WO2021006617A1 - 인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치 - Google Patents

인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치 Download PDF

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    • H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
    • H04N19/55—Motion estimation with spatial constraints, e.g. at image or region borders

Definitions

  • the present disclosure relates to encoding and decoding of an image (video). More specifically, in a coding tool that improves the compression performance of inter prediction, a method of adjusting the correction of a motion vector using a coding tool at the encoder/decoder side based on a high-level syntax. .
  • video data Since video data has a large amount of data compared to audio data or still image data, it requires a lot of hardware resources including memory to store or transmit itself without processing for compression.
  • video compression techniques include H.264/AVC and HEVC (High Efficiency Video Coding), which improves coding efficiency by about 40% compared to H.264/AVC.
  • predictive encoding is mainly used to improve compression performance.
  • inter prediction has superior compression performance compared to intra prediction and is thus widely used for video encoding.
  • a motion vector correction is adjusted at a sub/decoder side using a coding tool based on a higher-level syntax.
  • the main purpose of the coding tools is to provide a method of simply performing an integer sample search step and a fractional sample refinement step in relation to motion vector refinement. .
  • a video decoding apparatus decodes a sequence of coded pictures in block units, whether each of at least one coding tool is allowed from a bitstream
  • By decoding a second high-level syntax element corresponding to each of the at least one coding tool from the bitstream depending on the at least one first high-level syntax element it is determined whether each of the at least one coding tool is allowed.
  • both candidates within a preset offset range from initial motion vectors within the bidirectional reference pictures of the target block Generating a refined motion vector for the target block by calculating a metric between blocks and searching for a motion vector candidate having a minimum metric; And generating inter-prediction samples for the target block by using the bidirectional reference picture and the refined motion vector.
  • an image decoding apparatus for decoding a sequence of coded pictures in block units, at least one indicating whether each of at least one coding tool is allowed from a bitstream Decodes one first high level syntax element, and calculates a second high level syntax element corresponding to each of the at least one coding tool from the bitstream depending on the at least one first high level syntax element.
  • a prediction unit for generating a refined motion vector for the target block by calculating a metric between candidate blocks and searching for a motion vector candidate having a minimum metric, wherein the prediction unit comprises the bidirectional reference picture and the refined It provides an image decoding apparatus, characterized in that generating inter-prediction samples for the target block by using the generated motion vector.
  • an image encoding apparatus encodes a sequence of pictures in block units, for indicating whether each of at least one coding tool is permitted.
  • both candidates within a preset offset range from initial motion vectors within the bidirectional reference pictures of the target block Generating a refined motion vector for the target block by calculating a metric between blocks and searching for a motion vector candidate having a minimum metric; And generating inter-prediction samples for the target block by using the bidirectional reference picture and the refined motion vector.
  • an integer sample search step and a fractional sample in relation to motion vector refinement among coding tools for improving the compression performance of inter prediction By providing a method of simply performing the fractional sample refinement step, there is an effect that it becomes possible to increase the coding efficiency of the encoder/decoder and reduce the complexity accordingly.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a plurality of intra prediction modes including wide-angle intra prediction modes.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram of neighboring blocks of a current block.
  • FIG. 5 is an exemplary block diagram of an image decoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining the concept of BDOF according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram for explaining a method of inducing a gradient for a block boundary sample in a bidirectional optical flow.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram for explaining affine motion prediction according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an exemplary diagram for explaining affine motion prediction in units of subblocks according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram illustrating a method of deriving merge candidates for predicting affine motion from a translation motion vector of a neighboring block.
  • FIG. 11 is an exemplary diagram for explaining the concept of a motion vector refinement coding tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is an exemplary diagram illustrating a method of reducing a search complexity for a motion vector refinement coding tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is an exemplary diagram illustrating a method of reducing search complexity for a motion vector refinement coding tool according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is an exemplary diagram illustrating a method of reducing search complexity for a motion vector refinement coding tool according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of an image encoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • an image encoding apparatus and sub-components of the apparatus will be described with reference to the illustration of FIG. 1.
  • the image encoding apparatus includes a picture segmentation unit 110, a prediction unit 120, a subtractor 130, a transform unit 140, a quantization unit 145, a rearrangement unit 150, an entropy encoding unit 155, an inverse quantization unit. (160), an inverse transform unit 165, an adder 170, a loop filter unit 180, and a memory 190 may be included.
  • Each component of the image encoding apparatus may be implemented by hardware or software, or by a combination of hardware and software.
  • functions of each component may be implemented as software, and a microprocessor may be implemented to execute a function of software corresponding to each component.
  • One image is composed of one or more sequences including a plurality of pictures. Each picture is divided into a plurality of regions, and encoding is performed for each region. For example, one picture is divided into one or more tiles or/and slices. Here, one or more tiles may be defined as a tile group. Each tile or/slice is divided into one or more Coding Tree Units (CTUs). And each CTU is divided into one or more CUs (Coding Units) by a tree structure. Information applied to each CU is encoded as the syntax of the CU, and information commonly applied to CUs included in one CTU is encoded as the syntax of the CTU.
  • CTUs Coding Tree Units
  • information commonly applied to all blocks in one slice is encoded as the syntax of the slice header, and information applied to all blocks constituting one or more pictures is a picture parameter set (PPS) or picture. It is coded in the header. Further, information commonly referred to by a plurality of pictures is encoded in a sequence parameter set (SPS). In addition, information commonly referred to by one or more SPSs is encoded in a video parameter set (VPS). Also, information commonly applied to one tile or tile group may be encoded as syntax of a tile or tile group header. Syntaxes included in the SPS, PPS, slice header, tile, or tile group header may be referred to as high level syntax.
  • the picture dividing unit 110 determines the size of a coding tree unit (CTU).
  • CTU size Information on the size of the CTU (CTU size) is encoded as the syntax of the SPS or PPS and transmitted to the video decoding apparatus.
  • the picture dividing unit 110 After dividing each picture constituting an image into a plurality of CTUs (Coding Tree Units) having a predetermined size, the picture dividing unit 110 repetitively divides the CTU using a tree structure. (recursively) split. A leaf node in the tree structure becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of coding.
  • CU coding unit
  • a quad tree (QuadTree, QT) in which an upper node (or parent node) is divided into four lower nodes (or child nodes) of the same size, or a binary tree (BinaryTree) in which an upper node is divided into two lower nodes. , BT), or a ternary tree (TT) in which an upper node is divided into three lower nodes in a 1:2:1 ratio, or a structure in which two or more of these QT structures, BT structures, and TT structures are mixed.
  • QT quad tree
  • BT binary tree
  • TT ternary tree
  • a QTBT QuadTree plus BinaryTree
  • a QTBTTT QuadTree plus BinaryTree TernaryTree
  • MTT Multiple-Type Tree
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of dividing a block using a QTBTTT structure.
  • the CTU may be first divided into a QT structure.
  • the quadtree division may be repeated until the size of a splitting block reaches the minimum block size (MinQTSize) of a leaf node allowed in QT.
  • a first flag (QT_split_flag) indicating whether each node of the QT structure is divided into four nodes of a lower layer is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus. If the leaf node of the QT is not larger than the maximum block size (MaxBTSize) of the root node allowed in BT, it may be further divided into one or more of a BT structure or a TT structure.
  • MaxBTSize maximum block size
  • a plurality of division directions may exist. For example, there may be two directions in which a block of a corresponding node is divided horizontally and a direction vertically divided.
  • a second flag indicating whether the nodes are divided
  • a flag indicating additional division direction vertical or horizontal
  • a division type e.g., a flag indicating Ternary
  • a CU split flag (split_cu_flag) indicating whether the node is divided is encoded. It could be.
  • the block of the corresponding node becomes a leaf node in the split tree structure and becomes a coding unit (CU), which is a basic unit of encoding.
  • CU coding unit
  • a split flag indicating whether each node of the BT structure is divided into blocks of a lower layer and split type information indicating a type to be divided are encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • a type of dividing the block of the corresponding node into two blocks having an asymmetric shape may further exist.
  • the asymmetric form may include a form of dividing a block of a corresponding node into two rectangular blocks having a size ratio of 1:3, or a form of dividing a block of a corresponding node in a diagonal direction.
  • the CU can have various sizes according to the QTBT or QTBTTT split from the CTU.
  • a block corresponding to a CU to be encoded or decoded ie, a leaf node of QTBTTT
  • a'current block' a block corresponding to a CU to be encoded or decoded
  • the shape of the current block may be not only square but also rectangular.
  • the prediction unit 120 predicts the current block and generates a prediction block.
  • the prediction unit 120 includes an intra prediction unit 122 and an inter prediction unit 124.
  • each of the current blocks in a picture can be predictively coded.
  • prediction of the current block is performed using an intra prediction technique (using data from a picture containing the current block) or an inter prediction technique (using data from a picture coded before a picture containing the current block). Can be done.
  • Inter prediction includes both one-way prediction and two-way prediction.
  • the intra prediction unit 122 predicts pixels in the current block by using pixels (reference pixels) located around the current block in the current picture including the current block.
  • the plurality of intra prediction modes may include two non-directional modes including a planar mode and a DC mode, and 65 directional modes.
  • the surrounding pixels to be used and the equation are defined differently.
  • directional modes (67 to 80, intra prediction modes -1 to -14) shown by dotted arrows in FIG. 3B may be additionally used. These may be referred to as "wide angle intra-prediction modes". Arrows in FIG. 3B indicate corresponding reference samples used for prediction, and do not indicate a prediction direction. The prediction direction is opposite to the direction indicated by the arrow.
  • the wide-angle intra prediction modes when the current block is a rectangular shape, a specific directional mode is predicted in the opposite direction without additional bit transmission. In this case, among the wide-angle intra prediction modes, some wide-angle intra prediction modes available for the current block may be determined based on a ratio of the width and height of the rectangular current block.
  • intra prediction modes 67 to 80 can be used when the current block has a rectangular shape with a height smaller than the width, and wide-angle with an angle greater than -135 degrees.
  • the intra prediction modes can be used when the current block has a rectangular shape with a width greater than the height.
  • the intra prediction unit 122 may determine an intra prediction mode to be used to encode the current block.
  • the intra prediction unit 122 may encode the current block using several intra prediction modes and select an appropriate intra prediction mode to use from the tested modes. For example, the intra prediction unit 122 calculates rate distortion values using rate-distortion analysis for several tested intra prediction modes, and has the best rate distortion characteristics among the tested modes. It is also possible to select an intra prediction mode.
  • the intra prediction unit 122 selects one intra prediction mode from among a plurality of intra prediction modes, and predicts the current block using a neighboring pixel (reference pixel) determined according to the selected intra prediction mode and an equation.
  • Information on the selected intra prediction mode is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 generates a prediction block for the current block using a motion compensation process.
  • the inter prediction unit 124 searches for a block most similar to the current block in the coded and decoded reference picture prior to the current picture, and generates a prediction block for the current block using the searched block. Then, a motion vector (MV) corresponding to a displacement between the current block in the current picture and the prediction block in the reference picture is generated.
  • MV motion vector
  • motion estimation is performed on a luma component, and a motion vector calculated based on the luma component is used for both the luma component and the chroma component.
  • Motion information including information on a reference picture used to predict the current block and information on a motion vector is encoded by the entropy encoder 155 and transmitted to an image decoding apparatus.
  • the inter prediction unit 124 may perform interpolation on a reference picture or a reference block in order to increase the accuracy of prediction. That is, subsamples between two consecutive integer samples are interpolated by applying filter coefficients to a plurality of consecutive integer samples including the two integer samples.
  • the motion vector may be expressed not to the precision of the integer sample but to the precision of the decimal unit.
  • the precision or resolution of the motion vector may be set differently for each unit of a target region to be encoded, such as a slice, tile, CTU, or CU.
  • an adaptive motion vector resolution When such an adaptive motion vector resolution (AMVR) is applied, information on a motion vector resolution to be applied to each target region must be signaled for each target region. For example, when the target region is a CU, information on a motion vector resolution applied to each CU is signaled.
  • the information on the motion vector resolution may be information indicating the precision of the differential motion vector to be described later.
  • the inter prediction unit 124 may perform inter prediction using bi-prediction.
  • bi-directional prediction two reference pictures and two motion vectors representing a block position most similar to a current block within each reference picture are used.
  • the inter prediction unit 124 selects a first reference picture and a second reference picture from reference picture list 0 (RefPicList0) and reference picture list 1 (RefPicList1), respectively, and searches for a block similar to the current block in each reference picture.
  • a first reference block and a second reference block are generated.
  • a prediction block for the current block is generated by averaging or weighting the first reference block and the second reference block.
  • motion information including information on two reference pictures and two motion vectors used to predict the current block is transmitted to the encoder 150.
  • the reference picture list 0 is composed of pictures prior to the current picture in the display order among the reconstructed pictures
  • the reference picture list 1 may be composed of pictures after the current picture in the display order among the reconstructed pictures. have.
  • undulation pictures after the current picture may be additionally included in the reference picture list 0, and conversely, undulation pictures before the current picture may be additionally added to the reference picture list 1. May be included.
  • the inter prediction unit 124 selects a predetermined number of merge candidate blocks (hereinafter referred to as “merge candidates”) from neighboring blocks of the current block.
  • the left block L, the upper block A, the upper right block AR, and the lower left block BL adjacent to the current block in the current picture, as shown in FIG. all or part of the upper left block AL may be used.
  • a block located within a reference picture (which may be the same as or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture in which the current block is located may be used as a merge candidate.
  • a block co-located with the current block in the reference picture or blocks adjacent to the block at the same position may be further used as merge candidates.
  • the inter prediction unit 124 constructs a merge list including a predetermined number of merge candidates using these neighboring blocks. Among the merge candidates included in the merge list, a merge candidate to be used as motion information of the current block is selected, and merge index information for identifying the selected candidate is generated. The generated merge index information is encoded by the encoder 150 and transmitted to the image decoding apparatus.
  • AMVP Advanced Motion Vector Prediction
  • the inter prediction unit 124 derives prediction motion vector candidates for the motion vector of the current block by using neighboring blocks of the current block.
  • neighboring blocks used to derive the predicted motion vector candidates the left block (L), the upper block (A), the upper right block (AR), and the lower left block adjacent to the current block in the current picture shown in FIG. BL) and all or part of the upper left block (AL) may be used.
  • a block located within a reference picture (which may be the same or different from the reference picture used to predict the current block) other than the current picture where the current block is located is used as a neighboring block used to derive the prediction motion vector candidates. May be.
  • a collocated block or blocks adjacent to a block at the same position as the current block in the reference picture may be used.
  • the inter prediction unit 124 derives predicted motion vector candidates using the motion vectors of the neighboring blocks, and determines a predicted motion vector for the motion vector of the current block using the predicted motion vector candidates. Then, a differential motion vector is calculated by subtracting the predicted motion vector from the motion vector of the current block.
  • the predicted motion vector can be obtained by applying a predefined function (eg, median value, average value operation, etc.) to predicted motion vector candidates.
  • a predefined function eg, median value, average value operation, etc.
  • the video decoding apparatus also knows a predefined function.
  • the neighboring blocks used to derive the predicted motion vector candidates have already been encoded and decoded, the video decoding apparatus also knows the motion vectors of the neighboring blocks. Therefore, the video encoding apparatus does not need to encode information for identifying a predicted motion vector candidate. Accordingly, in this case, information on the differential motion vector and information on the reference picture used to predict the current block are encoded.
  • the predicted motion vector may be determined in a manner of selecting any one of the predicted motion vector candidates.
  • information for identifying the selected prediction motion vector candidate is additionally encoded together with information on the differential motion vector and the reference picture used to predict the current block.
  • the subtractor 130 generates a residual block by subtracting the prediction block generated by the intra prediction unit 122 or the inter prediction unit 124 from the current block.
  • the transform unit 140 converts the residual signal in the residual block having pixel values in the spatial domain into transform coefficients in the frequency domain.
  • the transform unit 140 may transform the residual signals in the residual block using the total size of the residual block as a transform unit, or divide the residual block into a plurality of sub-blocks and perform transformation using the sub-block as a transform unit. You may.
  • the residual signals may be transformed by dividing into two subblocks, which are a transform region and a non-transform region, and use only the transform region subblock as a transform unit.
  • the transform region subblock may be one of two rectangular blocks having a size ratio of 1:1 based on the horizontal axis (or vertical axis).
  • a flag indicating that only the subblock has been transformed (cu_sbt_flag), directional (vertical/horizontal) information (cu_sbt_horizontal_flag), and/or location information (cu_sbt_pos_flag) are encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus.
  • the size of the transform region subblock may have a size ratio of 1:3 based on the horizontal axis (or vertical axis). Signaled to the decoding device.
  • the transform unit 140 may individually transform the residual block in a horizontal direction and a vertical direction.
  • various types of transformation functions or transformation matrices can be used.
  • a pair of transform functions for transverse transformation and transformation may be defined as a multiple transform set (MTS).
  • the transform unit 140 may select one transform function pair having the best transform efficiency among MTS and transform the residual blocks in the horizontal and vertical directions, respectively.
  • Information (mts_idx) on the transform function pair selected from the MTS is encoded by the entropy encoder 155 and signaled to the image decoding apparatus.
  • the quantization unit 145 quantizes the transform coefficients output from the transform unit 140 using a quantization parameter, and outputs the quantized transform coefficients to the entropy encoding unit 155.
  • the quantization unit 145 may immediately quantize a related residual block for a certain block or frame without transformation.
  • the quantization unit 145 may apply different quantization coefficients (scaling values) according to positions of the transform coefficients in the transform block.
  • a quantization matrix applied to quantized transform coefficients arranged in two dimensions may be encoded and signaled to an image decoding apparatus.
  • the rearrangement unit 150 may rearrange coefficient values on the quantized residual values.
  • the rearrangement unit 150 may change a two-dimensional coefficient array into a one-dimensional coefficient sequence using coefficient scanning. For example, the rearrangement unit 150 may scan from a DC coefficient to a coefficient in a high frequency region using a zig-zag scan or a diagonal scan to output a one-dimensional coefficient sequence. .
  • zig-zag scan instead of zig-zag scan, a vertical scan that scans a two-dimensional coefficient array in a column direction or a horizontal scan that scans a two-dimensional block shape coefficient in a row direction may be used. That is, a scan method to be used may be determined from among zig-zag scan, diagonal scan, vertical scan, and horizontal scan according to the size of the transform unit and the intra prediction mode.
  • the entropy encoding unit 155 uses various encoding methods such as Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code (CABAC), Exponential Golomb, and the like, and the quantized transform coefficients of 1D output from the reordering unit 150 are A bitstream is generated by encoding the sequence.
  • CABAC Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code
  • Exponential Golomb Exponential Golomb
  • the entropy encoder 155 encodes information such as a CTU size related to block division, a CU division flag, a QT division flag, an MTT division type, and an MTT division direction, so that the video decoding apparatus performs the same block as the video encoding apparatus. Make it possible to divide.
  • the entropy encoder 155 encodes information on a prediction type indicating whether the current block is encoded by intra prediction or inter prediction, and intra prediction information (ie, intra prediction) according to the prediction type. Mode information) or inter prediction information (in case of merge mode, merge index, in case of AMVP mode, information on reference picture index and differential motion vector) is encoded.
  • the entropy encoder 155 encodes information related to quantization, that is, information on a quantization parameter and information on a quantization matrix.
  • the inverse quantization unit 160 inverse quantizes the quantized transform coefficients output from the quantization unit 145 to generate transform coefficients.
  • the inverse transform unit 165 converts transform coefficients output from the inverse quantization unit 160 from the frequency domain to the spatial domain to restore the residual block.
  • the addition unit 170 restores the current block by adding the restored residual block and the prediction block generated by the prediction unit 120.
  • the pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels when intra-predicting the next block.
  • the loop filter unit 180 is a reconstructed pixel to reduce blocking artifacts, ringing artifacts, and blurring artifacts generated due to block-based prediction and transformation/quantization. Filtering is performed on the fields.
  • the loop filter unit 180 may include one or more of a deblocking filter 182, a sample adaptive offset (SAO) filter 184, and an adaptive loop filter (ALF) 186.
  • a deblocking filter 182 a sample adaptive offset (SAO) filter 184
  • ALF adaptive loop filter
  • the deblocking filter 182 filters the boundary between reconstructed blocks to remove blocking artifacts caused by block-based encoding/decoding, and the SAO filter 184 is additionally applied to the deblocking filtered image. Filtering is performed.
  • the SAO filter 184 is a filter used to compensate for the difference between the reconstructed sample and the original sample caused by lossy coding, and is performed in a manner in which each reconstructed sample is added to an offset corresponding thereto. .
  • the ALF 186 performs filtering on the target sample by applying filter coefficients to the target sample to be filtered and surrounding samples of the target sample.
  • the ALF 186 may divide samples included in the image into predetermined groups, and then determine one filter to be applied to the corresponding group, and perform filtering differentially for each group. Information on filter coefficients to be used for the ALF may be encoded and signaled to an image decoding apparatus.
  • the reconstructed block filtered by the loop filter unit 180 is stored in the memory 190.
  • the reconstructed picture may be used as a reference picture for inter prediction of a block in a picture to be encoded later.
  • FIG. 5 is an exemplary block diagram of an image decoding apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • an image decoding apparatus and sub-elements of the apparatus will be described with reference to FIG. 5.
  • the image decoding apparatus includes an entropy decoding unit 510, a rearrangement unit 515, an inverse quantization unit 520, an inverse transform unit 530, a prediction unit 540, an adder 550, a loop filter unit 560, and a memory ( 570).
  • each component of the image decoding apparatus may be implemented as hardware or software, or may be implemented as a combination of hardware and software.
  • functions of each component may be implemented as software, and a microprocessor may be implemented to execute a function of software corresponding to each component.
  • the entropy decoder 510 decodes the bitstream generated by the image encoding apparatus and extracts information related to block division to determine the current block to be decoded, and predicts prediction information and residual signals necessary to restore the current block. Extract information, etc.
  • the entropy decoder 510 determines the size of the CTU by extracting information on the CTU size from a sequence parameter set (SPS) or a picture parameter set (PPS), and divides the picture into CTUs of the determined size. Then, the CTU is determined as the uppermost layer of the tree structure, that is, the root node, and the CTU is divided using the tree structure by extracting partition information for the CTU.
  • SPS sequence parameter set
  • PPS picture parameter set
  • a first flag (QT_split_flag) related to the splitting of the QT is extracted and each node is split into four nodes of a lower layer.
  • the second flag (MTT_split_flag) related to the splitting of the MTT is extracted to MTT Divide into structure. Accordingly, each node below the leaf node of the QT is recursively divided into a BT or TT structure.
