Microsoft PowerPoint - chap09.ppt [호환 모드]

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일우 추
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1 영상압축표준 송성도 JPEG 표준 Jont Photographcs h Experts Group 에의해개발된영상압축표준 JPEG 영상압축의주단계 디지털영상 f(, j) 는시간영역 (tme doman) 에서정의되지않음 공간영역 (spatal (p doman) 을통해서정의 2차원DCT는두정수u, v에의해인덱스된공간주파수영역 (spatal frequency doman) 에서함수 F(u, v) 인주파수반응을가져오기위해 JPEG 에서한단계로사용 JPEG은손실영상압축방식 (lossy mage compresson)

2 JPEG 영상압축의주단계 (1) JPEG 에서 DCT 변환방식의효율성을나타내는관찰결과 1. 유용한영상내용은영상내에서비교적천천히변함 작은영역에서명암값이크게여러번변화하는것은일반적이지않음 2. 인간은저주파수성분보다매우높은공간주파수성분의손실을훨씬덜인지함 공간중복성 : 영상에서많은정보들이반복된다는것을의미 주파수가높아지면, 정확하게 DCT 계수를표현하는것이덜중요해짐 약간의위치의존정보를제거함으로써블록안에있는화소들을표현하는데더적은숫자들의사용으로끝낼수있음 3. 시각적인예민함은컬러에서보다명암 ( 흑과백 ) 에서훨씬더큼 JPEG 영상압축의주단계 (2) JPEG 부호화기블록도 RGB 를 YIQ 나 YUV 로변환하고색을부표본화함 영상블록별로 DCT를수행함 양자화 지그재그 (Zgzag) 순서로정렬, 런 - 길이 (run-length) 부호화를수행 엔트로피 (entropy) 부호화를수행

911 9.1.1 JPEG 영상압축의주단계 (3) 영상블록별 DCT 영상은8 8블록들로나눠짐 2 차원 DCT 는영상블록 f(, j) 에적용되고, 블록은 DCT 계수 F(u, v) 를출력으로가짐 블록들을사용하는것은그것에인접해있는배경으로부터각블록을분리시키는효과 높은압축률

3 JPEG 영상압축의주단계 (3) 영상블록별 DCT 영상은8 8블록들로나눠짐 2 차원 DCT 는영상블록 f(, j) 에적용되고, 블록은 DCT 계수 F(u, v) 를출력으로가짐 블록들을사용하는것은그것에인접해있는배경으로부터각블록을분리시키는효과 높은압축률 (compresson rato) 지정시 JPEG영상이고르지못함 특정한 F(u, v) 를계산하기위해적절한 u 와 v 에대응하는기본영상을아래그림에서선택함주파수반응 F(u, v) 중의하나를얻기위해다음식을사용 7 7 C( u) C( v) (2 + 1) uπ (2 j + 1) vπ F ( u, v ) = cos cos f (, j ) = 0 j= JPEG 영상압축의주단계 (4) 양자화 압축된영상을위해필요한전체비트수를줄이는것을목표로함 주파수공간블록에서정수에의해각계수를나누고라운딩하는것으로구성 ˆ F( u, v) F ( u, v) = round( ) Q( u, v) (9.1) F(u, v) 는 DCT 계수, Q(u, v) 는양자화행렬 (quantzaton matrx) 결과값은엔트로피부호화에서사용할양자화된 DCT 계수를나타냄휘도 (lumnance) 와색차 (chromnance) 영상각각을위한양자화행렬기본값

911 9.1.1 JPEG 영상압축의주단계 (5) Q ( u, v ) F ˆF ( u, v ) F( ( u, v ) 에서숫자들이상대적으로크기때문에, 의크기와분산은 의 그것보다상당히작음 양자화단계는 JPEG 압축에서손실의주원천 Q( u, v) 의값들은오른쪽아래로갈수록큰값을가짐 -> 높은공간주파수에서더많은손실을가지는것을목표로함

