ECM 기반 화면내 색차 부호화 효율 개선 방법 = Enhancement of Chroma Intra Coding Efficiency Based on ECM

국문 초록 (Abstract)

비디오 콘텐츠의 해상도와 활용 범위가 고도화됨에 따라, 효율적인 영상 전 송과 저장을 위한 비디오 압축 기술의 중요성이 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 기술적 요구에 대응하기 위해 International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector (ITU-T)의 Video Coding Experts Group (VCEG)과, International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission (ISO/IEC)의 Moving Picture Experts Group (MPEG)은 공동으로 Joint Video Experts Team (JVET)을 구성하여 비디오 부호화 표준 개발을 추진하였 다. 그 결과 2020년에 제정된 Versatile Video Coding(VVC, H.266) 표준 은 기존 High Efficiency Video Coding(HEVC, H.265) 대비 약 50% 이상 의 압축 효율 향상을 달성하였다. 현재 JVET은 VVC 이후의 차세대 부호화 기술을 탐색하기 위해 Enhanced Compression Model(ECM)을 참조 소프 트웨어로 사용하고 있으며, ECM은 신규 부호화 기술의 성능 검증을 위한 공통 테스트 플랫폼으로 활용되고 있다. 본 논문에서는 ECM에 포함된 Non Cross-Component Prediction (Non-CCP) 색차 화면내 예측 후보 리스 트 구성 방식의 한계를 분석하고, 이에 대한 개선 방안을 제안한다. 기존 방 식은 현재 블록의 인접 블록 및 대응 루마 블록의 정보만을 활용하므로 후 보의 다양성이 제한되고, Direct Block Vector (DBV) 모드의 활용성이 낮 다는 한계를 지닌다. 또한, 리스트 재정렬 과정에서는 루마와 크로마 성분의 비용 계산 척도가 서로 상이하며, early termination 기법으로 인해 일부 후 보만을 평가함으로써 최적 후보가 반영되지 못하는 문제가 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 두 가지 개선 기법을 제안한 다. 첫째, 공간적 탐색 지점 확장 및 히스토리 버퍼 활용 기법을 통해 후보 블록 벡터의 다양성을 확보하고 DBV 모드의 예측 효율을 향상시킨다. 둘째, 리스트 후보 재정렬 과정 개선 기법을 통해 early termination 조건을 제거 하고, 루마 및 크로마 성분 모두에 동일한 sum of absolute differences (SAD) 기반 비용 계산 척도를 적용함으로써 예측 비용 평가의 일관성과 정 확도를 높인다. ECM-16.1 기반 all intra 조건에서 수행한 실험 결과, 제안 방법은 자연 영상에 대해 ECM-16.1 대비 휘도 성분(Y), 색차 성분(U, V) 각각 – 0.02%, -0.03%, 0.04% BD-rate 변화를 보였으며, 스크린 콘텐츠 영상에 대해서 제안 방법을 적용한 경우 휘도 성분(Y),색차 성분(U, V) 각각 0.15%, 0.38%, 0.36% 부호화 이득을 보였다. 특히 스크린 콘텐츠(Class TGM) 시퀀스에서 색차 부호화 효율의 향상이 두드러졌으며, 시각적 비교를 통한 주관적 평가에서도 색 왜곡이 감소하고 경계부의 선명도가 개선되어, 제안 방법이 시각적 품질 측면에서도 우수함을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 약 어 설 명 ⅴ
• 국 문 요 약 ⅶ
• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. Enhanced Compression model 5
• 2.1 차세대 비디오 부호화 표준화 5
• 2.1.1 기존 비디오 코덱 표준 5
• 2.1.2 ECM 기술 탐색 동향 7
• 2.2 ECM 부호화 구조 9
• 2.3 ECM 화면내 예측 개요 12
• 2.3.1 ECM 화면내 예측 12
• 2.3.2 ECM 색차 신호 부호화 14
• 2.4 Non-CCP 색차 화면내 예측 모드 후보 리스트 구성 15
• 2.4.1 리스트 후보 탐색 16
• 2.4.2 리스트 재정렬 17
• 2.4.3 리스트 내 최적의 후보 선정 19
• 2.4.4 부호화 정보 시그널링 19
• 2.5 기존 방법의 한계 및 개선 필요성 21
• Ⅲ. 제안 방법 23
• 3.1 제안 리스트 구성 방법 개요 23
• 3.2 리스트 후보 탐색 과정 24
• 3.3 리스트 후보 정렬 및 최적의 후보 선정 과정 31
• 3.4 시그널링 구조 32
• Ⅳ. 실험 결과 및 분석 33
• 4.1 실험 환경 33
• 4.2 성능 평가 34
• 4.3 Ablation 연구 41
• Ⅴ. 결 론 44
• 참 고 문 헌 46
• ABSTRACT 48