스들을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터(12100), PDA(Personal Digital Assistant)(12200), 카메라(12300) 및 휴대폰(12500)과 같은 독립디바이스들이, 인터넷 서비스 공급자(11200), 통신망(11400), 및 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)을 거쳐 인터넷(11100)에 연결된다.
그러나, 컨텐트 공급 시스템(11000)은 도 23에 도시된 구조에만 한정되는 것이 아니며, 디바이스들이 선택적으로 연결될 수 있다. 독립 디바이스들은 무선 기지국(11700, 11800, 11900, 12000)을 거치지 않고 통신망(11400)에 직접 연결될 수도 있다.
비디오 카메라(12300)는 디지털 비디오 카메라와 같이 비디오 영상을 촬영할 수 있는 촬상 디바이스이다. 휴대폰(12500)은 PDC(Personal Digital Communications), CDMA(code division multiple access), W-CDMA(wideband code division multiple access), GSM(Global System for Mobile Communications), 및 PHS(Personal Handyphone System)방식과 같은 다양한 프로토콜들 중 적어도 하나의 통신방식을 채택할 수 있다.
비디오 카메라(12300)는 무선기지국(11900) 및 통신망(11400)을 거쳐 스트리밍 서버(11300)에 연결될 수 있다. 스트리밍 서버(11300)는 사용자가 비디오 카메라(12300)를 사용하여 전송한 컨텐트를 실시간 방송으로 스트리밍 전송할 수 있다. 비디오 카메라(12300)로부터 수신된 컨텐트는 비디오 카메라(12300) 또는 스트리밍 서버(11300)에 의해 부호화될 수 있다. 비디오 카메라(12300)로 촬영된 비디오 데이터는 컴퓨터(12100)을 거쳐 스트리밍 서버(11300)로 전송될 수도 있다.
카메라(12600)로 촬영된 비디오 데이터도 컴퓨터(12100)를 거쳐 스트리밍 서버(11300)로 전송될 수도 있다. 카메라(12600)는 디지털 카메라와 같이 정지영상과 비디오 영상을 모두 촬영할 수 있는 촬상 장치이다. 카메라(12600)로부터 수신된 비디오 데이터는 카메라(12600) 또는 컴퓨터(12100)에 의해 부호화될 수 있다. 비디오 부호화 및 복호화를 위한 소프트웨어는 컴퓨터(12100)가 억세스할 수 있는 시디롬 디스크, 플로피디스크, 하드디스크 드라이브, SSD , 메모리 카드와 같은 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다.
또한 휴대폰(12500)에 탑재된 카메라에 의해 비디오가 촬영된 경우, 비디오 데이터가 휴대폰(12500)으로부터 수신될 수 있다.
비디오 데이터는, 비디오 카메라(12300), 휴대폰(12500) 또는 카메라(12600)에 탑재된 LSI(Large scale integrated circuit) 시스템에 의해 부호화될 수 있다.
일 실시예에 따른 컨텐트 공급 시스템(11000)에서, 예를 들어 콘서트의 현장녹화 컨텐트와 같이, 사용자가 비디오 카메라(12300), 카메라(12600), 휴대폰(12500) 또는 다른 촬상 디바이스를 이용하여 녹화된 컨텐트가 부호화되고, 스트리밍 서버(11300)로 전송된다. 스트리밍 서버(11300)는 컨텐트 데이터를 요청한 다른 클라이언트들에게 컨텐트 데이터를 스트리밍 전송할 수 있다.
클라이언트들은 부호화된 컨텐트 데이터를 복호화할 수 있는 디바이스이며, 예를 들어 컴퓨터(12100), PDA(12200), 비디오 카메라(12300) 또는 휴대폰(12500)일 수 있다. 따라서, 컨텐트 공급 시스템(11000)은, 클라이언트들이 부호화된 컨텐트 데이터를 수신하여 재생할 수 있도록 한다. 또한 컨텐트 공급 시스템(11000)은, 클라이언트들이 부호화된 컨텐트 데이터를 수신하여 실시간으로 복호화하고 재생할 수 있도록 하여, 개인방송(personal broadcasting)이 가능하게 한다.