4 JPEG 영상압축의주단계 (5) Q ( u, v ) F ˆF ( u, v ) F( ( u, v ) 에서숫자들이상대적으로크기때문에, 의크기와분산은 의 그것보다상당히작음 양자화단계는 JPEG 압축에서손실의주원천 Q( u, v) 의값들은오른쪽아래로갈수록큰값을가짐 -> 높은공간주파수에서더많은손실을가지는것을목표로함 앞의행렬에서간단한곱셈식으로스케일링함으로써압축률을변화시킬수있음 JPEG 구현에서제공되는화질인자(qualty factor) 는스케일링인수로연결 JPEG 는사용자양자화표 (custom quantzaton table) 을허용 JPEG 영상압축의주단계 (6) f ( u, v) 는 8 8 블록들중의하나, F( u, v) 는 DCT 계수, ~ F( u, v) 는 Q(u, v) 에의해곱셈으로결정된역양자화된 DCT 계수, ˆF ~ F ( u, v ) 는양자화된 DCT 계수, f ( u, v ) ~ 는재구성된영상블록 ε (, j) = f (, j) f (, j) 는손실을설명하기위한오차

911 9.1.1 JPEG 영상압축의주단계 (7) 급격히변하는휘도를가지는그림 오차가이전그림에비해서큼 영상이빨리변하는세부사항을가지면더많은손실이생김 911 9.1.1

이런데이터압축단계들은무손실 DC들은 DPCM, AC들은런길이부호화가됨 AC 계수에서런길이부호화 (Run-Length Codng, RLC) 런길이부호화는 Fˆ (

5 JPEG 영상압축의주단계 (7) 급격히변하는휘도를가지는그림 오차가이전그림에비해서큼 영상이빨리변하는세부사항을가지면더많은손실이생김 JPEG 영상압축의주단계 (8) 엔트로피부호화를위한준비 블록도에서 DCT와양자화를제외한단계들은양자화된 DCT 계수에대한엔트로피부호화로이르게함 이런데이터압축단계들은무손실 DC들은 DPCM, AC들은런길이부호화가됨 AC 계수에서런길이부호화 (Run-Length Codng, RLC) 런길이부호화는 Fˆ ( u, v) 값을집합으로변화시킴에있어유용 지그재그주사는 8 8행렬을 64 벡터로변화시킴 이전의 Fˆ ( u, v) 는다음과같이변경됨 ( 32,6,, 1, 1,0,, 1,0,0,0,,,, 1,0,0,1,0,0,...,0),,,,,, RLC단계는 Fˆ 의 AC 계수에서각 0들의런에대한한쌍 (RUNLENGTH, VALUE) 에값으로대체 RUNLENGTH 는 0 의개수, VALUE 는다음 0 이아닌계수 첫번째 (DC) 성분을고려하지않은값 ( 0, 6)(0, 1)(0, 1)(1, 1)(3, 1)(2, 1)(0, 0)

6 JPEG 영상압축의주단계 (9) DC 계수에대한 DPCM DC 계수는 AC 계수들로부터분리하여부호화됨 영상블록은오직하나의 DC 계수를가짐 DC 계수들의값은크고다를수있음 DC 값은블록의평균명암도를반영 DC 계수가 150, 155, 149, 152, 144 이고, 번째블록의예측기가 d = DC+ 1 DC이고, d0 = DC DPCM은 150, 5, -6, 3, -8을생성 0 라면 엔트로피부호화 DC와 AC 계수는마지막으로엔트로피부호화단계를거침 허프만부호화를사용하고, 기본엔트로피부호화방법만논의함 JPEG 영상압축의주단계 (10) DC 계수들의허프만부호화 DPCM-부호화된각 DC 계수는한쌍의심볼 (SIZE, AMPLITUDE) 로표현 SIZE 계수표현을위한비트의수, AMPLITUDE 실제비트들을포함 SIZE 는허프만부호화되고, 가변길이부호 -> 추가적인압축 AMPLITUDE 는허프만부호화되지않음 오른쪽표는다른가능한크기를위한크기범주를설명함 음수를위해 1의보수가사용됨 DPCM 150, 5, -6, 3, -8은 (8, ) (3, 101) (3, 001) ( 2, 11), 4, 0111) 로변경됨

