KR100255757B1 - 웨이브렛 변환을 이용한 가변 비트율 비디오 트래픽의 허스트파라미터 추정 방법 및 장치 - Google Patents

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KR100255757B1 KR1019970054809A KR19970054809A KR100255757B1 KR 100255757 B1 KR100255757 B1 KR 100255757B1 KR 1019970054809 A KR1019970054809 A KR 1019970054809A KR 19970054809 A KR19970054809 A KR 19970054809A KR 100255757 B1 KR100255757 B1 KR 100255757B1
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홍승훈
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전주범
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본 발명은 인코더에 의해 단위 시간당 가변 비트율로 압축되는 영상 신호의 대역폭 할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 상기 영상 신호를 제 1 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터를 이용하여 제 1 저주파 신호 성분 및 제 1 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계; 상기 분리된 제 1 저주파 신호 성분을 제 2 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터를 이용하여 제 2 저주파 신호 성분 및 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 에너지를 각기 계산하여 제 1 및 제 2 에너지를 생성하는 단계; 상기 생성된 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 에너지의 비,

Description

웨이브렛 변환을 이용한 가변 비트율 비디오 트래픽의 허스트 파라미터 추정 방법 및 장치
본 발명은 비동기 전송 모드(Asynchronious Transfer Mode : ATM) 네트워크에서 가변 비트율(Variable Length Rate : VBR) MPEG 비디오 트래픽(video traffic)의 대역할당에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이브렛 변환을 이용하여 VBR MPEG 비디오 트래픽의 대역할당을 위한 허스트 파라미터(Hurst parameter)를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
ATM 네트워크에서, 전형적인 비디오 소스는 상당히 가변적인 비트율의 비디오 트래픽을 생성한다. VBR MPEG 트래픽은 HDTV와같은 용도에서는 수 Mbps의 네트워크 대역폭을 사용한다. 이와같이, 넓은 대역폭을 요구하는 VBR MPEG 비디오 트래픽의 특성은 평균, 분산, 표준 편차, 자기상관함수, 에너지등의 파라미터로서 나타낼수 있으며, 그 특성에 따라 ATM 네트워크 접속에 필요한 대역폭의 양을 할당한다. 이때, ATM 네트워크에서의 대역 할당에 적합한 프렉탈(fractal) 특성을 나타내주는 허스트 파라미터(Hurst parameter)가 필요하다.
허스트 파라미터를 구하는 전형적인 방법은 R/S 분석 방법을 이용한다. R/S 분석 방법은 평균
Figure kpo00004
이 있을때, 하기 수학식 1과 같이 계산된다.
[수학식 1]
Figure kpo00005
상기 수학식 1에서,
Figure kpo00006
이다.
기대값을 E[ㆍ] 라 하면, R/S의 기대값은 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure kpo00007
상기 수학식 2에서, n → ∞ 이고, C는 상수이고, H는 허스트 파라미터이다. 이 허스트 파라미터는 라인 피팅(line fitting) 알고리즘에 의해 기울기를 구하여 계산된다.
그러나, 상술한 R/S 방법에서는 비중첩(non-overlapping) 블록의 크기에 따라 허스트 파라미터의 값이 조금 달리 계산될 수 있었으며, 상당한 계산 시간을 소요한다. 또한, R/S 방법은 근본적으로 ATM 네트워크에서는 적합하지않다는 문제가 있었다.
그러므로, 본 발명은 웨이브렛(wavelet) 변환을 이용하여 VBR MPEG 비디오 트래픽 신호의 대역할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로한다.
상술한 목적을 달성하기위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 인코더에 의해 단위 시간당 가변 비트율로 압축되는 영상 신호의 대역폭 할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은: 상기 영상 신호를 제 1 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터를 이용하여 제 1 저주파 신호 성분 및 제 1 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계; 상기 분리된 제 1 저주파 신호 성분을 제 2 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터를 이용하여 제 2 저주파 신호 성분 및 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 에너지를 각기 계산하여 제 1 및 제 2 에너지를 생성하는 단계; 상기 생성된 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 에너지의 비,
Figure kpo00008
, 를 이용하여 상기 허스트 파라미터(H)값을 추정하는 단계; 상기 추정된 값의 허스트 파라미터에 따라 상기 압축된 영상 신호에 대하여 대역 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명을 이용하는 영상 신호 처리 시스템의 개략적인 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 압축 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 장치의 상세 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 압축 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 장치에 의해 실행되는 과정을 설명하는 플로우차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 비디오 소스 20 : 인코더
30 : 허스트 파라미터 추정 장치 300 : 웨이브렛 변환부
350 : 허스트 파라미터 추정부 400 : 에너지 계산 모듈