컨텐트 공급 시스템(11000)에 포함된 독립 디바이스들의 부호화 동작 및 복호화 동작에 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치가 적용될 수 있다.
도 29 및 31을 참조하여 컨텐트 공급 시스템(11000) 중 휴대폰(12500)의 일 실시예가 상세히 후술된다.
도 29은, 다양한 실시예에 따른 본 발명의 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 적용되는 휴대폰(12500)의 외부 구조를 도시한다. 휴대폰(12500)은 기능이 제한되어 있지 않고 응용 프로그램을 통해 상당 부분의 기능을 변경하거나 확장할 수 있는 스마트폰일 수 있다.
휴대폰(12500)은, 무선기지국(12000)과 RF신호를 교환하기 위한 내장 안테나(12510)을 포함하고, 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상들 또는 안테나(12510)에 의해 수신되어 복호화된 영상들을 디스플레이하기 위한 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes)화면 같은 디스플레이화면(12520)를 포함한다. 스마트폰(12510)은 제어버튼, 터치패널을 포함하는 동작 패널(12540)를 포함한다. 디스플레이화면(12520)이 터치스크린인 경우, 동작 패널(12540)은 디스플레이화면(12520)의 터치감지패널을 더 포함한다. 스마트폰(12510)은 음성, 음향을 출력하기 위한 스피커(12580) 또는 다른 형태의 음향출력부와, 음성, 음향이 입력되는 마이크로폰(12550) 또는 다른 형태의 음향입력부를 포함한다. 스마트폰(12510)은 비디오 및 정지영상을 촬영하기 위한 CCD 카메라와 같은 카메라(12530)를 더 포함한다. 또한, 스마트폰(12510)은 카메라(12530)에 의해 촬영되거나 이메일(E-mail)로 수신되거나 다른 형태로 획득된 비디오나 정지영상들과 같이, 부호화되거나 복호화된 데이터를 저장하기 위한 저장매체(12570); 그리고 저장매체(12570)를 휴대폰(12500)에 장착하기 위한 슬롯(12560)을 포함할 수 있다. 저장매체(12570)는 SD카드 또는 플라스틱 케이스에 내장된 EEPROM(electrically erasable and programmable read only memory)와 같은 다른 형태의 플래쉬 메모리일 수 있다.
도 30은 휴대폰(12500)의 내부 구조를 도시한다. 디스플레이화면(12520) 및 동작 패널(12540)로 구성된 휴대폰(12500)의 각 파트를 조직적으로 제어하기 위해, 전력공급회로(12700), 동작입력제어부(12640), 영상부호화부(12720), 카메라 인터페이스(12630), LCD제어부(12620), 영상복호화부(12690), 멀티플렉서/디멀티플렉서(multiplexer/demultiplexer)(12680), 기록/판독부(12670), 변조/복조(modulation/demodulation)부(12660) 및 음향처리부(12650)가, 동기화 버스(12730)를 통해 중앙제어부(12710)에 연결된다.
사용자가 전원 버튼을 동작하여 '전원꺼짐' 상태에서 '전원켜짐' 상태로 설정하면, 전력공급회로(12700)는 배터리팩으로부터 휴대폰(12500)의 각 파트에 전력을 공급함으로써, 휴대폰(12500)가 동작 모드로 셋팅될 수 있다.
중앙제어부(12710)는 CPU, ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함한다.
