H.264/AVC [l]-[4]는 ITU-T H.264와 ISO/IEC 14496-10 (MPEG-4 Part 10)으로써 승인된 새로운 국제 비디오 압축 표준이다. H.264/AVC는 7가지 가변 블록에 대한 움직임 예측 및 RD[5], 디블로킹 필터[6], 다중 프레임 참조등 여러 가지 방식으로 인해 압축 효율은 높아졌으나 복잡도 또한 훨씬 증가하였다. 그러므로 압축시간 단축을 위한 효율적인 고속 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 H.264/AVC에서 매크로 블록의 모드와 움직임벡터를 결정하기 위한 효율적인 방법을 제안한다. H.264/AVC에서는 7가지 가변블록들에 대한 블록모드와 움직임 벡터를 찾고 그 중에 가장 효율적인 하나의 모드와 움직임 벡터를 선택한다. 이와 달리 본 논문에서는 가장 작은 블록(4${\times}$4)의 움직임 벡터를 이용하여 더 큰 블록들의 모드와 움직임벡터를 추정하는 방법을 제안한다. 컴퓨터 실험을 통해 제안하는 방법과 기존의 방법을 비교한 결과 영상의 화질은 거의 유사하면서 전체적인 부호화 시간은 단축되어짐을 알 수 있다.
영상압축 기술의 발달과 디지털 방송을 위한 표준 확립으로 아날로그 영상의 디지털 표현과 방송이 가능하게 되었다. 현재 디지털 방송서비스를 제공하는 종합유선방송사업자들(SO : System Operator)은 고객의 기호에 맞는 방송 콘텐츠를 제공하고 있을 뿐 아니라 독자적인 방송편성을 통해 자체 제작한 방송 콘텐츠를 제공하고 있다. 자체 제작된 방송 콘텐츠의 제공을 위해서는 방송 정보의 생성과 방송 영상 데이터와의 재다중화가 필요하며 이는 현재 고가의 장비에서만 지원되고 있어 원활한 디지털 방송 콘텐츠의 제작에 어려움이 있다. 이에 본 논문에서는 디지털 방송 콘텐츠 제작 시 방송 정보를 사용자로부터 입력받아 PSIP (Program and Service Information Protocol) 정보를 생성하고 생성된 방송 영상 데이터에 PSIP 정보를 직접적으로 맵핑하는 PSIP 정보 생성 시스템을 설계 및 구현하였다.
동영상 표준안 H.264/AVC에서 가변 블록 모드 알고리즘은 압축 성능을 향상시키나 다양한 블록 모드와 모드 결정을 위해 방대한 계산을 필요로 한다. 한편, 결정된 인터 블록 모드들은 블록 영상의 복잡도에 의존하여 복잡한 매크로블록일수록 블록 크기는 더 작아지고 있다. 본 논문은 고속 인터 블록 모드 결정 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 영상 복잡도를 이용해 유효 인터 블록 모드를 결정 가능성이 큰 블록 모드로 제한하고, 유효블록 모드들에서만 움직임 추정 및 율-왜곡 최적화를 수행한다. 거기에 $16{\times}16$ 블록 모드만을 갖는 유효 블록 모드들에는 고속 움직임 추정 알고리즘인 PDE (partial difference elimination)를 적용시키고 있다. 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위해 참조 소프트웨어 JM 9.5에서 화질, 비트율, 부호화 시간이 기존 알고리즘과 비교되었다. 실험 결과는 제안된 알고리즘이 평균 움직임 추정 시간의 약 24.12%를 감소시키며 화질과 비트량을 각각 -0.02dB와 -0.12% 정도로 유지시킬 수 있는 것을 보여주었다.
DSC-HDTV 시스템은 영상에 존재하는 공간, 시간, 진폭의 중복성을 제거하기위하여 변환 부호화, 움직임 보상 예측 부호화, 적응 양자화를 이용한다. 본 논문에서는 장면 변화와 전송 잡음으로부터 신속히 화질을 복원하는데 이용하는 누설요소의 적용 방법과 인간 시각 시스템을 이용한 인식하중치를 구하여 적응 양자화하는 방법을 제안한다. 인식하중치는 대비 민감도, 시공간 매스킹과 주파수 민감도에 따라 구한다. 적응 양자화는 인식하중치와 버퍼이력상태로부터 얻은 전체 왜곡 레벨을 이용하고 그에 따른 잉여 비트량은 다음 프레임의 화질 개선에 이용된다. 장면이 변할 경우 복원된 영상은 큰 양자화 오차를 포함하기 때문에 움직 보상 예측 부호화에서 구한 변위프레임 차신호가 큰 값이 되어 비트량이 증가하고 버퍼의 상태가 불안정하게 된다. 그러므로 본 논문에서는 누설요소를 장면이 변할 경우 0으로 하고 그이후의 프레임에서의 15/16으로 고정하여 전체왜곡레벨을 표준편차를 이용하여 조절한다. 실험결과 제안된 방법의 영상의 화질은 수 프레임내에 복원되고 버퍼상태도 신속히 안정화된다.
