멀티 미디어 기술의 총아라고 불리는 차세대 디지털 방송의 핵심적인 기술인 MPEG-2 표준은 주로 방송용에 적합한 고화질 부호화가 목표였다. 1.5Mbps 이하의 저비트율, 즉 보다 고압축률의 부호화 방식에는 대응하고 있지 않았다. MPEG-4 표준 기술은 방송, 통신, 및 컴퓨터 분야에서 앞으로 차기 허용 대역폭이 증가는 하겠지만, 현재의 네트워크 대역폭이 비디오 데이터를 전송하기에는 저대역폭인 상황에서 전송을 위해 새롭게 사용될 멀티미디어 부호화 기술로서 자연 영상뿐만 아니라 그래픽 합성 영상 등 다양한 멀티미디어 정보를 사용자가 대화형으로 쉽게 접근, 편집 처리할 수 있는 기능을 제공한다. 이에 본 논문에서는 향후 다양한 응용 분야에 적용될 MPEG-4 비디오 부호화기를 직접 설계 및 구현함으로써 응용의 가능성을 검증할 수 있는 시스템을 제안한다. 실험결과는 제안한 부호화기의 구조가 국제표준에 근거하여 다양한 응용 제품의 개발에 적합함을 보여 준다.
본 논문에서는 디지털방송과 인터넷의 융합에 따른 MPEG-2/4/7 방송 및 인터넷 콘텐츠를 비롯한 게임등과 같은 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 지능형 고품질 홈 엔터테인먼트 시스템 Platform 개발에서 사용될 MPEG-4 오디오를 개발한다. 인터넷 상에서의 스트리밍 서비스를 위해서는 저 전송률과 고 품질의 비디오/오디오 알고리즘이 필요하다. 이러한 서비스를 제공하기 위하여 MPEG-4 오디오는 음성에서 고품질의 다중 채널의 오디오까지, 그리고 자연음(Natural Sound)에서 합성음에 이르기까지 다양한 알고리즘을 제공한다. 본 논문에서는 지능형 고품질 미디어 에이전트 시스템에 적합한 MPEG-4 AAC, MPEG-1 Layer-3인 MP3, G.723.1을 구현하고, 이 시스템에 알맞은 7㎑ 대역폭을 가지는 광대역(Wideband) 음성신호를 16kbps로 압축하는 음성 압축기를 제안 및 개발한다.
현재 MPEG 국제 표준화 기구에서는 MPEG-4 IPMPX(Extensions of Intellectual Property Management and Protection system) 분야를 통하여 다양한 벤더(vendor)들에 의하여 개발된 서로 다른 보호 툴들이 하나의 사용자 단말 시스템에서 적용될 수 있도록 그 구조를 정의하고 있다. 이 기술은 각 툴을 유일하게 식별하도록 하는 툴 ID 와, 단말 시스템과 툴 사이, 또는 툴과 툴 사이에 의사소통을 위한 공통된 메시지 클래스에 기반을 두고 있다. 본 논문은 현재 표준화가 진행되고 있는 MPEG-4 IPMPX 규격[1]에 정의된 IPMPX 메시지를 통하여 동작할 수 있는 오디오 워터마킹 툴의 구현과 구현된 툴과 IPMP 시스템과의 연동에 관한 것이다. 구현된 툴이 실제 IPMPX 단말 시스템과 이상 없이 동작하는 것을 확인하기 위하여 IPMPX 규격에 정의된 Message Router와 Tool Manager를 MP3 플레이어에 적용한 단말 시스템에 기존의 복호화 툴과 구현된 워터마킹 툴을 연동하였으며, 암호화되어 입력된 MP3 파일이 복호화, 디코딩, 워터마크 추출 과정을 통과하여 이상 없이 재생됨을 확인하였다.
