본 논문은 고해상도 위성영상의 압축성능을 분석한 것이다. 위성영상처리에 있어 위성 영상은 고 해상도이고, 많은 픽셀정보를 보유하고 있어 영상처리는 많은 시간이 소요된다. 따라서 보다 효율적인 작업을 위해 영상압축과 복원이 필요하다. 위성영상의 압축과 복원에 있어 도로, 건물, 숲 둥에 관한 정보를 유지하여야 한다. 본 연구에서는 고해상도와 분광반사특성 유지하면서 영상데이터를 효율적으로 압축 및 복원할 수 있는 기법들인 PEG와 웨이브렛 변환(wavelet transform)을 이용한 지도영상의 압축성능을 비교분석 하였다. 이 결과 JPEG보다 WSQ압축 알고리즘이 지도영상 압축에 효과적임을 알 수 있었다.
정보화 사회가 진행되어감에 따라 카메라 센서, 디지털 카메라, 휴대폰, 영상 관련디지털 기기들이 증가하고 이로 인하여 영상정보 서비스 기술의 중요성이 크게 부각되었다. 특히 멀티미디어 응용서비스 기술에서는 영상 정보가 필수적인데, 그 영상 정보의 양이 너무 방대하여 압축 부호화를 하여 사용되고 있다. 본 논문에서는 정지영상압축 방법 중 JPEG표준에서 제시한 4가지 동작 모드 중 베이스라인을 기반으로 하는 JPEG압축 알고리즘을 연구하여 CMOS 이미지 센서에서 영상을 전송받으면 8*8 블록 단위로 변환 후 DCT 및 양자화 과정을 거쳐 지그재그 스캔을 한 후 허프만 코드를 사용하여 압축 부호화 시키는 JPEG 베이스라인 인코더를 VHDL언어로 설계하였다.
멀티미디어의 표준화에 대한 관심이 컴퓨터, 방송, 통신 등의 분야에서 더욱 높아지고 있다. JPEG2000 표준안은 영상 부호화에 따른 새로운 형태의 영상압축 뿐만 아니라 높은 성능에 부응하고자 하는 것으로 기존의 표준안보다 왜곡율과 특정부분의 영상품질을 한 차원 상승시킬 수 있어서 효율적인 면에서 더욱 우수하다. 영상의 손실 및 무손실 압축, 대용량 영상압축, 그리고 화소의 정밀도와 해상도의 차이에 의한 점진적 전송이나 관심영역의 지정과 처리 등이 그 특징특이다 JPEG2000 표준안은 인터넷, 컬러 팩시밀리, 인쇄, 스캐닝, 디지털 사진, 원격 감지, 휴대기기 등과 의료 영상 디지털 도서관, 전자 상거래 등에 다양하게 응용할 수 있다. 본 논문은 JPEG2000 표준안의 최신동향과 전반적인 기술내역에 대하여 설명하고 영상압축 효율과 화질, 그리고 처리 속도 등을 기존 알고리즘과 비교하여 그 기술적 특징을 실험을 통하여 비교 제시한다.
본 논문에서는 디지털시네마의 효율적인 배급을 위해서 시각적 무손실 압축 개념을 도입하여 정리하고 효과를 분석한다. 최근 디지털시네마 배급은 DCI에서 채택한 JPEG 2000을 영상 압축 표준으로 이루어지고 있다. 따라서 DCI 규격에 정의된 JPEG 2000의 특징을 살펴본 후, 디지털시네마에서 중요한 시각적 무손실 개념을 정리한다. 실험을 통해 DCI 규격에서 규정한 방식으로 JPEG 2000의 압축성능을 시각적 무손실 관점에서 평가했으며, 그 결과 영화 배급에 필요한 품질 기준을 만족하는 것으로 판단된다.
JPEG 2000 알고리즘은 기존의 정지영상 압축 PEG 알고리즘에서 발생하는 블록화 현상의 문제점을 해결하였지만, 압축 율과 이미지 복원율을 높이기 위한 과정이 복잡해 졌고 부동소수점의 연산 시간이 많이 걸리는 단점을 가지고 있다. 이 단점을 보완하기 위하여 본 논문은 JPEG 2000 알고리즘의 부동소수점 연산이 많은 필터 부분을 하드웨어로 구현하였다. 이 DWT Filter[1] 칩은 Daubechies 9/7 filter[6]을 기반으로 설계되었고 성능과 크기(반도체 숫자)를 최적화하기 위해서 3 단계 파이프라인 시스템으로 구성되었다. 본 논문에서 설계한 Filter는 소프트웨어로 구현된 것보다 부동 소수점의 연산에서 7배 정도 성능이 향상되었다.
