KR100636521B1 - 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법 - Google Patents

선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 입력 장치를 통해 입력되는 동영상을 임의의 모양 정보를 갖는 각각의 대상물 영상과 배경 영상으로 분리하여 부호화하는 영상 정보 변환 방법 중, 동영상의 격행 주사를 위한 부호화시 두 필드를 한 프레임으로 구성한 후, 대상물 영상의 움직임 정도를 검출하여, 그 움직임 량에 따라 프레임 단위, 또는 필드 단위로 대상물 영상을 부호화하기 위해, 템플리트와 컨텍스트를 프레임 이진 모양정보 블럭과 필드 이진모양 정보 블럭의 특성에 따라 다르게 구성하는 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은, 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 프레임 이진 모양 정보 블럭은 MPEG-4 표준의 intra 컨텍스트를 그대로 이용하여 부호화하고, 필드 이진 모양 정보 블럭은 현재 화소의 바로 위의 이진모양정보만을 템플리트로 구성한다. 그리고 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성한다. 그래서 격행 주사를 위한 부호화시, 모양정보 부호화 비트가 많이 발생되지 않도록 하여, 정보 압축 효율을 향상시키게 된다.
MPEG CODEC, 선택적 격행주사, 이진모양정보 부호화, 컨텍스트 구성방법, 프레임, 필드

Description

선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법{ Method for forming context in coding interlaced shape information adaptively }
도1은 국제 표준 산하 기구에서 확정된 VOP 부호화기의 블럭 구성도,
도2는 순행주사와 격행 주사의 프레임, 필드의 시간축상의 전송 순서를 보인 도면,
도3은 매크로 블럭 단위로 부호화할 프레임과 필드 구성을 보인 도면,
도4는 도3의 이진모양정보가 존재할 경우 움직임이 적은 영상을 나타내는 도면,
도5는 도3의 이진 모양 정보가 존재할 경우 움직임이 많은 영상을 나타내는 도면,
도6은 가장자리를 16*16 매크로 블럭으로 나타낸 움직임 보상 이진 모양 블럭을 보인 도면,
도7은 가장자리를 16*16 매크로 블럭으로 나타낸 현재 이진 모양 블럭을 보인 도면,
도8은 현재 MPEG-4 표준으로 채택된 컨텍스트 구성을 보인 도면,
도9는 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정 보(a)와 프레임 이진모양정보(b)를 보인 도면,
도10은 도9의 컨텍스트 구성을 단순화한 도면,
도11, 도12, 도13은 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트와 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트 구성을 보인 도면.
본 발명은 영상 입력 장치를 통해 입력되는 동영상을 임의의 모양 정보(shape information)를 갖는 각각의 대상물 영상과 배경 영상으로 분리하여 부호화하는 영상 정보 변환 방법에 관한 것으로, 특히 움직임 보상된 이진 모양 정보를 부호화할 때 템플리트(template)와 컨텍스트(context)를 필드 이진모양정보와 프레임 이진모양정보로 구분하여 구성함으로써, 정보 압축 효율을 향상시키도록 한 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법에 관한 것이다.
최근의 영상 처리 기술은, 입력되는 한 프레임(frame) 분의 영상을 임의의 모양 정보를 갖는 소정의 단위 블럭으로 구분한 후, 그 각각에 대해 압축 부호화하여 전송하는 기술로 채택되고 있다. 즉, 입력되는 동영상을 각각의 대상물 영상과 배경 영상으로 분리하여 최초 전송한 후, 그 다음 전송부터는 대상물 영상의 변화 여부를 전송함으로써, 자연 영상, 또는 인공 영상 등을 대상물 영상의 단위로 하여 자유자재로 합성 내지는 분해할 수 있도록 한다. 그러기 위해 국제 표준화 기구인 ISO(International Organization for Standardization), ITU-T 등에서는 모양 정보를 갖는 단위 블럭을 기반으로 한 국제 표준안을 마련하고 있다.
MPEG-4(Moving Picture Experts Group-4)에서는 임의의 모양정보를 갖는 단위 블럭으로 VOP(Video Object Plane) 개념을 사용한다.
도1은 국제 표준 산하 기구에서 확정된 VOP 부호화기의 블럭 구성을 보인다.
