본 논문은 웨이브릿을 기반으로 하는 EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 복호기의 설계와 구현에 대하여 소개한다. EZW 부호화는 zerotree를 이용하는 부호화 방법으로서 웨이브릿 변환된 영상이 지니고 있는 계수의 특징을 잘 활용한 부호화 방법이다. EZW 복호화는 EZW 부호화와 대칭 관계를 갖는 구조로 구성되어 있다. EZW 복호기는 부호화의 결과로 생성된 파일의 bit stream을 입력으로 받아서 dominant와 subordinate pass로 구성된 2-pass의 EZW 복호화 과정을 수행하여 부호화 이전의 웨이브릿 변환된 입력 영상의 계수값을 복원한다. 복원된 웨이브릿 변환된 영상의 계수 값은 IDWT(Inverse Discrete Wavelet Transform)를 수행하여 부호화 되기 이전의 원래의 영상으로 재구성된다.
본 논문에서는 Sharipo에 의해 소개된 EZW(embedded zerotree wavelet) 알고리즘을 개선하여 실시간 처리가 가능하며 효율이 더 좋은 방법을 제안하였다. 기존의 EZW는 각각의 심벌(symbol)마다 2비트를 할당하는데 이는 각 대역(band)에서 나타날 수 있는 심벌의 수를 고려하지 않고 부호화를 수행하는 것이므로 압축 효율이 떨어지는 단점이 있으며 부호화 과정에서 제로트리 코딩(zerotree coding)을 함으로써 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 각 역별로 심별마다 가변 비트를 할당하여 압축 효율을 높였다. 그리고 Backscan방식을 사용하여 부호화 시간을 상당히 단축하였고 웨이블릿(wavelet) 변환을 리프팅 구조로 나타내어 전체적인 부호화 시간을 줄였다. 실험 결과 본 논문에서 제안한 방법이 기존의 EZW보다 PSNR은 약 0.3∼l.5[㏈], 부호화 시간은 2∼10배 이상 향상됨을 확인하였다.
본 논문은 웨이블릿 변환 과정을 통해서 분해한 영상을 Shapiro가 제안한 효율적인 영상 압축 방법인 EZW(Embedded Zerotree Wavelet)알고리즘을 하드웨어로 설계하였다. 이를 위한 하드웨어 구조를 제시하고 VHDL로 모델링 하여 FPGA를 통해 검증하였다.
EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 알고리즘이 소개된 이래 일련의 내장형 웨이브렛 코딩 방법들이 제안되어 져왔다. 이들의 하나의 공통된 특징은 EZW 알고리즘의 기본 아이디어를 근간으로 한다는 점이다. 특히 SPIHT(Set Partitioning in Hierarchy Trees) 알고리즘은 이들 중의 하나로서 산술 코더를 사용하지 않더라도 EZW와 같거나 혹은 더 나은 성능을 제공할 수 있기 때문에 널리 알려져 왔다. 이러한 SPIHT 알고리즘은 계산적으로 단순하면서도 뛰어난 수치적, 시각적 결과를 제공한다. 그러나 SPIHT 알고리즘의 처리 시간복잡도(time complexity)에 대한 평가는 상대적인 비교를 통해 효과적임을 실험적으로 확인한 것에 불과하고 지금까지 엄밀한 시간복잡도 해석이 행하여지지 않았다. 본 연구에서는 SPIHT 알고리즘의 처리 시간복잡도를 해석하고 한 비트평면 처리에 대한 최악의 경우(worst case) 시간복잡도가 O(nlog$_2$n)임을 증명한다.
본 논문에서는 멀티웨이브릿 필터뱅크를 이용한 임베디드 제로 트리구조의 영상압축 기법을 제안한다. 멀티웨이브릿은 두 채널의 필터 뱅크를 갖는 새로운 방법의 DGHM스케일링 함수와 웨이브릿 함수를 사용한다. 임베디드 제로 트리 코딩은 영상압축을 위하여 사용한다. 각 스케일링 및 웨이브릿 함수는 두 개의 필터뱅크를 사용한다. DGHM 멀티웨이브릿의 중요한 특성은 직교성과 근사화 차수이다. 본 논문에서 사용한 DGHM 멀티웨이브릿은 근사화 차수가 2인 높은 에너지 압축성과 완전복원을 가진다. DGHM 멀티웨이브릿을 사용한 영상압축은 단일 Daubechies 웨이브릿(D4), 쌍직교 웨이브릿, 및 GHM 멀티웨이브릿 보다 압축율에 대한 우수한 PSNR을 가진다.
An improved zerotree-structure based wavelet coding algorithm is proposed. When the descendants of a significant coefficient are all zerotree, its four-childs are coded respectively in conventional EZW. But in the proposed algorithm, a new symbol is assigned for the significant coefficient. Entropy for both methods are analyzed and new coding scheme is proposed. The experimental results show that the Proposed algorithm has a better performance than the original EZW algorithm.
