KR101622122B1 - 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상방법 - Google Patents

개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상방법은 H.264 코덱에서 압축율을 개선하기 위하여 매크로 블록을 부호화하는 과정에서 부호화 모드에 관계없이 CBP 값을 확인하여 CBP 값이 0보다 큰 경우에만(즉 유효계수가 존재하는 경우에만) mb_qp_delta 인코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상방법{Improvement Method of Video Compression Rate by Expression Condition of Quantization Information}
일반적으로 동영상 압축 방법인 코덱은 압축율을 개선하는 새로운 부호화 기술을 도입함으로써 획기적으로 발전해 왔으며 비디오 데이터를 적은 비트로 효과적으로 부호화하는 방법은 동영상 압축 코덱의 핵심적인 기술로서 상기와 같은 부호화 방법을 통하여 동영상 압축 코덱의 발전이 이루어진 것이다. 본 발명에서는 양자화 정보 표현 조건을 개선하여 양자화 정보 표현에 필요한 비트 수를 절감하는 방법으로 동영상 압축 코덱의 압축율을 개선하는 것에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 공개 특허공보 공개번호 제10-2013-0049587호(2013. 05. 14. 공개)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 양자화 계수 부/복호화 방법을 사용하는 장치의 구성도이다. 상기도 1에서 양자화 계수 부/복호화 방법을 사용하는 장치는 분할부(100), 예측부(110), 화면 내 예측부(103), 화면 간 예측부(106), 변환부(115), 양자화부(120), 재정렬부(125), 엔트로피 부호화부(130), 역양자화부(135), 역변환부(140), 필터부(145) 및 메모리(150)를 포함할 수 있는 것이다. 상기에서 부호화 장치는 예를 들어 예측부에서 화면 내 예측을 수행함에 있어서, 실시간으로 부호화를 수행하기 위해 모든 화면 내 예측 모드 방법을 사용하여 최적의 화면 내 부호화 방법을 선택하는 방법을 사용하지 않고 일부의 제한적인 개수의 화면 내 예측 모드를 사용하여 그 중에서 하나의 화면 내 예측 모드를 최종 화면 내 예측 모드로 선택하는 방법이 사용될 수 있다. 또 다른 예로 화면 내 예측 또는 화면 간 예측을 수행함에 있어 사용되는 예측 단위의 형태를 제한적으로 사용하도록 하는 것도 가능하다. 또한, 상기 부호화 장치에서 처리되는 블록의 단위는 부호화를 수행하는 부호화 단위, 예측을 수행하는 예측 단위, 변환을 수행하는 변환 단위가 될 수 있는 것이고 부호화 단위는 CU(Coding Unit), 예측 단위는 PU(Prediction Unit), 변환단위는 TU(Transform Unit)라는 용어로 표현될 수 있는 것이다. 또한, 분할부(100)에서는 하나의 픽쳐를 복수의 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 조합으로 분할하고 소정의 기준(예를 들어, 비용 함수)으로 그 중 하나의 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위 조합을 선택하여 픽쳐를 분할할 수 있는 것이다. 예를 들어, 픽쳐에서 부호화 단위를 분할하기 위해서는 쿼드 트리 구조(Quad Tree Structure)와 같은 재귀적인 트리 구조를 사용할 수 있는 것이다. 또한, 예측 단위는 화면 내 예측 또는 화면 간 예측을 수행하는 단위가 될 수 있으며 화면 내 예측을 수행하는 단위로는 2Nx2N, NxN과 같은 정사각형의 단위나 SDIP(Short Distance Intra Prediction)를 사용하는 직사각형의 형태의 예측 단위 형태를 가질 수 있는 것이다. 또한, 화면 간 예측을 수행하는 단위로는 2Nx2N, NxN과 같은 정사각형의 단위 또는 정사각형 형태의 예측 단위를 동일한 형태로 이분할한 형태인 2NxN, Nx2N 또는 비대칭 형태인 AMP(Asymetric Motion Partitioning)를 사용한 예측 단위 분할 방법이 있는 것이다. 또한, 예측 단위의 형태에 따라 변환부(115)에서는 변환을 수행하는 방법이 달라질 수 있으며, 예측부(110)는 화면 내 예측을 수행하는 화면 내 예측부(103)와 화면 간 예측을 수행하는 화면 간 예측부(106)를 포함할 수 있는 것이다. 예측 단위에 대해 화면 간 예측을 사용할 것인지 또는 화면 내 예측을 수행할 것인지를 결
