WO2024253365A1 - 영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체 - Google Patents

영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체 Download PDF

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quantization
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index
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허진
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Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
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Definitions

  • the present invention relates to a video encoding/decoding method, a device, and a recording medium storing a bitstream. Specifically, the present invention relates to a video encoding/decoding method using an intra-screen prediction method, a device, and a recording medium storing a bitstream.
  • the purpose of the present invention is to provide a video encoding/decoding method and device with improved encoding/decoding efficiency.
  • the present invention aims to provide a recording medium storing a bitstream generated by the image decoding method or device provided in the present invention.
  • An image decoding method may include a step of deriving a first quantization index, a step of deriving a second quantization index by shifting the first quantization index, a step of deriving a first restoration transform coefficient and a second restoration transform coefficient by performing inverse quantization on each of the first quantization index and the second quantization index, and a step of generating final restoration transform coefficients by applying a first weight and a second weight to the first restoration transform coefficient and the second restoration transform coefficient, respectively.
  • the first quantization index may be shifted by a predetermined integer value, thereby deriving the second quantization index.
  • the absolute value of the given integer value may be 1.
  • the sign of the given integer value may be determined to be identical to the sign of the first quantization index.
  • the first weight and the second weight may be characterized in that they are determined based on a quantization parameter, a value of the first quantization index, a position of a current block, a size of the current block, a position of a sub-block, a position of a sample of the current block or sub-block, and the number of non-zero samples of the current or sub-block.
  • the image decoding method may further include a step of determining whether to shift the first quantization index, and if shifting of the first quantization index is determined, the second quantization index may be derived by shifting the first quantization index.
  • the step of determining whether to shift the first quantization index it may be characterized in that at least one syntax element indicating whether to apply the quantization index shifting is obtained from a bitstream, and whether to shift the first quantization index is determined based on the at least one syntax element.
  • the at least one syntactic element may be characterized in that it is encoded in at least one data unit from among a video parameter set, a sequence parameter set, a picture parameter set, an adaptation parameter set, a picture header, a slice header, an encoding unit, a transform unit, and a sub-block unit.
  • it may be characterized in that whether to shift the first quantization index is determined based on a quantization parameter.
  • the quantization parameter may be characterized in that when the quantization parameter has a value corresponding to a lossless compression environment or a semi-lossless compression environment, it is determined that shifting of the first quantization index is not applied.
  • it may be characterized in that when the quantization parameter is included in a predetermined quantization parameter range, it is determined that shifting of the first quantization index is not applied.
  • it may be characterized in that when the absolute value of the first quantization index is greater than or equal to a predetermined value, shifting of the first quantization index is determined not to be applied.
  • it may be characterized in that whether to shift the first quantization index is determined based on a two-dimensional position of the first quantization index within a block.
  • it may be characterized in that when the x-component of the two-dimensional position of the first quantization index is smaller than the x-component of a predetermined reference position, and the y-component of the two-dimensional position of the first quantization index is smaller than the y-component of the predetermined reference position, it is determined that the shifting of the first quantization index is not applied.
  • whether to shift the first quantization index is determined based on a one-dimensional position index of the first quantization index within a block, and the one-dimensional position index may be characterized in that it is converted from a two-dimensional coordinate value according to an arbitrary scanning method.
  • it may be characterized in that when a one-dimensional position index of the first quantization index is smaller than a predetermined value, quantization index shifting is determined not to be applied.
  • it may be characterized in that whether to shift the first quantization index is determined based on a prediction mode or filtering mode applied to a current block.
  • a video encoding method may include a step of obtaining a first quantization index, a step of shifting the first quantization index to derive a second quantization index, a step of performing inverse quantization on each of the first quantization index and the second quantization index to derive a first restoration transform coefficient and a second restoration transform coefficient, and a step of applying a first weight and a second weight to each of the first restoration transform coefficient and the second restoration transform coefficient to generate a final restoration transform coefficient.
  • a non-transitory computer-readable recording medium stores a bitstream generated by the image encoding method.
  • a transmission method transmits a bitstream generated by the image encoding method.
  • the present invention proposes various embodiments of a method for applying quantization index shifting in quantization of transform coefficients and dequantization of residual signals.
  • the present invention proposes various embodiments of a method for controlling quantization index shifting in lossless/semi-lossless compression.
  • the efficiency of quantization and dequantization of video encoding and decoding can be improved, thereby improving the overall encoding efficiency.
  • Figure 1 is a block diagram showing the configuration according to one embodiment of an encoding device to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of a decryption device to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a video coding system to which the present invention can be applied.
  • Figure 4 shows an application area of quantization index shifting defined by one reference position when quantization index shifting is controlled based on the two-dimensional position of the quantization index.
  • Figure 5 shows an application area of quantization index shifting defined by two reference positions when quantization index shifting is controlled based on the two-dimensional position of the quantization index.
  • Fig. 6 shows an example of a scanning method of a transform block for explaining a quantization index shifting control method based on a one-dimensional position index.
  • Fig. 7 illustrates an embodiment of a method for generating transform coefficients by quantization index shifting.
  • FIG. 8 exemplarily illustrates a content streaming system to which an embodiment according to the present invention can be applied.
  • An image decoding method may include a step of deriving a first quantization index, a step of deriving a second quantization index by shifting the first quantization index, a step of deriving a first restoration transform coefficient and a second restoration transform coefficient by performing inverse quantization on each of the first quantization index and the second quantization index, and a step of generating final restoration transform coefficients by applying a first weight and a second weight to the first restoration transform coefficient and the second restoration transform coefficient, respectively.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any item among a plurality of related described items.
  • each component shown in the embodiments of the present invention are independently depicted to indicate different characteristic functions, and do not mean that each component is formed as a separate hardware or software configuration unit. That is, each component is listed and included as a separate component for convenience of explanation, and at least two components among each component may be combined to form a single component, or one component may be divided into multiple components to perform a function, and such integrated embodiments and separate embodiments of each component are also included in the scope of the present invention as long as they do not deviate from the essence of the present invention.
  • the terminology used in the present invention is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention.
  • the singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.
  • some components of the present invention are not essential components that perform essential functions in the present invention and may be optional components that merely enhance performance.
  • the present invention may be implemented by including only essential components for implementing the essence of the present invention excluding components used only for enhancing performance, and a structure including only essential components excluding optional components used only for enhancing performance is also included in the scope of the present invention.
  • the term "at least one” can mean one of a number greater than or equal to 1, such as 1, 2, 3, and 4.
  • the term "a plurality of” can mean one of a number greater than or equal to 2, such as 2, 3, and 4.
  • video may mean one picture constituting a video, and may also represent the video itself.
  • encoding and/or decoding of a video may mean “encoding and/or decoding of a video,” and may also mean “encoding and/or decoding of one of the videos constituting the video.”
  • the target image may be an encoding target image that is a target of encoding and/or a decoding target image that is a target of decoding.
  • the target image may be an input image input to an encoding device and may be an input image input to a decoding device.
  • the target image may have the same meaning as the current image.
  • image may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • target block may be an encoding target block that is a target of encoding and/or a decoding target block that is a target of decoding.
  • target block may be a current block that is a target of current encoding and/or decoding.
  • target block and current block may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • a coding tree unit may be composed of one luma component (Y) coding tree block (CTB) and two chroma component (Cb, Cr) coding tree blocks related to it.
  • sample may represent a basic unit constituting a block.
  • Figure 1 is a block diagram showing the configuration according to one embodiment of an encoding device to which the present invention is applied.
  • the encoding device (100) may be an encoder, a video encoding device, or an image encoding device.
  • the video may include one or more images.
  • the encoding device (100) may sequentially encode one or more images.
  • an encoding device (100) may include an image segmentation unit (110), an intra prediction unit (120), a motion prediction unit (121), a motion compensation unit (122), a switch (115), a subtractor (113), a transformation unit (130), a quantization unit (140), an entropy encoding unit (150), an inverse quantization unit (160), an inverse transformation unit (170), an adder (117), a filter unit (180), and a reference picture buffer (190).
  • the encoding device (100) can generate a bitstream including encoded information through encoding an input image, and output the generated bitstream.
  • the generated bitstream can be stored in a computer-readable recording medium, or can be streamed through a wired/wireless transmission medium.
  • the video segmentation unit (110) can segment the input video into various forms to increase the efficiency of video encoding/decoding. That is, the input video is composed of multiple pictures, and one picture can be hierarchically segmented and processed for compression efficiency, parallel processing, etc. For example, one picture can be segmented into one or multiple tiles or slices, and then segmented again into multiple CTUs (Coding Tree Units). Alternatively, one picture can be segmented into multiple sub-pictures defined as groups of rectangular slices, and each sub-picture can be segmented into the tiles/slices. Here, the sub-pictures can be utilized to support the function of partially independently encoding/decoding and transmitting the picture.
  • multiple sub-pictures can be individually restored, they have the advantage of being easy to edit in applications that configure multi-channel input into one picture.
  • tiles can be segmented horizontally to generate bricks.
  • a brick can be utilized as a basic unit of intra-picture parallel processing.
  • one CTU can be recursively split into a quad tree (QT), and the terminal node of the split can be defined as a CU (Coding Unit).
  • the CU can be split into a PU (Prediction Unit) and a TU (Transform Unit), which are prediction units, and prediction and splitting can be performed. Meanwhile, the CU can be utilized as a prediction unit and/or a transform unit itself.
  • each CTU can be recursively split into not only a quad tree (QT) but also a multi-type tree (MTT).
  • Splitting of a CTU into a multi-type tree can start from the terminal node of a QT, and the MTT can be composed of a BT (Binary Tree) and a TT (Triple Tree).
  • the MTT structure can be distinguished into vertical binary partition mode (SPLIT_BT_VER), horizontal binary partition mode (SPLIT_BT_HOR), vertical ternary partition mode (SPLIT_TT_VER), and horizontal ternary partition mode (SPLIT_TT_HOR).
  • the minimum block size (MinQTSize) of the quad tree of the luma block during partitioning can be set to 16x16
  • the maximum block size (MaxBtSize) of the binary tree can be set to 128x128, and the maximum block size (MaxTtSize) of the triple tree can be set to 64x64.
  • the minimum block size (MinBtSize) of the binary tree and the minimum block size (MinTtSize) of the triple tree can be set to 4x4
  • the maximum depth (MaxMttDepth) of the multi-type tree can be set to 4.
  • a dual tree that uses different CTU partition structures of luma and chrominance components can be applied to improve the encoding efficiency of the I slice.
  • the luminance and chrominance CTBs (Coding Tree Blocks) within the CTU can be split into a single tree sharing the coding tree structure.
  • the encoding device (100) may perform encoding on the input image in the intra mode and/or the inter mode.
  • the encoding device (100) may perform encoding on the input image in a third mode (e.g., IBC mode, Palette mode, etc.) other than the intra mode and the inter mode.
  • a third mode e.g., IBC mode, Palette mode, etc.
  • the third mode may be classified as the intra mode or the inter mode for convenience of explanation. In the present invention, the third mode will be classified and described separately only when a specific explanation is required.
  • the switch (115) can be switched to intra, and when the inter mode is used as the prediction mode, the switch (115) can be switched to inter.
  • the intra mode can mean the intra prediction mode
  • the inter mode can mean the inter-screen prediction mode.
  • the encoding device (100) can generate a prediction block for an input block of an input image.
  • the encoding device (100) can encode a residual block using a residual of the input block and the prediction block.
  • the input image can be referred to as a current image which is a current encoding target.
  • the input block can be referred to as a current block which is a current encoding target or an encoding target block.
  • the intra prediction unit (120) can use samples of blocks already encoded/decoded around the current block as reference samples.
  • the intra prediction unit (120) can perform spatial prediction on the current block using the reference sample, and can generate prediction samples for the input block through spatial prediction.
  • intra prediction can mean prediction within the screen.
  • non-directional prediction modes such as DC mode and Planar mode and directional prediction modes (e.g., 65 directions) can be applied.
  • the intra prediction method can be expressed as an intra prediction mode or an intra prediction mode.
  • the motion prediction unit (121) can search for an area that best matches the input block from the reference image during the motion prediction process, and can derive a motion vector using the searched area. At this time, the search area can be used as the area.
  • the reference image can be stored in the reference picture buffer (190).
  • it when encoding/decoding for the reference image is processed, it can be stored in the reference picture buffer (190).
  • the motion compensation unit (122) can generate a prediction block for the current block by performing motion compensation using a motion vector.
  • inter prediction can mean inter-screen prediction or motion compensation.
  • the above motion prediction unit (121) and motion compensation unit (122) can generate a prediction block by applying an interpolation filter to a portion of an area within a reference image when the value of a motion vector does not have an integer value.
  • the AFFINE mode of sub-PU based prediction the AFFINE mode of sub-PU based prediction, the SbTMVP (Subblock-based Temporal Motion Vector Prediction) mode, and the MMVD (Merge with MVD) mode, the GPM (Geometric Partitioning Mode) mode of PU based prediction can be applied.
  • the SbTMVP Subblock-based Temporal Motion Vector Prediction
  • MMVD Merge with MVD
  • GPM Gaometric Partitioning Mode
  • the HMVP History based MVP
  • the PAMVP Positionwise Average MVP
  • the CIIP Combined Intra/Inter Prediction
  • the AMVR Adaptive Motion Vector Resolution
  • the BDOF Bi-Directional Optical-Flow
  • the BCW Block Predictive with CU Weights
  • the LIC Lical Illumination Compensation
  • the TM Tempolate Matching
  • the OBMC Overlapped Block Motion Compensation
  • the subtractor (113) can generate a residual block using the difference between the input block and the predicted block.
  • the residual block may also be referred to as a residual signal.
  • the residual signal may mean the difference between the original signal and the predicted signal.
  • the residual signal may be a signal generated by transforming, quantizing, or transforming and quantizing the difference between the original signal and the predicted signal.
  • the residual block may be a residual signal in block units.
  • the transform unit (130) can perform a transform on the residual block to generate a transform coefficient and output the generated transform coefficient.
  • the transform coefficient can be a coefficient value generated by performing a transform on the residual block.
  • the transform unit (130) can also skip the transform on the residual block.
  • a quantized level can be generated by applying quantization to a transform coefficient or a residual signal.
  • a quantized level may also be referred to as a transform coefficient.
