초록

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본 논문에서는 H.263과 같은 MC-DCT방법을 사용하는 코덱에서 IDCT와 MC(Motion Compensation, 움직임보상)방법을 부분적으로 수정하여 제한된 비율의 축소영상을 디코딩 과정에서 직접 얻을 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법에서는 8$\times$8 DCT 블록에 대하여 약간의 연산을 가하여 k$\times$k IDCT를 수행하고, 시간적 중복성을 제거하는 과정에서 근사적 움직임벡터를 이용한 2k$\times$2k MC 를 수행하였다. 기존의 코덱을 사용하고 후처리로 축소를 하는 경우와 비교하였을 때에 추가적인 오버헤드가 매우 경미하고 디코딩 과정이 많이 축소되어 계산효율에 있어서 대략 32%의 개선된 실험결과를 얻었고, 화질저하 현상이 개선됨을 실험적으로 보였다.

본 논문에서는 H.263과 같은 MC-DCT방법을 사용하는 코덱에서 IDCT와 MC(Motion Compensation, 움직임보상)방법을 부분적으로 수정하여 제한된 비율의 축소영상을 디코딩 과정에서 직접 얻을 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법에서는 8$\times$8 DCT 블록에 대하여 약간의 연산을 가하여 k$\times$k IDCT를 수행하고, 시간적 중복성을 제거하는 과정에서 근사적 움직임벡터를 이용한 2k$\times$2k MC 를 수행하였다. 기존의 코덱을 사용하고 후처리로 축소를 하는 경우와 비교하였을 때에 추가적인 오버헤드가 매우 경미하고 디코딩 과정이 많이 축소되어 계산효율에 있어서 대략 32%의 개선된 실험결과를 얻었고, 화질저하 현상이 개선됨을 실험적으로 보였다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 논문에서는 MC-DCT를 사용하는 비디오 및 정지 영상 디코더 내부를 미리 지정된 8가지 축소비율에 맞게 최적화하여 화질 저하를 미연에 방지하면서 처리 시간 에서도 큰 이득을 얻을 수 있는 방법을 제안한다. 이를 위하여 IDCT 로 입력되기 전의 데이터를 적절하게 가공하고, IDCT 를 수정하였으며, 축소비율에 맞는 움직임 보 상방 법을 제안하였다.
• 일반적으로 인코딩된 비디오의 영상 크기와 디코딩 후 재생 시의 영상 크기가 일치하지 않는 경우 디코딩된 raw image를 확대 또는 축소하게 된다. 이 중 축소의 경우에 대하여 본 논문에서는 MC-DCT가 적용되는 비디오 중 화상통화에서 사용하는 H.263[3]에 대하여 디코딩 과정에서 효과적으로 일정 비율(〃8)로 축소하여 재생하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 亩하여 8×8 IDCT 및 16X16MC 를 ”8의 비율 형태로 적절하게 가공하여 디코딩 과정에 적용하고자 한다.