정할 수 있으며 예측이 수행되는 처리 단위와 예측 방법 및 구체적인 내용이 정해지는 처리 단위는 다를 수 있는 것이다. 예를 들어, 화면 내 예측을 수행함에 있어서 예측 모드는 예측 단위로 결정되고, 예측을 수행하는 과정은 변환 단위를 기초로 수행될 수도 있는 것이다. 또한, 생성된 예측 블록과 원본 블록 사이의 잔차값(잔차 블록)은 변환부(115)로 입력될 수 있으며 예측을 위해 사용한 예측 모드 정보, 움직임 벡터 정보 등은 잔차값과 함께 엔트로피 부호화부(130)에서 부호화되어 복호화기에 전달될 수 있는 것이다. PCM(Pulse Coded Modulation) 부호화 모드를 사용할 경우, 예측부(110)를 통해 예측을 수행하지 않고, 원본 블록을 그대로 부호화하여 복호화부에 전송하는 것도 가능하다. 또한, 화면 내 예측부(103)에서는 현재 예측 단위의 주변에 존재하는 참조 픽셀을 기초로 예측 단위를 생성할 수 있으며 현재 예측 단위에 대한 최적의 화면 내 예측 모드를 산출하기 위해서 현재 예측 단위를 복수의 화면 내 예측 모드로 생성하고 그 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 화면 내 예측에서 예측 모드는 참조 픽셀 정보를 예측 방향에 따라 사용하는 방향성 예측 모드와 예측을 수행시 방향성 정보을 사용하지 않는 비방향성 모드를 가질 수 있는 것이다. 또한, 휘도 정보를 예측하기 위한 모드와 색차 정보를 예측하기 위한 모드는 종류가 상이할 수 있고, 색차 정보를 예측하기 위해 휘도 정보를 예측한 화면 내 예측 모드 정보 또는 예측된 휘도 신호 정보를 활용할 수 있는 것이다. 또한, 하나의 화면 내 예측 모드로 결정된 화면 내 예측 단위는 현재 예측 단위의 주변 블록의 화면 내 예측 모드 정보로부터 현재 예측 단위의 화면 내 예측 모드를 예측하는 방법을 사용하여 현재 예측 단위의 화면 내 예측 모드 정보를 부호화할 수 있는 것이다. 즉, 현재 예측 단위의 화면 내 예측 모드는 현재 예측 단위의 주변에 존재하는 예측 단위의 화면 내 예측 모드로부터 예측할 수 있다. 주변 예측 단위로부터 예측된 모드 정보를 이용하여 현재 예측 단위의 예측 모드를 예측하는 경우, 현재 예측 단위와 주변 예측 단위의 화면 내 예측 모드가 동일할 경우, 플래그 정보를 이용하여 현재 예측 단위와 주변 예측 단위의 예측 모드가 동일하다는 정보를 전송할 수 있고, 만약, 현재 예측 단위와 주변 예측 단위의 예측 모드가 상이할 경우, 엔트로피 부호화를 수행하여 현재 블록의 예측 모드 정보를 부호화할 수 있는 것이다. 또한, 주변의 예측 모드가 가용하지 않은 경우, 미리 설정된 화면 내 예측 모드값을 후보 화면 내 예측 모드값으로 설정하여 현재 예측 단위의 화면 내 예측 모드를 예측할 수 있는 것이다. 또한, 화면 내 예측부(103)는 현재 픽쳐 내의 화소 정보인 현재 블록 주변의 참조 픽셀 정보를 기초로 예측 단위를 생성할 수 있으며 현재 예측 단위의 주변 블록이 화면 간 예측을 수행한 블록이어서, 참조 픽셀이 화면 간 예측을 수행한 픽셀일 경우, 화면 간 예측을 수행한 블록에 포함되는 참조 픽셀을 주변의 화면 내 예측을 수행한 블록의 참조 픽셀 정보로 대체하여 사용할 수 있는 것이다. 즉, 참조 픽셀이 가용하지 않는 경우, 가용하지 않은 참조 픽셀 정보를 가용한 참조 픽셀 중 적어도 하나의 참조 픽셀로 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 화면 내 예측을 수행시 예측 단위의 크기와 변환 단위의 크기가 동일할 경우, 예측 단위의 좌측에 존재하는 픽셀, 좌측 상단에 존재하는 픽셀, 상단에 존재하는 픽셀을 기초로 예측 단위에 대한 화면 내 예측을 수행하지만, 화면 내 예측을 수행시 예측 단위의 크기와 변환 단위의 크기가 상이할 경우, 변환 단위를 기초로 한 참조 픽셀을 이용하여 화면 내 예측을 수행할 수 있는 것이다. 또한, 최소 부호화 단위에 대해서만 NxN 분할을 사용하는 화면 내 예측을 사용할 수 있다. 또한, 화면 내 예측 방법은 예측 모드에 따라 참조 화소에 AIS(Adaptive Intra Smoothing) 필터를 적용한 후 예측 블록을 생성할 수 있으며 참조 화소에 적용되는 AIS 필터의 종류는 상이할 수 있는 것이다. 또한, 화면 내 예측 방법을 수행하기 위해 화면 내 예측이 수행된 이후에 추가의 필터를 사용하여 참조 픽셀과 예측을 수행 후 예측 단위에 존재하는 일부 열에 대한 추가적인 필터링을 수행할 수 있는 것이다. 또한, 참조 픽셀과 예측을 수행 후 예측 단위에 존재하는 일부 열에 대한 필터링은 예측 모드의 방향성에 따라 다른 필터링을 사용할 수 있는 것이다. 또한, 화면 간 예측부(106)는 현재 픽쳐의 이전 픽쳐 또는 이후 픽쳐 중 적어도 하나의 픽쳐의 정보를 기초로 예측 단위를 생성할 수 있으며 화면 간 예측부(106)는 참조 픽쳐 보간부, 움직임 예측부, 움직임 보상부가 포함할 수 있는 것이다. 상기에서 참조 픽쳐 보간부에서는 메모리(150)로부터 참조 픽쳐 정보를 제공받고 참조 픽쳐에서 정수 화소 이하의 화소 정보를 생성할 수 있으며 휘도 화소의 경우, 1/4 화소 단위로 정수 화소 이하의 화소 정보를 생성하기 위해 필터 계수를 달리하는 DCT 기반의 8탭 보간 필터(DCT-based Interpolation Filter)가 사용될 수 있는 것이다. 