휴대폰(12500)이 외부로 통신데이터를 송신하는 과정에서는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 휴대폰(12500)에서 디지털 신호가 생성된다, 예를 들어, 음향처리부(12650)에서는 디지털 음향신호가 생성되고, 영상 부호화부(12720)에서는 디지털 영상신호가 생성되며, 동작 패널(12540) 및 동작 입력제어부(12640)를 통해 메시지의 텍스트 데이터가 생성될 수 있다. 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 디지털 신호가 변조/복조부(12660)에게 전달되면, 변조/복조부(12660)는 디지털 신호의 주파수대역을 변조하고, 통신회로(12610)는 대역변조된 디지털 음향신호에 대해 D/A변환(Digital-Analog conversion) 및 주파수변환(frequency conversion) 처리를 수행한다. 통신회로(12610)로부터 출력된 송신신호는 안테나(12510)를 통해 음성통신기지국 또는 무선기지국(12000)으로 송출될 수 있다.
예를 들어, 휴대폰(12500)이 통화 모드일 때 마이크로폰(12550)에 의해 획득된 음향신호는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 음향처리부(12650)에서 디지털 음향신호로 변환된다. 생성된 디지털 음향신호는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 거쳐 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 송출될 수 있다.
데이터통신 모드에서 이메일과 같은 텍스트 메시지가 전송되는 경우, 동작 패널(12540)을 이용하여 메시지의 텍스트 데이터가 입력되고, 텍스트 데이터가 동작 입력제어부(12640)를 통해 중앙제어부(12610)로 전송된다. 중앙제어부(12610)의 제어에 따라, 텍스트 데이터는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 통해 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 무선기지국(12000)에게로 송출된다.
데이터통신 모드에서 영상 데이터를 전송하기 위해, 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상 데이터가 카메라 인터페이스(12630)를 통해 영상부호화부(12720)로 제공된다. 카메라(12530)에 의해 촬영된 영상 데이터는 카메라 인터페이스(12630) 및 LCD제어부(12620)를 통해 디스플레이화면(12520)에 곧바로 디스플레이될 수 있다.
영상부호화부(12720)의 구조는, 전술된 본 발명의 비디오 부호화 장치의 구조와 상응할 수 있다. 영상부호화부(12720)는, 카메라(12530)로부터 제공된 영상 데이터를, 전술된 본 발명의 비디오 부호화 방식에 따라 부호화하여, 압축 부호화된 영상 데이터로 변환하고, 부호화된 영상 데이터를 다중화/역다중화부(12680)로 출력할 수 있다. 카메라(12530)의 녹화 중에 휴대폰(12500)의 마이크로폰(12550)에 의해 획득된 음향신호도 음향처리부(12650)를 거쳐 디지털 음향데이터로 변환되고, 디지털 음향데이터는 다중화/역다중화부(12680)로 전달될 수 있다.
다중화/역다중화부(12680)는 음향처리부(12650)로부터 제공된 음향데이터와 함께 영상부호화부(12720)로부터 제공된 부호화된 영상 데이터를 다중화한다. 다중화된 데이터는 변조/복조부(12660) 및 통신회로(12610)를 통해 송신신호로 변환되고, 안테나(12510)를 통해 송출될 수 있다.
휴대폰(12500)이 외부로부터 통신데이터를 수신하는 과정에서는, 안테나(12510)를 통해 수신된 신호를 주파수복원(frequency recovery) 및 A/D변환(Analog-Digital conversion) 처리를 통해 디지털 신호를 변환한다. 변조/복조부(12660)는 디지털 신호의 주파수대역을 복조한다. 대역복조된 디지털 신호는 종류에 따라 비디오 복호화부(12690), 음향처리부(12650) 또는 LCD제어부(12620)로 전달된다.
휴대폰(12500)은 통화 모드일 때, 안테나(12510)를 통해 수신된 신호를 증폭하고 주파수변환 및 A/D변환(Analog-Digital conversion) 처리를 통해 디지털 음향 신호를 생성한다. 수신된 디지털 음향 신호는, 중앙제어부(12710)의 제어에 따라 변조/복조부(12660) 및 음향처리부(12650)를 거쳐 아날로그 음향 신호로 변환되고, 아날로그 음향 신호가 스피커(12580)를 통해 출력된다.