  • a 4x4 luminance residual block generated through within-screen prediction can be transformed using a basis vector based on DST (Discrete Sine Transform), and a basis vector based on DCT (Discrete Cosine Transform) can be used to transform the remaining residual blocks.
  • a transform block can be divided into a quad tree shape for one block using RQT (Residual Quad Tree) technology, and after performing transformation and quantization on each transform block divided through RQT, a coded block flag (cbf) can be transmitted to increase encoding efficiency when all coefficients become 0.
  • RQT Residual Quad Tree
  • the Multiple Transform Selection (MTS) technique can be applied to perform transformation by selectively using multiple transformation bases. That is, instead of dividing the CU into TUs through the RQT, a function similar to TU division can be performed through the Sub-block Transform (SBT) technique.
  • SBT Sub-block Transform
  • the SBT is applied only to inter-screen prediction blocks, and unlike the RQT, the current block can be divided into 1 ⁇ 2 or 1 ⁇ 4 sizes in the vertical or horizontal direction, and then the transformation can be performed on only one of the blocks. For example, if it is divided vertically, the transformation can be performed on the leftmost or rightmost block, and if it is divided horizontally, the transformation can be performed on the topmost or bottommost block.
  • LFNST Low Frequency Non-Separable Transform
  • a secondary transform technique that additionally transforms the residual signal converted to the frequency domain through DCT or DST, can be applied.
  • LFNST additionally performs a transform on the low-frequency region of 4x4 or 8x8 in the upper left, so that the residual coefficients can be concentrated in the upper left.
  • the quantization unit (140) can generate a quantized level by quantizing a transform coefficient or a residual signal according to a quantization parameter (QP), and can output the generated quantized level. At this time, the quantization unit (140) can quantize the transform coefficient using a quantization matrix.
  • QP quantization parameter
  • a quantizer using QP values of 0 to 51 can be used.
  • 0 to 63 QP can be used.
  • DQ Dependent Quantization
  • DQ performs quantization using two quantizers (e.g., Q0 and Q1), and even without signaling information about the use of a specific quantizer, the quantizer to be used for the next transform coefficient can be selected based on the current state through a state transition model.
  • the entropy encoding unit (150) can generate a bitstream by performing entropy encoding according to a probability distribution on values produced by the quantization unit (140) or coding parameter values produced in the encoding process, and can output the bitstream.
  • the entropy encoding unit (150) can perform entropy encoding on information about image samples and information for decoding the image. For example, information for decoding the image can include syntax elements, etc.
  • the entropy encoding unit (150) can use an encoding method such as exponential Golomb, Context-Adaptive Variable Length Coding (CAVLC), or Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC) for entropy encoding.
  • CAVLC Context-Adaptive Variable Length Coding
  • CABAC Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding
  • the entropy encoding unit (150) can perform entropy encoding using a Variable Length Coding/Code (VLC) table.
  • VLC Variable Length Coding/Code
  • the entropy encoding unit (150) may derive a binarization method of a target symbol and a probability model of a target symbol/bin, and then perform arithmetic encoding using the derived binarization method, probability model, and context model.
  • the table probability update method when applying CABAC, in order to reduce the size of the probability table stored in the decryption device, the table probability update method can be changed to a table update method using a simple formula and applied.
  • two different probability models can be used to obtain more accurate symbol probability values.
  • the entropy encoding unit (150) can change a two-dimensional block form coefficient into a one-dimensional vector form through a transform coefficient scanning method to encode a transform coefficient level (quantized level).
  • Coding parameters may include information (flags, indexes, etc.) encoded in an encoding device (100) and signaled to a decoding device (200), such as syntax elements, as well as information derived during an encoding process or a decoding process, and may mean information necessary when encoding or decoding an image.
  • signaling a flag or index may mean that the encoder entropy encodes the flag or index and includes it in the bitstream, and that the decoder entropy decodes the flag or index from the bitstream.
  • the encoded current image can be used as a reference image for other images to be processed later. Therefore, the encoding device (100) can restore or decode the encoded current image again, and store the restored or decoded image as a reference image in the reference picture buffer (190).
  • the quantized level can be dequantized in the dequantization unit (160) and inverse transformed in the inverse transform unit (170).
  • the dequantized and/or inverse transformed coefficients can be combined with a prediction block through an adder (117), and a reconstructed block can be generated by combining the dequantized and/or inverse transformed coefficients and the prediction block.
  • the dequantized and/or inverse transformed coefficients mean coefficients on which at least one of dequantization and inverse transformation has been performed, and may mean a reconstructed residual block.
  • the dequantization unit (160) and the inverse transform unit (170) can be performed in the reverse process of the quantization unit (140) and the transform unit (130).
  • the restoration block may pass through a filter unit (180).
  • the filter unit (180) may apply a deblocking filter, a sample adaptive offset (SAO), an adaptive loop filter (ALF), a bilateral filter (BIF), LMCS (Luma Mapping with Chroma Scaling), etc. as a filtering technique, in whole or in part, to the restoration sample, restoration block, or restoration image.
  • the filter unit (180) may also be called an in-loop filter. In this case, the in-loop filter is also used as a name excluding LMCS.
  • the deblocking filter can remove block distortion that occurs at the boundary between blocks.
  • different filters can be applied depending on the required deblocking filtering strength.
  • a sample adaptive offset can be used to add an appropriate offset value to the sample value to compensate for the encoding error.
  • the sample adaptive offset can correct the offset from the original image on a sample basis for the image on which deblocking has been performed.
  • a method can be used in which the samples included in the image are divided into a certain number of regions, and then the region to be offset is determined and the offset is applied to the region, or a method can be used in which the offset is applied by considering the edge information of each sample.
  • Bilateral filter can also compensate for the offset from the original image on a sample-by-sample basis for the deblocked image.
  • An adaptive loop filter can perform filtering based on a comparison value between a restored image and an original image. After dividing samples included in an image into a predetermined group, a filter to be applied to each group can be determined, and filtering can be performed differentially for each group. Information related to whether to apply an adaptive loop filter can be signaled for each coding unit (CU), and the shape and filter coefficients of the adaptive loop filter to be applied can vary for each block.
  • CU coding unit
  • LMCS Luma Mapping with Chroma Scaling
  • LM luma mapping
  • CS chroma scaling
  • LMCS can be utilized as an HDR correction technique that reflects the characteristics of HDR (High Dynamic Range) images.
  • the restored block or restored image that has passed through the filter unit (180) may be stored in the reference picture buffer (190).
  • the restored block that has passed through the filter unit (180) may be a part of the reference image.
  • the reference image may be a restored image composed of restored blocks that have passed through the filter unit (180).
  • the stored reference image may be used for inter-screen prediction or motion compensation thereafter.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of a decryption device to which the present invention is applied.
  • the decoding device (200) may be a decoder, a video decoding device, or an image decoding device.
  • the decoding device (200) may include an entropy decoding unit (210), an inverse quantization unit (220), an inverse transformation unit (230), an intra prediction unit (240), a motion compensation unit (250), an adder (201), a switch (203), a filter unit (260), and a reference picture buffer (270).
  • an entropy decoding unit (210) may include an entropy decoding unit (210), an inverse quantization unit (220), an inverse transformation unit (230), an intra prediction unit (240), a motion compensation unit (250), an adder (201), a switch (203), a filter unit (260), and a reference picture buffer (270).
  • the decoding device (200) can receive a bitstream output from the encoding device (100).
  • the decoding device (200) can receive a bitstream stored in a computer-readable recording medium, or can receive a bitstream streamed through a wired/wireless transmission medium.
  • the decoding device (200) can perform decoding on the bitstream in an intra mode or an inter mode.
  • the decoding device (200) can generate a restored image or a decoded image through decoding, and can output the restored image or the decoded image.
  • the switch (203) can be switched to intra. If the prediction mode used for decryption is inter mode, the switch (203) can be switched to inter.
  • the decoding device (200) can obtain a reconstructed residual block by decoding the input bitstream and can generate a prediction block. When the reconstructed residual block and the prediction block are obtained, the decoding device (200) can generate a reconstructed block to be decoded by adding the reconstructed residual block and the prediction block.
  • the decoding target block can be referred to as a current block.
  • the entropy decoding unit (210) can generate symbols by performing entropy decoding according to a probability distribution for the bitstream.
  • the generated symbols can include symbols in the form of quantized levels.
  • the entropy decoding method can be the reverse process of the entropy encoding method described above.
  • the entropy decoding unit (210) can change a one-dimensional vector-shaped coefficient into a two-dimensional block-shaped coefficient through a transform coefficient scanning method to decode a transform coefficient level (quantized level).
  • the quantized level can be dequantized in the dequantization unit (220) and detransformed in the inverse transform unit (230).
  • the quantized level can be generated as a restored residual block as a result of the dequantization and/or detransformation.
  • the dequantization unit (220) can apply a quantization matrix to the quantized level.
  • the dequantization unit (220) and the detransform unit (230) applied to the decoding device can apply the same technology as the dequantization unit (160) and the detransform unit (170) applied to the encoding device described above.
  • the intra prediction unit (240) can generate a prediction block by performing spatial prediction on the current block using sample values of already decoded blocks surrounding the block to be decoded.
  • the intra prediction unit (240) applied to the decoding device can apply the same technology as the intra prediction unit (120) applied to the encoding device described above.
  • the motion compensation unit (250) can perform motion compensation using a motion vector and a reference image stored in the reference picture buffer (270) for the current block to generate a prediction block.
  • the motion compensation unit (250) can apply an interpolation filter to a part of the reference image to generate a prediction block when the value of the motion vector does not have an integer value.
  • the motion compensation unit (250) applied to the decoding device can apply the same technology as the motion compensation unit (122) applied to the encoding device described above.
  • the adder (201) can add the restored residual block and the prediction block to generate a restored block.
  • the filter unit (260) can apply at least one of an Inverse-LMCS, a deblocking filter, a sample adaptive offset, and an adaptive loop filter to the restored block or the restored image.
  • the filter unit (260) applied to the decoding device can apply the same filtering technology as that applied to the filter unit (180) applied to the encoding device described above.
  • the filter unit (260) can output a restored image.
  • the restored block or restored image can be stored in the reference picture buffer (270) and used for inter prediction.
  • the restored block that has passed through the filter unit (260) can be a part of the reference image.
  • the reference image can be a restored image composed of restored blocks that have passed through the filter unit (260).
  • the stored reference image can be used for inter-screen prediction or motion compensation thereafter.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a video coding system to which the present invention can be applied.
  • a video coding system may include an encoding device (10) and a decoding device (20).
  • the encoding device (10) may transmit encoded video and/or image information or data to the decoding device (20) in the form of a file or streaming through a digital storage medium or a network.
  • An encoding device (10) may include a video source generating unit (11), an encoding unit (12), and a transmitting unit (13).
  • a decoding device (20) may include a receiving unit (21), a decoding unit (22), and a rendering unit (23).
  • the encoding unit (12) may be called a video/image encoding unit, and the decoding unit (22) may be called a video/image decoding unit.
  • the transmitting unit (13) may be included in the encoding unit (12).
  • the receiving unit (21) may be included in the decoding unit (22).
  • the rendering unit (23) may include a display unit, and the display unit may be configured as a separate device or an external component.
  • the video source generation unit (11) can obtain a video/image through a process of capturing, synthesizing, or generating a video/image.
  • the video source generation unit (11) can include a video/image capture device and/or a video/image generation device.
  • the video/image capture device can include, for example, one or more cameras, a video/image archive including previously captured video/image, etc.
  • the video/image generation device can include, for example, a computer, a tablet, a smartphone, etc., and can (electronically) generate a video/image.
  • a virtual video/image can be generated through a computer, etc., and in this case, the video/image capture process can be replaced with a process of generating related data.
  • the encoding unit (12) can encode the input video/image.
  • the encoding unit (12) can perform a series of procedures such as prediction, transformation, and quantization for compression and encoding efficiency.
  • the encoding unit (12) can output encoded data (encoded video/image information) in the form of a bitstream.
  • the detailed configuration of the encoding unit (12) can also be configured in the same manner as the encoding device (100) of FIG. 1 described above.
  • the transmission unit (13) can transmit encoded video/image information or data output in the form of a bitstream to the reception unit (21) of the decoding device (20) through a digital storage medium or a network in the form of a file or streaming.
  • the digital storage medium can include various storage media such as USB, SD, CD, DVD, Blu-ray, HDD, SSD, etc.
  • the transmission unit (13) can include an element for generating a media file through a predetermined file format and can include an element for transmission through a broadcasting/communication network.
  • the reception unit (21) can extract/receive the bitstream from the storage medium or the network and transmit it to the decoding unit (22).
  • the decoding unit (22) can decode video/image by performing a series of procedures such as inverse quantization, inverse transformation, and prediction corresponding to the operation of the encoding unit (12).
  • the detailed configuration of the decoding unit (22) can also be configured in the same manner as the decoding device (200) of FIG. 2 described above.
  • the rendering unit (23) can render the decrypted video/image.
  • the rendered video/image can be displayed through the display unit.
  • the compression model is an unconstrained multi-objective optimization problem with two objective functions: rate and distortion.
  • KKT Karush-Kuhn-Tucker
  • a quantization index shifting method is proposed to improve the accuracy of transform coefficients generated as a result of inverse quantization.
  • a method is described to calculate a transformed coefficient by weighting the sum of a value obtained by inverse quantizing a quantization index shifted away from a zero point of an existing quantization index and a value obtained by inverse quantizing an existing quantization index, in order to improve the quality of a restored image.
  • a method for effectively controlling the quantization index shifting method to be suitable for various compression environments is proposed.
  • the quantization index means a quantized transform coefficient.
  • a transform coefficient block is generated by transforming a differential block between an original block and a prediction block.
  • a quantization index (quantized transform coefficient) is determined by quantizing the transform coefficients of the transform coefficient block.
  • a transform coefficient is determined by inverse quantizing the quantization index, and a differential block of the current block is generated by inversely transforming the transform coefficient.
  • the quantization index shifting of the present disclosure is applied in inverse quantization of the encoding process and the decoding process.
  • DQ Dependent quantization
  • a quantization method that uses two scalar quantizers Q0 and Q1 having different restoration levels.
  • information about the quantizer used for quantizing a current transform coefficient is implicitly determined by the parity of the transform coefficient level preceding the current transform coefficient in the encoding/decoding order without signaling.
  • the value of the initial state is set to 0, and the transition between the two scalar quantizers Q0 and Q1 is realized through a state transition table having N states that are identically defined in the decoder/decoder or an equivalent arithmetic operation.