7 JPEG 영상압축의주단계 (11) AC 계수들의허프만부호화 실제 JPEG 구현에서, VALUE는 SIZE와 AMPLITUDE에의해서표현됨 비트절약을위해 REUNLENGTH 와 SIZE 는 4 비트만할당되어한바이트에넣어짐 Symbol 1: (RUNLENGT, SIZE) Symbol 2: (AMPLITUDE) 4 비트 RUNLENGTH는 0에서 15까지의 0의런들만표현가능 0의런길이가 15보다커지면확장코드 (15, 0) 가 Symbol 1을위해사용 DC에서와같이, Symbol 1은허프만부호화되지만, Symbol 2는그렇지않음 JPEG 모드 (1) 순차모드 (Sequental Mode) JPEG의기본모드 회색도영상과컬러영상성분은한번의왼쪽에서오른쪽, 위에서아래로의주사로부호화됨 점진적모드 (Progressve Mode) 영상의낮은화질의버전을빨리전달하고뒤이어높은화질을전달함 웹브라우저에서폭넓게지원 통신선로의속도가낮을때유용함 구현 스펙트럼선택 DCT 계수의스펙트럼 ( 공간주파수스펙트럼 ) 특성을이용 더높은 AC 성분들은세부적인정보만을제공 연속적인근사 모든 DCT 계수들이동시에부호화 가장중요한비트들 (MSBs) 가먼저부호화됨

8 JPEG 모드 (2) 계층적모드 (Herachcal Mode) 여러개의다른해상도계층에서영상을부호화 점진적모드와비슷하게점진적으로화질이개선되는다중전송형식을전달가능 그림은 3-레벨의계층 JPEG 부호화기와복호화기를보여줌 JPEG 모드 (3) 무손실모드 (Lossless Mode) 영상화질에서전혀손실이없는 JPEG의아주특별한경우 변환부호화를사용하지않고차분부호화방식을사용함 압축률이낮기때문에드물게사용됨

9 JPEG 비트스트림에관한일견 그림은 JPEG 영상들을위한비트스트림구조의계층적보기를제공 프레임 (frame) - 영상, 주사 (scan) - 화소세그먼트(segment) - 블록의그룹 헤더정보의예 프레임헤더 (Frame header) 화소당비트수 영상의 ( 넓이, 높이 ) 성분의수 ( 각성분을위한 ) 고유 ID ( 각성분을위한 ) 수직 / 수평샘플링 ( 표본화 ) 인수 ( 각성분을위한 ) 사용할양자화표 주사헤더 (Scan header) 주사하는성분의수 ( 각성분을위한 ) 성분 ID ( 각성분을위한 ) 허프만 / 산술부호화표 9.2 JPEG2000 표준 (1) 새로운 JPEG2000 표준은더나은율- 왜곡 (rate dstorton) t 의균형과향상된주관적영상화질, 추가적인기능제공을목표로함 JPEG2000 표준이해결하고자하는문제 낮은-비트율압축 JPEG 은중간혹은높은비트율에서높은율- 왜곡성능을제공 무손실및손실압축 현재까지단일비트스트림에서보다뛰어난무손실압축과손실압축을제공할수없음 큰영상 새로운표준은타일링을하지않고 64k 64k 보다큰영상해상도를지원할수있음 단일신장구조 현재표준은특정한응용에서만사용되고대부분의 JPEG 복호화기에서사용되지않는 44 가지의모드를가지고있음

10 9.2 JPEG2000 표준 (2) 잡음이있는환경에서의전송 무선네트워크와인터넷같은잡음있는환경에서향상된에러복원력을제공 점진적전송 낮은비트율에서높은비트율까지끊김이없는화질과해상도의스케일러빌리티를제공 관심영역부호화 관심영역 (Regons of Interest) 을지정해더나은화질로부호화가능 컴퓨터를통해생성된영상 현재표준은자연영상을위해최적화, 컴퓨터를통해생성된영상에잘수행되지않음 합성문서 부가적인영상이아닌데이터를통합시키기위해메타데이터매커니즘을제공 9.2 JPEG2000 표준 (3) JPEG2000 은 256 개의정보채널을다룰수있음 위성영상촬영에서생성 JPEG2000 은큰압축된영상의원격브라우징을수행하수있는능력제공 JPEG2000의수행방식 DCT 기반부호화방식 현재표준과의역방향호환성을위해제고 기준선 JPEG(baselne JPEG) 를구현함 웨이블릿기반방식 모든새로운기능과향상된성능이속함

