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KR101712105B1 - 영상의 인트라 예측 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

영상의 인트라 예측 복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법은 현재 픽처를 소정 크기의 적어도 하나의 블록으로 분할하고, 현재 블록 내부의 각 픽셀을 중심으로 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정하고, 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 현재 블록 내부의 각 픽셀을 예측하는 것을 특징으로 한다.

Description

영상의 인트라 예측 복호화 방법 및 장치{Method and apparatus for video intra prediction decoding}
본 발명은 영상의 부호화 및 복호화에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드를 이용하여 영상의 압축 효율을 향상시키는 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding)와 같은 영상 압축 방식에서는 영상을 부호화하기 위해서 하나의 픽처를 매크로 블록으로 나눈다. 그리고, 인터 예측 및 인트라 예측에서 이용가능한 모든 부호화 모드에서 각각의 매크로 블록을 부호화한 다음, 매크로 블록의 부호화에 소요되는 비트율과 원 매크로 블록과 복호화된 매크로 블록과의 왜곡 정도에 따라서 부호화 모드를 하나 선택하여 매크로 블록을 부호화한다.
고해상도 또는 고화질 비디오 컨텐트를 재생, 저장할 수 있는 하드웨어의 개발 및 보급에 따라, 고해상도 또는 고화질 비디오 컨텐트를 효과적으로 부호화하거나 복호화하는 비디오 코덱의 필요성이 증대하고 있다. 기존의 비디오 코덱에 따르면, 비디오는 소정 크기의 매크로블록에 기반하여 제한된 예측 모드에 따라 부호화되고 있다.
본 발명은 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드를 이용하는 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 인트라 예측시에 수행되는 연산량을 감소시킬 수 있는 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법은 현재 픽처를 소정 크기의 적어도 하나의 블록으로 분할하는 단계; 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 중심으로 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 방법은 현재 픽처를 소정 크기의 적어도 하나의 블록으로 분할하는 단계; 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 적용된 인트라 예측 모드 정보를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 인트라 예측 모드에 따라서 상기 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 인트라 예측 모드는 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 중심으로 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정하고, 상기 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 장치는 부호화되는 현재 블록 내부의 각 픽셀을 중심으로 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정하며, 상기 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 예측하는 인트라 예측부를 포함하는 것을 특징으로한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 장치는 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 적용된 인트라 예측 모드 정보를 추출하고, 상기 추출된 인트라 예측 모드에 따라서 상기 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 인트라 예측부를 포함하며, 상기 인트라 예측 모드는 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 중심으로 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정하고, 상기 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 상기 현재 블록 내부의 각 픽셀을 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다양한 방향으로 인트라 예측을 수행함으로써 영상의 압축 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 인트라 예측시 참조 픽셀의 결정을 위한 연산량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 블록의 크기에 따른 인트라 예측 모드들의 개수를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정 크기의 블록에 적용되는 인트라 예측 모드의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 인트라 예측 모드들의 방향을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 블록에 대한 인트라 예측 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정 크기의 블록에 적용되는 인트라 예측 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드들을 설명하기 위한 참조도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서 소정의 기울기를 갖는 연장선이 정수 위치의 주변 픽셀이 아닌 정수 위치 주변 픽셀의 사이를 통과하는 경우 예측자를 생성하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서 소정의 기울기를 갖는 연장선이 정수 위치 주변 픽셀의 사이를 통과하는 경우 예측자를 생성하는 실시예를 설명하기 위한 다른 참조도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍선형 모드를 설명하기 위한 참조도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라서 현재 블록의 인트라 예측 모드의 예측값을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라서 서로 다른 크기를 갖는 블록들 사이의 인트라 예측 모드의 매핑 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라서 주변 블록의 인트라 예측 모드들을 대표 인트라 예측 모드들 중 하나로 매핑하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라서 (dx,dy)의 방향성을 갖는 연장선 상에 위치한 주변 픽셀과 현재 픽셀과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라서 현재 픽셀의 위치에 따라서 (dx,dy)의 방향성을 갖는 연장선 상에 위치한 주변 픽셀의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 인트라 예측 모드 방향을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 영상의 인트라 예측 부호화, 복호화 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 영상 부호화 장치(100)는 인트라 예측부(110), 움직임 추정부(120), 움직임 보상부(125), 주파수 변환부(130), 양자화부(140), 엔트로피 부호화부(150), 역양자화부(160), 주파수 역변환부(170), 디블록킹부(180) 및 루프 필터링부(190)를 구비한다.
움직임 추정부(120) 및 움직임 보상부(125)는 현재 픽처를 분할한 소정 크기의 블록의 예측값을 참조 픽처에서 탐색하는 인터 예측을 수행한다.
인트라 예측부(110)는 현재 블록의 예측값을 현재 픽처의 주변 블록의 픽셀을 이용하여 찾는 인트라 예측을 수행한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측부(110)는 종래 기술에 따른 인트라 예측 모드 이외에 (dx,dy) 파라메터를 이용한 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드를 부가적으로 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 부가되는 인트라 예측 모드에 대해서는 후술한다.
인트라 예측부(110), 움직임 보상부(125)로부터 출력된 예측값에 기초해 현재 블록의 레지듀얼 값들이 생성되고, 생성된 레지듀얼 값들은 주파수 변환부(130) 및 양자화부(140)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다.
양자화된 변환 계수는 역양자화부(160), 주파수 역변환부(170)를 통해 다시 레지듀얼 값으로 복원되고, 복원된 레지듀얼 값들은 디블로킹부(180) 및 루프 필터링부(190)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(195)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(150)를 거쳐 비트스트림(155)으로 출력될 수 있다.
이하, 도 1의 인트라 예측부(110)에서 수행되는 인트라 예측에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 16x16 크기의 매크로 블록을 기준으로 부호화를 수행하는 H.264등의 종래 기술에 따른 코덱에 한정되지 않고 16x16 크기보다 크거나 작은 블록 단위를 부호화 단위로 하여 압축 부호화를 수행할 수 있는 코덱을 가정하여 영상의 압축 효율을 향상시키기 위한 인트라 예측 방법을 기술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 블록의 크기에 따른 인트라 예측 모드들의 개수를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 블록의 크기에 따라서 블록에 적용할 인트라 예측 모드들의 개수를 다양하게 설정할 수 있다. 일 예로 도 2를 참조하면 인트라 예측되는 블록의 크기를 NxN이라고 할 때, 2x2, 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, 64x64, 128x128 크기의 블록 각각에 대하여 실제 수행되는 인트라 예측 모드의 개수는 각각 5, 9, 9, 17, 33, 5, 5개(Example 2의 경우)로 설정될 수 있다. 이와 같이 블록의 크기에 따라서 실제 수행되는 인트라 예측 모드의 개수를 차별화하는 이유는 블록의 크기에 따라서 예측 모드 정보를 부호화하기 위한 오버헤드가 다르기 때문이다. 다시 말해서, 작은 크기의 블록의 경우 전체 영상에서 차지하는 부분이 작음에도 불구하고 이러한 작은 블록의 예측 모드 등의 부가 정보를 전송하기 위한 오버헤드가 증가할 수 있다. 따라서, 작은 블록을 너무 많은 예측 모드로 부호화하는 경우 비트량이 증가하여 압축 효율이 저하될 수 있다. 또한, 큰 크기를 갖는 블록, 예를 들어 64x64 이상의 크기를 갖는 블록은 일반적으로 영상의 평탄한 영역에서 선택되는 경우가 많기 때문에, 이러한 평탄한 영역을 부호화하는데 많이 선택되는 큰 크기의 블록을 너무 많은 예측 모드로 부호화하는 것 역시 압축 효율 측면에서 비효율적일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 블록이 크게 N1xN1(2≤N1≤8, N1은 정수), N2xN2(16≤N2≤32, N2는 정수), N3xN3(64≤N3, N3는 정수)의 적어도 3종류의 크기로 분류되며, N1xN1 크기를 갖는 블록마다 수행될 인트라 예측 모드의 개수를 A1(A1은 양의 정수), N2xN2 크기를 갖는 블록마다 수행될 인트라 예측 모드의 개수를 A2(A2는 양의 정수), N3xN3 크기를 갖는 블록마다 수행될 인트라 예측 모드의 개수를 A3(A3는 양의 정수)라고 할 때, A3≤A1≤A2 관계를 만족하도록 각 블록의 크기에 따라서 수행될 인트라 예측 모드의 개수를 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 현재 픽처가 작은 크기의 블록, 중간 크기의 블록, 큰 크기의 블록으로 크게 분류된다고 할 때, 중간 크기의 부호화 단위가 가장 많은 수의 예측 모드를 갖으며, 작은 크기의 블록 및 큰 크기의 블록은 상대적으로 보다 작은 수의 예측 모드를 갖도록 설정하는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되지 않고 작은 크기 및 큰 크기의 블록에 대하여도 보다 많은 수의 예측 모드를 갖도록 설정할 수도 있을 것이다. 도 2에 도시된 각 블록의 크기에 따른 예측 모드의 개수는 일 실시예에 불과하며, 각 블록의 크기에 따른 예측 모드의 개수는 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정 크기의 블록에 적용되는 인트라 예측 모드의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 예로 4×4 크기를 갖는 블록의 인트라 예측시에 수직(Vertical) 모드(모드 0), 수평(Horizontal) 모드(모드 1), DC(Direct Current) 모드(모드 2), 대각선 왼쪽(Diagonal Down-Left) 모드(모드 3), 대각선 오른쪽(Diagonal Down-Right) 모드(모드 4), 수직 오른쪽(Vertical-Right) 모드(모드 5), 수평 아래쪽(Horizontal-Down) 모드(모드 6), 수직 왼쪽( Vertical-Left) 모드(모드 7) 및 수평 위쪽(Horizontal-Up) 모드(모드 8)를 갖을 수 있다.
