본 논문에서는 계층적 픽셀 예측과 컨텍스트 적응적 산술 부호화를 이용한 이미지 적응 무손실 압축 알고리즘을 제안한다. 입력 RGB 이미지는 먼저 가역적 색상 변환이 적용된다. Y 채널 이미지는 기존의 무손실 압축 인코더로 압축되고, U와 V채널 이미지는 Y 채널 이미지를 기반으로 예측된다. 원본과의 차이는 컨텍스트 적응적 산술 부호화를 통해 압축된다. 본 논문에서 제안된 알고리즘에서는 입력 이미지의 성질에 따라 산술 부호화에 사용되는 인코더의 개수를 적응적으로 변화시킨다. 또한 저주파 성분에 상대적으로 많은 자원을 집중시킴으로써 압축 성능을 향상시켰다. 제안된 방법은 기존에 사용되던 압축 방식들과 비교했을 때에도 의미 있는 성능을 보였다.
본 논문에서는 영상의 방향성에 따른 적응적 예측 기법과 컨텍스트 기반 엔트로피 부호화 방법을 주요 구성요소로 한 무손실 영상 압축 방법을 제안한다. 적응적 예측 기법에서는 부호화 픽셀을 중심으로 각 방향에 대한 상관도를 분석하고, 이를 이용하여 적절한 예측 픽셀을 선택한다. 또한 예측 에러를 더욱 줄이기 위하여 주변 픽셀의 복잡도 및 방향성을 이용한 컨텍스트 모델 기반 예측 에러 보정 과정을 수행한다. 정보이론의 관점에서 조건부 엔트로피에 의해 부호화 효율이 더욱 향상된다는 점을 이용하여 본 논문에서는 엔트로피 부호화 방식으로 컨텍스트 기반 Golomb-Rice 부호화를 적용한다. 실험결과 제안한 무손실 영상 압축 방식은 다양한 영상에 대해서 기존의 저 복잡도 및 고효율의 JPEG-LS에 비해 평균 1.3%의 압축효율 향상을 나타내었고, 특히 방향성이 뚜렷한 영상에 대해서 성능이 좋음을 알 수 있다.
본 논문은 H.264/AVC를 이용한 근접 무손실 화면내 부호화에서 기존의 라인 기반 예측 방법에서 발생할 수 있는 오류 전파 문제를 해결하기 위한 방법을 제안한다. H.264/AVC의 화면내 예측 부호화는 주변 블록의 복원 화소들을 현재 부호화하려는 블록의 예측값으로 사용하여 공간적 상관성을 제거하고 부호화 효율을 향상시킨다. 기존의 라인 기반 예측 방법에서는 일반적으로 화소 간 거리가 멀어질수록 화소 간 상관성이 떨어지므로 라인 단위로 예측을 수행하여 예측의 정확도를 높였다. 하지만, 이 경우 오류 전파 문제에 취약하다는 단점이 있다. 본 논문에서는 화면내 $16{\times}16$ 수직 및 수평 예측 모드에 대해 매크로블록을 라인 단위로 예측하면서 정해진 서브 블록마다 참조 화소를 업데이트하는 방법을 제안한다. 따라서, 라인 기반 예측 방법의 예측 정확도는 유지하면서 오류 전파 문제를 예방할 수 있다. 실험을 통해, 제안하는 방법이 High 프로파일에서 H.264/AVC 표준 소프트웨어 JM 12.2에 비해 평균 약 5.8%의 비트율을 감소시킬 수 있음을 보였다.
영상압축 방법인 ITU-T H.263 부호화 기법에 비해 H.263+에서의 주요 특징 중 하나는 에러 강인성으로, 그 중에서 계층부호화 모프는 한 개의 송신 영상에 대해서도 복호기와 전송로에 따라 여러 가지 화질의 재생 영상을 얻을 수 있는 기능, 즉 에러 및 패킷 손실 발생 가능 채널에서 비디오 정보 진송시 디코더측에서 사용 가능한 다양한 비트율, 해상도 디스플레이율을 허용함으로써 비디오 정보에 대한 전송을 향상시키는 기법이다. 계층 부호화 에러은닉기법은 기본계층에 대해서는 QoS 보장에 의해 무손실 전송이 가능하므로 모든 프레임에 에러가 발생할 수 있는 단일계층 에러은닉보다 고급계층에서 이용한 수 있는 정보가 더 많다는 점에서 더 유리한 이점을 가지고 있다. 본 논문에서는 SNR 계층부호화된 고급계층에 대해서 이용 가능한 데이터 손실이 없는 기본계승과 고급계층에 상관관계를 분석하여 계층형 부호화에 맞는 에러은닉기법을 제시한다.
영상압축 방법인 ITU-T H.263 부호화 기법에 비해 H.263에서의 주요 특징 중 하나는 에러 강인성으로, 그중에서 계층부호화 모드는 한 개의 송신 영상에 대해서도 부호기와 전송로에 따라 여러 가지 화질의 재생 영상을 얻을 수 있는 기능, 즉 에러 및 패킷 손실 발생 가능 채널에서 비디오 정보 전송시 디코더측에서 사용 가능한 다양한 비트율, 해상도, 디스플레이 율을 허용함으로써 비디오 정보에 대한 전송을 향상시키는 기법이다. 계층부호화 에러은닉기법은 기본계층에 대해서는 QoS 보장에 의해 무손실 전송이 가능하므로 모든 프레임에 애러가 발생할 수 있는 단일계층 에러은닉보다 고급계층에서 이용할 수 있는 정보가 더 많다는 점에서 더 유리한 이점을 가지고 있다. 본 논문에서는 SNR 계층부호화된 고급계층에 대해서 이용 가능한 데이터 손실이 없는 기본계층과 고급계층에 상관관계를 분석하여 계층형부호화에 맞는 에러은닉기법을 제시한다.
