HEVC 화면내 부호화를 위한 다중 SVM 가중합 기반의 고속 CU 깊이 결정 기법

Abstract

본 논문에서는 High Efficiency Video Coding (HEVC) 화면내 부호화의 부호화 속도 향상을 위한 고속 CU 깊이 결정 알고리듬을 제안한다. HEVC는 영상을 쿼드 트리 단위로 나누어 부호화를 수행하며, 화면내 부호화의 분할 구조 결정을 위해 모든 Coding Unit (CU) 크기, 화면내 예측 모드, Transform Unit (TU) 크기에 대해서 부호화를 수행 후 최적의 Rate-Distortion (RD) Cost를 갖는 분할 구조를 선택한다. 따라서 해당 과정이 전체 HEVC 부호화 과정중 약 70 ~ 80% 시간 복잡도를 차지한다. 본 논문은 분할 구조 결정 과정 중, 블록의 특징 벡터를 이용하여 다중 Support Vector Machine (SVM) 가중합 결과 값을 통해 현재 블록을 분류하여 CU 깊이 결정 과정을 고속화하는 기법을 제안한다. 기존 HEVC 화면내 부호화는 64X64부터 4X4까지의 CU 크기에 대해 35가지의 화면내 예측 모드와 32X32부터 4X4까지의 TU 크기에 대해 RD Cost를 계산하여 최적의 분할 구조를 선택한다. 본 논문은 블록의 특징 벡터를 이용하여 다중 SVM의 가중합 기반으로 블록의 분할 여부를 결정한다. 분류기의 출력은 우선 분할 기법, 기존 HEVC CU 깊이 결정 기법, 하위 CU 깊이까지의 제한적 분할 기법, 우선 종료 기법으로 나누어진다. 우선 분할 기법은 현재 CU 깊이에 대해 RD Cost 계산 수행 없이 즉시 하위 깊이로 분할하며, 기존 HEVC CU 깊이 결정 기법은 현재 CU 깊이에 대한 RD Cost 계산 수행 후 하위 깊이로 분할한다. 하위 CU 깊이까지의 제한적 분할 기법은 현재 깊이에서 RD Cost 계산 수행 후 하위 깊이 까지만 분할하며, 우선 종료 기법은 현재 깊이에 대해 RD Cost 계산 수행 후 하위 깊이로의 분할 없이 분할 구조 결정 과정을 종료한다. 따라서 제안하는 알고리듬은 다중 SVM 가중합을 이용한 분류기를 통해 최종 분할구조로 결정될 가능성이 낮은 구조들에 대한 RD Cost 계산을 사전에 생략함으로써 부호화 속도 향상이 가능하다. 제안하는 알고리듬의 객관적인 성능 평가를 위해 Bjøntegaard Delta Peek Signal-to-Noise Ratio (BDPSNR)와 Bjøntegaard Delta Bitrate (BDBR), 그리고 부호화 시간을 분석하였다. 참조 소프트웨어 HM 16.9에 제안하는 알고리듬을 구현하여 HM16.9와 제안하는 알고리듬의 BDPSNR, BDBR 분석을 통해 HEVC Common Test Sequence (CTS)에 대해 알고리듬의 성능을 분석하였다. 실험 결과 제안하는 알고리듬은 평균 22.82%의 부호화 시간 단축과 함께, 평균 0.05dB의 BDPSNR 감소와 평균 0.96% BDBR 증가를 확인하였다.