본 논문은 현재의 인터넷에서 서비스하기 어려운 HDTV급의 고화질 영상의 다채널 비디오 스트리밍 서비스를 효율적으로 하는 방법에 대해 설명한다. 현재의 인터넷에서는 인터넷의 특성상 다채널스트리밍 서비스가 힘든 상황이며, 이러한 부분을 해결하고자 코덱을 개선하거나 QoS 매커니즘을 적용하는 방법이 제안되고 있다. 하지만 추후 HDTV의 보급확산에 따른 HDTV급의 다채널 스트리밍 서비스는 망의 대역폭 확장만으론 해결하기 힘든 부분이다. 이에 본 논문은 IPv6 프로토콜을 사용하는 차세대인터넷에서 HDTV급의 영상을 다채널로 스트리밍 하는 효율적인 방법을 제시하며, 이를 통해 사용자들은 인터넷망을 통해 다채널의 HDTV급의 영상을 서비스 받을 수 있고, 사용자간에 HDTV 급의 화상회의 도구로도 활용할 수 있게 된다.
본 논문에서는 버스안전을 위한 다중 HD 카메라 기반의 IP통신망 AVB(Audio Video Bridge) 이더넷 케이블을 연동한 FPGA(Xilinx Zynq702)로 멀티뷰어 플랫폼을 제안하였다. 이러한 AVB(IEEE802.1BA) 시스템은 차량용 네트워크에서 다중 HD 비디오와 오디오 디지털 신호의 실시간 전송이 가능하다. 제안한 멀티뷰어 플랫폼은 기존 이더넷 케이블 1Gbps전송과 2-선 100Mbps 스트림 전송방식을 통해 4개의 초광각 HD 카메라로 부터 H.264 비디오 신호를 다중화하기 위한 지연속도의 개선을 위해 FPGA로 설계하였다. 아울러, 차량용 HD 동영상 전송망에서 시간지연을 최소화하기 위한 AVB 플랫폼은 Zynq 702기반의 H.264 AVC 저지연 코덱의 설계 방안을 제안하였다. 이러한 H.264 AVC 코덱의 부호화/복호화 결과확인을 위해 JM 모델을 참조한 PSNR(Peak Signal-to-noise-ratio)을 분석하였다. 설계한 Zynq 702기반의 H.264 AVC CODEC은 다중 HD 카메라의 다중뷰어 동영상 손실 압축에서 화질 손실에 대한 PSNR은 이론 값과 유사한 HW 결과 값을 확인하였다. 이로서 제안한 AVB기반의 다중 HD 카메라 연동형 멀티뷰어 플랫폼은 H.264 AVC CODEC의 저지연 특성이 차량용 특성에 만족함으로서 버스안전을 위한 주변의 오디오와 비디오 영상감시가 가능할 것이다.
