Earticle

As cloud computing has emerged as a promising technique in mainstream application domains, significant attention has been paid to distributed video encoding, in which resource-intensive encoding tasks are distributed across unlimited computational resources available in the cloud environment. For distributed video encoding, the input video must be partitioned into several segments. This approach decreases the total encoding time but may suffer from quality degradation associated with a lack of information, such as the coding complexity of the previous video segment. In this paper, two well-known video partitioning methods are explored from different performance perspectives, including encoding time, bitrates, and peak signal-to-noise ratio (PSNR).

분산 비디오 부호화 기법(DVC: Distributed Video Coding)은 다양한 응용에서 낮은 복잡도의 영상 부호화를 가능하게 하는 미래기술의 한 가지로써 많은 연구의 대상이 되고 있다. 그러나 분산 비디오 부호화 기법의 성능은 연산량의 제한으로 인하여 지그-재그주사, 줄 길이 부호, 엔트로피 부호 그리고 스킵 매크로블록을 사용하는 기존의 국제 동영상 압축 부호화 기법에 비해 우수하지 못한 한계점이 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해, 본 논문에서는 먼저 복호화기 측에서 보조정보를 얻는 과정에서 블록별 예측 왜곡을 구하고, 예측 왜곡이 큰 블록에 대해서는 움직임 정보를 피드백시켜 부호화기로 하여금 움직임 보상 프레임 차 신호를 구하여 선택적으로 부호화하는 방식을 제안한다. 모의실험을 통하여 본 논문에서 제안한 부호화 기법은 기존의 화면 간 부호화 방식들에 근접하는 뛰어난 부호화 성능을 얻을 수 있음을 보인다.

Recently, DVC (Distributed Video Coding) techniques are drawing a lot of interests as one of the future research works to achieve low complexity encoding in various applications. But, due to the limited computational complexity, the performances of DVC algorithms are inferior to those of conventional international standard video coders, which use zig-zag scan, run length code, entropy code and skipped macroblock. In this paper, in order to overcome the performance limit of the DVC system, the distortion for every block is estimated when side information is found at the decoder and then we propose a new selective block encoding scheme which provides the encoder side with the motion information for the highly distorted blocks and then allows the sender to encode the motion compensated frame difference signal. Through computer simulations, it is shown that the coding efficiency of the proposed scheme reaches almost that of the conventional inter-frame coding scheme.

본 논문에서는 고속, 저전력 비디오 부호화에 적합한 변환영역 Wyner-Ziv 분산비디오부호화기를 더욱 고속화하기 위한 병렬처리 방법을 제안한다. 기존의 변환영역 Wyner-Ziv 분산비디오부호화 방법은 양자화 된 변환계수를 비트플레인 단위로 분해한 후 비트플레인별로 순차적으로 LDPCA 채널코드로 부호화함에 따라 전체 부호화 연산량에서 LDPCA 부호화가 평균적으로 60% 정도 차지하였고, 이러한 복잡도는 고비트율로 부호화 할수록 더욱 증가하였다. 본 논문에서는 이런 분산비디오부호화 방법의 복잡도 문제를 개선하기 위해 여러 개의 비트플레인들을 하나의 메시지묶음으로 묶어서 한 번의 연산으로 여러 개의 데이터를 동시에 고속 LDPCA 채널코드 부호화하는 병렬화 방법을 제안한다. 이를 통해 기존의 순차적 방법에 비해 저비트율에서는 8배, 고비트율에서는 55배까지 LDPCA 채널코드 부호화 속도를 향상시켰다. 결과적으로 전체 변환영역 Wyner-Ziv 분산비디오부호화에서 LDPCA 채널코드 부호화의 상대적인 복잡도 비율을 평균 9%까지 낮출 수 있었으며, Wyner-Ziv 영상의 부호화 속도도 QCIF 크기 영상을 2.5GHz 속도의 CPU를 가진 PC환경에서 GOP 길이가 64인 경우 초당 700 ~ 2,300장을 부호화 할 수 있음을 확인했다. 제안 방법은 LDPCA를 사용하는 화소영역 Wyner-Ziv 분산비디오부호화에도 적용 가능하여 고속의 부호화가 요구되는 다양한 응용에 활용이 기대된다.

