본 논문에서는 실시간 전송 및 군용환경을 만족하는 소형, 경량 임베디드 영상부 복호화 시스템을 개발하였다. 제안하는 시스템은 ADV212와 FPGA를 기반으로 개발하였다. 본 논문에서는 장치 소형화를 위한 최적 하드웨어 설계방법, 노이즈가 포함된 입력 영상신호에 강인한 소프트웨어 설계방법 등을 제안한다. 실험 결과에서 알 수 있듯이, 본 장치는 국내 기 개발하여 운용중인 DSP를 이용한 Motion JPEG 2000 영상압축장치 이용한 동일 구현방법 보다 6~7배 정도 경량이고, 압축복원시 영상프레임의 지연 시간도 대략 2~3배 이상 빠르다. 군용장치 장비로서의 신뢰도 입증 위해 수행한 환경시험규격(MIL-STD-810G) 및 전자파간섭시험규격(MIL-STD-461F)에서도 규격을 만족함을 입증하였다.
동영상 압축 기술 HEVC(High Efficiency Video Coding)는 ITU-T(VCEG)와 ISO-IEC(MPEG)에서 JCT-VC라는 팀을 이루어 공동으로 표준화를 완성 단계에 이르렀다. 기존 표준보다 약 50%의 성능 향상을 가져왔지만 다양한 최신 압축 기술을 사용함에 따라 부호화 및 보호화의 복잡도가 매우 복잡한 단점을 가진다. 제안하는 방법은 슬라이스 단위의 프로세싱을 OpenMP를 통한 병렬 구조를 적용하는 방법과 GPU 가속 모델을 적용한 방법을 통해 고화질 영상의 실시간 부호화 및 복호화에 대해 분석한다.
본 논문에서는 멀티미디어 콘텐츠를 여러개의 블록으로 나누어 끊김이 없는 2중 버퍼 알고리즘을 통해 복호화가 가능하도록 설계하여, 하나의 키가 유출되어도 동영상 전체를 복호화 하지 못하도록 하여 기존의 시스템보다 보안성이 높은 암호화 방법을 제안한다. 또한 시스템간의 상호 인증을 수행할 수 있도록 전자서명과 공개키 알고리즘을 사용하여 콘텐츠 암호화에 사용된 암호화키를 암호화하여 SOAP 메시지를 통해 전송해주는 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 동영상 데이터 암호화를 위해 비디오 데이터의 I-프레임 암호화 기법을 제안한다. 또한 시스템 서버에서 암호화된 멀티미디어 데이터를 클라이언트 시스템에서 사용자가 실행할 때 자동으로 사용자 인증과 데이터의 복호화를 수행할 수 있도록 하는 라이선스 에이전트를 제안한다. 라이선스 에이전트는 사용자의 멀티미디어 데이터의 실행 시 공유 키 풀(shared key pool)을 이용한 PKI(Public Key Infrastructure)기반의 사용자의 인증과 멀티미디어 데이터의 암호 및 복호화를 수행한다. 또한 비밀키 기반의 공개키 분배 시스템을 이용하여 키의 누출을 미연에 방지하고 키의 누출 시 그 경로를 추적할 수 있도록 하였다.
본 논문은 MPEG으로 압축 부호화 된 동영상에서 동영상 내용의 변화를 반영하는 내용 곡선을 추출하는 방법을 제안하고, 내용 곡선으로부터 효율적이고 빠르게 동영상을 열람할 수 있는 동영상 요약을 생성하는 기법에 대하여 기술하고 있다. 기존의 동영상 요약 기법들은 복호화 과정에서 대체로 계산이 복잡하여 동영상 요약을 만들어 내는 데에 적지 않은 시간이 소요되는 단점을 보유하고 있다. 또한 동영상의 내용 곡선을 이용한 기존의 용약 기법은 고차원의 내용 곡선을 처리하는 데에 있어 많은 계산을 필요로 하게 된다. 그러나 제안된 기법은 MPEG 압축 영역에서 직접 2차원의 내용 곡선을 추출한 뒤 제안된 곡선의 선형 근사 기법을 통하여 고속으로 동영상 요약을 만들어 낸다. 또한 제안된 기법을 동영상 요약을 구성하는 대표 프레임의 개수와 계산량을 사용자가 원하는 만큼 설정할 수 있는 장점도 있다.