데이터통신 모드에서 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 비디오 파일의 데이터가 수신되는 경우, 안테나(12510)를 통해 무선기지국(12000)으로부터 수신된 신호는 변조/복조부(12660)의 처리결과 다중화된 데이터를 출력하고, 다중화된 데이터는 다중화/역다중화부(12680)로 전달된다.
안테나(12510)를 통해 수신한 다중화된 데이터를 복호화하기 위해, 다중화/역다중화부(12680)는 다중화된 데이터를 역다중화하여 부호화된 비디오 데이터스트림과 부호화된 오디오 데이터스트림을 분리한다. 동기화 버스(12730)에 의해, 부호화된 비디오 데이터스트림은 비디오 복호화부(12690)로 제공되고, 부호화된 오디오 데이터스트림은 음향처리부(12650)로 제공된다.
영상복호화부(12690)의 구조는, 전술된 본 발명의 비디오 복호화 장치의 구조와 상응할 수 있다. 영상복호화부(12690)는 전술된 본 발명의 비디오 복호화 방법을 이용하여, 부호화된 비디오 데이터를 복호화하여 복원된 비디오 데이터를 생성하고, 복원된 비디오 데이터를 LCD제어부(1262)를 거쳐 디스플레이화면(1252)에게 복원된 비디오 데이터를 제공할 수 있다.
이에 따라 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 비디오 파일의 비디오 데이터가 디스플레이화면(1252)에서 디스플레이될 수 있다. 이와 동시에 음향처리부(1265)도 오디오 데이터를 아날로그 음향 신호로 변환하고, 아날로그 음향 신호를 스피커(1258)로 제공할 수 있다. 이에 따라, 인터넷의 웹사이트로부터 억세스된 비디오 파일에 포함된 오디오 데이터도 스피커(1258)에서 재생될 수 있다.
휴대폰(1150) 또는 다른 형태의 통신단말기는 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 모두 포함하는 송수신 단말기이거나, 전술된 본 발명의 비디오 부호화 장치만을 포함하는 송신단말기이거나, 본 발명의 비디오 복호화 장치만을 포함하는 수신단말기일 수 있다.
본 발명의 통신시스템은 도 28를 참조하여 전술한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 31은 다양한 실시예에 따른 통신시스템이 적용된 디지털 방송 시스템을 도시한다. 도 31의 일 실시예에 따른 디지털 방송 시스템은, 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하여, 위성 또는 지상파 네트워크를 통해 전송되는 디지털 방송을 수신할 수 있다.
구체적으로 보면, 방송국(12890)은 전파를 통해 비디오 데이터스트림을 통신위성 또는 방송위성(12900)으로 전송한다. 방송위성(12900)은 방송신호를 전송하고, 방송신호는 가정에 있는 안테나(12860)에 의해 위성방송수신기로 수신된다. 각 가정에서, 부호화된 비디오스트림은 TV수신기(12810), 셋탑박스(set-top box)(12870) 또는 다른 디바이스에 의해 복호화되어 재생될 수 있다.
재생장치(12830)에서 본 발명의 비디오 복호화 장치가 구현됨으로써, 재생장치(12830)가 디스크 및 메모리 카드와 같은 저장매체(12820)에 기록된 부호화된 비디오스트림을 판독하여 복호화할 수 있다. 이에 따라 복원된 비디오 신호는 예를 들어 모니터(12840)에서 재생될 수 있다.
위성/지상파 방송을 위한 안테나(12860) 또는 케이블TV 수신을 위한 케이블 안테나(12850)에 연결된 셋탑박스(12870)에도, 본 발명의 비디오 복호화 장치가 탑재될 수 있다. 셋탑박스(12870)의 출력데이터도 TV모니터(12880)에서 재생될 수 있다.
다른 예로, 셋탑박스(12870) 대신에 TV수신기(12810) 자체에 본 발명의 비디오 복호화 장치가 탑재될 수도 있다.