  • N is any positive integer.
  • N can be 4 or 8.
  • Dependent quantization is a rate-distortion optimization (RDO)-based quantization that determines quantization indices that minimize rate-distortion cost for the entire transform block.
  • Rate-distortion optimization-based quantization such as the above dependent quantization can be generalized into the following mathematical expression 1.
  • R is a bit rate function of the quantization index
  • ⁇ is a Lagrangian coefficient
  • D is a distortion evaluation index
  • x is a real coefficient
  • y is a quantization index.
  • the quantization index according to an arbitrary quantization function Q(.) is can be defined as .
  • the value of the inverse quantization of any inverse quantization function Q -1 (.) quantization index is can be defined as
  • Equation 3 if the solution found by RDO-based quantization is optimal, the condition in Equation 3 must be satisfied. That is, since the bitrate is available to the decoder, the negative gradient with respect to bitrate can be used as the gradient with respect to distortion.
  • the quantization index can be shifted using the gradient with respect to the bit rate, as in Equation 4, instead of Equation 2. Since the method of shifting the quantization index using Equation 4 is performed at the dequantization stage, the quality of the reconstruction image is improved without affecting the actual bit rate.
  • the shifting direction can be determined according to the value of the quantization index before shifting. For example, when the quantization index is 0, the gradient is 0, so there is no need to add an offset. Also, when the quantization index is greater than 0, the gradient is positive. On the contrary, when the quantization index is less than 0, the gradient is negative. Therefore, the quantization index can be shifted as in mathematical expression 5.
  • ⁇ represents the shift amount
  • n represents the number of coefficients to which quantization index shifting is applied.
  • the complexity of the decoder when calculating the gradient of the bit rate in the decoder, the complexity of the decoder may increase. Therefore, in order to reduce the complexity, the gradient of the bit rate may be approximated by a predetermined value ⁇ .
  • the approximate value ⁇ of the gradient of the bit rate may be determined as 1.
  • the approximate value ⁇ may be determined as a value greater than or equal to 2.
  • ⁇ has the value 1.
  • ⁇ has the value 1.
  • Transformed coefficients can be calculated by applying inverse quantization to the existing quantized index. ) and according to mathematical expression 6, the restoration coefficient of the quantized index on which quantized index shifting is performed can be calculated ( ) and the final reconstructed transformed coefficient according to the quantization index shifting. is as shown in mathematical formula 7.
  • class can be calculated as a weighted sum. According to Equation 5, quantization index shifting is performed only when the quantization index is not 0.
  • BitDepth can mean the bit depth of the input image or the internal bit depth of mathematical expression 7.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are class means the weights of ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 can have predetermined values by the promise of the encoder/decoder. Or, ⁇ 1 and ⁇ 2 can have universal values derived by testing on various image contents.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 can use different values depending on the quantization parameter (QP), the value or absolute value of the quantization index, the position of the current block, the size (width and/or height) of the current block, the position of the sub-block, the position of the sample (or coefficient) in the current/sub-block, the number of non-zero samples in the current/sub-block, and other encoding information.
  • QP quantization parameter
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 may be determined by the absolute value of the quantization index. For example, when the quantization index is 0, ⁇ 2 may be determined as 0. Therefore, when the quantization index is 0, quantization index shifting is not performed.
  • ⁇ 1 may be set to increase and ⁇ 2 may be set to decrease as the absolute value of the non-zero quantization index increases. Therefore, the smaller the absolute value of the non-zero quantization index, the larger the change in the transform coefficient value due to the quantization index shifting, and the larger the absolute value, the smaller the change in the transform coefficient value due to the quantization index shifting.
  • ⁇ 2 when the absolute value of the quantization index is greater than a predetermined value, ⁇ 2 may be determined as 0 so that quantization index shifting is not performed.
  • ⁇ represents an offset, and by adjusting the offset value, the effects of rounding, ceiling, or flooring can be expected.
  • ⁇ can have a predetermined value according to the promise of the encoder/decoder.
  • ⁇ can have a universal value derived by testing on various image contents.
  • ⁇ can use different values depending on the quantization parameter, the value or absolute value of the quantization index, the position of the current block, the size (width and/or height) of the current block, the position of the sub-block, the position of the sample (or coefficient) in the current/sub-block, the number of non-zero samples in the current/sub-block, and other encoding information.
  • ⁇ can be determined based on the values or probabilities of the surrounding samples (or coefficients). In this case, ⁇ is an integer.
  • Final restoration coefficient of mathematical expression 7 The value may be restricted to a certain range through clipping, etc.
  • the proposed quantization index shifting can be applied or not depending on the quantization parameters, the value or absolute value of the quantization index depending on the quantization parameters, the position of the current block, the width and/or height of the current block, the position of the sub-block, the position of the sample (or coefficient) within the current/sub-block, the number of non-zero samples within the current/sub-block, and other encoding information.
  • a syntax element indicating whether the proposed quantization index shifting is applied can be defined at a high level (e.g., video parameter set (VPS), sequence parameter set (SPS), picture parameter set (PPS), adaptation parameter set (APS), picture header, slice header).
  • a syntax element indicating whether the quantization index shifting is applied can be defined at a low level (e.g., coding unit, transform unit, subblock). Accordingly, whether the quantization index shifting is applied can be determined by a plurality of components indicating whether the quantization index shifting is applied at a high level and/or a low level.
  • quantization index shifting should be controlled so that it is not performed in a lossless or near-lossless compression environment.
  • One or more of the following methods can be used to control quantization index shifting.
  • the quantization parameter can be set to an arbitrary value M or less.
  • M is an arbitrary positive number.
  • M can be 0 or 4. If the quantization parameter of the current block is an arbitrary value indicating a lossless compression environment, the decoder can infer that quantization index shifting is not applied for a given quantization parameter unit based on the quantization parameter.
  • the quantization parameter can be set to an arbitrary value N or less, where N is an arbitrary positive number. Therefore, if the quantization parameter of the current block is an arbitrary value indicating a semi-lossless compression environment, the decoder can infer that quantization index shifting is not applied for a given quantization parameter unit based on the quantization parameter.
  • Whether to apply quantization index shifting can be determined based on a syntax element indicating a lossless/semi-lossless compression environment. For example, if the value of a syntax element indicating lossless/semi-lossless compression (ex. trans_quant_bypass_flag) is 1, quantization index shifting may not be applied. As another example, a combination of multiple syntax elements may be used to indicate lossless/semi-lossless compression. In this case, if the combination of syntax elements indicates lossless/semi-lossless compression, quantization index shifting may not be applied.
  • One or more of the following methods may be used to control quantization index shifting in a lossy compression environment.
  • Quantization index shifting can be controlled by using the value or the magnitude of the absolute value of the quantization index. For example, quantization index shifting may not be applied if the absolute value of the quantization index is greater than or equal to an arbitrary value.
  • Quantization index shifting can be controlled based on the two-dimensional position of the quantization index within the block. For example, when the position coordinate is (x, y), quantization index shifting is not applied to positions of x ⁇ P 0 or/and y ⁇ P 1 , and quantization index shifting can be applied to other positions.
  • P 0 and P 1 can have 0 or positive integer values.
  • Figure 4 shows an application area of quantization index shifting defined by one reference position when quantization index shifting is controlled based on the two-dimensional position of the quantization index.
  • P 0 which represents the horizontal length of the region (410) to which quantization index shifting is not applied, is set not to be greater than the horizontal length H of the block (400).
  • P 1 which represents the vertical length of the region (410) to which quantization index shifting is not applied, is set not to be greater than the vertical length V of the block (400).
  • the region (410) may be set to include samples that satisfy both x ⁇ P 0 and y ⁇ P 1 .
  • the region (410) may be set to include samples that satisfy at least one of x ⁇ P 0 and y ⁇ P 1 .
  • the region (420) to which quantization index shifting is applied corresponds to the remainder of the block (400) excluding the region (410).
  • P 0 and P 1 may be determined based on the size of the block (400), the prediction mode, the transformation mode, the number of non-zero samples in the block, etc.
  • quantization index shifting is applied to a range of positions can be controlled using two or more position coordinates. For example, quantization index shifting is applied to the region defined by positions (P 0 , P 1 ) and (Q 0 , Q 1 ), and quantization index shifting is not applied to the remaining region.
  • Figure 5 shows an application area of quantization index shifting defined by two reference positions when quantization index shifting is controlled based on the two-dimensional position of the quantization index.
  • a position (P 0 , P 1 ) and a position (Q 0 , Q 1 ) are defined.
  • a region (510) to which quantization index shifting is applied can be set to include samples that satisfy both P 0 ⁇ x ⁇ Q 0 and P 1 ⁇ y ⁇ Q 1 .
  • the region (510) can be set to include samples that satisfy at least one of P 0 ⁇ x ⁇ Q 0 and P 1 ⁇ y ⁇ Q 1 .
  • Quantization index shifting is not applied to samples outside the region (510).
  • P 0 , P 1 , Q 0 and Q 1 can be determined based on the size of the block (500), the prediction mode, the transformation mode, and the number of non-zero samples in the block.
  • Quantization index shifting can be controlled based on a one-dimensional position index of a quantization index within a block.
  • the positions of each coefficient within a block can be replaced from a two-dimensional coordinate value to a one-dimensional position index using an arbitrary scanning method.
  • whether to apply quantization index shifting can be determined based on the one-dimensional position index. For example, when the one-dimensional position index is less than or equal to an arbitrary value, quantization index shifting is not applied, and otherwise quantization index shifting can be applied.
  • whether to apply quantization index shifting can be determined depending on whether the one-dimensional position index is located in a predetermined section.
  • Fig. 6 shows an example of a scanning method of a transform block for explaining a quantization index shifting control method based on a one-dimensional position index.
  • the transform block (600) is divided into sub-blocks of 4x4 size. And the transform coefficients of each sub-block are scanned in the diagonal direction. Therefore, 64 transform coefficients of the transform block (600) are each assigned a 1-dimensional position index according to the scan order according to FIG. 6. And quantization index shifting is not applied to transform coefficients having a 1-dimensional position index smaller than a predetermined value, and quantization index shifting may be applied to the other transform coefficients. If the predetermined value is 12, quantization index shifting is not applied to transform coefficients of a gray area of the transform block (600), and quantization index shifting may be applied to transform coefficients of the remaining area. The predetermined value may be determined based on the size of the block (600), the prediction mode, the transform mode, the number of non-zero samples in the block, and the like.
  • the scan order in Fig. 6 is only an example, and vertical scan, horizontal scan, and zigzag scan can be applied.
  • the size of the sub-block can be 8x8 or 16x16.
  • Whether to apply quantization index shifting may be determined based on a syntax element indicating whether a specific encoding technique (e.g., any prediction technique, filter technique, etc.) is activated. For example, if a syntax element indicating whether to activate any encoding technique indicates a predetermined value, quantization index shifting may not be applied. As another example, if the values of two or more syntax elements are a combination of (predetermined) specific values, quantization index shifting may not be applied.
  • the syntax element may be obtained at a high level and/or a low level.
  • quantization index shifting may not be applied in the decoder.
  • Fig. 7 illustrates an embodiment of a method for generating transform coefficients by quantization index shifting.
  • a first quantization index is derived.
  • a second quantization index is derived by shifting the first quantization index.
  • a first quantization index is shifted by a predetermined integer value, thereby deriving a second quantization index.
  • the absolute value of the predetermined integer value may be 1.
  • a sign of the predetermined integer value may be determined to be the same as the sign of the first quantization index. If the first quantization index is 0, quantization index shifting is not performed.
  • the second quantization index when shifting of the first quantization index is determined, can be derived by shifting the first quantization index. Therefore, whether or not the first quantization index is shifted can be first determined before shifting the first quantization index.
  • At least one syntax element indicating whether to apply quantization index shifting may be obtained from a bitstream, and whether to shift the first quantization index may be determined based on the at least one syntax element.
  • the at least one syntax element may be encoded in at least one data unit from among a video parameter set, a sequence parameter set, a picture parameter set, an adaptation parameter set, a picture header, a slice header, an encoding unit, a transform unit, and a sub-block unit.
  • the absolute value of the first quantization index is greater than or equal to a predetermined value, it may be determined that shifting of the first quantization index is not applied.
  • whether to shift the first quantization index may be determined based on the two-dimensional position of the first quantization index within the block. For example, if the x-component of the two-dimensional position of the first quantization index is smaller than the x-component of a given reference position and the y-component of the two-dimensional position of the first quantization index is smaller than the y-component of the given reference position, it may be determined not to apply the shifting of the first quantization index.
  • the x-component of the two-dimensional position of the first quantization index is smaller than the x-component of the given reference position or the y-component of the two-dimensional position of the first quantization index is smaller than the y-component of the given reference position, it may be determined not to apply the shifting of the first quantization index.
  • whether to shift the first quantization index may be determined based on a one-dimensional position index of the first quantization index within a block.
  • the one-dimensional position index is converted from a two-dimensional coordinate value according to an arbitrary scanning method. For example, when the one-dimensional position index of the first quantization index is smaller than a predetermined value, it may be determined that quantization index shifting is not to be applied.
  • step 706 inverse quantization is performed on each of the first quantization index and the second quantization index to derive first restoration transform coefficients and second restoration transform coefficients.
  • step 708 the first weight and the second weight are applied to the first restoration transform coefficient and the second restoration transform coefficient, respectively, to generate the final restoration transform coefficient.
  • the first weight and the second weight may be determined based on a quantization parameter, a value of the first quantization index, a position of a current block, a size of the current block, a position of a sub-block, a position of a sample of the current block or sub-block, and a number of non-zero samples of the current or sub-block.
  • the method for generating transform coefficients according to the quantization index shifting of Fig. 7 can be used in the inverse quantization of image decoding.
  • image encoding a process is performed in which the transform coefficient information of a block, which is generated by transforming and quantizing an original residual signal of a block, is inversely quantized and inversely transformed to generate a restored residual signal of the block. Therefore, the method for generating transform coefficients according to the quantization index shifting of Fig. 7 can be used in the inverse quantization of image encoding.
  • the current block can be encoded or decoded by the method of generating transform coefficients according to quantization index shifting in steps 702 to 708.
  • the bitstream generated by the encoder according to the method in steps 702 to 708 can be stored in a recording medium or transmitted outside the encoder.