본 논문에서는 정보은닉을 이용하여 동영상 데이터의 전송오류를 보정하는 방법을 제안하고 있다. 수신단에서 전송오류가 발생한 위치를 구하기 위해 송신단에서는 동영상 데이터의 부호화 과정 동안 마크로 블록 별로 한 비트씩의 데이터를 은닉하여 전송한다. 수신단에서는 복호화 과정 동안 은닉된 정보를 검출하며, 이 정보와 원래 데이터와의 비교에 의해 오류가 발생된 위치를 구하고 이를 보정함으로써 복원된 영상의 화질을 개선하도록 한다. 또한, 은닉된 정보는 동영상 데이터에 대한 저작권 정보로도 활용될 수 있다. 각각 150 프레임씩으로 구성되는 3개의 QCIF 크기의 동영상 데이터에 대한 실험 결과 은닉된 정보가 부호화된 스트림에 미치는 화질의 저하는 미세하며, 수신단에서의 오류를 교정한 결과 잡음이 많은 채널에서는 복원된 영상의 화질을 5dB 가까이 개선할 수 있음을 확인하였다. 또한, 영상의 복원 과정에서 동영상에 대한 저작권 정보도 효과적으로 구할 수 있었다.
ITU-T와 ISO가 공동 제정한 동영상 압축 표준 H.264는 기존 동영상 압축 표준에 비해 높은 압축성능과 유연성을 가진다. 본 논문에서는 병렬 처리에 효과적인 GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units)를 이용하여 H.264/AVC 복호화 알고리즘에서 병렬 처리가 가능한 IQ/IDCT (Inverse Quantization/ Inverse Discrete Cosine Transform) 연산을 고속으로 수행하기 위한 효율적인 구조와 방법을 제안한다.
본 논문은 뉴스의 단위 구조화를 위해서 뉴스 동영상에 존재하는 앵커구간을 구분해내는 효율적인 알고리즘을 제안한다. 이를 위하여 본 논문은 단순히 장면 전환 지점을 이용하기 보다는 화면에 존재하는 앵커의 얼굴을 이용한다. 앵커구간에서는 앵커 얼 굴 위치의 프레임 변화량을 계산하는 FRFD(Face Region Frame difference)를 이용하여 앵커구간의 마지막을 찾는다. 한편 비앵 커구간에서는 앵커 얼굴 추출을 이용하여 앵커구간의 시작점을 찾는다. 앵커 얼굴 추출은 처리 속도를 빠르게 하기 위해서 MPEG .동영상 부분 복호화를 통한 대략적 분석과 전체 복호화를 통해 얻어진 앵커 얼굴 후보를 검증하는 두 단계로 이루어져 있다. 이렇게 얻어진 앵커구간은 뉴스 분석의 기본 단계에서 이용이 가능하다. 특히 빠른 속도와 높은 recall 비율은 실제 뉴스 서비스 활용에 적당하다.
한정된 네트워크 대역폭을 가진 현재의 인터넷에서 영상의 품질을 향상시키기 위해 영상의 비트율을 높이는 것은 비용 등 여러 가지 문제로 인해 현실적으로 많은 어려움이 있다. 따라서 비록 충분하지 못한 비트율의 영상을 전송받더라도 전송받은 영상의 화질을 높이는 연구가 다양한 방법으로 진행되고 있다. 영상의 화질을 향상시키는 많은 방법 중 후처리 기법은 이러한 잡음을 효과적으로 제거 할 수 있으면서 동영상 압축 표준 복호기를 수정할 필요가 없기 때문에 좋은 해결책이 된다. 동영상의 압축 과정에서 낮은 비트율로 인해 발생하는 화질 열화 현상 중에 쉽게 완화 할 수 있고, 영상의 질이 비용 대비 높은 효율로 좋아지는 대표적인 현상이 블록화 현상이다. 일반적으로 블록화 현상은 영상의 고주파대역에서 나타나므로 본 논문에서 영상의 고주파 성분과 블록화 현상을 구분하기 위해 Sobel 마스크를 사용한다. 구분된 블록화 현상이 발생한 매크로블록의 양쪽 경계면에 4-tap 저주파 통과 필터를 사용하여 블록화 현상을 효과적으로 완화할 수 있다. 개선된 영상의 화질 평가 기법으로 신호처리 분야에서 많이 사용되는 객관적인 지표인 PSNR에 의한 평가와 함께 실제 인간의 시각을 기준으로 주관적이고 감성적인 관찰에 의한 평가를 함께 수행한다.
오늘날 컴퓨터와 데이터 통신의 급속한 발달로 인해 멀티미디어 정보통신 기술이 비약적으로 발전하고 있다. 이러한 멀티미디어 데이터 중에서 동영상은 다른 데이터 형태에 비해 정보량이 매우 방대하다. 따라서 동영상을 처리하는 시스템에서는 압축 기법이 매우 중요한 역할을 차지한다. 이에 본 논문은 연속제거 알고리즘을 기반으로 이전블록 초기 움직임 벡터 사용 및 strip단위 블록 합을 통하여 고속의 움직임 추정을 통해 영상을 복호화 하였고, 기존의 완전탐색 블록 정합방식과 영상 복원 능력 및 연산량을 비교 평가하였다. 뿐만 아니라 이후 이를 바탕으로 고속 움직임 추정 모듈을 VHDL로 구현하여 본 논문의 프로그램을 성능평가의 기준으로 이용할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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