지상파 DMB는 유럽의 디지털 오디오 방송(DAB)인 Eureka-147 표준에서 규정한 스트림 모드를 통하여 MPEG-4 AVC 비디오 압축 데이터, MPEG4 BSAC오디오 압축 데이터, 그리고 대화형 데이터 방송을 위한 MPEG-4 BIFS 데이터를 MPEG-4 S와 MPEG-2 TS로 다중화한 후, RS(204, 188) 및 길쌈 끼워 짜기에 의한 추가 오류 보호 메커니즘이 적용된 스트림을 전송하는 방식으로 초기 시스템의 주요 목적은 오디오 방송이었으나, 국내에서 이동 수신에 탁월한 DMB의 데이터 채널을 이용하여 동영상 비디오를 전송하는 방법을 표준화한 규격이다. 모바일 이동 멀티미디어 방송을 위한 표준 방식은 정보통신부에서 2003년 결정되었고 세부적인 표준 규격초안은 차세대방송포럼에서 만들어져 TTA DMB 프로젝트그룹에서 제안되어 심층적인 토론을 통해 2003년 10월 1차 버전이 제정되었다. 국내표준은 개정과 후속표준을 제정하였고 국제표준화가 추진되어 2005년 6월 유럽표준으로, 2007년 12월 ITU국제표준으로 제정 반영되었다. 본고에서는 독자들은 직관적 이해력을 돕고자 시배열 표로 지상파 DMB송수신 정합표준에 대한 국내표준화 추진 현황을 정리하였다.
MPEG극 텍스쳐 서술자에는 균등 질감(Homogeneous Texture), 경계 히스토그램(Edge Histogram), 텍스쳐 브라우징(Texture Browsing) 서술자가 있다. 본 논문에서는 이들 텍스쳐 서술자를 이용하여 홍채 인식에 대한 성능을 비교 분석한다. 전처리 과정을 통해 추출된 560장의 흥채 영상을 이용하여, 세 서술자에 대한 각 계수에 대한 군집화 효율성 비교와 에러 분포 비교를 통해 서로 다른 홍채 그룹에 대한 변별 능력을 비교한다. 실험 결과를 통해 세 서술자 중 균등 질감 서술자가 홍채 패턴을 인식하는 데 있어서 가장 효율적인 서술자로 나타났다. 그러나, 실험결과는 기존의 홍채 인식 방법에 비해, MPEG-7 텍스쳐 서술자를 이용한 홍채 인식에 인식 성능 향상을 위한 노력이 필요함을 알 수 있다.
디지털 캠코더에서 이용하는 영상 압축 방식인 DY 부호화 방식은 DCT와 가변장 부호화 방식을 이용한다. DV 방식은 하드웨어 복잡도가 낮은 반면 압축된 비트율이 악 26Mb/s로 높은 편이다. 따라서 스튜디오에서 낮은 복잡도로 영상을 부호화 한 후 VOD 시스템에 이용하기 위하여 MPEG-2로 변환부호화 할 필요가 있다. 이때의 두 압축방식이 DCT를 이용하므로, DCT 영역에서 변환부호화 하면 중간 과정을 줄일 수 있어서 계산상의 복잡도를 줄일 수 있다. DV 방식에서 MPEG-2 인트라로 변환부호화 시에, DV 방식의 4:1:1 색차 포맷을 MPEG-2의 4:2:2 영상 포맷으로 변환할 때 와 2-4-8 DCT 모드에서 8-8 DCT 모드로 변환 시 변환 영역에 있는 데이터에 미리 계산된 행렬을 곱함으로써 병렬처리가 가능하게 하였다. MPEG-2 율제어 시에 서브 블록의 분산을 완전히 DCT 영역에서 계산하였다. 실험을 통하여 제안한 방식들을 검증하였다. MPEG-2 인터 프레임 부호화로 변환 부호화 할 때 DCT 계수를 이용하여 계층적으로 움직임을 추정하였다. 먼저 4개의 서브 블록에 있는 4개의 DC 값으로 하나의 매크로 블록에 대한 움직임을 추정한 다음 각 서브 블록의 저주파수에 해당하는 2×2에 IDCT를 취하여 16 포인트로 구성된 매크로 블록을 만든 후 이에 대한 움직임을 추정하며, 다섯 번째 단계에서 서브 화소에 대한 움직임을 추정함으로써 움직임 추정을 마친다. 탐색영역을 겹치는 방식이 겹치지 않는 방식보다 좋은 PSNR값을 보여 주었다.