적절한 안테나(12910)를 구비한 자동차(12920)가 위성(12800) 또는 무선기지국(11700)으로부터 송출되는 신호를 수신할 수도 있다. 자동차(12920)에 탑재된 자동차 네비게이션 시스템(12930)의 디스플레이 화면에 복호화된 비디오가 재생될 수 있다.
비디오 신호는, 본 발명의 비디오 부호화 장치에 의해 부호화되어 저장매체에 기록되어 저장될 수 있다. 구체적으로 보면, DVD 레코더에 의해 영상 신호가 DVD디스크(12960)에 저장되거나, 하드디스크 레코더(12950)에 의해 하드디스크에 영상 신호가 저장될 수 있다. 다른 예로, 비디오 신호는 SD카드(12970)에 저장될 수도 있다. 하드디스크 레코더(12950)가 일 실시예에 따른 본 발명의 비디오 복호화 장치를 구비하면, DVD디스크(12960), SD카드(12970) 또는 다른 형태의 저장매체에 기록된 비디오 신호가 모니터(12880)에서 재생될 수 있다.
자동차 네비게이션 시스템(12930)은 도 30의 카메라(12530), 카메라 인터페이스(12630) 및 영상 부호화부(12720)를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(12100) 및 TV수신기(12810)도, 도 30의 카메라(12530), 카메라 인터페이스(12630) 및 영상 부호화부(12720)를 포함하지 않을 수 있다.
도 32은 다양한 실시예에 따른 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 이용하는 클라우드 컴퓨팅 시스템의 네트워크 구조를 도시한다.
본 발명의 클라우드 컴퓨팅 시스템은 클라우드 컴퓨팅 서버(14100), 사용자 DB(14100), 컴퓨팅 자원(14200) 및 사용자 단말기를 포함하여 이루어질 수 있다.
클라우드 컴퓨팅 시스템은, 사용자 단말기의 요청에 따라 인터넷과 같은 정보 통신망을 통해 컴퓨팅 자원의 온 디맨드 아웃소싱 서비스를 제공한다. 클라우드 컴퓨팅 환경에서, 서비스 제공자는 서로 다른 물리적인 위치에 존재하는 데이터 센터의 컴퓨팅 자원를 가상화 기술로 통합하여 사용자들에게 필요로 하는 서비스를 제공한다. 서비스 사용자는 어플리케이션(Application), 스토리지(Storage), 운영체제(OS), 보안(Security) 등의 컴퓨팅 자원을 각 사용자 소유의 단말에 설치하여 사용하는 것이 아니라, 가상화 기술을 통해 생성된 가상 공간상의 서비스를 원하는 시점에 원하는 만큼 골라서 사용할 수 있다.
특정 서비스 사용자의 사용자 단말기는 인터넷 및 이동통신망을 포함하는 정보통신망을 통해 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)에 접속한다. 사용자 단말기들은 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)로부터 클라우드 컴퓨팅 서비스 특히, 동영상 재생 서비스를 제공받을 수 있다. 사용자 단말기는 데스트탑 PC(14300), 스마트TV(14400), 스마트폰(14500), 노트북(14600), PMP(Portable Multimedia Player)(14700), 태블릿 PC(14800) 등, 인터넷 접속이 가능한 모든 전자 기기가 될 수 있다.
클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 클라우드 망에 분산되어 있는 다수의 컴퓨팅 자원(14200)을 통합하여 사용자 단말기에게 제공할 수 있다. 다수의 컴퓨팅 자원(14200)은 여러가지 데이터 서비스를 포함하며, 사용자 단말기로부터 업로드된 데이터를 포함할 수 있다. 이런 식으로 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 여러 곳에 분산되어 있는 동영상 데이터베이스를 가상화 기술로 통합하여 사용자 단말기가 요구하는 서비스를 제공한다.
