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KR20040095399A - 가중 예측에서의 가중요소 결정방법 - Google Patents

가중 예측에서의 가중요소 결정방법 Download PDF

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KR20040095399A
KR20040095399A KR1020030026679A KR20030026679A KR20040095399A KR 20040095399 A KR20040095399 A KR 20040095399A KR 1020030026679 A KR1020030026679 A KR 1020030026679A KR 20030026679 A KR20030026679 A KR 20030026679A KR 20040095399 A KR20040095399 A KR 20040095399A
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Abstract

본 발명은 비디오 데이터의 부호화/복호화에 관한 것으로, 구체적으로는 비디오 예측시 예측샘플의 가중요소(weighting factor)를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 가중요소 계산방법은, 가중요소(weighting factor)를 사용하여 블록예측을 수행할 때의 가중요소 계산방법에 있어서, (a) 예측하고자 하는 픽처내의 블록들을 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화하는 단계; 및 (b) 상기 그룹화한 블록들별로, 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값과, 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값에 소정의 웨이트를 곱하고 오프셋을 더한 값 사이의 오차를 최소화시키는 웨이트와 오프셋을 계산하는 단계를 포함한다. 본 발명은 H.264 AVC 표준에 기술된 가중 샘플 예측과정중 explicit 모드에서 레지듀 오차를 최소화하여 인코딩 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

가중 예측에서의 가중요소 결정방법{Weighting factor determining method and apparatus in explicit weighted prediction}
본 발명은 비디오 데이터의 부호화/복호화에 관한 것으로, 구체적으로는 비디오 예측시 예측샘플의 가중요소(weighting factor)를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 TV와 DVD-비디오가 등장함에 따라서 방송 서비스 및 홈 엔터테인먼트(home entertainment) 서비스가 크게 변화하였다. 이러한 방송 서비스 및 홈 엔터테인먼트 서비스에서 제공되는 여러가지 응용 서비스는 비디오 압축 기술의 표준화에 의해 가능하게 되었다. 비디오 압축 기술에 관한 표준들 중에서,MPEG4-visual은 인터넷 기반의 비디오 응용 서비스를 가능하게 하였고, ITU-T의 H.263 표준은 비디오 영상회의(videoconferencing) 시스템에서 널리 사용되고 있다.
MPEG4-visual과 H.263은 비디오 압축에 기반을 둔 표준이다. 이들 표준에 관여한 동영상 전문가 그룹(Moving Picture Experts Group : MPEG)과 비디오 코딩 전문가 그룹(Video Coding Experts Group : VCEG)은, MPEG4와 H.263보다 고품질(high-quality) 및 저속 비트율(low-bitrate) 스트리밍 비디오(streaming video)를 지원하면서 더 많은 압축을 할 수 있는 기술에 관한 다음 단계의 표준을 제정하기 위하여 논의를 하였다.
H.263 표준을 완성한 후에 ITU-T의 비디오 코딩 전문가 그룹(VCEG)은 H.263에 부가적인 기능을 추가한 H.263 version 2 표준에 관한 연구와, 저비트율로 영상 통신을 하기 위한 새로운 표준에 관한 연구를 시작하였다. 이중에서 저비트율의 영상 통신을 하기 위한 새로운 표준을 ITU-T H.26L로 명명하였다. 또한, ISO의 동영상 전문가 그룹(MPEG)에서도 이러한 새로운 표준에 대한 중요성을 인식하여 ITU-T의 비디오 코딩 전문가 그룹(VCEG)과 조인트 비디오 팀(Joint Video Team : JVT)을 구성하여 H.26L 모델을 국제 표준으로 정하기 위한 연구를 시작하였다. 이렇게 하여 정해진 표준이 ISO MPEG4 Part 10, 즉, ITU-T H.264이다. 이 표준의 공식 명칭은 MPEG-4 Advanced Video Coding(AVC)이지만, H.264로 더 잘 알려져 있다.
도 1은 H.264 인코더의 블록도이다.
H.264 인코더는 크게 예측부(prediction block)(110), 변환 및양자화부(transform and quantization block)(120), 엔트로피 코딩부(entropy coding block)(130)를 구비한다.
예측부(110)는 인터 프리딕션(inter prediction)과 인트라 프리딕션(intra prediction)을 수행한다. 인터 프리딕션은, 이미 디코딩이 수행되고 디블록킹 필터링(deblocking filtering)이 수행되어 버퍼에 저장되어 있는 기준 픽처(reference picture)를 이용하여 현재 픽처의 블록예측을 수행하는 것을 말한다. 즉, 픽처들간의 정보를 이용하여 예측을 수행하는 것을 말한다. 이를 위하여 움직임 추정부(motion estimation block)(111) 및 움직임 보상부(motion compensation block)(112)를 구비한다. 인트라 프리딕션은, 이미 디코딩이 수행된 픽처내에서, 예측하고자 하는 블록에 인접한 블록의 픽셀 데이터를 이용하여 예측을 수행하는 것을 말한다.
