• 방송공학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.836-846
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• 2014

최근 초고해상도(UHD: Ultra High Definition) 영상 서비스의 확산을 위하여 기존의 비디오 압축 기술인 H.264/AVC 대비 두 배이상의 압축 성능을 가지는 HEVC (High-Efficiency Video Codec)의 표준화가 완료되었다. 그러나 높은 압축 효과를 얻기 위하여 복잡한 연산이 필요한 기법들이 많이 도입되어 HEVC의 부호화 복잡도는 H.264/AVC보다 크게 증가되었다. 예로써 HEVC의 화면내 예측 부호화는 예측 모드을 최대 35개까지 확장함으로써 기존 H.264/AVC에 비해서 향상된 부호화 효율을 갖지만 화면내 부호화의 복잡도는 크게 증가되어 복잡도 감소 기법이 필요하다. 본 논문은 화면내 예측 부호화에 사용되는 예측 모드 35가지를 비디오 해상도와 양자화 파라미터 크기를 고려하여 4개의 세트로 분류하고 비디오 해상도에 따른 PU (Prediction Unit)의 크기의 점유율에 따라 예측 모드 개수를 변경함으로써 계산 복잡도를 감소시키는 기법을 제안한다. 실험 결과를 통해 제안된 기법을 적용함으로써 대략 2%의 BD-rate 증가로 부호화 시간을 7% 가량 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

• 방송공학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.578-591
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• 2016

본 논문에서는 HEVC 부호화기의 속도를 향상시키기 위하여, 움직임 벡터의 군집화를 통한 코딩 블록의 최대 분할 깊이를 결정하는 방법을 제안한다. 현재 HEVC (High Efficiency Video Coding)의 참조 소프트웨어 HM은 최적의 코딩 블록 구조를 찾기 위해 다양한 코딩 블록의 깊이들에 대한 율-왜곡 최적화 (RDO: Rate-Distortion Optimization)를 수행한다. 하지만 이는 부호화기의 높은 복잡도를 차지하는 요소 중 하나로 보고된다. 본 논문에서는 최적의 코딩 블록 구조를 움직임 벡터의 군집화 된 결과에 따라 결정함으로써, 부호화 과정에서 코딩 블록 구조를 찾기 위한 RDO의 복잡도를 줄임으로써 부호화기의 속도를 향상시키는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 전처리 과정으로부터 원본 영상에 대한 움직임 벡터 계산, 이를 통한 계층적 군집화를 수행하여, 군집화된 경향을 기반으로 코딩 블록의 최대 깊이를 결정한다. 본 논문의 제안하는 방법은 HEVC 참조 소프트웨어 대비 평균 1.45% BD-rate 손실이 있었으며 평균 16%의 부호화 속도 향상을 보였다. 또한, 기존의 고속화 방법과 함께 적용한 경우 1.84% BD-rate 손실과 45.13%의 평균 부호화 속도 향상을 나타냈다.

• 방송공학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.354-362
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• 2012

MPEG과 ITU-T에서 최근 표준화가 진행되고 있는 HEVC는 H.264/AVC에 비해, CU(coding unit), PU(prediction unit), TU(transform unit)의 다양한 형태 분할 단위를 갖는 것을 큰 특징으로 한다. 이 중, CU와 TU는 쿼드트리 형태의 재귀적 분할 구조를 가지도록 구성되는데, 압축 효율은 향상시키지만 높은 부호화 복잡도를 갖는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 재귀적 분할 구조에서의 rate-distortion cost를 조건부 확률을 이용한 통계적 분석 방법을 사용하여, 분할이 일어나는 경우와 그렇지 않은 경우로 분류하는 방법을 제안한다. 제안한 방법을 HEVC의 재귀적 CU 부호화에 적용한 결과, 부호화 복잡도를 32% 가량 감소시키면서 압축 효율하락은 0.4-0.5%로 억제할 수 있었다. 또한, HM4.0에 구현되어 있는 고속 탐색 알고리즘과 함께 사용하는 경우, 압축 효율 하락을 0.9%로 억제하면서 부호화 복잡도를 1/2로 감소시킬 수 있었다.