사용자 DB(14100)에는 클라우드 컴퓨팅 서비스에 가입되어 있는 사용자 정보가 저장된다. 여기서, 사용자 정보는 로그인 정보와, 주소, 이름 등 개인 신용 정보를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 정보는 동영상의 인덱스(Index)를 포함할 수 있다. 여기서, 인덱스는 재생을 완료한 동영상 목록과, 재생 중인 동영상 목록과, 재생 중인 동영상의 정지 시점 등을 포함할 수 있다.
사용자 DB(14100)에 저장된 동영상에 대한 정보는, 사용자 디바이스들 간에 공유될 수 있다. 따라서 예를 들어 노트북(14600)으로부터 재생 요청되어 노트북(14600)에게 소정 동영상 서비스를 제공한 경우, 사용자 DB(14100)에 소정 동영상 서비스의 재생 히스토리가 저장된다. 스마트폰(14500)으로부터 동일한 동영상 서비스의 재생 요청이 수신되는 경우, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 DB(14100)을 참조하여 소정 동영상 서비스를 찾아서 재생한다. 스마트폰(14500)이 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)를 통해 동영상 데이터스트림을 수신하는 경우, 동영상 데이터스트림을 복호화하여 비디오를 재생하는 동작은, 앞서 도 24을 참조하여 전술한 휴대폰(12500)의 동작과 유사하다.
클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 DB(14100)에 저장된 소정 동영상 서비스의 재생 히스토리를 참조할 수도 있다. 예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 단말기로부터 사용자 DB(14100)에 저장된 동영상에 대한 재생 요청을 수신한다. 동영상이 그 전에 재생 중이었던 것이면, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)는 사용자 단말기로의 선택에 따라 처음부터 재생하거나, 이전 정지 시점부터 재생하느냐에 따라 스트리밍 방법이 달라진다. 예를 들어, 사용자 단말기가 처음부터 재생하도록 요청한 경우에는 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)가 사용자 단말기에게 해당 동영상을 첫 프레임부터 스트리밍 전송한다. 반면, 단말기가 이전 정지시점부터 이어서 재생하도록 요청한 경우에는, 클라우드 컴퓨팅 서버(14100)가 사용자 단말기에게 해당 동영상을 정지시점의 프레임부터 스트리밍 전송한다.
이 때 사용자 단말기는, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술한 본 발명의 비디오 복호화 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로, 사용자 단말기는, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술한 본 발명의 비디오 부호화 장치를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 단말기는, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술한 본 발명의 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치를 모두 포함할 수도 있다.
도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법, 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치가 활용되는 다양한 실시예들이 도 21 내지 도 27에서 전술되었다. 하지만, 도 12a 내지 25을 참조하여 전술된 비디오 부호화 방법 및 비디오 복호화 방법이 저장매체에 저장되거나 비디오 부호화 장치 및 비디오 복호화 장치가 디바이스에서 구현되는 다양한 실시예들은, 도 21 내지 도 27의 실시예들에 한정되지 않는다.
이제까지 개시된 다양한 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에서 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 명세서의 개시 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 명세서의 개시범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 스케일러블 비디오 부호화 방법에 있어서,
    향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위해, 기본 레이어 영상들 중 상기 향상 레이어 영상에 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계;
    상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷 에 따라 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계;
    위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계;
    상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여, 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계;
    상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 단계;
    상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 기본 레이어 영상들을 부호화하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 포함하는 비디오 부호화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 간 위상(phase)차를 결정하는 단계는
    상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및
    상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는
    상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및
    상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비디오 부호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 비디오 부호화 방법.