변환 및 양자화부(120)는 예측부(110)에서 예측을 수행하여 얻은 예측 샘플을 변환하고(transform) 양자화(quantization)하여 압축한다. 엔트로피 코딩부(130)는 양자화된 비디오 데이터에 대해서 소정의 방식에 따라 부호화를 수행하여 H.264 비트스트림으로 만든다.
도 2는 H.264 디코더의 블록도이다.
H.264 디코더는 H.264 인코더에서 인코딩된 비트스트림을 수신하여 엔트로피 디코딩하고 역양자화 및 역변환을 수행하며 움직임 보상 또는 인트라 프리딕션이 수행된 기준 픽처 정보를 이용하여 디코딩을 수행한다.
H.264 표준에 기술된 가중 샘플 예측과정(weighted sample predictionprocess)은 H.264의 메인 프로파일(main profile)과 확장된 프로파일(extended profile)에 사용되는 것으로, 움직임 보상 및 움직임 예측을 수행하여 얻어진 예측 샘플값을 가중요소(weighting factor)를 사용하여 조정한다. 즉, 예측 대상 샘플의 본래 픽셀값에서 예측된 픽셀값을 뺀 레지듀(residue) 값을 최소로 만들기 위하여 가중요소를 사용한다.
상술한 가중 샘플 예측과정에는 default 모드, explicit 모드, implicit 모드가 있다. 이중에서 explicit 모드는 가중 샘플 예측과정에 사용되는 가중요소를 인코더 내부에서 직접 계산하고 선택하여, 선택한 가중요소를 슬라이스(slice) 단위로 지정하고 사용하도록 한다.
도 3은 explicit 모드에서의 가중요소 선택 과정의 흐름도이다.
인코딩하고자 하는 픽처의 DC 값(dc_org)을 계산한다(S310). 그리고, 상기 픽처가 기준으로 삼는 n 개의 기준 픽처(reference picture)의 DC 값(dc_ref[0], ... dc_ref[n])을 각각 계산한다(S320). 기준 픽처는 움직임 보상 및 움직임 예측을 수행하고 나면 얻어진다. DC 값은 기준 픽처의 픽셀값을 모두 더한 값이다. 그리고 나서, 상기 계산된 DC 값들을 사용하여 웨이트(W[0], ... W[n])와 오프셋(O[0], ... O[n])을 계산한다(S330). 다시 말하면, W[n] = dc_org[n]/dc_ref[n], O[n] = 0 으로 계산된다.
다시 말하면, 인코딩하고자 하는 현재 픽처의 전체 DC 값을 구하고, 기준 픽처의 전체 DC 값을 구하여 두개의 DC 값의 비를 이용하여 웨이트 W 를 계산한다. 각각의 기준 픽처는 웨이트와 오프셋으로 이루어진 파라미터를 가진다. 모든 기준픽처에 대하여 오프셋을 0으로 정하고 웨이트를 계산한다.
H.264 AVC 비디오 인코딩시에 기준 픽처에 가중요소를 주는 것은 인터 프리딕션시 인코딩 효율을 높이기 위한 것이다. 그러나 종래에는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 계산된 두 픽처간의 DC 값의 비율만을 이용한다. 즉, 단순히 DC 값의 전체적인 평균값만을 이용하기 때문에, 기준 픽처와 현재 인코딩하고자 하는 픽처간에 단순한 DC값의 차이만 존재하는 경우에만 효율적이고, 그렇지 않은 경우에는 압축효율이 높아지지 않거나 오히려 나빠질 수도 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, H.264 AVC의 explicit 모드에서 기준 픽처에 대한 가중요소를 결정하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 H.264 인코더의 블록도이다.
도 2는 H.264 디코더의 블록도이다.
도 3은 explicit 모드에서의 가중요소 선택 과정의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 가중요소 결정방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 가중요소 결정장치의 블록도이다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 가중요소 계산방법은, 가중요소(weighting factor)를 사용하여 블록예측을 수행할 때의 가중요소 계산방법에 있어서, (a) 예측하고자 하는 픽처내의 블록들을 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화하는 단계; 및 (b) 상기 그룹화한 블록들별로, 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값과, 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값에 소정의 웨이트를 곱하고 오프셋을 더한 값 사이의 오차를 최소화시키는 웨이트와 오프셋을 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 상기 오차는 mean square error 인 것이 바람직하다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 가중요소 계산장치는, 예측하고자 하는 픽처내의 블록들을 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화하는 블록 그룹화 수행부; 및 상기 그룹화한 블록들별로, 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값과, 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값에 소정의 웨이트를 곱하고 오프셋을 더한 값 사이의 오차를 최소화시키는 웨이트와 오프셋을 계산하는 가중요소 계산부를 포함한다.
상기한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 가중요소 결정방법의 흐름도이다.