기존의 JPEG은 낮은 bit-rate에서의 화질열화현상과 고압축에서의 블록화 영상 등의 단점에 의해 새로운 정지영상 압축 방법이 요구되었다. 이에 차세대 정지영상 표준으로 등장한 것이 JPEG2000이다. JPEG2000 표준은 DWT(Discrete Wavelet Transform)과 EBCOT Entropy Encoding 기술을 기반으로 하고 있다. EBCOT(Embedded block coding with optimized truncation)은 JPEG2000 표준에서 실제 압축을 수행하는 가장 중요한 기술 중 하나이다. 하지만 EBCOT는 bit-level 처리를 하기 때문에 대부분의 연산 시간을 차지하고 있다. 이 때문에 EBCOT의 연산속도를 높이기 위한 연구가 많이 이뤄지고 있다. 이에 본 논문은 JPEG2000 표준의 특징을 이용하여 연산 구조를 개선시킨 Context 추출 방법을 제안한다. 제안한 알고리즘은 고해상도 Multi-Component 정지영상의 압축을 위한 JPEF2000 Encoder Hardware에 적용될 것이다.
본 논문에서는 차세대 영상 압축 표준으로 주목받고 있는 JPEG2000 알고리즘을 유도탄 원격측정용 영상압축모듈 임베디드 시스템(embedded system)에서 효율적으로 구현하기 위한 DSP와 FPGA co-design 방법을 제안한다. DSP와 함께 FPGA에서 co-processing할 부분은 JPEG2000 알고리즘 가운데서 계산량이 많으면서도 FPGA 상에 구현하기 적합한 알고리즘인 MQ-코더 부분을 소프트웨어 profiling 작업을 거쳐 선정하였고 VHDL 언어를 사용해서 병렬 처리에 적합하도록 설계하였다. 구현한 MQ-코더의 성능을 검증하기 위하여 JBIG2 표준 테스트 벡터 및 실제 영상을 사용하였다. 실험결과 본 논문에서 제안한 MQ-코더는 기존 소프트웨어 코더보다 약 3배 정도의 압축속도를 향상 시켰다.
최근에는 인터넷 환경에서 여러 형태의 압축된 파일이 이용되고 있으며 통신량의 감소, 통신시간의 절약 등 많은 장점을 가지고 있다. JPEG 압축의 경우, 양자화는 영상의 압축을 달성하기 위해 중요한 과정중의 하나이다. 일반적인 신호처리에서 양자화는 연속적인 아날로그 신호를 이산적인 디지털 신호로 변환하는 것이 주요 목적이다. 하지만 JPEG에서의 양자화는 시간영역의 픽셀 값 또는 주파수 영역의 계수 값의 크기를 줄이는 역할을 한다. 많은 압축 기법 그리고 압축 기법에서 동작하는 영상처리기법들이 개발되어 지고 있다. 정보 은닉에서도 JPEG과 같은 압축파일에서 동작하는 알고리즘이 개발되어 지고 있다. 우리는 이 논문에서 정보은닉 처리과정에서 생겨나는 데이터 변경의 영향을 예측하기 위한 방법을 제안하였다. JPEG과 같은 압축 환경에서 정보 은닉 시 적용 가능한 몇 가지 중요한 사실을 여러 경우의 실험을 통하여 얻어냈다. 이러한 사실들은 현재 존재하는(Matrix Encoding, Modified Matrix Encoding 등을 포함한 F3, F4 and F5 알고리즘 등) 정보은닉 프로그램의 성능향상, 알고리즘 처리시간의 감소와 같은 긍정적인 효과를 거둘 수 있다.
JPEG(Joint Photographic Expert Group)은 손실 압축 기법을 사용하여 데이터 양을 20:1 이상으로 현저히 줄이면서도 원 영상과 거의 유사한 영상을 복원할 수 있도록 해주기 때문에, 요즘 디지털 카메라 및 휴대폰 등 영상을 저장할 매 대부분 Exif(Exchangeable image file format)로 JPEG 압축형식을 널리 사용하고 있다. 본 논문은 JPEG 베이스라인 모드로 압축되어진 영상의 디코딩 단계에서 필요한 비계층형 헤더를 파싱하는 모듈의 기능을 소프트웨어로 모델링하고 VHDL을 이용하여 회로를 합성하고 동작을 검증하였다. 설계 결과 Xilinx xc3s1000 fg676-4 환경에서 154.488MHz의 동작속도를 나타내었고, JPEG 디코더의 고속 데이터 처리에 적응 가능하다.
본 논문에서는 JPEG 압축 영역에서의 리버서블 워터마킹 기법을 제안한다. 리버서블 워터마킹은 원본을 손상시키는 기존의 워터마킹과 달리 원본을 보존하는 방법이기 때문에 인증용으로 효율적이다. 인터넷상의 대부분 영상들은 저장 공간을 줄이고 통신효율을 높이기 위해서 JPEG과 같은 압축영상을 많이 사용하므로 JPEG 영상에 리버서블 워터마킹을 연구할 필요성이 있다. 본 논문에서는 무손실 압축을 이용하여 워터마크를 삽입하고 워터마크를 추출할 때 원 영상을 복원한다. $256{\times}256$ 표준영상들에 대해 실험한 결과 QF(Quality Factor)가 75일 매 JPEG 영상과 워터마크가 삽입된 JPEG 영상의 PSNR(peak signal to noise rate)은 $38{\sim}42dB$이였고 워터마크 삽입 량은 $2500{\sim}3400bit$이였으며, Lena 영상에서 QF를 $10{\sim}99$까지 조절하여 실험을 진행한 결과 PSNR은 QF에 정비례함을 알 수 있었고, 워터마크 삽입량은 $1600{\sim}2800bit$였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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