  • each node may have 0 or more repetitive MTT segmentation after 0 or more repetitive QT segmentation.
  • MTT division may occur immediately, or, conversely, only multiple QT divisions may occur.
  • each node is divided into four nodes of a lower layer by extracting the first flag (QT_split_flag) related to the division of the QT.
  • QT_split_flag the first flag related to the division of the QT.
  • a split flag indicating whether or not the node corresponding to the leaf node of the QT is further split into BT and split direction information are extracted.
  • the entropy decoder 510 determines the current block to be decoded by using the division of the tree structure, it extracts information on a prediction type indicating whether the current block is intra prediction or inter prediction.
  • the prediction type information indicates intra prediction
  • the entropy decoder 510 extracts a syntax element for intra prediction information (intra prediction mode) of the current block.
  • the prediction type information indicates inter prediction
  • the entropy decoder 510 extracts a syntax element for the inter prediction information, that is, information indicating a motion vector and a reference picture referenced by the motion vector.
  • the entropy decoding unit 510 extracts information about quantization-related information and information about quantized transformation coefficients of a current block as information about a residual signal.
  • the rearrangement unit 515 in the reverse order of the coefficient scanning order performed by the image encoding apparatus, converts the sequence of one-dimensional quantized transform coefficients entropy-decoded by the entropy decoder 510 into a two-dimensional coefficient array (i.e., Block).
  • the inverse quantization unit 520 inverse quantizes the quantized transform coefficients, and inverse quantizes the quantized transform coefficients using the quantization parameter.
  • the inverse quantization unit 520 may apply different quantization coefficients (scaling values) to quantized transform coefficients arranged in two dimensions.
  • the inverse quantization unit 520 may perform inverse quantization by applying a matrix of quantization coefficients (scaling values) from an image encoding apparatus to a two-dimensional array of quantized transform coefficients.
  • the inverse transform unit 530 generates a residual block for the current block by inversely transforming the inverse quantized transform coefficients from the frequency domain to the spatial domain to restore residual signals.
  • the inverse transform unit 530 inverse transforms only a partial region (subblock) of the transform block, a flag indicating that only the subblock of the transform block has been transformed (cu_sbt_flag), and the direction (vertical/horizontal) information of the subblock (cu_sbt_horizontal_flag ) And/or sub-block location information (cu_sbt_pos_flag), and inversely transforming the transform coefficients of the sub-block from the frequency domain to the spatial domain to restore residual signals, and for regions that are not inverse transformed, the residual signal is “0”. Fill in to create the final residual block for the current block.
  • the inverse transform unit 530 determines a transformation function or transformation matrix to be applied in the horizontal and vertical directions, respectively, using MTS information (mts_idx) signaled from the image encoding apparatus, and uses the determined transformation function. Inverse transform is performed on the transform coefficients in the transform block in the horizontal and vertical directions.
  • the prediction unit 540 may include an intra prediction unit 542 and an inter prediction unit 544.
  • the intra prediction unit 542 is activated when the prediction type of the current block is intra prediction
  • the inter prediction unit 544 is activated when the prediction type of the current block is inter prediction.
  • the intra prediction unit 542 determines an intra prediction mode of the current block among a plurality of intra prediction modes from a syntax element for the intra prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and references around the current block according to the intra prediction mode. Predict the current block using pixels.
  • the inter prediction unit 544 determines a motion vector of the current block and a reference picture referenced by the motion vector by using the syntax element for the inter prediction mode extracted from the entropy decoding unit 510, and determines the motion vector and the reference picture. Is used to predict the current block.
  • the adder 550 restores the current block by adding the residual block output from the inverse transform unit and the prediction block output from the inter prediction unit or the intra prediction unit.
  • the pixels in the reconstructed current block are used as reference pixels for intra prediction of a block to be decoded later.
  • the loop filter unit 560 may include a deblocking filter 562 and an SAO filter 564.
  • the deblocking filter 562 performs deblocking filtering on the boundary between reconstructed blocks in order to remove blocking artifacts caused by block-by-block decoding.
  • the SAO filter 564 performs additional filtering on the reconstructed block after deblocking filtering in order to compensate for a difference between the reconstructed pixel and the original pixel caused by lossy coding.
  • the ALF 566 performs filtering on the target sample by applying filter coefficients to the target sample to be filtered and surrounding samples of the target sample.
  • the ALF 566 divides the samples included in the image into predetermined groups, and then determines one filter to be applied to the group, and performs filtering differentially for each group.
  • the filter coefficient of the ALF is determined using information about the filter coefficient decoded from the non-stream.
  • the reconstructed block filtered by the loop filter unit 560 is stored in the memory 570.
  • the reconstructed picture is used as a reference picture for inter prediction of a block in a picture to be encoded later.
  • This embodiment relates to encoding and decoding of an image (video) as described above. More specifically, in a coding tool that improves the compression performance of inter prediction, the encoder/decoder adjusts the correction of the motion vector using the coding tool based on the high-level syntax.
  • an integer sample search step for searching for an integer offset, and a fractional sample refinement step for searching for a subpixel offset, especially in relation to motion vector refinement are simplified. Provides a way to perform.
  • the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus may be performed by the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus and the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus.
  • the term'target block' may be used with the same meaning as the current block or the coding unit (CU) as described above, or may refer to a partial region of the coding unit.
  • the bidirectional optical flow is a technique for additionally compensating the motion of predicted samples using bidirectional motion prediction based on the assumption that a sample or an object constituting an image moves at a constant speed and there is little change in a sample value.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining the concept of BDOF according to an embodiment of the present disclosure.
  • Bidirectional motion vectors indicating corresponding regions (i.e., reference blocks) that are most similar to the current picture's coded target block in reference pictures (Ref 0 and Ref 1 ) by (normal) bidirectional motion prediction for the target block
  • the s (MV 0 , MV 1 ) have been determined.
  • These two motion vectors are values representing the motion of the entire target block.
  • the sample in the reference picture (Ref 0 ) indicated by the motion vector (MV 0 ) as corresponding to the sample P in the target block is P 0
  • the motion vector (MV 1 The sample in the reference picture (Ref 1 ) indicated by) is P 1 .
  • the motion for sample P in FIG. 6 is slightly different from the overall motion of the target block. For example, if an object located in sample A in Ref 0 of FIG. 6 passes through sample P in the target block of the current picture and moves to sample B in Ref1, samples A and B have considerably similar values. Therefore, in this case, the point in Ref 0 that is most similar to the sample P in the target block is not P0 indicated by the motion vector (MV 0 ), but by moving P0 by a predetermined displacement vector (v x t 0 ,v y t 0 ).
  • the reference samples (P0, P1) indicated by the bidirectional motion vectors (MV 0 and MV 1 ) are It is possible to predict more accurately than using it.
  • the value of the sample in the reference picture (Ref 0 ) indicated by the motion vector (MV 0 ) as corresponding to the sample (i,j) in the target block is defined as I (0) (i,j), and the sample in the target block ( As corresponding to i,j), the value of the sample in the reference picture Ref 1 indicated by the motion vector MV 1 is defined as I (1) (i, j).
  • sample A in reference picture Ref 0 indicating that the BDOF motion vector (v x , v y ) corresponds to the sample in the target block is I (0) (i + v x t 0 ,j + v y t 0 ). It may be defined, and the value of sample B in the reference picture Ref 1 may be defined as I (1) (i-v x t 1 ,j-v y t 1 ).
  • a and B can be expressed as Equation 1.
  • the bidirectional optical flow (v x , v y ) of each sample in the block is determined as a solution that minimizes ⁇ defined as the difference between sample A and sample B.
  • ⁇ may be defined as Equation 2.
  • the BDOF motion vector for the currently predicted sample (i,j) is expressed in Equation 2 for all samples (i',j') present in the mask ⁇ of a constant size centered on the sample (i,j). It is calculated by considering the difference values ⁇ . As shown in Equation 3, the optical flow for the current sample (i,j) may be determined as a vector that minimizes the sum of squares of the difference value ⁇ [i',j'] obtained for each sample in the mask ⁇ . .
  • one of the two reference pictures used for bidirectional prediction precedes the current picture in display order and the other follows the current picture, and the distances from the two reference pictures to the current picture are the same.
  • This may be applied when the difference in picture order count (POC) between each reference picture and the current picture is the same.
  • POC picture order count
  • bidirectional optical flow of this embodiment may be applied only to a luma component.
  • the bidirectional optical flow of the present embodiment is performed on a subblock basis, not a pixel basis, for a target block to which bidirectional prediction is applied.
  • the size of the subblock may have various sizes, such as 2 ⁇ 2, 4 ⁇ 4, 8 ⁇ 8, etc., hereinafter, the size of the subblock is assumed to be 4 ⁇ 4 for convenience of description.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus Before performing the optical flow, the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus generates two reference blocks for the target block using the above-described bidirectional prediction.
  • the first reference block refers to a block composed of prediction samples generated from the reference picture Ref 0 using the first motion vector (MV 0 ) of the target block
  • the second reference block is the target block. Refers to a block composed of prediction samples generated from the reference picture Ref 1 using the second motion vector MV 1 of .
  • the inter-prediction unit 124 first using one of the reference blocks and the horizontal and vertical gradient values of the predicted samples in the second reference block, optical flow for each of the 4 ⁇ 4 sub-block constituting the target block (v x ,v y ).
  • the optical flow (v x , v y ) is determined such that a difference between prediction samples from the reference picture Ref 0 and the prediction samples from the reference picture Ref 1 is minimized.
  • the inter prediction unit 124 uses the (v x ,v y ) calculated for the 4 ⁇ 4 subblock and the gradients of the prediction samples in the 4 ⁇ 4 subblock, and modifies the bidirectional prediction samples for the subblock. Induce the offset.
  • the inter prediction unit 124 calculates horizontal and vertical gradients of sample values at positions (i,j).
  • each reference block is extended by 1 column to the left and right and by 1 row to the top and bottom.
  • each sample of the extended portion may be padded with a sample or an integer sample of the nearest position in the reference block.
  • gradients at a sample location outside the boundary of each reference block may be padded with gradients corresponding to a sample at the nearest location.
  • the inter prediction unit 124 uses horizontal and vertical gradients within a 6 ⁇ 6 window covering a 4 ⁇ 4 subblock as shown in FIG. 7, as shown in Equation 5, and autocorrelates the gradients. -correlation) and cross-correlation (S1, S2, S3, S5, S6) are calculated.
  • ⁇ means a mask having a constant size.
  • ⁇ x (i,j) is the sum of the horizontal gradient values at positions (i,j) in the first reference block and the second reference block
  • ⁇ y (i, j ) Means the sum of the vertical gradient values at the position (i,j) in the first reference block and the second reference block
  • ⁇ (i,j) is the sample at the position (i,j) in the second reference block It means the difference between the value and the sample value at the position (i,j) in the first reference block.
  • n a and n b are values derived from bit depth, and have values of min(1, bitDepth-11) and min(4, bitDepth-8).
  • the inter prediction unit 124 uses S1, S2, S3, S5, and S6 to calculate optical flows (v x , v y ) for 4 x 4 subblocks as shown in Equation (7).
  • the sample offset for correcting the prediction sample at each sample position (x,y) in the 4 ⁇ 4 subblock of the target block is, as shown in Equation 8, the optical flow calculated for the 4 ⁇ 4 subblock and It can be calculated using the gradient values at the sample position (x,y).
  • rnd( ⁇ ) means a round-off operation.
  • the inter prediction unit 124 includes a sample offset b(x,y) at the (x,y) position and prediction samples I (0) (x,y) and I (1) in the first and second reference blocks .
  • a final prediction sample pred(x,y) is generated as shown in Equation 9.
  • shift is Max(3, 15-bitDepth)
  • o offset is a value for rounding and is half of shift.
  • the bidirectional optical flow technique uses values of predicted prediction samples using motion information (two motion vectors and two reference pictures) used for bidirectional prediction. Therefore, the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus can also perform a bidirectional optical flow in the same manner as the video encoding apparatus using motion information (motion vector, reference picture) used for bidirectional prediction received from the video encoding apparatus. I can. Therefore, signaling of additional information for a bidirectional optical flow process from the video encoding apparatus to the video decoding apparatus is not required.
  • Inter prediction as described above is motion prediction reflecting a translation motion model. In other words, it is a technique for predicting motion in the horizontal direction (x-axis direction) and vertical direction (y-axis direction).
  • various types of motion such as rotation, zoom-in, or zoom-out.
  • An aspect of the present embodiment provides affine motion prediction that can reflect such various types of motion.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram for explaining affine motion prediction according to an embodiment of the present disclosure.
  • Equation 10 The four-parameter affine model is expressed as shown in Equation 10.
  • the motion at the sample position (x,y) in the target block can be calculated as shown in Equation 10.
  • the position of the upper left sample of the target block is assumed to be (0,0).
  • Equation 11 The motion at the sample position (x,y) in the object block can be calculated as shown in Equation 11.
  • (mv 0x ,mv 0y ) is the motion vector of the upper left ear control point
  • (mv 1x ,mv 1y ) is the motion vector of the upper right ear control point
  • (mv 2x ,mv 2y ) is the motion vector of the lower left ear control point
  • W is the horizontal length of the target block
  • H is the vertical length of the target block.
  • the affine motion prediction may be performed using a motion vector calculated according to Equation 10 or Equation 11 for each sample in the target block.
  • the size of the subblock may be 4 ⁇ 4, and may be 2 ⁇ 2 or 8 ⁇ 8.
  • an example of performing affine motion prediction on a target block in units of 4 ⁇ 4 subblocks will be described. This example is for convenience of description and does not limit the scope of the present invention.
  • a motion vector (affine motion vector) of each subblock is calculated by substituting the center position of each subblock into (x,y) of Equation 10 or 11.
  • the center position may be an actual center point of the subblock or a sample position at the lower right of the center point.
  • the center position of the subblock may be (1.5,1.5) or (2,2).
  • the prediction block for each subblock is generated using the affine motion vectors (mv x ,mv y ) of the corresponding subblock.
  • the motion vectors (mv x ,mv y ) may be set to have 1/16 sample precision.
  • the motion vectors (mv x , mv y ) calculated according to Equation 1 or 2 may be rounded to 1/16 sample units.
  • the affine motion prediction may be performed not only on a luma component but also on a chroma component.
  • the affine motion prediction for the chroma component may be performed in units of 2 ⁇ 2 subblocks.
  • the motion vectors (mv x , mv y ) of each subblock of the chroma component may be derived from the motion vector of the corresponding luma component.
  • the size of the subblock for the affine motion prediction of the chroma component may be the same as that of the luma component.
  • the affine motion prediction is performed on the luma component in units of 4x4 subblocks
  • the affine motion prediction is performed on the chroma component as well in the 4x4 subblock size.
  • the motion vectors (mv x ,mv y ) for the subblock of the chroma component correspond to the corresponding luma. It can be calculated by calculating the average of motion vectors of the four subblocks of the component.
  • the video encoding apparatus selects an optimal prediction method by performing intra prediction, inter prediction (translational motion prediction), affine motion prediction, and the like, and calculating a rate-distortion (RD) cost.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus determines which of the two types of models to use, and determines two or three control points according to the determined type.
  • the inter prediction unit 124 calculates motion vectors (mv x , mv y ) for each of the 4 ⁇ 4 subblocks in the target block using motion vectors of the control points.
  • prediction blocks for each subblock in the target block are generated.
  • the entropy encoder 155 of the video encoding apparatus is related to affine including a flag indicating whether affine motion prediction has been applied to the target block, type information indicating the type of affine model, and motion information indicating motion vectors of each control point.
  • the syntax elements are encoded and transmitted to an image decoding apparatus.
  • Type information and motion information of control points may be signaled when affine motion prediction is performed, and motion vectors of control points may be signaled as many as the number determined according to the type information.
  • the video decoding apparatus determines the type of affine model and control point motion vectors using the signaled syntax, and motion vectors for each 4 ⁇ 4 subblock in the target block using Equation 10 or 11 ( Compute mv x , mv y ). If the motion vector resolution information for the affine motion vector of the target block is signaled, the motion vector (mv x , mv y ) is corrected to the precision identified by the motion vector resolution information using an operation such as rounding.
  • the image decoding apparatus generates a prediction block for each subblock by performing motion compensation in a reference picture using motion vectors (mv x , mv y ) for each subblock.
  • a general intra prediction (translational motion prediction) method as described above may be applied.
  • the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus derives a motion vector of each control point from neighboring blocks of a target block.
  • the inter prediction unit 124 generates a merge candidate list by deriving a predefined number of merge candidates from, for example, neighboring samples (L, BL, A, AR, AL) of the target block shown in FIG. 4. .
  • Each of the merge candidates included in the list corresponds to a pair of motion vectors of two or three control points.
  • the inter prediction unit 124 derives a merge candidate from control point motion vectors of the neighboring blocks predicted in the affine mode among neighboring blocks determined as the affine mode.
  • the number of merge candidates derived from neighboring blocks predicted in the affine mode may be limited.
  • the inter prediction unit 124 may derive a total of two merge candidates, one of L and BL, and one of A, AR, and AL, from neighboring blocks predicted in the affine mode.
  • the priority may be the order of L, BL, and the order of A, AR, and AL.
  • the inter prediction unit 124 may derive an insufficient number of merge candidates from a translational motion vector of a neighboring block.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram illustrating a method of deriving merge candidates for predicting affine motion from a translation motion vector of a neighboring block.
  • the inter prediction unit 124 derives one control point motion vector CPMV1, CPMV2, and CPMV3 from neighboring block groups ⁇ B2, B3, A2 ⁇ , neighboring block groups ⁇ B1, B0 ⁇ , and neighboring block groups ⁇ A1, A0 ⁇ . .
  • the priority within each neighboring block group may be the order of B2, B3, and A2, the order of B1 and B0, and the order of A1 and A0.
  • another control point motion vector CPMV4 is derived from a collocated block T in the reference picture.
  • the inter prediction unit 124 generates an insufficient number of merge candidates by combining two or three control point motion vectors from among the four control point motion vectors.
  • the priorities of the combinations are as follows. The elements in each group are listed in the order of top left ear, top right ear, and bottom left ear control point motion vector.
  • the inter prediction unit 124 selects a merge candidate from the merge candidate list and performs affine motion prediction on the target block.
  • affine motion prediction is performed using a 4-parameter model.
  • affine motion prediction is performed using a 6-parameter model.
  • the entropy encoder 155 of the image encoding apparatus encodes index information indicating a merge candidate selected from among merge candidates in the merge candidate list and signals the index information to the image decoding apparatus.
  • the entropy decoding unit 510 of the video decoding apparatus decodes index information signaled from the video encoding apparatus.
  • the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus constructs a merge candidate list in the same manner as the image encoding apparatus, and performs affine motion prediction using control point motion vectors corresponding to the merge candidate indicated by the index information.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus determines the type of an affine model and control point motion vectors for the target block. Then, a motion vector difference, which is a difference between the actual control point motion vectors of the target block and the predicted motion vectors of each control point, is calculated, and a differential motion vector for each control point is encoded and transmitted. To this end, the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus constructs a predefined number of affine AMVP lists. When the target block is of 4 parameter type, each of the candidates included in the list consists of a pair of two control point motion vectors.
  • each of the candidates included in the list consists of a pair of three control point motion vectors.
  • the affine AMVP list can be derived using control point motion vectors or translation motion vectors of neighboring blocks similar to the method of constructing the merge candidate list described above.
  • the affine model type of the target block should be considered.
  • the video encoding apparatus derives two control point motion vectors (upper left and upper right ear control point motion vectors of the target block) using the affine model of the neighboring block.
  • the affine model type of the target block is 6 parameter type, three control point motion vectors (top-left, top-right, and bottom-left control point motion vectors of the target block) are derived using the affine model of the neighboring block.
  • two or three control point motion vectors are predicted according to the affine model type of the target block using two control point motion vectors of the neighboring block.
  • an affine model of a neighboring block represented by Equation 10 may be used.
  • Equation 10 (mv 0x ,mv 0y ) and (mv 1x ,mv 1y ) are replaced by motion vectors of the top-left corner and the top-right ear control point of the surrounding block, respectively.
  • the predicted motion vector for each control point of the target block can be derived by inputting the difference between the position of the corresponding control point of the target block and the position of the upper left ear of the neighboring block in (x,y).
  • Equation 11 an affine model of a neighboring block represented by Equation 11 may be used.
  • Equation 11 (mv 0x ,mv 0y ), (mv 1x ,mv 1y ), and (mv 2x ,mv 2y ) are replaced by motion vectors of control points of the upper left ear, upper right ear and lower left ear of the neighboring block, respectively.
  • the predicted motion vector for each control point of the target block can be derived by inputting the difference between the position of the corresponding control point of the target block and the position of the upper left ear of the neighboring block in (x,y).
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus selects one candidate from the affine AMVP list, and generates a differential motion vector between the motion vectors of each control point and the predicted motion vector of the corresponding control point of the selected candidate.
  • the entropy encoder 155 of the video encoding apparatus encodes the type information indicating the affine model type of the target block, index information indicating a candidate selected from the candidates in the affine AMVP list, and a differential motion vector corresponding to each control point to decode the image. To the device.
  • the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus determines an affine model type by using information signaled from the video encoding apparatus and generates a differential motion vector of each control point. Then, the affine AMVP list is generated in the same manner as the video encoding apparatus, and a candidate indicated by the signaled index information in the affine AMVP list is selected. The inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus calculates a motion vector of each control point by adding a predicted motion vector of each control point of the selected candidate and a corresponding differential motion vector.
  • the affine motion prediction for the target block in units of subblocks has been described above.
  • Another aspect of the present embodiment relates to adjusting sample values of prediction samples generated from affine motion prediction in units of subblocks in units of samples. Motion according to the position of each sample is additionally compensated in the subblock, which is a unit in which affine motion prediction is performed.
  • the video encoding apparatus uses the horizontal and vertical gradients g x at each sample position.
  • Compute (i,j) and g y (i,j). Equation 12 may be used for gradient calculation.
  • the sample offset ⁇ I(i,j) for adjusting the prediction sample is calculated as shown in the following equation.
  • ⁇ mv(i,j) replaces (x,y) in Equations 10 and 11 with an offset in the horizontal and vertical directions from the subblock center position to the sample position (i,j), and the last term " It can be calculated using Equations 10 and 11 except for + mv 0x "and "+ mv 0y ".
  • the center position may be an actual center point of the subblock or a sample position at the lower right of the center point.
  • the difference between the motion vector of each control point of the target block used in the calculation of ⁇ mv(i,j) and the sample position (i,j) and the subblock center position is the same for all subblocks.
  • the values of ⁇ mv(i,j) are calculated only for one subblock, eg, the first subblock, and can be reused for other subblocks.