  • FIG. 8 is a drawing exemplarily showing a content streaming system to which an embodiment according to the present invention can be applied.
  • a content streaming system to which an embodiment of the present invention is applied may largely include an encoding server, a streaming server, a web server, a media storage, a user device, and a multimedia input device.
  • the encoding server compresses content input from multimedia input devices such as smartphones, cameras, CCTVs, etc. into digital data to generate a bitstream and transmits it to the streaming server.
  • multimedia input devices such as smartphones, cameras, CCTVs, etc. directly generate a bitstream
  • the encoding server may be omitted.
  • the above bitstream can be generated by an image encoding method and/or an image encoding device to which an embodiment of the present invention is applied, and the streaming server can temporarily store the bitstream during the process of transmitting or receiving the bitstream.
  • the above streaming server transmits multimedia data to a user device based on a user request via a web server, and the web server can act as an intermediary that informs the user of any available services.
  • the web server transmits it to the streaming server, and the streaming server can transmit multimedia data to the user.
  • the content streaming system may include a separate control server, and in this case, the control server may perform a role of controlling commands/responses between each device within the content streaming system.
  • the above streaming server can receive content from a media storage and/or an encoding server. For example, when receiving content from the encoding server, the content can be received in real time. In this case, in order to provide a smooth streaming service, the streaming server can store the bitstream for a certain period of time.
  • Examples of the user devices may include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation devices, slate PCs, tablet PCs, ultrabooks, wearable devices (e.g., smartwatches, smart glasses, HMDs (head mounted displays)), digital TVs, desktop computers, digital signage, etc.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • navigation devices slate PCs
  • tablet PCs tablet PCs
  • ultrabooks ultrabooks
  • wearable devices e.g., smartwatches, smart glasses, HMDs (head mounted displays)
  • digital TVs desktop computers, digital signage, etc.
  • Each server within the above content streaming system can be operated as a distributed server, in which case data received from each server can be distributedly processed.
  • an image can be encoded/decoded using at least one or a combination of at least one of the above embodiments.
  • the order in which the above embodiments are applied may be different in the encoding device and the decoding device. Alternatively, the order in which the above embodiments are applied may be the same in the encoding device and the decoding device.
  • the above embodiments can be performed for each of the luminance and chrominance signals, or the above embodiments can be performed identically for the luminance and chrominance signals.
  • the methods are described based on the flowchart as a series of steps or units, but the present invention is not limited to the order of the steps, and some steps may occur in a different order or simultaneously with other steps described above.
  • the steps shown in the flowchart are not exclusive, and other steps may be included, or one or more steps in the flowchart may be deleted without affecting the scope of the present invention.
  • the above embodiments may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination.
  • the program commands recorded on the computer-readable recording medium may be those specifically designed and configured for the present invention or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software.
  • a bitstream generated by an encoding method according to the above embodiment can be stored in a non-transitory computer-readable recording medium.
  • the bitstream stored in the non-transitory computer-readable recording medium can be decoded by a decoding method according to the above embodiment.
  • examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROMs, RAMs, and flash memories.
  • Examples of program instructions include not only machine language codes generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
  • the hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the processing according to the present invention, and vice versa.
  • the present invention can be used in a device for encoding/decoding an image and a recording medium storing a bitstream.

Landscapes

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

Abstract

본 발명에서, 제1 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 제1 양자화 인덱스 및 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계, 및 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함하는 영상 복호화 방법이 제공된다.

Description

영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체
본 발명은 영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 화면 내 예측 방법을 이용한 영상 부호화/복호화 방법, 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체에 관한 것이다.
최근 UHD(Ultra High Definition) 영상과 같은 고해상도, 고품질의 영상에 대한 수요가 다양한 응용 분야에서 증가하고 있다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질이 될수록 기존의 영상 데이터에 비해 상대적으로 데이터량이 증가하기 때문에 기존의 유무선 광대역 회선과 같은 매체를 이용하여 영상 데이터를 전송하거나 기존의 저장 매체를 이용해 저장하는 경우, 전송 비용과 저장 비용이 증가하게 된다. 영상 데이터가 고해상도, 고품질화 됨에 따라 발생하는 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 더 높은 해상도 및 화질을 갖는 영상에 대한 고효율 영상 부호화(encoding)/복호화(decoding) 기술이 요구된다.
영상의 효과적인 압축을 위하여, 영상 부호화 프로세스에서 잔차 신호의 양자화가 수행됨으로써, 영상 데이터가 인간이 인지하지 못하는 한도 내에서 손실된다. 따라서, 원본 잔차 신호와 양자화와 역양자화가 수행된 복원 잔차 신호는 동일하지 않다. 이러한 원본 잔차 신호와 복원 잔차 신호의 차이를 최소화하는 부호화 툴을 적용함으로써, 영상을 효과적으로 압축하면서, 영상의 품질 저하도 완화할 수 있다. 따라서, 원본 잔차 신호와 복원 잔차 신호의 차이를 최소화하기 위한 다양한 방법이 논의되고 있다.
본 발명은 부호화/복호화 효율이 향상된 영상 부호화/복호화 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 본 발명에서 제공된 영상 복호화 방법 또는 장치에 의해 생성된 비트스트림을 저장한 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법은, 제1 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계, 및 상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 양자화 인덱스는 소정의 정수 값만큼 시프팅됨으로써, 제2 양자화 인덱스가 유도되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소정의 정수 값의 절대 값은 1인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소정의 정수 값의 부호는 제1 양자화 인덱스의 부호와 동일하도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는, 양자화 파라미터, 제1 양자화 인덱스의 값, 현재 블록의 위치, 현재 블록의 크기, 서브 블록의 위치, 현재 블록 또는 서브 블록의 샘플의 위치, 현재 또는 서브 블록의 논제로(non-zero) 샘플의 개수에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 영상 복호화 방법은, 상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 결정된 경우, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅함으로써, 상기 제2 양자화 인덱스가 유도되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부를 결정하는 단계에 있어서, 상기 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 나타내는 적어도 하나 이상의 구문 요소를 비트스트림으로부터 획득하고, 상기 적어도 하나 이상의 구문 요소에 기초하여 상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 구문 요소는, 비디오 파라미터 세트, 시퀀스 파라미터 세트, 픽처 파라미터 세트, 적응 파라미터 세트, 픽처 헤더, 슬라이스 헤더, 부호화 유닛, 변환 유닛, 서브 블록 유닛 중 적어도 하나의 데이터 단위에 부호화된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 양자화 파라미터에 기초하여 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양자화 파라미터가 무손실 압축 환경 또는 준무손실 압축 환경에 대응되는 값을 가질 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양자화 파라미터가 소정의 양자화 파라미터 범위에 포함될 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 양자화 인덱스의 절대 값이 소정의 값 이상일 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 블록 내에서의 상기 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 x 성분이 소정의 기준 위치의 x 성분보다 작고, 상기 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 y 성분이 소정의 기준 위치의 y 성분보다 작을 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 블록 내에서의 상기 제1 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되고, 상기 1차원 위치 인덱스는, 임의의 스캐닝 방법에 따라 2차원 좌표 값으로부터 변환된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스가 소정의 값보다 작을 때, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 현재 블록에 적용되는 예측 모드 또는 필터링 모드에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 제1 양자화 인덱스를 획득하는 단계, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계, 및 상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 기록 매체는, 상기 영상 부호화 방법에 의하여 생성된 비트스트림을 저장한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전송 방법은, 상기 영상 부호화 방법에 의하여 생성된 비트스트림을 전송한다.
본 발명에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 발명의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명은, 변환 계수의 양자화 및 잔차 신호의 역양자화에 있어서 양자화 인덱스 시프팅 (Shifting)을 적용하는 방법의 다양한 실시 예를 제안한다.
또한, 본 발명은, 무손실/준무손실 압축에서의 양자화 인덱스 시프팅을 제어하는 방법의 다양한 실시 예를 제안한다.
상기 다양한 실시 예에 따라, 비디오 부호화 및 복호화의 양자화 및 역양자화의 효율성이 향상됨에 따라, 전체 부호화 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 비디오 코딩 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 경우, 한 개의 기준 위치에 의하여 정의되는 양자화 인덱스 시프팅 적용 영역을 나타낸다.
도 5는 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 경우, 두 개의 기준 위치에 의하여 정의되는 양자화 인덱스 시프팅 적용 영역을 나타낸다.
도 6은 1차원 위치 인덱스에 기초한 양자화 인덱스 시프팅 제어 방법을 설명하기 위한 변환 블록의 스캔 방법의 일 예를 나타낸다.
도 7은 양자화 인덱스 시프팅에 의하여 변환 계수를 생성하는 방법의 일 실시 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예가 적용될 수 있는 컨텐츠 스트리밍 시스템을 예시적으로 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 방법은, 제1 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계, 상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계, 및 상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 예시적으로 제공될 수 있다. 후술하는 예시적 실시예들에 대한 상세한 설명은, 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 실시예를 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 다양한 실시예들은 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 실시예의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 예시적 실시예들의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
본 발명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
실시예에서 용어 "적어도 하나(at least one)"는 1, 2, 3 및 4와 같은 1 이상의 개수들 중 하나를 의미할 수 있다. 실시예에서 용어 "복수(a plurality of)"는 2, 3 및 4와 같은 2 이상의 개수들 중 하나를 의미할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하고, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
용어 설명
이하에서, “영상”은 동영상(video)을 구성하는 하나의 픽처(picture)를 의미할 수 있으며, 동영상 자체를 나타낼 수도 있다. 예를 들면, "영상의 부호화 및/또는 복호화"는 "동영상의 부호화 및/또는 복호화"를 의미할 수 있으며, "동영상을 구성하는 영상들 중 하나의 영상의 부호화 및/또는 복호화"를 의미할 수도 있다.
이하에서, "동영상" 및 "비디오"는 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다. 또한, 대상 영상은 부호화의 대상인 부호화 대상 영상 및/또는 복호화의 대상인 복호화 대상 영상일 수 있다. 또한, 대상 영상은 부호화 장치로 입력된 입력 영상일 수 있고, 복호화 장치로 입력된 입력 영상일 수 있다. 여기서, 대상 영상은 현재 영상과 동일한 의미를 가질 수 있다.
이하에서, "영상(image)", "픽처(picture)", "프레임(frame)" 및 "스크린(screen)"은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, “대상 블록”은 부호화의 대상인 부호화 대상 블록 및/또는 복호화의 대상인 복호화 대상 블록일 수 있다. 또한, 대상 블록은 현재 부호화 및/또는 복호화의 대상인 현재 블록일 수 있다. 예를 들면, "대상 블록" 및 "현재 블록"은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, "블록" 및 "유닛"은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다. 또한, “유닛”은 블록과 구분하여 지칭하기 위해 휘도(Luma) 성분 블록과 그에 대응하는 색차(Chroma) 성분 블록을 포함한 것을 의미할 수 있다. 일 예로, 부호화 트리 유닛(Coding Tree Unit, CTU)은 하나의 휘도 성분(Y) 부호화 트리 블록(Coding Tree Block, CTB)과 관련된 두 색차 성분(Cb, Cr) 부호화 트리 블록들로 구성될 수 있다.
이하에서, “샘플”, “픽셀” 및 “픽셀”은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다. 여기서, 샘플은 블록을 구성하는 기본 단위를 나타낼 수 있다.
이하에서, “인터” 및 “화면 간”은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
이하에서, “인트라” 및 “화면 내”는 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 서로 교체되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 부호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
부호화 장치(100)는 인코더, 비디오 부호화 장치 또는 영상 부호화 장치일 수 있다. 비디오는 하나 이상의 영상들을 포함할 수 있다. 부호화 장치(100)는 하나 이상의 영상들을 순차적으로 부호화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 부호화 장치(100)는 영상 분할부(110), 인트라 예측부(120), 움직임 예측부(121), 움직임 보상부(122), 스위치(115), 감산기(113), 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 역변환부(170), 가산기(117), 필터부(180) 및 참조 픽처 버퍼(190)를 포함할 수 있다.
또한, 부호화 장치(100)는 입력 영상에 대한 부호화를 통해 부호화된 정보를 포함하는 비트스트림을 생성할 수 있고, 생성된 비트스트림을 출력할 수 있다. 생성된 비트스트림은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장될 수 있거나, 유/무선 전송 매체를 통해 스트리밍될 수 있다.
영상 분할부(110)는 동영상 부호화/복호화의 효율을 높이기 위해, 입력 영상을 다양한 형태로 분할할 수 있다. 즉, 입력 동영상은 다수의 픽처로 구성되어 있고 하나의 픽처는 압축 효율, 병렬처리 등을 위하여 계층적으로 분할되어 처리될 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽처를 하나 또는 다수개의 타일(tile) 또는 슬라이스(slice)로 분할하고 다시 다수개의 CTU (Coding Tree Unit)로 분할할 수 있다. 또 다른 방식으로, 먼저 하나의 픽처를 직사각형 모양의 슬라이스의 그룹으로 정의되는 다수개의 서브픽처(sub-picture)로 분할하고, 각 서브픽처를 상기 타일/슬라이스로 분할할 수도 있다. 여기서, 서브픽처는 픽처를 부분적으로 독립 부호화/복호화 및 전송하는 기능을 지원하기 위하여 활용될 수 있다. 여러 개의 서브픽처는 각각 개별적으로 복원 가능하기에 멀티 채널 입력을 하나의 픽처로 구성하는 응용에 있어서 편집이 용이하다는 장점을 가지게 된다. 또한, 타일을 횡방향으로 분할하여 브릭(brick)을 생성할 수도 있다. 여기서, 브릭(brick)은 픽처 내 병렬처리의 기본 단위로 활용할 수 있다. 또한, 하나의 CTU는 쿼드 트리(QT: Quadtree)로 재귀적으로 분할될 수 있고, 분할의 말단 노드를 CU (Coding Unit)라고 정의할 수 있다. CU는 예측 단위인 PU(Prediction Unit)와 변환 단위인 TU (Transform Unit)로 분할되어 예측과 분할이 수행될 수 있다. 한편, CU는 예측 단위 및/또는 변환 단위 그 자체로 활용할 수 있다. 여기서, 유연한 분할을 위하여 각 CTU는 쿼드 트리(QT) 뿐만 아니라 멀티타입 트리(MTT: Multi-Type Tree)로 재귀적으로 분할될 수도 있다. CTU는 QT의 말단 노드에서 멀티타입 트리로 분할이 시작될 수 있으며 MTT는 BT(Binary Tree)와 TT(Triple Tree)로 구성될 수 있다. 예를 들어, MTT구조에는 수직 이진 분할모드(SPLIT_BT_VER), 수평 이진 분할모드(SPLIT_BT_HOR), 수직 삼항 분할모드(SPLIT_TT_VER), 수평 삼항 분할모드(SPLIT_TT_HOR)로 구분될 수 있다. 또한, 분할 시 휘도 블록의 쿼드 트리의 최소 블록 크기(MinQTSize)는 16x16이고 바이너리 트리의 최대블록 크기(MaxBtSize)는 128x128, 트리플 트리의 최대 블록 크기(MaxTtSize)는 64x64로 설정할 수 있다. 또한, 바이너리 트리의 최소 블록 크기(MinBtSize)와 트리플 트리의 최소 블록 크기(MinTtSize)는 4x4, 멀티 타입 트리의 최대 깊이(MaxMttDepth)는 4로 지정할 수 있다. 또한 I 슬라이스의 부호화 효율을 높이기 위하여 휘도와 색차 성분의 CTU 분할 구조를 서로 다르게 사용하는 듀얼 트리(dual tree)를 적용할 수도 있다. 반면 P와 B슬라이스에서는 CTU 내의 휘도와 색차 CTB (Coding Tree Block)들이 코딩 트리 구조를 공유하는 싱글 트리(single tree)로 분할할 수 있다.