11 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (1) 주된압축방식은 Taubman 에의해고안된알고리즘 (EBCOT) 최적화된절단을갖는내장형블록부호화 Embedded Block Codng wth Optmzed Truncaton EBCOT의기본개녕 웨이블릿에의해생성된서브밴드 LL, LH, HL, HH를코드블록이라불리는작은블록들로분할 코드블록은다른블록의정보도사용하지않고독립적으로부호화 독립적이고스케일러블한비트스크림이코드블록을위해생성 블록기반부호화구조를갖기때문에 EBCOT 알고리즘은향상된오류복원력을가짐 JPEG2000 영상압축의주요단계 (2) EBCOT 알고리즘 3 단계 블록부호화와비트스트림생성 각서브밴드는 혹은 크기의작은코드블록으로나뉘어짐 코드블록 B 를위한스케일러블한비트스트림생성 코드블록 B 를위해 s[k]=s[k 1,k 2 ] 가 k 1, k 2 를갖는서브밴드샘플의작은코드블록의 2차원순서가되게함

12 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (3) 알고리즘은아래그림의데드존 (dead d zone) 양자화기를사용함 0을기준으로양쪽으로두배길이영역 x[k] {-1, 1} 이 s[k] 의부호이고 v[k] 가양자화된크기 s[k] v [k] = (9.2) δ β δ 는코드블록 B 를포함하는서브밴드 β 의양자화단계크기 β ρ [k] v 를v [k] 의이진표현에서 p번째라고할때, p = 0은가장덜중요한비트와부합 max p max 코드블록에서적어도하나의샘플을위해 [k] 0 이도록 p p의최대값 v JPEG2000 영상압축의주요단계 (4) 부호화과정은가장중요비트부터다음중요비트순서로모든비트평면이부호화될때까지부호화하는비트평면부호화기의그것과비슷 -> 하나이상의가장덜중요한비트들을잃음 -> 질이낮은데드존양자화기를사용하는것과같음 v p [ k] = 1 특정샘플이나그것의이웃샘플들에관한이전에부호화된정보를잘이용하는것이 중요 초기값이 0이지만첫번째 0이아닌비트평면 이부호화될때 1로변하는이진값상태변수를정의함으로써 EBCOT에서행해짐 이이진상태변수는샘플의중요성이라불림 중요한샘플들은클러스터를이루는경향이있음 -> 단일이진심볼을부호화함으로써많은샘플들을처리하는것이가능 크기의서브블록들까지만클러스터링가정을이용

13 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (5) σ p ( B [j]) B [j] 가비트평면 p 에서서브블록의중요성이라면, 중요성맵은쿼드트리를사용하여부호화됨 코드블록의중요성은 t = T 일때루트에서시작, t = 0 일때단말을향해수행하여한번에한쿼드레벨을식별 중요성값은엔트로피부호화를위해산술코더로보내짐 중복된중요성값은건너뜀 아래의조건중어떤것이라도충족되면중복으로취급 부모는중요하지않음 현재쿼드는이전의비트평면에서중요했음 이것은같은중요도의부모를공유하는것들가운데방문된마지막쿼드이고, 다른형재들은중요하지않음 JPEG2000 영상압축의주요단계 (6) EBCOT 의네가지부호화 영부호화 1 양자화된샘플이 v [k] 2 을만족하도록 v p [k ] v 를부호화하기위해사용 현재샘플의중요성은 8개의이웃의값에의존 이웃의중요성분류세가지 수평 - h[ k] = z { 1, 1} σ[ k1 + z, k2], wth 0 h[k] 2 수직 - v[ k] = z { 1, 1} σ[ k1, k2 + z], wth 0 h[k] 2 대각선 - v[ k] = z1, z2 {1, 1} σ[ k1, k2 + z], wth 0 h[k] 개의가능한이웃구성은표에서나열된 9 개의분명히다른내용할당으로줄어듬

