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KR101688085B1 - 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법 및 장치 Download PDF

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KR101688085B1 KR1020130141599A KR20130141599A KR101688085B1 KR 101688085 B1 KR101688085 B1 KR 101688085B1 KR 1020130141599 A KR1020130141599 A KR 1020130141599A KR 20130141599 A KR20130141599 A KR 20130141599A KR 101688085 B1 KR101688085 B1 KR 101688085B1
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Abstract

본 발명은 영상 부호화 장치의 처리 속도를 개선하기 위한 인트라 예측 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 현재 예측 유닛(CURRENT PREDICION UNIT)에 대한 복수의 인트라 예측 모드들을 소정의 그룹들로 묶는 단계, 상기 각각의 그룹들과 상기 현재 예측 유닛 사이의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하여, 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계, 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드 중에서 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용이 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 단계를 포함한다.

Description

고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법 및 장치{VIDEO CODING METHOD FOR FAST INTRA PREDICTION AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 영상 부호화에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 방향성 모드를 갖는 인트라 예측 모드를 고속으로 판정하는 인트라 예측 방법에 관한 것이다.
최근 HD(High Definition) 해상도를 지원하는 방송 시스템이 국내뿐만 아니라 세계적으로 확대되면서, 많은 사용자가 고해상도, 고화질의 영상에 익숙해지고 있으며, 이에 따라 많은 기관들이 차세대 영상기기에 대한 개발에 박차를 가하고 있다. 또한, HDTV와 더불어 HDTV의 4배 이상의 해상도를 지원하는 UHD(Ultra High Definition)에 대한 관심이 증대되면서, 더욱 높은 해상도, 고화질의 영상에 대한 압축 기술이 요구되고 있다.
영상의 압축을 위해, 선행하는 픽쳐 및/또는 뒤에 나오는 픽쳐로부터 현재 픽쳐에 포함된 픽셀 값을 예측하는 인터(inter) 예측 기술, 픽쳐 내의 픽셀 정보를 이용하여 픽셀 값을 예측하는 인트라(intra) 예측 기술 및/또는 출현 빈도가 높은 심볼(symbol)에 짧은 부호를 할당하고 출현 빈도가 낮은 심볼에 긴 부호를 할당하는 엔트로피 부호화 기술 등이 사용될 수 있다.
H.264 부호화의 경우, 부호화기에서 인트라 예측은 4x4 휘도 픽셀의 경우에 DC모드를 포함한 9개 방향모드에 따라 인접픽셀을 복사하여 예측화면을 만들고 원 화면과의 예측오차(SATD: Sum of the Absolute Transformed Differences)를 구하고 이 값이 가장 적은 모드를 최종 인트라 예측 모드로 판정한다.
한편, HEVC에서는 휘도 픽셀의 경우, 인트라 예측의 방향성 모드(또는, 인트라 예측 모드라 함)는 CU(Coding Unit)의 사이즈(최대 64x64~최소4x4)에 따라서 도 1에 도시된 바와 같이 PLANAR와 DC모드를 포함하여 35개의 방향성 모드를 갖는다. 이때, 복호기에서는 인트라 예측모드에 대한 정보를 부호화기로부터 받아 단순하게 1개의 방향성 모드에 대해서만 영상을 복원하면 되지만, 부호화기에서는 모든 방향성 모드에 대하여 예측화면을 만들고 이에 따른 최소의 예측오차를 계산하여 최종 방향성 모드를 판정한다.
따라서, 부호화기가 33개의 인트라 예측 모드를 순차적 혹은 병렬로 구현하기 위해서는 소프트웨어로 처리시 상당한 계산 량과 시간을 요구하게 되며, 이를 하드웨어로 구현 시에도 많은 리소스를 사용하게 되어 하드웨어 사이즈가 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 인트라 예측 모드를 결정하는데 필요한 연산량을 단축하여 처리 속도를 개선한 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법은 현재 예측 유닛(CURRENT PREDICION UNIT)에 대한 복수의 인트라 예측 모드들을 소정의 그룹들로 묶는 단계; 상기 각각의 그룹들과 상기 현재 예측 유닛 사이의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하여, 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드 중에서 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용이 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 소정의 그룹들로 묶는 단계는 복수의 인트라 예측 모드들을, 예측을 수행하는 방향에 따라서 소정의 그룹으로 묶는 단계를 포함한다.