또한, 색차 신호의 경우 1/8 화소 단위로 정수 화소 이하의 화소 정보를 생성하기 위해 필터 계수를 달리하는 DCT 기반의 4탭 보간 필터(DCT-based Interpolation Filter)가 사용될 수 있는 것이다. 또한, 화면 간 예측부(106)는 참조 픽쳐 보간부에 의해 보간된 참조 픽쳐를 기초로 움직임 예측을 수행할 수 있는 것이다. 또한, 움직임 벡터를 산출하기 위한 방법으로 FBMA(Full search-based Block Matching Algorithm), TSS(Three Step Search), NTS(New Three-Step Search Algorithm) 등 다양한 방법이 사용될 수 있으며 움직임 벡터는 보간된 화소를 기초로 1/2 또는 1/4 화소 단위의 움직임 벡터값을 가질 수 있는 것이다. 또한, 화면 간 예측부(106)에서는 움직임 예측 방법을 다르게 하여 현재 예측 단위를 예측할 수 있으며 움직임 예측 방법으로 스킵(Skip) 방법, 머지(Merge) 방법, AMVP(Advanced Motion Vector Prediction) 방법 등 다양한 방법이 사용될 수 있는 것이다. 또한, 예측부(110)에서 생성된 예측 단위를 기초로 예측을 수행한 예측 단위와 예측 단위의 원본 블록과 차이값인 잔차값(Residual) 정보를 포함하는 잔차 블록이 생성될 수 있으며 생성된 잔차 블록은 변환부(115)로 입력될 수 있는 것이다. 또한, 변환부(115)에서는 원본 블록과 예측 단위의 잔차값(residual)정보를 포함한 잔차 블록을 DCT(Discrete Cosine Transform) 또는 DST(Discrete Sine Transform)와 같은 변환 방법을 사용하여 변환시킬 수 있는 것이다. 또한, 잔차 블록을 변환하기 위해 DCT를 적용할지 DST를 적용할지는 잔차 블록을 생성하기 위해 사용된 예측 단위의 화면 내 예측 모드 정보 및 예측 단위의 크기 정보를 기초로 결정할 수 있는 것이다. 또한, 변환부에서는 예측 단위의 크기에 따라 변환 방법을 다르게 사용할 수 있으며 양자화부(120)는 변환부(115)에서 주파수 영역으로 변환된 값들을 양자화할 수 있는 것이다. 또한, 블록에 따라 또는 영상의 중요도에 따라 양자화 계수는 변할 수 있으며 양자화부(120)에서 산출된 값은 역양자화부(135)와 재정렬부(125)에 제공될 수 있는 것이다. 또한, 재정렬부(125)는 양자화된 잔차값에 대해 계수값의 재정렬을 수행할 수 있으며 재정렬부(125)는 계수 스캐닝 (Coefficient Scanning) 방법을 통해 2차원의 블록 형태 계수를 1차원의 벡터 형태로 변경할 수 있는 것이다. 예를 들어, 재정렬부(125)에서는 지그-재그 스캔(Zig-Zag Scan)방법을 이용하여 DC 계수부터 고주파수 영역의 계수까지 스캔하여 1차원 벡터 형태로 변경시킬 수 있는 것이다. 또한, 변환 단위의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 지그-재그 스캔 방법이 아닌 2차원의 블록 형태 계수를 열 방향으로 스캔하는 수직 스캔 방법, 2차원의 블록 형태 계수를 행 방향으로 스캔하는 수평 스캔 방법이 사용될 수 있는 것이다. 즉, 변환 단위의 크기 및 화면 내 예측 모드에 따라 지그-재그 스캔, 수직 방향 스캔 및 수평 방향 스캔 중 어떠한 스캔 방법이 사용될지 여부를 결정할 수 있는 것이다. 또한, 엔트로피 부호화부(130)는 재정렬부(125)에 의해 산출된 값들을 기초로 엔트로피 부호화를 수행할 수 있다. 엔트로피 부호화는 예를 들어, 지수 골롬(Exponential Golomb), CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding)과 같은 다양한 부호화 방법을 사용할 수 있는 것이다. 상기에서 엔트로피 부호화부(130)는 재정렬부(125) 및 예측부(110)로부터 부호화 단위의 잔차값 계수 정보 및 블록 타입 정보, 예측 모드 정보, 분할 단위 정보, 예측 단위 정보 및 전송 단위 정보, 움직임 벡터 정보, 참조 프레임 정보, 블록의 보간 정보, 필터링 정보 등 다양한 정보를 제공받아 소정의 부호화 방법을 기초로 엔트로피 부호화를 수행할 수 있는 것이다. 또한, 엔트로피 부호화부(130)에서는 재정렬부(125)에서 입력된 부호화 단위의 계수값을 엔트로피 부호화할 수 있는 것이다. 또한, 엔트로피 부호화부(130)에서는 가변 길이 부호화 테이블(Variable Length Coding Table)과 같은 엔트로피 부호화를 수행하기 위한 테이블이 저장될 수 있고 저장된 가변 길이 부호화 테이블을 사용하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있는 것이다. 또한, 엔트로피 부호화를 수행함에 있어서 테이블에 포함된 일부의 코드 워드(Codeword)에 카운터(Counter)를 이용한 방법 또는 직접 변환(Direct Swapping)방법을 사용하여 해당 정보의 코드 번호에 대한 코드 워드 할당을 변화시킬 수 있는 것이다. 