With increasing the volume of digital multimedia market, the security and multimedia content protection issues are arising. Interest in H.264/AVC is emerging and special features in H.264/AVC element stream must be considered. We developed a new algorithm which scrambles and descrambles H.264/AVC element stream in compressed domain using manipulating CABAC initialization table and DCT coefficients. Extensive experimental results indicate that the proposed algorithm is effective and promising.
최근 개발된 비디오 압축 표준인 H.264/AVC는 높은 압축 성능으로 인해 많은 응용 분야에서 사용되고 있다. 이러한 H.264/AVC의 높은 압축 성능은 주로 새롭게 추가된 많은 예측 기법에 의한 것이다. 새롭게 추가된 예측 기법 중 가변 블록 모드는 향상된 예측 성능을 제공함으로써 H.264/AVC의 높은 압축 성능에 많은 기여를 하지만 여러 블록 모드 중 최적 블록 모드를 선택하기 위해 많은 연산 양을 필요로 한다. 본 논문에서는 H.264/AVC 부호화 시 한 매크로블록에 대하여 작은 블록 모드에 대한 모드 결정 과정이 필요한지 아닌지를 SKIP 모드 왜곡을 이용하여 판정함으로써 모드 결정에 필요한 연산 양을 줄이는 고속 모드 결정 기법을 제안한다. 실험 결과는 제안하는 방법이 큰 압축 성능 저하 없이 최대 66.41%의 부호화 시간을 줄일 수 있음을 보인다.
본 논문은 H.264/AVC 비디오 비트스트림의 전송 에러 복원에 알맞는 선택적 시간축 에러 은닉 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 손실 매크로블록이 전경인지 배경인지 판단한 결과에 따른 해당 에러 은닉방법을 수행한다. 손실 블록이 배경으로 판단된 경우에는 단순 대체 기법으로 은닉하며, 손실 블록이 전경으로 선택되었을 경우에는 다중 참조영상에서 추정된 블록들의 유사성을 판단하여 추정블록들을 선택적으로 평균하여 은닉을 한다. 제안된 알고리즘은 CDMA2000 (UMTS)망의 무선(air) 인터페이스에서 발생하는 에러 모의실험을 통하여 H.264/AVC의 FMO 부호화에서 H.264/AVC의 테스트 모델상의 에러 은닉 알고리즘보다 평균 1.18dB 성능 향상이 있으며, N-Slice 부호화에서는 평균 0.33dB의 성능 향상을 나타내었다 또한 주관적 화질면에서도 제안된 방법이 다른 에러 은닉 알고리즘보다 우수함을 보인다.
H.264/AVC는 ITU-T H.264와 ISO/IEC 14496-10(MPEG-4 Part 10)으로 승인된 새로운 국제 비디오 압축 표준이다. H.264/AVC는 압축부호화 효율(이하 압축률)이 높으며 MPEG-2나 MPEG-4등에 비해 압축률이 2배 이상 향상되었으나 복잡도 또한 훨씬 증가하였다. 월등한 압축성능 때문에 방송 분야(DTV 등), 저장용 시스템 분야(PVR 등)에 많은 응용 분야들에 적용하기 위한 움직임이 있다. 그러나, 디코더로 구현하면 복잡도 증가하는 문제가 발생한다. HD급을 지원하기 위한 메모리 대역폭의 경우 MPEG-2 HD에 비해 H.264/AVC만의 복잡한 움직임 보상으로 인해 2배 이상이 요구된다. H.264/AVC 디코더는 두 개의 참조픽처를 이용하여 움직임 보상하는 B-픽처와 쌍예측 픽처가있다. 여기서, 참조픽처를 각각 하나씩만 사용하여 디코딩 하면 기존의 복잡도를 줄일 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방법은 하나의 참조픽처 선택으로 H.264/AVC 소프트웨어 디코더에서 움직임 보상을 한다. 이로 인하여 복잡도와 메모리 대역폭이 감소하는 방법을 제안한다.
H.264/AVC 부호기에서 각 모드 결정에 사용되는 방법인 율-왜곡 최적화(RDO(Rate-distortion optimization))는 부호기의 높은 성능 향상을 보이지만 많은 계산량을 요구하는 문제점을 가진다. 이러한 계산량을 줄이기 위해 원본 영상의 각 블록에 DCT(Discrete Cosine Transform) 계수 분포를 통해 각 블록의 방향성을 예측하여 부호기의 RDO 수행에 참여하는 후보 모드 수를 줄이는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 H.264/AVC에 부호화 방법에 비해 적은 PSNR 손실 및 비트의 증가에도 불구하고 평균 68.40%의 부호기 속도 향상을 가진다.
