스칼라 양자화기는 구현이 간단하기 때문에 각종 영상부호화기법에서 많이 사용되고 있다. 스칼라 양자화기는 큰 양자화 계단크기를 사용하여 데이터양을 많이 줄일 수 있으나, 반대로 복원된 영상화질이 많이 나빠지는 단점이 있다. 본 논문에서는 양자화 계단크기를 그대로 유지하면서 양자화 복원 레벨 개수를 증대시킴으로 인해 부호화 성능이 개선될 수 있는 방법을 제안한다. 동시에 양자화 복원 레벨 개수가 증대됨에 따라 복원 레벨 영역에 해당되는 심볼 정보를 추가적으로 전송해 주어야 하는 문제점이 발생하며, 이를 해결하기 위하여 부가 심볼 정보를 감소시키는 방법도 제안한다. H.264 동영상 부호화에서 화면내 부호화 화면에는 4${\times}$4(수평방향 4화소, 수직방향 4화소) 블록단위로 복원 영역의 심볼 정보에 허프만 부호화를 적용하고, 화면간 부호화 화면에는 매크로블록내의 8${\times}$8블록과 4${\times}$4블록에 대해 복원 영역의 심볼 정보를 허프만 부호화한다. 이를 통하여 양자화 복원 레벨 개수 증대로 발생되는 부가정보를 줄임으로써 같은 부호화율에서 부호화성능이 개선됨을 보인다.
스칼라 양자화기는 구현이 간단하기 때문에 각종 영상부호화기법에서 많이 사용되고 있다. 스칼라 양자화기는 큰 양자화 계단크기를 사용하여 데이터양을 많이 줄일 수 있으나, 반대로 복원된 영상화질이 많이 나빠지는 단점이 있다. 본 논문에서는 양자화 계단크기를 그대로 유지하면서 양자화 복원 레벨 개수를 증대시킴으로 인해 부호화 성능이 개선될 수 있는 방법을 제안한다. 동시에 양자화 복원 레벨 개수가 증대됨에 따라 복원 레벨 영역에 해당되는 심볼 정보를 추가적으로 전송해 주어야 하는 문제점이 발생하며, 이를 해결하기 위하여 부가 심볼 정보를 감소시키는 방법도 제안한다. H.264 동영상 부호화에서 화면내 부호화 화면에는 4${\times}$4(수평방향 4화소, 수직방향 4화소) 블록단위로 복원 영역의 심볼 정보에 허프만 부호화를 적용하고, 화면간 부호화 화면에는 매크로블록내의 8${\times}$8블록과 4${\times}$4블록에 대해 복원 영역의 심볼 정보를 허프만 부호화한다. 이를 통하여 양자화 복원 레벨 개수 증대로 발생되는 부가정보를 줄임으로써 같은 부호화율에서 부호화성능이 개선됨을 보인다.
Because it is easy to implement the scalar quantizer, it is used in various video coding systems. Although the scalar quantizer with a large quantization stepsize can reduce the amount of data, it has disadvantage that the reconstructed picture quality is poor. In this paper, we propose an efficient...
Because it is easy to implement the scalar quantizer, it is used in various video coding systems. Although the scalar quantizer with a large quantization stepsize can reduce the amount of data, it has disadvantage that the reconstructed picture quality is poor. In this paper, we propose an efficient method which improves the coding performance by maintaining original quantization stepsize and increasing the number of quantization reconstruction levels. Simultaneously, for the purpose of solving the problem of transmitting the added symbol informations which is used to indicate the region of quantizer reconstruction level as the number of quantizer reconstruction level is increased, we also suggest the method to reduce the added informations. Therefore, for the intra-coded picture of H.264 video coding system, we generate the huffman codes for the symbol informations of quantization reconstruction regions by 4${\times}$4(horizontal 4 pixels, vertical pixels) block unit. Furthermore, for the inter-coded picture, we also generate the huffman codes for the symbol informations of quantization reconstruction regions by 8${\times}$8 blocks and 4${\times}$4 blocks within a macroblock. Adopting this method of reducing the added information by increasing the number of quantization reconstruction region, It is shown that the coding performance can be improved at the same bitrate.