예를 들어, 코드 번호와 코드 워드를 매핑하는 테이블에서 적은 비트수의 코드 워드가 할당된 상위 몇 개의 코드 번호의 경우, 카운터를 사용해 코드 번호의 합산된 발생 횟수가 가장 많은 코드 번호에 짧은 길이의 코드 워드를 할당할 수 있도록 적응적으로 코드 워드와 코드 번호를 매핑하는 테이블의 매핑 순서를 바꿀 수 있는 것이다. 또한, 카운터에서 카운팅된 횟수가 소정의 임계값에 이른 경우, 카운터에 기록된 카운팅 횟수를 반으로 나누어 다시 카운팅을 수행할 수 있는 것이다. 또한, 카운팅을 수행하지 않는 테이블 내의 코드 번호는 직접 변환(Direct Swapping) 방법을 사용하여 코드 번호에 해당하는 정보가 발생할 경우, 바로 위의 코드 번호와 자리를 변환하는 방법을 통해 해당 코드 번호에 할당되는 비트 수를 적게하여 엔트로피 부호화를 수행할 수 있는 것이다. 또한, 역양자화부(135) 및 역변환부(140)에서는 양자화부(120)에서 양자화된 값들을 역양자화하고 변환부(115)에서 변환된 값들을 역변환하며 역양자화부(135) 및 역변환부(140)에서 생성된 잔차값(Residual)은 예측부(110)에 포함된 움직임 추정부, 움직임 보상부 및 인트라 예측부를 통해서 예측된 예측 단위와 합쳐져 복원 블록(Reconstructed Block)을 생성할 수 있는 것이다. 또한, 필터부(145)는 디블록킹 필터, 오프셋 보정부, ALF(Adaptive Loop Filter)중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 디블록킹 필터는 복원된 픽쳐에서 블록간의 경계로 인해 생긴 블록 왜곡을 제거할 수 있는 것이다. 또한, 디블록킹을 수행할지 여부를 판단하기 위해 블록에 포함된 몇 개의 열 또는 행에 포함된 픽셀을 기초로 현재 블록에 디블록킹 필터 적용할지 여부를 판단할 수 있는 것이다. 또한, 블록에 디블록킹 필터를 적용하는 경우 필요한 디블록킹 필터링 강도에 따라 강한 필터(Strong Filter) 또는 약한 필터(Weak Filter)를 적용할 수 있는 것이다. 또한 디블록킹 필터를 적용함에 있어 수직 필터링 및 수평 필터링을 수행시 수평 방향 필터링 및 수직 방향 필터링이 병행처리가 되도록 할 수 있는 것이다. 또한, 오프셋 보정부는 디블록킹을 수행한 영상에 대해 픽셀 단위로 원본 영상과의 오프셋을 보정할 수 있으며 특정 픽쳐에 대한 오프셋 보정을 수행하기 위해 영상에 포함된 픽셀을 일정한 수의 영역으로 구분한 후 오프셋을 수행할 영역을 결정하고 해당 영역에 오프셋을 적용하는 방법 또는 각 픽셀의 에지 정보를 고려하여 오프셋을 적용
하는 방법을 사용할 수 있는 것이다. 또한, ALF (Adaptive Loop Filter)는 필터링한 복원 영상과 원래의 영상을 비교한 값을 기초로 필터링을 수행할 수 있으며 영상에 포함된 픽셀을 적어도 하나 이상의 그룹으로 나눈 후 해당 그룹에 적용될 하나의 필터를 결정하여 그룹마다 차별적으로 필터링을 수행할 수 있는 것이다. 또한, ALF를 적용할지 여부에 관련된 정보는 휘도 신호는 부호화 단위(Coding Unit, CU) 별로 전송될 수 있고, 각각의 블록에 따라 적용될 ALF의 크기 및 계수는 달라질 수 있는 것이다. 또한, ALF는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 필터에 그에 따라 포함되는 계수의 개수도 달라질 수 있으며 이러한 ALF의 필터링 관련 정보(필터 계수 정보, ALF On/Off 정보, 필터 형태 정보)는 비트스트림 형태로 파라메터 셋에 포함되어 전송될 수 있는 것이다. 또한, 메모리(150)는 필터부(145)를 통해 산출된 복원 블록 또는 픽쳐를 저장할 수 있고, 저장된 복원 블록 또는 픽쳐는 화면 간 예측을 수행 시 예측부(110)에 제공될 수 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 기술에 적용된 양자화부는 양자화 계수를 이용하여 DCT(Discrete Cosine Transform) 계수들을 정수화시키는 것으로 동영상 압축 코덱에서 양자화 정보는 양자화 계수(QP)를 표현해 주는 정보이다. 상기에서 양자화 계수는 압축율과 화질을 조절하는 인자 역할을 하는 것으로 보통 양자화 값이 커지면 압축율이 좋아지고 화질은 낮아지며, 반대로 양자화 값이 작아지면 압축율은 낮아지고 화질은 좋아지는 것이다. 상기와 같은 양자화 계수는 잔차신호(Residual)를 변환(transform)한 후 양자화 시 적용되며 양자화 후 남는 유효계수(Significant Coefficients)의 양에 직접적으로 영향을 미치는 것이다. 일반적으로 H.264 코덱에서는 양자화 후 남는 유효계수는 유효계수가 어느 블록에 분포하는지를 알려주기 위하여 CBP(블록코딩패턴) 정보를 부호화하는 것이다. 예를 들어 CBP가 0인 경우는 양자화 후 남는 유효계수가 하나도 없음을 나타내는 것이다. 또한, H.264 코덱에서는 압축율을 개선하기 위하여 매크로 블록을 부호화하는 다양한 매크로 블록 부호화 모드를 제공하는 것이다. 상기 H.264 코덱에서 제공하는 매크로 블록 부호화 모드는 I_PCM, SKIP, INTER16x16, INTER16x8, INTER8x16, P8x8, INTRA16x16, INTRA4x4 등이 있는 것이다. 상기 H.264 코덱 부호화기에서 매크로 블록 부호화 모드, CBP, mb_qp_delta를 부호화하는 방법은 아래와 같다. 상기에서 mb_qp_delta는 이전 매크로 블록과 현재 매크로 블록의 양자화 계수 차분값을 의미하는 것이다.