  • the technique of this embodiment is based on the assumption that the object moves at a constant speed and the change of sample values is smooth. Therefore, by multiplying the x component ( ⁇ mv x ) and y component ( ⁇ mv y ) of ⁇ mv(i,j) by the sample gradient values in the horizontal and vertical directions, respectively, the amount of sample change in the horizontal direction and the amount of sample change in the vertical direction are obtained, The sample offset ⁇ I(i,j) is calculated by adding the two variations.
  • the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus and the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus perform the above-described process to predict the affine motion. Modify the sample values of the generated prediction samples.
  • the gradient values are derived from prediction samples generated according to affine motion prediction, and ⁇ mv(i,j) is derived from the control point motion vectors of the target block. Therefore, signaling of additional information for this technique from the video encoding apparatus to the video decoding apparatus is not required.
  • the motion vectors MV 0 referencing the reference pictures Ref 0 and Ref 0 selected from the reference picture list LO, and the reference pictures Ref 1 and Ref 1 selected from the reference picture list L1.
  • the reference motion vector MV 1 is determined.
  • the motion vector refinement described in this embodiment is a coding tool that improves inter prediction accuracy by finely adjusting two motion vectors MV 0 and MV 1 for bidirectional prediction.
  • Motion vector refinement can be applied to a merge mode in which a motion vector of a neighboring block is used as a motion vector of a target block. Alternatively, it may be applied to AMVP mode (normal inter prediction) or affine mode.
  • FIG. 11 is an exemplary diagram for explaining the concept of a motion vector refinement coding tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus searches for a refined motion vector around the initial motion vectors for the reference picture Ref 0 and the reference picture Ref 1 in bidirectional prediction.
  • the initial motion vector means two motion vectors MV 0 and MV 1 for bidirectional prediction.
  • Distortion between two candidate blocks in reference pictures Ref 0 and Ref 1 is calculated using block matching.
  • SAD Sud of Absolute Difference
  • SAD is calculated between both candidate blocks at a position determined by each initial motion vector in reference pictures Ref 0 and Ref 1 and between both candidate blocks around the position. . That is, the sum of the absolute values of the difference between the sample values corresponding to each other in both candidate blocks is calculated.
  • the inter prediction unit 124 selects a motion vector candidate having the minimum SAD as a refined motion vector and uses it to generate a bidirectional prediction signal according to inter prediction.
  • SAD is used to indicate the difference between the two candidate blocks, but is not limited thereto, and any metric capable of expressing the difference between the two candidate blocks, such as Sum of Squared Error (SSE), may be used. have.
  • SSE Sum of Squared Error
  • one reference picture precedes the current picture in display order
  • the other reference picture follows the current picture
  • the distances from the two reference pictures to the current picture are the same, that is, each reference picture and This can be applied when the difference in POC (picture order count) between current pictures is the same.
  • the two reference picture Ref 0 and Ref 1 two initial motion vector of purified bi-directional motion in each reference picture list for the (MV 0, MV 1) vector in the candidate MV 0 'and MV 1 ′ may be expressed as shown in Equation 15.
  • MV_offset is an offset with respect to the initial motion vector according to the motion vector refinement, and is a difference between the motion vector candidate and the initial motion vector.
  • This offset may be formed by a sum of an integer offset in an integer sample unit and a subpixel offset in a sub-pixel or sub-pel sample unit.
  • candidates for both motion vectors follow a mirroring rule with respect to a motion vector difference (MV difference).
  • the process of searching for the optimal offset for the refined motion vector includes two steps: an integer sample search for searching for an integer offset, and a fractional sample refinement for searching for a subpixel offset.
  • the inter prediction unit 124 searches all 25 neighboring points including the center of refinement as shown in FIG. 12.
  • the center of the tablet corresponds to the position of the initial motion vector.
  • the step after the integer sample search may be omitted.
  • the inter prediction unit 124 searches for a point having a minimum SAD value, that is, minSAD.
  • the integer offset for the candidate of the motion vector having minSAD is expressed as (intOffX,intOffY).
  • the inter prediction unit 124 sets a value of subPelFlag, which is an indication flag for applying the fractional sample refinement step, to true.
  • the inter prediction unit 124 performs a fractional sample purification step.
  • the inter prediction unit 124 generates an optimal subpixel offset by solving a parametric error surface equation in a two-dimensional space as shown in Equation 17.
  • E(x,y) is a cost at the (x,y) position and may be defined as an SAD value between both candidate blocks corresponding to the (x,y) position.
  • (x min ,y min ) represents an optimal subpixel offset as a sample position with a minimum cost C.
  • Equation 18 the constraint condition for the cost E(x,y) may be expressed by Equation 18.
  • Equation 18 Considering what is shown in Equation 18,'-0.5 ⁇ x min and y min ⁇ 0.5' is satisfied.
  • the inter prediction unit 124 generates an optimal offset for each subpixel by adding a subpixel offset and an integer offset, and then generates a refined bidirectional motion vector by adding an optimum offset to the initial motion vector using Equation 15. I can. Also, the inter prediction unit 124 may generate inter prediction samples for the target block by using the refined bidirectional motion vector and bidirectional reference picture.
  • motion vector refinement is performed using motion information (two motion vectors and two reference pictures) used for bidirectional prediction.
  • the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus can also perform motion vector refinement in the same manner as the video encoding apparatus using motion information (motion vector, reference picture) used for bidirectional prediction received from the video encoding apparatus. have. Therefore, signaling of additional information for a motion vector refinement process from the video encoding apparatus to the video decoding apparatus is not required.
  • the motion vector refinement process it is determined whether it is necessary to adjust the motion vector in units of subpixels by using the integer offset information obtained in the integer sample search step, and the fractional sample refinement according to the determination result.
  • a method of reducing the complexity of an image encoding/decoding apparatus is provided by omitting the step.
  • the threshold value is determined according to the size of the target block, for example, may be set as a value of sbHeight ⁇ sbWidth, that is, the area of the target block.
  • a threshold value may be determined based on a quantization parameter in addition to the area of the target block. In another example, whether to perform the integer sample search and fractional sample refinement step using the index value of the neighboring block searched in the merge mode Can be determined.
  • the fractional sample refinement after performing a search up to the integer sample of a specific condition in the integer sample search step A method of premature termination of the stage can be considered.
  • the inter prediction unit 124 of the image encoding apparatus may omit the fractional sample refinement step of searching for a subpixel offset and set the subpixel offset to zero as shown in Equation 17. have.
  • the inter prediction unit 124 sets the subPelFlag value to true in order to apply the fractional sample refinement step, thereby (intOffX,intOffY) When is (0,0), an early termination for the fractional sample purification step can be performed .
  • the inter prediction unit 124 when the SAD value obtained in the integer sample search step is less than a specific threshold at the integer coordinates of two or more positions, the inter prediction unit 124 The fractional sample purification step of searching for subpixel offsets is omitted.
  • the fractional sample purification step may be omitted.
  • Abs( ⁇ ) is a function that changes the input to an absolute value.
  • whether the inter prediction unit 124 omits the fractional sample refinement step of searching for a subpixel offset for a motion vector by using the motion vector size of the neighboring block searched in the merge mode may be omitted.
  • the inter prediction unit 124 determines whether to omit the fractional sample refinement step of searching for a subpixel offset for the motion vector. For example, if a motion vector value of a merge mode located in the upper left, lower left and upper right blocks is searched and the difference is the same or similar, the fractional sample refinement step may be omitted. As another example, when a motion vector size value of a merge mode located in the upper left, lower left, and upper right blocks is searched and the size is 0 or less than a specific threshold, the fractional sample refinement step may be omitted.
  • the inter prediction unit 124 determines whether to omit the fractional sample refinement step of searching for a subpixel offset for a motion vector according to a process of deriving a motion vector searched at one or more specific indexes. For example, when the motion vector values of the merge mode located in the upper left, lower left and upper right blocks are derived without a motion vector refinement process, the motion vector refinement process is not additionally performed in the current block. As another example, if the fractional sample purification step is not used during the motion vector purification process during the merge mode motion vector maintenance process located in the upper left, lower left, and upper right blocks, the fractional sample purification step during the motion vector purification process for the current block May be omitted.
  • the image encoding/decoding apparatus determines that the need for the precision of the motion vector of the current block is low, and thus skips the motion vector refinement process.
  • the fractional sample refining step may be omitted, or the whole integer sample search step including the fractional sample refining step may be omitted.
  • the inter prediction unit 124 uses motion information (two motion vectors and two reference pictures) used for prediction, motion vectors of neighboring blocks searched in the merge mode, etc. to prevent early termination of the motion vector refinement process. Can be done. Therefore, the inter prediction unit 544 of the image decoding apparatus also encodes the image using motion information (motion vector, reference picture) used for bidirectional prediction received from the image encoding apparatus, motion vectors of neighboring blocks searched in merge mode, etc. Early termination of the motion vector refinement process can be performed in the same manner as the apparatus. Therefore, signaling of additional information for early termination of the motion vector refinement process from the video encoding apparatus to the video decoding apparatus is not required.
  • motion information two motion vectors and two reference pictures
  • the inter prediction unit 124 of the video encoding apparatus may set the subPelFlag value to true in order to apply the fractional sample refinement step.
  • the inter-prediction unit 124 is a value subPelFlag indeed if it is set, at least 4 th pel (pel) by running the fractional sample purification steps to retrieve the sub-pixel offset in the unit, the movement of the coordinate -1.75 or less, or 1.75 or more vectors The purification of can be carried out.
  • the inter prediction unit 124 performs a fractional sample refining step of searching for a subpixel offset in units of at least 8 th pels to obtain a motion vector for -1.875 or 1.875 coordinates. Purification can be carried out.
  • the inter prediction unit 124 may perform a fractional sample refinement step of searching for a subpixel offset even when intOffX is -2 or 2 or intOffY is -2 or 2.
  • the inter prediction unit 124 performs a fractional sample refining step of searching for a subpixel offset in units of at least 4 th pels-
  • the motion vector can be refined for 1.75 or 1.75 coordinates.
  • intOffX is -2 or 2 or intOffY is -2 or 2
  • the motion vector refinement for coordinates -1.25 or 1.25 is not performed.
  • Equation 17 four positions of up, down, left and right are required for (intOffX,intOffY).
  • intOffX is -2 or 2 or intOffY is -2 or 2
  • there may not be a required position so in the horizontal direction Max(-2, intOffX - 1), intOffX, Min(intOffX + 1, 2)
  • Max(-2, intOffY - 1), intOffY, Min(intOffY + 1, 2) 4 positions for (intOffX, intOffY) can be set. That is, when (intOffX,intOffY) is located at the outermost of 25 points, the outermost points may be used as the upper, lower, left, and right 4 positions.
  • the motion vector refinement coding tool described above has to perform integer sample search through SAD operation for 25 sample positions determined by the initial motion vector and fractional sample refinement according to the error-surface parameter equation, thus increasing the complexity. can do.
  • the simplified motion vector refining process can reduce the complexity of the image encoding/decoding apparatus when the fractional sample refining step is additionally performed, including when intOffX is -2 or 2 or intOffY is -2 or 2. .
  • the inter prediction unit 124 calculates SADs for positions A1, A2, A3, and A4 in the integer sample search step to find a position having minSAD. For example, if the position of minSAD is A4, the SAD for positions A41, A42, A43, A44 around A4 is calculated. Based on the calculated SAD value, the inter-prediction unit 124, an error as shown in Equation 16 and Equation 17 - (x min of the 8 th pel units by carrying out fractional sample purification steps using a surface parameter equation ,y min ).
  • the inter prediction unit 124 calculates the SAD for positions A1, A2, A3, A4, A5 in the integer sample search step, and the calculated SAD value Based on the fractional sample purification step, 4 th pel units of (x min ,y min ) are generated. After checking approximately where (x min ,y min ) is located in the 1 to 4 quadrants, for example, if it is located in the 2 quadrant, the inter prediction unit 124 is additionally located at the B1, B2, B3, B4, B5 positions. Calculate the SAD for.
  • the inter prediction unit 124 Based on the calculated SAD values, the inter prediction unit 124 additionally performs a fractional sample purification step to generate (x min , y min ) in units of 8 th pels. Since the above process does not satisfy that the cost of the center point is the minimum among the constraints shown in Equation 18, all locations within the search range can be searched in units of 8 th pels. By using such a search method, the number of searches and additional fractional sample purification may reduce complexity compared to the number of 25 searches in the integer sample search step.
  • the inter prediction unit 124 calculates the SAD for the positions A1, A2, A3, A4, A5 in the integer sample search step, and calculates the calculated SAD. Based on the values, a fractional sample purification step is performed to generate 4 th pel units of (x min ,y min ). Since the above process does not satisfy that the cost of the center point is the minimum among the constraints shown in Equation 18, all locations within the search range can be searched in units of 8 th pels. By using such a search method to reduce the number of searches in the integer unit search step of searching single integer samples from 25 to 5, search complexity can be significantly reduced.
  • the inter prediction unit 124 calculates the SAD for positions A1 to A9 in the integer sample search step to find a position having a minSAD. For example, when A5 is a position having minSAD, based on the SAD values for positions A2, A4, A6, and A8 that have been calculated, the inter prediction unit 124 performs the fractional sample purification step to perform the 8 th pel. Generates the unit of (x min ,y min ). Since the above process does not satisfy that the cost of the center point is the minimum among the constraints shown in Equation 18, all locations within the search range can be searched in units of 8 th pels.
  • the inter prediction unit 124 when A7 is a position having minSAD, SADs for positions B1 and B2 are additionally calculated. Based on the SAD values for positions A4, A7, A8, B1, and B2, the inter prediction unit 124 generates (x min , y min ) in units of 8 th pels by executing the fractional sample purification step. Since the above process does not satisfy that the cost of the center point is the minimum among the constraints shown in Equation 18, all locations within the search range can be searched in units of 8 th pels. By using such a search method to reduce the number of searches in the integer sample search step from 25 to a minimum of 8 and a maximum of 11, search complexity can be significantly reduced.
  • the apparatus for encoding an image may extend a search range of a motion vector refinement process and simplify a search step by using motion information (two motion vectors and two reference pictures) used for prediction. Therefore, the inter prediction unit 544 of the video decoding apparatus also uses motion information (motion vector, reference picture) used for bidirectional prediction received from the video encoding apparatus, and uses the same method as the video encoding apparatus to search the range of the motion vector refinement process. Can be extended and the search step can be simplified. Accordingly, signaling of additional information from the image encoding apparatus to the image decoding apparatus to simplify the search step of the motion vector refinement process is not required.
  • Another aspect of the present embodiment relates to a signaling technique of high level syntaxes for controlling on/off of various tools described above.
  • the optical flow, sample-based adjustment of affine motion prediction samples, and motion vector refinement are coding tools for improving the efficiency of image encoding.
  • the aforementioned various coding tools may not contribute to improving compression performance. Therefore, signaling whether or not each coding tool is applied to each coding unit to be encoded, or determining whether to apply it, may reduce coding efficiency or increase computational complexity.
  • This embodiment provides a signaling technique for efficiently controlling the above coding tools.
  • the apparatus for encoding an image encodes a first high-level syntax element of a sequence level to indicate whether each of the coding tools as described above is enabled.
  • the first high-level syntax element may be encoded in the header of the sequence, that is, the SPS.
  • the plurality of coding tools include at least one of an optical flow, a sample unit adjustment for affine motion prediction samples, and motion vector refinement.
  • the corresponding coding tool is not applied to the encoding of the corresponding sequence. That is, each of the aforementioned coding tools is not applied to all pictures in the sequence.
  • each of the plurality of coding tools may be used to encode the corresponding sequence.
  • optical flow is applicable to all pictures in a sequence.
  • motion vector refinement is applicable to all pictures in a sequence.
  • the image encoding apparatus encodes a picture level flag indicating whether a corresponding coding tool is allowed in a picture header (ie, PPS) of each of the pictures belonging to the sequence depending on the value of the first high-level syntax element. For example, when the first higher-level syntax element indicates that the corresponding coding tool is allowed at the sequence level, a picture level flag for indicating whether the corresponding coding tool is allowed at the picture level is encoded. If the first higher level syntax element indicates that the corresponding coding tool is not allowed at the sequence level, the picture level flag is not separately coded. In this case, the video decoding apparatus automatically sets the picture level flag to a value indicating that the corresponding coding tool is not allowed.
  • a picture header ie, PPS
  • the image decoding apparatus may set whether to allow a corresponding coding tool from a picture level flag signaled from the image encoding apparatus or a picture level flag whose value is automatically set at the picture level. If the picture level flags for the coding tools according to the present embodiment are not included in the bitstream, the video decoding apparatus sets each picture level flag to a value indicating that the corresponding coding tools are not allowed at the picture level.
  • the apparatus for encoding an image may adaptively determine whether to allow coding tools from among the sequence level and the picture level.
  • the image decoding apparatus may adaptively determine whether to allow coding tools from a sequence level and a picture level by decoding the syntax signaled from the image encoding apparatus.
  • the picture level flag as described above may be replaced with a slice level flag. That is, when the first higher-level syntax element indicates that the corresponding coding tool is allowed at the sequence level, the video encoding apparatus encodes a slice level flag for indicating whether the corresponding coding tool is allowed at the slice level in the slice header. When the first higher level syntax element indicates that the corresponding coding tool is not allowed, the slice level flag is not coded.
  • the image encoding apparatus may adaptively determine whether to allow coding tools from a sequence level and a slice level.
  • the image decoding apparatus may adaptively determine whether to allow each tool from among the sequence level and the picture level according to the first high-level syntax element or the slice level flag.
  • the video encoding apparatus in order to encode a sequence of pictures, includes a first high-level syntax element of a sequence level for indicating whether all of the coding tools as described above are enabled. (syntax element) is encoded.
  • the first high-level syntax element may be encoded in the header of the sequence, that is, the SPS.
  • the corresponding coding tools are not applied to the encoding of the sequence. That is, the entire coding tool as described above is not applied to all pictures in the sequence.
  • the video encoding apparatus includes a second slice level for indicating whether all of the plurality of coding tools are activated. Encode high-level syntax elements.
  • the second higher-level syntax element may be encoded in the header of the slice.
  • the corresponding coding tools are not applied to the encoding of the corresponding slice. That is, the entire coding tool as described above is not applied to the slice.
  • the second higher-level syntax element 0 of the slice level there is no restriction on use of all of the plurality of coding tools.
  • the second high-level syntax element of the slice level is set so that all of the plurality of coding tools are not activated, and the corresponding coding tool Are not applied to the encoding of the corresponding slice.
  • the second high-level syntax element of the slice level as described above may be replaced by the second high-level syntax element of the picture level.
  • the second higher-level syntax element may be encoded in the header (ie, PPS) of the picture.
  • the second higher-level syntax element of the picture level indicates that all of the plurality of coding tools are not activated
  • the corresponding coding tools are not applied to the encoding of the picture. That is, the entire coding tool as described above is not applied to the picture.
  • the second high-level syntax element 0 of the picture level there is no restriction on the use of all of the plurality of coding tools.
  • the second high-level syntax element of the picture level is set so that all of the plurality of coding tools are not activated, and the corresponding coding tool Are not applied to the encoding of the picture.
  • an integer sample search step and a fractional sample in relation to motion vector refinement among coding tools for improving the compression performance of inter prediction By providing a method of simply performing the fractional sample refinement step, there is an effect that it becomes possible to increase the coding efficiency of the encoder/decoder and reduce the complexity accordingly.
  • the non-transitory recording medium includes, for example, all kinds of recording devices in which data is stored in a form readable by a computer system.
  • the non-transitory recording medium includes a storage medium such as an erasable programmable read only memory (EPROM), a flash drive, an optical drive, a magnetic hard drive, and a solid state drive (SSD).
  • EPROM erasable programmable read only memory
  • SSD solid state drive
  • inter prediction unit 155 entropy encoding unit
  • entropy decoding unit 544 inter prediction unit

Landscapes

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

Abstract

본 실시예는, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool)에 있어서, 상위수준 신택스를 기반으로 부/복호화기 측에서 코딩 툴을 이용하여 움직임벡터의 수정을 조절한다. 또한 코딩 툴 중에서 특히 움직임벡터 정제(motion vector refinement)와 관련하여 정수 오프셋을 검색하는 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계, 및 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계를 단순하게 수행하는 방법을 제공한다.

Description

인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치
본 개시는 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool)에 있어서, 상위수준 신택스를 기반으로 부/복호화기 측에서 코딩 툴을 이용하여 움직임벡터의 수정을 조절하는 방법에 대한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
비디오 데이터는 음성 데이터나 정지 영상 데이터 등에 비하여 많은 데이터량을 가지기 때문에, 압축을 위한 처리 없이 그 자체를 저장하거나 전송하기 위해서는 메모리를 포함하여 많은 하드웨어 자원을 필요로 한다.
따라서, 통상적으로 비디오 데이터를 저장하거나 전송할 때에는 부호화기를 사용하여 비디오 데이터를 압축하여 저장하거나 전송하며, 복호화기에서는 압축된 비디오 데이터를 수신하여 압축을 해제하고 재생한다. 이러한 비디오 압축 기술로는 H.264/AVC를 비롯하여, H.264/AVC에 비해 약 40% 정도의 부호화 효율을 향상시킨 HEVC(High Efficiency Video Coding)가 존재한다.
그러나, 영상의 크기 및 해상도, 프레임률이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 부호화해야 하는 데이터량도 증가하고 있으므로 기존의 압축 기술보다 더 부호화 효율이 좋고 화질 개선 효과도 높은 새로운 압축 기술이 요구된다.
영상(비디오) 부호화에서는 압축 성능의 개선을 위해 예측 부호화가 주로 사용된다. 현재 픽처 내의 기복원된 샘플들을 이용하여 부호화하고자 하는 대상블록을 예측하는 인트라 예측과, 먼저 복원된 참조 픽처 내를 이용하여 현재블록을 예측하는 인터 예측이 존재한다. 특히, 인터 예측은 인트라 예측과 비교하여 압축 성능이 우수하여 비디오 부호화에 많이 사용되고 있다.
본 개시에서는 기존의 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴을 제안한다.