도 4는 도 3의 인트라 예측 모드들의 방향을 나타내는 도면이다. 도 4에서 화살표의 끝에 있는 숫자는 그 방향으로 예측을 수행할 경우 해당 모드값을 나타낸다. 여기서 모드 2는 방향성이 없는 DC 예측 모드로서 도시되어 있지 않다.
도 5는 도 3에 도시된 블록에 대한 인트라 예측 방법을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 블록의 크기에 의하여 결정된 이용가능한 인트라 예측 모드에 따라서 현재 블록의 주변 픽셀인 A - M을 이용하여 예측 블록을 생성한다. 예를 들어, 도 3의 모드 0, 즉 수직 모드에 따라, 4×4 크기의 현재 블록을 예측 부호화하는 동작을 설명한다. 먼저 4×4 크기의 현재 블록의 위쪽에 인접한 픽셀 A 내지 D의 픽셀값을 4×4 현재 블록의 픽셀값으로 예측한다. 즉, 픽셀 A의 값을 4×4 현재 블록의 첫 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로, 픽셀 B의 값을 4×4 현재 블록의 두 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로, 픽셀 C의 값을 4×4 현재 블록의 세 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로, 픽셀 D의 값을 4×4 현재 블록의 네 번째 열에 포함된 4개의 픽셀값으로 예측한다. 다음, 픽셀 A 내지 D를 이용하여 예측된 4×4 현재 블록과 원래의 4×4 현재 블록에 포함된 픽셀값을 감산하여 레지듀얼을 구한 후 그 레지듀얼을 부호화한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정 크기의 블록에 적용되는 인트라 예측 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 일 예로 2×2 크기 또는 128x128 크기를 갖는 블록의 인트라 예측시에 수직(Vertical) 모드, 수평(Horizontal) 모드, DC(Direct Current) 모드, 플레인(plane) 모드 및 대각선 오른쪽(Diagonal Down-Right) 모드의 총 5개의 모드가 이용될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 32x32 크기를 갖는 부호화 단위가 33개의 인트라 예측 모드를 갖는다고 할 때, 33개의 인트라 예측 모드의 방향을 설정할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같은 인트라 예측 모드 이외에, 다양한 방향의 인트라 예측 모드를 설정하기 위하여 블록 내의 각 픽셀을 중심으로 참조 픽셀로서 이용될 주변 픽셀을 선택하기 위한 예측 방향을 dx, dy 파라메터를 이용하여 설정한다. 일 예로, 33개의 예측 모드들을 각각 mode N(N은 0부터 32까지의 정수)이라고 정의할 때, mode 0은 수직 모드, mode 1은 수평 모드, mode 2는 DC 모드, mode 3는 플레인 모드로 설정하고 mode 4 ~ mode31 각각은 다음의 표 1에 표기된 바와 같은 (1,-1), (1,1), (1,2), (2,1), (1,-2), (2,1), (1,-2), (2,-1), (2,-11), (5,-7), (10,-7), (11,3), (4,3), (1,11), (1,-1), (12,-3), (1,-11), (1,-7), (3,-10), (5,-6), (7,-6), (7,-4), (11,1), (6,1), (8,3), (5,3), (5,7), (2,7), (5,-7), (4,-3) 중 하나의 값으로 표현되는 (dx, dy)를 이용하여 tan-1(dy/dx)의 방향성을 갖는 연장성을 이용한 예측 모드로 정의할 수 있다.
mode # dx dy mode # dx Dy
mode 4 1 -1 mode 18 1 -11
mode 5 1 1 mode 19 1 -7
mode 6 1 2 mode 20 3 -10
mode 7 2 1 mode 21 5 -6
mode 8 1 -2 mode 22 7 -6
mode 9 2 -1 mode 23 7 -4
mode 10 2 -11 mode 24 11 1
mode 11 5 -7 mode 25 6 1
mode 12 10 -7 mode 26 8 3
mode 13 11 3 mode 27 5 3
mode 14 4 3 mode 28 5 7
mode 15 1 11 mode 29 2 7
mode 16 1 -1 mode 30 5 -7
mode 17 12 -3 mode 31 4 -3
mode 0은 수직 모드, mode 1은 수평 모드, mode 2는 DC 모드, mode 3는 플레인 모드, mode 32는 Bi-linear 모드임.
마지막 mode 32는 도 10을 이용하여 후술되는 바와 같이 쌍선형(bilinear) 보간을 이용하는 쌍선형 모드로 설정될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드들을 설명하기 위한 참조도이다.
표 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인트라 예측 모드들은 복수 개의 (dx, dy) 파라메터들을 이용하여 tan-1(dy/dx)의 다양한 방향성을 갖을 수 있다.
