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HEVC(High Efficiency Video Coding)는 현재 국제 비디오 부호화 표준화 단체인 JCT-VC에서 표준화가 진행되고 있는 새로운 국제비디오 부호화 표준이다. 이 표준화에서는 H.264/AVC를 넘어선 높은 부호화 성능을 갖기 위해서 다양한 부호화 방법들이 논의되고 있다. 본고에서는 HEVC의 새로운 부호화 모드 중 화면 내 예측(intra prediction) 부호화 방법에 대해 소개한다. 화면 내 예측 부호화는 시간적으로 다른 영상을 참조하지 않고 오직 현재 부호화하려는 영상에서 공간적 주변 정보를 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법이다. 이 화면 내 부호화 방법은 화면 간 예측(inter prediction) 부호화 방법과 함께 부호화 효율 향상에 기여할 뿐만 아니라, 임의 접근(random access)을 가능하게 하고 부호화 된 비트스트림의 에러 내성을 높인다. HEVC 화면 내 부호화 방법은 예측 모드의 종류를 최대 35개까지 확장함으로써 기존 비디오 부호화 표준에 비해 높은 부호화 효율을 갖는다.

HEVC(High Efficiency Video Coding)는 현재 국제 비디오 부호화 표준화 단체인 JCT-VC에서 표준화가 진행되고 있는 새로운 국제비디오 부호화 표준이다. 이 표준화에서는 H.264/AVC를 넘어선 높은 부호화 성능을 갖기 위해서 다양한 부호화 방법들이 논의되고 있다. 본고에서는 HEVC의 새로운 부호화 모드 중 화면 내 예측(intra prediction) 부호화 방법에 대해 소개한다. 화면 내 예측 부호화는 시간적으로 다른 영상을 참조하지 않고 오직 현재 부호화하려는 영상에서 공간적 주변 정보를 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법이다. 이 화면 내 부호화 방법은 화면 간 예측(inter prediction) 부호화 방법과 함께 부호화 효율 향상에 기여할 뿐만 아니라, 임의 접근(random access)을 가능하게 하고 부호화 된 비트스트림의 에러 내성을 높인다. HEVC 화면 내 부호화 방법은 예측 모드의 종류를 최대 35개까지 확장함으로써 기존 비디오 부호화 표준에 비해 높은 부호화 효율을 갖는다.

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 이 샘플 패딩 과정을 미리 수행하는 것으로 인해 복호화 과정을 간소화 시켰으나, Intra_DC 모드의 경우 평균값이 패딩 된 값에 의해 다소 편향되는 결과를 낳기도 한다. HEVC의 Intra_DC 모드가 H.264/AVC의 DC 모드와의 또 다른 차이점은 Intra_DC 모드로 부호화할 때 경계(boundary) 영역의 예측 샘플(좌측 첫 번째 열 및 상측 첫 번째 행)에 대해 추가적으로 필터링을 수행하는 것이다. 이러한 과정을 수행하는 이유는 Intra_DC 예측 모드는 하나의 값으로 PU에 속하는 모든 화소에 대해서 동일하게 예측함으로 인해서 PU의 경계 부분에 있는 화소의 복원 값은 인접하는 주변 PU의 화소 값과 불연속성이 발생하여 블록화 현상을 유발할 수 있기 때문이다.
• 본고에서는 HEVC의 새로운 화면 내 예측모드의 종류와 예측 샘플 생성 방법, 복잡도 감소를 위한 고속화면 내 부호화 예측 모드 선정 방법 등에 대해 소개한다.
• 본고에서는 HEVC의 화면 내 부호화 방법에 대해 살펴보았다. HEVC 화면 내 부호화의 가장 큰 특징은 과거 비디오 부호화 표준보다 예측 모드의 수가 매우 증가했다는 것이다.
• HM에는 부호화 단위 및 구조, 화면 간(inter) 예측, 화면 내(intra) 예측, 보간(interpolation), 필터링(filtering), 변환(Transform) 방법 등 다양한 새로운 부호화 알고리즘들을 포함하고 있다. 본고에서는 이 새로운 부호화 방법 중에서 화면 내 예측 부호화 기술에 대해 소개한다. 화면 내 예측 부호화는 이미 디코딩된 공간적인 주변 정보를 참조 샘플로 이용하여 현재 부호화하려는 샘플을 효과적으로 예측하고 그 예측값과 원래 샘플 사이의 예측 오차만을 부호화함으로써 부호화 효율을 높이는 방법이다.