미래의 무선과 휴대용 계산 응용에서 DCT 대체할 수 있는 가역적인 블록 변환의 구현을 제시하였다. 이것을 binDCT라 불린다. BinDCT에서 정방향과 역방향 변환들은 이진 천이와 더하기 연산으로 구현될 수 있다. 그리고 binDCT는 바람직한 DCT 특징인(고코딩이득, DC손실 없음, 대칭적인 기저함수, 재귀적 구성)을 유지한다. 또한 binDCT는 lifting 특징인(빠른 구현, 가역적인 정수대정수 매핑, 내부 계산)을 유지한다. 따라서 복잡한 DCT 연산을 보다 빠르게 실행할 수 있는 장점을 가진다. 이 논문에서는 DCT와 binDCT의 계산비용과 성능분석을 Shapiro의 EZW을 사용하여 제시하였다.
임베디드 제로트리 웨이블렛(EZW : Embedded Zerotree Wavelet) 알고리즘은 원본 영상을 웨이블렛 변환하고 그 변환된 데이터를 이용하여 영상을 압축하는 기법으로써, 간단한 구조형태를 이루며 그 효율이 또한 매우 우수한 알고리즘이다. 본 논문은 이를 개선하여 압축 효율을 향상 시킨 것이다. 기본적으로 임베디드 제로트리 웨이블렛 알고리즘은 웨이블렛 변환된 데이터의 중요도를 판단하고, 그 중요도와 위치정보를 4가지로 분류하여 저장하게 된다. 이 부호는 P, N, Z, T로 나타내며 이중 P,N은 데이터의 크기와 관련한 중요도를 의미하고, 그 위치 정보를 Z, T 부호로 나타낸다. 각각의 부호들은 주부호화 과정을 통해 저장되게 되는데 이때 Z, T의 정보가 중복저장 되어 데이터양이 증가하게 된다. 본 논문에서는 중복 저장되는 데이터 량을 줄이기 위해 기존의 부호에 중복 기능을 나타내는 4가지 부호를 추가한 수정된 임베디드 제로트리 알고리즘을 제안하고, 이를 확장 임베디드 제로트리 웨이블렛(EEZW, Extended Embedded Wavelet) 알고리즘으로 명명하였다. 제안된 알고리즘은 다양한 영상을 대상으로 영상 품질을 정량적으로 표현한 PSNR(Peak Signal To Noise Rate) 수치를 비교하여 우수한 결과를 확인하였다.
본 논문에서는 이종 환경에서 효과적으로 사용할 수 있도록 다중 계층형 비트열을 생성할 수 있는 계층형 동영상 부호화 방식을 제안한다. 제안하는 부호화 기법에서는 시축 해상도의 확장성(scalability)을 지원하기 위해 시축 계층구조에서 새로운 움직임 추정 구조를 가지도록 하고, 웨이브릿 분할을 이용하여 공간 확장성까지도 지원하도록 한다. 움직임 추정과 보상을 사용하여 시축 중복성을 더욱 줄여 조건 갱신 방식보다 압축률을 향상시킬 뿐만 아니라‘분산 부대역 인트라 갱신’기법을 사용하여 동적 적응이나 에러에 대해서도 효과적으로 동작할 수 있다. 또한 EZW (embedded zerotree wavelet) 기법을 사용하여 임베디드 비트열을 생성함으로써 추후에 데이터율 확장성을 쉽게 얻을 수 있도록 하였다. 따라서 제안하는 부호화 기법은 인터넷이나 ATM, 무선망과 같이 상호 운용과 확장성을 필요로 하는 네트웍 상에서 매우 효과적으로 사용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 웨이블릿 계수의 비트 레벨 정보를 사용한 영상 부호화 기법을 제안한다. 제안한 방법은 수정된 EZW 알고리즘과 부호화 과정 시 요구되는 메모리 사용량을 줄이기 위해 웨이블릿 계수들의 비트 레벨 정보를 가지는 중요 계수 배열을 사용한다. 중요 계수 배열은 웨이블릿 계수의 비트 레벨 정보를 저장하는 이차원 자료 구조로서, 제안된 알고리즘은 이것을 이용하여 중요한 계수에 대한 부호화 과정과 계수들의 비트 레벨 정보의 부호화 과정을 한 번에 수행할 수 있다. 실험 결과 기존의 부호화 방법보다 화질 면에서 비슷하거나 우수한 성능을 보인다. 특히 중요 계수 배열은 이용한 최소의 메모리 사용으로 다양한 비트율에서 영상의 일그러짐 없이 안정적으로 동작함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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