[논문]무손실 컬러 이미지 압축을 위한 무손실 색상 변환 방법

김세윤; 조남익

무손실 컬러 이미지 압축을 위한 무손실 색상 변환 방법
A Reversible Color Transform for Lossless Color Image Compression 원문보기

김세윤 (서울대학교 전기컴퓨터공학부) , 조남익 (서울대학교 전기컴퓨터공학부)

기존의 무손실 컬러 이미지 압축 연구에는 하나의 색상 채널을 압축한 뒤에 이를 이용하여 나머지 색상 채널의 값을 예측하여 압축을 수행하는 방법이 많다. 또한, 각각의 채널을 독립적으로 압축하는 경우, 무손실 색상 변환(reversible color transform을 먼저 수행하는 것이 유리하다는 연구 결과도 있다. 본 논문에서는 무손실 컬러 이미지 압축을 위한 새로운 색상변환 방법을 제안한다. 새롭게 제안하는 색상 변환은 R, G, B 색공간에서 표현된 이미지를 YCuCv 색공간으로 변환하는데, 기존의 방법에 비해 채널 간 상관관계를 효과적으로 제거한다. 실험 결과, 제안하는 방법은 기존의 무손실 색상 변환 방법에 비해 평균 2.6% 엔트로피를 감소시키는 성능 향상을 보인다.

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문제 정의

본 논문에서는 무손실 컬러 이미지 압축을 위해서 새로운 색상 변환 방법을 제안한다. 새로운 무손실 색상 변환을 설계하기 위해서 lifting[8] 기반의 방법이 이용되었으며, 기존의 방법에서 최소한의 계산량 증가만으로 성능 향상을 보인다.
본 논문에서는 컬러 이미지의 무손실 압축을 위해 새로운 색공간 변환 방법을 제안하였다. 제안하는 색공간 변환 방법은 기존의 무손실 색상 변환 이후에 lifting step을 추가하여 최소한의 계산량 증가로 색공간 분리 성능을 향상시켰다.

제안 방법

색공간 변환 전의 R, G, B 채널과 JPEG2000 lossless의 RCT로 변환한 후의 Y, Cu, Cv 채널, 제안하는 방법으로 변환한 후의 Y, Cu', Cv' 채널의 0차 entropy를 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 논문에서는 그림 1과 같이 기존의 무손실 색상 변환 뒤에 lifting[8][9] 스텝을 추가하였고, 그 식은 다음과 같이 표현할 수 있다.

대상 데이터

본 논문에서 제안하는 방법을 평가하기 위해 JPEG2000 lossless에서 사용되는 기존의 무손실 색공간 변환 방법과 성능 비교를 수행하였다. 실험 영상은 무손실 압축 연구에서 많이 사용되는 Kodak data set[10]의 대표적인 이미지 7장을 사용하였다.

데이터처리

본 논문에서 제안하는 방법을 평가하기 위해 JPEG2000 lossless에서 사용되는 기존의 무손실 색공간 변환 방법과 성능 비교를 수행하였다. 실험 영상은 무손실 압축 연구에서 많이 사용되는 Kodak data set[10]의 대표적인 이미지 7장을 사용하였다.

성능/효과

컬러 이미지의 압축을 위해서 채널 간의 상관관계를 이용하지 않는 방법으로는 Lossless JPEG[1], JPEG-LS[2], LOCO-I[3], CALIC[4] 등의 방법이 있다. LOCO-I와 CALIC은 JPEG 표준화 과정에서 개발되었으며, 표준에 선택된 LOCO-I는 JPEG-LS와 거의 같은 반면, CALIC은 계산복잡도가 높으면서 더 향상된 성능을 보인다. 상기한 방법들은 영상의 색상 채널을 각각의 흑백 영상으로 가정하여 독립적으로 압축을 수행한다.
새로운 무손실 색상 변환을 설계하기 위해서 lifting[8] 기반의 방법이 이용되었으며, 기존의 방법에서 최소한의 계산량 증가만으로 성능 향상을 보인다. 구체적으로, 기존의 색상 변환 결과에 한 단계의 lifting 스텝을 추가하여 채널 간 상관관계 제거 성능을 향상시켰다.
기존 방법과 제안하는 방법의 Y 채널의 값은 같으므로 entropy 변화는 없고, Cu'와 Cv' 채널의 entropy는 기존 방법의 Cu와 Cv에 비해 최대 12.52%, 평균 2.64% 감소하였다.
제안하는 색공간 변환 방법은 기존의 무손실 색상 변환 이후에 lifting step을 추가하여 최소한의 계산량 증가로 색공간 분리 성능을 향상시켰다. 제안하는 방법은 JPEG2000 lossless에서 사용되는 색공간 변환 방법에 비해 최대 12.5%, 평균 2.6%의 entropy 감소 효과를 보였다.
본 논문에서는 컬러 이미지의 무손실 압축을 위해 새로운 색공간 변환 방법을 제안하였다. 제안하는 색공간 변환 방법은 기존의 무손실 색상 변환 이후에 lifting step을 추가하여 최소한의 계산량 증가로 색공간 분리 성능을 향상시켰다. 제안하는 방법은 JPEG2000 lossless에서 사용되는 색공간 변환 방법에 비해 최대 12.

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