Because it is easy to implement the scalar quantizer, it is used in various video coding systems. Although the scalar quantizer with a large quantization stepsize can reduce the amount of data, it has disadvantage that the reconstructed picture quality is poor. In this paper, we propose an efficient method which improves the coding performance by maintaining original quantization stepsize and increasing the number of quantization reconstruction levels. Simultaneously, for the purpose of solving the problem of transmitting the added symbol informations which is used to indicate the region of quantizer reconstruction level as the number of quantizer reconstruction level is increased, we also suggest the method to reduce the added informations. Therefore, for the intra-coded picture of H.264 video coding system, we generate the huffman codes for the symbol informations of quantization reconstruction regions by 4${\times}$4(horizontal 4 pixels, vertical pixels) block unit. Furthermore, for the inter-coded picture, we also generate the huffman codes for the symbol informations of quantization reconstruction regions by 8${\times}$8 blocks and 4${\times}$4 blocks within a macroblock. Adopting this method of reducing the added information by increasing the number of quantization reconstruction region, It is shown that the coding performance can be improved at the same bitrate.
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문제 정의
본 논문에서는 기존방식에 비하여 계산량이 많지 않으면서 부호화성능을 증대시키는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 기존 스칼라 양자화기의 계단 크기를 그대로 유지하면서 특정 위치의 이산여현변환 계수에 양자화 복원 레벨 개수를 증가시켜 양자화 계단 크기를 감소시키는 효과를 가져온다.
효과이다. 양자화 계단크기가 반으로 줄어들면 부호화 비트량이 많이 발생하게 되기 때문에, 본 논문에서는 양자화 계단크기를 반으로 줄이지 않고 양자화 계단 크기를 반으로 줄이는 효과를 유지하면서, 부호화 비트량이 많이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다. 하지만, 세가지 복원 영역에 대해 정보가 추가되면 전체 부호화 비트량이 커질 수 있는데, 다음 장에서 추가되는 정보량을 줄이는 방법이 제시된다.
제안 방법
것이다. 가변길이 부호의한 종류인 허프만 부호를 만들기 위해서 각 플래그 심볼의 발생빈도를 조사하였다.
살펴본다. 기존 방법과의 객관적인 평가를 위해 양자화 복원 레벨 개수를 증가시킨 제안방법을 사용할 때 추가적인 정보(즉, 양자화 복원 영역 심볼 정보)에 해당되는 비트수를 모두 계산하였다. 심볼 정보에 대한 추가적인 비트수를 계산하기 위하여 표 3에서 제시한 4X4 블록에 대한 허프만 부호와 표 4에서 제시한 8X8 서브매크로블록에 대한 허프만 부호의 할당 비트 수를 적용하였다.
먼저, 2번째 계수까지 양자화 복원 레벨 개수를 증가시키고, 심볼 정보의 발생빈도를 조사해본다. 실험조건은 앞의 3장과 같으며, H.
모의실험결과를 바탕으로 양자화 복원 레벨 개수증가에 따른 제안된 방법의 부호화성능을 살펴본다. 기존 방법과의 객관적인 평가를 위해 양자화 복원 레벨 개수를 증가시킨 제안방법을 사용할 때 추가적인 정보(즉, 양자화 복원 영역 심볼 정보)에 해당되는 비트수를 모두 계산하였다.
본 논문에서는 스칼라 양자화기에서 양자화 복원 레벨 개수를 증대시키기 위하여 복원영역 심볼의 발생 빈도를 조사하고, 이를 바탕으로 각 심볼에 대한허프만 부호를 구하였다* H.264 동영상 부호화를 통하여 양자화 복원 레벨 개수가 증대된 경우에 심볼 정보_가 추가되어야 되며, 이러한 심볼 정보를 감소시키기 위한 두 가지 방법을 제안하였다. 4X4블록 단위뿐 판 아니라 8X8블록 단위까지 중복되는 심볼 정보를 줄여줌으로써 같은 부호화율에서 기존방법에 비하여 제안된 방법의 부호화성능이 우수함을 확인하였다.
기존 방법과의 객관적인 평가를 위해 양자화 복원 레벨 개수를 증가시킨 제안방법을 사용할 때 추가적인 정보(즉, 양자화 복원 영역 심볼 정보)에 해당되는 비트수를 모두 계산하였다. 심볼 정보에 대한 추가적인 비트수를 계산하기 위하여 표 3에서 제시한 4X4 블록에 대한 허프만 부호와 표 4에서 제시한 8X8 서브매크로블록에 대한 허프만 부호의 할당 비트 수를 적용하였다.
원래 양자화 계단크기 0妙를 유지하고, 입력되는 신호 X와 세가지 양자화 복원 레벨에 대한 Y값을 비교하여 원신호 X값과 가까운 복원 레벨의 값으로 양자화된 후의 신호로 결정한다. 세가지 복원 영역과 각 복원 영역에 대한 복원 레벨 값은 다음 식(3)~(5) 와 같다.
이처럼 복원 레벨의 수가 2배로 증가된 경우에 화질과 관련된 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio) 에미치는 영향을 살펴보기 위하여 H.264 부호화 모의실험을 수행하였다. 실험을 위해 H.
