초록
본 논문에서는 히스토그램 기반의 비트율-왜곡 (R-D) 추정 결과를 이용하여 이웃한 영상들간에 일관된 화질을 제공하는 비트율 제어방식을 제안한다. 히스토그램 기반의 R-D 추정 방식은 부호화에 사용되는 양자화 파라미터(QP)에 따라 한 영상에서 발생하는 비트량과 왜곡을 예측하거나, 역으로 발생하는 비트량이나 왜곡에 대한 QP 값을 예측할 수 있는 수학적 모델을 제공한다. 이 추정 방식의 가장 큰 장점은 추정을 위한 주 연산이 양자화기에 입력되는 DCT 계수에 대한 히스토그램 또는 가중 히스토그램을 구하는 것이므로 계산량이 적은 것이다. 또 실제 비디오 부호화에 적용할 수 있을 만큼 정확하다. 따라서 이 추정 모델을 이용하는 제안된 비트율 제어 방식은 저 지연과 저 복잡도를 요구하는 응용 분야에 적합하고, 정확한 제어를 수행한다. 제안된 비트율 제어방식은 비디오 버퍼 제한 조건을 만족시킴으로써 버퍼의 넘침이나 고갈이 발생하지 않도록 하고, 추가적으로 왜곡 제한에 의하여 이웃한 영상들간에 화질차이가 일정 범위를 벗어나지 않도록 한다. 그리고 하나의 영상에 대하여 하나의 QP를 사용하여 영상 내에서도 일관된 화질을 유지하며, 誰?영상과 비 기준 영상에 대한 버퍼 제한 조건을 차별화함으로써 기준 영상의 화질 열화에 의한 오류 전파를 감소시킨다. 제안된 방식과 MPEG-2의 TM5 (Test Model 5)에서 제안한 비트율 제어 방식의 성능을 비교한 실험으로부터 제안된 방식이 평균 PSNR을 0.521.84 dB 정도 향상시키고, 영상간 그리고 영상 내에서도 일관된 화질을 유지함을 확인하였다.
In this paper, we propose a rate control scheme, using histogram based rate-distortion (R-D) estimation, which produces a consistent picture quality between consecutive frames. The histogram based R-D estimation used in our rate control scheme offers a closed-form mathematical model that enable us to predict the bits and the distortion generated from an encoded frame at a given quantization parameter (QP) and vice versa. The most attractive feature of the R-D estimation is low complexity of computing the R-D data because its major operation is just to obtain a histogram or weighted histogram of DCT coefficients from an input picture. Furthermore, it is accurate enough to be applied to the practical video coding. Therefore, the proposed rate control scheme using this R-D estimation model is appropriate for the applications requiring low delay and low complexity, and controls the output bit-rate ad quality accurately. Our rate control scheme ensures that the video buffer do not underflow and overflow by satisfying the buffer constraint and, additionally, prevents quality difference between consecutive frames from exceeding certain level by adopting the distortion constraint. In addition, a consistent considering the maximum tolerance BER of the voice service. Also in Rician fading channel of K=6 and K=10, considering CLP=$10^{-3}$ as a criterion, it is observed that the performance improment of about 3.5 dB and 1.5 dB is obtained, respectively, in terms of $E_b$/$N_o$ by employing the concatenated FEC code with pilot symbols.
