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SKIP 모드 왜곡의 구분을 통한 H.264/AVC 부호화 P 슬라이스에서의 고속 모드 결정 방법
Fast Mode Decision for H.264/AVC P Slices Using Classification of SKIP Mode Distortion 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.14 no.1, 2009년, pp.28 - 35  

유종민 (한양대학교 전자통신컴퓨터공학과) ,  정제창 (한양대학교 전자통신컴퓨터공학과)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

H.264/AVC, a recently developed video compression standard, is used for various applications because of its high coding efficiency. Variable block mode plays important role in the high coding efficiency of H.264/AVC but involves significant computations to select the optimal mode. In this paper, a f...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 만약 참조 블록과 현재 블록 간 움직임이 없다 하여도 참조 블록은 이미 부호화되었기 때문에 왜곡을 포함하고 있으며 이 두 블록 간 움직임 보상 결과는 오차를 포함하게 된다. H.264/AVC부호화에서 사용하는 가변 블록 모드는 현재 블록과 참조 블록 간 움직임에 의해 발생한 왜곡을 줄임으로써 부호화 효율을 높이는 것을 목표로 한다. 때문에 현재 블록과 참조 블록 간 움직임에 의해 발생한 왜곡은 보다 작은 모드로 부호화를 함으로써 어느 정도 제거가 가능하지만 참조 블록에 포함 된 왜곡으로 인해 발생한 왜곡은 손실 부호화과정에서 구조적으로 발생하는 왜곡으로 보다 작은 모드로 부호화함으로써 제거 불가능하다고 할 수 있다.
  • 264/AVC 참조 프로그램은 모드 결정 방법으로 Rate Distortion Optimization (RDO)을 제공한다. RDO의 목적은 허용된 모든 모드 중 최적 rate-distortion (RD) 성능을 보이는 모드를 선택하는 것이다. 최적 RD 성능은 가장 적은 Lagrange 값을 구함으로써 얻어진다[2].
  • 본 논문에서는 H.264/AVC P 슬라이스를 위한 고속 모드 결정 기법을 제안하였다. 제안하는 방법은 기존 고속 모드 결정 기법들과 같이 제한된 모드에 대해서만 모드 결정 과정을 수행하여도 큰 부호화 효율의 저하 없이 최적 모드를 선택할 수 있다는 가정에 바탕을 두고 있다.
  • 본 논문은 작은 크기 블록 모드에 대한 모드 결정 과정을 선택적으로 수행함으로써 모드 결정에 필요한 연산 양을 줄이는 H.264/AVC P 슬라이스를 위한 고속 모드 결정 기법을 제안한다. 기존 방법들 중 이미 부호화된 프레임의 정보를 이용하는 방법들의 경우 일반적으로 보다 좋은 속도 향상을 얻을 수 있지만 이러한 방법은 이전 프레임이 인트라 프레임일 경우 고속 모드 결정 방법을 사용할 수 없고 또한 잘못된 최적 모드 선택이 일어나는 경우 잘못된 선택이 전파될 가능성이 크다.
  • 제안하는 방법은 기존 고속 모드 결정 기법들과 같이 제한된 모드에 대해서만 모드 결정 과정을 수행하여도 큰 부호화 효율의 저하 없이 최적 모드를 선택할 수 있다는 가정에 바탕을 두고 있다. 하지만 본 논문에서는 보다 정확히 최적 모드를 예측하기 위하여 SKIP 모드 왜곡과 intra16x16 모드 왜곡을 이용하여 제거 가능한 부분 SKIP 모드 왜곡을 제안하였다. 제안하는 고속 모드 결정 기법은 제거 가능한 부분 SKIP 모드 왜곡을 이용하여 현재 부호화되는 블록에 후보 모드를 보다 세분화하여 허용함으로써 모드 결정에 필요한 연산양을 줄일 수 있었다.