Macroblock Encoding () {
　　　 MB _ type Encoding (); 　//매크로 블록 부호화 모드 인코딩
　　　　　... ... 　　　//생략
　　　if( MB type != INTRA16x16 )
　　　　　　 CBP Encoding (); 　　//블록코딩패턴 인코딩
　
　　　if( ( CBP >　0) || ( MB _ type == INTRA16x16 ) )
　　　　　　 mb _ qp _ delta Encoding () 　//양자화계수 차분값 인코딩
　
　　　　　... ... 　　　//생략
}
상기에서 CBP 인코딩은 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드가 아닌 경우에만 수행되는 것을 알 수 있다. 이는 다른 모드들과는 달리 INTRA16x16 모드의 경우 매크로 블록 부호화 모드 정보와 CBP 정보가 함께 부호화되기 때문이다. 또한, CBP가 0보다 큰 경우 또는 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우에만 mb_qp_delta 인코딩이 수행되는 것이다. 또한 복호화기에서 mb_qp_delta 는 현재 매크로 블록의 양자화 계수를 복호화하는데 사용되며 양자화 계수는 유효계수를 역 양자화(Inverse Quantization)하는 과정에 사용되는 것이다. 예를 들어 CBP가 0이 아닌 경우 유효계수를 역 양자화하는 과정을 거쳐야 하지만 CBP가 0인 경우는 유효계수가 하나도 없으므로 양자화 계수를 복원하지 않아도 되어 mb_qp_delta 인코딩을 수행하지 않는다. 다시 말해 INTRA16x16 모드인 경우 CBP가 0인 경우에도 mb_qp_delta가 부호화되어 비트가 낭비되는 문제점이 있는 것이다. 본 발명은 H.264 코덱에서 매크로 블록의 부호화 모드에서 낭비되는 mb_qp_delta 부호화에 필요한 비트량을 절감하여 압축율을 개선하고자 하는 것이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상방법은 H.264 코덱에서 압축율을 개선하기 위하여 매크로 블록을 부호화하는 과정에서 부호화 모드에 관계없이 CBP 값을 확인하여 CBP 값이 0보다 큰 경우에만(즉 유효계수가 존재하는 경우에만) mb_qp_delta 인코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같은 단계를 수행하는 본 발명의 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상방법은 매크로 블록을 부호화하는 모드에서 유효계수가 없는 경우 mb_qp_delta 인코딩을 수행하지 아니함으로 부호화에 필요한 비트량을 절감하여 압축율을 개선할 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 양자화 계수 부/복호화 방법을 사용하는 장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 적용되는 H.264 코덱의 매크로 블록 인코딩부의 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 H.264 코덱의 매크로 블록 디코딩부의 구성도,
도 4는 본 발명에 적용되는 H.264 코덱에서 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법에 대한 제어 흐름도,
도 5는 본 발명에 적용되는 H.264 코덱에서 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상 방법에 대한 제어 흐름도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 동영상 압축 코덱에서 양자화 표현 조건을 개선하여 이에 소요되는 비트 수를 절감하여 압축율을 개선하는 것에 관한 것이다. 일반적으로 동영상 압축 코덱에서 양자화 정보는 양자화 계수(QP)를 표현해 주는 정보이다. 상기 양자화 계수는 압축율과 화질을 조절하는 인자 역할을 하는 것으로 통상 양자화 값이 커지면 압축율이 좋아지고 화질은 낮아지며, 반대로 양자화 값이 작아지면 압축율이 낮아지고 화질은 좋아지는 것이다. 또한, H.264 코덱에서는 매크로 블록마다 양자화 값을 조절할 수 있으며 이전 매크로 블록과의 양자화 계수 차분값을 부호화는 것이다. 예를 들어, 이전 매크로 블록의 양자화 값이 30이고 현재 매크로 블록의 양자화 값이 31이면 현재 매크로 블록의 양자화 값 31에서 이전 매크로 블록의 양자화 값 30을 차감한 1이 mb_qp_delta 값으로 부호화되는 것이다. 또한 복호화기에서는 아래 식(1)과 같이 mb_qp_delta 값과 이전 매크로 블록의 양자화 값을 더하여 현재 매크로 블록의 양자화 값을 복호화하는 것이다.
