디지털 TV 화질 개선을 위한 전송 오류 은폐 기법

Error Concealment Techniques for Image Quality Improvement of Digital TV

디지털 TV의 영상 신호를 전송하기 위해 많이 사용되는 MPEG-2 비디오 압축 비트열은 전송 채널의 오류에 매우 민감하다. 즉, MPEG-2 비디오 압축 알고리즘의 부호화 비트열에서 단 하나의 비트 오류만 발생하더라도 현재 복호할 화면에 화질 저하를 초래할 뿐만 아니라, 이후에 복원되는 화면에도 많은 영향을 미친다. 오류은폐 기법은 정상적으로 복원된 화면의 공간적 또는 시간적 상관정보를 이용하여 현재 화면의 손상된 부분의 복원을 시도한다. 본 논문에서는 MPEG-2 비디오 압축 비트열에서 전송오류의 영향을 분석하고, 화면들 사이에 존재하는 시간적인 중복성을 이용하여 손상된 매크로블록의 움직임 벡터를 추정한다. 즉. 손상된 매크로블록의 위와 아래에 인접한 화소 값을 이용하여 움직임 벡터를 추정하고, 이를 사용하여 손상된 부분을 움직임 보상시켜서 오류를 은폐시킨다. 본 논문에서 제안된 방법들 중에서 주변 움직임 벡터들의 가중치를 이용한 합산 방법과 초기 움직임벡터를 이용한 확장 영역 움직임 추정 방법이 시각적으로나 PSNR 비교에서 우수한 결과를 보였다.

Compressed bitstreams generated by an MPEG-2 video encoder (or digital TV picture transmission are quite sensitive to channel errors. Due to the coding structure of the MPEG-2 video compression algorithm, a single bit error can affect not only the current Picture frame but also succeeding frames. Error concealment algorithms attempt to repair damaged portions of the picture by exploiting spatial and temporal redundancies in the correctly received and reconstructed video frames. In this paper, we analyze the effect of channel errors in MPEG-2 video bitstreams and estimate lost motion vectors by exploiting temporal redundancies in the video frames. Motion vectors can be estimated from the vertically adjacent extended region of lost macroblocks. Finally, we conceal the damaged macroblocks by compensating the displacement with the estimated motion vectors. Simulation results demonstrate that both the weighted sum algorithm and the extension matching algorithm achieve good performance in terms of PSNR values as well as subjective image quality.