제안 방법

• IDCT 는을며, H.263프레임 디코딩 평균 소요 시간을 측정하였다.
• 샘플로 QCIF Foreman 올 사용하였으며, intra-coding은 매 10번째 마다 이루어지도록 했으며, 총 100프레임을 생성하여 이를 디코딩하였다. [그림 3]에서 방법 A는 제안하는 방법을 구현한 것이고, 나머지는 일반적인 방법으로 디코딩 후 출력 부분을 sub-sampling(방법 B), interpolation(방법 C) 방법으로 75%의 비율(阵6)로 축소하였으며 intra-coded 형식 10프레임만의 재생 시간을 비교하였다. IDCT 가 전체 디코딩 과정의 상당한 비중을 차지하였고, 방법 1은 후처리 과정이 없기 때문에, 가장 느린 방법 3의 68%에 불과한 수행 시간을 얻었다.
• 본 논문에서 제안한 방법을 이용해서 실제 화상통신이 실행 가능한 휴대전화에 내장된 H.263 디코더를 수정하여 실험을 하였다. 구현의 복잡성 때문에 제안한 모든 기술을 평가하지는 못하고, intra-coded 형식의 프레임에 대하여 제한적인 성능을 측정할 수 있었다.
• 샘플로 QCIF Foreman 올 사용하였으며, intra-coding은 매 10번째 마다 이루어지도록 했으며, 총 100프레임을 생성하여 이를 디코딩하였다. [그림 3]에서 방법 A는 제안하는 방법을 구현한 것이고, 나머지는 일반적인 방법으로 디코딩 후 출력 부분을 sub-sampling(방법 B), interpolation(방법 C) 방법으로 75%의 비율(阵6)로 축소하였으며 intra-coded 형식 10프레임만의 재생 시간을 비교하였다.
• 263[3]에 대하여 디코딩 과정에서 효과적으로 일정 비율(〃8)로 축소하여 재생하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 亩하여 8×8 IDCT 및 16X16MC 를 ”8의 비율 형태로 적절하게 가공하여 디코딩 과정에 적용하고자 한다.
• 본 논문에서는 MC-DCT를 사용하는 비디오 및 정지 영상 디코더 내부를 미리 지정된 8가지 축소비율에 맞게 최적화하여 화질 저하를 미연에 방지하면서 처리 시간 에서도 큰 이득을 얻을 수 있는 방법을 제안한다. 이를 위하여 IDCT 로 입력되기 전의 데이터를 적절하게 가공하고, IDCT 를 수정하였으며, 축소비율에 맞는 움직임 보 상방 법을 제안하였다. 그리고, 이 제안한 방법 중 IDCT 관련 부분을 구현하여 실제로 테스트해 보고, 기존방법과 화질과 성능 측면에서 큰 이득이 있음을 확인하였다.
• 263프레임 디코딩 평균 소요 시간을 측정하였다. 임의의 프레임을 골라 원본 크기 및 제안된 방법으로 축소된 raw image를 추출하고, 원본 크기 영상을 다양한 방법으로 축소하여 두 축소 영상끼리 PSNR 을 구하였다. 테스트 환경은 CPU ARM920t 135Mhz, System 33.
• 휴대용 멀티미디어 기기에서 저해상도 디스플레이 장치를 통해 고품 잘의 멀티미디어 컨텐츠를 재생하기 위해서 효과적인 영상 축소 방법이 요구된다. 제한된 시스템 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 MC-DCT 방법을 이용하는 코덱의 디코딩 과정을 수정하여 보다 적은 계산량으로도 더욱 좋은 화질의 영상을 얻을 수 있는 방법을 제안하였다. 이의 구체적인 설명과 검증을 위하여 현재 상용화된 화상통화가 가능한 휴대전화의 H.
• [그림 2]는 kr=6인 경우에 대한 움직임 보상 방법을 나타내고 있다. 참조프레임이 축소되어 있으므로, 오른쪽의 현재 프레임을 구성하는 residual image decoding 및 움직임 보상 방법을 각각 축소. 비율에 맞게 새로운 움직 임 벡터(MV, )와 움직임 보상영역(MC, )을 다음과 같이 적용하여야 한다.
• 이 처리방법은 MJPEG 과 같은 동영상이나, JPEG과 같은 정지영상에 대하여 완벽하게 쳐리할 수 있다. 한편 비디오에서 inter-coded 형식의 프레임은 상기 방법만으로 얻을 수가 없기 때문에 인코딩된 DCT 블록에 대하여 축소된 IDCT 방법으로 raw image를 얻은 후, 전 단계에서 제안한 방법에 의해 얻어진 참조 영상을 축소된 움직임 벡터을 이용하여 참조하여 움직임 보상을 하게 된다.
• 화질에 있어서는 QCIF 출력 10프레임을 상용 유틸 리 티(Paint Shop Pro 5.0)[6]를 이용하여 bilinear resampling 방법으로 기준이 되는 축소 영상을 만들고, 각각의 방법에 의해 생성되는 프레임과 비교하였다. [그림 4]는 각 죽소방법에 의해 생성한 출력 영상의 평균 PSNR 값을 나타내었다.

