초록 ▼

영상의 해상도가 증가하고 영상서비스의 범위가 늘어나면서 영상 코덱의 중요성이 대두되고 있다. VCEG 및 MPEG에서는 UHD이상의 해상도를 목표로 하는 H.264 이후의 차세대 코덱의 표준화를 진행하여 완성단계에 있다. 이와 같은 영상 코덱은 체감화질을 고려하지 않은 MSE 및 SAD 최소화를 목적으로 개발되고 있다. 그러나 MSE 등의 방법은 체감화질을 잘 반영하지 못하는 문제점이 있으며, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 ITU-T SG16 등에서 체감화질을 고려한 영상 코덱 기술 개발이 진행 중이다.
본 연구에서는 체감품

영상의 해상도가 증가하고 영상서비스의 범위가 늘어나면서 영상 코덱의 중요성이 대두되고 있다. VCEG 및 MPEG에서는 UHD이상의 해상도를 목표로 하는 H.264 이후의 차세대 코덱의 표준화를 진행하여 완성단계에 있다. 이와 같은 영상 코덱은 체감화질을 고려하지 않은 MSE 및 SAD 최소화를 목적으로 개발되고 있다. 그러나 MSE 등의 방법은 체감화질을 잘 반영하지 못하는 문제점이 있으며, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 ITU-T SG16 등에서 체감화질을 고려한 영상 코덱 기술 개발이 진행 중이다.
본 연구에서는 체감품질을 고려한 코덱 기술을 개발하였다. 즉, 체감화질을 유지하거나 열화를 최소화하면서 코덱 효율을 최대화 할 수 있도록 최적화를 진행하였다. 연구는 두 가지 범주로 나누어 진행하였다. 하나는 코덱 최적화를 위한 신뢰도 높은 객관적 체감화질 연구이고, 다른 하나는 체감화질에 기반을 둔 코덱 최적화 연구이다.
체감품질 측정 기술은 지난 수년 동안 괄목할만한 진전을 이루었고, ITU-T 및 ITU-R에서는 SD, HD 및 멀티미디어 해상도에 대해서 전기준법 및 감소기준법에 대한 표준화를 완료하였다. 이와 같은 표준 기술을 분석하여 경계선 부분의 열화를 측정하는 블록기반 코덱용 객관적 체감품질 측정 알고리즘을 개발하였다. HD 및 UHD등 영상의 해상도의 대형화와 더불어 체감 품질 특징 또한 달라지기 때문에 HD, UHD 등 고해상도 영상에서 신뢰도 높은 체감품질 측정을 할 수 있도록 알고리즘을 개선하였다. 해상도의 대형화가 진행되면서 체감 품질 측정의 연산량 또한 중요한 문제로 대두되었고, 이에 따른 연산량 증가를 해결하기 위해서 ROI 기반의 체감품질 측정 알고리즘을 개발하였다. 즉, 관심영역 밖의 열화는 체감품질에 영향을 미치지 않기 때문에 관심영역에 대해서만 체감품질을 계산하여 Full HD 해상도의 영상에 대하여 프레임 당 1초 이내의 수행속도를 가지도록 객관적 체감화질 측정 알고리즘을 최적화 하였다.
체감품질에 기반을 둔 코덱최적화를 수행하기 위해 경계선을 이용한 R-D 최적화 기술, 주파수영역 모델링을 통한 DCT 양자화 계수 최적화 기술 그리고 영상의 색차 채널간의 상관도를 줄이는 색차정보 예측 기술을 개발하였다. 경계선을 이용한 R-D 최적화 기술은 경계선 열화에 민감한 체감품질 특성을 고려하여 경계선 영역에 높은 비트를 할당하여 체감 품질 열화를 최소화하는 기술이다. 추가적인 정보의 전송을 피하기 위해, 참조영상의 사용이 가능한 Inter 프레임에 대해서만 기술을 적용하였다. 매크로블록에서 발생하는 경계영역의 픽셀수를 고려한 R-D 최적화를 수행하였다. 이 방법을 통해서 체감화질을 유지하며 코덱 효율을 향상하였다. 주파수 영역 모델링을 통한 DCT 양자화 계수 최적화 기술에서는 에너지 분포 분석 및 주파수별 체감화질 분석을 통하여 중간대역의 양자화를 다른 영역에 비해 더 많이 하더라도 체감화질의 변화에 미치는 영향이 적다는 점을 확인하였다. 이에 따라 4x4 DCT 양자화 계수를 조정하는 방법으로 체감품질을 유지하며 코덱 효율을 향상하였다. 색차정보 예측 기술은 영상 코덱에서 주로 사용하는 YUV 형식의 영상에서 Y, U, 그리고 V간의 상관도를 제거하는 기술이다. U 채널의 압축을 진행할 때, 이미 부호화가 완료되어있는 주변 픽셀 값 및 Y값을 이용하여 U 픽셀 값을 예측한다. 예측기의 설계는 블록별로 최소 자승법을 이용하여 최적화한다. V 픽셀도 같은 방법으로 Y 및 U 픽셀을 통해 예측하여 추가적인 코덱 효율을 얻을 수 있다. 체감품질 최적화 코덱 성능 검증을 위해 참조 코덱과 주관적 평가를 통하여 비교하였다. 주관적 평가 값이 유사할 때, 25%이상의 코덱 효율을 향상하였다.
본 연구를 통하여 개발한 체감화질 기반 코덱 최적화 기술은 주관적 품질을 유지하면서 추가적인 압축 효율을 얻을 수 있었다. 이 기술은 IPTV, 모바일 영상서비스 등 차세대 영상 서비스에 효과적으로 적용할 수 있다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• III. 연구성과 ... 7