Figure 112014032750556-pat00001
식(1)
상기 식(1)에서 ＱPY는 현재 매크로 블록의 휘도 성분 양자화 계수, ＱPY , prev 는 이전 매크로 블록의 휘도 성분 양자화 계수를 각각 나타내는 것이다. 상기에서 양자화 계수는 잔차신호(Residual)를 변환(Transform)한 후 양자화(Quantization) 시 적용되며, 또한 양자화 계수는 양자화 후 남는 유효계수(Significant Coefficient)의 양에 직접적으로 영향을 미치는 것이다.
일반적으로 H.264 코덱에서는 양자화 후 남는 유효계수가 어느 블록에 분포하는지를 알려주기 위하여 CBP(블록 코딩 패턴) 정보를 부호화하는 것으로 예를 들어 CBP가 0인 경우 양자화 후 남는 유효계수가 하나도 없는 것을 나타내는 것이다. 또한, H.264 코덱에서는 압축율을 개선하기 위하여 매크로 블록을 부호화하는 다양한 매크로 블록 부호화 모드를 제공하는데 상기 H.264 코덱에서 제공하는 매크로 블록의 부호화 모드는 I_PCM, SKIP, INTER16x16, INTER16x8, INTER8x16, P8x8, INTRA16x16, INTRA4x4 등이 있는 것이다. 또한 H.264 코덱 부호화기에서 매크로 블록 부호화 모드, CBP, mb_qp_delta를 부호화하는 방법은 아래도 1과 같은 것이다.
아래도 1
　Macroblock Encoding () {
　　　 MB _ type Encoding (); 　//매크로 블록 부호화 모드 인코딩
　　　　　... ... 　　　//생략
　　　if( MB type != INTRA16x16 )
　　　　　　 CBP Encoding (); 　　//블록코딩패턴 인코딩
　
　　　if( ( CBP >　0) || ( MB _ type == INTRA16x16 ) )
　　　　　　 mb _ qp _ delta Encoding () 　//양자화계수 차분값 인코딩
　
　　　　　... ... 　　　//생략
}
상기 아래도 1에서 CBP(블록 코딩 패턴) 인코딩은 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드가 아닌 경우에만 수행되는 것을 알 수 있는 것이다. 이는 다른 모드들과는 달리 INTRA16x16 모드의 경우 매크로 블록 부호화 모드 정보와 CBP 정보가 함께 부호화되는 때문인 것이다. 또한 CBP가 0보다 큰 경우 또는 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우에만 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값) 인코딩이 수행됨을 알 수 있는 것이다. 또한 복호화기에서는 mb_qp_delta 는 현재의 매크로 블록의 양자화 계수를 복호화하는데 사용되며, 양자화 계수는 유효계수를 역양자화(Inverse Quantization) 하는 과정에 사용되는 것이다. 따라서 CBP(블록 코딩 패턴)가 0인 경우는 역 양자화 과정을 거쳐야 하는 유효계수가 하나도 없으므로 양자화 계수를 복원하지 않아도 되기 때문에 mb_qp_delta 인코딩을 수행하지 않는 것이다. 또한 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우 CBP(블록 코딩 패턴)는 부호화 모드와 함께 부호화되므로 CBP(블록 코딩 패턴) 값과 관계없이 mb_qp_delta 인코딩이 수행되는 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이 기존 H.264 코덱에서 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우 CBP 값과 관계없이 무조건 mb_qp_delta 인코딩을 수행하는 것과는 달리, 본 발명에서는 매크로 블록의 모드가 INTRA16x16인 경우에도 CBP 값을 확인하여 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값) 인코딩을 수행하는 것이다. 따라서 본 발명은 매크로 블록의 모드가 INTRA16x16인 경우에도 CBP 값을 확인하여 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값) 인코딩을 수행하는 방법은 아래도 2와 같이 수행될 수 있는 것이다.