본 논문에서는 영상압축 표준 방식인 PEG과 JPEG2000등에서 사용하는 양자화 방식인 스칼라(Scalar) 양자화기의 특성을 이용한 블라인드 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 손실 압축 기술인 양자화로 인한 워터마크의 손실을 막기 위해 워터마크에 따라 양자화 인덱스를 선택하는 방법을 사용하였다. 따라서 워터마크 삽입을 위한 별도의 과정 없이 양자화 과정 중에 워터마크가 삽입되고 적용 분야에 따른 양자화기의 특성을 이용하므로 영상에 적응적이다. 알고리즘의 안정성을 높이기 위하여 LFSR(Linear feedback shift register)을 사용하여 워터마크를 재배열하였으며, 워터마크의 삽입 과정에서도 LFSR을 사용하여 삽입위치를 은닉하였다. 따라서 추출 시에 양자화 인덱스와 양자화기의 정보에 의해 원 영상 없이 워터마크의 추출이 가능하며, LFSR의 초기치를 아는 소유자만이 추출 및 판독이 가능하다. 삽입되는 워터마크는 시각적으로 인지할 수 있는 특정 로고 형태의 2진 영상을 사용하였다. 본 논문에서 제안한 기법은 JPEG과 PEG2000에 적용하여 워터마킹의 요구조건인 강인성(Robustness)과 비인지성(Imperceptibility)을 실험하였으며, 각 공격에 대하여 최대 $5.7\%$정도의 오차율(Error ratio)을 얻었다. 또한 기존의 방법과 비교한 실험에서도 PEG과 JPEG2000의 각 공격에 대해 약 4-5배정도의 우수한 오차 특성을 보여주고 있다.
HEVC 표준은 기존의 H.264 표준을 대체할 차세대 고효율 영상 압축 코덱이다. H.264 표준에 비해 약 50% 수준으로 비트레이트를 감소시켰지만 계산 복잡도는 약 1.4배 정도 증가하였다. 계산 복잡도를 낮추기 위해 다양한 고속화 알고리즘들이 제안되어 왔다. 인트라 코딩에는 rough mode decision(RMD) 기법이 적용되었다. 최적의 모드를 선정하기 위한 rate-distortion optimization (RDO) 과정은 복잡도가 높기 때문에 RMD를 사용하여 더 간소화된 방법으로 RDO 단계를 위한 후보 모드들을 선정한다. 그러나 큰 사이즈의 블록들의 경우 RMD 과정 역시 계산 복잡도를 줄일 필요가 있다. 본 논문에서는 RMD 과정에서 참조 픽셀을 가져오고, 예측 픽셀 생성하는 과정에서 다운 샘플링을 적용하였으며 참조 소프트웨어에 적용된 기존 RMD 방식에 비해 계산량을 70%가량 줄일 수 있었다. 이때 BDBR 증가는 0.04%로 미미한 수준이다. 제안한 다운샘플링 기법을 RMD 하드웨어에 적용하면 게이트 카운트는 약 33%, 버퍼의 크기는 약 66% 줄어든다.
차세대 영상압축 표준인 HEVC (High Efficiency Video Coding)에 적용되는 새로운 인트라 코딩 기법은 잔차 변환을 기반으로 하고 있다. HEVC는 공간상의 중복성을 줄이기 위해 다양한 방향의 공간 예측 방식을 하도록 만들어졌으며, 이를 위해 부호화 하려는 블록의 주변 화소들을 활용하고 있다. 본 논문에서 제안하는 HEVC 표준에서의 새로운 무손실 인트라 코딩 방식은, 공간적 예측을 위해 화소 단위 DPCM (Difference Pulse Code Modulation)을 수행하면서도 잔차 변환과, 잔차 변환의 결과로 얻어지는 잔차 신호에 대해 잔차 변환을 재차 시행하는 제 2차 잔차 변환을 사용하여 블록 단위 처리 구조를 유지하고 있다. 결과에서 보여지는 대로, 새로운 무손실 인트라 코딩 방식은 기존의 HEVC 표준과 비교하였을때 비트레이트를 평균 약 6.45%정도 감소시킨다.