다른 실시예로서, 상기 소정의 그룹으로 묶는 단계는 HEVC 인트라 예측을 위해 지원되는 복수의 인트라 예측 모드들 중에서, ANGULAR(2) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 HORIZONTAL(10) 모드까지를 제1 그룹(WS 그룹)으로 묶고, HORIZONTAL(10) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(18) 모드까지를 제2 그룹(WN 그룹)으로 묶고, ANGULAR(18) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 VERTICAL(26) 모드까지를 제3 그룹(NW 그룹)으로 묶고, VERTICAL(26) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(34) 모드까지를 제4 그룹(NE 그룹)으로 묶는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계는 상기 각각의 그룹들에 속하는 복수의 인트라 예측 모드들 중 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 단계와, 상기 각각의 그룹 별로 상기 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와, 상기 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예로서, 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계는, 상기 제1 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 ANGULAR(2) 모드, ANGULAR(6) 모드, HORIZONTAL(10) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와, 상기 제2 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 HORIZONTAL(10) 모드, ANGULAR(14) 모드, ANGULAR(18) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와, 상기 제3 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 ANGULAR(18) 모드, ANGULAR(22) 모드, VERTICAL(26) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와, 상기 제4 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 VERTICAL(26) 모드, ANGULAR(30) 모드, ANGULAR(34) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와, 상기 제1 내지 제4 그룹 중에서 상기 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 최종 부호화 모드로 결정하는 단계는 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계에서 SATD 기반 부호화 비용이 계산된 인트라 예측 모드들을 제외한 나머지 인트라 예측 모드들에 대해서만 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 단계를 포함한다.
다른 실시예로서, 최종 부호화 모드로 결정하는 단계는 상기 제1 그룹이 부호화 비용이 최소가 되는 그룹으로 결정된 경우, ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 단계와, 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계에서 계산된 ANGULAR(2) 모드, ANGULAR(6) 모드, HORIZONTAL(10) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용과, 상기 ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용 중에서 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 장치는 부호화 대상 블록 주변의 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부; 및 상기 부호화 대상 블록과 상기 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성하는 감산부를 포함한다.
상기 인트라 예측부는 현재 예측 유닛(CURRENT PREDICION UNIT)에 대한 복수의 인트라 예측 모드들을 소정의 그룹들로 묶고; 상기 각각의 그룹들과 상기 현재 예측 유닛 사이의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하여, 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하고; 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드 중에서 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용이 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정한다.
바람직한 실시예로서, 상기 인트라 예측부는 HEVC 인트라 예측을 위해 지원되는 복수의 인트라 예측 모드들 중에서, ANGULAR(2) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 HORIZONTAL(10) 모드까지를 제1 그룹(WS 그룹)으로 묶고, HORIZONTAL(10) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(18) 모드까지를 제2 그룹(WN 그룹)으로 묶고, ANGULAR(18) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 VERTICAL(26) 모드까지를 제3 그룹(NW 그룹)으로 묶고, VERTICAL(26) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(34) 모드까지를 제4 그룹(NE 그룹)으로 묶는다.
바람직한 실시예로서, 상기 인트라 예측부는 상기 각각의 그룹들에 속하는 복수의 인트라 예측 모드들 중 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하고; 상기 각각의 그룹 별로 상기 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하고; 상기 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정한다.
다른 실시예로서, 상기 인트라 예측부는 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 최종 부호화 모드를 결정하는데 있어서, 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 데 부호화 비용이 계산된 인트라 예측 모드들을 제외한 나머지 인트라 예측 모드들에 대해서만 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산한다.
다른 실시예로서, 상기 인트라 예측부는 상기 제1 그룹이 부호화 비용이 최소가 되는 그룹으로 결정된 경우, ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하고; 상기 제1 그룹을 부호화 비용이 최소가 되는 그룹으로 결정하는데 계산된 ANGULAR(2) 모드, ANGULAR(6) 모드, HORIZONTAL(10) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용과, 상기 ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용 중에서 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, HEVC 영상 부호화기 특정방향을 예측하고 예측된 방향에 대해서만 인트라 예측을 수행함으로써, 기존의 35개의 인트라 예측의 방향 모드 중에서 15개 방향 모드만으로 인트라 예측 모드를 판정할 수 있으므로, 연산 량을 1/2 이상으로 감소시켜 고속의 실시간 부호화기를 구현할 수 있다.