부호화 장치(100)는 입력 영상에 대해 인트라 모드 및/또는 인터 모드로 부호화를 수행할 수 있다. 또는, 부호화 장치(100)는 입력 영상에 대해 상기 인트라 모드 및 인터 모드가 아닌 제3의 모드 (예, IBC 모드, Palette 모드 등)로 부호화를 수행할 수도 있다. 단, 상기 제3의 모드가 인트라 모드 또는 인터 모드와 유사한 기능적 특징을 가지는 경우, 설명의 편의를 위해 인트라 모드 또는 인터 모드로 분류하기도 한다. 본 발명에서는 상기 제3의 모드에 대한 구체적인 설명이 필요한 경우에만 이를 별도로 분류하여 기술할 것이다.
예측 모드로 인트라 모드가 사용되는 경우 스위치(115)는 인트라로 전환될 수 있고, 예측 모드로 인터 모드가 사용되는 경우 스위치(115)는 인터로 전환될 수 있다. 여기서 인트라 모드는 인트라 예측 모드를 의미할 수 있으며, 인터 모드는 화면 간 예측 모드를 의미할 수 있다. 부호화 장치(100)는 입력 영상의 입력 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 또한, 부호화 장치(100)는 예측 블록이 생성된 후, 입력 블록 및 예측 블록의 차분(residual)을 사용하여 잔여 블록을 부호화할 수 있다. 입력 영상은 현재 부호화의 대상인 현재 영상으로 칭해질 수 있다. 입력 블록은 현재 부호화의 대상인 현재 블록 혹은 부호화 대상 블록으로 칭해질 수 있다.
예측 모드가 인트라 모드인 경우, 인트라 예측부(120)는 현재 블록의 주변에 이미 부호화/복호화된 블록의 샘플을 참조 샘플로서 이용할 수 있다. 인트라 예측부(120)는 참조 샘플을 이용하여 현재 블록에 대한 공간적 예측을 수행할 수 있고, 공간적 예측을 통해 입력 블록에 대한 예측 샘플들을 생성할 수 있다. 여기서 인트라 예측은 화면 내 예측을 의미할 수 있다.
인트라 예측 방식으로, DC 모드, Planar 모드와 같은 무방향성 예측 모드와 방향성 예측 모드 (예, 65개 방향)가 적용될 수 있다. 여기서, 인트라 예측 방식은 인트라 예측 모드 또는 인트라 예측 모드로 표현될 수 있다.
예측 모드가 인터 모드인 경우, 움직임 예측부(121)는, 움직임 예측 과정에서 참조 영상으로부터 입력 블록과 가장 매치가 잘 되는 영역을 검색할 수 있고, 검색된 영역을 이용하여 움직임 벡터를 도출할 수 있다. 이때, 상기 영역으로 탐색 영역을 사용할 수 있다. 참조 영상은 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다. 여기서, 참조 영상에 대한 부호화/복호화가 처리되었을 때 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다.
움직임 보상부(122)는 움직임 벡터를 이용하는 움직임 보상을 수행함으로써 현재 블록에 대한 예측 블록을 생성할 수 있다. 여기서 인터 예측은 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 의미할 수 있다.
상기 움직임 예측부(121)과 움직임 보상부(122)는 움직임 벡터의 값이 정수 값을 가지지 않을 경우에 참조 영상 내의 일부 영역에 대해 보간 필터(Interpolation Filter)를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행하기 위해 부호화 유닛을 기준으로 해당 부호화 유닛에 포함된 예측 유닛의 움직임 예측 및 움직임 보상 방법이 스킵 모드(Skip Mode), 머지 모드(Merge Mode), 향상된 움직임 벡터 예측(Advanced Motion Vector Prediction; AMVP) 모드, 인트라 블록 카피(Intra Block Copy; IBC) 모드 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있고, 각 모드에 따라 화면 간 예측 혹은 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 상기 화면 간 예측 방법을 기초로, sub-PU 기반 예측의 AFFINE 모드, SbTMVP (Subblock-based Temporal Motion Vector Prediction) 모드, 및 PU 기반 예측의 MMVD(Merge with MVD) 모드, GPM(Geometric Partitioning Mode) 모드를 적용할 수도 있다. 또한, 각 모드의 성능 향상을 위하여 HMVP(History based MVP), PAMVP(Pairwise Average MVP), CIIP(Combined Intra/Inter Prediction), AMVR(Adaptive Motion Vector Resolution), BDOF(Bi-Directional Optical-Flow), BCW(Bi-predictive with CU Weights), LIC (Local Illumination Compensation), TM(Template Matching), OBMC(Overlapped Block Motion Compensation) 등을 적용할 수도 있다.
감산기(113)는 입력 블록 및 예측 블록의 차분을 사용하여 잔여 블록을 생성할 수 있다. 잔여 블록은 잔여 신호로 칭해질 수도 있다. 잔여 신호는 원 신호 및 예측 신호 간의 차이(difference)를 의미할 수 있다. 또는, 잔여 신호는 원신호 및 예측 신호 간의 차이를 변환(transform)하거나, 양자화하거나, 또는 변환 및 양자화함으로써 생성된 신호일 수 있다. 잔여 블록은 블록 단위의 잔여 신호일 수 있다.
변환부(130)는 잔여 블록에 대해 변환(transform)을 수행하여 변환 계수(transform coefficient)를 생성할 수 있고, 생성된 변환 계수를 출력할 수 있다. 여기서, 변환 계수는 잔여 블록에 대한 변환을 수행함으로써 생성된 계수 값일 수 있다. 변환 생략(transform skip) 모드가 적용되는 경우, 변환부(130)는 잔여 블록에 대한 변환을 생략할 수도 있다.
변환 계수 또는 잔여 신호에 양자화를 적용함으로써 양자화된 레벨(quantized level)이 생성될 수 있다. 이하, 실시예들에서는 양자화된 레벨도 변환 계수로 칭해질 수 있다.
일 예로, 화면내 예측을 통해 생성된 4x4 휘도 잔차 블록은 DST(Discrete Sine Transform) 기반 기저 벡터를 통해 변환하며, 나머지 잔차 블록에 대해서는 DCT(Discrete Cosine Transform) 기반의 기저 벡터를 사용하여 변환을 수행할 수 있다. 또한 RQT(Residual Quad Tree) 기술을 통하여 하나의 블록에 대하여 변환 블록을 쿼드 트리 형태로 분할하며 RQT를 통해 분할된 각 변환 블록에 대하여 변환과 양자화를 수행하고 난 후 모든 계수가 0이 되는 경우의 부호화 효율을 높이기 위해 cbf(coded block flag)를 전송할 수 있다.
또 다른 대안으로는, 여러 변환 기저를 선택적으로 사용하여 변환을 수행하는 MTS(Multiple Transform Selection) 기술을 적용할 수도 있다. 즉, CU를 RQT를 통해 TU로 분할하지 않고, SBT(Sub-block Transform) 기술을 통해 TU분할과 유사한 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, SBT는 화면 간 예측 블록에만 적용되며 RQT와 달리 현재 블록을 수직 혹은 수평 방향으로 ½ 혹은 ¼ 크기로 분할한 뒤 그 중 하나의 블록에 대해서만 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수직으로 분할된 경우 맨 왼쪽 혹은 맨 오른쪽 블록에 대해 변환을 수행하고, 수평으로 분할된 경우 맨 위쪽 혹은 맨 아래쪽 블록에 대하여 변환을 수행할 수 있다.
또한 DCT 또는 DST를 통해 주파수 영역으로 변환된 잔차 신호를 추가 변환하는 2차 변환 (secondary transform) 기술인 LFNST(Low Frequency Non-Separable Transform)를 적용할 수도 있다. LFNST는 좌측 상단의 4x4 또는 8x8의 저주파수 영역에 대해서 변환을 추가적으로 수행하여 잔차 계수를 좌측 상단으로 집중시킬 수 있게 된다.
양자화부(140)는 변환 계수 또는 잔여 신호를 양자화 매개변수 (QP, Quantization parameter)에 따라 양자화함으로써 양자화된 레벨을 생성할 수 있고, 생성된 양자화된 레벨을 출력할 수 있다. 이때, 양자화부(140)에서는 양자화 행렬을 사용하여 변환 계수를 양자화할 수 있다.
일 예로, 0~51 QP 값을 사용하는 양자화기를 사용할 수 있다. 또는, 영상의 크기가 보다 크고 높은 부호화 효율이 요구되는 경우에는, 0~63 QP를 사용할 수도 있다. 또한 하나의 양자화기를 사용하는 것이 아닌 두 개의 양자화기를 사용하는 DQ(Dependent Quantization) 방법을 적용할 수도 있다. DQ는 두개의 양자화기(예, Q0, Q1)를 사용하여 양자화를 수행하되, 특정 양자화기 사용에 대한 정보를 시그널링 하지 않더라도, 상태 전이 모델을 통해 현재 상태에 기반하여 다음 변환 계수에 사용할 양자화기가 선택되도록 적용할 수 있다.
엔트로피 부호화부(150)는, 양자화부(140)에서 산출된 값들 또는 부호화 과정에서 산출된 부호화 파라미터(Coding Parameter) 값들 등에 대하여 확률 분포에 따른 엔트로피 부호화를 수행함으로써 비트스트림(bitstream)을 생성할 수 있고, 비트스트림을 출력할 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 영상의 샘플에 관한 정보 및 영상의 복호화를 위한 정보에 대한 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 예를 들면, 영상의 복호화를 위한 정보는 구문 요소(syntax element) 등을 포함할 수 있다.
엔트로피 부호화가 적용되는 경우, 높은 발생 확률을 갖는 심볼(symbol)에 적은 수의 비트가 할당되고 낮은 발생 확률을 갖는 심볼에 많은 수의 비트가 할당되어 심볼이 표현됨으로써, 부호화 대상 심볼들에 대한 비트열의 크기가 감소될 수 있다. 엔트로피 부호화부(150)는 엔트로피 부호화를 위해 지수 골롬(exponential Golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 부호화 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 엔트로피 부호화부(150)는 가변 길이 부호화(Variable Length Coding/Code; VLC) 테이블을 이용하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 또한 엔트로피 부호화부(150)는 대상 심볼의 이진화(binarization) 방법 및 대상 심볼/빈(bin)의 확률 모델(probability model)을 도출한 후, 도출된 이진화 방법, 확률 모델, 문맥 모델(Context Model)을 사용하여 산술 부호화를 수행할 수도 있다.
관련하여, CABAC을 적용함에 있어서, 복호화 장치에서 저장되는 확률 테이블의 크기를 줄이고자, 테이블 확률 업데이트 방식을 간단한 수식을 통한 테이블 업데이트 방식으로 변경하여 적용할 수도 있다. 또한 더 정확한 심볼의 확률 값을 얻기 위하여 2개의 서로 다른 확률 모델을 사용할 수도 있다.
엔트로피 부호화부(150)는 변환 계수 레벨(양자화된 레벨)을 부호화하기 위해 변환 계수 스캐닝(Transform Coefficient Scanning) 방법을 통해 2차원의 블록 형태(form) 계수를 1차원의 벡터 형태로 변경할 수 있다.
부호화 파라미터(Coding Parameter)는 구문 요소 (syntax element)와 같이 부호화 장치(100)에서 부호화되어 복호화 장치(200)로 시그널링되는 정보(플래그, 색인 등)뿐만 아니라, 부호화 과정 혹은 복호화 과정에서 유도되는 정보를 포함할 수 있으며, 영상을 부호화하거나 복호화할 때 필요한 정보를 의미할 수 있다.
여기서, 플래그 혹은 색인을 시그널링(signaling)한다는 것은 인코더에서는 해당 플래그 혹은 색인을 엔트로피 부호화(Entropy Encoding)하여 비트스트림(Bitstream)에 포함하는 것을 의미할 수 있고, 디코더에서는 비트스트림으로부터 해당 플래그 혹은 색인을 엔트로피 복호화(Entropy Decoding)하는 것을 의미할 수 있다.
부호화된 현재 영상은 이후에 처리되는 다른 영상에 대한 참조 영상으로서 사용될 수 있다. 따라서, 부호화 장치(100)는 부호화된 현재 영상을 다시 복원 또는 복호화할 수 있고, 복원 또는 복호화된 영상을 참조 영상으로 참조 픽처 버퍼(190)에 저장할 수 있다.
양자화된 레벨은 역양자화부(160)에서 역양자화(dequantization)될 수 있고. 역변환부(170)에서 역변환(inverse transform)될 수 있다. 역양자화 및/또는 역변환된 계수는 가산기(117)를 통해 예측 블록과 합해질 수 있다, 역양자화 및/또는 역변환된 계수와 예측 블록을 합함으로써 복원 블록(reconstructed block)이 생성될 수 있다. 여기서, 역양자화 및/또는 역변환된 계수는 역양자화 및 역변환 중 적어도 하나 이상이 수행된 계수를 의미하며, 복원된 잔여 블록을 의미할 수 있다. 상기 역양자화부(160) 및 역변환부(170)는 양자화부(140) 및 변환부(130)의 역과정으로 수행될 수 있다.
