Joint Quality Control of MPEG-2 Video Programs for Digital Broadcasting Services

디지털 방송 서비스를 위한 MPEG-2 비디오 프로그램들의 결합 화질 제어

In digital broadcasting, services such as digital satellite TV, cable TV and digital terrestrial TV, several video programs are compressed by MPEG-2, and then simultaneously transmitted over a conventional CBR (Constant Bit Rate) broadcasting channel. In this paper, we propose a joint quality control scheme to be able to accurately control the relative picture quality among the video programs, which is achieved by simdt;,nL'Ously controlling the video encoders to generate the VBR (Variable Bit Rate) compressed video streams. Our quality control scheme can prevent the video buffer overflow and underflow by total target bit allocation process, and also exactly control the relative picture quality in terms of PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) between some programs requiring higher picture quality and others by rate-distortion modification. Furthermore we present a rate-distortion estimation method for MPEG-2 video, which is base of our joint quality control, and verify its performance by experiments. The most attractive features of this estimation method are as follows: 1) computational complexity is low because main operation for the estimation is to calculate the histogram of OCT coefficients into quantizer; 2) estimation results are very accurate enough to be applied to the practical MPEG-2 video coding applications. Simulation results show that the proposed joint quality control scheme accurately controls the relative picture quality among the video progran1s transmitted over a single channel as well as provides more consistent and higher picture quality than independent coding scheme that encodes each program independently.

현재 디지털 위성 TV, CATV, 디지털 지상 TV와 같은 디지털 방송 서비스에서는 MPEG-2로 압축된 다수의 비디오 프로그램들을 일정 비트율을 갖는 하나의 기존 방송 채널을 통하여 동시에 전송한다. 본 논문에서는 이러한 환경에서 각 프로그램을 VBR (Variable Bit Rate) 압축 부호화하는 부호화기들을 동시에 제어함으로써 프로그램들간의 상대적 화질을 정확하게 제어할 수 있는 결합 화질 제어 방식을 제안한다. 제안된 방식은 결합 화질 제어되는 모든 프로그램의 영상들에 대한 전체 목표 비트 할당과정에서 비디오 버퍼의 넘침과 고갈을 방지하고, 비트율-왜곡 곡선의 변형처리에 의하여 고화질을 요구하는 프로그램들과 나머지 프로그램들의 상대적인 화질을 PSNR 관점에서 정확하게 제어한다. 한편 본 논문에서는 결합 화질 제어의 기반이 되는 MPEG-2 비디오에 대한 비트율-왜곡 추정 방식을 제시하고 시험을 통하여 성능을 평가한다. 제안된 비트율-왜곡 추정의 장점은 추정을 위한 주 연산이 양자화기에 입력되는 DCT 계수의 히스토그램을 구하는 것이므로 계산량이 매우 적고, 추정 결과가 실제의 MPEG-2 비디오 응용에 적용할 수 있을 만큼 정확하다는 것이다. 실험 결과 제안된 화질 제어 방식을 한 채널을 통해 전송되는 비디오 프로그램들간의 상대적인 화질을 매우 정확하게 제어할 뿔만 아니라 각 프로그램을 독립적으로 부호화하는 방식에 비하여 보다 일관된 화질과 향상된 화질을 제공함을 확인하였다.