• 방송공학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.355-361
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• 2014

본 논문에서는 HEVC(high efficiency video coding)의 루프내 필터 중 하나인 SAO (sample adaptive offset) 기술을 고속화하는 방법을 제안한다. 기존의 SAO는 원 영상과 복원된 영상 간의 오차를 최소화하기 위한 오프셋 값을 각 CTB마다 계산한다. 최적의 오프셋 값 결정을 위해 오프셋 값 후보군 내의 모든 오프셋 값을 검사한 후, 율-왜곡 비용 값을 최소화하는 오프셋 값을 선택한다. 따라서 SAO는 HEVC 부호기에서 상당한 양의 복잡도를 차지한다. 제안한 방법에서는 오프셋 값의 통계적 특성을 고려해 사용 빈도가 낮은 밴드를 결정하고, 사용 빈도가 낮은 밴드에 포함되는 오프셋 값을 처리하지 않는다. 또한, 오프셋 값 결정 단계에서 후보군 내의 모든 오프셋 값 대신 일부 오프셋 값만 검사한다. 실험 결과를 통해 제안한 방법이 큰 부호화 효율 감소 없이 약 8.15%의 부호화 시간을 감소시키는 것을 확인했다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권3호
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• pp.1195-1211
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• 2016

The emerging video coding standard High Efficiency Video Coding (HEVC) has shown almost 40% bit-rate reduction over the state-of-the-art Advanced Video Coding (AVC) standard but at about 40% computational complexity overhead. The main reason for HEVC computational complexity is the inter prediction that accounts for 60%-70% of the whole encoding time. In this paper, we propose several fast coding unit (CU) encoding schemes based on the Merge mode and motion estimation information to reduce the computational complexity caused by the HEVC inter prediction. Firstly, an early Merge mode decision method based on motion estimation (EMD) is proposed for each CU size. Then, a Merge mode based early termination method (MET) is developed to determine the CU size at an early stage. To provide a better balance between computational complexity and coding efficiency, several fast CU encoding schemes are surveyed according to the rate-distortion-complexity characteristics of EMD and MET methods as a function of CU sizes. These fast CU encoding schemes can be seamlessly incorporated in the existing control structures of the HEVC encoder without limiting its potential parallelization and hardware acceleration. Experimental results demonstrate that the proposed schemes achieve 19%-46% computational complexity reduction over the HEVC test model reference software, HM 16.4, at a cost of 0.2%-2.4% bit-rate increases under the random access coding configuration. The respective values under the low-delay B coding configuration are 17%-43% and 0.1%-1.2%.

• 방송공학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.28-41
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• 2017

본 논문에서는 사람의 인지특성을 기반으로 대조 민감도에 의해 나타나는 특성을 모델링 한 JND (Just Noticeable Difference) 모델을 비디오 코딩에 적용하여 압축률을 높이는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 JND 모델에 따른 임계치를 기준으로 양자화 단계에서 비가시 신호를 제한하여 주관적 화질을 유지하면서 비트율을 낮추는 방법으로, 변환을 통해 주파수 도메인으로 변환된 잔차 신호들을 양자화 단계에서 입력으로 받아 신호제한 및 양자화를 수행한다. 양자화 단계에서 주파수 도메인의 신호가 JND 관점에서 유사하게 인지되는 기준 임계치를 구해 잔차 신호에서 비가시 신호를 제한하고 양자화를 수행한 후, 최적의 율-인지왜곡 비용을 갖는 양자화 계수를 선택함으로써 비트율을 절감시킨다. 제안하는 알고리즘의 성능 검증은 최신 비디오 압축 표준인 HEVC (High Efficiency Video Coding)의 참조 소프트웨어인 HM16.0에 적용했으며, CTC (Common Test Condition)의 Random Access 모드에서 HM 16.0을 통해 압축된 영상 대비 평균 4.11%, BQTerrace 영상의 양자화 파라미터 22에서 최대 17.22%의 비트율 절감을 보였으며, Low Delay 모드에서 평균 7.16%, 최대 22.55%, All intra 모드에서 평균 13.41%, 최대 21.64%의 비트율 절감을 보였다. 5명의 평가자들의 주관적 화질 측정으로 평균 DMOS (Difference Mean Opinion Score) 값은 최대 약 0.36 최소 0 정도의 분포를 보였다.