대상 데이터
264 부호화 모의실험을 수행하였다. 실험을 위해 H.264의 JM17.0 [11]을 사용하였으며, 실험영상으로는 수평 352화소, 수직 288화소를 갖는 Bus, Waterfall, Foreman, Flower Garden을 사용하였다. H.
성능/효과
첫 번째 및 두 번째 계수가 모두 "0* 영역으로 분포하는 것이 가장 많았으며, 첫 번째 또는 두 번째 계수 중의 한 곳에서 또는 '-' 영역으로 분포하는 경우가 다음으로 많았다. 첫 번째 및 두 번째 계수가 모두 *0' 영역 이외의 다른 영역으로 분포하는 경우는 상대적으로 많지 않음을 알 수 있다.
264 동영상 부호화를 통하여 양자화 복원 레벨 개수가 증대된 경우에 심볼 정보_가 추가되어야 되며, 이러한 심볼 정보를 감소시키기 위한 두 가지 방법을 제안하였다. 4X4블록 단위뿐 판 아니라 8X8블록 단위까지 중복되는 심볼 정보를 줄여줌으로써 같은 부호화율에서 기존방법에 비하여 제안된 방법의 부호화성능이 우수함을 확인하였다.
첫 번째 및 두 번째 계수가 모두 *0' 영역 이외의 다른 영역으로 분포하는 경우는 상대적으로 많지 않음을 알 수 있다. 따라서, 9개의 심볼을 2진수 고정 길이부호로 나타낸다면 최소 4비트가 필요하므로 심볼을 보내는데 필요되는 부가 비트수를 줄이기 위하여 비교적 분포가 많은 5개의 심볼만을 사용하여 가변길이 부호로 만드는 것이 바람직할 것이다.
다양한 영상 응용분야를 위해서는 전송될 매체의 대역폭이나 저장될 매체의 용량을 고려하여 영상 데이터를 전송하거나 저장해야 한다. 이를 위해서 영상신호 내에 시간적으로 중복된 데이터와 공간적으로 중복된 데이터를 제거하는 기술을 바탕으로 영상 데이터를 압축하여 방대한 영상데이터 용량을 줄일 수 있다.
그림 6은 Waterfall 영상에 대하여 기존방법(Conventional)과 I-화면에는 4X4블록 단위로 부가 정보를 감소하는 방식을 적용하고 P-화면에는 8X8 서브매크로블록 및 4X4블록 단위로 부가 정보를 감소하는 방식을 동시에 적용한 제안방법 (Proposed)의 PSNR을 비교하여 나타낸다. 제안된 방법에 의한 비트열의 부호화율은 0.48Mb/s, 0.70Mb/s, 0.90Mb/s, l.lOMb/s, 1.40Mb/s로 각각 발생하였다. 제안된 방법이 기존방법보다 같은 부호화율에서 평균적■으로 약0.
40Mb/s로 각각 발생하였다. 제안된 방법이 기존방법보다 같은 부호화율에서 평균적■으로 약0.5dB에서 l.OdB까지 PSNR이 증가됨을 알 수 있다.
제안한 방법은 기존 스칼라 양자화기의 계단 크기를 그대로 유지하면서 특정 위치의 이산여현변환 계수에 양자화 복원 레벨 개수를 증가시켜 양자화 계단 크기를 감소시키는 효과를 가져온다. 그러나 복원 레벨 개수가 증가됨에 따라 계수의 위치를 나타내는 부가정보가 필요하게 된다.
후속연구
또한, 화면내 특정 슬라이스내의 매크로블록에 대해서만 제안된 방법을 적용할 수 있다. 이렇게 슬라이스를 구분하여 방법을 적용하면, 특정 슬라이스 내의 매크로블록에 대해서만 부가정보를 추가해주면 된다.
이러한 플래그 정보를 매크로블록 헤드내에 고정길이 부호로 추가하는 것보다 플래그 심볼의 발생 빈도를 고려하여 가변길이 부호로 추가하는 것이 바람직할 것이다. 가변길이 부호의한 종류인 허프만 부호를 만들기 위해서 각 플래그 심볼의 발생빈도를 조사하였다.
이웃한 4X4블록 4개로 구성된 8X8 서브매크로블록 단위로 심볼 정보에 대한 플래그 비트를 고려하게 되면 부가정보는 더욱더 줄일 수 있을 것이다. 매크로 블록 중에 각 8X8 서브매크로블록의 배열순서에 따라서 매크로블록 헤드정보에 플래그 정보를 추가하여 넣는다.
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JM Reference Software Version 17.0, http://iphome.hhi.de/suehring/tml/download.
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