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문제 정의
- 본 논문에서는 6:1의 높은 압축비로 낮은 압축손실을 얻기 위해서, 비트맵 데이터와 양자화 데이터 모두를 압축하는 CMBQ-BTC를 제안하였다. CMBQ-BTC는 원본 블록을 3개로 분리하여, RGB 각각에 Y 비트맵을 활용하여, 비트맵 데이터를 압축하였고, 분리된 서브블록의 상위 평균과 하위 평균의 정보를 압축시키기 위해서, 상위 평균과 하위 평균들을 원본 블록의 4-level BTC의 양자화 데이터로 부호화하여 복호기로 전송하는 방법으로 상위 평균과 하위 평균들을 압축하였다.
제안 방법
- 사용된 BTC의 블록 크기는 2x4이고, 평가 영상은 540x540 크기의 영상을 사용하였다. 1-단계 CMBQ-BTC의 복호화 과정은 Y 비트맵 모드의 두 가지 출력을 모두 복호하여, 손실이 적은 모드를 선택하는 방법을 사용하였다. 일반적인 AMBTC 결과와 1-단계 CMBQ-BTC 결과를 PSNR 으로 비교한 결과, 1-단계 CMBQ-BTC의 PSNR이 일반 적인 AMBTC 결과보다 평균 0.
- 그림 5는 본 논문에서 제안하는 CMBQ-BTC의 비트 할당을 나타낸다. 2x4x3의 비트맵은 2-level 비트맵으로 총 24 bit이며, 평균은 하위 1 bit를 줄여, 7 bit로 적용하였고, 동작범위는 6 bit 데이터를 적용하였다. 서브 블록이 총 9 개이므로, 1-단계 CMBQ-BTC의 Y 비트맵 모드는 총 9 bit이다.
- 본 논문에서는 6:1의 높은 압축비로 낮은 압축손실을 얻기 위해서, 비트맵 데이터와 양자화 데이터 모두를 압축하는 CMBQ-BTC를 제안하였다. CMBQ-BTC는 원본 블록을 3개로 분리하여, RGB 각각에 Y 비트맵을 활용하여, 비트맵 데이터를 압축하였고, 분리된 서브블록의 상위 평균과 하위 평균의 정보를 압축시키기 위해서, 상위 평균과 하위 평균들을 원본 블록의 4-level BTC의 양자화 데이터로 부호화하여 복호기로 전송하는 방법으로 상위 평균과 하위 평균들을 압축하였다. 알고리즘의 성능 분석을 위해서, 다양한 영상에 대해서, 일반적인 AMBTC의 PSNR 결과와 비교 분석하였다.
- 2-단계 적용방법은 6x4 원본 블록에서 입력 데이터를 4-level BTC 과정을 수행한 후, 복원하여, 4개의 양자화 된 데이터를 얻는다. 그리고 1-단계에서 구한 세분화한 3개의 블록에서 상위 평균과 하위 평균 들을 4-level 양자화로 복원된 4개의 복원 데이터와 비교하여, 가장 근접한 양자화 값을 선택한다. 즉, 2-단계 과정에서는 2x4 서브블록 3개의 상위 평균과 하위 평균값, 총 6개는, 원본 블록 6x4의 4-level BTC 로 복원된 4개의 값과, 근접한 값이라고 가정하고, 6개의 양자화 데이터를 원본 블록의 4-level BTC의 복호된 값으로 대체하는 방법을 사용하였다.
- 1-단계 CMBQ-BTC 과정을 살펴보면, 6x4 블록을 2x4 블록으로 세분화 하고, 분리된 2x4 블록마다 Y 로 변환하여, Y의 비트맵을 구한다. 그리고 RGB 각각의 비트맵으로 Y의 비트맵과 Y의 비트맵 반전을 적용할 경우, 압축손실이 적은 모드를 선택하는 방법(이하 Y 비트맵 모드)을 사용하였다. Y 비트맵 모드의 선택 방법은 서브 블록마다 Y의 비트맵을 사용하여 RGB의 상위 평균들과 하위 평균들을 구한다.