• 방송공학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.1-14
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• 2017

본 논문에서는 HEVC (High Efficiency Video Coding) 부호화기의 성능 향상을 위한 적응적 참조 구조 변경 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 입력 영상 내에 장면 전환, 장면 회전, Light on/off, Fade in/out 등의 이벤트 발생 시 저하되는 화면 간 예측의 성능을 향상시키기 위해 참조 픽쳐 리스트를 수정하여 참조 구조를 변경한다. GOP (Group Of Pictures) 단위로 한정된 계층적 참조 구조에서 영상 이벤트가 발생한 픽쳐를 기준으로 두 개의 서브 그룹으로 분할하고 각각의 서브 그룹 내에서 참조 픽쳐를 결정한다. 이를 통해, 시간적 중복성이 높은 참조 픽쳐를 화면 간 예측에서 사용하여 부호화 효율을 향상시킨다. 또한, HEVC의 계층적 부호화 구조 특징을 이용하여 이벤트 발생 후 처음으로 부호화되는 픽쳐를 CRA (Clean Random Access) 픽쳐로 변경하여 부호화 속도를 향상시키는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 이벤트 발생 후 처음으로 부호화되는 프레임은 화면 내 예측이 매우 높은 확률로 선택된다는 통계적 특징을 기반으로 화면 간 예측을 수행하지 않는다. 실험 결과 본 논문에서 제안하는 적응적 참조 구조 변경 방법은 HM 16.0 대비 CTC (Common Test Condition)에서 평균 0.3%의 BD-rate를 개선하였으며 부호화 속도는 평균 4.9% 향상시켰다. 또한, 이벤트 발생에 따른 픽쳐 타입 변경 방법은 평균 0.11%의 BD-rate 저하가 있었지만 부호화 속도를 평균 12.2% 향상시킬 수 있었다.

• 방송공학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.341-348
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• 2016

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.

• 방송공학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.1029-1039
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• 2012

본 논문에서는, 인터 예측시 움직임 벡터의 해상도를 나타내는 1비트 플래그를 두어 적응적으로 1/4 해상도의 움직임 벡터와 1/8 해상도의 움직임 벡터를 선택하고 부호화하는 방법을 제안한다. 현재 HEVC에서는 1/4 해상도의 움직임 벡터만을 이용하여 부호화하는데, 영상 신호의 변화가 복잡한 영역에서 1/4 해상도의 움직임 벡터만으로는 충분한 효율을 얻어내지 못한다. 따라서 본 논문에서는 PU마다 해상도 플래그를 1비트 추가하여 적응적으로 움직임 벡터의 해상도를 결정할 수 있도록 한다. 제안한 방법의 실험 결과로서, 인코더의 복잡도는 30%~33% 증가하고 디코더의 복잡도는 1%~5% 증가하였지만, 휘도신호의 압축효율은 최대 5.3% 좋아졌으며, 색차신호의 압축효율은 최대 7.9% 좋아졌다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2015년도 추계학술대회
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• pp.875-878
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• 2015

본 논문에서는 고성능 HEVC 부호기 화면내 예측기의 적은 연산 시간 및 연산 복잡도, 하드웨어 면적 감소를 위한 하드웨어 구조를 제안한다. 제안하는 화면내 예측기의 하드웨어 구조는 연산 복잡도를 감소시키기 위해 공통 연산기를 사용하였고, 저면적 하드웨어 구조를 위해 $4{\times}4$ 블록 단위 연산기를 사용하였다. 공통 연산기는 모든 예측모드의 예측픽셀 생성과 필터링 과정을 하나의 연산기로 처리하기 때문에 연산기의 개수를 감소시킨다. 화면내 예측 하드웨어 구조는 $4{\times}4$ PU 공통 연산기를 사용하여 하드웨어 면적은 감소 시켰으며, $32{\times}32$ PU까지 지원하는 하드웨어 구조로 설계하였다. 제안하는 하드웨어 구조는 10개의 공통 연산기를 사용하여 병렬처리함으로써 화면내 예측의 수행 사이클 수를 감소시킨다. 제안하는 화면내 예측기의 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계하였으며, TSMC $0.13{\mu}m$ CMOS 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 41.5k개의 게이트로 구현되었다. 제안하는 화면내 예측기 하드웨어 구조는 150MHz의 동작주파수에서 4K UHD@30fps 영상의 실시간 처리가 가능하며, 최대 200MHz까지 동작 가능하다.