복원 블록은 필터부(180)를 거칠 수 있다. 필터부(180)는 디블록킹 필터(deblocking filter), 샘플 적응적 오프셋(Sample Adaptive Offset; SAO), 적응적 루프 필터(Adaptive Loop Filter; ALF), 양방향 필터 (Bilateral filter; BIF), LMCS (Luma Mapping with Chroma Scaling) 등을 복원 샘플, 복원 블록 또는 복원 영상에, 전부 또는 일부 필터링 기술로 적용할 수 있다. 필터부(180)는 인-루프 필터(in-loop filter)로 칭해질 수도 있다. 이때, 인-루프 필터(in-loop filter)는 LMCS를 제외하는 명칭으로 사용하기도 한다.
디블록킹 필터는 블록들 간의 경계에서 발생한 블록 왜곡을 제거할 수 있다. 디블록킹 필터를 수행할지 여부를 판단하기 위해 블록에 포함된 몇 개의 열 또는 행에 포함된 샘플을 기초로 현재 블록에 디블록킹 필터 적용할지 여부를 판단할 수 있다. 블록에 디블록킹 필터를 적용하는 경우 필요한 디블록킹 필터링 강도에 따라 서로 다른 필터를 적용할 수 있다.
샘플 적응적 오프셋을 이용하여 부호화 에러를 보상하기 위해 샘플 값에 적정 오프셋(offset) 값을 더할 수 있다. 샘플 적응적 오프셋은 디블록킹을 수행한 영상에 대해 샘플 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있다. 영상에 포함된 샘플을 일정한 수의 영역으로 구분한 후 오프셋을 수행할 영역을 결정하고 해당 영역에 오프셋을 적용하는 방법 또는 각 샘플의 에지 정보를 고려하여 오프셋을 적용하는 방법을 사용할 수 있다.
양방향 필터 (Bilateral filter; BIF) 또한 디블록킹을 수행한 영상에 대해 샘플 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있다.
적응적 루프 필터는 복원 영상 및 원래의 영상을 비교한 값에 기반하여 필터링을 수행할 수 있다. 영상에 포함된 샘플을 소정의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있다. 적응적 루프 필터를 적용할지 여부에 관련된 정보는 부호화 유닛(Coding Unit, CU) 별로 시그널링될 수 있고, 각각의 블록에 따라 적용될 적응적 루프 필터의 모양 및 필터 계수는 달라질 수 있다.
LMCS(Luma Mapping with Chroma Scaling)에서, 루마 매핑(LM, Luma-mapping)은 piece-wise 선형 모델을 통해 휘도 값을 재맵핑 하는 것을 의미하고, 크로마 스케일링(CS, Chroma scaling)은 예측 신호의 평균 휘도 값에 따라 색차 성분의 잔차 값을 스케일링해주는 기술을 의미한다. 특히, LMCS는 HDR(High Dynamic Range) 영상의 특성을 반영한 HDR 보정 기술로 활용될 수 있다.
필터부(180)를 거친 복원 블록 또는 복원 영상은 참조 픽처 버퍼(190)에 저장될 수 있다. 필터부(180)를 거친 복원 블록은 참조 영상의 일부일 수 있다. 말하자면, 참조 영상은 필터부(180)를 거친 복원 블록들로 구성된 복원 영상일 수 있다. 저장된 참조 영상은 이후 화면 간 예측 혹은 움직임 보상에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용되는 복호화 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타내는 블록도이다.
복호화 장치(200)는 디코더, 비디오 복호화 장치 또는 영상 복호화 장치일 수 있다.
도 2를 참조하면, 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호화부(210), 역양자화부(220), 역변환부(230), 인트라 예측부(240), 움직임 보상부(250), 가산기(201), 스위치 (203), 필터부(260) 및 참조 픽처 버퍼(270)를 포함할 수 있다.
복호화 장치(200)는 부호화 장치(100)에서 출력된 비트스트림을 수신할 수 있다. 복호화 장치(200)는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장된 비트스트림을 수신하거나, 유/무선 전송 매체를 통해 스트리밍되는 비트스트림을 수신할 수 있다. 복호화 장치(200)는 비트스트림에 대하여 인트라 모드 또는 인터 모드로 복호화를 수행할 수 있다. 또한, 복호화 장치(200)는 복호화를 통해 복원된 영상 또는 복호화된 영상을 생성할 수 있고, 복원된 영상 또는 복호화된 영상을 출력할 수 있다.
복호화에 사용되는 예측 모드가 인트라 모드인 경우 스위치(203)가 인트라로 전환될 수 있다. 복호화에 사용되는 예측 모드가 인터 모드인 경우 스위치(203)가 인터로 전환될 수 있다.
복호화 장치(200)는 입력된 비트스트림을 복호화하여 복원된 잔여 블록(reconstructed residual block)을 획득할 수 있고, 예측 블록을 생성할 수 있다. 복원된 잔여 블록 및 예측 블록이 획득되면, 복호화 장치(200)는 복원된 잔여 블록과 및 예측 블록을 더함으로써 복호화 대상이 되는 복원 블록을 생성할 수 있다. 복호화 대상 블록은 현재 블록으로 칭해질 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 비트스트림에 대한 확률 분포에 따른 엔트로피 복호화를 수행함으로써 심볼들을 생성할 수 있다. 생성된 심볼들은 양자화된 레벨 형태의 심볼을 포함할 수 있다. 여기에서, 엔트로피 복호화 방법은 상술된 엔트로피 부호화 방법의 역과정일 수 있다.
엔트로피 복호화부(210)는 변환 계수 레벨(양자화된 레벨)을 복호화하기 위해 변환 계수 스캐닝 방법을 통해 1차원의 벡터 형태 계수를 2차원의 블록 형태로 변경할 수 있다.
양자화된 레벨은 역양자화부(220)에서 역양자화될 수 있고, 역변환부(230)에서 역변환될 수 있다. 양자화된 레벨은 역양자화 및/또는 역변환이 수행된 결과로서, 복원된 잔여 블록으로 생성될 수 있다. 이때, 역양자화부(220)는 양자화된 레벨에 양자화 행렬을 적용할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 역양자화부(220) 및 역변환부(230)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 역양자화부(160) 및 역변환부(170)와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
인트라 모드가 사용되는 경우, 인트라 예측부(240)는 복호화 대상 블록 주변의 이미 복호화된 블록의 샘플 값을 이용하는 공간적 예측을 현재 블록에 대해 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 인트라 예측부(240)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 인트라 예측부(120)와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
인터 모드가 사용되는 경우, 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터 및 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 있는 참조 영상을 이용하는 움직임 보상을 현재 블록에 대해 수행함으로써 예측 블록을 생성할 수 있다. 상기 움직임 보상부(250)는 움직임 벡터의 값이 정수 값을 가지지 않을 경우에 참조 영상 내의 일부 영역에 대해 보간 필터를 적용하여 예측 블록을 생성할 수 있다. 움직임 보상을 수행하기 위해 부호화 유닛을 기준으로 해당 부호화 유닛에 포함된 예측 유닛의 움직임 보상 방법이 스킵 모드, 머지 모드, AMVP 모드, 현재 픽처 참조 모드 중 어떠한 방법인지 여부를 판단할 수 있고, 각 모드에 따라 움직임 보상을 수행할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 움직임 보상부(250)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 움직임 보상부(122)와 동일한 기술을 적용할 수 있다.
가산기(201)는 복원된 잔여 블록 및 예측 블록을 가산하여 복원 블록을 생성할 수 있다. 필터부(260)는 Inverse-LMCS, 디블록킹 필터, 샘플 적응적 오프셋 및 적응적 루프 필터 등 적어도 하나를 복원 블록 또는 복원 영상에 적용할 수 있다. 복호화 장치에 적용되는 필터부(260)는 전술한 부호화 장치에 적용되는 필터부(180)에 적용된 필터링 기술과 동일한 기술을 적용할 수 있다.
필터부(260)는 복원 영상을 출력할 수 있다. 복원 블록 또는 복원 영상은 참조 픽처 버퍼(270)에 저장되어 인터 예측에 사용될 수 있다. 필터부(260)를 거친 복원 블록은 참조 영상의 일부일 수 있다. 말하자면, 참조 영상은 필터부(260)를 거친 복원 블록들로 구성된 복원 영상일 수 있다. 저장된 참조 영상은 이후 화면 간 예측 혹은 움직임 보상에 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 비디오 코딩 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
일 실시예에 따른 비디오 코딩 시스템은 부호화 장치(10) 및 복호화 장치(20)를 포함할 수 있다. 부호화 장치(10)는 부호화된 비디오(video) 및/또는 영상(image) 정보 또는 데이터를 파일 또는 스트리밍 형태로 디지털 저장매체 또는 네트워크를 통하여 복호화 장치(20)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 장치(10)는 비디오 소스 생성부(11), 부호화부(12), 전송부(13)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 복호화 장치(20)는 수신부(21), 복호화부(22) 및 렌더링부(23)를 포함할 수 있다. 상기 부호화부(12)는 비디오/영상 부호화부라고 불릴 수 있고, 상기 복호화부(22)는 비디오/영상 복호화부라고 불릴 수 있다. 전송부(13)는 부호화부(12)에 포함될 수 있다. 수신부(21)는 복호화부(22)에 포함될 수 있다. 렌더링부(23)는 디스플레이부를 포함할 수도 있고, 디스플레이부는 별개의 디바이스 또는 외부 컴포넌트로 구성될 수도 있다.
비디오 소스 생성부(11)는 비디오/영상의 캡쳐, 합성 또는 생성 과정 등을 통하여 비디오/영상을 획득할 수 있다. 비디오 소스 생성부(11)는 비디오/영상 캡쳐 디바이스 및/또는 비디오/영상 생성 디바이스를 포함할 수 있다. 비디오/영상 캡쳐 디바이스는 예를 들어, 하나 이상의 카메라, 이전에 캡쳐된 비디오/영상을 포함하는 비디오/영상 아카이브 등을 포함할 수 있다. 비디오/영상 생성 디바이스는 예를 들어 컴퓨터, 타블렛 및 스마트폰 등을 포함할 수 있으며 (전자적으로) 비디오/영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 등을 통하여 가상의 비디오/영상이 생성될 수 있으며, 이 경우 관련 데이터가 생성되는 과정으로 비디오/영상 캡쳐 과정이 갈음될 수 있다.
부호화부(12)는 입력 비디오/영상을 부호화할 수 있다. 부호화부(12)는 압축 및 부호화 효율을 위하여 예측, 변환, 양자화 등 일련의 절차를 수행할 수 있다. 부호화부(12)는 부호화된 데이터(부호화된 비디오/영상 정보)를 비트스트림(bitstream) 형태로 출력할 수 있다. 상기 부호화부(12)의 상세 구성은 전술한 도 1의 부호화 장치(100)와 동일하게 구성하는 것도 가능하다.
전송부(13)는 비트스트림 형태로 출력된 부호화된 비디오/영상 정보 또는 데이터를 파일 또는 스트리밍 형태로 디지털 저장매체 또는 네트워크를 통하여 복호화 장치(20)의 수신부(21)로 전달할 수 있다. 디지털 저장 매체는 USB, SD, CD, DVD, 블루레이, HDD, SSD 등 다양한 저장 매체를 포함할 수 있다. 전송부(13)는 미리 정해진 파일 포맷을 통하여 미디어 파일을 생성하기 위한 엘리먼트를 포함할 수 있고, 방송/통신 네트워크를 통한 전송을 위한 엘리먼트를 포함할 수 있다. 수신부(21)는 상기 저장매체 또는 네트워크로부터 상기 비트스트림을 추출 /수신하여 복호화부(22)로 전달할 수 있다.
복호화부(22)는 부호화부(12)의 동작에 대응하는 역양자화, 역변환, 예측 등 일련의 절차를 수행하여 비디오/영상을 복호화할 수 있다. 상기 복호화부(22)의 상세 구성은 전술한 도 2의 복호화 장치(200)와 동일하게 구성하는 것도 가능하다.
렌더링부(23)는 복호화된 비디오/영상을 렌더링할 수 있다. 렌더링된 비디오/영상은 디스플레이부를 통하여 디스플레이될 수 있다.
본 발명에서, 양자화 인덱스 시프팅을 이용하여 부호화 효율을 향상시키는 다양한 실시 예가 설명된다.
압축 모델은 비트율(rate)와 왜곡(distortion)의 두 가지 목적 함수(objective function)를 갖는 제약 없는 다중 목적 최적화 문제(unconstrained multi objective optimization problem)이다. 이 최적화 문제의 해(solution)가 Karush-Kuhn-Tucker (KKT) 조건을 만족해야 하기 위해서는 각 목적 함수에 대한 기울기의 합이 0이어야 한다. 즉, 압축 모델의 비트율에 관한 그래디언트(gradient)와 왜곡에 관한 그래디언트는 서로 상쇄되어야 한다. 따라서, KKT 조건이 만족될 경우, 하나의 그래디언트의 방향을 변경해 다른 그래디언트 대신 사용할 수 있다.
본 개시에서, 역양자화의 결과 생성되는 변환 계수의 정확도를 향상시키기 위한, 양자화 인덱스 시프팅 (quantization index shifting) 방법이 제안된다. 본 개시에서, 복원 영상의 품질 향상을 위해, 기존의 양자화 인덱스가 영점(zero point)에서 멀어지는 방향으로 시프팅된 양자화 인덱스를 역양자화 한 값과 기존의 양자화 인덱스를 역양자화 한 값의 가중합을 통해 변환 계수(transformed coefficient)를 계산하는 방법이 설명된다. 또한, 다양한 압축 환경에 적합하도록 양자화 인덱스 시프팅 방법을 효과적으로 제어하는 방법이 제안된다.
이하, 양자화 인덱스는 양자화된 변환 계수를 의미한다. 부호화 과정에서, 원본 블록과 예측 블록 간의 차분 블록을 변환함으로써, 변환 계수 블록이 생성된다. 그리고 변환 계수 블록의 변환 계수들을 양자화함으로써, 양자화 인덱스 (양자화된 변환 계수)가 결정된다. 반대로, 복호화 과정에서는, 양자화 인덱스를 역양자화함으로써 변환 계수가 결정되며, 변환 계수를 역변환함으로써 현재 블록의 차분 블록이 생성된다. 본 개시의 양자화 인덱스 시프팅은 부호화 프로세스 및 복호화 프로세스의 역양자화에서 적용된다.