- 그래서 Wang의 논문[8]에서는 Y의 비트맵으로 RGB의 비트맵으로 적용하는 방법으로 red 와 blue 데이터의 비티맵과 Y의 비트맵의 일치성을 판단하여, Y의 비트맵과 Y의 비트맵의 반전 중 하나를 선택하는 방법을 사용하였다. 본 논문에서 제안하는 CMBQ-BTC 1-단계 압축에서도 RGB 비트맵으로 Y의 비트맵을 활용하였고, 낮은 압축 손실을 얻게 하기 위해서, 2x4 블록을 사용하였다.
- 본 논문에서 제안하는 CMBQ-BTC 압축은 비트맵과 양자화 데이터 모두를 압축하는 방법으로 6x4의 블록을 사용하며, 2 단계로 나누어 비트맵 데이터와 양자화 데이터를 압축한다. 1-단계에서는 각각의 6x4 블록을 2x4블록으로 세분화 시킨 후, 서브블록의 비트맵을 luminance (Y)의 비트맵을 적용함으로서 비트맵 데이터를 압축시키는 효과를 얻을 수 있었다.
- 즉, 표준 BTC 에서는 평균과 표준 편차, 2-level AMBTC 에서는 상위평균과 하위평균을 의미한다. 본 논문에서 제안한 CMBQ-BTC 압축 방법은 비트맵 데이터와 양자화 데이터 모두를 압축하는 방법을 사용하였다. 다양한 영상으로 시뮬레이션 결과 6:1의 높은 압축률을 가지면서, 6x4 블록 크기의 2-level AMBTC 결과보다 1.
- 그리고 1-단계에서 구한 세분화한 3개의 블록에서 상위 평균과 하위 평균 들을 4-level 양자화로 복원된 4개의 복원 데이터와 비교하여, 가장 근접한 양자화 값을 선택한다. 즉, 2-단계 과정에서는 2x4 서브블록 3개의 상위 평균과 하위 평균값, 총 6개는, 원본 블록 6x4의 4-level BTC 로 복원된 4개의 값과, 근접한 값이라고 가정하고, 6개의 양자화 데이터를 원본 블록의 4-level BTC의 복호된 값으로 대체하는 방법을 사용하였다. 1-단계 Y 비트맵 모드의 출력이 “1” 에서는 각각의 서브블록에서 상위 평균이 하위 평균 보다 크거나 같으므로, (상위 평균, 하위 평균) 으로 표현하면, 4-level 비트맵은 (3,2), (3,1), (3,0), (2,1), (2,0), (1,0) 총 6개로 분류된다.
- 일반적으로 블록을 세분화하여, BTC를 수행할 경우, 압축 손실은 감소하지만, 세분화된 블록마다 상위 평균과 하위 평균들은 세분화된 블록들만큼 증가하게 된다. 증가된 상위 평균과 하위 평균들을 압축시키는 방법으로는 입력 데이터를 세분화 이전의 블록에서 4-level BTC를 수행한 후, 복원하여, 4개의 양자화 된 데이터를 얻고 1-단계에서 세분화된 서브블록에서 구한 상위 평균과 하위 평균들을, 4-level BTC 과정에서 복원된 4개의 양자화 데이터와 비교하여, 가장 근접한 양자화 데이터를 구하는 방법으로 서브블록의 상위 평균과 하위 평균 데이터들을 감소시켰다.
대상 데이터
- 표 1은 Y 비트맵 모드의 화질을 알아보기 위해서, 일반적인 AMBTC의 PSNR 결과와 1-단계 CMBQ-BTC의 PSNR 결과를 비교한 자료이다. 사용된 BTC의 블록 크기는 2x4이고, 평가 영상은 540x540 크기의 영상을 사용하였다. 1-단계 CMBQ-BTC의 복호화 과정은 Y 비트맵 모드의 두 가지 출력을 모두 복호하여, 손실이 적은 모드를 선택하는 방법을 사용하였다.
데이터처리
- CMBQ-BTC는 원본 블록을 3개로 분리하여, RGB 각각에 Y 비트맵을 활용하여, 비트맵 데이터를 압축하였고, 분리된 서브블록의 상위 평균과 하위 평균의 정보를 압축시키기 위해서, 상위 평균과 하위 평균들을 원본 블록의 4-level BTC의 양자화 데이터로 부호화하여 복호기로 전송하는 방법으로 상위 평균과 하위 평균들을 압축하였다. 알고리즘의 성능 분석을 위해서, 다양한 영상에 대해서, 일반적인 AMBTC의 PSNR 결과와 비교 분석하였다. CMBQ-BTC 압축 기법은 6:1의 높은 압축비를 갖으면서, 6x4 블록 크기의 2-level AMBTC 결과보다 1.