그 결과 부호화기의 인트라 예측에 필요한 HW/SW의 리소스를 줄이고, 소모전력을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 HEVC에서 지원하는 인트라 예측 모드의 33가지 예측 방향을 도시한 도면.
도 2는 영상 부호화 장치의 구성을 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 도 1에 도시된 HEVC에서 지원하는 인트라 예측 모드의 예측 방향을 그룹화한 일 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 결정된 그룹에서 최종 부호화 모드를 결정하는 일 예를 도시한 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 영상 부호화 장치의 구성을 도시한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 영상 부호화 장치(100)는 움직임 예측부(111), 움직임 보상부(112), 인트라 예측부(120), 스위치(115), 감산기(125), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(175), 필터부(180) 및 참조 픽쳐 버퍼(190)를 포함한다.
영상 부호화 장치(100)는 입력 영상을 인트라 예측 모드(intra prediction mode) 또는 인터 예측 모드(inter prediction mode)로 부호화하여 비트스트림(bitstream)을 출력한다. 인트라 예측은 화면 내 예측, 인터 예측은 화면 간 예측을 의미한다. 영상 부호화 장치(100)는 스위치(115)의 전환을 통해 인트라 예측 모드와 인터 예측 모드 사이를 천이한다. 영상 부호화 장치(100)는 입력 영상의 입력 블록에 대한 예측 블록을 생성한 후, 입력 블록과 예측 블록의 차분(residual)을 부호화한다.
인트라 예측 모드의 경우, 인트라 예측부(120)는 현재 블록 주변의 이미 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성한다.
인터 예측 모드의 경우, 움직임 예측부(111)는 움직임 예측 과정에서 참조 픽쳐 버퍼(190)에 저장되어 있는 참조 픽쳐 내에서 입력 블록과 가장 매칭이 잘 되는 참조 블록을 찾아 움직임 벡터를 구한다. 움직임 보상부(112)는 상기 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행하여 예측 블록을 생성한다. 여기서, 움직임 벡터는 인터 예측에 사용되는 2차원 벡터이며, 현재 부호화/복호화의 대상 블록과 참조 블록 사이의 오프셋을 나타낸다.
감산기(125)는 입력 블록과 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성하고, 변환부(130)는 상기 차분 블록을 변환(transform)하여 변환 계수(transform coefficient)를 출력한다. 양자화부(140)는 상기 변환 계수를 양자화하여 양자화된 계수(quantized coefficient)를 출력한다.
엔트로피 부호화부(150)는 부호화/양자화 과정에서 획득한 정보에 기반한 엔트로피 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력한다. 엔트로피 부호화는 빈번하게 발생되는 심볼(symbol)을 적은 수의 비트로 표현함으로써 부호화의 대상 심볼에 대한 비트열의 크기를 감소시킨다. 따라서, 엔트로피 부호화를 통해 영상의 압축 성능의 향상을 기대할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 엔트로피 부호화를 위해 지수 골룸(exponential golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding, CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법을 사용할 수 있다.
인터 예측 부호화를 수행하기 위한 참조 픽쳐로 사용되기 위해 부호화된 픽쳐는 다시 복호화되어 저장될 필요가 있다. 따라서, 역양자화부(160)는 양자화된 계수를 역양자화하고, 역변화부(170)는 역양자화된 계수를 역변환(inverse transform)하여 복원된 차분 블록을 출력한다. 가산기(175)는 예측 블록에 복원된 차분 블록을 더하여 복원 블록을 생성한다.
