VVC (Versatile Video Coding)

1. H.266 표준, VVC (Versatile Video Coding)의 개요

(1) VVC (Versatile Video Coding)의 개념 및 특징

개념HEVC 표준 이후 압축율을 개선하여 CCLM, MMVD, LFNST, SAO, CABAC 등을 적용한 비디오 코덱 표준 기술
특징전통적인 블록 기반 하이브리드 코덱 구조 채용, HEVC 핵심 기술 확장 및 개선과 함께 여러 새로운 기술 적용

(2) 비디오 코덱 표준화 동향

  • ISO/IEC, ITU-T의 협력팀인 JVET(Joint Video Experts Team)은 2020년 기존 HEVC보다 2배 이상의 압축 성능을 목표로 한 비디오 코덱 표준으로 VVC를 채택하여 표준화

 

2. VVC의 부호화/복호화 메커니즘 및 구성요소

(1) VVC의 부호화/복호화 메커니즘

① 원본 영상 신호 입력 시 화면 예측 신호 생성
② 원본 신호에서 예측 신호를 뺀 차분 신호를 DCT, DST로 주파수 영역 변환 후 양자화
③ 양자화된 변환 계수를 엔트로피 부호화 기반 압축된 비트스트림 디지털 신호 생성/전송
④ 수신된 복원 영상은 블록 단위 부호화로 인한 화질 저하 방지를 위해 인루프-필터링 수행

(2) VVC의 부호화/복호화 구성요소

구분구성요소역할
영상 분할
구조
슬라이스
(Slice)
– 원본 영상을 슬라이스로 분할, 패킷으로 캡슐화 후 전송
– Raster-scan slice, Rectangular slice
타일
(Tile)
– 영상 내 직사각형 타일 단위로 부/복호화 병렬 처리 가능
– MCTS 기반 타일 간 시공간 독립성 확보
브릭
(Brick)
– 타일을 횡방향 분할/생성, 병렬처리 기본 단위
– 이전 표준(HEVC)에 미존재, VVC 신규 단위
서브픽처
(Subpicture)
– 영상을 직사각형 슬라이스로 구성하여 독립적 부호화
– MCTS보다 유연, 위치/크기 정보는 SPS에서 시그널
부호화 블록
구조
CU
(Coding Unit)
– QT 허용 가능 크기 내 재귀적 분할 또는 BT, TT로 분할
– 최소 4 x 4, 최대 128 x 128 분할 가능
CTU
(Coding Tree Unit)
– CU 분할 최상위 노드로 CU 최대 크기는 CTU 와 동일
– 최대 128 x 128 크기 분할 허용
  • 슬라이스, 타일, 브릭, 서브픽처는 다수의 CTU로 구성되며, CTU 마다 재귀적 분할 구조로 CU 생성
  • 슬라이스, 타일, 브릭, 서브픽처는 사용자에 의해 크기 및 개수를 결정할 수 있으며, Application 특성에 따라 다양하게 선택 가능 

 

3. VVC의 동작 요소 별 주요 기술

동작 요소주요 기술세부 동작 방식
화면 내 예측
(Intra Prediction)
CCLM– 휘도 성분과 색차성분의 중복성 이용, 색차성분 예측
PDPC– 예측 값, 픽셀 위치 기반 가중치 합으로 최종 예측값 생성
MRLP– mrl_idx의 참조 샘플 라인 통해 예측
ISP– 블록 크기에 따라 2개 또는 4개로 분할, 서브 블록 예측
MIP– 사전에 트레이닝된 행렬 기반 예측
화면 간 예측
(Inter Prediction)
MMVD– 복잡도 감소 위해 MERGE 후보 중 처음 2개만 적용
DMVR– 코더 기반의 움직임 벡터(MV) 보정 기술
BDOF– optical flow 기반 4×4 MV 탐색, CU 내 샘플값 변화 추정
CIIP– 예측신호 가중합에 의한 화면간/화면내 예측신호 결합
AMVR– 부호화 비트 절감 위해 MVD 해상도 적응적 선택
변환 및 양자화
(Transform and Quantization)
DST– 기저 벡터 기반 4 x 4 휘도 잔차 블록 변환
DCT– 기저 벡터 기반 4 x 4 휘도 외 잔차 블록 변환
MTS– 여러 변환 기저를 선택적으로 사용하여 변환
LFNST– DCT/DST 기반 주파수 영역으로 변환된 잔차 신호 변환
인루프 필터
(In-Loop Filtering)
DF– 8 x 8 그리드와 블록 경계 블록킹 열화 현상 개선
SAO– DF 수행 후 원본/복원 영상 에러 최소화
ALF– 4 x 4 샘플 단위 클래스별 부/복호화 손실 최소화
LMCS– 전/후처리 HDR 보정 기술을 VVC 코덱 내부 적용
엔트로피 부호화
(Entropy Coding)
CABAC– 확률 업데이트 시 간단한 수식 기반 테이블 업데이트
– 정확한 심볼 확률 전달 위해 2개의 다른 확률 모델 사용
  • VVC는 서브픽처 단위 독립적 부호화 및 직사각형 타일 단위 영상을 분할하여 이전 표준인 HEVC 대비 높은 압축률로 효율적 부호화 가능

 

4. VVC와 이전 표준(HEVC) 비교

비교 항목VVCHEVC
표준 번호H.266H.265
분할타일, 슬라이스, 서브픽처타일 또는 슬라이스
CTU 크기최대 256 x 256최대 26 x 26
CTU 분할QT, MMT(Multi-Type Tree)QT
CU 형태직사각형(정사각형 포함)Only 정사각형
Motion Vector CodingAVMP, AFFINE INTERAMVP
Motion CompensationBCW, CIIPWeighted Bi-Prediction
  • VVC는 UHD, 360도 전방위 몰입형 비디오, HDR(High Dynamic Range) 등 다양한 포맷의 비디오를 효율적으로 압축하는 비디오 코덱 표준이며, 이후 구현 복잡도를 개선한 차세대 비디오 코덱 기술인 ECM(Enhanced Compression Model) 기술 표준화 진행중

 
[주요 기술 명칭]

  • MCTS: Motion Constraint Tile Set
  • BT / TT / QT: Binary Tree / Ternary Tree / Quad Tree
  • CCLM: Cross-Component Linear Model
  • PDPC: Position Dependent intra Prediction Combination
  • MRLP: Multi Reference Line intra prediction
  • ISP: Intra Sub-Partitioning
  • MIP: Matrix based Intra Prediction
  • MMVD: Merge with MV Difference
  • DMVR: Decoder-side MV Refinement
  • BDOF: Bi-Directional Optical Flow
  • CIIP: Combined Intra/Inter Prediction
  • AMVR: Adaptive MV Resolution
  • DST: Discrete Sine Transform
  • DCT: Discrete Cosine Transform
  • MTS: Multiple Transform Selection
  • LFNST: Low-Frequency Non-Separable Transform
  • DF: Deblocking Filter
  • SAO: Sample Adaptive Offset
  • ALF: Adaptive Loop Filter
  • LMCS: Luma Mapping with Chroma Scaling
  • CABAC: Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding
  • BCW: Bi-prediction with CU-level Weight

 
[참고]

  • 한국방송·미디어공학회, 방송과 미디어 제24권 4호 (VVC(Versatile Video Coding) 표준기술)

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