이론/모형
- 3개의 임계값을 활용한 4-level AMBTC 결과는 압축손실이 적어 화질은 우수하지만, 3개의 임계값을 모두 복호기로 전달해야 하므로 압축률이 저하된다. 그래서 본 논문에서는 Wang[5]의 논문에서 소개된 1개의 절대 중심 모멘트를 활용한 방법으로 진행하였다. 1개의 절대 중심 모멘트를 사용한 4-level BTC 압축 방법은 다음과 같다.
성능/효과
- 그림 6(a)과 6(b)로부터 원본 영상과 AMBTC 복원 결과를 비교해 보면, 화질 면에서 차이가 발생한다. 하지만 그림 6(b)과 6(c)로부터 AMBTC 복원 결과와 CMBQ-BTC 복원 결과를 비교해 보면 유사한 edge가 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
- 알고리즘의 성능 분석을 위해서, 다양한 영상에 대해서, 일반적인 AMBTC의 PSNR 결과와 비교 분석하였다. CMBQ-BTC 압축 기법은 6:1의 높은 압축비를 갖으면서, 6x4 블록 크기의 2-level AMBTC 결과보다 1.21 dB 높은 PSNR 결과를 얻을 수 있었으며, 4:1의 압축비를 갖는 4x4 블록 크기의 2-level AMBTC 결과와 비교해 보면 0.42 dB 정도 낮은 PSNR 결과가 확인되어, 본 논문에서 제안하는 CMBQ-BTC 알고리즘의 효율성을 확인하였다.
- 21 dB 높은 PSNR 결과를 확인 할 수 있었다. 그리고 4x4 블록의 AMBTC 결과와 비교해서 CMBQ-BTC의 결과가 평균 0.42 dB 낮은 PSNR 결과를 확인 할 수 있었다. 그리고 CMBQ-BTC와 동일한 압축 비율을 갖으면서, 4x4의 블록크기에서 Y 비트맵으로 RGB 각각의 비트맵에 활용하여 BTC를 수행한 결과와 비교해서, CMBQ-BTC 결과가 평균 0.
- 42 dB 낮은 PSNR 결과를 확인 할 수 있었다. 그리고 CMBQ-BTC와 동일한 압축 비율을 갖으면서, 4x4의 블록크기에서 Y 비트맵으로 RGB 각각의 비트맵에 활용하여 BTC를 수행한 결과와 비교해서, CMBQ-BTC 결과가 평균 0.32 dB 높은 PSNR 결과를 확인할 수 있었다.
- 본 논문에서 제안한 CMBQ-BTC 압축 방법은 비트맵 데이터와 양자화 데이터 모두를 압축하는 방법을 사용하였다. 다양한 영상으로 시뮬레이션 결과 6:1의 높은 압축률을 가지면서, 6x4 블록 크기의 2-level AMBTC 결과보다 1.21 dB 높은 PSNR 결과를 얻을 수 있었으며, 4:1의 압축비를 갖는 4x4 블록 크기의 2-level AMBTC 결과와 비교해 보면 0.42 dB 낮은 PSNR 결과를 확인하여, 본 알고리즘의 효율성을 확인하였다.
- CMBQ-BTC의 블록크기는 6x4 로서, 6:1의 압축 비율을 갖는다. 동일한 블록 크기인 6x4의 2-level AMBTC 와 비교해서, CMBQ-BTC가 평균 1.21 dB 높은 PSNR 결과를 확인 할 수 있었다. 그리고 4x4 블록의 AMBTC 결과와 비교해서 CMBQ-BTC의 결과가 평균 0.
- 1-단계 CMBQ-BTC의 복호화 과정은 Y 비트맵 모드의 두 가지 출력을 모두 복호하여, 손실이 적은 모드를 선택하는 방법을 사용하였다. 일반적인 AMBTC 결과와 1-단계 CMBQ-BTC 결과를 PSNR 으로 비교한 결과, 1-단계 CMBQ-BTC의 PSNR이 일반 적인 AMBTC 결과보다 평균 0.84 dB 낮은 PSNR 결과를 얻어 RGB 비트맵으로 Y 비트맵 적용기법의 유효성을 확인하였다.
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