인터넷이 일상생활에 다양하게 활용되면서 인터넷 채널을 통한 정보의 형태는 문자와 이미지 외에 음성, 오디오 신호 및 동영상 부분까지 확대되고 있다. 본 논문에서는 MPEG4-CELP를 인터넷 화상 통신의 음성 코덱용으로 사용하기 위한 최적화 기법 및 알고리듬의 개선을, DSP칩이 내장된 보드가 아닌 인터넷의 터미널로 사용되고 있는 펜티엄 프로세서를 장착한 PC에 초점을 맞추어 수행하였다. MPEG4-CELP VM C소스를 분석 및 프로파일(Profile)한 결과를 토대로 패라미터 추출을 위해 많은 연산을 수행하는 부호화기에 대해서 CPU상에 부하를 많이 주는 함수들을 제 1차 최적화 대상 함수들로 선정하고, CPU에 부하를 많이 주지는 않으나 호출되는 회수가 많은 함수를 2차 최적화 대상 함수로 선정해, C소스 레벨의 소프트웨어 파이프 라이닝(Software Pipelinging) 기법들을 적용하여 최적화를 수행하였다. 또한 1차 최적화 대상 함수의 경우에는 소프트웨어 파이프라이닝의 적용과 함께 연산량 감소를 위한 알고리듬 변형까지 수행하였다. 위의 과정을 거쳐 최적화 된 MPEG4-CELP는 펜티엄Ⅲ 450㎒ PC에서 음성을 부호화 하는데 원 VM소스에 비해 약 2배정도의 시간이 단축되는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 JCT-VC 에서 2013 년 1 월에 표준화가 완료된 High Efficiency Video Coding (HEVC)과 구글에서 2013 년 6 월에 개발 완료 예정인 VP9 의 압축 효율 비교를 수행한다. HEVC 는 UHD 등 고화질 방송 등에 대응하도록 디자인 되었으며, VP9 은 유튜브 (YouTube) 등과 같은 인터넷 비디오 스트리밍에 적합하도록 디자인되었다. VP9 의 경우 HEVC 와는 달리 로열티 프리 (royalty-free)를 지향하며 오픈소스 (open source) 방식으로 개발이 진행되고 있다. 본 논문에서는 HEVC 와 VP9 의 디자인 차별점을 소개하고, 랜덤 액세스 환경(Random Access, RA)과 저지연 환경 (Low Delay, LD)에서 HEVC 와 VP9 의 압축 효율을 비교한다. 실험 결과에 따르면, 방송 및 패키지 미디어 등에서 많이 사용될 랜덤 액세스 환경에서는 VP9 이 HEVC 대비 32.7% 열세를 보인다. 비디오 컨퍼런스등과 같은 저지연 환경에서는 VP9 이 HEVC 대비 26.7% 열세를 보인다. VP9 의 경우 개발이 완료된 것이 아니므로, 향후 압축 효율의 향상이 있을 것으로 기대된다.
These days, many image processing techniques have been studied for effective image compression. Among those, 2D image filtering is widely used for 2D image processing. The 2D image filtering can be implemented by performing ID linear filtering separately in the direction of horizontal and vertical. Efficiency of image compression depends on what filtering method is used. Generally, circular convolution is widely used in the 2D image filtering for image processing. However it doesn't consider correlations at the region of image boundary, therefore filtering can not be performed effectively. To solve this problem. I proposed new convolution technique using Symmetric-Mirroring convolution, satisfying the 'alias-free' and 'error-free' requirement in the reconstructed image. This method could provide more effective performance than former compression methods. Because it used very high correlative data when performed at the boundary region. In this paper, pre-processing filtering in H.264 codec was adopted to analyze efficiency of proposed filtering technique, and the simulator developed by Matlab language was used to examine the performance of the proposed method.
차세대 동영상 표준 코덱인 High Efficiency Video Coding(HEVC)은 기존의 AVC/H.264 보다 동일 화질 대비 최대 약 2배의 압축 성능을 보여준다. 이러한 HEVC의 성능을 얻기 위하여 복잡한 연산이 많은 기법이 도입되었고 이로 인하여 HEVC의 시간 복잡도는 AVC/H.264보다 더욱 증가하였다. HEVC의 시간 복잡도를 줄이기 위해서 다양한 고속 알고리즘이 논의되고 있고 인트라 예측 모드에서의 고속 알고리즘 연구 또한 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 인트라 예측 모드 결정과정에서 HEVC에 구현된 Rough mode decision(RMD)와 Most probable mode(MPM)의 결과를 활용하여 고속화된 최종예측 모드 결정 방법을 제안한다. 실험 결과, HM 10.0의 All Intra 환경을 기준으로 BD-rate에서 약 0.9%의 손실과 함께 평균 24%의 속도 향상을 얻을 수 있었다.