본 실시예에서는 explicit 모드에서 기준 픽처를 한 개 사용하는 경우에, 즉 (PredFlagL0 xor PredFlagL1) == 1 인 경우에 대하여 설명한다. PredFlagL0, PredFlagL1은 기준픽처의 사용에 관한 플래그이다.
우선, 슬라이스 내의 모든 블록(매크로 블록 또는 서브블록)에 대하여 움직임 보상 및 움직임 예측을 수행한다(S410). 움직임 보상 및 움직임 예측을 수행하면 기준 픽처를 알 수 있다. 그리고, 인코딩하고자 하는 픽처내의 블록이 어떤 기준 픽처를 가지고 예측되는가를 판단하여, 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화한다(S420). 다음으로 각 그룹별로 픽셀의 개수 N을 계산하고(S430), 오프셋을 설정한다(S440). 오프셋을 어떤 값으로 설정하는가에 따라서, 후술하는 두가지 방법중 어느 한가지 방법을 이용하여 가중요소를 계산한다(S450).
예측하고자 하는 원래 픽처의 픽셀을 Oi라고 하고 그에 대응되는 기준 픽처의 픽셀을 ri라고 하면 mean square error 는 다음 수학식 1에 의하여 계산된다.
여기에서 W는 웨이트를 의미하고, O 는 오프셋(offset)을 의미한다. 상술한 수학식 1을 최소화시키는 웨이트 W와 오프셋 O 를 계산하는 방법 중 첫번째 방법은 오프셋 O를 0으로 설정하고 웨이트 W를 계산하는 방법이다.
즉, 오프셋을 0으로 설정하면, 수학식 2와 같이 수학식 1을 W 에 대하여 편미분한다. 그러면 수학식 3과 같은 웨이트 W를 얻을 수 있다.
두번째 방법은 오프셋을 수학식 4와 같이 설정하고, 수학식 3과 같이 편미분하면, 수학식 5와 같은 웨이트가 얻어진다.
도 5는 본 발명의 가중요소 결정장치의 블록도이다.
가중요소 결정장치는 블록 그룹화 수행부(510), 오프셋 설정부(520) 및 웨이트 계산부(530)를 구비한다. 오프셋 설정부(520)와 웨이트 계산부(530)를 가중요소 계산부(540)라 한다.
블록 그룹화 수행부(510)는 예측하고자 하는 픽처내의 블록들을 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화한다. 가중요소 계산부(540)는 상기 그룹화한 블록들별로, 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값과, 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값에 소정의 웨이트를 곱하고 오프셋을 더한 값 사이의 오차를 최소화시키는 웨이트와 오프셋을 계산한다.
오프셋 설정부(520)는 오프셋을 0으로 설정하거나, 상술한 수학식 4와 같이 설정한다. 웨이트 계산부(530)는 오프셋 설정부(520)에서 설정한 오프셋을 상술한 수학식 1에 대입하여, 수학식 3 또는 수학식 5와 같은 수식에 의해 웨이트를 계산한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은, H.264 AVC 표준에 기술된 가중 샘플 예측과정중 explicit 모드에서 레지듀 오차를 최소화하여 인코딩 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. 즉, 움직임 보상 및 움직임 예측을 수행하여 얻어진 예측 블록의 샘플 픽셀값을 조정하여 원래 블록의 샘플값에 근사시킴으로써, 레지듀 오차를 최소화하여 인코더의 인코딩 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 가중요소(weighting factor)를 사용하여 블록예측을 수행할 때의 가중요소계산방법에 있어서,
    (a) 예측하고자 하는 픽처내의 블록들을 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화하는 단계; 및
    (b) 상기 그룹화한 블록들별로, 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값과, 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값에 소정의 웨이트를 곱하고 오프셋을 더한 값 사이의 오차를 최소화시키는 웨이트와 오프셋을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오차는 mean square error 인 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 mean square error 는 다음 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
    여기에서 N은 각 그룹에 속한 블록들의 전체 픽셀 개수, oi는 인코딩 하고자 하는 픽처의 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값, ri는 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값을 의미한다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오프셋을 0으로 설정하고, 상기 웨이트를 계산하는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가중요소 W 를 다음 수학식에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 오프셋 O 은 다음 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 웨이트 W 는 다음 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산방법.
  8. 예측하고자 하는 픽처내의 블록들을 동일한 기준 픽처를 갖는 블록들끼리 그룹화하는 블록 그룹화 수행부; 및
    상기 그룹화한 블록들별로, 각 그룹에 속하는 블록의 픽셀값과, 이에 대응되는 기준픽처의 픽셀값에 소정의 웨이트를 곱하고 오프셋을 더한 값 사이의 오차를 최소화시키는 웨이트와 오프셋을 계산하는 가중요소 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가중요소 계산부는
    소정의 값으로 오프셋을 설정하는 오프셋 설정부; 및
    상기 설정한 오프셋 값에 의하여 웨이트를 계산하는 웨이트 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오프셋은
    0으로 설정하거나, 다음 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 가중요소 계산장치.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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