이하, 양자화 인덱스 시프팅 (shifting) 방법의 실시 예가 설명된다. 종속 양자화(Dependent quantization, DQ)는 상이한 복원 레벨을 갖는 두 개의 스칼라 양자화기 (scalar quantizer) Q0, Q1를 이용하는 양자화 방법이다. 종속 양자화에 의하면, 현재 변환 계수의 양자화에 사용한 양자화기 정보는 시그널링 없이 부호화/복호화 순서 상 현재 변환 계수에 선행하는 변환 계수 레벨의 패리티(parity)에 의해 암시적으로 결정된다. 더 상세히, 변환 블록 코딩의 시작 단계에서 초기 상태(state)의 값은 0으로 설정되며, 부/복호화기에 동일하게 정의된 N개의 상태를 갖는 상태 전이 테이블 또는 동등한 산술 연산을 통해 두 개의 스칼라 양자화기 Q0, Q1 사이의 전환이 실현된다. 여기서, N은 임의의 양수이다. 예를 들어, N은 4 또는 8일 수 있다. 종속 양자화는 율-왜곡 최적화 (rate-distortion optimization, RDO) 기반 양자화로, 전체 변환 블록에 대해 율-왜곡 비용(rate-distortion cost)을 최소화하는 양자화 인덱스들을 결정하게 된다. 상기 종속 양자화와 같은 율-왜곡 최적화 기반 양자화는 이하 수학식 1로 일반화될 수 있다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000001
수학식 1에서 R은 양자화 인덱스의 비트율 함수이고, λ는 라그랑지안 (Lagrangian) 계수, D는 왜곡 평가 지표이다. 또한, x는 실수 계수(coefficient)이고, y는 양자화 인덱스(quantization index)이다. 임의의 양자화 함수 Q(.)에 따른 양자화 인덱스는
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000002
으로 정의될 수 있다. 그리고 임의의 역양자화 함수 Q-1(.) 양자화 인덱스를 역양자화한 값은
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000003
으로 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000004
만약 양자화 인덱스 y를 수학식 2와 같이 왜곡에 관한 기울기만큼 이동시키면 왜곡 D가 감소한다. 하지만, 디코더에서는 원본 데이터가 없어 정확한 왜곡을 알 수 없다.
수학식 1에 KKT 조건을 적용하면 (비트율에 관한 그래디언트와 왜곡에 관한 그래디언트의 합이 0일 때), RDO 기반 양자화로 찾은 해가 최적(optimal)인 경우 수학식 3과 같은 조건이 충족되어야 한다. 즉, 비트율은 디코더에서 사용 가능하므로 비트율에 관한 음의 그래디언트를 왜곡에 관한 그래디언트로 사용할 수 있다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000005
즉, 양자화 인덱스는 수학식 2 대신 수학식 4와 같이 비트율에 관한 그래디언트를 이용해 시프팅될 수 있다. 수학식 4를 이용해 양자화 인덱스를 시프팅하는 방법은 역양자화 단계에서 수행되므로, 실제 비트율에는 영향을 주지 않고 복원 (reconstruction) 영상의 품질이 향상된다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000006
양자화 인덱스를 시프팅할 때, 시프팅 전 양자화 인덱스의 값에 따라 시프팅 방향이 결정될 수 있다. 예를 들어, 양자화 인덱스가 0인 경우에는 그래디언트가 0이므로 오프셋을 더할 필요가 없다. 또한, 양자화 인덱스가 0보다 클 때에는 그래디언트가 양수이다. 반대로 양자화 인덱스가 0보다 작을 때에는 그래디언트가 음수이다. 따라서, 수학식 5와 같이 양자화 인덱스가 시프팅될 수 있다. 여기서 ρ는 이동량, n은 양자화 인덱스 시프팅이 적용되는 계수의 수를 의미한다.
일 실시 예에 따르면, 복호화기에서 비트율의 그래디언트를 연산할 경우, 복호화기의 복잡도가 증가할 수 있다. 따라서 복잡도 감소를 위하여, 비트율의 그래디언트는 소정의 값 ρ으로 근사(approximate)될 수 있다. 예를 들어, 비트율의 그래디언트의 근사값 ρ는 1로 결정될 수 있다. 실시 예에 따라, 근사값 ρ는 2 이상의 값으로 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000007
수학식 6에서는 ρ가 1의 값을 가진다. 수학식 6에서 기존의 양자화 인덱스를 영점과 반대 방향으로 1만큼 시프팅하는 예가 설명된다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000008
기존의 양자화 인덱스에 역양자화를 적용해 복원 계수(transformed coefficient)가 계산될 수 있다.(
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000009
). 그리고 수학식 6에 따라, 양자화 인덱스 시프팅이 수행된 양자화 인덱스의 복원 계수가 계산될 수 있다(
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000010
). 그리고 양자화 인덱스 시프팅에 따른 최종 복원 계수(reconstructed transformed coefficient)
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000011
는 수학식 7과 같이
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000012
과
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000013
의 가중합(weighted sum)으로 계산될 수 있다. 수학식 5에 따라, 양자화 인덱스 시프팅은 양자화 인덱스가 0이 아닌 경우에만 수행된다.
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000014
수학식 7에서 BitDepth는 입력 영상의 비트 심도(bit depth)를 의미하거나, 수학식 7의 내부 비트 심도(internal bit depth)를 의미할 수 있다. 수학식 7에서 ω1과 ω2는
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000015
과
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000016
의 가중치를 의미한다. ω1과 ω2는 부/복호기의 약속에 의해 소정의 값을 가질 수 있다. 또는, ω1과 ω2는 다양한 영상 콘텐츠에 의하여 테스트됨으로써 도출된 범용 값을 가질 수 있다. 또는, ω1과 ω2는 양자화 파라미터(quantization parameter, QP), 양자화 인덱스의 값 또는 절대값, 현재 블록의 위치, 현재 블록의 크기 (너비 또는/및 높이), 서브 블록의 위치, 현재/서브 블록 내 샘플(또는 계수)의 위치, 현재/서브 블록 내 논제로(non-zero) 샘플의 개수, 기타 부호화 정보 등에 따라 다른 값을 사용할 수 있다. 또 다른 예로, ω1과 ω2는 주변 샘플(또는 계수)의 값 또는 확률에 기반해 결정될 수 있다. 이 때 ω1 ≥ 0, ω2 ≥ 0이고 ω1 + ω2 = 2BitDepth 이다.
일 실시예에 따르면, ω1과 ω2는 양자화 인덱스의 절대값에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 양자화 인덱스가 0일 경우, ω2는 0으로 결정될 수 있다. 따라서, 양자화 인덱스가 0일 경우, 양자화 인덱스 시프팅이 수행되지 않는다. 그리고 0이 아닌 양자화 인덱스의 절대값이 증가할수록 ω1은 증가하고, ω2는 감소하도록 설정될 수 있다. 그러므로 0이 아닌 양자화 인덱스의 절대 값이 작을수록 양자화 인덱스 시프팅으로 인한 변환 계수 값의 변화량이 커지고, 상기 절대값이 클수록 양자화 인덱스 시프팅으로 인한 변환 계수 값의 변화량이 작아진다. 그리고 실시 예에 따라, 양자화 인덱스의 절대 값이 소정의 값보다 클 때, ω2는 0으로 결정되어, 양자화 인덱스 시프팅이 수행되지 않도록 설정될 수 있다.
수학식 7의 δ는 offset을 의미하며, offset 값의 조정을 통해 반올림(rounding), 올림(ceiling) 또는 내림(floor)의 효과를 기대할 수 있다. δ는 부/복호기의 약속에 의해 소정의 값을 가질 수 있다. δ는 다양한 영상 콘텐츠에 의하여 테스트됨으로써 도출된 범용 값을 가질 수 있다. δ는 양자화 파라미터, 양자화 인덱스의 값 또는 절대값, 현재 블록의 위치, 현재 블록의 크기 (너비 또는/및 높이), 서브 블록의 위치, 현재/서브 블록 내 샘플(또는 계수)의 위치, 현재/서브 블록 내 논제로(non-zero) 샘플의 개수, 기타 부호화 정보 등에 따라 다른 값을 사용할 수 있다. 또 다른 예로, δ는 주변 샘플(또는 계수)의 값 또는 확률에 기반해 결정될 수 있다. 이 때 δ는 정수이다.
수학식 7의 최종 복원 계수
Figure PCTKR2024007011-appb-img-000017
의 값은 클리핑(clipping) 등을 통해 소정의 구간에 포함되도록 제한될 수도 있다.
제안한 양자화 인덱스 시프팅은 양자화 파라미터, 양자화 파라미터에 따라 양자화 인덱스의 값 또는 절대값, 현재 블록의 위치, 현재 블록의 너비 또는/및 높이, 서브 블록의 위치, 현재/서브 블록 내 샘플(또는 계수)의 위치, 현재/서브 블록 내 논제로(non-zero) 샘플의 개수, 기타 부호화 정보 등에 따라 적용 유무가 결정될 수 있다.
또 다른 예로, 제안한 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 나타내는 구문 요소(syntax element)가 하이 레벨 (video parameter set(VPS), sequence parameter set (SPS), picture parameter set(PPS), Adaptation parameter set(APS), picture header, slice header 등)에 정의될 수 있다. 또는, 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 나타내는 구문 요소가 low level(coding unit, transform unit, subblock 등)에 정의될 수 있다. 따라서, 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부는 하이 레벨 및/또는 로우 레벨의 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 나타내는 복수의 구성 요소에 의하여 결정될 수 있다.
양자화 인덱스 시프팅을 통해 복원 계수의 값이 변경되므로 무손실(lossless) 또는 준무손실(near-lossless) 압축 환경에서는 양자화 인덱스 시프팅이 수행되지 않도록 제어되어야 한다. 양자화 인덱스 시프팅의 제어를 위해 다음과 같은 방법들 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
양자화 파라미터에 따라, 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 제어할 수 있다. 실시 예에 따라, 무손실 압축 환경의 경우, 양자화 파라미터는 임의의 값 M 이하로 설정될 수 있다. 여기서, M은 임의의 양수이다. 예를 들어, M은 0 또는 4일 수 있다. 만약 현재 블록의 양자화 파라미터가 무손실 압축 환경을 나타내는 임의의 값인 경우, 복호화기는 양자화 파라미터에 기초하여 소정의 양자화 파라미터 단위에 대하여 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않았음을 추론할 수 있다.
준무손실 압축 환경의 경우, 양자화 파라미터는 임의의 값 N 이하로 설정될 수 있다. 여기서, N은 임의의 양수이다. 따라서, 현재 블록의 양자화 파라미터가 준무손실 압축 환경을 나타내는 임의의 값인 경우, 복호화기는 양자화 파라미터에 기초하여 소정의 양자화 파라미터 단위에 대하여 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않았음을 추론할 수 있다.
무손실/준무손실 압축 환경임을 의미하는 구문 요소에 기반해 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 무손실/준무손실 압축 여부를 나타내는 구문요소(ex. trans_quant_bypass_flag)의 값이 1이면 양자화 인덱스 시프팅은 적용되지 않을 수 있다. 또 다른 예로, 무손실/준무손실 압축 여부를 나타내기 위해 다수의 구문요소들의 조합이 사용될 수 있다. 이 경우, 구문요소들의 조합이 무손실/준무손실 압축을 나타내면, 양자화 인덱스 시프팅은 적용되지 않을 수 있다.
손실 (lossy) 압축 환경에서 양자화 인덱스 시프팅의 제어를 위해 다음과 같은 방법들 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
양자화 인덱스의 값 또는 절대값의 크기를 이용해 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 수 있다. 예를 들어, 양자화 인덱스의 절대 값이 임의의 값 이상인 경우 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않을 수 있다.
블록 내에서의 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 수 있다. 예를 들어, 이 위치 좌표를 (x, y)라 할 때 x ≤ P0 또는/및 y ≤ P1의 위치에 대해서는 양자화 인덱스 시프팅이 적용하지 않고, 그 외의 위치에 대해서는 양자화 인덱스 시프팅이 적용될 수 있다. 여기서, P0, P1은 0 또는 양의 정수 값을 가질 수 있다.
도 4는 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 경우, 한 개의 기준 위치에 의하여 정의되는 양자화 인덱스 시프팅 적용 영역을 나타낸다.
도 4에 의하면, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않는 영역 (410)의 가로 길이를 나타내는 P0는 블록 (400)의 가로 길이 H보다 크지 않도록 설정된다. 그리고 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않는 영역 (410)의 세로 길이를 나타내는 P1은 블록 (400)의 세로 길이 V보다 크지 않도록 설정된다. 영역 (410)은 x ≤ P0 및 y ≤ P1를 모두 만족하는 샘플을 포함하도록 설정될 수 있다. 또는 영역 (410)은 x ≤ P0 및 y ≤ P1 중 적어도 하나를 만족하는 샘플을 포함하도록 설정될 수 있다. 반대로, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되는 영역 (420)은 블록 (400)에서 영역 (410)을 제외한 나머지가 해당된다. P0와 P1은 블록 (400)의 크기, 예측 모드, 변환 모드 및 블록 내 논제로 샘플의 개수 등에 기초하여 결정될 수 있다.
또 다른 예로, 두 개 이상의 위치 좌표를 이용해 일정 범위의 위치에 대해 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부가 제어될 수 있다. 예를 들어, (P0, P1) 위치와 (Q0, Q1) 위치에 의하여 정의되는 영역에 대하여 양자화 인덱스 시프팅이 적용되고, 나머지 영역에 대하여는 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않는다.
도 5는 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 경우, 두 개의 기준 위치에 의하여 정의되는 양자화 인덱스 시프팅 적용 영역을 나타낸다.
도 5에 의하면, 블록 (500)에서 (P0, P1) 위치와 (Q0, Q1) 위치가 정의된다. 그리고 양자화 인덱스 시프팅이 적용되는 영역 (510)은 P0 ≤ x ≤ Q0와 P1 ≤ y ≤ Q1 이 모두 만족하는 샘플을 포함하도록 설정될 수 있다. 또는 영역 (510)은 P0 ≤ x ≤ Q0 및 P1 ≤ y ≤ Q1 중 적어도 하나를 만족하는 샘플을 포함하도록 설정될 수 있다. 영역 (510) 바깥은 샘플들에 대하여는 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않는다. P0, P1, Q0 및 Q1은 블록 (500)의 크기, 예측 모드, 변환 모드 및 블록 내 논제로 샘플의 개수 등에 기초하여 결정될 수 있다.