14 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (7) 런길이부호화 1비트중요성값의런을만들어내는것을목표로함 런길이부호화를위해충족되어야하는조건 네개의연속적인샘플이중요하지않아야함 샘플들은중요하지않은이웃들을가져야함 샘플들은같은서브블록안에있어야함 첫번째샘플의수평인덱스 k 1 은짝수여야함 네개의심볼들이조건을만족할때, 중요도식별을위해하나의특별한비트가부호화됨 네개중어떤것이중요해지면, 그런샘플의인덱스는 2 비트양으로보내짐 JPEG2000 영상압축의주요단계 (8) 코드부호화 기본코드부호화는네개의수평, 수직이웃을가지고, 중요하지않거나양수혹은 음수이기때문에 3 4 =81개의서로다른내용구성이있음 수평, 수직대칭모두를이용하고주어진어떤이웃배열에대해, χ [k] 의조건분배가 χ [k] 의그것과같다고가정하면내용의수는 5 수평이웃들모두가중요하지않으면 h [ [k] 가 0, 적어도하나의수평이웃이양수이면 1, 적어도하나의수평이웃이음수이면 -1 χ [k] 가코드예측 부호화된이진심볼은 χ ˆ [ k] χ[k] 기본코드부호화를위한내용할당

15 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (9) 크기개선 v p [k] 의값을부호화하기위해사용 ( [k] 2 p+1 ) v 세개의내용모델만이크기개선을위해사용 처음 s [k] 에크기개선이적용된후에 ~ 0에서부터 1로변하는두번째상태변수 σ [k] 가소개 ~ σ [k] = [k] = [k] 0 = h v v p 이면 [k] v 는내용 0 으로 ~ σ [k] = 0 ~ 이고 h [ k] + v [k] 0 이면내용 1로 σ [k] = 1 이면내용 2로부호화 비트스트림보증을위한네개의패스 P p 1 순방향중요성전달패스 ( ) 주사선순서방문, 중요하지않은샘플들은뛰어넘음 중요한샘플은주사방향으로진행되는중요성결정단계에도움이되기때문에 순방향중요성전달패스 (forward-sgnfcance-propagaton pass) 라불림 JPEG2000 영상압축의주요단계 (10) P p 2 역방향중요성전달패스 ( ) 역순서로진행되는것을제외하면순방향과동일 P p 3 크기개선패스 ( ) 이전두패스에서부호화되지않은샘플들을부호화기본크기개선으로처리 P p 4 표준패스( P4 ) 이전의세가지부호화패스에서고려되지않은샘플을기본코드부호화와런길이부호화를사용하여부호화 각블록의내장된비트스트림에서부호화패스와쿼드트리코드의모양 S 는초기부호화패스가아니라마지막부호화패스전에나타남 -> 처음으로중요하게된서브블록이마지막패스까지무시되어진다는의미

16 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (11) 압축후율- 왜곡 (Post Compresson Rate Dstorton) t 최적화 PCRD의목표 : 비트율제약에따라왜곡을최소화시키도록블록의독립적인비트스트림의 최적절단(optmal truncaton) 을낳는것 비율 n R 을가지는코드블록 B 의절단된내장비트스트림에서전체왜곡 n D = D (9.3) n D 는절단포인트 n 을가지는코드블록 B 로부터의왜곡 D n 2 ( ~ n = ωb s [k] s[k]) k b 2 (9.4) s [k] 는코드블록 B 에서의서브밴드샘플의 2 차원순서 ~ s n [k] 은절단포인트 n과관련된샘플들의양자화표현 ω 값은코드블록 B 를포함하는서브밴드 b 를위한웨이블릿기저함수 L2 놈 (norm) 2 b JPEG2000 영상압축의주요단계 (12) n 절단포인트의최적선택은다음의제약을받는최소화문제로공식화 n max R = R R (9.5) max R 는이용가능한비트율 n n + = D λ λ ( D ( λ) λr( λ)) ( + λr ) (9.6) 어떤절단포인트의집합 { n λ } 은율- 왜곡의미에서최적 max 전체율 R (λ) = R 를갖는절단포인트의집합을찾는것이최적화문제를해결 정확한값을찾는것은불가능 -> max R (λ ) R 를만족하는 λ 의가장작은값 N 를가능성있는절단포인트의집합, j 1 < j2 <... 은다은식의비에의해주어진대응하는왜곡-율기울기를갖는절단포인트들의나열 jk jk D D S = (9.7) jk R 고정된 λ 값을위한최소환문제는사소한선택 λ jk n = max{ jk N S > λ} (9.8)