본 개시는, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool)에 있어서, 상위수준 신택스를 기반으로 부/복호화기 측에서 코딩 툴을 이용하여 움직임벡터의 수정을 조절한다. 또한 코딩 툴 중에서 특히 움직임벡터 정제(motion vector refinement)와 관련하여 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계 및 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계를 단순하게 수행하는 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 영상 복호화 장치가 코딩된 픽처들(coded pictures)의 시퀀스(sequence)를 블록 단위로 복호하는 영상 복호화 방법에 있어서, 비트스트림으로부터 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 나타내는 적어도 하나의 제1 상위수준(high level) 신택스 요소를 복호하는 과정, 상기 적어도 하나의 코딩 툴은 움직임벡터 정제(motion vector refinement)를 포함함; 상기 적어도 하나의 제1 상위수준 신택스 요소에 의존하여 상기 비트스트림으로부터 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각에 대응되는 제2 상위수준 신택스 요소를 복호함으로써, 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 픽처 레벨(picture level)에서 설정하는 과정; 상기 픽처 레벨의 설정에 근거하여 대상블록이 포함된 현재 픽처에 대해 상기 움직임벡터 정제가 허용됨이 식별될 때, 상기 대상블록의 양방향 참조픽처들 내에서 초기 움직임벡터들로부터 기 설정된 오프셋 범위 내의 양 후보블록 간 메트릭(metric)을 계산하여 최소 메트릭을 갖는 움직임벡터 후보를 검색함으로써, 상기 대상블록에 대한 정제된(refined) 움직임벡터를 생성하는 과정; 및 상기 양방향 참조픽처 및 정제된 움직임벡터를 이용하여, 상기 대상블록에 대한 인터예측 샘플들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 코딩된 픽처들(coded pictures)의 시퀀스(sequence)를 블록 단위로 복호하는 영상 복호화 장치에 있어서, 비트스트림으로부터 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 나타내는 적어도 하나의 제1 상위수준(high level) 신택스 요소를 복호하고, 상기 적어도 하나의 제1 상위수준 신택스 요소에 의존하여 상기 비트스트림으로부터 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각에 대응되는 제2 상위수준 신택스 요소를 복호함으로써, 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 픽처 레벨(picture level)에서 설정하는 복호화부, 여기서 상기 적어도 하나의 코딩 툴은 움직임벡터 정제(motion vector refinement)를 포함함; 및 상기 픽처 레벨의 설정에 근거하여 대상블록이 포함된 현재 픽처에 대해 상기 움직임벡터 정제가 허용됨이 식별될 때, 상기 대상블록의 양방향 참조픽처들 내에서 초기 움직임벡터들로부터 기 설정된 오프셋 범위 내의 양 후보블록 간 메트릭(metric)을 계산하여 최소 메트릭을 갖는 움직임벡터 후보를 검색함으로써, 상기 대상블록에 대한 정제된(refined) 움직임벡터를 생성하는 예측부를 포함하고, 상기 예측부는 상기 양방향 참조픽처 및 정제된 움직임벡터를 이용하여, 상기 대상블록에 대한 인터예측 샘플들을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치를 제공한다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 영상 부호화 장치가 픽처들(coded pictures)의 시퀀스(sequence)를 블록 단위로 부호화하는 영상 부호화 방법에 있어서, 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 나타내기 위한 적어도 하나의 제1 상위수준(high level) 신택스 요소를 시퀀스 헤더에 부호화하는 과정, 상기 적어도 하나의 코딩 툴은 움직임벡터 정제(motion vector refinement)를 포함함; 상기 적어도 하나의 제1 상위수준 신택스 요소에 의존하여 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각의 허용 여부에 대한 픽처 레벨(picture level)의 제2 상위수준 신택스 요소를 부호화하는 과정; 상기 픽처 레벨의 설정에 근거하여 대상블록이 포함된 현재 픽처에 대해 상기 움직임벡터 정제가 허용됨이 식별될 때, 상기 대상블록의 양방향 참조픽처들 내에서 초기 움직임벡터들로부터 기설정된 오프셋 범위 내의 양 후보블록 간 메트릭(metric)을 계산하여 최소 메트릭을 갖는 움직임벡터 후보를 검색함으로써, 상기 대상블록에 대한 정제된(refined) 움직임벡터를 생성하는 과정; 및 상기 양방향 참조픽처 및 정제된 움직임벡터를 이용하여, 상기 대상블록에 대한 인터예측 샘플들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool) 중에서 움직임벡터 정제(motion vector refinement)와 관련하여 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계 및 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계를 단순하게 수행하는 방법을 제공함으로써, 부/복호화기의 부호화 효율의 증가시키고, 그에 따른 복잡도를 감소시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 광각 인트라 예측모드들을 포함한 복수의 인트라 예측모드들을 나타낸 도면이다.
도 4는 현재블록의 주변블록에 대한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 BDOF의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 양방향 옵티컬 플로우에서 블록 경계 샘플에 대한 그래디언트를 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 아핀 움직임 예측을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 서브블록 단위의 아핀 움직임 예측을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 주변블록의 병진 움직임벡터로부터 아핀 움직임 예측을 위한 머지 후보들을 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 움직임벡터 정제 코딩 툴의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 움직임벡터 정제 코딩 툴에 대한 검색 복잡도를 감소시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 본 개시의 다른 실시예에 따른 움직임벡터 정제 코딩 툴에 대한 검색 복잡도를 감소시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 14는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 움직임벡터 정제 코딩 툴에 대한 검색 복잡도를 감소시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 부호화 장치에 대한 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 1의 도시를 참조하여 영상 부호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 부호화 장치는 픽처 분할부(110), 예측부(120), 감산기(130), 변환부(140), 양자화부(145), 재정렬부(150), 엔트로피 부호화부(155), 역양자화부(160), 역변환부(165), 가산기(170), 루프 필터부(180) 및 메모리(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
영상 부호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
하나의 영상(비디오)은 복수의 픽처들을 포함하는 하나 이상의 시퀀스로 구성된다. 각 픽처들은 복수의 영역으로 분할되고 각 영역마다 부호화가 수행된다. 예를 들어, 하나의 픽처는 하나 이상의 타일(Tile) 또는/및 슬라이스(Slice)로 분할된다. 여기서, 하나 이상의 타일을 타일 그룹(Tile Group)으로 정의할 수 있다. 각 타일 또는/슬라이스는 하나 이상의 CTU(Coding Tree Unit)로 분할된다. 그리고 각 CTU는 트리 구조에 의해 하나 이상의 CU(Coding Unit)들로 분할된다. 각 CU에 적용되는 정보들은 CU의 신택스로서 부호화되고, 하나의 CTU에 포함된 CU들에 공통적으로 적용되는 정보는 CTU의 신택스로서 부호화된다. 또한, 하나의 슬라이스 내의 모든 블록들에 공통적으로 적용되는 정보는 슬라이스 헤더의 신택스로서 부호화되며, 하나 이상의 픽처들을 구성하는 모든 블록들에 적용되는 정보는 픽처 파라미터 셋(PPS, Picture Parameter Set) 혹은 픽처 헤더에 부호화된다. 나아가, 복수의 픽처가 공통으로 참조하는 정보들은 시퀀스 파라미터 셋(SPS, Sequence Parameter Set)에 부호화된다. 그리고, 하나 이상의 SPS가 공통으로 참조하는 정보들은 비디오 파라미터 셋(VPS, Video Parameter Set)에 부호화된다. 또한, 하나의 타일 또는 타일 그룹에 공통으로 적용되는 정보는 타일 또는 타일 그룹 헤더의 신택스로서 부호화될 수도 있다. SPS, PPS, 슬라이스 헤더, 타일 또는 타일 그룹 헤더에 포함되는 신택스들은 상위수준(high level) 신택스로 칭할 수 있다.
픽처 분할부(110)는 CTU(Coding Tree Unit)의 크기를 결정한다. CTU의 크기에 대한 정보(CTU size)는 SPS 또는 PPS의 신택스로서 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
픽처 분할부(110)는 영상을 구성하는 각 픽처(picture)를 미리 결정된 크기를 가지는 복수의 CTU(Coding Tree Unit)들로 분할한 이후에, 트리 구조(tree structure)를 이용하여 CTU를 반복적으로(recursively) 분할한다. 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다.
트리 구조로는 상위 노드(혹은 부모 노드)가 동일한 크기의 네 개의 하위 노드(혹은 자식 노드)로 분할되는 쿼드트리(QuadTree, QT), 또는 상위 노드가 두 개의 하위 노드로 분할되는 바이너리트리(BinaryTree, BT), 또는 상위 노드가 1:2:1 비율로 세 개의 하위 노드로 분할되는 터너리트리(TernaryTree, TT), 또는 이러한 QT 구조, BT 구조 및 TT 구조 중 둘 이상을 혼용한 구조일 수 있다. 예컨대, QTBT(QuadTree plus BinaryTree) 구조가 사용될 수 있고, 또는 QTBTTT(QuadTree plus BinaryTree TernaryTree) 구조가 사용될 수 있다. 여기서, BTTT를 합쳐서 MTT(Multiple-Type Tree)라 지칭될 수 있다.
도 2는 QTBTTT 구조를 이용하여 블록을 분할하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, CTU는 먼저 QT 구조로 분할될 수 있다. 쿼드트리 분할은 분할 블록(splitting block)의 크기가 QT에서 허용되는 리프 노드의 최소 블록 크기(MinQTSize)에 도달할 때까지 반복될 수 있다. QT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. QT의 리프 노드가 BT에서 허용되는 루트 노드의 최대 블록 크기(MaxBTSize)보다 크지 않은 경우, BT 구조 또는 TT 구조 중 어느 하나 이상으로 더 분할될 수 있다. BT 구조 및/또는 TT 구조에서는 복수의 분할 방향이 존재할 수 있다. 예컨대, 해당 노드의 블록이 가로로 분할되는 방향과 세로로 분할되는 방향 두 가지가 존재할 수 있다. 도 2의 도시와 같이, MTT 분할이 시작되면, 노드들이 분할되었는지 여부를 지시하는 제2 플래그(mtt_split_flag)와, 분할이 되었다면 추가적으로 분할 방향(vertical 혹은 horizontal)을 나타내는 플래그 및/또는 분할 타입(Binary 혹은 Ternary)을 나타내는 플래그가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
대안적으로, 각 노드가 하위 레이어의 4개의 노드들로 분할되는지 여부를 지시하는 제1 플래그(QT_split_flag)를 부호화하기에 앞서, 그 노드가 분할되는지 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)가 부호화될 수도 있다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할되지 않았음을 지시하는 경우, 해당 노드의 블록이 분할 트리 구조에서의 리프 노드(leaf node)가 되어 부호화의 기본 단위인 CU(coding unit)가 된다. CU 분할 플래그(split_cu_flag) 값이 분할됨을 지시하는 경우, 영상 부호화 장치는 전술한 방식으로 제1 플래그부터 부호화를 시작한다.
트리 구조의 다른 예시로서 QTBT가 사용되는 경우, 해당 노드의 블록을 동일 크기의 두 개 블록으로 가로로 분할하는 타입(즉, symmetric horizontal splitting)과 세로로 분할하는 타입(즉, symmetric vertical splitting) 두 가지가 존재할 수 있다. BT 구조의 각 노드가 하위 레이어의 블록으로 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할되는 타입을 지시하는 분할 타입 정보가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다. 한편, 해당 노드의 블록을 서로 비대칭 형태의 두 개의 블록으로 분할하는 타입이 추가로 더 존재할 수도 있다. 비대칭 형태에는 해당 노드의 블록을 1:3의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록으로 분할하는 형태가 포함될 수 있고, 혹은 해당 노드의 블록을 대각선 방향으로 분할하는 형태가 포함될 수도 있다.
CU는 CTU로부터의 QTBT 또는 QTBTTT 분할에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 부호화 또는 복호화하고자 하는 CU(즉, QTBTTT의 리프 노드)에 해당하는 블록을 '현재블록'이라 칭한다. QTBTTT 분할의 채용에 따라, 현재블록의 모양은 정사각형뿐만 아니라 직사각형일 수도 있다.
예측부(120)는 현재블록을 예측하여 예측블록을 생성한다. 예측부(120)는 인트라 예측부(122)와 인터 예측부(124)를 포함한다.
일반적으로, 픽처 내 현재블록들은 각각 예측적으로 코딩될 수 있다. 일반적으로 현재블록의 예측은 (현재블록을 포함하는 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인트라 예측 기술 또는 (현재블록을 포함하는 픽처 이전에 코딩된 픽처로부터의 데이터를 사용하는) 인터 예측 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 인터 예측은 단방향 예측과 양방향 예측 모두를 포함한다.
인트라 예측부(122)는 현재블록이 포함된 현재 픽처 내에서 현재블록의 주변에 위치한 픽셀(참조 픽셀)들을 이용하여 현재블록 내의 픽셀들을 예측한다. 예측 방향에 따라 복수의 인트라 예측모드가 존재한다. 예컨대, 도 3a에서 보는 바와 같이, 복수의 인트라 예측모드는 planar 모드와 DC 모드를 포함하는 2개의 비방향성 모드와 65개의 방향성 모드를 포함할 수 있다. 각 예측모드에 따라 사용할 주변 픽셀과 연산식이 다르게 정의된다.
직사각형 모양의 현재블록에 대한 효율적인 방향성 예측을 위해, 도 3b에 점선 화살표로 도시된 방향성 모드들(67 ~ 80번, -1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)이 추가로 사용될 수 있다. 이들은 "광각 인트라 예측모드들(wide angle intra-prediction modes)"로 지칭될 수 있다. 도 3b에서 화살표들은 예측에 사용되는 대응하는 참조샘플들을 가리키는 것이며, 예측 방향을 나타내는 것이 아니다. 예측 방향은 화살표가 가리키는 방향과 반대이다. 광각 인트라 예측모드들은 현재블록이 직사각형일 때 추가적인 비트 전송 없이 특정 방향성 모드를 반대방향으로 예측을 수행하는 모드이다. 이때 광각 인트라 예측모드들 중에서, 직사각형의 현재블록의 너비와 높이의 비율에 의해, 현재블록에 이용 가능한 일부 광각 인트라 예측모드들이 결정될 수 있다. 예컨대, 45도보다 작은 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(67 ~ 80번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 높이가 너비보다 작은 직사각형 형태일 때 이용 가능하고, -135도보다 큰 각도를 갖는 광각 인트라 예측모드들(-1 ~ -14 번 인트라 예측모드들)은 현재블록이 너비가 높이보다 큰 직사각형 형태일 때 이용 가능하다.
인트라 예측부(122)는 현재블록을 부호화하는데 사용할 인트라 예측모드를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 인트라 예측부(122)는 여러 인트라 예측모드들을 사용하여 현재블록을 인코딩하고, 테스트된 모드들로부터 사용할 적절한 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 인트라 예측부(122)는 여러 테스트된 인트라 예측모드들에 대한 레이트 왜곡(rate-distortion) 분석을 사용하여 레이트 왜곡 값들을 계산하고, 테스트된 모드들 중 최선의 레이트 왜곡 특징들을 갖는 인트라 예측모드를 선택할 수도 있다.
인트라 예측부(122)는 복수의 인트라 예측모드 중에서 하나의 인트라 예측모드를 선택하고, 선택된 인트라 예측모드에 따라 결정되는 주변 픽셀(참조 픽셀)과 연산식을 사용하여 현재블록을 예측한다. 선택된 인트라 예측모드에 대한 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는 움직임 보상 과정을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 인터 예측부(124)는 현재 픽처보다 먼저 부호화 및 복호화된 참조픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하고, 그 탐색된 블록을 이용하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고, 현재 픽처 내의 현재블록과 참조픽처 내의 예측블록 간의 변위(displacement)에 해당하는 움직임벡터(Motion Vector: MV)를 생성한다. 일반적으로, 움직임 추정은 루마(luma) 성분에 대해 수행되고, 루마 성분에 기초하여 계산된 모션 벡터는 루마 성분 및 크로마 성분 모두에 대해 사용된다. 현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처에 대한 정보 및 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
인터 예측부(124)는, 예측의 정확성을 높이기 위해, 참조 픽처 또는 참조 블록에 대한 보간을 수행할 수도 있다. 즉, 연속한 두 정수 샘플 사이의 서브 샘플들은 그 두 정수 샘플을 포함한 연속된 복수의 정수 샘플들에 필터 계수들을 적용하여 보간된다. 보간된 참조 픽처에 대해서 현재블록과 가장 유사한 블록을 탐색하는 과정을 수행하면, 움직임벡터는 정수 샘플 단위의 정밀도(precision)가 아닌 소수 단위의 정밀도까지 표현될 수 있다. 움직임벡터의 정밀도 또는 해상도(resolution)는 부호화하고자 하는 대상 영역, 예컨대, 슬라이스, 타일, CTU, CU 등의 단위마다 다르게 설정될 수 있다. 이와 같은 적응적 움직임벡터 해상도(Adaptive Motion Vector Resolution: AMVR)가 적용되는 경우 각 대상 영역에 적용할 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 대상 영역마다 시그널링되어야 한다. 예컨대, 대상 영역이 CU인 경우, 각 CU마다 적용된 움직임벡터 해상도에 대한 정보가 시그널링된다. 움직임벡터 해상도에 대한 정보는 후술할 차분 움직임벡터의 정밀도를 나타내는 정보일 수 있다.
한편, 인터 예측부(124)는 양방향 예측(bi-prediction)을 이용하여 인터 예측을 수행할 수 있다. 양방향 예측의 경우, 두 개의 참조 픽처와 각 참조 픽처 내에서 현재블록과 가장 유사한 블록 위치를 나타내는 두 개의 움직임벡터가 이용된다. 인터 예측부(124)는 참조픽처 리스트 0(RefPicList0) 및 참조픽처 리스트 1(RefPicList1)로부터 각각 제1 참조픽처 및 제2 참조픽처를 선택하고, 각 참조픽처 내에서 현재블록과 유사한 블록을 탐색하여 제1 참조블록과 제2 참조블록을 생성한다. 그리고, 제1 참조블록과 제2 참조블록을 평균 또는 가중 평균하여 현재블록에 대한 예측블록을 생성한다. 그리고 현재블록을 예측하기 위해 사용한 두 개의 참조픽처에 대한 정보 및 두 개의 움직임벡터에 대한 정보를 포함하는 움직임 정보를 부호화부(150)로 전달한다. 여기서, 참조픽처 리스트 0은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이전의 픽처들로 구성되고, 참조픽처 리스트 1은 기복원된 픽처들 중 디스플레이 순서에서 현재 픽처 이후의 픽처들로 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 순서 상으로 현재 픽처 이후의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 0에 추가로 더 포함될 수 있고, 역으로 현재 픽처 이전의 기복원 픽처들이 참조픽처 리스트 1에 추가로 더 포함될 수도 있다.
움직임 정보를 부호화하는 데에 소요되는 비트량을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
예컨대, 현재블록의 참조픽처와 움직임벡터가 주변블록의 참조픽처 및 움직임벡터와 동일한 경우에는 그 주변블록을 식별할 수 있는 정보를 부호화함으로써, 현재블록의 움직임 정보를 영상 복호화 장치로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 '머지 모드(merge mode)'라 한다.
머지 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들로부터 기 결정된 개수의 머지 후보블록(이하, '머지 후보'라 함)들을 선택한다.
머지 후보를 유도하기 위한 주변블록으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(L), 상단블록(A), 우상단블록(AR), 좌하단블록(BL), 좌상단블록(AL) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 머지 후보로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(co-located block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 머지 후보로서 추가로 더 사용될 수 있다.
인터 예측부(124)는 이러한 주변블록들을 이용하여 기 결정된 개수의 머지 후보를 포함하는 머지 리스트를 구성한다. 머지 리스트에 포함된 머지 후보들 중에서 현재블록의 움직임정보로서 사용할 머지 후보를 선택하고 선택된 후보를 식별하기 위한 머지 인덱스 정보를 생성한다. 생성된 머지 인덱스 정보는 부호화부(150)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 전달된다.
움직임 정보를 부호화하기 위한 또 다른 방법은 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 모드이다.
AMVP 모드에서, 인터 예측부(124)는 현재블록의 주변블록들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터 후보들을 유도한다. 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로는, 도 4에 도시된 현재 픽처 내에서 현재블록에 인접한 좌측블록(L), 상단블록(A), 우상단블록(AR), 좌하단블록(BL), 좌상단블록(AL) 중에서 전부 또는 일부가 사용될 수 있다. 또한, 현재블록이 위치한 현재 픽처가 아닌 참조픽처(현재블록을 예측하기 위해 사용된 참조픽처와 동일할 수도 있고 다를 수도 있음) 내에 위치한 블록이 예측 움직임벡터 후보들을 유도하기 위해 사용되는 주변블록으로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 참조픽처 내에서 현재블록과 동일 위치에 있는 블록(collocated block) 또는 그 동일 위치의 블록에 인접한 블록들이 사용될 수 있다.
인터 예측부(124)는 이 주변블록들의 움직임벡터를 이용하여 예측 움직임벡터 후보들을 유도하고, 예측 움직임벡터 후보들을 이용하여 현재블록의 움직임벡터에 대한 예측 움직임벡터를 결정한다. 그리고, 현재블록의 움직임벡터로부터 예측 움직임벡터를 감산하여 차분 움직임벡터를 산출한다.
예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들에 기 정의된 함수(예컨대, 중앙값, 평균값 연산 등)를 적용하여 구할 수 있다. 이 경우, 영상 복호화 장치도 기 정의된 함수를 알고 있다. 또한, 예측 움직임벡터 후보를 유도하기 위해 사용하는 주변블록은 이미 부호화 및 복호화가 완료된 블록이므로 영상 복호화 장치도 그 주변블록의 움직임벡터도 이미 알고 있다. 그러므로 영상 부호화 장치는 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보를 부호화할 필요가 없다. 따라서, 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보와 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보가 부호화된다.
한편, 예측 움직임벡터는 예측 움직임벡터 후보들 중 어느 하나를 선택하는 방식으로 결정될 수도 있다. 이 경우에는 차분 움직임벡터에 대한 정보 및 현재블록을 예측하기 위해 사용한 참조픽처에 대한 정보와 함께, 선택된 예측 움직임벡터 후보를 식별하기 위한 정보가 추가로 부호화된다.
감산기(130)는 현재블록으로부터 인트라 예측부(122) 또는 인터 예측부(124)에 의해 생성된 예측블록을 감산하여 잔차블록을 생성한다.