제안 방법

• 이 RMD 과정에서는 부호화된 비트가 B_pred로 지정된다. 두 번째 과정으로, J_mode를 이용한 R-D 최적화가 앞서 결정된 후보 예측 모드들과 MostProbableMode(주변에 위치한 2 개 PU의 화면 내 부호화 모드 중 모드 값이 작은 예측 모드)에 대해 수행된다. 이 R-D 최적화 과정 중에 예측 파라미터(parameter)들과 밝기 성분에 대한 계수값들이 B_mode에 더해진다.
• HEVC에서는 이러한 보간 과정에서 <그림 4>에서의 13/32와 같은 factor 값은 현재 화소 위치와 예측 방향에 따른 표(table)의 값을 이용하여 쉽게 계산할 수 있다. 또한 상측의 참조 샘플들과 좌측의 참조 샘플들을 별도로 관리하지 않고 좌측의 참조 샘플들을 상단 샘플의 좌측에 매핑(mapping) 시켜 하나의 메모리만 사용토록 간소화 시키고, 나눗셈 연산을 제거함으로써 복잡도를 감소 시켰다^[8].
• HM의 고속 화면 내 부호화 방법은 <그림 8>과 같이 두 가지 과정을 순차적으로 수행한다. 우선 RMD(Rough Mode Decision) 과정을 통해 모든 가능한 모드에 대해 대략적인 비용을 계산하여 미리 결정된 수만큼의 후보 셋을 결정한 후, 그 후보 셋에 대해 정확한 비트율-왜곡(Rate-Distortion, R-D) 값을 계산하여 최종적인 예측 모드를 선정한다. 참고로<그림 8>에서 각 PU 크기에 따른 화면 내 부호화 모드의 수와 RMD 과정 이후의 후보 화면 내 부호화 모드 수는 앞서 설명한 HEVC 화면 내 부호화 모드의 수와 상이할 수 있다.
• HEVC의 새로운 화면 내 부호화 예측 모드인 Intra_Angular는 31가지의 예측 방향을 제공한다. 이 다양한 방향성을 갖는 예측 모드는 예측 샘플(sample)을 얻기 위해서, 우선 주변 참조 샘플을 평활화(smoothing) 시킨 후, 필터링 된 참조 샘플을 이용하여 보간(interpolation)을 수행한다.

성능/효과

• 따라서 예측 모드를 무작정 늘이는 것이 항상 부호화 효율에 긍정적 영향을 미치는 것은 아니다. HEVC가무려 35 가지의 화면 내예측 모드를 지원함에도 불구하고 부호화 효율을 갖는 것은 예측모드들이매우 잘 설계되었다는 것을 증명한다.

후속연구

• 264/AVC는 최대 9가지의 예측 모드를 허용하는 반면, HEVC는 최대 35가지의 예측 모드를 허용한다. 그러므로 인코더가 최적의 예측 모드를 선정하기 위해서 모든 예측 모드에 대한 비트율-왜곡 비용을 일일이 계산한다면 HEVC의 복잡도는 늘어난 예측 모드 수만큼 매우 증가할 것이다. 이러한 과도한 복잡도 증가 문제를해결하기 위해서 HEVC는 다음에 설명할 고속화면 내 부호화 방법^[11]을 HM에 포함하고 있으며, 이 고속화 방법은 HEVC 표준화에서의 공통 테스트 조건(common test condition)에 포함되어 있다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
HEVC	HEVC란?	HEVC(High Efficiency Video Coding)는 현재 국제 비디오 부호화 표준화 단체인 JCT-VC에서 표준화가 진행되고 있는 새로운 국제비디오 부호화 표준이다. 이 표준화에서는 H.
화면 내 예측 부호화	화면 내 예측 부호화란?	본고에서는 HEVC의 새로운 부호화 모드 중 화면 내 예측(intra prediction) 부호화 방법에 대해 소개한다. 화면 내 예측 부호화는 시간적으로 다른 영상을 참조하지 않고 오직 현재 부호화하려는 영상에서 공간적 주변 정보를 이용하여 현재 블록을 예측하는 방법이다. 이 화면 내 부호화 방법은 화면 간 예측(inter prediction) 부호화 방법과 함께 부호화 효율 향상에 기여할 뿐만 아니라, 임의 접근(random access)을 가능하게 하고 부호화 된 비트스트림의 에러 내성을 높인다.
화면 내 예측 부호화	화면 내 예측 부호화의 특징은?	화면 내 예측 부호화는 이미 디코딩된 공간적인 주변 정보를 참조 샘플로 이용하여 현재 부호화하려는 샘플을 효과적으로 예측하고 그 예측값과 원래 샘플 사이의 예측 오차만을 부호화함으로써 부호화 효율을 높이는 방법이다. 참조 샘플로 이용할 수 있는 정보의 양이 시간적 주변 정보에 비해 적기 때문에 화면 내 예측 방법은 화면 간 예측 방법에 비해 일반적으로 낮은 부호화 성능을 갖지만, 새로운 물체의 출현 혹은 조명 변화와 같은 원인으로 인해 시간적 주변 정보로부터 현재 화소를 예측하기 힘든 경우에는 화면 내 예측이 더 우수한 성능을 갖는다. 또한 부호화된 비트스트림에 대해 임의 재생을 지원하거나 에러 내성을 높이기 위해서 강제로 화면 내 예측을 사용하기도 한다.

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