필터부(180)는 적응적 인-루프(in-loop) 필터로도 불리며, 복원 블록에 디블록킹 필터링(deblocking filtering), SAO(Sample Adaptive Offset) 보상, ALF(Adaptive Loop Filtering) 중 적어도 하나 이상을 적용한다. 디블록킹 필터링은 블록 간 경계에 생긴 블록 왜곡을 제거하는 것을 의미하고, SAO 보상은 코딩 에러를 보상하기 위해 픽셀 값에 적정 오프셋(offset)을 더해주는 것을 의미한다. 또한, ALF는 복원된 영상과 원래의 영상을 비교한 값에 기반하여 필터링을 수행하는 것을 의미한다.
한편, 참조 픽쳐 버퍼(190)는 필터부(180)를 거친 복원 블록을 저장한다.
이하, 블록은 부호화/복호화의 단위를 의미한다. 부호화/복호화 과정에서, 영상은 소정의 크기로 분할되어 부호화/복호화된다. 따라서, 블록은 매크로 블록(MB: Macro Block), 부호화 유닛(CU: Coding Unit), 예측 유닛(PU: Prediction Unit), 변환 유닛(TU: Transform Unit) 등으로도 불릴 수도 있으며, 하나의 블록은 더 작은 크기의 하위 블록으로 분할될 수도 있다.
여기서, 예측 유닛은 예측 및/또는 움직임 보상 수행의 기본 단위를 의미한다. 예측 유닛은 복수의 파티션(partition)으로 분할될 수 있으며, 각각의 파티션은 예측 유닛 파티션(prediction unit partition)으로 불린다. 예측 유닛이 복수의 파티션으로 분할된 경우, 예측 유닛 파티션은 예측 및/또는 움직임 보상 수행의 기본 단위가 될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 예측 유닛은 예측 유닛 파티션을 의미할 수도 있다.
한편, 국제 비디오 압축 표준화 단체인 JCT-VC는 새로운 비디오 압축 표준인 HEVC(High Efficiency Video Coding)의 표준화 작업을 진행하고 있다. HEVC는 이전 비디오 압축 표준인 H.264/AVC의 부호화 성능을 넘어서기 위해 다양한 부호화 방법들을 도입하였다.
영상 압축 기술 중 하나인 인트라 예측(intra prediction) 기술은 시간적으로 다른 픽쳐를 참조하지 않고, 오직 부호화 대상 픽쳐(current picture)에서 공간적 주변 정보를 이용하여 부호화 대상 블록(current coding treeblock)을 예측하는 방법이다. 인트라 예측 기술은 인터 예측(inter prediction) 기술과 함께 부호화 성능의 향상에 기여할 뿐만 아니라, 임의접근(random access)을 가능하게 하고, 부호화된 비트스트림의 에러 내성을 높인다. HEVC에서는 인트라 예측 모드의 종류를 최대 35개까지 확장하여 기존 비디오 압축 표준에 비해 높은 부호화 성능을 가질 수 있게 하였다.
인트라 예측 모드를 이용한 영상 부호화 방법은 이미 복호화된 공간적 주변 정보를 참조하여 부호화 대상 블록을 효과적으로 예측하고, 예측한 블록과 부호화 대상 블록의 차분 값만을 부호화하는 방법이다. 인트라 예측 모드는 참조 샘플로 이용할 수 있는 정보의 양이 시간적 주변 정보에 비해 적기 때문에 인터 예측 모드보다 일반적으로 낮은 부호화 성능을 가지지만, 새로운 물체의 출현 또는 조명의 변화와 같이 시간적 주변 정보로부터 부호화 대상 블록을 예측하기 힘든 경우, 인터 예측 모드보다 우수한 성능을 가진다.
이전 비디오 압축 표준에서의 인트라 예측 기술과 비교하였을 때, HEVC에서의 인트라 예측 기술의 가장 큰 특징은 표 1에서 보는 바와 같이 더 많은 수의 예측 모드(prediction mode)를 지원하는 것이다.
PU 크기 인트라 예측 모드 수
4X4 18
8X8 35
16X16 35
32X32 35
64X64 4
H.264/AVC에서는 블록(prediction unit)의 크기에 따라 최대 9가지의 인트라 예측 모드를 지원하지만, HEVC에서는 최대 35가지의 인트라 예측 모드를 지원한다. 따라서, 보다 다양한 예측 모드를 이용하여 인트라 예측을 수행하므로, 예측의 정확성을 높일 수 있다. 하지만, 예측 모드의 수가 증가하면 복호화 장치에 어떤 예측 모드를 사용하였는지를 알려주는 지시자(indicator)에 할당되는 비트의 크기도 동시에 증가하므로, 예측 모드의 수를 증가시키는 것이 부호화 성능의 향상을 무조건 보장하는 것은 아니다. 최대 35가지의 인트라 예측 모드를 지원함에도 높은 부호화 성능을 가진다는 것은 그만큼 HEVC에서의 인트라 예측 모드의 설계가 잘 되었다는 것을 증명한다.