VOP 형성부(1)는 전송 또는 저장할 영상 시퀀스(sequence)가 입력되면 이를 대상물 영상 단위로 나누어 각기 다른 VOP로 형성한다. 이렇게 VOP가 형성되면 VOP 부호화기의 움직임 추정부(2)는 입력된 VOP로부터 매크로 블럭(macro block) 단위의 움직임을 추정하게 된다.
또한 상기 움직임 추정부(2)에서 추정된 움직임 정보는 움직임 보상부(3)에 입력되어 움직임이 보상된다. 이 움직임 보상된 VOP는 상기 VOP 형성부(1)에서 형성된 VOP와 함께 감산기(4)로 입력되어 차이값이 검출되고, 상기 감산기(4)에서 검출된 차이값은 대상물 내부 부호화부(5)에 입력되어 매크로 블럭의 서브 블럭 단위로 대상물의 내부 정보가 부호화된다. 예를 들면 16*16 매크로 블럭이 8*8 서브블럭으로 세분화된 후 대상물 내부 정보가 부호화된다.
한편 상기 움직임 보상부(3)에서 움직임이 보상된 VOP와, 상기 대상물 내부 부호화부(5)에서 부호화된 대상물의 내부 정보는 가산기(6)에 입력되어 가산되고, 상기 가산기(6)의 출력신호는 이전VOP검출부(7)에 입력되어 현재 영상 바로 전 영상의 VOP인 이전 VOP가 검출된다.
그리고 상기 이전VOP검출부(7)에서 검출된 상기 이전 VOP는 상기 움직임추정부(2) 및 움직임보상부(3)에 입력되어 움직임 추정 및 움직임 보상에 사용된다. 그리고 상기 VOP 형성부(1)에서 형성된 VOP는 모양부호화부(8)에 입력되어 모양정보가 부호화된다.
이렇게 움직임추정부(2)에서 추정된 움직임 정보와 상기 대상물 내부 부호화부(5)에서 부호화된 대상물 내부 정보 및 상기 모양부호화부(8)에서 부호화된 모양 정보는, 다중화부(9)에 입력되어 다중화된 후 버퍼(10)를 통해 비트열로 전송된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 입력되는 영상을 임의의 모양 정보를 갖는 소정의 단위 블럭으로 구분한 후 그 각각에 대해 부호화하게 된다.
그리고 이렇게 부호화된 동영상을 전송하는 방법으로는 순행 주사(progressive scanning)와 격행주사(interlaced)가 있다. 도2는 순행주사와 격행주사의 프레임과 필드의 시간축상의 전송순서를 나타낸다. 순행 주사는 한 프레임 단위로 영상을 부호화하고 전송하며 디스플레이한다. 그리고 격행 주사는 한 프레임을 첫번째 필드(top field)와 두번째 필드(bottom field)로 나누어 영상을 부호화하고 전송하며 디스플레이한다. 동영상 부호화 정보를 격행주사 방법으로 전송할 때, 두 필드 간에는 시간축상으로 움직임이 발생하게 되어, 움직임이 많은 경우 영상의 차이가 심하게 나타나게 된다.
도3은 매크로 블럭 단위로 부호화할 때 프레임 영상 구성과 필드 영상 구성을 보인다. 흰색 라인은 홀수필드(top field)이고 회색 라인은 짝수필드(bottom field)를 나타낸다.
도4는 이진 모양 정보(binary mask)가 구성된 후 프레임 구성과 필드 구성을 보인다. 이러한 경우는 움직임이 적은 영상일 때 나타난다. 시간상의 변화가 매우 적기 때문에 두 필드간의 영상 모양의 변화가 거의 없다. 이 경우에는 프레임 단위로 모양 정보 부호화하는 것이 유리하다. 이는 이진 모양 정보의 변화가 심하지 않기 때문이다.
도5는 이진 모양 정보가 구성된 후 프레임 구성과 필드 구성을 보인다. 이러한 경우는 움직임이 많은 영상일 때 나타난다. 시간상의 변화가 아주 많기 때문에 두 필드간의 영상 모양의 변화가 심하다. 이 경우에는 필드 단위로 모양 정보 부호화하는 것이 유리하다. 이는 이진 모양 정보의 변화가 심하기 때문이다.
이 2가지 현상에 대해 움직임이 많고 적음에 따라 격행주사의 부호화 효율이 다르게 나타난다. 그래서 선택적(adaptive)으로 프레임과 필드를 구분하여 부호화함으로써 최적의 부호화 효율을 얻을 수 있게 된다.