  6. 스케일러블 비디오 복호화 방법에 있어서,
    부호화된 기본 레이어 영상들이 포함된 기본 레이어 비트스트림을 복호화하여 획득한 상기 기본 레이어 영상들 중 향상 레이어 영상과 대응되는 참조 레이어 영상을 결정하는 단계;
    상기 향상 레이어 영상들과 상기 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱과 상기 향상 레이어 영상의 인터 레이어 예측을 위한 예측 오차가 포함된 향상 레이어 비트스트림을 복호화하여 상기 예측 오차 및 상기 스케일러블 코덱을 획득하는 단계;
    상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 상기 향상 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상의 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계;
    위상차별로 대응하는 필터계수 세트들을 포함하는 필터계수 데이터 중에서, 상기 결정된 위상차에 대응하는 적어도 하나의 필터 계수 세트를 선택하는 단계;
    상기 스케일러블 코덱을 이용하여, 상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행함으로써 상기 참조 레이어 영상의 해상도를 상기 배율로 확대시킨 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계;
    상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여 상기 향상 레이어 영상을 복원하는 단계를 포함하는 비디오 복호화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 생성하는 단계는 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상이 상기 향상 레이어 영상들의 비트 뎁스에 대응되도록 상기 참조 레이어 영상의 비트 뎁스를 변환하는 단계를 더 포함하는 비디오 복호화 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는
    상기 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 루마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 루마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계; 및
    상기 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계는
    상기 배율과 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 따라 크로마 픽셀 배율을 결정하는 단계; 및
    상기 크로마 픽셀 배율에 따라 상기 참조 레이어 영상의 크로마 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 크로마 픽셀 간 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 컬러 포맷을 변환하는 단계는 상기 참조 레이어 영상의 컬러 포맷을 루마 픽셀과 두 크로마 픽셀의 비가 4:2:2 또는 4:4:4가 되도록 변환하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 비디오 복호화 방법은, 상기 참조 레이어 영상 중에서 보간 필터링에 이용하는 샘플들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 비디오 복호화 방법.
  12. 스케일러블 비디오 부호화 장치에 있어서,
    위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부;
    기본 레이어 중에서 선택된 참조 레이어 영상과 상기 참조 레이어 영상에 대응되는 향상 레이어 영상의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여, 상기 참조 레이어 영상의 픽셀과 상기 향상 레이어 영상의 픽셀 간의 위상차를 결정하고, 상기 필터 계수 데이터 중에서 상기 결정된 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부;
    상기 선택된 필터 계수 세트를 이용하여 상기 참조 레이어 영상에 보간 필터링을 수행하는 업샘플링부;
    상기 업샘플링된 참조 레이어 영상과 상기 향상 레이어 영상 간의 예측 오차를 획득하는 예측 오차 획득부;
    상기 기본 레이어 영상에 대해 부호화를 수행하여 기본 레이어 비트스트림을 생성하는 기본 레이어 부호화부;
    상기 예측 오차 및 상기 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 포함하는 향상 레이어 비트스트림을 생성하는 향상 레이어 부호화부를 포함하는 비디오 부호화 장치.
  13. 스케일러블 비디오 복호화 장치에 있어서,
    위상차별로 대응하는 필터 계수 세트들이 저장된 필터데이터 저장부;
    향상 레이어 비트스트림으로부터, 업샘플링된 참조 레이어 영상과 향상 레이어 영상 간의 예측 오차 및 상기 향상 레이어 영상과 참조 레이어 영상 간의 배율 및 상기 향상 레이어의 컬러 포맷에 기초하여 보간 필터링을 수행하는 스케일러블 코덱을 획득하는 향상 레이어 비트스트림 복호화부;
    기본 레이어 비트스트림으로부터, 기본 레이어 영상을 생성하는 기본 레이어 비트스트림 복호화부;
    상기 필터데이터 저장부에 저장된 필터 계수 세트들 중에서, 상기 스케일러블 코덱으로부터 결정되는 위상차에 대응하는 필터 계수 세트를 선택하는 필터 선택부;
    상기 선택된 필터 계수 세트에 따라 상기 참조 레이어 영상에 상기 보간 필터링을 수행하여 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 획득하는 업샘플링부;
    상기 예측 오차와 상기 업샘플링된 참조 레이어 영상을 이용하여, 향상 레이어 영상을 획득하는 향상 레이어 획득부를 포함하는 비디오 복호화 방법.
  14. 제1항의 비디오 부호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
  15. 제8항의 비디오 복호화 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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