동영상 압축 비트열은 전송 오류에 매우 민감하다. 만일 전송열 패킷이 손실되거나 손상되어 수신되면, 현재 복호하는 화면 뿐만 아니라, 연속적으로 복호될 화면들에도 화질 저하를 초래한다. 오류은닉 기술은 오류가 없이 수신된 영상 정보를 이용하여 손상된 부분을 은폐하여 화질 저하를 최소화시키는 기법이다. 한가지 방법은 손상된 매크로블록의 움직임 벡터를 추정하고 추정된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상함으로써 손상된 부분을 은닉시키는 방법이 있다. 본 논문에서는 매크로블록의 왜곡 모델을 제시하여 손상된 매크로블록의 추정된 움직임 벡터로 움직임 보상하여 은폐하는 방법이 타당함을 증명한다. 오류은닉의 성능을 향상시키기위해 옵티컬 플로우 기반의 움직임 벡터 추정 방법을 제안하고 다른 움직임 벡터 복원에 의한 오류은닉 방법들과 성능을 비교한다. 또한 제안된 방법은 기존의 방법들보다 계산량이 적은 장점이있다.
본 논문에서는 동영상 콘텐츠의 저작권 보호를 위한 워터마크의 삽입 공간을 충분히 확보할 수 있도록 3차원 웨이블릿 변환과 대역확산 상관도의 위치 코딩을 이용하는 비디오 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 워터마크 정보 삽입을 위해 위치 코딩을 이용하고 정보의 삽입과 추출을 $1{\times}1$화소 단위가 아닌 $4{\times}4$ 샘플 단위로 함으로써, 비트 에러나 회전에 대해 기존 방법보다 우수한 강인성을 얻었다. 실험결과 강도 11에서 압축하지 않은 상태의 PSNR은 동영상의 히스토그램이 협소한 경우에 최소 31.07dB로 비가시성을 만족하였으며, 6개 동영상에 대해 각각 3가지 코덱을 적용한 결과 모두 BER=0%의 결과를 얻음으로써 워터마크의 강인성을 확인할 수 있었다.
그래픽스 등 컴퓨터로 합성한 영상을 일컫는 스크린 콘텐츠 비디오의 경우는 색대비가 높은 그래픽 요소로 인하여 예측 후에도 잔차 신호의 공간적 연관성이 여전히 높게 나타나므로 현 샘플의 가장 인접한 화소를 이용하는 residual differential pulse-code modulation (RDPCM) 기법을 효율적으로 적용할 수 있다. 본 논문에서는 잔차 신호의 주위 인접 화소의 가중 합으로 보다 정확한 예측의 RDPCM을 수행하는 부호화 기법을 제안한다. 각 가중 계수는 현재 잔차 신호의 인접 영역에서 왜곡 값에 L1 정규화를 포함한 비용함수를 최소화 하여 추정한다. 제안 기법은 스크린 콘텐츠 동영상 압축 참조 코덱 대비 약 3.1%의 부호화 성능 향상을 보인다.
본 논문에서는 비디오 코덱의 수신단 블록 오류를 퍼지추론을 이용하여 검출하고 영상을 은닉하는 방법을 제안하였다. 제안한 블록 오류 검출 알고리즘은 인접된 두 프레임에서 서로 대응되는 블록들 간의 시간적 유사성을 이용하여 SSD를 구하고, 1차 임계값보다 SSD가 큰 블록들을 1차적인 오류 블록으로 분류하였다. 그리고 각각의 파라미터를 가지고 퍼지데이터 구한 후에 비례상수 ${\alpha}$와 임계값 TH1과 TH2를 결정하였다. 제안된 알고리즘의 타당성을 검토하기 위하여 QCIF 동영상에 랜덤 오류를 삽입하여 오류 검출 및 은닉 실험을 하였으며, 알고리즘의 성능평가는 동영상에 오류를 삽입한 후 기존의 VLC 테이블에 의한 오류 검출 알고리즘과 검출결과를 비교 분석하였다. 실험 결과, 제안한 오류 검출 알고리즘은 실험 영상의 오류 블록들을 모두 검출할 수 있었으며, 오류 은닉 후 영상의 화질이 기존의 오류 검출 알고리즘 보다 15dB 이상 개선됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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