그리고 움직임이 많고 적음의 기준은 다음의 [수학식1]과 [수학식2]를 비교하여 결정할 수 있다.
Figure 111999012626175-pat00001
Figure 111999012626175-pat00002
도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 이진 모양 정보가 존재하는 화소를 "x"로 정하고, 이진 모영정보가 존재하지 않는 화소를 "0"으로 정하며, 이러한 이진 모양 정보 데이터를 Pi,j로 나타낸다.
[수학식1]의 값이 [수학식2]의 값보다 더 크면, 필드 단위로 부호화를 수행하는 필드 모드가 선택되고, 그렇지 않으면 프레임 단위로 부호화를 수행하는 프레임 모드가 선택된다. 여기에 추가로 필드 모드인지, 프레임 모드인지를 알리는 플래그(flag) 1비트가 전송되어야 한다.
이렇게 동영상의 격행 주사를 위한 부호화시 한 프레임을 두 필드로 구성한 후, 대상물 영상의 움직임 정도를 검출하여, 그 움직임량에 따라 필드 단위로 영상 정보를 변환할 경우, 프레임을 이루는 가장자리 화소값이 결정되어야 한다.
도6은 가장자리를 16*16 매크로 블럭으로 나타낸 움직임 보상 이진 모양 블럭(Bordered Motion Compensation(MC) Binary Alpha Block(BAB))을 보인다. 굵은 선 내부는 부호화하고자 하는 매크로 블럭을 의미한다. 필드는 도3의 필드 모드처럼 구분하였을 때 8*16의 홀수 필드와 짝수 필드로 나누어지고, 각각의 8*16 서브 블럭은 가장자리의 데이터가 각각의 필드와 관련있는 부분에서 가져와 구성된다. 그래서 도6의 필드모드는 Bordered MC BAB가 두 필드로 나누어 사용된다.
도7은 가장자리를 16*16 매크로 블럭으로 나타낸 현재 이진 모양 블럭을 보인다. 필드는 도3의 필드 모드처럼 구분하였을 때 8*16 홀수 필드와 짝수 필드로 나누어지고, 각각의 8*16 서브 블럭은 가장자리의 데이터가 각각의 필드와 관련있는 부분에서 가져와 구성된다. 그래서 도7의 필드 모드는 Bordered Current BAB가 두 필드로 나누어 사용된다. 도7은 위쪽 가장자리(top border)와 왼쪽 가장자리(left border)만 각각의 필드에서 데이터를 가져와 구성하게 된다.
상기의 설명에 있어서는, 가로 방향으로 모양정보 부호화하는 것에 대해서만 설명하였으나, 실제 모양 정보 부호화할 때에 가로 방향과 세로 방향 둘 다 부호화를 해서 더 좋은 쪽으로 모양정보 부호화를 하고 부가 1비트의 방향 정보를 전송한다. 필드모드로 부호화할 때 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 각각의 필드에서 얻어진 정보로 가장자리 화소값을 채워 넣은 후 가로 방향 또는 세로 방향 둘 다 부호화해서 더 좋은 쪽으로 모양정보 부호화를 하고 부가 1비트의 방향 정보를 전송한다.
이렇게 동영상의 격행 주사(interlaced scanning)를 위한 부호화 시 두 필드(field)를 한 프레임(frame)으로 구성한 후, 대상물 영상의 움직임 정도를 검출하여, 그 움직임 량에 따라 프레임 단위, 또는 필드 단위로 대상물 영상을 부호화할 때 템플리트(template)와 컨텍스트(context)를 구성해야 하는데, 이 컨텍스트의 구성을 프레임 모드와 필드 모드로 구분하지 않고 프레임 방식 이진모양정보 컨텍스트를 구성하여 부호화하게 되면, 모양정보 부호화 비트가 많이 발생되어 정보 압축 효율이 저하되는 문제점이 초래되었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은
움직임 보상된 이진 모양 정보를 부호화할 때 템플리트(template)와 컨텍스트(context)를 필드 이진모양정보와 프레임 이진모양정보로 구분하여 구성함으로써, 정보 압축 효율을 향상시키도록 한 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법은, 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 프레임 이진 모양 정보 블럭은 MPEG-4 표준의 intra 컨텍스트를 그대로 이용하여 부호화하고, 필드 이진 모양 정보 블럭은 현재 화소의 바로 위의 이진모양정보만을 템플리트로 구성하여 모양정보블럭을 부호화하는 과정과; 상기 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명은 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우, 현재 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 동일하게 표준 inter 컨텍스트를 사용하고, 움직임 보상된 이진모양정보 블럭(MC BAB)의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성하는 과정을 포함한다.