아래도 2
Macroblock Encoding () {
　　　 MB _ type Encoding (); 　//매크로 블록 부호화 모드 인코딩
　　　　　... ... 　　　//생략
　
　　　if( MB type != INTRA16x16 )
　　　　　　 CBP Encoding (); 　　//블록코딩패턴 인코딩
　
　　　if( CBP >　0)
　　　　　　 mb _ qp _ delta Encoding () 　//양자화계수 차분값 인코딩
　
　　　　　... ... 　　　//생략
}
상기 아래도 2에서 본 발명은 기존 H.264 코덱에서와 상이하게 매크로 블록 부호화 모드에 관계없이(INTRA16x16 모드인 경우에도), CBP가 0보다 큰 경우에만 다시 말해 유효계수가 존재하는 경우에만 mb_qp_delta 인코딩이 수행되도록 하는 것이다.
또한, 매크로 블록 부호화 시 복호화는 아래도 3과 같이 수행되는 것이다.
아래도 3
Macroblock Decoding () {
　　　 MB _ type Decoding (); 　//매크로 블록 부호화 모드 디코딩
　　　　　... ... 　　　//생략
　
　　　if( MB type != INTRA16x16 )
　　　　　　 CBP Decoding (); 　　//블록코딩패턴 디코딩
　　　 else
　　　　　　 CBP Calculating (); //블록코딩패턴 계산
　
　　　if( CBP >　0)
　　　　　　 mb _ qp _ delta Decoding () 　//양자화계수 차분값 디코딩
　
　　　　　... ... 　　　//생략
}
상기 아래도 3에서 알 수 있듯이 매크로 블록 부호화 모드가 디코딩된 후 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우 CBP 계산을 수행하는 것이다. 즉 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우 CBP는 매크로 블록 부호화 모드와 함께 부호화되므로 매크로 블록 부호화 모드가 디코딩되면 CBP 값을 계산할 수 있는 것이다. 따라서 매크로 블록 부호화 모드와 관계없이 mb_qp_delta 디코딩이 수행되기 전에 CBP 값을 파악할 수 있는 것이다. 따라서 본 발명에서는 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16인 경우에도 CBP 값이 0보다 큰 경우에 한하여 mb_qp_delta 디코딩을 수행하여 비트율을 절감하도록 하는 것이다.
실제로 H.264 코덱에서는 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우 CBP값은 아래도 4의 ICBTAP의 값 중 하나로 결정되는 것이다.
아래도 4
　ICBPTAB[6] = {0, 16, 32, 15, 31, 47}
상기 아래도 4에서 알 수 있듯이 CBP가 0인 경우가 발생할 수 있으며 이 경우 양자화(복호화기에서는 역 양자화)를 적용할 유효계수가 전혀 없음에도 불구하고 mb_qp_delta 값을 부호화하는 것으로 비트량을 낭비하는 것이다.
따라서 본 발명은 기존 H.264 코덱에서 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우에 낭비되는 mb_qp_delta 부호화에 필요한 비트량을 절감하여 압축율을 개선할 수 있는 것임을 나타내고 있는 것이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 H.264 코덱의 매크로 블록 인코딩부의 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명에 적용되는 H.264 코덱의 메크로 블록 인코딩부는 MB_type(매크로블록 타입)을 인코딩하는 MB-type 인코딩부(10)와, MB-type이 화면간 예측 모드인 경우 움직임 벡터, 참조프레임 등의 움직임 정보를 인코딩하는 움직임 정보 인코딩부(20)와, CBP(블록 코딩 패턴)을 인코딩하는 것으로 INTRA16x16 모드인 경우 인코딩을 생략하는 CBP 인코딩부(30)와, mb_qp_delta 값을 인코딩하는 것으로 MB-type이 INTRA6x16인 경우에도 CBP가 0이 아닌 경우에 한하여 인코딩하는 mb_qp_delta 인코딩부(40)와, 유효계수를 인코딩하는 잔차신호 인코딩부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 H.264 코덱의 매크로 블록 디코딩부의 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명에 적용되는 H.264 코덱의 메크로 블록 디코딩부는 MB-type을 디코딩하는 MB-type 디코딩부(60)와, MB-type이 화면간 예측모드인 경우 움직임 벡터, 참조프레임 등의 움직임 정보를 디코딩하는 움직임정보 디코딩부(65)와, CBP를 디코딩하는 것으로 INTRA16x16 모드인 경우 디코딩을 생략하는 CBP 디코딩부(70)와, 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16인 경우 CBP를 계산하는 CBP 계산부(90)와 CBP가 0보다 크면 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값)를 디코딩하는 mb_qp_delta 디코딩부(75)와 유효계수를 디코딩하는 잔차신호 디코딩부(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 H.264 코덱에서 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 H.264 코덱에서 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법은 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 인지 여부를 판단하는 단계(S11)와, 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드가 아닌 경우 CBP를 인코딩하는 단계(S12)와, CPB가 0보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S13)와 CBP가 0보다 큰 경우에 한하여 mb_qp_delta 인코딩을 수행하는 단계(S14)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 S11 단계에서 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 인 경우 S13 단계로 이어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 S13 단계에서 CBP가 0보다 적으면 mb_qp_delta 인코딩을 수행하지 아니하고 종료하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 H.264 코덱에서 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통항 동영상 압축율 향상 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 5에서 본 발명에 H.264 코덱에서 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통항 동영상 압축율 향상 방법은 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인지 여부를 판단하는 단계(S21)와, 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드가 아닌 경우 CBP(블록 코딩 패턴)를 디코딩하는 단계(S22)와, CBP가 0보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S23)와 CBP가 0보다 크면 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값)를 디코딩하는 단계(S24)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 S21 단계에서 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16인 경우 CBP를 계산하는 단계를 거쳐서 S23 단계로 이어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 S23 단계에서 CBP가 0보다 적으면 mb_qp_delta 디코딩을 수행하지 아니하고 종료하는 것을 특징으로 하는 것이다.