변환부(140)는 공간 영역의 픽셀 값들을 가지는 잔차블록 내의 잔차신호를 주파수 도메인의 변환 계수로 변환한다. 변환부(140)는 잔차블록의 전체 크기를 변환 단위로 사용하여 잔차블록 내의 잔차신호들을 변환할 수 있으며, 또는 잔차블록을 복수 개의 서브블록으로 분할하고 그 서브블록을 변환 단위로 사용하여 변환을 할 수도 있다. 또는, 변환 영역 및 비변환 영역인 두 개의 서브블록으로 구분하여, 변환 영역 서브블록만 변환 단위로 사용하여 잔차신호들을 변환할 수 있다. 여기서, 변환 영역 서브블록은 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:1의 크기 비율을 가지는 두 개의 직사각형 블록 중 하나일 수 있다. 이런 경우, 서브블록 만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)가 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다. 또한, 변환 영역 서브블록의 크기는 가로축 (혹은 세로축) 기준 1:3의 크기 비율을 가질 수 있으며, 이런 경우 해당 분할을 구분하는 플래그(cu_sbt_quad_flag)가 추가적으로 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
한편, 변환부(140)는 잔차블록에 대해 가로 방향과 세로 방향으로 개별적으로 변환을 수행할 수 있다. 변환을 위해, 다양한 타입의 변환 함수 또는 변환 행렬이 사용될 수 있다. 예컨대, 가로 방향 변환과 세로 방향 변환을 위한 변환 함수의 쌍을 MTS(Multiple Transform Set)로 정의할 수 있다. 변환부(140)는 MTS 중 변환 효율이 가장 좋은 하나의 변환 함수 쌍을 선택하고 가로 및 세로 방향으로 각각 잔차블록을 변환할 수 있다. MTS 중에서 선택된 변환 함수 쌍에 대한 정보(mts_idx)는 엔트로피 부호화부(155)에 의해 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링된다.
양자화부(145)는 변환부(140)로부터 출력되는 변환 계수들을 양자화 파라미터를 이용하여 양자화하고, 양자화된 변환 계수들을 엔트로피 부호화부(155)로 출력한다. 양자화부(145)는, 어떤 블록 혹은 프레임에 대해, 변환 없이, 관련된 잔차 블록을 곧바로 양자화할 수도 있다. 양자화부(145)는 변환블록 내의 변환 계수들의 위치에 따라 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 2차원으로 배열된 양자화된 변환 계수들에 적용되는 양자화 행렬은 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
재정렬부(150)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있다.
재정렬부(150)는 계수 스캐닝(coefficient scanning)을 이용하여 2차원의 계수 어레이를 1차원의 계수 시퀀스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 재정렬부(150)에서는 지그-재그 스캔(zig-zag scan) 또는 대각선 스캔(diagonal scan)을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원의 계수 시퀀스를 출력할 수 있다. 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔 대신 2차원의 계수 어레이를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔이 사용될 수도 있다. 즉, 변환 단위의 크기 및 인트라 예측모드에 따라 지그-재그 스캔, 대각선 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중에서 사용될 스캔 방법이 결정될 수도 있다.
엔트로피 부호화부(155)는, CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Code), 지수 골롬(Exponential Golomb) 등의 다양한 부호화 방식을 사용하여, 재정렬부(150)로부터 출력된 1차원의 양자화된 변환 계수들의 시퀀스를 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다.
또한, 엔트로피 부호화부(155)는 블록 분할과 관련된 CTU size, CU 분할 플래그, QT 분할 플래그, MTT 분할 타입, MTT 분할 방향 등의 정보를 부호화하여, 영상 복호화 장치가 영상 부호화 장치와 동일하게 블록을 분할할 수 있도록 한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 현재블록이 인트라 예측에 의해 부호화되었는지 아니면 인터 예측에 의해 부호화되었는지 여부를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 부호화하고, 예측 타입에 따라 인트라 예측정보(즉, 인트라 예측모드에 대한 정보) 또는 인터 예측정보(머지 모드의 경우 머지 인덱스, AMVP 모드의 경우 참조픽처 인덱스 및 차분 움직임벡터에 대한 정보)를 부호화한다. 또한, 엔트로피 부호화부(155)는 양자화와 관련된 정보, 즉, 양자화 파라미터에 대한 정보 및 양자화 행렬에 대한 정보를 부호화한다.
역양자화부(160)는 양자화부(145)로부터 출력되는 양자화된 변환 계수들을 역양자화하여 변환 계수들을 생성한다. 역변환부(165)는 역양자화부(160)로부터 출력되는 변환 계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 변환하여 잔차블록을 복원한다.
가산부(170)는 복원된 잔차블록과 예측부(120)에 의해 생성된 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 다음 순서의 블록을 인트라 예측할 때 참조 픽셀로서 사용된다.
루프(loop) 필터부(180)는 블록 기반의 예측 및 변환/양자화로 인해 발생하는 블록킹 아티팩트(blocking artifacts), 링잉 아티팩트(ringing artifacts), 블러링 아티팩트(blurring artifacts) 등을 줄이기 위해 복원된 픽셀들에 대한 필터링을 수행한다. 루프 필터부(180)는 디블록킹 필터(182), SAO(Sample Adaptive Offset) 필터(184) 및 ALF(Adaptive Loop Filter, 186) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
디블록킹 필터(182)는 블록 단위의 부호화/복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해 복원된 블록 간의 경계를 필터링하고, SAO 필터(184)는 디블록킹 필터링된 영상에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. SAO 필터(184)는 손실 부호화(lossy coding)로 인해 발생하는 복원된 샘플과 원본 샘플 간의 차이를 보상하기 위해 사용되는 필터로서, 각 복원된 샘플들에 그에 대응하는 오프셋에 가산되는 방식으로 수행된다. ALF(186)는 필터링을 수행할 대상 샘플 및 그 대상 샘플의 주변샘플들에 필터 계수들을 적용하여 대상 샘플에 대한 필터링을 수행한다. ALF(186)는 영상에 포함된 샘플을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF에 사용될 필터 계수들에 대한 정보는 부호화되어 영상 복호화 장치로 시그널링될 수 있다.
루프 필터부(180)에 의하여 필터링된 복원블록은 메모리(190)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조 픽처로 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 영상 복호화 장치의 예시적인 블록도이다. 이하에서는 도 5의 도시를 참조하여 영상 복호화 장치와 이 장치의 하위 구성들에 대하여 설명하도록 한다.
영상 복호화 장치는 엔트로피 복호화부(510), 재정렬부(515), 역양자화부(520), 역변환부(530), 예측부(540), 가산기(550), 루프 필터부(560) 및 메모리(570)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1의 영상 부호화 장치와 마찬가지로, 영상 복호화 장치의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 기능이 소프트웨어로 구현되고 마이크로프로세서가 각 구성요소에 대응하는 소프트웨어의 기능을 실행하도록 구현될 수도 있다.
엔트로피 복호화부(510)는 영상 부호화 장치에 의해 생성된 비트스트림을 복호화하여 블록 분할과 관련된 정보를 추출함으로써 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하고, 현재블록을 복원하기 위해 필요한 예측정보와 잔차신호에 대한 정보 등을 추출한다.
엔트로피 복호화부(510)는 SPS(Sequence Parameter Set) 또는 PPS(Picture Parameter Set)로부터 CTU size에 대한 정보를 추출하여 CTU의 크기를 결정하고, 픽처를 결정된 크기의 CTU로 분할한다. 그리고, CTU를 트리 구조의 최상위 레이어, 즉, 루트 노드로 결정하고, CTU에 대한 분할정보를 추출함으로써 트리 구조를 이용하여 CTU를 분할한다.
예컨대, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 MTT의 분할과 관련된 제2 플래그(MTT_split_flag) 및 분할 방향(vertical / horizontal) 및/또는 분할 타입(binary / ternary) 정보를 추출하여 해당 리프 노드를 MTT 구조로 분할한다. 이에 따라 QT의 리프 노드 이하의 각 노드들을 BT 또는 TT 구조로 반복적으로(recursively) 분할한다.
또 다른 예로서, QTBTTT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, 먼저 CU의 분할 여부를 지시하는 CU 분할 플래그(split_cu_flag)를 추출하고, 해당 블록이 분할된 경우, 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출할 수도 있다. 분할 과정에서 각 노드는 0번 이상의 반복적인 QT 분할 후에 0번 이상의 반복적인 MTT 분할이 발생할 수 있다. 예컨대, CTU는 바로 MTT 분할이 발생하거나, 반대로 다수 번의 QT 분할만 발생할 수도 있다.
다른 예로서, QTBT 구조를 사용하여 CTU를 분할하는 경우, QT의 분할과 관련된 제1 플래그(QT_split_flag)를 추출하여 각 노드를 하위 레이어의 네 개의 노드로 분할한다. 그리고, QT의 리프 노드에 해당하는 노드에 대해서는 BT로 더 분할되는지 여부를 지시하는 분할 플래그(split_flag) 및 분할 방향 정보를 추출한다.
한편, 엔트로피 복호화부(510)는 트리 구조의 분할을 이용하여 복호화하고자 하는 현재블록을 결정하게 되면, 현재블록이 인트라 예측되었는지 아니면 인터 예측되었는지를 지시하는 예측 타입에 대한 정보를 추출한다. 예측 타입 정보가 인트라 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 현재블록의 인트라 예측정보(인트라 예측모드)에 대한 신택스 요소를 추출한다. 예측 타입 정보가 인터 예측을 지시하는 경우, 엔트로피 복호화부(510)는 인터 예측정보에 대한 신택스 요소, 즉, 움직임벡터 및 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 나타내는 정보를 추출한다.
또한, 엔트로피 복호화부(510)는 양자화 관련된 정보, 및 잔차신호에 대한 정보로서 현재블록의 양자화된 변환계수들에 대한 정보를 추출한다.
재정렬부(515)는, 영상 부호화 장치에 의해 수행된 계수 스캐닝 순서의 역순으로, 엔트로피 복호화부(510)에서 엔트로피 복호화된 1차원의 양자화된 변환계수들의 시퀀스를 다시 2차원의 계수 어레이(즉, 블록)로 변경할 수 있다.
역양자화부(520)는 양자화된 변환계수들을 역양자화하고, 양자화 파라미터를 이용하여 양자화된 변환계수들을 역양자화한다. 역양자화부(520)는 2차원으로 배열된 양자화된 변환계수들에 대해 서로 다른 양자화 계수(스케일링 값)을 적용할 수도 있다. 역양자화부(520)는 영상 부호화 장치로부터 양자화 계수(스케일링 값)들의 행렬을 양자화된 변환계수들의 2차원 어레이에 적용하여 역양자화를 수행할 수 있다.
역변환부(530)는 역양자화된 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환하여 잔차신호들을 복원함으로써 현재블록에 대한 잔차블록을 생성한다.
또한, 역변환부(530)는 변환블록의 일부 영역(서브블록)만 역변환하는 경우, 변환블록의 서브블록만을 변환하였음을 지시하는 플래그(cu_sbt_flag), 서브블록의 방향성(vertical/horizontal) 정보(cu_sbt_horizontal_flag) 및/또는 서브블록의 위치 정보(cu_sbt_pos_flag)를 추출하여, 해당 서브블록의 변환계수들을 주파수 도메인으로부터 공간 도메인으로 역변환함으로써 잔차신호들을 복원하고, 역변환되지 않은 영역에 대해서는 잔차신호로 “0”값을 채움으로써 현재블록에 대한 최종 잔차블록을 생성한다.
또한, MTS가 적용된 경우, 역변환부(530)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 MTS 정보(mts_idx)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 각각 적용할 변환 함수 또는 변환 행렬을 결정하고, 결정된 변환 함수를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 변환블록 내의 변환계수들에 대해 역변환을 수행한다.
예측부(540)는 인트라 예측부(542) 및 인터 예측부(544)를 포함할 수 있다. 인트라 예측부(542)는 현재블록의 예측 타입이 인트라 예측일 때 활성화되고, 인터 예측부(544)는 현재블록의 예측 타입이 인터 예측일 때 활성화된다.
인트라 예측부(542)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인트라 예측모드에 대한 신택스 요소로부터 복수의 인트라 예측모드 중 현재블록의 인트라 예측모드를 결정하고, 인트라 예측모드에 따라 현재블록 주변의 참조 픽셀들을 이용하여 현재블록을 예측한다.
인터 예측부(544)는 엔트로피 복호화부(510)로부터 추출된 인터 예측모드에 대한 신택스 요소를 이용하여 현재블록의 움직임벡터와 그 움직임벡터가 참조하는 참조픽처를 결정하고, 움직임벡터와 참조픽처를 이용하여 현재블록을 예측한다.
가산기(550)는 역변환부로부터 출력되는 잔차블록과 인터 예측부 또는 인트라 예측부로부터 출력되는 예측블록을 가산하여 현재블록을 복원한다. 복원된 현재블록 내의 픽셀들은 이후에 복호화할 블록을 인트라 예측할 때의 참조픽셀로서 활용된다.
루프 필터부(560)는 디블록킹 필터(562) 및 SAO 필터(564)를 포함할 수 있다. 디블록킹 필터(562)는 블록 단위의 복호화로 인해 발생하는 블록킹 현상(blocking artifact)을 제거하기 위해, 복원된 블록 간의 경계를 디블록킹 필터링한다. SAO 필터(564)는 손실 부호화(lossy coding)으로 인해 발생하는 복원된 픽셀과 원본 픽셀 간의 차이를 보상하기 위해, 디블록킹 필터링 이후의 복원된 블록에 대해 추가적인 필터링을 수행한다. ALF(566)는 필터링을 수행할 대상 샘플 및 그 대상 샘플의 주변샘플들에 필터 계수들을 적용하여 대상 샘플에 대한 필터링을 수행한다. ALF(566)는 영상에 포함된 샘플을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. ALF의 필터 계수는 비스트림으로부터 복호화한 필터 계수에 대한 정보를 이용하여 결정된다.
루프 필터부(560)에 의하여 필터링된 복원블록은 메모리(570)에 저장된다. 한 픽처 내의 모든 블록들이 복원되면, 복원된 픽처는 이후에 부호화하고자 하는 픽처 내의 블록을 인터 예측하기 위한 참조 픽처로 사용된다.
본 실시예는 이상에서 설명한 바와 같은 영상(비디오)의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool)에 있어서, 상위수준 신택스를 기반으로 부/복호화기 측에서 코딩 툴을 이용하여 움직임벡터의 수정을 조절한다. 또한 코딩 툴 중에서 특히 움직임벡터 정제(motion vector refinement)와 관련하여 정수 오프셋을 검색하는 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계, 및 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계를 단순하게 수행하는 방법을 제공한다.
이하의 실시예는 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)및 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)에서 수행될 수 있다. 이하, '대상블록(target block)'이라는 용어는 전술한 바와 같은 현재블록 또는 코딩 유닛(CU)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 또는 코딩 유닛의 일부 영역을 의미할 수도 있다.
I. 양방향 옵티컬 플로우(Bi-directional Optical Flow: BDOF)
양방향 옵티컬 플로우는, 영상을 구성하는 샘플 또는 객체가 일정한 속도로 이동하고 샘플 값의 변화가 거의 없다는 가정을 기반으로, 양방향 움직임 예측을 이용하여 예측된 샘플들의 움직임을 추가로 보상하는 기술이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 BDOF의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
대상블록에 대한 (통상의) 양방향 움직임 예측에 의하여 참조픽처들(Ref 0과 Ref 1)에서 현재 픽처의 부호화되는 대상블록과 가장 유사한 대응 영역들(즉, 참조 블록들)을 가리키는 양방향의 움직임벡터들(MV 0, MV 1)이 결정되었다고 가정하자. 해당 두 개의 움직임벡터들은 대상블록 전체의 움직임을 나타내는 값이다. 도 6의 예시에서, 대상블록 내 샘플 P와 대응되는 것으로 움직임벡터(MV 0)가 가리키는 참조픽처(Ref 0)내 샘플은 P 0이며, 대상블록 내 샘플 P와 대응되는 것으로 움직임벡터(MV 1)가 가리키는 참조픽처(Ref 1)내 샘플은 P 1이다. 또한, 도 6에서 샘플 P에 대한 움직임은 대상블록의 전체적인 움직임과는 조금 상이하다라고 가정하자. 예컨대, 도 6의 Ref 0 내 샘플 A에 위치하는 물체가 현재 픽처의 대상블록 내 샘플 P를 지나 Ref1 내 샘플 B로 움직였다면, 샘플 A 및 샘플 B는 상당히 유사한 값을 가지게 된다. 따라서, 이러한 경우, 대상블록 내 샘플 P와 가장 유사한 Ref 0 내 지점은 움직임벡터(MV 0)가 가리키는 P0이 아니라, P0를 소정의 변위 벡터(v xt 0,v yt 0)만큼 이동시킨 A이며, 대상블록 내 샘플 P와 가장 유사한 Ref 1 내 지점은 움직임벡터(MV 1)가 가리키는 P1이 아니라, P1를 소정의 변위 벡터(-v xt 1,-v yt 1)만큼 이동시킨 B이다. 여기서, t 0와 t 1은 현재 픽처를 기준으로 각각 Ref 0와 Ref 1에 대한 시간축 거리를 의미하며, POC(Picture Order Count)를 기반으로 계산된다. 이하, (v x,v y)를 "옵티컬 플로우(optical flow)" 라고 지칭한다.
현재 픽처 내 대상블록의 샘플(P)값을 예측함에 있어서, 두 참조 샘플(A,B)의 값을 이용하면, 양방향 움직임벡터(MV 0,MV 1)가 가리키는 참조 샘플(P0,P1)을 이용하는 것보다 좀 더 정확한 예측이 가능하다.
대상블록 내 샘플 (i,j)와 대응되는 것으로 움직임벡터(MV 0)가 가리키는 참조픽처(Ref 0)내 샘플의 값을 I (0)(i,j)라고 정의하고, 대상블록 내 샘플 (i,j)와 대응되는 것으로 움직임벡터(MV 1)가 가리키는 참조픽처(Ref 1)내 샘플의 값을 I (1)(i,j)라고 정의한다.
BDOF 움직임벡터 (v x,v y)가 대상블록 내 샘플에 대응되는 것으로 가리키는 참조픽처 Ref 0 내의 샘플 A의 값은 I (0)(i + v xt 0,j + v yt 0)로 정의될 수 있으며, 참조픽처 Ref 1 내의 샘플 B의 값은 I (1)(i - v xt 1,j - v yt 1)로 정의될 수 있다. 여기서, 테일러 급수의 1차 항만을 사용하여 선형 근사(linear approximation)를 수행하면, A와 B는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000001
여기서, I x (k)와 I y (k) (k = 0, 1)는 Ref 0 및 Ref 1의 (i,j) 위치에서의 수평 및 수직 방향의 그래디언트(gradient) 값을 나타낸다. 전술한 바와 같이 t 0와 t 1은 현재 픽처를 기준으로 각각 Ref 0와 Ref 1에 대한 시간축 거리를 의미하며, POC를 이용하여 ‘t 0 = POC(current) - POC(Ref 0), t 1 = POC(Ref 1) - POC(current)’으로 표현된다.
블록 내 각 샘플의 양방향 옵티컬 플로우 (v x,v y)는 샘플 A와 샘플 B의 차이값으로 정의되는 △를 최소화하는 해로 결정된다. 수학식 1에서 유도된 A와 B의 선형 근사를 이용하여 △는 수학식 2로 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000002
간략한 표현을 위해, 수학식 2의 각 항에서 샘플의 위치 (i,j)는 생략되었다.
보다 강건한(robust) 옵티컬 플로우 추정을 위해 움직임은 지역적으로 주변 샘플들과 일관성이 있다고 가정한다. 현재 예측하고자 하는 샘플 (i,j)에 대한 BDOF 움직임벡터는, 샘플 (i,j)를 중심으로 하는 일정한 크기의 마스크 Ω 내 존재하는 모든 샘플 (i',j')에 대한 수학식 2의 차이값 △들을 고려하여 산정된다. 수학식 3에 나타낸 바와 같이, 현재 샘플 (i,j)에 대한 옵티컬 플로우는 마스크 Ω 내의 각 샘플에 대하여 획득된 차이값 △[i',j']의 제곱합을 최소로 하는 벡터로 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000003
본 실시예의 양방향 옵티컬 플로우는 양방향 예측에 사용되는 두 개의 참조 픽처 중 하나는 현재 픽처보다 디스플레이 순서 상 선행하고 다른 하나는 현재 픽처보다 후행하며, 두 참조 픽처로부터 현재 픽처까지의 거리들이 서로 동일한, 즉, 각 참조 픽처와 현재 픽처 간의 POC(picture order count)의 차이가 동일한 경우에 적용될 수 있다. 따라서, t 0와 t 1은 배제될 수 있다.
또한, 본 실시예의 양방향 옵티컬 플로우는 루마(luma) 성분에 대해서만 적용될 수도 있다.
본 실시예의 양방향 옵티컬 플로우는 양방향 예측이 적용되는 대상블록에 대해 픽셀 기반이 아닌 서브블록 기반으로 수행된다. 서브블록의 크기는 2×2, 4×4, 8×8 등은 다양한 크기를 가질 수 있지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 서브블록의 크기가 4×4로 가정된다.
옵티컬 플로우를 수행하기에 앞서, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는, 전술한 양방향 예측을 이용하여, 대상블록에 대한 두 개의 참조블록을 생성한다. 두 개의 참조블록 중 제1 참조블록은 대상블록의 제1 움직임벡터(MV 0)를 이용하여 참조픽처(Ref 0)로부터 생성한 예측샘플들로 구성된 블록을 의미하고, 제2 참조블록은 대상블록의 제2 움직임벡터(MV 1)를 이용하여 참조픽처(Ref 1)로부터 생성한 예측샘플들로 구성된 블록을 의미한다.
인터 예측부(124)는, 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 예측샘플들의 수평 및 수직 방향 그래디언트 값들을 이용하여, 대상블록을 구성하는 4×4 서브블록들 각각에 대해 옵티컬 플로우 (v x,v y)를 연산한다. 옵티컬 플로우 (v x,v y)는 참조픽처(Ref 0)로부터 예측샘플들과 참조픽처(Ref 1)로부터의 예측샘플들 간의 차이가 최소가 되도록 결정된다. 인터 예측부(124)는 4×4 서브블록에 대해 산출된 (v x,v y)와 4×4 서브블록 내의 예측샘플들의 그래디언트들을 이용하여, 서브블록에 대한 양방향 예측샘플들을 수정하기 위한 샘플 오프셋을 유도한다.
수학식 4에 나타낸 바와 같이, 인터 예측부(124)는 (i,j) 위치의 샘플 값들의 수평 및 수직 방향 그래디언트들 연산한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000004
여기서, k는 0 또는 1이고, I (0)(i,j) 및 I (1)(i,j)은 각각 제1 참조블록과 제2 참조블록 내 (i,j) 위치의 샘플 값들을 의미한다. 또한 shift1은, shift1 = max(6, bitDepth-6)와 같이, 루마 성분에 대한 비트-뎁스(bit-depth)로부터 유도되는 값이다.