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러가지 장점은 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명을 이용하는 영상 신호 처리 시스템의 개략적인 블록도가 도시된다. 도시된 바와같이, 영상 신호 처리 시스템에서, 비디오 소스(10)는 가변 비트율로 비트 스트림을 발생한다. 비디오 인코더(20)는 비디오 소스(10)로부터 발생한 가변 비트율의 비트 스트림을 인코드하여 가변 비트 레이트의 비디오 트래픽을 출력한다. 이때, 영상의 정보 내용은 프레임마다 상이하기때문에, 비디오 인코더(20)에 의해 출력된 비디오 스트림 트래픽의 비트 레이트는 시간에 따라 가변한다.
비디오 스트림 트래픽이 ATM 네트워크에 제공되는 비트 레이트는 네트워크에 할당된 대역폭에 결정된다. 본 발명에 따른 허스트 파라미터 추정 블록(30)은 인가되는 비디오 트래픽에 대하여 허스트 파라미터를 추정하여 시간에 따라 가변하는 비디오 비트 스트림의 대역 할당을 수행한다.
도 2는 도 1에 도시된 허스트 파라미터 추정 장치(30)의 상세한 블록 구성을 도시한다. 허스트 파라미터 추정 장치(30)는 크게 웨이브렛 변환부(300), 에너지 계산 모듈(300), 허스트 파라미터 추정부(350), 대역 할당부(360)를 구비한다.
웨이브렛 변환부(300)의 제 1 하이패스 필터(HPF)(110) 및 다운샘플링부(115)로 구성된 경로와 제 1 로우패스 필터(LPF)(210) 및 다운샘플링부(215)로 구성된 경로는 인코더(20)로부터 출력된 비디오 트래픽을 각기 제 1 고주파 신호와 제 1 저주파 신호로 각기 분할한다. 제 2 하이패스 필터(HPF)(220) 및 다운샘플링부(225)로 구성된 경로와 제 2 로우패스 필터(LPF)(320) 및 다운샘플링부(325)로 구성된 경로는 제 1 저주파 신호를 제 2 고주파 신호와 제 2 저주파 신호로 각기 분할한다.
에너지 계산 모듈(400)의 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼 분석부(130) 및 (230)는 제 1 고주파 신호와 제 2 고주파 신호의 파워 스펙트럼
Figure kpo00009
을 각기 계산한다. 계산된 파워 스펙트럼은 하기 수학식 3 및 수학식 4와 같다.
[수학식 3]
Figure kpo00010
[수학식 4]
Figure kpo00011
이때, VBR MPEG 비디오 트래픽은 버스티(bursty) 특성을 가지며, 이러한 신호의 파워 스펙트럼P(ω)은 주파수 평면에서 하기 수학식 5와 같은 관계를 가지고 있다.
[수학식 5]
Figure kpo00012
에너지 계산 모듈(400)의 제 1 및 제 2 에너지 계산부(140) 및 (240)는 제 1및 제 2 파워 스펙트럼
Figure kpo00013
으로부터 제 1 및 제 2 에너지
Figure kpo00014
및
Figure kpo00030
을 각기 계산한다. 계산된 에너지는 하기 수학식 6 및 수학식 7과 같다.
[수학식 6]
Figure kpo00015
[수학식 7]
Figure kpo00016
수학식 6 및 7을 이용하여 계산된 제 1 및 제 2 에너지는 허스트 파리미터 추정부(250)로 제공된다. 허스트 파라미터 추정부(250)는 상술한 수학식 5의 파워 스펙트럼과 허스트 파라미터와의 관계식을 이용하여 제 1 및 제 2 에너지를 계산하는 수학식 6 및 7을 정리하면, 하기 수학식 8과 같이 정의된다.
[수학식 8]
Figure kpo00017
수학식 8을 허스트 파라미터(H)에 관하여 정리하면, 하기 수학식 9와 같다.
[수학식 9]
Figure kpo00018
따라서, 상술한 수학식 9에 의해 허스트 파라미터 추정부(250)에서 허스트 파라미터의 값이 계산될 수 있다. 이때, 계산되는 허스트 파라미터의 값은 0.5 부터 1.0까지의 값을 가지며, 다음단의 대역 할당부(260)로 제공된다.
대역 할당부(260)는 허스트 파라미터 값에 따라 입력된 신호를 액티비티(activity)로 분류한다. 즉, 허스트 파라미터 값이 0.5 내지 0.75 의 값을 가지면 로우(low) 액티비티로 대역을 할당하고, 허스트 파라미터 값이 0.75 내지 0.9 의 값을 가지면 미디엄(midium) 액티비티로 대역을 할당하며, 허스트 파라미터 값이 0.9 내지 1.0 의 값을 가지면 하이(high) 액티비티로 대역을 할당한다. 이때, 같은 평균, 분산값에 대해서도 허스트 파라미터 값이 클수록 더 넓은 대역을 할당하여야만 패킷의 손실을 줄일 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 허스트 파라미터의 계산 장치에서 실행되는 동작을 설명하기위한 플로우차트를 도시한다.
허스트 파라미터 계산은 인코더(20)로부터 출력된 비디오 트래픽을 영상 신호를 제 1 하이 패스 필터(110) 및 로우 패스 필터(210)를 이용하여 제 1 저주파 신호 성분 및 제 1 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계(510)로부터 시작한다.
단계(520)에서, 제 1 저주파 신호 성분을 제 2 하이 패스 필터(220) 및 로우 패스 필터(320)를 이용하여 제 2 저주파 신호 성분 및 고주파 신호 성분으로 분리한다.
단계(530)에서, 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼 분석부(130 및 230)는 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분에 대한 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼을 각기 계산한 다음, 단계(540)에서, 제 1 및 제 2 에너지 계산부(140 및 240)는 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼을 이용하여 제 1 및 제 2 에너지를 각기 계산한다.
단계(550)에서, 허스트 파라미터 추정부(250)는 계산된 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 제 1 및 제 2 에너지의 비를 이용하여 허스트 파라미터의 값을 추정한다.
단계(560)에서, 대역 할당부(260)는 추정된 값의 허스트 파라미터에 따라 상기 압축된 영상 신호를 액티비티로 분류하여 대역 할당한다. 즉, 허스트 파라미터 값이 0.5 내지 0.75 의 값을 가지면 로우(low) 액티비티로 대역을 할당하고(단계 570, 575), 허스트 파라미터 값이 0.75 내지 0.9 의 값을 가지면 미디엄(midium) 액티비티로 대역을 할당하며(단계 580, 585), 허스트 파라미터 값이 0.9 내지 1.0 의 값을 가지면 하이(high) 액티비티로 대역을 할당한다(단계 590, 595).
그러므로, 종래 기술의 R/S 분석 방식에서 비중첩 블록 크기에 따라 허스트 파라미터의 값이 조금 달라지는 문제점이 본 발명에 따라 웨이브렛 변환을 이용함으로써 다해상도로 변환되어 입력되는 신호의 처리에 용이하며, 보다 간단한 계산 방식으로 허스트 파라미터 값을 보다 정확히 추정할 수 있는 장점이 제공될 수 있다.