단일 희석법을 이용한 X-선형광분광법으로 주석, 슬랙중 $Ta_2O_5$와 $Nb_2O_5$, $ZrO_2$등을 정량분석하였다. 이 방법은 표준 검정 곡선을 직선으로 되게끔 수학적으로 보정하는 것이다. 시료의 조성과 비슷한 한개의 합성표준시료와 분석시료를 무수물의 $Li_2B_4O_7$으로 묽혀서 각각 시료가 1%, 2%, 3%되게 한다. 묽힌 시료들을 $1150^{\circ}C$에서 30분간 용융하여 유리화된 구슬을 만든 다음, 곱게 갈아서, 다시 유압기로 압축하여 분석시편을 만든다. 이 시편을 사용하여 X-선 세기를 측정하고, 원소의 특성 X-선 세기에 관한 J. Scherman의 식으로부터 유도한 식에 대입하여 분석 결과를 계산했다. 이들 분석결과들을 표준검정곡선법으로 얻은 기준값과 잘 일치하며, 결과에 대한 재현성도 좋음을 보여 주었다.
디지털 TV 소프트웨어는 디지털 방송을 위한 수신기 시스템으로 가변적이고 복잡한 구조의 방송용 데이타를 대량으로 처리한다. 따라서 처리하는 데이타 구조의 복잡성과 데이타량의 방대함 때문에 디지털 TV 소프트웨어의 테스트를 위한 테스트 데이타 생성 작업은 쉽지 않다. 많은 시간과 비용이 소요될 뿐 아니라 디지털 TV를 위한 동영상, 압축 및 다중화에 대한 표준인 MPEG-2(Moving Picture Experts Groups-2)에 대한 지식도 필요하다. 본 논문에서는 디지털 TV 소프트웨어를 위한 MPEG-2 TS 형태의 테스트 데이타를 자동으로 생성하는 도구를 개발하였다. 이를 통해, 디지털 TV 소프트웨어에 대한 전문 지식 없이도 적은 비용으로 필요한 테스트 데이타를 획득할 수 있고 수작업으로 인해 발생할 수 있는 실수를 줄여 테스트 데이타의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한 MPEG-2 표준에 대한 정보를 데이타 베이스로 구축하고 이를 기반으로 테스트 데이타를 생성하므로 구성 테이블의 구조와 개수가 가변적인 MPEG-2 표준의 특성을 쉽게 수용할 있다.
부호화된 동영상 데이터를 전송할 때 발생하는 전송 채널상의 에러로 손실된 정보는 수신측의 복호화 된 영상의 화질을 크게 열화 시킨다. 특히 움직임 벡터나 매크로 블록 모드 정보와 같이 중요도가 높은 정보가 손실될 경우, 에러로 인한 이러한 화질 저하는 더욱 심각하다. 이러한 문제를 해결하기 위한 에러 강인 기술의 하나로, 압축동영상 정보의 중요도에 따라 정보를 분할하여 중요도가 높은 정보를 더욱 강하게 보호할 수 있는 데이터 분할 기술이 제안되었다. 그러나 실제 채널 망의 경우 전송 데이터의 서로 다른 중요도를 지원할 수 있도록 하기 위해 일반적으로는 중요한 정보의 경우 동일 패킷을 여러 번 보내는 방식으로 UEP 효과를 얻도록 한다. 본 논문은 이러한 전송환경 하에 동일한 패킷을 중복 전송하는 종래의 기법에 비해 전송 데이터 량을 감소시키면서도 전송 데이터 량 대비 화질을 증가시키기 위하여, H.264/AVC 표준의 데이터 분할 기술에 다중 표현 부호화 기술을 적용하여 데이터 분할 기술의 성능을 향상시키는 새로운 부호화와 복호화 방법을 제안한다. 제안된 방법은 데이터 분할된 H.264/AVC 표준의 움직임 벡터 정보를 효율적으로 다중 표현 부호화하고 독립적인 패킷으로 분할 전송함으로써 전송 에러에 의해 일부의 패킷을 손실하더라도 올바르게 전송된 패킷만으로 유사한 움직임 벡터 정보를 추정함으로써 에러 은닉 기술의 성능을 향상시키고 채널 에러의 영향을 최소화시킨다. 또한 제안된 다중표현 정합 알고리즘을 사용하여 움직임 벡터의 추정정확도를 향상시켜 복원영상의 화질을 개선한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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