17 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (13) 계층형식과표현 ECBCOT 알고리즘은해상도와화질스케일러빌러티모두제공 이기능은계층화된비트스트림구조와 2- 층을이루는부호화전략으로이루어짐 EBCOT 의최종비트스트림은화질계층들의모음 n 화질계층 Q1 은코드블록 B 의처음 R 1 바이트를포함 q q 1 q n 다른계층는로부터증가분 1 = n Q B q L R R 0 을포함 q 양 n 는 q 번쨰화질계층을위해선택된율-왜곡임계치 λ q 에상응하는절단포인트 JPEG2000 영상압축의주요단계 (14) q q q q 1 1 증가분과함께, 길이 L, 새로운부호화패스의수 N = n n max B 가화질계층Q q 에대한p 와같은보조정보가명확히저장되어야함 보조정보는두번째-층부호화엔진에서압축 2-층구조에서첫번째-층은내장된블록비트스트림생산, 두번째는화질계층에대한블록기여를부호화 양 max q ( p 와 B 가처음으로비어있지않은기여를만드는화질계층의인덱스 ) 는독립적인내장쿼드트리코드를사용하여부호화 0 T B = B 는리프, B 를전체서브밴드를나타내는트리의루트 t t T q 를쿼드에서 B = mn{ q j B j B } B 이비어있지않은기여를만드는 첫번째계층의인덱스 단일비트는각레벨 t 에서쿼드에대해 q t > q 를식별, 중복된쿼드는생략 t+1 부모쿼드에대해 q t > q 1 이거나 q t +1 B j > q 이면쿼드는중복

18 9.2.1 JPEG2000 영상압축의주요단계 (15) max p 는화질계층 Q q 의부호화까지는무관 max p 에관한불필요한정보도 Q q 를부호화할준비가된때까지보낼필요가없음 EBCOT는루트로부터가아닌리프로부터얻은내장형쿼드트리를사용하여이것을수행 t B 는서브밴드로부터의 B 의맨위에만들어진쿼드트리구조의구성요소, max, t max t t p = max { p j B j B j }, B t 를 B 가자손인쿼드의조상 max P를 B 에대해보다더크다는것을보증하는값 p p = p max max,0, p 0 의값알고리즘 p = P-1, P-2,, 0 에대해 max, t p t < p 인지아닌지식별을위해이진숫자를보냄, 중복된비트는뛰어넘음만약 p max = p 이면멈춤 max, t+ 1 max 중복된비트는 p t < p 와같은조상이나다른 B 를위한를식별하기위해 + 1 사용되는부분쿼드트리둘중하나로부터추론될수있는조건 p max t < p 에해당하는것 p j JPEG2000 으로의 EBCOT 적용 EBCOT 알고리즘의수정 1. 곱셈과나눗셈이없는낮은복잡도의산술부호화기가대체사용 2. HL 서브밴드의코드블록들을전치에서 영부호화내용할당맵에서대응되는엔트리들이전치 3. 순방향, 역방향중요성전달패스에서단일순방향중요성전달패스 4. 블록크기를 에서 4 4 -> 서브블록중요성을명확하게부호화할필요성제거 기존알고리즘에비해서낮은손실과향상된실행속도

19 관심영역부호화 특별한영역을나머지부분이나배경보다나은화질로부호화 MAXSHIFT 라불리며, 계수의값을키우는스케일링기반방법 내장형부호화를수행하는동안결과비트는영상의 ROI 가아닌부분앞에놓임 ROI 는영상의나머지부분전에복호화되고개선됨 0.4 bpp 0.5 bpp 0.6 bpp 0.7 bpp JPEG 와 JPEG2000 성능비교 (1) 압축효율의비교 자연영상컴퓨터에의해생성된영상의학용영사