최근의 멀티미디어 서비스 환경은 다양한 전송 속도, 영상 크기나 화질을 지원하고 있다. 그러나 고정된 영상크기 또는 화질로의 부호화만이 가능한 기존의 비디오 부호화 기술은 새로운 멀티미디어 서비스 환경을 충족시키기가 어렵다. 따라서 새로운 환경적 요구를 충족시키기 위해 기존의 H.264/AVC 표준을 기반으로 다양한 영상크기와 화질을 지원할 수 있는 새로운 비디오 부호화 표준인 H.264/AVCSE(Scalable Extension)의 표준화가 진행되었다. H.264/AVC SE은 한번의 부호화된 스트림으로 다양한 크기나 화질을 가진 여러 개의 영상을 제공할 수 있다. 하지만 이를 위하여 기존의 H.264/AVC 표준에 비해 보다 복잡도가 요구되어 지기 때문에 이를 효과적으로 감소시킬 수 있는 추가적인 기술이 제공되어야한다. 본 논문에서는 H.264/AVC SE 표준이 가지는 복잡도 중 대부분을 차지하는 모드 결정법의 복잡도를 감소시키기 위해 이전과 이후 픽춰의 참조모드를 이용하는 early skip 알고리즘과 GOP내에 존재하는 모드들의 History를 이용하는 MHM(Mode History Map) 알고리즘을 이용한 고속모드 결정법을 제안한다.
본 논문에서는 물리계층 다중 안테나 무선채널을 통한 응용계층 H.264/AVC 비디오 전송을 다룬다. 물리계층에서 다중 안테나를 사용할 경우 다수 개의 안테나로부터 전송되는 신호가 서로 간섭으로 작용하여 결국 비디오 품질저하를 초래한다. 본 논문에서는 H.264/AVC 비디오 품질을 향상시키기 위해 개선된 간섭제거 순서화 방식을 제안한다. 모의실험 결과를 통해 제안된 방식에 의해 우수한 PSNR을 달성함을 확인한다.
ITU-T와 ISO/TEC의 공동 작업으로 제정 된 H.264/MPEG-4 AVC는 기존 비디오 표준들에 비해 동일한 화질에서 약 $30%{\sim}70%$의 비트량을 절감할 수 있으며, 동일한 비트량으로 PSNR이 $2{\sim}3dB$ 가량 우수한 영상을 제공할 수 있다. H.264/MPEG-4 AVC는 손실압축 뿐만 아니라 무손실 압축도 지원한다. 본 논문에서는 H.264/MPEG-4 AVC의 무손실 부호화 효율을 향상하기 위한 방법을 제안한다. 제안한 방법은 Intra 예측 후 잔차 신호들을 DPCM 하는 방법으로, 공간적으로 최인접 화소로부터 예측하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 제안한 방법은 최인접 화소로부터 예측 시, 복호화기에서 파이프 라인이 깨지는 문제를 유발하지 않으므로 하드웨어 구현이 용이하다는 장점이 있다. 실험결과 제안한 방법은, Intra 무손실 부호화 시 비트량을 약 12% 정도 절감할 수 있었다. 그 결과 제안한 방법은 현재 표준화중인 H.264/MPEG-4 AVC Advanced 4:4:4 프로파일에 채택되었다.
본 논문에서는 현재 비디오 코덱 표준인 H.264/AVC 에서 사용하고 있는 정수형 변환을 두 번 사용하는 다차원 변환 즉, MDT(Multi-Dimensional Transform) 을 제안한다. 제안하는 알고리듬은 H.264/AVC 7가지 인터 모드중에서 $16{\times}16$, $8{\times}16$, $16{\times}8$블록 모드에 적용된다. H.264/AVC에서 사용하는 정수형 변환을 $4{\times}4$블록 단위로 적용하고 인접하는 4개의 $4{\times}4$블록으로부터 같은 주파수 위치의 계수값을 모아서 16개의 $4{\times}1$벡터 변환을 추가로 수행하는 방법이다. MDT를 수행함으로써 H.264/AVC 표준에서 사용되는 변환이 가지는 예측오차를 유지하면서 공간적 중복도를 추가로 줄일 수 있다. MDT 된 계수들을 정수형으로 양자화하고 양자화된 계수값을 효율적으로 주사하는 방법을 제안하여 압축효율을 높였다. 제안된 알고리듬의 제안하는 MDT 기반 방법은 H.264/AVC High profile 표준보다 평균 3.00%의 비트 절감을 보였다.
H.264/AVC는 최신의 비디오 코딩 표준으로, MPEG-2나 MPEG-4에 비해 50% 정도의 높은 압축 효율을 가지고 있다. H.264/AVC에 포함된 여러 기술 중에서 다양한 모드를 이용한 부호화 기능은 높은 압축률이 가능한 기술이지만, 부호화 과정을 복잡하게 만드는 큰 요인이기도 하다. 이러한 단점을 개선하기 위해서 본 논문에서는 H.264/AVC에서 빠른 부호화를 위한 3단계 모드 선택 기법을 제안한다. 1단계에서는 시간적 공간적 상관성을 고려하여 SKIP 모드 또는 INTER 모드를 선택한다. 2단계에서는 1단계의 결과가 INTER일 경우 세부모드들을 2개의 그룹으로 나누어 그 중에서 하나의 그룹을 선택한다. 3단계에서는 2단계에서 선택된 그룹에 따라 오차 매크로블록의 픽셀 값 방향성 또는 주변 매크로블록의 모드를 고려하여 최종 모드를 선택한다. 제안한 기법의 성능을 실험한 결과, 기존의 JM10.2 표준과 비교했을 때, 적은 PSNR의 저하와 적은 비트율의 상승으로 평균 42%의 부호화 시간을 단축하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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