방송 서비스는 이제 디지털 시대를 맞이하여 일대 패러다임의 변화를 겪고 있다. 전 세계는 본격적인 디지털 방송 시대를 맞이하고 있으며, 새로운 반송 환경에서는 기존의 서비스와는 비교할 수 없을 정도로 향상된 품질의 오디오비쥬얼 데이터를 제공할 뿐만 아니라, 시청자의 요구에 적절히 대응하는 대화형 멀티미디어 방송 서비스 제공이 가능해 진다. 이러한 방송 분야의 눈부신 발전에는 국제 표준화 기구인 ISO/IEC 산하의 동영상 전문가 그룹인 MPEG의 표준기술 개발이 큰 원동력이 되고 있다. 본 고에서는 대화형 방송의 개념과 기술을 중심으로 현재 진행되고 있는 방송 기술의 변화를 살펴보고, 객체 지반의 데이터 압축, 처리, 전송을 가능하게 하는 MPEG-4 및 내용 기반 검색 및 필터링을 가능하게 하는 MPEG-7 기술의 개념 및 방송 서비스 적용에 대해 검토해보기로 한다.
This paper describes a study on developing an insert and detect system of digital watermark to the MPEG-2 coder and decoder. Digital watermark inserting system substitutes a coefficient among the DCT coefficients for new one. This replacement performs in MPEG-2 PS format. Watermark detecting system analyzes the input data stream of MPEG-2 and detect the probability of occurrence of a specific code or watermarking code. Our inserting system had very high invisibility and the PSNR of the results was 130 dB around. And our detection rate of watermark was over 99% in digital format and over 85% in analog captured format according to the quality of contents.
Moving Picture Experts Group (MPEG)과 Video Coding Experts Group (VCEG)은 기존의 MPEG-4와 H.263 표준안보다 우수한 비디오 압축 기술을 개발하였다. 이 새로운 표준안은 H.264/AVC (Advanced Video Coding) 이라 하며, MPEG-4 Part 10과 ITU-T Recommendation H.264로 공동 발표 되었다. H.264/AVC에는 9가지의 모드를 가진 $Intra4{\times}4$ 예측 부호화가 존재하는데, 이는 영상의 공간적인 상관성을 이용한 압축 부호화 방식이다. 본 논문에서는 압축 효율을 높이기 위하여 인접 화소들의 유사성을 이용한 ABS (Adaptive Bit Skip) 모드를 제안함으로써, 적응적으로 intra mode bit를 생략하여 부호화 효율을 높이는 방법을 제안하였다. 실험 결과, 제안한 방법은 기존의 방법과 비교하여 R-D 곡선 상에서 평균 약 0.2 dB의 PSNR (Peak signal-to-noise ratio) 향상이 있었고 평균 약 3.6%의 비트율을 절약하였다.
본 논문에서는 30 Hz 프레임 율의 MPEG-4 simple profile 비디오 비트스트림을 15 Hz 프레임 율을 갖는 H.264 baseline profile 비디오 비트스트림으로 변환하는 트랜스코딩을 제안한다. MPEG긱의 블록 모드(block mode)와 움직임 벡터(Motion Vector) 정보를 H.264에서 이용 가능하도록 블록 모드 변환을 수행하고, MPEG-4의 움직임 벡터 보간을 이용하여 H.264에서 움직임 예측(Motion Estimation) 없이 정수 화소 단위로 움직임 벡터를 찾는 3가지 움직임 벡터 보간 (Motion Vector Interpolation) 방법을 실험한다. 이와 같은 방법을 이용해서 움직임 예측 시 소요되는 계산량을 줄이고 낮은 대역폭에서 심각한 화질 열화가 없는 트랜스코더를 제안한다. 실험 결과 제안된 방법은 직렬 화소영역 트랜스코딩에 비해 신호 대 잡음비(PSNR: peak signal to noise ratio)는 실험 영상에 따라 높은 비트율에서는 0.2dB에서 낮은 비트율에서 0.9dB의 손실이 있으나 전체 수행 시간은 3.2배에서 4배 빨라진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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