Claims (4)

  1. 인코더에 의해 단위 시간당 가변 비트율로 압축되는 영상 신호의 대역폭 할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 영상 신호를 제 1 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터를 이용하여 제 1 저주파 신호 성분 및 제 1 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계;
    상기 분리된 제 1 저주파 신호 성분을 제 2 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터를 이용하여 제 2 저주파 신호 성분 및 고주파 신호 성분으로 분리하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 에너지를 각기 계산하여 제 1 및 제 2 에너지를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제 1 및 제 2 고주파 신호 성분의 에너지의 비를 이용하여 상기 허스트 파라미터의 값을 추정하는 단계;
    상기 추정된 값의 허스트 파라미터에 따라 상기 압축된 영상 신호를 액티비티로 분류하여 대역 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 가변 비트율 압축 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 허스트 파라미터 추정 단계에서 상기 제 1 에너지와 상기 제 2 에너지는
    Figure kpo00019
    과 같은 관계를 가지며, 상기 수학식에서
    Figure kpo00020
    는 각기 상기 제 1 및 제 2 에너지를 나타내며, H 는 상기 허스트 파라미터인 것을 것을 특징으로하는 가변 비트율 압축 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 방법.
  3. 인코더에 의해 단위 시간당 가변 비트율로 압축되는 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 장치에 있어서,
    상기 영상 신호를 웨이브렛 변환하는 웨이브렛 변환부(300)로서, 상기 웨이브렛 변환부는 상기 영상 신호를 제 1 고주파 신호 성분 및 제 1 저주파 신호 성분으로 각기 분리하는 제 1 하이패스 필터(110) 및 제 1 로우패스 필터(210)와, 상기 제 1 저주파 신호 성분을 제 2 고주파 신호 성분 및 제 2 저주파 신호 성분으로 분리하는 제 2 하이 패스 필터(220) 및 제 1 로우패스 필터(320)를 구비하며;
    상기 제 1 고주파 신호와 제 2 고주파 신호의 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼을 각기 계산하는 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼 분석부(130) 및 (230),
    Figure kpo00021
    Figure kpo00022
    상기 수학식에서,
    Figure kpo00023
    는 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼을 각기 나타내며;
    상기 제 1 및 제 2 파워 스펙트럼
    Figure kpo00024
    을 이용하여 제 1 및 제 2 에너지를 각기 계산하는 제 1 및 제 2 에너지 계산부(140) 및 (240),
    Figure kpo00025
    Figure kpo00026
    상기 수학식에서,
    Figure kpo00027
    는 제 1 및 제 2 에너지를 각기 나타내며;
    상기 제 1 에너지와 제 2 에너지와의 비,
    Figure kpo00028
    , 를 이용하여 허스트 파라미터(H),
    Figure kpo00029
    , 를 추정하는 허스트 파라미터 추정부(250)를 포함하는 것을 특징으로하는 가변 비트율 압축 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 허스트 파라미터 추정 장치는 상기 추정된 허스트 파라미터 값에 따라 상기 압축된 영상 신호를 액티비티로 분류하여 대역 할당하는 대역 할당부(260)를 더 포함하는 것을 특징으로하는 가변 비트율 압축 영상 신호의 대역 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100662174B1 (ko) * 2000-04-12 2006-12-27 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 비수전해질 2차 전지

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