도 7을 참조하면, 현재 블록 내부의 예측하고자 하는 현재 픽셀(P)을 중심으로 표 1에 표기된 모드별 (dx, dy)의 값에 따라 정해지는 tan-1(dy/dx)의 기울기를 갖는 연장선(700) 상에 위치한 주변 픽셀(A, B)를 현재 픽셀(P)의 예측자로 이용할 수 있다. 이 때, 예측자로서 이용되는 주변 픽셀은 이전에 부호화되고 복원된, 현재 블록의 상측, 좌측, 우상측 및 좌하측에 위치한 주변 블록의 픽셀인 것이 바람직하다. 또한, 연장선(700)이 정수 위치의 주변 픽셀이 아닌 정수 위치 주변 픽셀의 사이를 통과하는 경우 연장선(700)에 가까운 주변 픽셀 중 현재 픽셀(P)에 더 가까운 주변 픽셀을 예측자로 이용하거나, 또는 연장선(700)에 가까운 주변 픽셀들을 이용하여 예측을 수행할 수 있다. 예를 들어, 연장선(700)에 가까운 주변 픽셀들의 평균값 또는 연장선(700)의 교차점 사이의 거리를 고려한 가중 평균값을 현재 픽셀(P)의 예측자로 이용할 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 주변 픽셀(A,B)과 같이 예측 방향에 따라 이용가능한 x축 상의 주변 픽셀과, y축 상의 주변 픽셀들 중에서 어느 픽셀을 이용할 것인지 여부는 블록 단위별로 시그널링할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정의 기울기를 갖는 연장선이 정수 위치의 주변 픽셀이 아닌 정수 위치 주변 픽셀의 사이를 통과하는 경우 예측자를 생성하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 8을 참조하면, 모드별 (dx, dy)의 값에 따라 정해지는 tan-1(dy/dx)의 각도를 갖는 연장선(800)이 정수 픽셀 위치의 주변 픽셀 A(810) 및 B(820) 사이를 통과하는 경우, 전술한 바와 같이 연장선(800)에 가까운 주변 픽셀 A(810) 및 B(820)과 연장선(800)의 교차점까지의 거리를 고려한 가중 평균값을 현재 픽셀(P)의 예측자로 이용할 수 있다. 예를 들어, tan-1(dy/dx)의 각도를 갖는 연장선(800)의 교차점과 주변 픽셀 A(810)사이의 거리를 f, 교차점과 주변 픽셀 B(820)사이의 거리를 g라고 하면, 현재 픽셀(P)의 예측자는 (A*g+B*f)/(f+g)와 같이 획득될 수 있다. 여기서, f 및 g는 정수로 정규화된 거리인 것이 바람직하다. 실제 소프트웨어나 하드웨어로 구현시 현재 픽셀(P)의 예측자는 (g*A+f*B+2)>>2와 같이 쉬프트 연산을 통해 구현될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 연장선(800)이 정수 픽셀 위치의 주변 픽셀 A(810)과 주변 픽셀 B(820) 사이를 4등분한 지점 중 주변 픽셀 A(810)과 가까운 1/4 위치를 지나는 경우, 현재 픽셀(P)의 예측자는 (3*A+B)/4와 같이 획득될 수 있다. 이러한 연산은 (3*A+B+2)>>2와 같이 반올림 과정을 고려한 쉬프트 연산을 통해 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서 소정의 기울기를 갖는 연장선이 정수 위치 주변 픽셀의 사이를 통과하는 경우 예측자를 생성하는 실시예를 설명하기 위한 다른 참조도이다.
도 9를 참조하면, 모드별 (dx, dy)의 값에 따라 정해지는 tan-1(dy/dx)의 각도를 갖는 연장선이 정수 픽셀 위치의 주변 픽셀 A(910) 및 B(920) 사이를 통과하는 경우, 주변 픽셀 A(910) 및 주변 픽셀 B(920) 사이의 구간을 소정 개수로 분할하고, 각 분할된 영역 별로 주변 픽셀 A(910) 및 주변 픽셀 B(920)과 교차점 사이의 거리를 고려한 가중 평균값을 예측값으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 주변 픽셀 A(910) 및 주변 픽셀 B(920) 사이의 구간을 도시된 바와 같이 5개의 구간들(P1 내지 P5)으로 분리하고, 각 구간 별로 주변 픽셀 A(910) 및 주변 픽셀 B(920)와 교차 지점과의 거리를 고려한 대표 가중 평균값을 결정하고, 이러한 대표 가중 평균값을 현재 픽셀(P)의 예측자로 이용할 수 있다. 구체적으로, 연장선이 구간 P1을 지나는 경우 현재 픽셀(P)의 예측자로 주변 픽셀(A)(910)의 값을 결정할 수 있다. 연장선이 구간 P2를 지나는 경우 구간 P2의 중간 지점과 주변 픽셀(A)(910) 및 주변 픽셀(B))(920) 사이의 거리를 고려한 가중 평균값인 (3*A+1*B+2)>>2를 현재 픽셀의 예측자로 결정할 수 있다. 연장선이 구간 P3를 지나는 경우 구간 P3의 중간 지점과 주변 픽셀(A)(910) 및 주변 픽셀(B)(920) 사이의 거리를 고려한 가중 평균값인 (2*A+2*B+2)>>2를 현재 픽셀의 예측자로 결정할 수 있다. 연장선이 구간 P4를 지나는 경우 구간 P4의 중간 지점과 주변 픽셀(A)(910) 및 주변 픽셀(B)(920) 사이의 거리를 고려한 가중 평균값인 (1*A+3*B+2)>>2를 현재 픽셀의 예측자로 결정할 수 있다. 연장선이 구간 P5를 지나는 경우 현재 픽셀의 예측자로 주변 픽셀(B)(920)의 값을 결정할 수 있다.
또한, 전술한 도 7에 도시된 바와 같이 연장선과 만나는 상측의 주변 픽셀(A) 및 좌측의 주변 픽셀(B)의 두 개의 주변 픽셀이 존재하는 경우 상측의 주변 픽셀(A) 및 좌측의 주변 픽셀(B)의 평균값을 현재 픽셀(P)의 예측자로 이용하거나, 또는 dx*dy 값이 양수인 경우에는 상측의 주변 픽셀(A)을 이용하고 dx*dy 값이 음수인 경우에는 좌측의 주변 픽셀(B)을 이용할 수 있다.
표 1에 표기된 바와 같은 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드는 부호화단과 복호화단에서 미리 설정되어서, 각 블록마다 설정된 인트라 예측 모드의 해당 인덱스만이 전송되도록 하는 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍선형 모드를 설명하기 위한 참조도이다.
도 10을 참조하면, 쌍선형(Bi-linear) 모드는 현재 블록 내부의 예측하고자 하는 현재 픽셀(P)를 중심으로 현재 픽셀(P)와 그 상하좌우 경계의 픽셀값, 현재 픽셀(P)의 상하좌우 경계까지의 거리를 고려한 기하 평균값을 계산하여 그 결과값을 현재 픽셀(P)의 예측자로 이용하는 것이다. 즉, 쌍선형 모드에서는 현재 픽셀(P)의 예측자로서 현재 픽셀(P)의 상하좌우 경계에 위치한 픽셀 A(1061), 픽셀 B(1002), 픽셀 D(1006) 및 픽셀 E(1007)과 현재 픽셀(P)의 상하좌우 경계까지의 거리의 기하 평균값을 이용한다. 이 때, 쌍선형 모드 역시 인트라 예측 모드 중의 하나이므로 예측시의 참조 픽셀로서 이전에 부호화된 후 복원된 상측과 좌측의 주변 픽셀을 이용하여야 한다. 따라서, 픽셀 A(1061) 및 픽셀 (B)(1002)로서 현재 블록 내부의 해당 픽셀값을 그대로 이용하는 것이 아니라 상측 및 좌측의 주변 픽셀을 이용하여 생성된 가상의 픽셀값을 이용한다.
구체적으로, 먼저 다음의 수학식 1과 같이 현재 블록에 인접한 상측 최좌측의 주변 픽셀(RightUpPixel, 1004) 및 좌측 최하측의 주변 픽셀(LeftDownPixel,1005)의 평균값을 계산함으로써 현재 블록의 우측 최하단 위치의 가상의 픽셀 C(1003)을 계산한다.
Figure 112015071675848-pat00001
수학식 1은 쉬프트 연산을 이용하여 다음의 수학식; C=0.5(LeftDownPixel+RightUpPixel+1)>>1 과 같이 계산될 수 있다.
다음 현재 픽셀(P)의 좌측 경계까지의 거리(W1) 및 우측 경계까지의 거리(W2)를 고려하여 현재 픽셀(P)를 하단으로 연장하였을 때 최하측 경계선에 위치하는 가상의 픽셀 A(1061)의 값은 거리(W1,W2)를 고려하여 좌측 최하측의 주변 픽셀(LeftDownPixel,1005)과 픽셀 C(1003)의 평균값을 이용하여 설정될 수 있다. 일 예로 픽셀 A(1061)의 값은 다음의 수학식 2 중 어느 하나와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015071675848-pat00002
수학식 2에서 W1+W2가 2^n과 같이 2의 지수승의 값을 갖는 경우 A=(C*W1+LeftDownPixel*W2+((W1+W2)/2))/(W1+W2)은 A=(C*W1+LeftDownPixel*W2+2^(n-1))>>n 과 같이 쉬프트 연산을 통해 나눗셈 연산 없이 계산될 수 있다.