한편, 많은 수의 예측 모드 중에서 최적의 부호화 모드를 선택하기 위해, 부호화 장치에 요구되는 복잡도 또한 매우 증가하였다. 따라서, 부호화 장치의 복잡도를 줄이면서, 부호화 성능은 유지시킬 수 있는 고속 인트라 예측 알고리즘이 요구된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 복수의 인트라 예측 모드들을 소정의 그룹으로 묶는 단계(S10), 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계(S20), 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 부호화 비용이 최소가 되는 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 단계(S30)를 포함한다.
부호화 장치의 인트라 예측부는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 인트라 예측 방법을 수행하기 위해, 현재 부호화 유닛(current PU)에 대한 복수의 인트라 예측 모드들을 일정한 규칙에 의해 복수의 그룹으로 나눠 묶는다(S10).
전술한 바와 같이, HEVC에서는 DC 모드 및 PLANAR 모드를 제외한 33개 방향의 인트라 예측 모드를 지원한다. 본 발명에서는 예측 대상이 되는 현재 부호화 유닛과 주변 부호화 유닛 사이에는 방향성에 있어서 상당한 유사성이 있다는 점에 착안하여 총 33개의 인트라 예측 모드들을 크게 4개의 그룹으로 나누어 예측을 수행한다. 도 4에 4개의 그룹으로 나뉜 HEVC의 인트라 예측 모드가 도시된다.
도 4를 참조하면, HEVC에서 지원되는 33개의 인트라 예측 모드는 WS 방향의 제1 그룹과, WN 방향의 제2 그룹과, NW 방향의 제3 그룹과, NE 방향의 제4 그룹으로 나뉜다. 여기서, 제1 그룹은 ANGULAR(2) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 HORIZONTAL(10) 모드까지를 포함하고, 제2 그룹은 HORIZONTAL(10) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(18) 모드까지를 포함하고, 제3 그룹은 ANGULAR(18) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 VERTICAL(26) 모드까지를 포함한다. 또한, 제 4그룹은 VERTICAL(26) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(34) 모드까지로 구성된다. 아래 표 2에는 각 그룹에 속하는 인트라 예측 모드가 표시된다.
그룹 인트라 예측 모드
그룹 1 2,3,4,5,6,7,8,9,10
그룹 2 10,11,12,13,14,15,16,17,18
그룹 3 18,19,20,21,22,23,24,25,26
그룹 4 26,27,28,29,30,31,32,33,34
다음으로, 인트라 예측부는 상기 각각의 그룹들에 속하는 복수의 인트라 예측 모드들 중 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산한다.
예를 들어, 인트라 예측부는 그룹 1에서는 모드 2, 모드 6, 모드 10에 대해서만 SATD 기반 부호화 비용을 계산하고, 그룹 2에서는 모드 10, 모드 14, 모드 18에 대해서만, 그룹 3에서는 모드 18, 모드 22, 모드 26에 대해서만, 그룹 4에서는 모드 26, 모드 30, 모드 34에 대해서만 부호화 비용을 계산할 수 있다. 여기서, 각 그룹에서 계산되는 모드들은 각 그룹의 방향성을 나타내는 대표 값을 의미한다.
이후, 인트라 예측부는 각 그룹 별로 계산된 모드들에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정한다. 이와 같은, 그룹 결정 단계(S10)는 러프 모드 디시젼(rough mode decision) 과정으로 불릴 수도 있으며, 현재 예측 유닛의 방향성과 가장 유사한 방향성을 갖는 모드들의 후보군을 1차적으로 선별하는 절차이다.