각 참조블록의 경계에 위치한 샘플의 그래디언트를 유도하기 위해 제1 참조블록과 제2 참조블록의 경계 외곽의 샘플이 필요하다. 따라서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 참조블록은 좌우로 각각 1열씩 그리고 상하로 각각 1행씩 확장된다. 연산량 감소를 위하여, 확장된 부분의 각 샘플은 참조블록 내의 가장 가까운 위치의 샘플 또는 정수 샘플로 패딩될 수 있다. 또한, 각 참조블록의 경계 외곽의 샘플 위치에서의 그래디언트들도 가장 가까운 위치의 샘플에 해당하는 그래디언트들로 패딩될 수 있다.
인터 예측부(124)는, 도 7에 도시된 바와 같은 4×4 서브블록을 커버하는 6×6 윈도우 내의 수평 및 수직 그래디언트들을 이용하여, 수학식 5에 나타낸 바와 같이, 그래디언트들의 자기상관(auto-correlation)과 교차상관(cross-correlation)에 해당하는 S1, S2, S3, S5, S6을 연산한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000005
전술한 바와 같이 Ω는 일정한 크기의 마스크를 의미한다. 또한, 아래 수학식 6에 나타낸 같이, Ψ x(i,j)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 (i,j) 위치에서의 수평 방향 그래디언트 값들의 합을, Ψ y(i,j)는 제1 참조블록과 제2 참조블록 내의 (i,j) 위치에서의 수직 방향 그래디언트 값들의 합을 의미하며, θ(i,j)는 제2 참조블록 내의 (i,j) 위치의 샘플값과 제1 참조블록 내의 (i,j) 위치의 샘플값 간의 차이를 의미한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000006
여기서, n a와 n b는 비트뎁스로부터 유도되는 값으로, min(1, bitDepth-11) 및 min(4, bitDepth-8)의 값을 갖는다.
인터 예측부(124)는 S1, S2, S3, S5, S6을 이용하여, 수학식 7에 나타낸 바와 같이 4×4 서브블록에 대한 옵티컬 플로우 (v x,v y)을 연산한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000007
여기서,
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000008
,
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000009
,
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000010
이고,
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000011
는 내림함수이며,
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000012
이다.
대상블록의 4×4 서브블록 내의 각 샘플 위치 (x,y)에서의 예측샘플을 수정하기 위한 샘플 오프셋은, 수학식 8에 나타낸 바와 같이, 그 4×4 서브블록에 대해 연산된 옵티컬 플로우 및 샘플 위치 (x,y)에서의 그래디언트 값들을 이용하여 연산될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000013
여기서, rnd(·)는 반올림(round-off) 연산을 의미한다.
인터 예측부(124)는 (x,y) 위치에서 샘플 오프셋 b(x,y)과, 제1 참조블록 및 제2 참조블록 내의 예측샘플 I (0)(x,y) 및 I (1)(x,y)를 이용하여, 수학식 9에 나타낸 바와 같이 최종 예측샘플 pred(x,y)을 생성한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000014
여기서, shift는 Max(3, 15 - bitDepth)이고, o offset은 반올림 연산을 위한 값으로 shift의 절반이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 양방향 옵티컬 플로우 기법은 양방향 예측에 사용되었던 움직임 정보(두 개의 움직임벡터 및 두 개의 참조픽처)를 이용하여 예측된 예측샘플들의 값을 이용한다. 따라서, 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)도, 영상 부호화 장치로부터 수신한 양방향 예측에 사용되는 움직임 정보(움직임벡터, 참조픽처)를 이용하여 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 양방향 옵티컬 플로우를 수행할 수 있다. 따라서, 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치 측으로의, 양방향 옵티컬 플로우 프로세스를 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
II. 아핀 움직임 예측(affine motion prediction)
전술한 바와 같은 인터 예측은 병진 운동(translation motion) 모델을 반영하는 움직임 예측이다. 즉, 수평방향(x축 방향) 및 수직방향(y축 방향)으로의 움직임을 예측하는 기법이다. 그러나, 실제로는 병진 운동 이외에 회전(rotation), 줌-인(zoom-in) 또는 줌-아웃(zoom-out)과 같은 다양한 형태의 움직임이 존재할 수 있다. 본 실시예의 일 측면은 이러한 다양한 형태의 움직임을 반영할 수 있는 아핀 움직임 예측(affine motion prediction)을 제공한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 아핀 움직임 예측을 설명하기 위한 예시도이다.
아핀 움직임 예측을 위한 두 가지 타입의 모델이 존재할 수 있다. 하나는, 도 8의 (A)에서 보는 바와 같이, 현재 부호화하고자 하는 대상블록의 좌상귀(top-left corner)와 우상귀(top-right corner) 두 개의 제어점(control point)의 움직임벡터들, 즉, 4 개의 파라미터를 이용하는 모델이다. 다른 하나는, 도 8의 (B)에서 보는 바와 같이, 대상블록의 좌상귀, 우상귀, 좌하귀(bottom-left corner)의 세 개의 제어점의 움직임벡터들, 즉, 6 개의 파라미터를 이용하는 모델이다.
4 파라미터 아핀 모델은 수학식 10에 나타낸 바와 같이 표현된다. 대상블록 내의 샘플 위치 (x,y)에서의 움직임은 수학식 10에 나타낸 바에 따라 연산될 수 있다. 여기서, 대상블록의 좌상단 샘플의 위치는 (0,0)으로 가정된다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000015
또한, 6 파라미터 아핀 모델은 수학식 11에 나타낸 바와 같이 표현된다. 대상블록 내의 샘플 위치 (x,y)에서의 움직임은 수학식 11에 나타낸 바에 따라 연산될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000016
여기서, (mv 0x,mv 0y) 는 좌상귀 제어점의 움직임벡터, (mv 1x,mv 1y)는 우상귀 제어점의 움직임벡터, (mv 2x,mv 2y)는 좌하귀 제어점의 움직임벡터이다. W는 대상블록의 가로 길이이고, H는 대상블록의 세로 길이이다.
아핀 움직임 예측은, 대상블록 내의 각 샘플마다 수학식 10 또는 수학식 11에 따라 연산된 움직임벡터를 이용하여 수행될 수 있다.
대안적으로, 연산의 복잡도를 줄이기 위해, 도 9에 예시된 바와 같이, 대상블록으로부터 분할된 서브블록 단위로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 서브블록의 크기는 4×4일 수 있고, 2×2 또는 8×8일 수도 있다. 이하에서는, 대상블록에 대해 4×4 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측을 수행하는 것을 예로 들어 설명한다. 이 예시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
서브블록 단위 아핀 움직임 예측에서, 각 서브블록의 움직임벡터(아핀 움직임벡터)는 수학식 10 또는 11의 (x,y)에 각 서브블록의 중심 위치를 대입함으로써 연산된다. 여기서, 중심 위치는 서브블록의 실제 중심점(center point)일 수도 있고 그 중심점의 우하단 샘플 위치일 수도 있다. 예컨대, 좌하단 샘플의 좌표가 (0,0)인 4×4 서브블록의 경우, 서브블록의 중심 위치는 (1.5,1.5)일 수 있고 또는 (2,2)일 수 있다. 각 서브블록에 대한 예측블록은 해당 서브블록의 아핀 움직임벡터 (mv x,mv y)를 이용하여 생성된다.
움직임벡터 (mv x,mv y)는 1/16 샘플 정확도(precision)을 갖도록 설정될 수 있다. 이 경우, 수학식 1 또는 2에 따라 산출된 움직임벡터 (mv x,mv y)는 1/16 샘플 단위로 반올림될 수 있다.
아핀 움직임 예측은 루마(luma) 성분뿐만 아니라 크로마(chroma) 성분에 대해서도 수행될 수 있다. 4:2:0 비디오 포맷의 경우, 루마 성분에 대해 4×4 서브블록 단위의 아핀 움직임 예측이 수행되었다면, 크로마 성분에 대한 아핀 움직임 예측은 2×2 서브블록 단위로 수행될 수 있다. 크로마 성분의 각 서브블록의 움직임벡터 (mv x,mv y)는 대응하는 루마 성분의 움직임벡터로부터 유도될 수 있다. 대안적으로, 크로마 성분의 아핀 움직임 예측을 위한 서브블록의 크기는 루마 성분의 경우와 동일할 수도 있다. 루마 성분에 대해 4×4 서브블록 단위로 아핀 움직임 예측이 수행되었다면, 크로마 성분에 대해서도 4×4 서브블록 크기로 아핀 움직임 예측이 수행된다. 이 경우, 크로마 성분에 대한 4×4 크기의 서브블록은 루마 성분에 대한 네 개의 4×4 서브블록에 대응하므로, 크로마 성분의 서브블록에 대한 움직임벡터 (mv x,mv y)는 대응하는 루마 성분의 네 개의 서브블록의 움직임벡터들의 평균을 연산하여 산출될 수 있다.
영상 부호화 장치는 인트라 예측, 인터 예측(병진 움직임 예측), 아핀 움직임 예측 등을 수행하고, RD(rate-distortion) 코스트(cost)를 연산하여 최적의 예측 방법을 선택한다. 아핀 움직임 예측을 수행하기 위해, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 두 가지 타입의 모델 중 어느 타입을 사용할지 여부를 결정하고, 결정된 타입에 따라 두 개 또는 세 개의 제어점들을 결정한다. 인터 예측부(124)는 제어점들의 움직임벡터들을 이용하여 대상블록 내의 4×4 서브블록들 각각에 대한 움직임벡터 (mv x,mv y)를 연산한다. 그리고, 각 서브블록의 움직임벡터 (mv x,mv y)를 이용하여 서브블록 단위로 참조 픽처 내에서 움직임 보상을 수행함으로써, 대상블록 내의 각 서브블록에 대한 예측블록을 생성한다.
영상 부호화 장치의 엔트로피 부호화부(155)는 대상블록에 아핀 움직임 예측이 적용되었는지 여부를 나타내는 플래그, 아핀 모델의 타입을 나타내는 타입 정보, 및 각 제어점의 움직임벡터를 나타내는 움직임 정보 등을 포함하는 아핀 관련 신택스 요소들을 부호화하여 영상 복호화 장치로 전달한다. 타입 정보와 제어점들의 움직임 정보는 아핀 움직임 예측이 수행되는 경우에 시그널링될 수 있고, 제어점들의 움직임벡터들은 타입 정보에 따라 결정된 개수만큼 시그널링될 수 있다.
영상 복호화 장치는 시그널링된 신택스들을 이용하여 아핀 모델의 타입과 제어점 움직임벡터(control point motion vector)들을 결정하고, 수학식 10 또는 11를 이용하여 대상블록 내의 각 4×4 서브블록에 대한 움직임벡터 (mv x,mv y)를 연산한다. 만약, 대상블록의 아핀 움직임벡터에 대한 움직임벡터 해상도 정보가 시그널링된 경우, 움직임벡터 (mv x,mv y)는 반올림 등의 연산을 이용하여 움직임벡터 해상도 정보에 의해 식별되는 정밀도로 수정된다.
영상 복호화 장치는 각 서브블록에 대한 움직임벡터 (mv x,mv y)를 이용하여 참조 픽처 내에서 움직임 보상을 수행함으로써, 각 서브블록에 대한 예측블록을 생성한다.
제어점들의 움직임벡터들을 부호화하기 위해 소요되는 비트량을 줄이기 위해, 전술한 바와 같은 일반적인 인트라 예측(병진 움직임 예측) 방식이 적용될 수 있다.
하나의 예시로서, 머지 모드의 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록의 주변블록들로부터 각 제어점의 움직임벡터를 유도한다. 인터 예측부(124)는, 예컨대, 도 4에 도시된 대상블록의 주변샘플들(L, BL, A, AR, AL)로부터 기 정의된 개수의 머지 후보들을 유도함으로써, 머지 후보 리스트를 생성한다. 리스트에 포함되는 머지 후보들 각각은 두 개 또는 세 개의 제어점들의 움직임벡터들의 쌍에 대응한다.
먼저, 인터 예측부(124)는 아핀 모드로 결정된 주변블록들 중 아핀 모드로 예측된 주변블록의 제어점 움직임벡터들로부터 머지 후보를 유도한다. 일부 실시예에서, 아핀 모드로 예측된 주변블록들로부터 유도되는 머지 후보의 개수는 제한될 수 있다. 예컨대, 인터 예측부(124)는 L과 BL 중에서 하나, 그리고 A, AR, 및 AL 중에서 하나, 총 두 개의 머지 후보를 아핀 모드로 예측된 주변블록으로부터 유도할 수 있다. 우선순위는 L, BL의 순서, 그리고 A, AR, AL의 순서일 수 있다.
한편, 머지 후보의 총 개수가 3 개 이상인 경우, 인터 예측부(124)는 주변블록의 병진 움직임벡터(translational motion vector)로부터 부족한 개수만큼의 머지 후보들을 유도할 수 있다.
도 10은 주변블록의 병진 움직임벡터로부터 아핀 움직임 예측을 위한 머지 후보들을 유도하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
인터 예측부(124)는 주변블록 그룹 {B2, B3, A2}, 주변블록 그룹 {B1, B0}, 주변블록 그룹{A1, A0}로부터 각각 하나씩의 제어점 움직임벡터 CPMV1, CPMV2, CPMV3을 유도한다. 하나의 예시로서, 각 주변블록 그룹 내에서의 우선 순위는, B2, B3, A2의 순서, B1, B0의 순서, 그리고 A1, A0의 순서일 수 있다. 또한, 참조 픽처 내의 동일 위치 블록(collocated block) T로부터 또 하나의 제어점 움직임벡터 CPMV4를 유도한다. 인터 예측부(124)는 네 개의 제어점 움직임벡터 중에서 두 개 또는 세 개의 제어점 움직임벡터들을 조합하여 부족한 개수만큼의 머지 후보를 생성한다. 조합의 우선순위는 아래와 같다. 각 그룹 내의 요소들은 좌상귀, 우상귀, 좌하귀 제어점 움직임벡터의 순서로 나열되어 있다.
{CPMV1, CPMV2, CPMV3}, {CPMV1, CPMV2, CPMV4}, {CPMV1, CPMV3, CPMV4},
{CPMV2, CPMV3, CPMV4}, {CPMV1, CPMV2}, {CPMV1, CPMV3}
인터 예측부(124)는 머지 후보 리스트로부터 머지 후보를 선택하여 대상블록에 대한 아핀 움직임 예측을 수행한다. 선택된 후보가 두 개의 제어점 움직임벡터로 이루어진 경우 4 파라미터 모델을 이용하여 아핀 움직임 예측을 수행한다. 반면, 선택된 후보가 세 개의 제어점 움직임벡터로 구성된 경우 6 파라미터 모델을 이용하여 아핀 움직임 예측을 수행한다. 영상 부호화 장치의 엔트로피 부호화부(155)는 머지 후보 리스트 내 머지 후보들 중 선택된 머지 후보를 나타내는 인덱스 정보를 부호화하여 영상 복호화 장치로 시그널링한다.
영상 복호화 장치의 엔트로피 복호화부(510)은 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 인덱스 정보를 복호화한다. 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 머지 후보 리스트를 구성하고, 인덱스 정보에 의해 지시되는 머지 후보에 대응하는 제어점 움직임벡터들을 이용하여 아핀 움직임 예측을 수행한다.
다른 예시로서, AMVP 모드의 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 대상블록에 대한 아핀 모델의 타입과 제어점 움직임벡터들을 결정한다. 그리고, 대상블록의 실제 제어점 움직임벡터들과 각 제어점의 예측 움직임벡터들 간의 차이인 차분 움직임벡터(motion vector difference)를 연산하고 각 제어점에 대한 차분 움직임벡터를 부호화하여 전송한다. 이를 위해, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 기 정의된 개수의 아핀 AMVP 리스트를 구성한다. 대상블록이 4 파라미터 타입인 경우, 리스트에 포함된 후보들은 각각 두 개의 제어점 움직임벡터의 쌍으로 이루어진다. 반면, 대상블록이 6 파라미터 타입인 경우, 리스트에 포함된 후보들은 각각 세 개의 제어점 움직임벡터들의 쌍으로 이루어진다. 아핀 AMVP 리스트는 전술한 머지 후보 리스트를 구성하는 방법과 유사하게 주변블록들의 제어점 움직임벡터들 또는 병진 움직임벡터를 이용하여 유도될 수 있다.
그러나, 아핀 AMVP 리스트에 포함될 후보를 유도하기 위해, 도 4의 주변블록들 중에서 대상블록과 동일한 참조 픽처를 참조하는 주변블록들만이 고려되는 제약사항이 존재할 수 있다.
또한, AMVP 모드에서는 대상블록의 아핀 모델 타입이 고려되어야 한다. 영상 부호화 장치는 대상블록의 아핀 모델 타입이 4 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 아핀 모델을 이용하여 두 개의 제어점 움직임벡터들(대상블록의 좌상귀 및 우상귀 제어점 움직임벡터들)을 유도한다. 대상블록의 아핀 모델 타입이 6 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 아핀 모델을 이용하여 세 개의 제어점 움직임벡터들(대상블록의 좌상귀, 우상귀 및 좌하귀 제어점 움직임벡터들)을 유도한다.
주변블록이 4 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 두 개의 제어점 움직임벡터를 이용하여, 대상블록의 아핀 모델 타입에 따라 두 개 또는 세 개의 제어점 움직임벡터들이 예측된다. 예컨대, 수학식 10으로 표현된 주변블록의 아핀 모델이 이용될 수 있다. 수학식 10에서 (mv 0x,mv 0y)와 (mv 1x,mv 1y)는 각각 주변블록의 좌상귀(top-left corner) 및 우상귀 제어점 움직임벡터로 대체된다. 대상블록의 각 제어점에 대한 예측 움직임벡터는, (x,y)에 대상블록의 해당 제어점의 위치와 주변블록의 좌상귀 위치 간의 차이를 입력함으로써, 유도될 수 있다.
주변블록이 6 파라미터 타입인 경우, 주변블록의 세 개의 제어점 움직임벡터를 이용하여, 대상블록의 아핀 모델 타입에 따라 두 개 또는 세 개의 제어점 움직임벡터들이 예측된다. 예컨대, 수학식11로 표현된 주변블록의 아핀 모델이 이용될 수 있다. 수학식 11에서 (mv 0x,mv 0y), (mv 1x,mv 1y), 및 (mv 2x,mv 2y)는 각각 주변블록의 좌상귀, 우상귀 및 좌하귀의 제어점 움직임벡터로 대체된다. 대상블록의 각 제어점에 대한 예측 움직임벡터는, (x,y)에 대상블록의 해당 제어점의 위치와 주변블록의 좌상귀 위치 간의 차이를 입력함으로써, 유도될 수 있다.
영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 아핀 AMVP 리스트로부터 하나의 후보를 선택하고, 실제 각 제어점의 움직임벡터들과 선택된 후보의 대응하는 제어점의 예측움직임벡터 간의 차분 움직임벡터를 생성한다. 영상 부호화 장치의 엔트로피 부호화부(155)는 대상블록의 아핀 모델 타입을 나타내는 타입 정보, 아핀 AMVP 리스트 내의 후보들 중에서 선택된 후보를 지시하는 인덱스 정보, 및 각 제어점에 대응하는 차분 움직임벡터를 부호화하여 영상 복호화 장치로 전달한다.
영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 정보를 이용하여 아핀 모델 타입을 결정하고, 각 제어점의 차분 움직임벡터를 생성한다. 그리고, 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 아핀 AMVP 리스트를 생성하고, 아핀 AMVP 리스트 내에서 시그널링된 인덱스 정보에 의해 지시되는 후보를 선택한다. 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 선택된 후보의 각 제어점의 예측 움직임벡터와 대응하는 차분 움직임벡터를 가산하여 각 제어점의 움직임벡터를 산출한다.
III. 아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위 조정
대상블록에 대한 서브블록 단위 아핀 움직임 예측이 전술되었다. 본 실시예의 또 다른 측면은, 서브블록 단위 아핀 움직임 예측으로부터 생성된 예측샘플들의 샘플값들을 샘플 단위로 조정하는 것과 관련된다. 아핀 움직임 예측이 수행된 단위인 서브블록 내에서 각 샘플의 위치에 따른 움직임이 추가로 보상된다.
대상블록에 대한 서브블록 단위 아핀 움직임 예측의 결과로서 생성된 어느 한 서브블록 내의 샘플값들을 I(x,y)라고 할 때, 영상 부호화 장치는 각 샘플 위치에서의 수평 방향 및 수직 방향 그래디언트 g x(i,j) 및 g y(i,j)들을 계산한다. 그래디언트 연산을 위해 수학식 12가 이용될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000017
예측샘플을 조정하기 위한 샘플 오프셋(sample offset) ΔI(i,j)는 다음 수학식과 같이 계산한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000018
여기서, Δmv(i,j)는 샘플 (i,j)에서의 아핀 움직임벡터와 서브블록의 중심 위치에서의 아핀 움직임벡터 간의 차이, 즉, 움직임 오프셋을 의미하며, 대상블록의 아핀 모델 타입에 따라 수학식 10 또는 수학식 11를 적용하여 연산될 수 있다. 즉, 수학식 10 또는 11의 (x,y) = (i,j)를 입력했을 때의 움직임벡터로부터 (x,y)에 서브블록 중심 위치를 입력했을 때의 움직임벡터를 감산하여 계산될 수 있다. 다시 말해, Δmv(i,j)는, 수학식 10 및 11의 (x,y)를 서브블록 중심 위치로부터 샘플 위치 (i,j)까지의 수평 및 수직 방향으로의 오프셋으로 대체하고 마지막 항인 "+ mv 0x"와 "+ mv 0y"를 제외한, 수학식 10 및 11을 이용하여 연산될 수 있다. 중심 위치는 서브블록의 실제 중심점(center point)일 수도 있고 그 중심점의 우하단 샘플 위치일 수도 있다.
한편, Δmv(i,j)의 연산에 사용되는 대상블록의 각 제어점의 움직임벡터 및, 샘플 위치 (i,j)와 서브블록 중심 위치 간의 차이는 모든 서브블록에 대해 동일하다. 따라서, Δmv(i,j) 값들은 하나의 서브블록, 예컨대, 첫 번째 서브블록에 대해서만 연산되고, 다른 서브블록에 대해서 재사용될 수 있다.
본 실시예의 기법은 객체가 일정한 속도로 이동하고 샘플값들의 변화가 일정(smooth)하다는 가정에 기반한다. 따라서, Δmv(i,j)의 x 성분(Δmv x)과 y성분(Δmv y)에 각각 수평 및 수직방향으로 샘플 그래디언트 값을 곱하여 수평방향으로의 샘플 변화량과 수직방향으로의 샘플 변화량을 구하고, 두 변화량을 더하여 샘플 오프셋 ΔI(i,j)를 계산한다.