유사하게 현재 픽셀(P)의 상측 경계까지의 거리(h1) 및 하측 경계까지의 거리(h2)를 고려하여 현재 픽셀(P)를 우측으로 연장하였을 때 최우측 경계선에 위치하는 가상의 픽셀 B(1002)의 값은 거리(h1,h2)를 고려하여 상측 최우측의 주변 픽셀(RightUpPixel,1004)과 픽셀 C(1003)의 평균값을 이용하여 설정될 수 있다. 일 예로 픽셀 B(1002)의 값은 다음의 수학식 3 중 어느 하나와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015071675848-pat00003
수학식 3에서 h1+h2가 2^m과 같이 2의 지수승의 값을 갖는 경우 B=(C*h1+RightUpPixel*h2+((h1+h2)/2))/(h1+h2)은 B=(C*h1+RightUpPixel*h2+2^(m-1))>>m 과 같이 쉬프트 연산을 통해 나눗셈 연산 없이 계산될 수 있다.
수학식 1 내지 3을 이용하여 현재 픽셀 P(1060)의 하측 경계선상의 가상의 픽셀 A(1061) 및 우측 경계선상의 가상의 픽셀 B(1002)의 값이 결정되면 A+B+D+E의 평균값을 이용하여 현재 픽셀 P(1060)의 예측자를 결정할 수 있다. 구체적으로, 현재 픽셀 P(1060)의 예측자로써, 전술한 A+B+D+E의 평균값을 이용하거나 또는 현재 픽셀 P(1060)과 가상의 픽셀 A(1061), 가상의 픽셀 B(1002), 픽셀 D(1006) 및 픽셀 E(1007) 사이의 거리를 고려한 가중 평균값을 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 10에서 블록 크기가 16x16이라고 할 때 가중 평균값을 이용하는 경우, 현재 픽셀(P)의 예측자는 (h1*A+h2*D+ W1*B+W2*E+16) >>5와 같이 획득될 수 있다. 이와 같은 쌍선형 예측 과정은 현재 블록 내부의 모든 픽셀에 대하여 적용되어, 쌍선형 예측 모드에 따른 현재 블록의 예측 블록이 생성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 블록의 크기에 따라서 다양하게 설정된 인트라 예측 모드들에 따라서 예측 부호화를 수행함으로써 영상의 특성에 따라서 보다 효율적인 압축을 가능하게 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 종래 codec에서 이용되는 인트라 예측 모드의 개수에 비하여 많은 개수의 인트라 예측 모드를 이용하기 때문에 종래 codec과 호환성이 문제될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라서 이용가능한 다양한 방향의 인트라 예측 모드를, 더 작은 개수의 인트라 예측 모드 중 하나와 매핑시킬 필요가 있다. 즉, 현재 블록의 이용가능한 인트라 예측 모드의 개수를 N1(N1은 정수)이라고 할 때, 현재 블록의 이용가능한 인트라 예측 모드와 다른 N2(N2는 정수)개의 인트라 예측 모드를 갖는 블록과의 인트라 예측 모드의 호환을 위해서 현재 블록의 인트라 예측 모드를 N2개의 인트라 예측 모드들 중 가장 유사한 방향의 인트라 예측 모드로 매핑할 수 있다. 예를 들어, 현재 블록에 대하여 전술한 표 1과 같이 총 33개의 인트라 예측 모드가 이용가능하며, 현재 블록에 최종적으로 적용된 인트라 예측 모드는 mode 14, 즉 (dx,dy)=(4,3)인 경우로서 tan-1(3/4)≒36.87(도)의 방향성을 갖는다고 가정한다. 이 경우 현재 블록에 적용된 인트라 예측 모드를, 도 4에 도시된 바와 같은 9개의 인트라 예측 모드 중 하나로 매칭시키기 위하여 36.87(도)의 방향성과 가장 유사한 방향을 갖는 mode 4(down_right) 모드가 선택될 수 있다. 즉, 표 1의 mode 14는 도 4에 도시된 mode 4로 매핑될 수 있다. 유사하게, 현재 블록에 적용된 인트라 예측 모드가 표 1의 총 33개의 이용가능한 인트라 예측 모드 중 mode 15, 즉 (dx,dy)=(1,11)인 경우로 선택된 경우, 현재 블록에 적용된 인트라 예측 모드의 방향성은 tan-1(11) ≒84.80(도)를 갖으므로 이러한 방향성과 가장 유사한 도 4의 mode 0(vertical)모드로 매핑될 수 있다.
한편, 인트라 예측을 통해 부호화된 블록을 복호화하기 위해서는 현재 블록이 어떠한 인트라 예측 모드를 통해 부호화되었는지에 대한 예측 모드 정보가 필요하다. 따라서, 영상의 부호화시에 현재 블록의 인트라 예측 모드에 관한 정보를 비트스트림에 부가하는데, 각 블록마다 인트라 예측 모드 정보를 그대로 비트스트림에 부가하는 경우 오버헤드가 증가되어 압축 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 현재 블록의 부호화 결과 결정된 인트라 예측 모드에 관한 정보는 그대로 전송되는 것이 아니라, 주변 블록으로부터 예측된 인트라 예측 모드의 예측값과 실제 인트라 예측 모드의 차이값만이 전송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서 다양한 방향의 인트라 예측 모드를 이용하는 경우, 블록의 크기에 따라서 이용가능한 인트라 예측 모드의 개수가 차이가 날 수 있다. 따라서, 현재 블록의 인트라 예측 모드를 예측하기 위해서는, 우선 주변 블록의 인트라 예측 모드들을 대표 인트라 예측 모드로 매핑시킬 필요가 있다. 여기서, 대표 인트라 예측 모드는 이용가능한 주변 블록의 인트라 예측 모드들 중 더 작은 개수의 인트라 예측 모드이거나, 도 14에 도시된 바와 같은 9개의 인트라 예측 모드인 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라서 현재 블록의 인트라 예측 모드의 예측값을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 현재 블록을 A(112)라고 할 때, 현재 블록 A(110)의 인트라 예측 모드는 주변 블록들에서 결정된 인트라 예측 모드로부터 예측될 수 있다. 예를 들어, 현재 블록 A(110)의 좌측 블록 B(111)의 결정된 인트라 예측 모드가 mode 3이며, 상측 블록 C(112)의 인트라 예측 모드가 mode 4라고 하면, 현재 블록 A(110)의 인트라 예측 모드는 상측 블록 C(112) 및 좌측 블록 B(111)의 예측 모드 중 작은값을 갖는 mode 3으로 예측될 수 있다. 만약, 현재 블록 A(110)에 대한 실제 인트라 예측 부호화 결과 결정된 인트라 예측 모드가 mode 4라면, 인트라 예측 모드 정보로서 주변 블록들(B,C)로부터 예측된 인트라 예측 모드의 값인 mode 3과의 차이인 1만을 전송하고, 복호화시 전술한 바와 동일한 방법으로 현재 블록의 인트라 예측 모드의 예측값을 생성하고 비트스트림을 통해 전송된 모드 차이값을 인트라 예측 모드의 예측값에 가산하여 현재 블록에 실제 적용된 인트라 예측 모드 정보를 획득할 수 있다. 전술한 설명에서는 현재 블록의 상측 및 좌측에 위치한 주변 블록만을 이용하는 것을 중심으로 설명하였으나, 이외에도 도 11의 E 및 D와 같은 다른 주변 블록을 이용하여 현재 블록 A(110)의 인트라 예측 모드를 예측할 수 있을 것이다.