각 그룹을 대표하는 모드들에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합은 아래 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013105716840-pat00001
Figure 112013105716840-pat00002
Figure 112013105716840-pat00003
Figure 112013105716840-pat00004
또한, SATD 기반 부호화 비용의 합 중에서 최소 값을 갖는 그룹은 아래 수학식 2에 의해 결정된다.
Figure 112013105716840-pat00005
여기서, Coarse Predicted Direction = WS , WN , NW or NE
다음으로, 인트라 예측부는 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드 중에서 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용이 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정한다(S30).
이때, 인트라 예측부는 상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계(S20)에서 SATD 기반 부호화 비용이 계산된 인트라 예측 모드들을 제외한 나머지 인트라 예측 모드들에 대해서만 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산한다.
설명의 편의를 위해 예측 방향이 WS(그룹 1)로 결정되었다고 가정하자.
도 5에 도시된 바와 같이 실선으로 표시된 6개의 방향모드에 대해서만 인트라 예측부는 세부적인 인트라 예측 (Fine Intra Prediction)을 수행한다. 이때 점선으로 표시된 3개의 방향에 대한 인트라 예측 예측은 이미 CIP(Coarse Intra Prediction, S20) 에서 계산하였기 때문에 추가적으로 계산하지 않는다. 실선으로 표시된 모드들에 대한 인트라 예측이 끝나면 현재 예측 유닛과의 SATD 기반 부호화 비용을 계산한다.
이후, 인트라 예측부는 예측된 방향의 그룹에 속하는 총 9개 방향의 인트라 예측 모드들에 대하여 최소의 예측 오차값을 가지는 모드를 최종 부호화 모드로 판정한다. S20 단계에 따른 그룹 결정과 이에 따른 S30 단계에 따른 최종 부호화 모드 결정에 사용되는 모드들은 표 3에 기술된다.
Coarse Intra Prediction mode(S20) Predicted Direction Fine Intra Prediction mode(S30)
2,6,10,
14,18,
22,26,
30,34		 WS(그룹 1) 3,4,5,7,8,9
WN(그룹 2) 11,12,13,15,16,17
NW(그룹 3) 19,20,21,23,24,25
NE(그룹 4) 27,28,29,31,32,33
표 3을 참조하면, 인트라 예측부는 S20 단계를 통해 계산된 모드 2,6,10 3개 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용과, S30 단계를 통해 계산된 모드 3,4,5,7,8,9 총 6개 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 포함한 총 9개의 부호화 비용 중에서 최소 값을 갖는 모드를 최종 부호화 모드로 결정한다. 나머지 그룹들(그룹 2,3,4)에 대해서도 그룹 1과 동일한 방식으로 최종 부호화 모드를 결정하며, 이에 대한 구체 설명은 그룹 1에 대한 설명으로 갈음한다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 인트라 예측 부호화 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 영상 부호화 장치에서의 영상 부호화 방법에 있어서,
    현재 예측 유닛(CURRENT PREDICION UNIT)에 대한 복수의 인트라 예측 모드들을 소정의 그룹들로 묶는 단계;
    상기 각각의 그룹들과 상기 현재 예측 유닛 사이의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하여, 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드 중에서 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용이 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계는,
    상기 각각의 그룹들에 속하는 복수의 인트라 예측 모드들 중 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 단계와,
    상기 각각의 그룹 별로 상기 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와,
    상기 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계를 포함하는 것인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 그룹들로 묶는 단계는,
    복수의 인트라 예측 모드들을, 예측을 수행하는 방향에 따라서 소정의 그룹으로 묶는 단계를 포함하는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법.