최종적으로 예측샘플의 값은 다음과 같이 연산된다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000019
아핀 움직임 예측 샘플들에 대한 샘플 단위 조정이 적용되는 경우, 영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)및 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)는 전술한 바와 같은 프로세스를 수행하여 아핀 움직임 예측에 따라 생성한 예측샘플들의 샘플값들을 수정한다. 그래디언트 값들은 아핀 움직임 예측에 따라 생성한 예측샘플들로부터 유도되고 Δmv(i,j)는 대상블록의 제어점 움직임벡터들로부터 유도된다. 따라서, 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치 측으로 본 기법을 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
IV. 움직임벡터 정제(motion vector refinement)
전술한 바와 같이, 양방향 예측을 이용한 인터 예측의 경우, 참조픽처 리스트 LO에서 선택된 참조픽처 Ref 0과 Ref 0을 참조하는 움직임벡터 MV 0, 및 참조픽처 리스트 L1에서 선택된 참조픽처 Ref 1과 Ref 1을 참조하는 움직임벡터 MV 1이 결정된다. 본 실시예에서 기술하는 움직임벡터 정제는 양방향 예측을 위한 두 개의 움직임벡터 MV 0과 MV 1을 미세하게 조절하여 인터 예측을 정확도를 향상시키는 코딩 툴이다. 움직임벡터 정제는 주변블록의 움직임벡터를 대상블록의 움직임벡터로 사용하는 머지 모드에 적용될 수 있다. 또는, AMVP 모드(정규 인터 예측) 또는 아핀 모드에 적용될 수도 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 움직임벡터 정제 코딩 툴의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는, 양방향 예측에 있어서, 참조픽처 Ref 0와 참조픽처 Ref 1에 대한 초기 움직임벡터 주위에서 정제된(refined) 움직임벡터를 검색한다. 여기서, 초기 움직임벡터는 양방향 예측의 두 개의 움직임벡터 MV 0 및 MV 1을 의미한다. 블록 매칭(block matching)을 이용하여 참조픽처 Ref 0와 Ref 1에서 2 개의 후보블록 간의 왜곡이 계산된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 참조픽처 Ref 0 및 Ref 1에서 각 초기 움직임벡터에 의해 결정되는 위치의 양 후보블록들 간 그리고 그 위치 주위의 양 후보블록 간의 SAD(Sum of Absolute Difference)가 계산된다. 즉, 양 후보블록들 내의 서로 대응하는 샘플값들의 차이의 절대값 합이 계산된다. 인터 예측부(124)는 최소 SAD를 갖는 움직임벡터 후보를 정제된 움직임벡터로 선정함으로써 인터 예측에 따른 양방향 예측 신호를 생성하는데 이용한다. 여기서, 양 후보블록 간 차이를 나타내기 위해 SAD가 이용되었으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, SSE(Sum of Squared Error) 등과 같이 양 후보블록 간 차이를 표현할 수 있는 어느 메트릭(metric)이든 이용될 수 있다.
움직임벡터 정제는, 하나의 참조 픽처는 현재 픽처에 디스플레이 순서 상 선행하고, 다른 하나의 참조 픽처는 현재 픽처보다 후행하며, 두 참조 픽처로부터 현재 픽처까지의 거리들이 서로 동일한, 즉, 각 참조 픽처와 현재 픽처 간의 POC(picture order count)의 차이가 동일한 경우에 적용될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 두 참조픽처 Ref 0 및 Ref 1에서의 두 개의 초기 움직임벡터(MV 0,MV 1)에 대하여, 각 참조 픽처 리스트에서의 정제된 양방향 움직임벡터의 후보 MV 0'와 MV 1'는 수학식 15에 나타낸 바와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000020
여기서, MV_offset은 움직임벡터 정제 진행에 따른 초기 움직임벡터에 대한 오프셋(offset)으로서, 움직임벡터의 후보와 초기 움직임벡터 간의 차이이다. 이러한 오프셋은 정수 샘플 단위의 정수 오프셋(integer offset), 및 부화소(sub-pixel 또는 sub-pel) 샘플 단위의 부화소 오프셋의 합으로 형성될 수 있다. 수학식 15에 나타낸 바와 같이 양 움직임벡터의 후보는 움직임벡터 차이(MV difference)에 대하여 미러링 규칙(mirroring rule)을 따른다.
정제된 움직임벡터에 대한 최적 오프셋을 검색하는 과정은 정수 오프셋을 검색하는 정수 샘플 검색(integer sample search), 및 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement)의 두 단계를 포함한다.
먼저, 정수 샘플 검색 단계에서 인터 예측부(124)는, 도 12에 나타낸 바와 같은 정제의 중심(center of refinement)을 포함하여, 25 개의 주변 점들을 전부 검색한다. 여기서, 정제의 중심은 초기 움직임벡터의 위치에 해당한다. 초기 움직임벡터에 따라 결정되는 위치의 두 후보블록 페어 간의 SAD가 특정 임계치보다 작은 경우, 정수 샘플 검색 이후의 단계는 생략될 수 있다. 초기 움직임벡터가 지시하는 위치의 주변 점들에 대응하는 양 후보블록 간의 SAD를 계산하여, 인터 예측부(124)는 최소 SAD 값, 즉 minSAD를 갖는 점을 검색한다. 정수 샘플 검색의 결과에 따라, minSAD를 갖는 움직임벡터의 후보에 대한 정수 오프셋은 (intOffX,intOffY)로 표현된다.
정수 샘플 검색 단계를 종료한 후, 정수 오프셋에서 intOffX가 -2 또는 2가 아니고 intOffY가 -2 또는 2가 아닌 경우{(intOffX != (2 || -2)) && (intOffY != (2 || -2))}, 인터 예측부(124)는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 적용할 수 있도록 하기 위한 지시 플래그인 subPelFlag 값을 참으로 설정한다. 인터 예측부(124)는, subPelFlag 값이 참으로 설정된 경우, 프랙셔널 샘플 정제 단계를 수행한다. 수학식 17에 나타낸 바와 같은 2차원 공간 상에서의 에러-표면 매개 방정식(parametric error surface equation)을 해결함으로써 인터 예측부(124)는 최적의 부화소 오프셋을 생성한다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000021
여기서, E(x,y)는 (x,y) 위치에서의 비용으로서, (x,y) 위치에 해당하는 양 후보블록 간의 SAD 값으로 정의될 수 있다. 또한, (x min,y min)는 최소 비용 C를 갖는 샘플 위치로서 최적의 부화소 오프셋을 나타낸다.
정수 샘플 검색에 따른 정수 오프셋에 해당하는 샘플 위치를 (0,0)으로 가정하고, 상하좌우 총 4 개의 위치, (-1,0), (1,0), (0,1), (0,1)에 해당하는 블록들의 비용을 계산함으로써, 수학식 17에 나타낸 바와 같이 최적의 부화소 오프셋이 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000022
여기서, 비용 E(x,y)에 대한 제약 조건은 수학식 18로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000023
수학식 18에 나타낸 바를 고려하면, ‘-0.5 < x min, y min < 0.5’를 만족한다.
인터 예측부(124)는 부화소 오프셋과 정수 오프셋을 가산하여 부화소 단위의 최적 오프셋을 생성한 후, 수학식 15를 이용하여 초기 움직임벡터에 최적 오프셋을 가산함으로써 정제된 양방향 움직임벡터를 생성할 수 있다. 또한, 인터 예측부(124)는 정제된 양방향 움직임벡터 및 양방향 참조픽처를 이용하여, 대상블록에 대한 인터 예측샘플들을 생성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 움직임벡터 정제 과정은 양방향 예측에 사용되었던 움직임 정보(두 개의 움직임벡터 및 두 개의 참조픽처)를 이용하여 움직임벡터에 대한 정제를 실행한다. 따라서, 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)도 영상 부호화 장치로부터 수신한 양방향 예측에 사용되는 움직임 정보(움직임벡터, 참조픽처)를 이용하여 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 움직임벡터 정제를 수행할 수 있다. 따라서, 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치 측으로의, 움직임벡터 정제 과정을 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
한편, 움직임벡터 정제 과정이 적용되는 경우, 매 대상블록마다 후보블록들에 대한 SAD 값을 계산을 해야 하기 때문에, 특히 복호화기 측에서 다양한 복잡도 문제가 발생할 수 있다. 정수 오프셋에 해당하는 샘플을 바탕으로 움직임벡터에 대한 프랙셔널 샘플 정제 단계를 수행하게 될 경우, 수학식 16에 나타낸 바와 같은 복잡한 방정식을 해결해야 하는데, 이 과정은 하드웨어로 최적화하기 어려울 수 있다. 머지 모드가 적합한 인터 예측인 경우, 움직임벡터 정제에서의 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 필요도가 상대적으로 낮을 수 있으므로, 매 머지 모드마다 움직임벡터 정제 과정을 수행하는 것은 영상 부/복호화 장치의 복잡도를 증가시키고, 그에 상응하는 압축 효율을 기대하기 어렵게 한다.
따라서 본 개시는, 움직임벡터 정제 과정을 진행함에 있어서, 정수 샘플 검색 단계에서 획득한 정수 오프셋 정보를 이용하여 부화소 단위로 움직임벡터를 조정하는 필요 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 프랙셔널 샘플 정제 단계를 생략함으로써 영상 부/복호화 장치의 복잡도를 줄이는 방안을 제공한다.
전술한 바와 같은 움직임벡터 정제 과정에서, 초기 움직임벡터 페어 간의 SAD가 특정 임계치 이상인 경우, 정수 샘플 검색 및 프랙셔널 샘플 정제 단계가 진행된다. 여기서, 임계치는 대상블록의 크기에 따라 결정되는데, 예를 들어 sbHeight×sbWidth의 값, 즉 대상블록의 면적으로 설정될 수 있다.
본 실시예에 따른 다른 예에서는, 대상블록의 면적 외에도 양자화 파라미터를 기준으로 임계치가 결정될 수 있다. 또 다른 예에서는, 머지 모드에서 탐색한 주변블록의 인덱스 값을 이용하여 정수 샘플 검색 및 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 수행여부가 결정될 수 있다.
움직임벡터 정제 과정의 정수 샘플 검색 단계에서는, 도 12에 나타낸 바와 같은 초기 움직임벡터에 해당하는 정제의 중심을 포함하여, 수평, 수직 각각 -2부터 +2까지 총 25 개의 정수 좌표에 대해 검색이 수행된다. 이에 따라 minSAD를 갖는 블록의 위치에 대한 정수 오프셋은 (intOffX,intOffY)로 표현된다.
수학식 16 및 수학식 17에 나타낸 바와 같은 부화소 단위의 움직임벡터 정제 단계에 따른 복잡한 방정식 해결 과정을 생략하기 위하여, 정수 샘플 검색 단계에서 특정 조건의 정수 샘플까지 검색을 수행한 후 프랙셔널 샘플 정제 단계를 조기에 종료하는 방법이 고려될 수 있다.
영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 intOffX와 intOffY가 모두 0인 경우, 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 생략하고, 수학식 17에 나타낸 바와 같은 부화소 오프셋을 영으로 설정할 수 있다. 또는, (intOffX,intOffY)가 (0,0)이 아닌 경우에 , 인터 예측부(124)는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 적용할 수 있도록 하기 위해 subPelFlag 값을 참으로 설정함으로써, (intOffX,intOffY)가 (0,0)인 경우 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 조기 종료를 수행할 수 있다 .
본 개시에 따른 실시예의 다른 측면으로서, 정수 샘플 탐색 단계에서 획득한 SAD 값이 두 위치 이상의 정수 좌표에서 minSAD와의 차이가 특정 임계치(threshold)보다 작은 경우, 인터 예측부(124)는 움직임벡터에 대한 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 생략한다. 예를 들어, minSAD에 대하여, 두 번째, 세 번째로 작은 SAD를 각각 SAD_1, SAD_2로 표현 시, 수학식 19에 나타낸 바와 같은 조건을 만족하는 경우, 프랙셔널 샘플 정제 단계가 생략될 수 있다.
Figure PCTKR2020008924-appb-img-000024
여기서, Abs(·)는 입력을 절대값으로 변화시키는 함수이다.
본 개시에 따른 실시예의 다른 측면으로서, 인터 예측부(124)는 머지 모드에서 탐색한 주변블록의 움직임벡터 크기를 이용하여 움직임벡터에 대한 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 생략 여부를 결정한다. 예를 들어, 머지 모드에서 탐색한 주변블록 둘 이상의 움직임벡터 크기가 같거나 비슷한 경우(예를 들어, 특정 임계치 이하이면), 프랙셔널 샘플 정제 단계가 생략될 수 있다.
머지 모드에서 하나 또는 그 이상의 특정 인덱스에서 탐색한 움직임벡터의 크기에 따라, 인터 예측부(124)는 움직임벡터에 대한 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 생략 여부를 결정한다. 예를 들어, 좌상단, 좌하단 및 우상단 블록에 위치한 머지 모드의 움직임벡터 값을 탐색하여 그 차이가 같거나 비슷한 경우, 프랙셔널 샘플 정제 단계가 생략될 수 있다. 또 다른 예로, 좌상단, 좌하단 및 우상단 블록에 위치한 머지 모드의 움직임벡터 크기 값을 탐색하여 그 크기가 0이거나 특정 임계치보다 작은 경우, 프랙셔널 샘플 정제 단계가 생략될 수 있다.
머지 모드에서 하나 또는 그 이상의 특정 인덱스에서 탐색한 움직임벡터의 유도과정에 따라 인터 예측부(124)는 움직임벡터에 대한 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 생략 여부를 결정한다. 예를 들어, 좌상단, 좌하단 및 우상단 블록에 위치한 머지 모드의 움직임벡터 값이 움직임벡터 정제 과정이 없이 유도된 경우, 현재블록에서도 움직임벡터 정제 과정을 추가로 수행하지 않는다. 또 다른 예로, 좌상단, 좌하단 및 우상단 블록에 위치한 머지 모드의 움직임벡터 유지 과정 중에 움직임벡터 정제 과정 중 프랙셔널 샘플 정제 단계가 이용되지 않았다면, 현재블록에 대한 움직임벡터 정제 과정 중 프랙셔널 샘플 정제 단계가 생략될 수 있다.
현재블록 기준으로 하나 또는 그 이상의 주변블록들(예컨대, 좌상단, 좌하단 및 우상단 블록들)이 머지 모드를 사용하였고, 스킵 모드로 부호화된 경우(즉, 해당 블록들의 cu_skip_flag == TRUE)인 경우, 영상 부/복호화 장치는 현재블록의 움직임벡터의 정밀도에 대한 필요성이 낮은 것으로 판단하여, 움직임벡터 정제 과정을 생략한다. 여기서 움직임벡터 정제 과정의 생략은 프랙셔널 샘플 정제 단계만을 생략하거나 혹은 프랙셔널 샘플 정제 단계를 포함하여 정수 샘플 탐색 단계가 모두 생략될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 움직임벡터 정제 과정에 있어서, 프랙셔널 샘플 정제 단계를 조기 종료함으로써 인터 예측부(124)의 검색 복잡도를 감소시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
한편, 인터 예측부(124)는 예측에 사용되었던 움직임 정보(두 개의 움직임벡터 및 두 개의 참조픽처), 머지 모드에서 탐색한 주변블록의 움직임벡터 등을 이용하여 움직임벡터 정제 과정에 대한 조기 종료를 수행할 수 있다. 따라서, 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)도 영상 부호화 장치로부터 수신한 양방향 예측에 사용되는 움직임 정보(움직임벡터, 참조픽처), 머지 모드에서 탐색한 주변블록의 움직임벡터 등을 이용하여 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 움직임벡터 정제 과정에 대한 조기 종료를 수행할 수 있다. 따라서, 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치 측으로의, 움직임벡터 정제 과정의 조기 종료를 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
이하, 본 개시에 따른 실시예의 다른 측면으로서, 움직임벡터 정제 과정을 수행하는 탐색 범위의 경계에서 추가적인 프랙셔널 샘플 정제 단계를 수행하는 방법에 대하여 설명한다.
이상에서 설명한 바와 같이 움직임벡터 정제 과정은 intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우{(intOffX == (2 || -2)) || (intOffY = (2 || -2))}에 프랙셔널 샘플 정제 단계를 수행하지 않는데, 수학식 18에 나타낸 조건에 따라 움직임벡터 정제의 수행 결과가 -1.5부터 1.5까지로 한정되어, 영상 부/복호화 장치의 압축 성능에 한계가 발생할 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 움직임벡터 정제는, 정수 샘플 검색의 범위를 -2부터 2까지로 한정하면서 동시에, -2부터 -1.5 간과 1.5부터 2 간의 부화소 단위에도 움직임벡터에 대한 프랙셔널 샘플 정제 단계를 추가로 수행할 수 있도록 하여 압축 성능을 향상시킬 수 있다.
영상 부호화 장치의 인터 예측부(124)는 intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우에도, 프랙셔널 샘플 정제 단계를 적용할 수 있도록 하기 위해 subPelFlag 값을 참으로 설정할 수 있다. 인터 예측부(124)는 subPelFlag 값이 참으로 설정된 경우, 최소 4 th 펠(pel) 단위의 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하여, -1.75 이하 또는 1.75 이상의 좌표에 대한 움직임벡터의 정제를 실행할 수 있다. 또 다른 예로서, 인터 예측부(124)는 subPelFlag 값이 참으로 설정된 경우, 최소 8 th 펠 단위의 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하여 -1.875 또는 1.875 좌표에 대한 움직임벡터의 정제를 실행할 수 있다.
또는, 인터 예측부(124)는 subPelFlag을 삭제함으로써, intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우에도, 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 인터 예측부(124)는 intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우, 최소 4 th 펠 단위의 부화소 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하여 -1.75 또는 1.75 좌표에 대한 움직임벡터의 정제를 실행할 수 있다. 또한, intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우, -1.25 또는 1.25 좌표에 대한 움직임벡터의 정제가 실행되지 않도록 한다.
한편, 수학식 17을 적용하기 위해서는, (intOffX,intOffY)에 대하여 상하좌우의 4 개의 위치를 필요로 한다. 그러나, intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우, 필요한 위치가 없을 수 있으므로, 수평방향으로는 Max(-2, intOffX　-　1),　intOffX,　Min(intOffX　+　1, 2), 수직방향으로는 Max(-2, intOffY　-　1),　intOffY,　Min(intOffY　+　1, 2)를 적용하여 (intOffX,intOffY)에 대한 상하좌우 4 개의 위치가 설정될 수 있다. 즉, (intOffX,intOffY)가 25 개 점의 최외곽에 위치하는 경우, 최외곽의 점들의 상하좌우 4 개의 위치로 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 움직임벡터 정제 코딩 툴은 초기 움직임벡터에 의해 결정되는 25개의 샘플 위치들에 대한 SAD 연산을 통한 정수 샘플 검색 및 에러-표면 매개 방정식에 따른 프랙셔널 샘플 정제를 수행해야 하므로, 복잡도가 증가할 수 있다. 이하에서는 보다 간소화된 움직임벡터 정제 프로세스를 설명한다. 간소화된 움직임벡터 정제 프로세스는, intOffX가 -2 또는 2이거나 intOffY가 -2 또는 2인 경우까지 포함하여 프랙셔널 샘플 정제 단계를 추가로 수행하는 경우, 영상 부/복호화 장치의 복잡도를 감소시킬 수 있다.
본 개시에 따른 일 실시예에 있어서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 인터 예측부(124)는 정수 샘플 검색 단계에서 A1, A2, A3, A4 위치에 대한 SAD를 계산하여 minSAD를 갖는 위치를 찾는다. 예를 들어, minSAD의 위치가 A4인 경우, A4 주위의 A41, A42, A43, A44 위치에 대한 SAD가 계산된다. 계산된 SAD 값들을 기반으로, 인터 예측부(124)는 수학식 16 및 수학식 17에 나타낸 바와 같은 에러-표면 매개 방정식을 이용하여 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행함으로써 8 th 펠 단위의 (x min,y min)을 생성한다. 이상의 과정은 수학식 18에 나타낸 제약 조건 중에서 중심점의 비용이 최소임을 만족하지 않으므로, 검색 범위 내의 모든 위치가 8 th 펠 단위로 검색될 수 있다. 이러한 검색 방법을 이용하여 정수 샘플 검색 단계에서의 검색 개수를 25 개에서 8 개로 감소시킴으로써, 검색 복잡도가 현저하게 감소될 수 있다.
본 개시에 따른 다른 실시예에 있어서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 인터 예측부(124)는 정수 샘플 검색 단계에서 A1, A2, A3, A4, A5 위치에 대한 SAD를 계산하고, 계산된 SAD 값들을 기반으로 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행함으로써 4 th 펠 단위의 (x min,y min)을 생성한다. (x min,y min)가 1~4 사분면 중 대략 어디에 위치하는지를 확인한 후, 예를 들어 2 사분면에 위치하는 경우, 인터 예측부(124)는 추가로 B1, B2, B3, B4, B5 위치에 대한 SAD를 계산한다. 계산된 SAD 값들을 기반으로, 인터 예측부(124)는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 추가적으로 실행함으로써 8 th 펠 단위의 (x min,y min)을 생성한다. 이상의 과정은 수학식 18에 나타낸 제약 조건 중에서 중심점의 비용이 최소임을 만족하지 않으므로, 검색 범위 내의 모든 위치가 8 th 펠 단위로 검색될 수 있다. 이러한 검색 방법을 이용하여, 정수 샘플 검색 단계에서의 25 개의 검색 개수 대비하여 10 개의 검색 개수 및 추가적인 프랙셔널 샘플 정제로 복잡도가 감소될 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 인터 예측부(124)는 정수 샘플 검색 단계에서 A1, A2, A3, A4, A5 위치에 대한 SAD를 계산하고, 계산된 SAD 값들을 기반으로 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행함으로써 4 th 펠 단위의 (x min,y min)을 생성한다. 이상의 과정은 수학식 18에 나타낸 제약 조건 중에서 중심점의 비용이 최소임을 만족하지 않으므로, 검색 범위 내의 모든 위치가 8 th 펠 단위로 검색될 수 있다. 이러한 검색 방법을 이용하여 정수 단위의 검색 단정수 샘플 검색 단계에서의 검색 개수를 25 개에서 5 개로 감소시킴으로써, 검색 복잡도가 현저하게 감소될 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 도 14에 나타낸 바와 같이, 인터 예측부(124)는 정수 샘플 검색 단계에서 A1~A9 위치에 대한 SAD를 계산하여 minSAD를 갖는 위치를 찾는다. 예를 들어, A5가 minSAD를 갖는 위치인 경우, 이미 계산된 A2, A4, A6, A8 위치에 대한 SAD 값들을 기반으로, 인터 예측부(124)는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행함으로써 8 th 펠 단위의 (x min,y min)을 생성한다. 이상의 과정은 수학식 18에 나타낸 제약 조건 중에서 중심점의 비용이 최소임을 만족하지 않으므로, 검색 범위 내의 모든 위치가 8 th 펠 단위로 검색될 수 있다.