한편, 블록의 크기에 따라서 실제 수행되는 인트라 예측 모드들이 다르기 때문에 주변 블록들로부터 예측된 인트라 예측 모드는 현재 블록의 인트라 예측 모드와 매칭되지 않을 수 있다. 따라서, 서로 다른 크기를 갖는 주변 블록들로부터 현재 블록의 인트라 예측 모드를 예측하기 위해서는 서로 다른 인트라 예측 모드를 갖는 블록들 사이의 인트라 예측 모드들을 통일시키는 매핑(mapping) 과정이 필요하다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라서 서로 다른 크기를 갖는 블록들 사이의 인트라 예측 모드의 매핑 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 12를 참조하면, 현재 블록 A(120)는 16x16 크기, 좌측 블록 B(121)는 8x8 크기, 상측 블록 C(122)는 4x4의 크기를 갖는다고 가정한다. 또한, 전술한 도 2의 제 1 예와 같이, 4x4, 8x8, 16x16 크기의 블록들에서 이용가능한 인트라 예측 모드의 개수는 각각 9, 9, 33개로 차이가 난다고 가정한다. 이 경우, 좌측 블록 B(121) 및 상측 블록 C(122)에서 이용가능한 인트라 예측 모드와 현재 블록 A(120)에서 이용가능한 인트라 예측 모드는 다르기 때문에, 좌측 블록 B(121) 및 상측 블록 C(122)들로부터 예측된 인트라 예측 모드는 현재 블록 A(120)의 인트라 예측 모드의 예측값으로 이용하기에 적합하지 않다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주변 블록 B(121) 및 주변 블록C(122)의 인트라 예측 모드를 도 14에 도시된 바와 같은 소정 개수의 대표 인트라 예측 모드들 중 가장 유사한 방향의 제 1 및 제 2 대표 인트라 예측 모드들로 각각 변경하고 제 1 및 제 2 대표 인트라 예측 모드 중 더 작은 모드값을 갖는 것을 최종적인 대표 인트라 예측 모드로 선택한다. 그리고, 현재 블록 A(120)의 크기에 따라 이용가능한 인트라 예측 모드들 중 선택된 최종 대표 인트라 예측 모드와 가장 유사한 방향을 갖는 인트라 예측 모드를 현재 블록 A(120)의 인트라 예측 모드로 예측한다.
또 다른 예로서 도 13을 참조하면, 현재 블록 A(130)는 16x16 크기, 좌측 블록 B(133)는 32x32 크기, 상측 블록 C(132)는 8x8의 크기를 갖는다고 가정한다. 또한, 전술한 도 2의 제 1 예와 같이, 8x8, 16x16, 32x32 크기의 블록들에서 이용가능한 인트라 예측 모드의 개수는 각각 9, 9, 33개로 차이가 난다고 가정한다. 또한, 좌측 블록 B(133)의 인트라 예측 모드를 mode_4, 상측 블록 C(132)의 인트라 예측 모드를 mode_31이라고 가정한다. 이 경우, 좌측 블록 B(133)와 상측 블록 C(132)의 인트라 예측 모드는 호환되지 않기 때문에, 좌측 블록 B(133)와 상측 블록 C(132)의 인트라 예측 모드를 각각 도 14에 도시된 바와 같은 대표 인트라 예측 모드 중 하나로 매핑한다. 표 1에 기재된 바와 같이 좌측 블록 B(133)의 인트라 예측 모드인 mode_31은 (dx,dy)=(4, -3)의 방향성을 갖기 때문에, 좌측 블록 B(133)의 인트라 예측 모드 mode_31은 도 14의 대표 인트라 예측 모드들 중 tan- 1(-3/4)와 가장 유사한 방향성을 갖는 mode_5로 매핑되며, 상측 블록 C(132)의 인트라 예측 모드인 mode_4는 도 14의 대표 인트라 예측 모드들 중 mode_4와 동일한 방향성을 갖으므로 그대로 mode_4로 매핑된다.
다음 좌측 블록 B(133)의 매핑된 인트라 예측 모드 mode_5와 상측 블록 C(132)의 매핑된 인트라 예측 모드 mode_4 중에서 더 작은 모드 값을 갖는 mode_4가 현재 블록 A(130)의 인트라 예측 모드의 예측값으로 결정되고, 현재 블록 A(130)의 실제 인트라 예측 모드와 예측된 인트라 예측 모드 사이의 모드 차이값만이 현재 블록 A(130)의 예측 모드 정보로써 부호화될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라서 주변 블록의 인트라 예측 모드들을 대표 인트라 예측 모드들 중 하나로 매핑하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다. 도 14에서는 대표 인트라 예측 모드들로서 수직 모드, 수평 모드, DC(Direct Current) 모드, 대각선 왼쪽 모드, 대각선 오른쪽 모드, 수직 오른쪽 모드, 수직 왼쪽 모드, 수평 위쪽 모드 및 수평 아래쪽 모드들이 설정된 경우를 도시하고 있다. 그러나, 대표 인트라 예측 모드는 도시된 바에 한정되지 않고 다양한 개수의 방향성을 갖도록 설정될 수 있다.
도 14를 참조하면, 미리 소정 개수의 대표 인트라 예측 모드들을 설정하고, 주변 블록의 인트라 예측 모드를 가장 유사한 방향의 대표 인트라 예측 모드로 매핑한다. 예를 들어, 주변 블록의 결정된 인트라 예측 모드가 MODE_A(140)로 도시된 방향성을 갖으면, 주변 블록의 인트라 예측 모드 MODE_A(140)는 9개의 미리 설정된 대표 인트라 예측 모드 1 내지 9 중에서 가장 유사한 방향을 갖는 MODE 1로 매핑된다. 만약 주변 블록의 결정된 인트라 예측 모드가 MODE_B(141)로 도시된 방향성을 갖으면, 주변 블록의 인트라 예측 모드 MODE_B(141)는 9개의 미리 설정된 대표 인트라 예측 모드 1 내지 9 중에서 가장 유사한 방향을 갖는 MODE 5로 매핑된다.
이와 같이 주변 블록들의 이용 가능한 인트라 예측 모드가 일치하지 않는 경우, 주변 블록들의 각 인트라 예측 모드를 대표 인트라 예측 모드로 매핑한 다음, 주변 블록의 매핑된 인트라 예측 모드들 중에서 가장 작은 모드값을 갖는 인트라 예측 모드가 최종적인 주변 블록의 대표 인트라 예측 모드로 선택된다. 이와 같이 더 작은 모드값을 갖는 대표 인트라 예측 모드를 선택하는 이유는 일반적으로 더 자주 발생하는 인트라 예측 모드에게 더 작은 모드값이 설정되어 있기 때문이다. 즉, 주변 블록들로부터 서로 다른 인트라 예측 모드가 예측된 경우 더 작은 모드값을 갖는 인트라 예측 모드가 더 발생 확률이 큰 예측 모드이기 때문에, 서로 다른 예측 모드가 경합하는 경우 현재 블록의 예측 모드의 예측자로서 더 작은 모드값을 갖는 예측 모드를 선택하는 것이 바람직하다.
주변 블록으로부터 대표 인트라 예측 모드가 선택되더라도 대표 인트라 예측 모드를 현재 블록의 인트라 예측 모드의 예측자로서 그대로 이용할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 전술한 도 12과 같이 현재 블록 A(120)가 33개의 인트라 예측 모드를 갖으며 대표 인트라 예측 모드는 오직 9개의 인트라 예측 모드를 갖는다면, 대표 인트라 예측 모드에 대응되는 현재 블록 A(120)의 인트라 예측 모드는 존재하지 않는다. 이와 같은 경우, 전술한 주변 블록의 인트라 예측 모드를 대표 인트라 예측 모드로 매핑하는 것과 유사하게, 현재 블록의 크기에 따른 이용가능한 인트라 예측 모드들 중 주변 블록들로부터 결정된 대표 인트라 예측 모드와 가장 유사한 방향을 갖는 인트라 예측 모드를 현재 블록의 인트라 예측 모드 예측자로서 최종적으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 주변 블록들로부터 최종적으로 선택된 대표 인트라 예측 모드가 mode 6이라고 한다면, 현재 블록의 크기에 따라 이용가능한 인트라 예측 모드들 중 mode 6과 가장 유사한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드가 현재 블록의 인트라 예측 모드의 예측자로 최종 선택될 수 있다.