본 논문에서는 영상에서 국부적 중복성과 전역적 중복성을 생기게 하는 두 가지 특성인 완만함과 유사성에 대해서 연구하였다. 완만함은 주어지 s한화소 주위의 화소 값들을 갑자기 변화되지 않고 서로 상관관계를 가지면서 점차적으로 변화한다는 것이다. 유사성은 한 영상내의 어떤 패턴들이 영상의 나머지 부분에서 반복된다는 것이다. 이런 관점에서 두 가지 중복성을 이용하여 무손실 의료 영상압축 방법을 제안한다. 제안한 방법은 간단한 알고리즘을 이용하여 영상을 가변 블록으로 분할한 후, 각 블록의 특성에 따라 부호화를 행한다. 제안한 의료 영상 압축 방법은 기존의 무손실 압축방법인 허프만 부호화, 산술 부호화, 램펠 - 지브 부호화, HINT, 하나의 예측기를 이용한 무손실 방법인 JPEG보다 10~40[%] 정도의 압축률이 개선되었다.
엔트로피부호화(entropy coding)는 텍스트와 같은 일반적인 데이터들을 효율적으로 압축하는 반면에, 이미지 데이터들에 대해서는 그 성능이 다소 저하된다. 본 논문에서는 이러한 단점을 개선시키기 위한 효율적인 전처리기법(preprocessing technique)을 소개한다. 제안한 전처리기법은 입력된 명암도 등급 이미지를 무손실 압축하기 이전에, 이미지 내에서 인접한 명암도 값들의 발생빈도(occurrence frequency)를 조사한다. 다음으로 각 픽셀 쌍들의 명암도 값들을 발생빈도에 기반한 순서화된 값(ordered number)들로 대체시킨 후, 최종적으로 엔트로피부호화에 의한 압축을 수행한다. 이와 같은 단계들을 거치면서 이미지 데이터의 통계적인 특성(statistical feature)이 보다 강화되기 때문에, 엔트로피부호화에서의 무손실 압축 성능을 효율적으로 개선시킬 수 있다. 실험을 통하여 256 명암도 등급 이미지들을 산술부호화와 허프만부호화를 사용하여 압축한 결과, 제안한 전처리기법이 압축 후 비트율(bit rate)을 최대 37.49%까지 감소시켰음을 확인하였다.
멀티미디어 기술의 이용 증가와 더불어, 영상 압축은 새로운 기능과 보다 나은 성능을 필요로 한다. 정지영상 인코딩 분야에서 이 기술을 언급하기 위하여 JPEG2000이라 하는 새로운 표준이 최근 개발되고 있다. JPEG2000 기술은 기존의 표준기술보다 율왜곡, 영상성능 면에서 우수성을 제공할 뿐 아니라 또한 현재의 표준들이 언급할 수 없는 특징이나 기능들을 제공해준다. JPEG2000의 대표적 기술적인 특성으로는 무손실/손실 압축, 무손실 코딩에의 내포된 손실, 화소 정확성과 해상 등에 의한 진보적인 전달, 비트 에러 그리고 관심영역 부호화의 견고함 등이 있다. JPEG2000의 필요성이 강조되는 다양한 응용분야로는 인터넷, 컬러 팩스, 인쇄, 스캐닝, 디지털 사진, 원격 탐사, 이동식 적용, 의학 영상, 전자 도서관과 E-commerce 등이 있다.
H.263 부호화 기법에 비해 H.263+에서의 주용 특징중 하나는 에러 강인성으로, 그중에서 계층부호화 모드는 한 개의 송신 영상에 대해서도 복호기와 전송로에 따라 여러 가지 화질의 재생 영상을 얻을 수 있는 기능, 즉 에러 및 패킷 손실 발생 가능 채널에서 비디오 정보 전송시 디코더측에서 사용 가능한 다양한 비트율, 해상도, 디스플레이 율을 허용함으로써 비디오 정보에 대한 전송을 향상시키는 기법이다. FEC(Forward Error Correction)기법에 의한 부가적인 비트 삽입에 제한적인 저 대역폭 네트워크 및 무선 통신망과 같은 네트워크 환경에서는 ATM(Asynchronous Transfer Mode)망에서와 같인 계층부호화된 비트 스트림의 기본 계층에 대해 무손실 전송이 어려우므로, 고급계층과 동등한 채널을 통해 전송시 기본계층 및 고급계층 모두에 대해서는 에러가 발생 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 저대역폭 비디오 전송을 위해 계층 부호화 모드중 SNR(Signal to Noise Ratio) 계층부호화로 부호화된 비트스트림을 에러 발생가능 채널로 전송시 각 계층에 대한 에러의 영향력을 실험한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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