In this paper, we propose a parallel LDPCA encoding method for fast transform-domain Wyner-Ziv video encoding which is suitable in an ultra fast and low power video encoding. The conventional transform-domain Wyner-Ziv video encoding performs LDPCA channel coding of quantized transform coefficients in bitplane-serial fashion, which takes about 60% of total encoding time, and this computational complexity becomes severer as the bitrate increases. The proposed method binds several bitplanes into one packed message and carries out the LDPCA encoding in parallel. The proposed LDPCA encoding method improves the encoding speed by 8 ~ 55 times. In the experiment, the proposed Wyner-Ziv encoder can encode 700 ~ 2,300 QCIF size frames per second with GOP=64. The method can be applied to the pixel-domain Wyner-Ziv encoder using LDPCA, and has a wide scope of application.

분산 비디오 부호화(Distributed Video Coding: DVC)는 계산 성능 및 전력이 제한된 환경에 적합한 초경량 비디오 부호화 기법으로 주목 받고 있으며, 부호화 성능을 개선하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 DVC의 부호화 성능 개선을 위한 율-왜곡(Rate-Distortion) 기반의 영역별 선택적 블록 부호화 기법을 제안한다. 제안 기법은 복호기에서 보조정보를 얻는 과정에서 얻어지는 움직임 벡터가 부호기로 피드백 되는 경우, 이를 이용하여 움직임 보상 예측 신호를 구하고 율-왜곡 기반으로 블록 단위로 선택적 블록 부호화를 수행한다. 모의실험을 통하여 본 논문에서 제안한 움직임 정보 피드백을 이용한 율-왜곡 기반의 선택적 블록 부호화 기법이 기존의 DVC 부호화 기법에 비해 시퀀스에 따라 최대 약 2.2 dB의 PSNR 성능 향상을 확인하였다. 또한 율-왜곡을 고려하여 일부 영역만 부호화함으로써 기존 방식에 비해 부호화 복잡도를 줄일 수 있음을 보인다.

Recently, DVC (Distributed Video Coding) is receiving a lot of attention as one of the low complexity video encoding techniques suitable for various applications with computation-limited and/or power-limited environment, and is being actively studied for improving the coding efficiency. This paper proposes a rate-distortion based selective block encoding scheme. First, the motion information is obtained in the process of generating side information at decoder and received through the feedback channel, and then, based on this information, the proposed method performs a selective block encoding based on rate-distortion optimization. Experimental results show that the performance of the proposed scheme reaches up to 2.2 dB PSNR gain over the existing scheme. Moreover, it is shown that the complexity can be reduced by encoding parts of region considering rate-distortion cost.

분산 비디오 부호화(Distributed Video Coding: DVC)는 복호화보다 훨씬 적은 계산량으로 부호화를 가능하게 함으로써 계산 성능 및 전력이 제한된 환경을 위한 비디오 부호화 기법으로 주목 받고 있다. 그러나 DVC의 부호화 성능은 아직 기존의 비디오 압축 표준에 많이 미치지 못하고 있으며 이를 극복하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 DVC의 부호화 성능 개선을 위한 율-왜곡 기반의 영역별 선택적 부호화 기법을 제안한다. 제안 기법은 복호기 측에서 보조정보를 얻는 과정에서 얻어지는 움직임 벡터가 부호기 측으로 피드백된다는 가정하에 이를 이용하여 움직임 보상 예측 신호를 구하고 율-왜곡(Rate-Distortion) 기반의 블록 단위로 선택적 부호화를 수행한다. 모의실험을 통하여 본 논문에서 제안한 움직임 정보 피드백을 이용한 율-왜곡 기반의 선택적 블록 부호화 기법이 기존의 DVC 부호화 기법보다 시퀀스에 따라 최대 약 2.25 dB 개선된 성능을 가짐을 보인다.