한편, 전술한 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 연장선(700)에 위치하거나 연장선(700)에 가까운 주변 픽셀을 이용하여 현재 픽셀(P)의 예측자를 생성하는 경우, 연장선(700) 은 실제로 tan-1(dy/dx)의 방향성을 갖는데, 이러한 방향성을 계산하기 위해서는 (dy/dx)의 나눗셈 연산이 필요하기 때문에 하드웨어나 소프트웨어로 구현시 소수점 연산을 포함할 수 있어서 연산량을 증가시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 전술한 표 1에 기재된 바와 유사하게 참조 픽셀로서 이용될 주변 픽셀을 선택하기 위한 예측 방향을 dx, dy 파라메터를 이용하여 설정할 때, 연산량을 감소시킬 수 있도록 dx, dy의 값을 설정하는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라서 (dx,dy)의 방향성을 갖는 연장선 상에 위치한 주변 픽셀과 현재 픽셀과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 15을 참조하면, 현재 블록의 상측 경계를 기준으로 i(i는 정수)번째, 좌측 경계를 기준으로 j(j는 정수)번째의 현재 픽셀 P(1510)의 위치를 P(j,i), 현재 픽셀 P(1510)를 지나는 tan-1(dy/dx)의 방향성, 즉 기울기를 갖는 연장선 상에 위치한 상측 주변 픽셀을 A(1520), 좌측 주변 픽셀을 B(1530)라고 정의한다. 또한, 상측 주변 픽셀들의 위치를 좌표평면상의 x축에 해당하며, 좌측 주변 픽셀들의 위치를 좌표 평면상의 y축에 해당한다고 가정할 때, 삼각비율을 이용하여 연장선과 만나는 상측 주변 픽셀 A(1520)는 (j+i*dx/dy,0), 좌측 주변 픽셀 B(1530)는 (0,i+j*dy/dx) 상에 위치하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 현재 픽셀 P(1510)의 예측을 위한 상측 주변 픽셀 A(1520) 또는 좌측 주변 픽셀 B(1530) 중 어느 하나를 결정하기 위해서는 dx/dy 또는 dy/dx와 같은 나눗셈 연산이 필요하다. 전술한 바와 같이 이러한 나눗셈 연산은 연산 복잡도가 높기 때문에 소프트웨어 또는 하드웨어 구현시 연산 속도의 저하를 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 인트라 예측에 이용되는 주변 픽셀을 결정하기 위한 예측 모드의 방향성을 나타내는 dx 및 dy 중 적어도 하나의 값을 2의 지수승으로 결정할 수 있다. 즉, n,m을 각각 정수라고 할 때, dx 및 dy는 각각 2^n, 2^m 일 수 있다.
도 15를 참조하면, 현재 픽셀 P(1510)의 예측자로써 좌측 주변 픽셀 B(1530)가 이용되고 dx가 2^n의 값을 갖는 경우, 좌측 주변 픽셀 B(1530)의 위치인 (0,i+j*dy/dx)를 결정하기 위해 필요한 j*dy/dx 연산은 (i*dy)/(2^n)이며, 이러한 2의 지수승으로 나눗셈을 수행하는 연산은 (i*dy)>>n과 같이 쉬프트 연산을 통해 구현될 수 있으므로 연산량이 감소한다.
유사하게, 현재 픽셀 P(1510)의 예측자로써 상측 주변 픽셀 A(1520)가 이용되고 dy가 2^m의 값을 갖는 경우, 상측 주변 픽셀 A(1520)의 위치인 (j+i*dx/dy,0)를 결정하기 위해 필요한 i*dx/dy 연산은 (i*dx)/(2^m)이며, 이러한 2의 지수승으로 나눗셈을 수행하는 연산은 (i*dx)>>m과 같이 쉬프트 연산을 통해 구현될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라서 현재 픽셀의 위치에 따라서 (dx,dy)의 방향성을 갖는 연장선 상에 위치한 주변 픽셀의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
현재 픽셀의 위치 및 연장성의 기울기에 따라서, 현재 픽셀을 지나는 연장선 상에 위치한 주변 픽셀은 상측 주변 픽셀 또는 좌측 주변 픽셀 중 하나가 선택된다.
도 16을 참조하면, 현재 픽셀을 도면 부호 1610으로 도시된 P(j,i)이며, 도시된 바와 같은 기울기를 갖는 연장선에 위치한 주변 픽셀을 이용하여 현재 픽셀 P(1610)이 예측된다고 할 때, 현재 픽셀 P(1610)의 예측시 상측 픽셀 A가 이용되며, 현재 픽셀을 도면 부호 1620으로 도시된 Q(b,a)라고 할 경우 현재 픽셀 Q(1620)의 예측시 좌측 픽셀 B가 이용된다.
만약, 예측 방향을 가리키는 (dx,dy) 중에서 y축 방향의 dy 성분만이 2^m 형태의 2의 지수승 값을 갖는다면, 도 16에서 상측 픽셀 A는 (j+(i*dx)>>m, 0)과 같이 나눗셈 연산 없이 쉬프트 연산 등으로 결정될 수 있지만, 좌측 픽셀 B는 (0, a+b*2^m/dx)와 같이 나눗셈 연산이 필요하게 된다. 따라서, 현재 블록의 모든 픽셀들에 대해서 예측자 생성시 나눗셈 연산을 제외시키기 위해서, dx, dy 모두 2의 지수승 형태를 갖을 수 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 인트라 예측 모드 방향을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 영상이나 비디오 신호에서 나타나는 직선 패턴들은 수직이나 수평 방향인 경우가 많다. 따라서, (dx, dy)의 파라메터를 이용하여 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드를 정의할 때, 다음과 같이 dx, dy의 값을 정의함으로써 영상의 코딩 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 17을 참조하면 dy가 2^m의 값으로 고정된 값을 갖는 경우, dx의 절대값은 수직 방향에 가까운 예측 방향 사이의 간격은 좁도록 설정되고, 수평 방향에 가까운 예측 방향일수록 예측 모드 사이의 간격이 넓어지도록 설정될 수 있다. 즉 dy는 2의 지수승의 고정된 값을 갖는 경우, 연장선의 방향이 수직 방향에 가까울수록 간격이 작게 설정되도록 dx의 절대값은 0에 가까울수록 간격이 작게 설정되고, 연장선의 방향이 수평 방향에 가까울수록 간격이 넓게 설정되도록 dx의 절대값은 0보다 커질수록 간격이 증가하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, dy가 2^4, 즉 16의 값을 갖는 경우, dx의 값을 1,2,3,4,6,9,12, 16,0,-1,-2,-3,-4,-6,-9,-12,-16과 같이 설정함으로써 수직 방향에 가까운 연장선의 간격은 좁도록 설정되고, 수평 방향에 가까운 연장선 사이의 간격은 넓어지도록 설정될 수 있다.
유사하게 dx가 2^n의 값으로 고정된 값을 갖는 경우, dy의 절대값은 수평 방향에 가까운 예측 방향 사이의 간격은 좁도록 설정되고, 수직 방향에 가까운 예측 방향일수록 예측 모드 사이의 간격이 넓어지도록 설정될 수 있다. 즉 dx는 2의 지수승의 고정된 값을 갖는 경우, 연장선의 방향이 수평 방향에 가까울수록 간격이 작게 설정되도록 dy의 절대값은 0에 가까울수록 간격이 작게 설정되고, 연장선의 방향이 수평 방향에 가까울수록 간격이 넓게 설정되도록 dy의 절대값은 0보다 커질수록 간격이 증가하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, dx가 2^4, 즉 16의 값을 갖는 경우, dy의 값을 1,2,3,4,6,9,12, 16,0,-1,-2,-3,-4,-6,-9,-12,-16과 같이 설정함으로써 수평 방향에 가까운 연장선 사이의 간격은 좁도록 설정되고, 수직 방향에 가까운 연장선 사이의 간격이 넓어지도록 설정될 수 있다.