10 : MB_type 인코딩부, 30 : CBP 인코딩부,
60 : MB_type 디코딩부, 80 : 잔차신호 디코딩부,
100 : 분할부, 110 : 예측부,
103 : 화면 내 예측부, 106 : 화면 간 예측부,
115 : 변환부, 120 : 양자화부,
125 : 재정렬부, 130 : 엔트로피 부호화부,
135 : 역양자화부, 140 : 역변환부,
145 : 필터부, 150 : 메모리

Claims (10)

  1. 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭의 양자화 차분 값에 대한 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상을 위한 매크로 블록 인코딩부에 있어서,
    상기 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상을 위한 매크로 블록 인코딩부는,
    MB_type을 인코딩하는 MB-type 인코딩부(10)와;
    MB-type이 화면간 예측 모드인 경우 움직임 벡터, 참조프레임 등의 움직임 정보를 인코딩하는 움직임 정보 인코딩부(20)와;
    CBP(블록 코딩 패턴)을 인코딩하는 것으로 INTRA16x16 모드인 경우 인코딩을 생략하는 CBP 인코딩부(30)와;
    mb_qp_delta 값을 인코딩하는 것으로 MB-type이 INTRA6x16인 경우에도 CBP가 0이 아닌 경우에 한하여 인코딩하는 mb_qp_delta 인코딩부(40);
    및 유효계수를 인코딩하는 잔차신호 인코딩부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상을 위한 매크로 블록 인코딩부.
  2. 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭의 양자화 차분 값에 대한 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상을 위한 매크로 블록 디코딩부에 있어서,
    상기 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상을 위한 매크로 블록 디코딩부는,
    MB-type을 디코딩하는 MB-type 디코딩부(60)와;
    MB-type이 화면간 예측모드인 경우 움직임 벡터, 참조프레임 등의 움직임 정보를 디코딩하는 움직임정보 디코딩부(65)와;
    CBP를 디코딩하는 것으로 INTRA16x16 모드인 경우 디코딩을 생략하는 CBP 디코딩부(70)와;
    매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16인 경우 CBP를 계산하는 CBP 계산부(90)와;
    CBP가 0보다 크면 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값)를 디코딩하는 mb_qp_delta 디코딩부(75);
    및 유효계수를 디코딩하는 잔차신호 디코딩부(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 개선된 양자화 정보 표현 조건에 의한 동영상 압축율 향상을 위한 매크로 블록 디코딩부.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법에 있어서,
    상기 H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법은,
    매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 인지 여부를 판단하는 단계(S11)와;
    매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드가 아닌 경우 CBP를 인코딩하는 단계(S12)와;
    상기 S11 단계에서 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인 경우 CPB가 0보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S13);
    및 CBP가 0보다 큰 경우에 한하여 mb_qp_delta 인코딩을 수행하는 단계(S14)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 매크로 블록 부호화 모드는,
    I_PCM, SKIP, INTER16x16, INTER16x8, INTER8x16, P8x8, INTRA16x16, INTRA4x4 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 부호화를 이용한 비트율 절감을 통한 동영상 압축율 향상방법.
  8. H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통항 동영상 압축율 향상 방법에 있어서,
    상기 H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통항 동영상 압축율 향상 방법은,
    매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드인지 여부를 판단하는 단계(S21)와;
    매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 모드가 아닌 경우 CBP(블록 코딩 패턴)를 디코딩하는 단계(S22)와;
    상기 S21 단계에서 매크로 블록 부호화 모드가 INTRA16x16 인 경우 CBP가 0보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S23);
    및 CBP가 0보다 크면 mb_qp_delta(양자화 계수 차분값)를 디코딩하는 단계(S24)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통항 동영상 압축율 향상 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 매크로 블록 부호화 모드는,
    I_PCM, SKIP, INTER16x16, INTER16x8, INTER8x16, P8x8, INTRA16x16, INTRA4x4 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 H.264 코덱에서 현재 매크로 블럭과 이전 매크로 블럭과의 양자화 차분 값 복호화를 이용한 비트율 절감을 통항 동영상 압축율 향상 방법.

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