최근 우리나라는 디지털 방송에서 3D 실험방송을 계획하고 있으며, 최소의 비용과 장비교체를 통해 스테레오 3D 방송을 준비하고 있다. 디지털 방송에서 스테레오 3D 영상 서비스의 제공은 기존 방송방식 뿐만 아니라 2D 사용자와의 호환성을 유지하면서 좌우영상을 서비스하는 것이 중요한 요소이다. 특히, 2D 영상(좌영상)의 서비스 품질을 유지하면서 새로운 3D(우영상)영상의 서비스가 가능해야 하기 때문에 디지털 방송, 특히 제한된 대역폭을 갖는 지상파 방송에서 스테레오 3D 방송을 위한 코덱기술의 변경 및 알고리즘 수정은 매우 중요한 이슈이다. 지상파 방송은 19.39Mbps의 제한된 대역폭에서 스테레오 3D 영상을 제공해야 하므로 기존의 2D(좌영상) 영상 코덱인 MPEG-2의 인코딩 성능을 개선할 필요가 있고, 3D(우영상) 영상에 대해서는 최신 비디오 코덱인 MPEG-4 AVC/H.264 보다 20~30% 향상된 코딩 알고리즘을 적용해야 한다. 본 논문에서는 기존 비디오 코딩 방식 및 새로운 코딩 알고리즘의 분석을 통해서 기존 2D 방송과 역호환성을 유지하면서 양질의 양안영상을 서비스 할 수 있는 가능성을 시험하였으며 해결방안을 제시하였다.
본 논문에서는 비디오 부호화에서 움직임 추정을 위한 고속 알고리즘을 제안한다. 기존의 고속 움직임 예측 방법들은 프레임에 따라 예측화질이 현저히 떨어지는 문제점을 가지고 있으며, 전영역 탐색기반의 향상 방법들은 계산량 감축이 높지 않은 문제점을 지니고 있다. 본 논문에서는 전영역 탐색기반의 방법에 비하여 예측화질은 거의 같게 유지하면서 불필요한 계산량을 현저히 줄이는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 움직임 벡터의 확률분포와 적응적인 탐색 패턴 및 적응적인 블록매칭기준을 이용한다. 움직임 벡터의 확률분포에 따라 탐색패턴을 달리하며, 블록매칭 기준의 비교값을 다르게 함으로써 예측화질을 유지하면서 계산량만 효율적으로 감축할 수 있다. 제안한 알고리즘은 기존의 전영역 탐색 기반인 H.264 PDE 고속 알고리즘과 비교하여 예측 화질의 저하가 0~0.02dB이며, 소요된 계산량은 20%~30%정도이다. 제안한 알고리즘은 MPEG-2 및 MPEG-4 AVC를 이용하는 실시간 비디오 압축 응용분야에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 기존의 전영역 탐색 방식의 계산량을 현저히 줄임과 동시에 동일한 예측 화질을 얻기 위해, 기준 블록의 복잡도 순서와 정방형 서브블럭을 가지고 복잡한 영역 세분화를 통한 고속 블록 매칭(block matching) 알고리즘을 제안하였다. 매칭 에러가 기준 블록 기울기 크기에 비례한다는 것을 이용하여 종래의 순차적인 매칭 스캔(matching scan) 과 행/열 기반의 적응 매칭 스캔 대신, 복잡도에 기초한 정방형 서브 블록(sub-block) 적응 매칭 스캔을 가지고 불필요한 계산을 효율적으로 줄였다. 제안된 알고리즘은 예측 화질의 저하 없이 기존의 PDE(partial distortion elimination) 알고리즘을 이용한 전영역 탐색 방법에 비해 $30\%$의 계산량을 줄였으며, MPEG-2 및 MPEG-4 AVC를 이용하는 비디오 압축 응용분야에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
근래의 무선망 및 인터넷의 초고속화에 따라 풍부한 멀티미디어에 대한 사용자의 요구가 증대되고 있으며, 이동 통신의 활성화 및 DMB(Digital Media Broadcasting)와 같은 통방융합 서비스의 등장으로 여러 네트워크 망을 통해 다양한 성능을 가진 단말로의 멀티미디어 서비스가 이루어지고 있다. 이러한 환경 변화에 따라 비트율을 줄이기 위한 비디오 압축 부호화 기술뿐만 아니라 시변의 전송 조건, 전송망 특성, 다양한 단말 성능, 사용자 선호도 등에 대한 비디오의 적응 기술에 관심이 모아졌으며, 그 결과 ISO/IEC MPEG(Moving Picture Experts Group) 및 ITU-T VCEG(Video Coding Experts Group)의 JVT(Joint Video Team)에서는 비디오 부호화의 스케일러빌러티(scalbility)를 제공하기 위한 SVC(Scalable Video Coding) 표준화를 진행하였다. 본 논문에서는 공간/시간/화질적 스케일러빌러티를 지원하기 위한 SVC의 대표적 표준 기술들에 대해 설명하고, 기존의 단일 계층(single layer) 부호화 방식과 비교하여 SVC의 부가 비트 요구량 및 부호화 효율에 대해 성능 평가를 하였다.