20 JPEG 와 JPEG2000 성능비교 (2) 복원결과비교 JPEG 0.75bpp JPEG bpp 원영상 JPEG 0.25bpp JPEG bpp JPEG-LS 표준 (1) 낮은복잡도알고리즘을기반으로함 연속적인명암영상의무손실혹은 무손실에가까운 압축을위한 ISO/ITU 표준 Hewlett-Packard 에의해제안된알고리즘사용 낮은복잡도무손실압축 (LOCO-I) LOCO-I는내용모델링 (context modelng) 개념을이용 입력소스에서의구조를이용 영상에서어떤화소값이각각의화소를뒤따를것인지의 0조건.4log확률을 (0.4) 이용 0.6 log2(0.6) ex) P(0) = 0.4, P(1) = 0.6 -> 0차엔트로피 H(S) = 이전의심볼이 0 이면, 현심볼이 0 이될확률은 이전의심볼이 1이면, 현심볼이 0이될확률이 0.1이라가정입력신호는H 내용 S ) 0= 과 0.8log 내용 1에(0.8) 해당하는 0.2 log두 (0.2) 개의집합으로 0.72 나눌수있음 H ( = ( S2 ) = 0.1log2(0.1) 0.9 log2(0.9) = 평균비트율은 0.4 * * 0.47 = = 0.97

21 JPEG-LS 표준 (2) LOCO-I 는오른쪽그림의내용모델을사용 래스터주사순서에서내용화소 a, b, c 및 d는현화소 x전에나타남 인과적인내용 (causal context) 이라불림 LOCO-I 의성분 예측 인과적인템플릿을사용하여다음샘플 x 의값을예측 내용결정 x 가일어날때의내용결정 나머지부호화 x 의내용에의해결정된예측나머지에대한엔트로피부호화 예측 JPEG-LS 는낮은복잡도를목표로하기때문에, LOCO-I 알고리즘은수직, 수평에지검출을위해고정예측기를사용 mn( a, b) c max( a, b) x ˆ = max( a, b ) c mn( a, b ) (9.9 ) a + b c otherwse 현위치의왼쪽에수직에지가있을때 a 를출력현위치의위쪽에수평에지가있으면 b를출력이웃샘플들이상대적으로평탄할때 a+b-c를출력

22 내용결정 현재의예측오류를조절하는내용모델은세가지성분내용벡터 Q = ( q1, q2, q3 q q q 1 = d b 2 3 = b c = c a ) 을이용하여인덱스 (9.10) 현샘플을둘러싸고있는국부적인평탄함혹은에지내용을획득한국부적인변화도를나타냄잠재적으로넓은범위의값을가질수있기때문에, 내용모델접근방법은비실용적문제해결을위해변수축소방법의필요 제한된수의값에의해표현하기위해이차들을양자화 Q 의성분들은결정경계 -T,, -1, 0, 1, T 를갖는양자화기를사용양자화됨 내용크기는첫번째구성요소가음수가되는내용벡터 Q를 -Q로대신함으로써더욱축소 3 (2T + 1) + 1 서로다른내용상태의수는 = 벡터 Q 는 [0, 365] 범위의정수로사상됨 나머지부호화 예측나머지는유한한크기 α 를가짐 xˆ ε xˆ ε < α xˆ 주어진 xˆ x 예측에대해나머지은범위에있음 xˆ 는복호화기에의해생성될수있으므로, 나머지의동적범위는모듈로 α α (modulo) α로축소시킬수있고 [ ] 와 [ ] 사이의값으로사상될수있음 ε 예측오류나머지가두측면기하학적분포 (Two-sded Geometrc Dstrbuton, TSGD) 를따른다고볼수있음 기하학적분포를갖는순서에대해서는최적인 Golomb codes 에기반한적응적으로선택된코드를사용하여부호화됨

23 무손실에가까운모드 무손실 JPEG-LS 모드는 δ=0 인무손실에가까운모드의특별한경우로고려될수있음 무손실에가까운압축은양자화를사용하여이루어질수있음 ε + δ Q( ε ) = sgn( ε ) 2δ + 1 (9.11) δ 은작은개수의정수값만을가지기때문에, 나누기연산은 lookup table 을사용하여효율적으로구현될수있음 예측과내용결정단계는오직양자화된값에기초함 이진영상압축표준 많은문서들이전자적형태로처리됨에따라이진영상 ( 흑백화소 ) 을압축하기위한효율적인방법은수요가많아짐 팩스영상 영상에서각주사선은검은색과흰색화소의런으로서다루어짐