가설 설정

  • 그림 1과 같이 만들어진 움직임이 없는 영상을 GOP=2로 하고 참조 프레임을 1장만 사용하여 부호화 하면 이때 얻어진 부호화 결과를 원본 영상의 같은 위치 블록에 대한 DIR(X,SKIP)로 가정할 수 있다. 이렇게 얻어진 DIR (X, SKIP)과 원본 영상을 부호화 하여 얻어진 D(X,SKIP)을 이용하여 원본 영상의 DR(X,SKIP)을 다음과 같은 식을 통해 실험적으로 구할 수 있다.
  • 264/AVC P 슬라이스를 위한 고속 모드 결정 기법을 제안하였다. 제안하는 방법은 기존 고속 모드 결정 기법들과 같이 제한된 모드에 대해서만 모드 결정 과정을 수행하여도 큰 부호화 효율의 저하 없이 최적 모드를 선택할 수 있다는 가정에 바탕을 두고 있다. 하지만 본 논문에서는 보다 정확히 최적 모드를 예측하기 위하여 SKIP 모드 왜곡과 intra16x16 모드 왜곡을 이용하여 제거 가능한 부분 SKIP 모드 왜곡을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
H.264/AVC의 높은 압축 성능은 무엇에 의한 것인가? H.264/AVC의 높은 압축 성능은 주로 새로이 추가된 여러 예측 기법들-가변 블록 모드, 다중 참조 프레임, 인트라 예측 등-에 의한 것이다. 그 중 가변 블록 모드는 H.
Rate Distortion Optimization의 목적은 무엇인가? 264/AVC 참조 프로그램은 모드 결정 방법으로 Rate Distortion Optimization (RDO)을 제공한다. RDO의 목적은 허용된 모든 모드 중 최적 rate-distortion (RD) 성능을 보이는 모드를 선택하는 것이다. 최적 RD 성능은 가장 적은 Lagrange 값을 구함으로써 얻어진다[2].
가변 블록 모드의 특징은 무엇인가? 264/AVC의 높은 압축 성능은 주로 새로이 추가된 여러 예측 기법들-가변 블록 모드, 다중 참조 프레임, 인트라 예측 등-에 의한 것이다. 그 중 가변 블록 모드는 H.264/AVC의 높은 압축 성능에 많은 기여를 하지만 최적 모드를 선택하는데 많은 연산을 필요로 한다. H.
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참고문헌 (12)

  1. R. Schafer, T. Wiegand, and H. Schawarz, "The emerging H.264 standard EBU Technical Review", [Online] available at http://www.ebu.ch/en/technical/trev/trev_298-bookshelf.html 

  2. T. Wiegand, M. Lightstone, D. Mukherjee, T. G. Campbell, and S. K. Mitra, "Rate-distortion optimized mode selection for very low bit rate video coding and the emerging H.263 standard", IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol.6, issue 2, pp.182 ? 190, Apr. 1996 

  3. I. Choi, J. Lee, and B. Jeon, “"Fast coding mode selection with rate-distortion optimization for MPEG-4 Part-10 AVC/H.264,”"IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 16, no. 12, pp. 1557?1561, Dec. 2006 

  4. P. Yin, H. C. Tourapis, A. M. Tourapis, and J. Boyce, “"Fast mode decision and motion estimation for JVT/H.264,”" in Proc. IEEE ICIP’'03, Sep. 2003, vol. 3, pp. 853?856 

  5. J. M. You, W. K. Kim, and J. C. Jeong, “" $16{imes}16$ Macroblock partition size prediction for H.264 P slices,”" IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 52, no. 3, pp. 1377?1383, Nov. 2006 

  6. Y. H. Kim, J. W. Yoo, S. W. Lee, J. Shin, J. Paik, and H. K. Jung, “"Adaptive mode decision for H.264 encoder,”" Electron. Lett., vol. 40, no. 19, pp. 1172?1173, Sep. 2004 

  7. H. L. Wang, S. Kwong, and C. W. Kok, “"An efficient mode decision algorithm for H.264/AVC encoding optimization,”" IEEE Trans. Multimedia, vol. 9, no. 4, pp. 882-888, Jun. 2007 

  8. X. Jing and L. P. Chau, “"Fast approach for H.264 inter mode decision,” Electron. Lett., vol. 40, no. 17, pp. 1051-1052, Aug. 2004 

  9. D.Wu, F. Pan, K. P. Lim, S.Wu, Z.G. Li, X. Lin, S. Rahardja, and C. C. Ko, “"Fast intermode decision in H.264/AVC video coding,”" IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 15, no. 7, pp. 953?958, Jul. 2005 

  10. B. Kim and C. Cho, "Fast inter-mode decision algorithm for P slices in H.264/AVC video standard". in IEEE Int. Symp. Consumer Electronics, 2007, pp. 1-6 

  11. Iain E. G. Richardson, "H.264 and MPEG-4 video compression: video coding for Next generation Multimedia", John Wiley & Sons, Ltd, 2003, pp. 170-171 

  12. G. Bjontegaard, "Calculation of average PSNR differences between RD-curves," ITU-T Q.6/SG16 VCEG, VCEG-M33, Apr. 2001 

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