H.264/AVC는 최신의 국제 비디오 압축 표준으로 가변블록크기 지원, 다중 참조 프레임 움직임 보상 등의 기법으로 이전의 압축 표준인 MPEG-4, H.263등에 비해 비슷한 화질에서 비트율을 거의 50%정도 줄였다. 이러한 기법들로 압축 효율성이 높아진 반면, 계산 복잡도는 증가하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 움직임 벡터 예측인 MVP를 이용하여 시간적 상관성을 고려하고 프레임 내의 주위 매크로블록 모드정보에 가중치를 부여하여 부호화를 매크로블록의 최종 모드를 빠르게 선택하는 기법을 제안한다. 실험에서 JM10.2의 모드 선택기법과 비교한 결과, 평균 85%이상 선택한 모드가 동일함을 보여주었다.
International standard specification, H.264/SVC improved from H.264/AVC, is set up so as to promote free use of huge multimedia data in various channel environments.;H.264/AVC is a international standard speicification for video compression, adopted and commercialized as standard for DMB broadcasting by JVT of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG. SVC standard uses 'intra/inter prediction' in AVC as well as 'inter-layer intra prediction', 'inter-layer motion prediction' and 'inter-layer residual prediction' to improve efficiency of encoding. Among prediction technologies, 'inter-layer intra prediction' is to use co-located block of up sampled sublevels as a prediction signal. At this time, application of interpolation is one of the most important factors to determine encoding efficiency. SVC's currently using poly-phase FIR filter of 4-tap and 2-tap respectively to luma components. This paper is written for the purpose of analyzing encoding performance according to the interpolation. For this purpose, we applied poly-phase FIR filter of '2-tap', '4-tap' and '6-tap' respectively to luma components and then measured bit-rate, PNSR and running time of interpolation filter. We're expecting that the analysis results of this paper will be utilized for effective application of interpolation filter. SVC standard uses 'intra/inter prediction' in AVC as well as 'inter-layer intra prediction', 'inter-layer motion prediction' and 'inter-layer residual prediction' to improve efficiency of encoding.
최근 방송, 의료, 우주산업, 게임, UCC, 핸드폰 등 여러 사업 분야에 걸쳐 실제에 근접한 영상을 요구하고 있고 이것은 3D와 Ultra High Definition (UHD) 영상의 출현으로 현실화 되고 있다. UHD 급에 걸맞는 압축률을 위해 Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) 에서는 MPEG-4 Part 10 AVC/H.264를 뒤이을 차세대 코덱으로 High Efficiency Video Coding (HEVC) 를 개발을 시작했다. HEVC는 기존 MPEG-4 Part 10 AVC/H.264코덱과 비교해 40%이상의 압축률을 나타내지만 복잡도 역시 상승했다. 특히 복호화기에서 복잡도는 중요한 요소이며, 역 코사인변환 (Inverse Discrete Cosine Transform, IDCT) 은 전체 복호화시간의 8% ~ 16%를 차지하는 알고리즘이다. 본 논문에서는 IDCT 의 수행시간을 줄이기 위해 병렬프로그래밍 중의 하나인 SIMD명령어를 사용하여 효율적으로 병렬화 프로그래밍을 하는 기법들을 제안한다. 본 제안 기법은 IDCT 수행시간을 평균 59% 단축하는 결과를 보였다.
본 논문에서는 전영역 탐색기반의 방법에 비하여 예측화질은 거의 같게 유지하면서 불필요한 계산량을 현저히 줄이는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 움직임 벡터의 확률분포에 따라 탐색패턴을 달리하며, 블록매칭 기준의 비교값을 다르게 함으로써 예측화질을 유지하면서 계산량만 효율적으로 감축할 수 있다. 제안한 알고리즘은 기존의 전영역 탐색 기반인 H.264 PDE 고속 알고리즘과 비교하여 예측화질의 저하가 0~0.02dB이며, 소요된 계산량은 20%~30%정도이다. 제안한 알고리즘은 MPEG-2/4 AVC를 이용하는 실시간 비디오 압축 응용분야에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
본 논문은 차세대 영상 부호화 표준, H.264/MPEG-4 Part 10 AVC(Advanced Video Coding)와 기존의 정지 영상 부호화 표준, JPEG(Joint Photographic Experts Group)이 결합된 진보적인 정지 영상부호화(Advanced Image Coding, AIC) 알고리즘에 대하여 살펴본다. AIC 알고리즘은 H.264의 인트라 프레임 블록 예측 방법과 컨텍스트 기반 적응형 이진 산술 부호화(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding, CABAC), 그리고 JPEG 표준의 DCT 변환이 결합된 것이다. 본 논문에서는 AIC와 JPEG, JPEG-2000 등의 정지 영상 표준들의 성능을 비교 분석하고 그 결과를 제시한다.
본 논문에서는 MPEG-2, MPEG-4, H.264/AVC 및 VC-1 코덱 표준을 동시에 지원하는 멀티 포맷 비디오 복호기 (MFD)의 설계 방법을 제안한다. 제안하는 MFD는 디지털-TV SoC 에 필요한 고사양의 고화질급 비디오 처리를 목표로 하였다. 리스크 프로세서, 온칩 메모리 및 주변 회로 등의 크기가 큰 공용 자원들을 공유하여 크기를 최소화 하였다. 또한, 코덱 별로 추가 및 제거가 용이한 분리 가능한 구조를 사용하였다. 이러한 구조는 이미 설계되고 검증된 코덱의 안정성의 유지를 용이하게 해준다. 설계된 MFD는 65nm 공정에서 크기가 약 2.4M 게이트 이며, 동작속도는 225MHz이다. 본 논문에서 제안한 MFD는 현재까지 알려진 MFD 중 최고 성능인 고화질급(1080p@30fps) 이상의 비디오 디코딩을 지원하며, 가장 많은 종류의 비디오 코덱 표준을 지원한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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