블록 내에서의 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅이 제어될 수 있다. 블록 내의 각 계수의 위치들은 임의의 스캐닝 (scanning) 방법을 이용해 2차원 좌표 값에서 1차원 위치 인덱스로 치환될 수 있다. 그리고 상기 1차원 위치 인덱스에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부가 결정될 수 있다. 예를 들어, 1차원 위치 인덱스가 임의의 값 이하일 때에는 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않고, 그 외에는 양자화 인덱스 시프팅이 적용될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 1차원 위치 인덱스가 소정의 구간에 위치하는지 여부에 따라, 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부가 결정될 수 있다.
도 6은 1차원 위치 인덱스에 기초한 양자화 인덱스 시프팅 제어 방법을 설명하기 위한 변환 블록의 스캔 방법의 일 예를 나타낸다.
도 6에 따르면 변환 블록 (600)은 4x4 크기의 서브 블록들로 분할된다. 그리고 각 서브 블록의 변환 계수는 대각선 방향으로 스캔된다. 따라서, 변환 블록 (600)의 64개의 변환 계수는 각각 도 6에 따른 스캔 순서에 따라 1차원 위치 인덱스가 할당된다. 그리고 1차원 위치 인덱스가 소정의 값보다 작은 변환 계수에 대하여는 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않고, 그 외에는 양자화 인덱스 시프팅이 적용될 수 있다. 만약 소정의 값이 12일 경우, 변환 블록 (600)의 회색으로 표시된 영역의 변환 계수에 대하여 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않고, 나머지 영역의 변환 계수에는 양자화 인덱스 시프팅이 적용될 수 있다. 상기 소정의 값은 블록 (600)의 크기, 예측 모드, 변환 모드 및 블록 내 논제로 샘플의 개수 등에 기초하여 결정될 수 있다.
도 6의 스캔 순서는 예시에 불과하며, 수직 스캔, 수평 스캔, 지그재그 스캔이 적용될 수 있다. 또한, 서브 블록의 크기는 8x8 또는 16x16의 크기를 가질 수 있다.
특정 부호화 기술(예. 임의의 예측 기술, 필터 기술 등)의 활성화 여부를 나타내는 구문 요소에 기초하여 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부가 결정될 수 있다. 예를 들어, 임의의 부호화 기술의 활성화 여부를 나타내는 구문 요소가 소정의 값을 가리키는 경우, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않을 수 있다. 또 다른 예로, 두 개 이상의 구문 요소들의 값들이 (미리 정해진) 특정한 값들의 조합일 경우, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않을 수 있다. 상기 구문 요소는 하이 레벨 및/또는 로우 레벨에서 획득될 수 있다.
양자화 파라미터를 이용해 제어할 수 있다. 예를 들어, 현재 블록의 양자화 파라미터가 특정 양자화 파라미터 범위에 속하는 경우, 복호기에서 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않을 수 있다.
도 7은 양자화 인덱스 시프팅에 의하여 변환 계수를 생성하는 방법의 일 실시 예를 나타낸다.
단계 702에서, 제1 양자화 인덱스가 유도된다.
단계 704에서, 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스가 유도된다.
일 실시 예에 따르면, 제1 양자화 인덱스는 소정의 정수 값만큼 시프팅됨으로써, 제2 양자화 인덱스가 유도된다. 상기 소정의 정수 값의 절대 값은 1일 수 있다. 그리고 소정의 정수 값의 부호는 제1 양자화 인덱스의 부호와 동일하도록 결정될 수 있다. 만약 제1 양자화 인덱스가 0일 경우, 양자화 인덱스 시프팅은 수행되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 결정된 경우, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅함으로써, 상기 제2 양자화 인덱스가 유도될 수 있다. 따라서, 제1 양자화 인덱스의 시프팅 전에, 제1 양자화 인덱스의 시프팅 여부가 먼저 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부를 결정함에 있어서, 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 나타내는 적어도 하나 이상의 구문 요소를 비트스트림으로부터 획득하고, 상기 적어도 하나 이상의 구문 요소에 기초하여 상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부가 결정될 수 있다. 상기 적어도 하나 이상의 구문 요소는 비디오 파라미터 세트, 시퀀스 파라미터 세트, 픽처 파라미터 세트, 적응 파라미터 세트, 픽처 헤더, 슬라이스 헤더, 부호화 유닛, 변환 유닛, 서브 블록 유닛 중 적어도 하나의 데이터 단위에 부호화된 것일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 양자화 파라미터에 기초하여 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정될 수 있다. 상기 양자화 파라미터가 무손실 압축 환경 또는 준무손실 압축 환경에 대응되는 값을 가질 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정될 수 있다. 또는 상기 양자화 파라미터가 소정의 양자화 파라미터 범위에 포함될 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 양자화 인덱스의 절대 값이 소정의 값 이상일 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 블록 내에서의 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여, 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정될 수 있다. 일 예로 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 x 성분이 소정의 기준 위치의 x 성분보다 작고, 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 y 성분이 소정의 기준 위치의 y 성분보다 작을 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정될 수 있다. 또는 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 x 성분이 소정의 기준 위치의 x 성분보다 작거나, 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 y 성분이 소정의 기준 위치의 y 성분보다 작을 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 블록 내에서의 상기 제1 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정될 수 있다. 상기 1차원 위치 인덱스는, 임의의 스캐닝 방법에 따라 2차원 좌표 값으로부터 변환된 것이다. 일 예로, 제1 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스가 소정의 값보다 작을 때, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않도록 결정될 수 있다.
현재 블록에 적용되는 예측 모드 또는 필터링 모드에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정될 수 있다.
단계 706에서, 제1 양자화 인덱스 및 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수가 유도된다.
단계 708에서, 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수가 생성된다.
일 실시 예에 따르면, 제1 가중치 및 제2 가중치는 양자화 파라미터, 제1 양자화 인덱스의 값, 현재 블록의 위치, 현재 블록의 크기, 서브 블록의 위치, 현재 블록 또는 서브 블록의 샘플의 위치, 현재 또는 서브 블록의 논제로(non-zero) 샘플의 개수에 따라 결정될 수 있다.
도 7의 양자화 인덱스 시프팅에 따른 변환 계수 생성 방법은 영상 복호화의 역양자화에서 이용될 수 있다. 영상 부호화에서는, 블록의 원본 잔차 신호를 변환 및 양자화하여 생성된 블록의 변환 계수 정보를 역양자화 및 역변환하여 블록의 복원 잔차 신호를 생성하는 프로세스가 수행된다. 따라서, 상기 도 7의 양자화 인덱스 시프팅에 따른 변환 계수 생성 방법은 영상 부호화의 역양자화에서 이용될 수 있다.
즉, 단계 702 내지 708에서 양자화 인덱스 시프팅에 따른 변환 계수 생성 방법에 의하여, 현재 블록이 부호화 또는 복호화될 수 있다. 그리고 단계 702 내지 708에서 방법에 따라 부호화기에 의하여 생성된 비트스트림은 기록매체에 저장되거나 부호화기 외부로 전송될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 실시 예가 적용될 수 있는 컨텐츠 스트리밍 시스템을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예가 적용된 컨텐츠 스트리밍 시스템은 크게 인코딩 서버, 스트리밍 서버, 웹 서버, 미디어 저장소, 사용자 장치 및 멀티미디어 입력 장치를 포함할 수 있다.
상기 인코딩 서버는 스마트폰, 카메라, CCTV 등과 같은 멀티미디어 입력 장치들로부터 입력된 컨텐츠를 디지털 데이터로 압축하여 비트스트림을 생성하고 이를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 역할을 한다. 다른 예로, 스마트폰, 카메라, CCTV 등과 같은 멀티미디어 입력 장치들이 비트스트림을 직접 생성하는 경우, 상기 인코딩 서버는 생략될 수도 있다.
상기 비트스트림은 본 발명의 실시예가 적용된 영상 부호화 방법 및/또는 영상 부호화 장치에 의해 생성될 수 있고, 상기 스트리밍 서버는 상기 비트스트림을 전송 또는 수신하는 과정에서 일시적으로 상기 비트스트림을 저장할 수 있다.
상기 스트리밍 서버는 웹 서버를 통한 사용자 요청에 기반하여 멀티미디어 데이터를 사용자 장치에 전송하고, 상기 웹 서버는 사용자에게 어떠한 서비스가 있는지를 알려주는 매개체 역할을 할 수 있다. 사용자가 상기 웹 서버에 원하는 서비스를 요청하면, 상기 웹 서버는 이를 스트리밍 서버에 전달하고, 상기 스트리밍 서버는 사용자에게 멀티미디어 데이터를 전송할 수 있다. 이때, 상기 컨텐츠 스트리밍 시스템은 별도의 제어 서버를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제어 서버는 상기 컨텐츠 스트리밍 시스템 내 각 장치 간 명령/응답을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 스트리밍 서버는 미디어 저장소 및/또는 인코딩 서버로부터 컨텐츠를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 인코딩 서버로부터 컨텐츠를 수신하는 경우, 상기 컨텐츠를 실시간으로 수신할 수 있다. 이 경우, 원활한 스트리밍 서비스를 제공하기 위하여 상기 스트리밍 서버는 상기 비트스트림을 일정 시간동안 저장할 수 있다.
상기 사용자 장치의 예로는, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)), 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등이 있을 수 있다.
상기 컨텐츠 스트리밍 시스템 내 각 서버들은 분산 서버로 운영될 수 있으며, 이 경우 각 서버에서 수신하는 데이터는 분산 처리될 수 있다.
상기의 실시 예들은 부호화 장치 및 복호화 장치에서 동일한 방법 또는 상응하는 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 실시 예들 중 적어도 하나 혹은 적어도 하나의 조합을 이용해서 영상을 부호화/복호화할 수 있다.
상기 실시 예들이 적용되는 순서는 부호화 장치와 복호화 장치에서 상이할 수 있다. 또는, 상기 실시 예들이 적용되는 순서는 부호화 장치와 복호화 장치에서 동일할 수 있다.
상기 실시 예들은 휘도 및 색차 신호 각각에 대하여 수행될 수 있다. 또는, 휘도 및 색차 신호에 대한 상기 실시예들이 동일하게 수행될 수 있다.
상기 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 유닛으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
상기 실시예에 따른 부호화 방법에 의해 생성된 비트스트림은 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장되는 비트스트림은 상기 실시예에 따른 복호화 방법에 의해 복호화될 수 있다.
여기서, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 영상을 부호화/복호화하는 장치 및 비트스트림을 저장한 기록 매체에 이용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 영상 복호화 방법에 있어서,
    제1 양자화 인덱스를 유도하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계; 및
    상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함하는 영상 복호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 양자화 인덱스는 소정의 정수 값만큼 시프팅됨으로써, 제2 양자화 인덱스가 유도되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소정의 정수 값의 절대 값은 1인 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 소정의 정수 값의 부호는 제1 양자화 인덱스의 부호와 동일하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는,
    양자화 파라미터, 제1 양자화 인덱스의 값, 현재 블록의 위치, 현재 블록의 크기, 서브 블록의 위치, 현재 블록 또는 서브 블록의 샘플의 위치, 현재 또는 서브 블록의 논제로(non-zero) 샘플의 개수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영상 복호화 방법은,
    상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 결정된 경우, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅함으로써, 상기 제2 양자화 인덱스가 유도되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부를 결정하는 단계에 있어서,
    상기 양자화 인덱스 시프팅의 적용 여부를 나타내는 적어도 하나 이상의 구문 요소를 비트스트림으로부터 획득하고, 상기 적어도 하나 이상의 구문 요소에 기초하여 상기 제1 양자화 인덱스을 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 구문 요소는,
    비디오 파라미터 세트, 시퀀스 파라미터 세트, 픽처 파라미터 세트, 적응 파라미터 세트, 픽처 헤더, 슬라이스 헤더, 부호화 유닛, 변환 유닛, 서브 블록 유닛 중 적어도 하나의 데이터 단위에 부호화된 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    양자화 파라미터에 기초하여 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양자화 파라미터가 무손실 압축 환경 또는 준무손실 압축 환경에 대응되는 값을 가질 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 양자화 파라미터가 소정의 양자화 파라미터 범위에 포함될 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 양자화 인덱스의 절대 값이 소정의 값 이상일 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    블록 내에서의 상기 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 x 성분이 소정의 기준 위치의 x 성분보다 작고, 상기 제1 양자화 인덱스의 2차원 위치의 y 성분이 소정의 기준 위치의 y 성분보다 작을 경우, 상기 제1 양자화 인덱스의 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  15. 제6항에 있어서,
    블록 내에서의 상기 제1 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되고,
    상기 1차원 위치 인덱스는, 임의의 스캐닝 방법에 따라 2차원 좌표 값으로부터 변환된 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 양자화 인덱스의 1차원 위치 인덱스가 소정의 값보다 작을 때, 양자화 인덱스 시프팅이 적용되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  17. 제6항에 있어서,
    현재 블록에 적용되는 예측 모드 또는 필터링 모드에 기초하여, 상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅할지 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  18. 영상 부호화 방법에 있어서,
    제1 양자화 인덱스를 획득하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계; 및
    상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함하는 영상 부호화 방법.
  19. 영상 부호화 방법에 의하여 생성된 비트스트림을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 있어서,
    영상 부호화 방법에 있어서,
    제1 양자화 인덱스를 획득하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계; 및
    상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  20. 영상 부호화 방법에 의하여 생성된 비트스트림을 전송하는 비트스트림 전송 방법에 있어서,
    상기 영상 부호화 방법에 기초하여 영상을 부호화하는 단계; 및
    상기 부호화된 영상이 포함된 비트스트림을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 영상 부호화 방법은,
    제1 양자화 인덱스를 획득하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스를 시프팅하여 제2 양자화 인덱스를 유도하는 단계;
    상기 제1 양자화 인덱스 및 상기 제2 양자화 인덱스 각각에 역양자화를 수행하여 제1 복원 변환 계수 및 제2 복원 변환 계수를 유도하는 단계; 및
    상기 제1 복원 변환 계수 및 상기 제2 복원 변환 계수에 제1 가중치 및 제2 가중치를 각각 적용하여 최종 복원 변환 계수를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트스트림 전송 방법.
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