또한, dx 및 dy 중 어느 하나의 값이 고정되었을 때, 고정되지 않은 나머지 값은 예측 모드 별로 증가되도록 설정될 수 있다. 구체적으로, dy가 고정된 경우 dx 사이의 간격이 소정값만큼 증가되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, dy의 값이 16의 고정된 값을 갖는 경우, dx는 예측 모드에 따라 0, 1, 3, 6, 8과 같이 서로 다른 dx 사이의 절대값 차이가 1씩 증가되도록 설정될 수 있다. 또한, 이러한 증가폭은 수평 방향과 수직 방향 사이의 각도를 소정 단위로 구분하고, 구분된 각도별로 설정될 수도 있다. 예를 들어, dy가 고정된 경우, dx의 값은 연장선과 수직축과의 각도가 15도 이내인 구간에서는 서로 다른 dx 사이의 절대값 차이가 a라는 증가폭을 갖고, 15도와 30도 사이에서는 b라는 증가폭을 갖으며, 30도 이상에서는 c라는 증가폭을 갖도록 설정될 수 있다. 이 경우 전술한 도 17과 같은 형태를 갖기 위해서는 a<b<c이 되도록 설정할 수 있다.
전술한 도 15 내지 도 18를 통해 설명된 본 발명의 다른 실시예에 따른 예측 모드들은 다음의 표 2 내지 표 4에 표기된 바와 같은 (dx, dy)를 이용하여 tan-1(dy/dx)의 방향성을 갖는 예측 모드로 정의할 수 있다.
dx Dy dx dy dx dy
-32 32 21 32 32 13
-26 32 26 32 32 17
-21 32 32 32 32 21
-17 32 32 -26 32 26
-13 32 32 -21 32 32
-9 32 32 -17 　 　
-5 32 32 -13 　 　
-2 32 32 -9 　 　
0 32 32 -5 　 　
2 32 32 -2 　 　
5 32 32 0 　 　
9 32 32 2 　 　
13 32 32 5 　 　
17 32 32 9 　 　
dx Dy dx dy dx dy
-32 32 19 32 32 10
-25 32 25 32 32 14
- 19 32 32 32 32 19
-14 32 32 -25 32 25
-10 32 32 -19 32 32
-6 32 32 -14 　 　
-3 32 32 -10 　 　
-1 32 32 -6 　 　
0 32 32 -3 　 　
1 32 32 -1 　 　
3 32 32 0 　 　
6 32 32 1 　 　
10 32 32 3 　 　
14 32 32 6 　 　
dx Dy dx dy dx dy
-32 32 23 32 32 15
-27 32 27 32 32 19
-23 32 32 32 32 23
-19 32 32 -27 32 27
-15 32 32 -23 32 32
-11 32 32 -19 　 　
-7 32 32 -15 　 　
-3 32 32 -11 　 　
0 32 32 -7 　 　
3 32 32 -3 　 　
7 32 32 0 　 　
11 32 32 3 　 　
15 32 32 7 　 　
19 32 32 11 　 　
전술한 도 15에 도시된 바와 같이, 현재 블록의 상측 경계를 기준으로 i번째, 좌측 경계를 기준으로 j번째의 현재 픽셀 P의 위치를 P(j,i), 현재 픽셀 P를 지나는 tan-1(dy/dx)의 기울기를 갖는 연장선 상에 위치한 상측 주변 픽셀 A는 (j+i*dx/dy,0), 좌측 주변 픽셀 B는 (0,i+j*dy/dx) 상에 위치한다. 따라서, 소프트웨어나 하드웨어로 인트라 예측을 구현하기 위해서는 i*dx/dy 및 j*dy/dx와 같은 연산이 필요하다.
i*dx/dy와 같은 연산이 필요한 경우, 미리 dx/dy 또는 소정의 상수 C가 곱하여진 C*dx/dy의 가능한 값들을 테이블로 저장하고, 실제 인트라 예측시 미리 준비된 테이블의 저장값을 이용하여 현재 픽셀의 인트라 예측에 이용되는 주변 픽셀의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 전술한 표 1과 같이 예측 모드에 따라 결정되는 다양한 (dx,dy)의 값과 블록 크기에 따라 결정되는 i값을 고려하여 가능한 i*dx/dy의 값을 테이블화하여 미리 저장하여 인트라 예측에 이용할 수 있다. 구체적으로, C*dx/dy가 N(N은 정수)개의 서로 다른 값을 갖을 수 있다고 할 때, 서로 다른 N개의 C*dx/dy의 값을 dyval_table[n](n=0... N-1 까지의 정수)로 저장할 수 있다.
유사하게, j*dy/dx와 같은 연산이 필요한 경우, 미리 dy/dx 또는 소정의 상수 C가 곱하여진 C*dy/dx의 가능한 값들을 테이블로 저장하고, 실제 인트라 예측시 미리 준비된 테이블의 저장값을 이용하여 현재 픽셀의 인트라 예측에 이용되는 주변 픽셀의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 전술한 표 1과 같이 예측 모드에 따라 결정되는 다양한 (dx,dy)의 값과 블록 크기에 따라 결정되는 j값을 고려하여 가능한 j*dy/dx의 값을 테이블화하여 미리 저장하여 인트라 예측에 이용할 수 있다. 구체적으로, C*dy/dx가 N개의 서로 다른 값을 갖을 수 있다고 할 때, 서로 다른 N개의 C*dy/dx의 값을 dxval_table[n](n=0... N-1 까지의 정수)로 저장할 수 있다.
이와 같이 테이블화되어 미리 C*dx/dy 또는 C*dy/dx의 값이 저장되면, i*dx/dy 및 j*dy/dx에 대응되는 테이블에 저장된 값을 이용하여 별도의 연산없이 현재 픽셀의 예측에 이용할 주변 블록의 픽셀의 위치를 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 17에 도시된 바와 유사한 형태로 예측 모드들이 형성되도록, dy는 32이고, dx가 {0, 2, 5, 9, 13, 17, 21, 26, 32} 중 하나이며 상수 C는 32인 경우를 가정해본다. 이 경우인 경우 C*dy/dx는 32*32/dx이며, dx의 값에 따라 {0, 512, 205, 114, 79,60,49,39,32}와 같은 값들 중 하나의 값을 가지게 되므로, 이러한 {0, 512, 205, 114, 79,60,49,39,32}의 값을 테이블화하여 저장하여 인트라 예측에 이용할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 19를 참조하면, 단계 1910에서 현재 픽처를 소정 크기의 적어도 하나의 블록으로 분할한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 현재 픽처는 16x16 크기의 매크로 블록에 한정되지 않고, 2x2, 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, 64x64, 128x128 크기의 블록 또는 그 이상의 크기를 갖는 블록으로 분할될 수 있다.
단계 1920에서 현재 블록 내부의 각 픽셀을 중심으로 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정한다. 전술한 바와 같이, 현재 블록의 상측 경계를 기준으로 i번째, 좌측 경계를 기준으로 j번째의 현재 픽셀 P의 위치를 P(j,i), 현재 픽셀 P를 지나는 tan-1(dy/dx)의 기울기를 갖는 연장선 상에 위치한 상측 주변 픽셀은 (j+i*dx/dy,0), 좌측 주변 픽셀은 (0,i+j*dy/dx) 상에 위치한다. 이러한 주변 픽셀의 위치를 결정하기 위해서 필요한 dx/dy, dy/dx의 연산량을 감소시키기 위해서 dx 및 dy 중 적어도 하나의 값을 2의 지수승 형태로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 가능한 dx/dy 및 dy/dx의 값 또는 dx/dy 및 dy/dx의 값에 소정의 상수가 곱해진 값들을 테이블화하여 미리 저장하는 경우, 별도의 연산없이 테이블에서 해당되는 값들을 검색함으로써 주변 블록의 픽셀을 결정할 수 있다.