24 JBIG 표준 무손실압축으로프린트되거나손으로쓰여진문서, 컴퓨터에의해생성된문서, 팩시밀리전송의주사된영상을부호화하기위해주로사용 점진적인부호화와복호화기능을제공 회색도및컬러영상을부호화하는데사용가능하지만, 주된목적은아님 세가지독립적인동작모드 점진적 (progressve) 점진적호환순차적 (progressve-compatble sequental) 점진적모드와호환되는비트스트림사용 데이터가이모드에서몇조각으로나누어짐 단일점진순차적 (sngle-progresson sequental) 오직하나의가장낮은해상도계층을가짐 JBIG 부호화기의두성분 해상도축소와차분계층부호화기 가장낮은해상도계층부호화기 JBIG2 표준 (1) JBIG 표준은무손실과점진적인부호화능력을제공하지만, 생성된손실된영상은원본보다훨씬더나쁜화질을가짐 원본영상화소수의 ¼만을가지고있기때문 JBIG2는좀더나은무손실압축성능제공과시각적훼손의감소, 높은압축률에서손실압축과결합하는것을목표로함 화질점진적이면서내용점진적임 화질점진적 : 영상화질을낮은것에서높은화질로개선되어가는것 내용점진적 : 서로다른타입의영상들이점진적으로합쳐지는것을허용함 폐이지간의유사성을이용하여하나의파일에서한문서의여러페이지를표현할수있음 모델기반부호화를통해우수한압축성능을제공, 추가적인부호화이득을얻음

25 JBIG2 표준 (2) 모델기반부호화 내용기반부호화와본질적으로같음 영상내용을서로다른범주로분리할수있고각각의범주를위해특별한모델을유도해낼수있다면, 더높은압축률을얻을수있음 JBIG 스타일의부호화에서적응적템플릿과모델템플릿은영상안에서구조를획득그러나텍스트와중간조데이터사이의구조적차이를명백하게다루지않음 JBIG2 는이러한데이터타입을위해맞춤모델을설계하여이것을이용함 텍스트와중간조영역으로나누어서독립적으로부호화함 JBIG2 표준 (3) 텍스트영역부호화 텍스트영역을화소블록으로좀더분할함 문자의모든화소들을부호화하는대신에이문자에대한하나의대표적인경우의비트맵을부호화하고사전 (dctonary) 에넣음 부호화될문자에대해, 알고리즘은먼저사전에서문자와매치되는것을찾음 발견되면, 사전에서일치하는엔트리에대한포인터와페이지상의문자의위치가모두부호화됨그렇지않으면, 화소블록은직접적으로부호화되고사전에추가됨 이기술은패턴매칭과치환 (pattern matchng and substtuton) 으로불림 주사된문자들에대해서는동일한방법이가능하지않음페이지상의원래문자를재생산하기위해정련데이터를포함하는선택사항을허락함정련데이터는사전에서매칭되는문자의화소를이용하여문자를부호화함부호화기는정련이정확하거나손실을허용할지의선택권을가짐이기술은소프트패턴매칭 (soft pattern matchng) 이라고불림

26 JBIG2 표준 (4) 중간조- 영역부호화 두가지방법을제안 JBIG에서의내용기반산술부호화와비슷 새로운표준은 16 템플릿화소만큼많이포함하는내용템플릿을허용 디스크리닝 (descreenng) 이진레벨영역은 m b n b 크기의블록으로나누어짐 결과회색도영상은 m g = ( m + ( mb 1)) / mb ng = ( n + ( nb 1)) / nb 의크기를가짐 회색도값은상응하는 m b n b 블록에서이진화소값의합이되도록계산 회색도영상의비트평면은내용기반산술부호화를사용하여부호화됨 전처리와후처리 부호화기는부호화의효율을증가시키기위해전처리단계에서입력영상을수정함 후처리는시각적으로더만족스러운영상을생성하는데, 중간조를위해유용할수있음

Microsoft PowerPoint - chap11.ppt [호환 모드]

Microsoft PowerPoint - chap11.ppt [호환 모드] 멀티미디어공학 제 11 장 MPEG 비디오부호화 1 MPEG -1 과 2 2008.11.12 12 한가 contents 11.1 개요 112MPEG-1 11.2 1 11.3 MPEG-2 11.11 개요 MEPG: Moving Pictures Experts Group, 디지털비디오와오디오전달을위한표준을만들기위해 1988년에설립되었다. 고유한독창적인관심은 MPEG