성능/효과

• [그림 3]에서 방법 A는 제안하는 방법을 구현한 것이고, 나머지는 일반적인 방법으로 디코딩 후 출력 부분을 sub-sampling(방법 B), interpolation(방법 C) 방법으로 75%의 비율(阵6)로 축소하였으며 intra-coded 형식 10프레임만의 재생 시간을 비교하였다. IDCT 가 전체 디코딩 과정의 상당한 비중을 차지하였고, 방법 1은 후처리 과정이 없기 때문에, 가장 느린 방법 3의 68%에 불과한 수행 시간을 얻었다.
• 263 디코더를 수정하여 실험을 하였다. 구현의 복잡성 때문에 제안한 모든 기술을 평가하지는 못하고, intra-coded 형식의 프레임에 대하여 제한적인 성능을 측정할 수 있었다. IDCT 는<수식 1>을며, H.
• 이를 위하여 IDCT 로 입력되기 전의 데이터를 적절하게 가공하고, IDCT 를 수정하였으며, 축소비율에 맞는 움직임 보 상방 법을 제안하였다. 그리고, 이 제안한 방법 중 IDCT 관련 부분을 구현하여 실제로 테스트해 보고, 기존방법과 화질과 성능 측면에서 큰 이득이 있음을 확인하였다.
• 이는 부가적으로 메모리 접근 횟수 및 사용의 감소도 가져오게 되며, 이를 일반화하면 (#만큼의 계산 복잡도 감소를 가져오게 된다. 따라서 제안하는 방법은 비록 전처리 과정에서 각 DCT 계수들에 대하여 일정한 상수의 곱셈을 해야 하는 오버헤드가 있지만, 충분히 이를 상쇄하고도 효율적임을 알 수 있다,
• 263 코덱을 테스트 모델로 하였으며 제한적이나마 제안한 기술에 대하여 실험 결과를 얻었고, 현재 일반적으로 구현되고 있는 축소 방법에 대하여 최대 32%의 효율성이 있음을 확인하였다. 또한 화질에 있어서도 PC 에서 상용유틸리티 를 이용한 축소 영상과 매우 근접한 PSNR 값을 얻을 수 있었다.
• [그림 4]는 각 죽소방법에 의해 생성한 출력 영상의 평균 PSNR 값을 나타내었다. 이 결과가 원본에 가장 가까운 축소 영상이라 고 단정하기는 어렵지만, 실시간 특성을 지니는 무선화 상통 신의 출력물이 PC 상에서 생성한 축소 영상과의 비교에서 36dB 이상의 화질을 유지했다는 점에서 긍정적인 결과라 할 수 있으며, 비교 대상의 다른 방법보다 화질에서 큰 차이를 보이고 있다.
• 제한된 시스템 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 MC-DCT 방법을 이용하는 코덱의 디코딩 과정을 수정하여 보다 적은 계산량으로도 더욱 좋은 화질의 영상을 얻을 수 있는 방법을 제안하였다. 이의 구체적인 설명과 검증을 위하여 현재 상용화된 화상통화가 가능한 휴대전화의 H.263 코덱을 테스트 모델로 하였으며 제한적이나마 제안한 기술에 대하여 실험 결과를 얻었고, 현재 일반적으로 구현되고 있는 축소 방법에 대하여 최대 32%의 효율성이 있음을 확인하였다. 또한 화질에 있어서도 PC 에서 상용유틸리티 를 이용한 축소 영상과 매우 근접한 PSNR 값을 얻을 수 있었다.

후속연구

• 향후에는 근사된 움직임 벡터를 이용한 MC 에 관한 실험을 보강하여 제안한 기술에 대한 검증을 보다 구체적으로 실행할 필요가 있고, 이와 관련한 새로운 MC 방법의 개선과 제안이 이루어져야 하곘다.

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이 논문을 인용한 문헌

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