단계 1930에서, 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 현재 블록 내부의 각 픽셀을 예측한다. 즉, 주변 블록의 픽셀값을 현재 블록의 픽셀값으로 예측하고, 현재 블록 내의 각 픽셀들에 대해서 이러한 과정을 반복함으로써 현재 블록의 예측 블록을 생성한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 20을 참조하면 영상 복호화 장치(2000)는 파싱부(2010), 엔트로피 복호화부(2020), 역양자화부(2030), 주파수 역변환부(2040), 인트라 예측부(2050), 움직임 보상부(2060), 디블록킹부(2070) 및 루프 필터링부(2080)를 구비한다. 여기서, 인트라 예측부(2050)는 본 발명에 따른 인트라 예측 복호화 장치에 대응된다.
비트스트림(2005)이 파싱부(2010)를 거쳐 복호화 대상인 현재 블록의 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화 정보가 추출된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(2020) 및 역양자화부(2030)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 주파수 역변환부(2040)를 거쳐 레지듀얼 값들로 복원된다.
움직임 보상부(2060) 및 인트라 예측부(2050)에서는 파싱된 현재 블록의 부호화 정보를 사용하여 현재 블록의 예측 블록을 생성한다. 특히, 본 발명에 따른 상기 인트라 예측부(2050)는 비트스트림에 구비된 인트라 예측 모드에 따라서 결정된 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정한다. 전술한 바와 같이, 주변 픽셀의 위치를 결정하기 위해서 필요한 dx/dy, dy/dx의 연산량을 감소시키기 위해서 dx 및 dy 중 적어도 하나의 값을 2의 지수승 형태로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 인트라 예측부(2050)은 가능한 dx/dy 및 dy/dx의 값 또는 dx/dy 및 dy/dx의 값에 소정의 상수가 곱해진 값들을 테이블화하여 미리 저장하고, 테이블에서 해당되는 값들을 검색함으로써 주변 블록의 픽셀을 결정하고 결정된 주변 블록의 픽셀을 이용하여 인트라 예측을 수행할 수 있다.
움직임 보상부(2060) 또는 인트라 예측부(2050)에서 생성된 예측 블록과 레지듀얼 값이 가산되어 현재 블록이 복원된다. 복원된 현재 블록은 디블록킹부(2070) 및 루프 필터링부(2080)을 거쳐 다음 블록의 참조 데이터로 이용될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상의 인트라 예측 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 21를 참조하면, 단계 2110에서 현재 픽처를 소정 크기의 적어도 하나의 블록으로 분할한다.
단계 2120에서 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 적용된 인트라 예측 모드 정보를 추출한다. 인트라 예측 모드 정보는 전술한 바와 같이 (dx,dy) 파라메터를 이용하여 정의되는 다양한 방향성을 갖는 인트라 예측 모드들의 모드값 또는 주변 블록들로부터 예측된 예측 인트라 예측 모드와 실제 현재 블록의 인트라 예측 모드 사이의 모드 차이값일 수 있다. 만약, 모드 차이값이 예측 모드 정보로서 전송된 경우 인트라 예측부(2050)는 이전에 복호화된 주변 블록의 인트라 예측 모드로부터 현재 블록의 인트라 예측 모드를 예측하여 예측 인트라 예측 모드를 결정하고, 비트스트림으로부터 추출된 모드 차이값과 예측 인트라 예측 모드의 모드값을 더하여 현재 블록의 인트라 예측 모드를 결정한다.
단계 2130에서, 인트라 예측부(2050)는 추출된 예측 모드에 따른 소정의 기울기를 갖는 연장선을 이용하여 이전에 복호화된 주변 블록의 픽셀들 중 현재 블록 내부의 각 픽셀의 예측에 이용될 주변 블록의 픽셀을 결정한다. 전술한 바와 같이, 현재 블록의 상측 경계를 기준으로 i번째, 좌측 경계를 기준으로 j번째의 현재 픽셀 P의 위치를 P(j,i), 현재 픽셀 P를 지나는 tan-1(dy/dx)의 기울기를 갖는 연장선 상에 위치한 상측 주변 픽셀은 (j+i*dx/dy,0), 좌측 주변 픽셀은 (0,i+j*dy/dx) 상에 위치한다. 주변 픽셀의 위치를 결정하기 위해서 필요한 dx/dy, dy/dx의 연산량을 감소시키기 위해서 dx 및 dy 중 적어도 하나의 값은 2의 지수승 형태를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 가능한 dx/dy 및 dy/dx의 값 또는 dx/dy 및 dy/dx의 값에 소정의 상수가 곱해진 값들을 테이블화하여 미리 저장하고 테이블에서 해당되는 값들을 검색함으로써 주변 블록의 픽셀을 결정할 수 있다. 그리고 인트라 예측부(2050)는 결정된 주변 블록의 픽셀값을 현재 블록의 픽셀값으로 예측하고, 현재 블록 내의 각 픽셀들에 대해서 이러한 과정을 반복함으로써 현재 블록의 예측 블록을 생성한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학
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.

Claims (2)

  1. 복수 개의 방향 중 특정 방향을 가리키는 현재 블록의 인트라 예측 모드를 비트스트림으로부터 획득하는 단계; 및
    상기 인트라 예측 모드에 기초하여 상기 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 특정 방향은 수평 방향으로 dx(dx는 정수) 및 수직 방향으로 고정된 정수에 의하여 가리켜지거나, 수직 방향으로 dy(dy는 정수) 및 수평 방향으로 고정된 정수에 의하여 가리켜지며,
    상기 인트라 예측을 수행하는 단계는
    상기 특정 방향을 가리키는 dx 및 dy 중 하나와 현재 픽셀의 위치에 기초한 쉬프트 연산에 의하여 상기 현재 블록의 좌측 또는 상측에 위치한 주변 픽셀의 위치를 결정하는 단계;
    상기 주변 픽셀의 개수가 1일 때, 1개의 주변 픽셀에 기초하여 현재 픽셀의 예측값을 획득하는 단계; 및
    상기 주변 픽셀의 개수가 2일 때, 2개의 주변 픽셀의 가중 평균에 기초하여 상기 현재 픽셀의 예측값을 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 dx 및 dy는 -32, -26, -21, -17, -13, -9, -5, -2, 0, 2, 5, 9, 13, 17, 21, 26 및 32 중 하나의 값을 가지며,
    상기 고정수는 2의 지수승의 값을 가지며,
    상기 가중 평균은 상기 dx 및 dy 중 하나와 상기 2개의 주변 픽셀의 위치에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 방법.
  2. 복수 개의 방향 중 특정 방향을 가리키는 현재 블록의 인트라 예측 모드를 비트스트림으로부터 획득하는 엔트로피 복호화부; 및
    상기 인트라 예측 모드에 기초하여 상기 현재 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 인트라 예측부를 포함하며,
    상기 특정 방향은 수평 방향으로 dx(dx는 정수) 및 수직 방향으로 고정된 정수에 의하여 가리켜지거나, 수직 방향으로 dy(dy는 정수) 및 수평 방향으로 고정된 정수에 의하여 가리켜지며,
    상기 인트라 예측부는
    상기 특정 방향을 가리키는 dx 및 dy 중 하나와 현재 픽셀의 위치에 기초한 쉬프트 연산에 의하여 상기 현재 블록의 좌측 또는 상측에 위치한 주변 픽셀의 위치를 결정하고,
    상기 주변 픽셀의 개수가 1일 때, 1개의 주변 픽셀에 기초하여 현재 픽셀의 예측값을 획득하며,
    상기 주변 픽셀의 개수가 2일 때, 2개의 주변 픽셀의 가중 평균에 기초하여 상기 현재 픽셀의 예측값을 획득하고,
    상기 dx 및 dy는 -32, -26, -21, -17, -13, -9, -5, -2, 0, 2, 5, 9, 13, 17, 21, 26 및 32 중 하나의 값을 가지며,
    상기 고정수는 2의 지수승의 값을 가지며,
    상기 가중 평균은 상기 dx 및 dy 중 하나와 상기 2개의 주변 픽셀의 위치에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는 영상 복호화 장치.
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