  3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 그룹으로 묶는 단계는,
    HEVC 인트라 예측을 위해 지원되는 복수의 인트라 예측 모드들 중에서, ANGULAR(2) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 HORIZONTAL(10) 모드까지를 제1 그룹(WS 그룹)으로 묶고, HORIZONTAL(10) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(18) 모드까지를 제2 그룹(WN 그룹)으로 묶고, ANGULAR(18) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 VERTICAL(26) 모드까지를 제3 그룹(NW 그룹)으로 묶고, VERTICAL(26) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(34) 모드까지를 제4 그룹(NE 그룹)으로 묶는 단계를 포함하는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계는,
    상기 제1 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 ANGULAR(2) 모드, ANGULAR(6) 모드, HORIZONTAL(10) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와,
    상기 제2 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 HORIZONTAL(10) 모드, ANGULAR(14) 모드, ANGULAR(18) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와,
    상기 제3 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 ANGULAR(18) 모드, ANGULAR(22) 모드, VERTICAL(26) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와,
    상기 제4 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 VERTICAL(26) 모드, ANGULAR(30) 모드, ANGULAR(34) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하는 단계와,
    상기 제1 내지 제4 그룹 중에서 상기 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계를 포함하는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 최종 부호화 모드로 결정하는 단계는,
    상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계에서 SATD 기반 부호화 비용이 계산된 인트라 예측 모드들을 제외한 나머지 인트라 예측 모드들에 대해서만 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 단계를 포함하는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법.
  7. 제5항에 있어서, 최종 부호화 모드로 결정하는 단계는,
    상기 제1 그룹이 부호화 비용이 최소가 되는 그룹으로 결정된 경우, ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 단계와,
    상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 단계에서 계산된 ANGULAR(2) 모드, ANGULAR(6) 모드, HORIZONTAL(10) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용과, 상기 ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용 중에서 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 단계를 포함하는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 방법.
  8. 부호화 대상 블록 주변의 부호화된 블록의 픽셀 값을 이용한 공간적 예측을 수행하여 예측 블록을 생성하는 인트라 예측부; 및
    상기 부호화 대상 블록과 상기 예측 블록의 차분에 기반하여 차분 블록(residual block)을 생성하는 감산부를 포함하되,
    상기 인트라 예측부는,
    현재 예측 유닛(CURRENT PREDICION UNIT)에 대한 복수의 인트라 예측 모드들을 소정의 그룹들로 묶고;
    상기 각각의 그룹들과 상기 현재 예측 유닛 사이의 SATD(Sum of Absolute Transform Difference) 기반 부호화 비용을 계산하여, 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하고;
    상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드 중에서 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용이 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하며,
    상기 각각의 그룹들에 속하는 복수의 인트라 예측 모드들 중 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하고,
    상기 각각의 그룹 별로 상기 기 설정된 일부 인트라 예측 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용의 합을 계산하고,
    상기 SATD 기반 부호화 비용의 합이 최소가 되는 그룹을 결정하는 것인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 인트라 예측부는,
    HEVC 인트라 예측을 위해 지원되는 복수의 인트라 예측 모드들 중에서, ANGULAR(2) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 HORIZONTAL(10) 모드까지를 제1 그룹(WS 그룹)으로 묶고, HORIZONTAL(10) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(18) 모드까지를 제2 그룹(WN 그룹)으로 묶고, ANGULAR(18) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 VERTICAL(26) 모드까지를 제3 그룹(NW 그룹)으로 묶고, VERTICAL(26) 모드와 이에 대해 시계방향으로 인접한 ANGULAR(34) 모드까지를 제4 그룹(NE 그룹)으로 묶는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서, 상기 인트라 예측부는,
    상기 결정된 그룹에 속하는 인트라 예측 모드들 중에서 최종 부호화 모드를 결정하는데 있어서, 상기 부호화 비용이 최소가 되는 그룹을 결정하는 데 부호화 비용이 계산된 인트라 예측 모드들을 제외한 나머지 인트라 예측 모드들에 대해서만 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하는 것
    인 고속 인트라 예측을 위한 영상 부호화 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 인트라 예측부는,
    상기 제1 그룹이 부호화 비용이 최소가 되는 그룹으로 결정된 경우, ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대해 상기 현재 예측 유닛에 대한 SATD 기반 부호화 비용을 계산하고;
    상기 제1 그룹을 부호화 비용이 최소가 되는 그룹으로 결정하는데 계산된 ANGULAR(2) 모드, ANGULAR(6) 모드, HORIZONTAL(10) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용과, 상기 ANGULAR(3) 모드, ANGULAR(4) 모드, ANGULAR(5) 모드, ANGULAR(7) 모드, ANGULAR(8) 모드, ANGULAR(9) 모드에 대한 SATD 기반 부호화 비용 중에서 최소가 되는 인트라 예측 모드를 최종 부호화 모드로 결정하는 것
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