한편, 정수 샘플 검색을 실행한 결과에 따라 A7이 minSAD를 갖는 위치인 경우, 추가적으로 B1, B2 위치에 대한 SAD가 계산된다. A4, A7, A8, B1, B2 위치에 대한 SAD 값들을 기반으로, 인터 예측부(124)는 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행함으로써 8 th 펠 단위의 (x min,y min)을 생성한다. 이상의 과정은 수학식 18에 나타낸 제약 조건 중에서 중심점의 비용이 최소임을 만족하지 않으므로, 검색 범위 내의 모든 위치가 8 th 펠 단위로 검색될 수 있다. 이러한 검색 방법을 이용하여 정수 샘플 검색 단계에서의 검색 개수를 25 개에서 최소 8 개, 최대 11 개로 감소시킴으로써, 검색 복잡도가 현저하게 감소될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 움직임벡터 정제 과정에 있어서, 부화소 오프셋을 검색하는 범위를 확장하여 압축 성능을 향상시키고, 정수 샘플 검색을 단순화함으로써 검색 복잡도를 감소시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
한편, 영상 부호화 장치는 예측에 사용되었던 움직임 정보(두 개의 움직임벡터 및 두 개의 참조픽처)를 이용하여 움직임벡터 정제 과정의 검색 범위를 확장하고, 검색 단계를 단순화할 수 있다. 따라서, 영상 복호화 장치의 인터 예측부(544)도 영상 부호화 장치로부터 수신한 양방향 예측에 사용되는 움직임 정보(움직임벡터, 참조픽처)를 이용하여 영상 부호화 장치와 동일한 방식으로 움직임벡터 정제 과정의 검색 범위를 확장하고, 검색 단계를 단순화할 수 있다. 따라서, 영상 부호화 장치로부터 영상 복호화 장치 측으로의, 움직임벡터 정제 과정의 검색 단계를 단순화하기 위한 추가적인 정보의 시그널링은 요구되지 않는다.
V. 상위수준 신택스 시그널링
본 실시예의 또 다른 측면은, 전술한 다양한 툴들의 온/오프를 제어하기 위한 상위수준(high level) 신택스들의 시그널링 기법과 관련된다.
전술한 바와 같은 옵티컬 플로우, 아핀 움직임 예측샘플들에 대한 샘플 단위 조정, 및 움직임벡터 정제는 영상 부호화의 효율을 향상시키기 위한 코딩 툴들이다. 그러나, 예컨대 스크린 콘텐츠의 경우와 같은 특정 콘텐츠의 경우에는 전술한 다양한 코딩 툴들이 압축 성능 향상에 기여하지 않을 수 있다. 따라서, 부호화하고자 하는 각 코딩유닛들마다 각 코딩 툴이 적용되는지 여부를 시그널링하거나 또는 적용 여부를 결정하는 것은 오히려 부호화 효율을 저하시키거나 연산 복잡도를 증가시킬 수 있다. 본 실시예는 위의 코딩 툴들을 효율적으로 제어하기 위한 시그널링 기법을 제공한다.
영상 부호화 장치는, 픽처들의 시퀀스를 부호화하기 위해, 전술한 바와 같은 복수의 코딩 툴 각각이 활성화(enable)되는지 여부를 나타내기 위한 시퀀스 레벨의 제1 상위수준 신택스 요소(syntax element)를 부호화한다. 제1 상위수준 신택스 요소는 시퀀스의 헤더, 즉, SPS 내에 부호화될 수 있다. 여기서, 복수의 코딩 툴은 옵티컬 플로우, 아핀 움직임 예측샘플들에 대해 샘플 단위 조정, 및 움직임벡터 정제 중 적어도 하나를 포함한다.
제1 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 각각이 활성화되지 않음을 나타내는 경우, 해당되는 코딩 툴은 해당 시퀀스의 부호화에 적용되지 않는다. 즉, 시퀀스 내의 모든 픽처들에 전술한 바와 같은 코딩 툴 각각이 적용되지 않는다.
제1 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 각각이 활성화됨을 나타낼 때, 해당 시퀀스의 부호화를 위해 복수의 코딩 툴 각각이 사용될 수 있다. 예컨대, 옵티컬 플로우가 시퀀스 내의 모들 픽처들에 적용 가능하다. 또한, 움직임벡터 정제가 시퀀스 내의 모든 픽처들에 적용 가능하다.
영상 부호화 장치는 제1 상위수준 신택스 요소의 값에 의존하여 시퀀스에 속하는 픽처들 각각의 픽처 헤더(즉, PPS) 내에 해당 코딩 툴이 허용되는지 여부를 나타내는 픽처 레벨 플래그를 부호화한다. 예컨대, 제1 상위수준 신택스 요소가 시퀀스 레벨에서 해당 코딩 툴이 허용됨을 나타낼 때, 해당 코딩 툴의 픽처 레벨에서의 허용 여부를 나타내기 위한 픽처 레벨 플래그를 부호화한다. 만약, 제1 상위수준 신택스 요소가 해당 코딩 툴이 시퀀스 레벨에서 허용되지 않음을 나타낼 때, 픽처 레벨 플래그는 별도로 부호화되지 않는다. 이 경우, 영상 복호화 장치는 픽처 레벨 플래그를 해당 코딩 툴이 허용되지 않음을 나타내는 값으로 자동 설정한다.
영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치로부터 시그널링된 픽처 레벨 플래그 또는 그 값이 자동 설정된 픽처 레벨 플래그로부터 해당 코딩 툴의 허용 여부를 픽처 레벨에서 설정할 수 있다. 본 실시예에 따른 코딩 툴들에 대한 픽처 레벨 플래그들이 비트스트림에 포함되어 있지 않으면, 영상 복호화 장치는 각각의 픽처 레벨 플래그들을 해당 코딩 툴들이 픽처 레벨에서 허용되지 않음을 나타내는 값으로 설정한다.
전술한 바와 같은 신택스 구조에 따르면, 영상 부호화 장치는 시퀀스 레벨과 픽처 레벨 중에서 적응적으로 코딩 툴들의 허용 여부를 결정할 수 있다. 또한, 영상 복호화 장치는 영상 부호화 장치로부터 시그널링한 신택스들을 복호화함으로써, 시퀀스 레벨과 픽처 레벨 중에서 적응적으로 코딩 툴들의 허용 여부를 결정할 수 있다.
본 개시에 따른 일부 다른 실시예에서, 전술한 바와 같은 픽처 레벨 플래그는 슬라이스 레벨 플래그로 대체될 수도 있다. 즉, 영상 부호화 장치는, 제1 상위수준 신택스 요소가 시퀀스 레벨에서 해당 코딩 툴이 허용됨을 나타낼 때, 해당 코딩 툴의 슬라이스 레벨에서의 허용 여부를 나타내기 위한 슬라이스 레벨 플래그를 슬라이스 헤더 내에 부호화한다. 제1 상위수준 신택스 요소가 해당 코딩 툴이 허용되지 않음을 나타낼 때, 슬라이스 레벨 플래그는 부호화되지 않는다. 영상 부호화 장치는 코딩 툴들의 허용 여부를 시퀀스 레벨과 슬라이스 레벨 중에서 적응적으로 결정할 수 있다. 영상 복호화 장치는, 제1 상위수준 신택스 요소 또는 슬라이스 레벨 플래그에 따라 각 툴들의 허용 여부를 시퀀스 레벨과 픽처 레벨 중에서 적응적으로 결정할 수 있다.
본 개시에 따른 다른 실시예에서 영상 부호화 장치는, 픽처들의 시퀀스를 부호화하기 위해, 전술한 바와 같은 복수의 코딩 툴 전체가 활성화(enable)되는지 여부를 나타내기 위한 시퀀스 레벨의 제1 상위수준 신택스 요소(syntax element)를 부호화한다. 제1 상위수준 신택스 요소는 시퀀스의 헤더, 즉, SPS 내에 부호화될 수 있다.
시퀀스 레벨의 제1 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않음을 나타내는 경우, 해당되는 코딩 툴들은 해당 시퀀스의 부호화에 적용되지 않는다. 즉, 시퀀스 내의 모든 픽처들에 전술한 바와 같은 코딩 툴 전체가 적용되지 않는다.
한편, 영상 부호화 장치는, 시퀀스 레벨의 제1 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 전체에 대한 사용 제한이 없음을 나타낼 때, 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되는지 여부를 나타내기 위한 슬라이스 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소를 부호화한다. 제2 상위수준 신택스 요소는 슬라이스의 헤더 내에 부호화될 수 있다.
슬라이스 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않음을 나타내는 경우, 해당되는 코딩 툴들은 해당 슬라이스의 부호화에 적용되지 않는다. 즉, 해당 슬라이스에 전술한 바와 같은 코딩 툴 전체가 적용되지 않는다. 슬라이스 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소 0인 경우, 복수의 코딩 툴 전체에 대한 사용 제한이 없다. 또한 시퀀스 레벨의 제1 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않음을 나타내는 경우, 슬라이스 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소는 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않도록 설정되고, 해당되는 코딩 툴들은 해당 슬라이스의 부호화에 적용되지 않는다.
또한, 본 개시에 따른 일부 다른 실시예에서, 전술한 바와 같은 슬라이스 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소는 픽처 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소로 대체될 수도 있다. 제2 상위수준 신택스 요소는 픽처의 헤더 (즉, PPS) 내에 부호화될 수 있다.
픽처 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않음을 나타내는 경우, 해당되는 코딩 툴들은 해당 픽처의 부호화에 적용되지 않는다. 즉, 해당 픽처에 전술한 바와 같은 코딩 툴 전체가 적용되지 않는다. 픽처 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소 0인 경우, 복수의 코딩 툴 전체에 대한 사용 제한이 없다. 또한 시퀀스 레벨의 제1 상위수준 신택스 요소가 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않음을 나타내는 경우, 픽처 레벨의 제2 상위수준 신택스 요소는 복수의 코딩 툴 전체가 활성화되지 않도록 설정되고, 해당되는 코딩 툴들은 해당 픽처의 부호화에 적용되지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 인터 예측의 압축 성능을 개선하는 코딩 툴(coding tool) 중에서 움직임벡터 정제(motion vector refinement)와 관련하여 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계 및 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계를 단순하게 수행하는 방법을 제공함으로써, 부/복호화기의 부호화 효율의 증가시키고, 그에 따른 복잡도를 감소시키는 것이 가능해지는 효과가 있다.
한편, 본 실시예에서 설명된 다양한 기능들 혹은 방법들은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 비일시적 기록매체에 저장된 명령어들로 구현될 수도 있다. 비일시적 기록매체는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독가능한 형태로 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 비일시적 기록매체는 EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 드라이브, 광학 드라이브, 자기 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
124: 인터 예측부 155: 엔트로피 부호화부
510: 엔트로피 복호화부 544: 인터 예측부
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
본 특허출원은 2019년 7월 08일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2019-0081926 호, 2019년 12월 18일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2019-0170099 호, 및 2020년 7월 08일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2020-10-2020-0083978 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (23)

  1. 영상 복호화 장치가 코딩된 픽처들(coded pictures)의 시퀀스(sequence)를 블록 단위로 복호하는 영상 복호화 방법에 있어서,
    비트스트림으로부터 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 나타내는 적어도 하나의 제1 상위수준(high level) 신택스 요소를 복호하는 과정, 상기 적어도 하나의 코딩 툴은 움직임벡터 정제(motion vector refinement)를 포함함;
    상기 적어도 하나의 제1 상위수준 신택스 요소에 의존하여 상기 비트스트림으로부터 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각에 대응되는 제2 상위수준 신택스 요소를 복호함으로써, 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 픽처 레벨(picture level)에서 설정하는 과정;
    상기 픽처 레벨의 설정에 근거하여 대상블록이 포함된 현재 픽처에 대해 상기 움직임벡터 정제가 허용됨이 식별될 때, 상기 대상블록의 양방향 참조픽처들 내에서 초기 움직임벡터들로부터 기 설정된 오프셋 범위 내의 양 후보블록 간 메트릭(metric)을 계산하여 최소 메트릭을 갖는 움직임벡터 후보를 검색함으로써, 상기 대상블록에 대한 정제된(refined) 움직임벡터를 생성하는 과정; 및
    상기 양방향 참조픽처 및 정제된 움직임벡터를 이용하여, 상기 대상블록에 대한 인터예측 샘플들을 생성하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시퀀스의 헤더로부터 상기 제1 상위수준 신택스 요소를 복호하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 상위수준 신택스 요소를 복호하는 것은, 상기 제1 상위수준 신택스 요소가 상기 움직임벡터 정제가 허용됨을 나타낼 때, 상기 시퀀스에 속하는 픽처들 각각의 픽처 헤더로부터 상기 움직임벡터 정제가 허용되는지 여부를 나타내는 픽처 레벨 플래그를 복호하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 상위수준 신택스 요소가 상기 움직임벡터 정제가 허용되지 않음을 나타낼 때, 상기 픽처 레벨 플래그는 상기 픽처 헤더로부터 복호되지 않은 채로 상기 움직임벡터 정제가 허용되지 않음을 나타내는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상위수준 신택스 요소가 상기 움직임벡터 정제가 허용되지 않음을 나타낼 때, 상기 움직임벡터 정제에 대한 코딩 툴은 상기 시퀀스 내의 모든 픽처들에 대해 허용되지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정제된 움직임벡터를 생성하는 과정은,
    상기 초기 움직임벡터에 해당하는 위치를 포함하여, 정수 단위의 주변 위치에 해당하는 양 후보블록 간 메트릭을 계산하여, 상기 최소 메트릭을 갖는 위치에 해당하는 정수 오프셋을 검색하는 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계, 여기서 상기 정수 단위의 주변 위치는 상기 초기 움직임벡터에 해당하는 위치를 중심으로 정방형(square) 분포를 가짐;
    상기 정수 오프셋이 상기 정방형 분포의 최외곽에 위치하지 않는 경우, 상기 최소 메트릭을 갖는 위치 및 상기 최소 메트릭을 갖는 위치의 상하좌우 주변 위치를 이용하여 에러-표면 매개 방정식(parametric error surface equation)을 해결함으로써, 최적의 부화소(sub-pixel) 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계; 및
    상기 부화소 오프셋과 상기 정수 오프셋을 가산하여 상기 초기 움직임벡터와 상기 정제된 움직임벡터 간의 오프셋을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 초기 움직임벡터에 해당하는 양 후보블록 간의 메트릭이 기 설정된 제1 임계치보다 작은 경우, 상기 정수 샘플 검색하는 단계 및 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 정수 오프셋이 영(zero)인 경우, 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 정수 샘플 검색 단계에서 획득한 메트릭이, 두 위치 이상의 정수 좌표에서 상기 최소 메트릭과의 차이가 기 설정된 제2 임계치보다 작은 경우, 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 대상블록에 대한 상기 초기 움직임벡터들이 머지 모드에 의해 생성된 경우, 머지 후보로서 고려되는 주변블록들의 움직임벡터의 크기 또는 상기 주변블록들에 적용되는 코딩 모드에 의존하여 상기 정수 샘플 검색 단계 또는 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 실행여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  11. 코딩된 픽처들(coded pictures)의 시퀀스(sequence)를 블록 단위로 복호하는 영상 복호화 장치에 있어서,
    비트스트림으로부터 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 나타내는 적어도 하나의 제1 상위수준(high level) 신택스 요소를 복호하고, 상기 적어도 하나의 제1 상위수준 신택스 요소에 의존하여 상기 비트스트림으로부터 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각에 대응되는 제2 상위수준 신택스 요소를 복호함으로써, 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 픽처 레벨(picture level)에서 설정하는 복호화부, 여기서 상기 적어도 하나의 코딩 툴은 움직임벡터 정제(motion vector refinement)를 포함함; 및
    상기 픽처 레벨의 설정에 근거하여 대상블록이 포함된 현재 픽처에 대해 상기 움직임벡터 정제가 허용됨이 식별될 때, 상기 대상블록의 양방향 참조픽처들 내에서 초기 움직임벡터들로부터 기 설정된 오프셋 범위 내의 양 후보블록 간 메트릭(metric)을 계산하여 최소 메트릭을 갖는 움직임벡터 후보를 검색함으로써, 상기 대상블록에 대한 정제된(refined) 움직임벡터를 생성하는 예측부
    를 포함하고, 상기 예측부는 상기 양방향 참조픽처 및 정제된 움직임벡터를 이용하여, 상기 대상블록에 대한 인터예측 샘플들을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복호화부는,
    상기 시퀀스의 헤더로부터 상기 제1 상위수준 신택스 요소를 복호하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복호화부는,
    상기 제1 상위수준 신택스 요소가 상기 움직임벡터 정제가 허용됨을 나타낼 때, 상기 시퀀스에 속하는 픽처들 각각의 픽처 헤더로부터 상기 움직임벡터 정제가 허용되는지 여부를 나타내는 픽처 레벨 플래그를 복호하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복호화부는,
    상기 제1 상위수준 신택스 요소가 상기 움직임벡터 정제가 허용되지 않음을 나타낼 때, 상기 픽처 레벨 플래그를 상기 픽처 헤더로부터 복호되지 않은 채로 상기 움직임벡터 정제가 허용되지 않음을 나타내는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 초기 움직임벡터에 해당하는 위치를 포함하여, 정수 단위의 주변 위치에 해당하는 양 후보블록 간 메트릭을 계산하여, 상기 최소 메트릭을 갖는 위치에 해당하는 정수 오프셋을 검색하는 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계를 실행하고,
    상기 정수 오프셋이 상기 정방형 분포의 최외곽에 위치하지 않는 경우, 상기 최소 메트릭을 갖는 위치 및 상기 최소 메트릭을 갖는 위치의 상하좌우 주변 위치를 이용하여 에러-표면 매개 방정식(parametric error surface equation)을 해결함으로써, 최적의 부화소(sub-pixel) 오프셋을 검색하는 의 샘플 위치를 검색하는 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계를 실행하며,
    상기 부화소 오프셋과 상기 정수 오프셋을 가산함으로써,
    상기 초기 움직임벡터와 상기 정제된 움직임벡터 간의 오프셋을 생성하되, 상기 정수 오프셋을 검색할 때 이용하는 정수 단위의 주변 위치는 상기 초기 움직임벡터에 해당하는 위치를 중심으로 정방형(square) 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 초기 움직임벡터에 해당하는 양 후보블록 간의 메트릭이 기 설정된 제1 임계치보다 작은 경우, 상기 정수 샘플 검색하는 단계 및 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 정수 오프셋이 영(zero)인 경우, 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 정수 단위의 오프셋을 검색하여 획득한 메트릭이, 두 위치 이상의 정수 좌표에서 상기 최소 메트릭과의 차이가 기 설정된 제2 임계치보다 작은 경우, 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 대상블록에 대한 상기 초기 움직임벡터들이 머지 모드에 의해 생성된 경우, 머지 후보로서 고려되는 주변블록들의 움직임벡터의 크기 또는 상기 주변블록들에 적용되는 코딩 모드에 의존하여 상기 정수 샘플 검색 단계 또는 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계에 대한 실행여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
  20. 영상 부호화 장치가 픽처들(coded pictures)의 시퀀스(sequence)를 블록 단위로 부호화하는 영상 부호화 방법에 있어서,
    적어도 하나의 코딩 툴 각각이 허용되는지 여부를 나타내기 위한 적어도 하나의 제1 상위수준(high level) 신택스 요소를 시퀀스 헤더에 부호화하는 과정, 상기 적어도 하나의 코딩 툴은 움직임벡터 정제(motion vector refinement)를 포함함;
    상기 적어도 하나의 제1 상위수준 신택스 요소에 의존하여 상기 적어도 하나의 코딩 툴 각각의 허용 여부에 대한 픽처 레벨(picture level)의 제2 상위수준 신택스 요소를 부호화하는 과정;
    상기 픽처 레벨의 설정에 근거하여 대상블록이 포함된 현재 픽처에 대해 상기 움직임벡터 정제가 허용됨이 식별될 때, 상기 대상블록의 양방향 참조픽처들 내에서 초기 움직임벡터들로부터 기설정된 오프셋 범위 내의 양 후보블록 간 메트릭(metric)을 계산하여 최소 메트릭을 갖는 움직임벡터 후보를 검색함으로써, 상기 대상블록에 대한 정제된(refined) 움직임벡터를 생성하는 과정; 및
    상기 양방향 참조픽처 및 정제된 움직임벡터를 이용하여, 상기 대상블록에 대한 인터예측 샘플들을 생성하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 상위수준 신택스 요소를 부호화하는 것은, 상기 제1 상위수준 신택스 요소가 상기 움직임벡터 정제가 허용됨을 나타낼 때, 상기 시퀀스에 속하는 픽처들 각각의 픽처 헤더에 상기 움직임벡터 정제가 허용되는지 여부를 나타내는 픽처 레벨 플래그를 부호화하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 정제된 움직임벡터를 생성하는 과정은,
    상기 초기 움직임벡터에 해당하는 위치를 포함하여, 정수 단위의 주변 위치에 해당하는 양 블록 후보 간 메트릭을 계산하여, 상기 최소 메트릭을 갖는 위치에 해당하는 정수 오프셋을 검색하는 정수 샘플 검색(integer sample search) 단계, 여기서 상기 정수 단위의 주변 위치는 상기 초기 움직임벡터에 해당하는 위치를 중심으로 정방형(square) 분포를 가짐;
    상기 정수 오프셋이 상기 정방형 분포의 최외곽에 위치하지 않는 경우, 상기 최소 메트릭을 갖는 위치 및 상기 최소 메트릭을 갖는 위치의 상하좌우 주변 위치를 이용하여 에러-표면 매개 방정식(parametric error surface equation)을 해결함으로써, 최적의 부화소(sub-pixel) 오프셋을 검색하는 프랙셔널 샘플 정제(fractional sample refinement) 단계; 및
    상기 부화소 오프셋과 상기 정수 오프셋을 가산하여 상기 초기 움직임벡터와 상기 정제된 움직임벡터 간의 오프셋을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 초기 움직임벡터에 해당하는 양 후보블록 간의 메트릭이 기 설정된 제1 임계치보다 작은 경우, 상기 정수 샘플 검색하는 단계 및 상기 프랙셔널 샘플 정제 단계를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 방법.
PCT/KR2020/008924 2019-07-08 2020-07-08 인터 예측을 이용하여 비디오를 부호화 및 복호화하는 방법 및 장치 Ceased WO2021006617A1 (ko)

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