그리고, 본원발명은 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진 모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우, MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진 모양 정보의 컨텍스트의 경우, 움직임 보상된 이진 모양정보 블럭(MC BAB)의 컨텍스트는 MPEG 표준 inter 컨텍스트를 사용하며, 현재 이진모양정보블럭(current BAB)의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성하는 과정을 포함한다.
이하, 상기와 같은 본 발명 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 적용되는 격행 주사 영상에 대한 동영상의 모양정보 부호화 방법은, 입력되는 이진 모양 정보(BAB)의 타입과 이진 모양 정보의 움직임 정도에 따라 부호화 모드를 결정한다(제1 단계). 결정된 상기 이진 모양 정보의 타입이 프레임 모드이면 프레임 예측을 수행하고, 필드 모드이면 필드 예측을 수행한다(제2 단계). 그리고 결정된 상기 부호화 모드에 따라 모양 정보의 움직임 예측을 수행하고, 그 예측치로 모양 정보의 움직임을 보상한다(제3 단계). 그리고 결정된 상기 부호화모드로 상기 움직임 보상된 이진 모양 정보를 부호화한다(제4 단계).
상기 제4 단계는, 프레임 예측은 프레임 타입 부호화를 수행하고 필드 예측은 필드 타입 부호화를 수행할 때, 템플리트와 컨텍스트를 필드 이진 모양 정보 블럭과 프레임 이진 모양 정보 블럭의 특성에 따라 다르게 구성한다.
즉, 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 프레임 이진 모양 정보 블럭은 MPEG-4 표준의 intra 컨텍스트를 그대로 이용하고, 필드 이진 모양 정보 블럭은 현재 화소의 바로 위의 이진모양정보만을 템플리트로 구성한 후, 모양정보블럭을 부호화한다.
도9는 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보(a)와 프레임 이진모양정보(b)를 보인다. 도9 (a) 필드 이진모양정보를 도8 (a)의 필드 이진모양정보 중 C7-C9까지 삭제하여 구성하는 것은, 필드 이진 모양정보가 프레임 이진모양정보와 비교해 보면 한 라인 건너뛰어 선택된 정보이기 때문이다.
또한 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 프레임 이진모양정보 블럭은 가로 방향의 컨텍스트는 바로 인접한 한 개의 이진모양정보 블럭만을 이용하여 구성한다. 도10은 도9의 컨텍스트 구성을 단순화한 이진모양정보 구성을 보인다. 이 경우에는 컨텍스트 확률 테이블의 작성이 용이하게 된다.
그리고 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 본 발명에 의한 프레임 이진모양정보 컨텍스트와 필드 이진모양정보 컨텍스트 구성이 도11,도12,도13에 각각 도시된다. 필드 이진 정보를 프레임 이진 정보와 비교해 보면 한 라인 건너뛰어 선택된 정보이기 때문에 필드 이진모양정보에서의 컨텍스트 구성이 프레임 이진모양정보와 다르게 나타난다.
즉, 도11에 도시된 바와 같이, 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성한다.
또한 도12에 도시된 바와 같이, 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성한다. 그리고 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우, 현재 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 동일하게 표준 inter 컨텍스트를 사용하고, 움직임 보상된 이진모양정보 블럭(MC BAB)만 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성한다.
그리고 도13에 도시된 바와 같이, 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진 모양정보 블럭의 컨텍스트는 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성한다. 프레임 이진 모양 정보의 컨텍스트의 경우, 움직임 보상된 이진 모양정보 블럭(MC BAB)의 컨텍스트는 MPEG 표준 inter 컨텍스트를 사용하고, 현재 이진모양정보블럭(current BAB)만 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성한다.
이렇게 부호화할 현재 이진모양정보의 컨텍스트를 프레임 이진모양정보 블럭과 필드 이진모양정보의 특성에 따라 다르게 구성함으로써, 격행주사 모양정보 부호화시 부호화 비트가 많이 발생되지 않도록 한다.
본 발명은 IMT-2000 MPEG4 CODEC 뿐만 아니라, 화상전화, 화상 회의 PCS용 PDA(개인정보 이동단말기; Personal Digital Assistants), Mobile용 전화에 적용할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법은, 움직임 보상된 이진 모양 정보를 부호화할 때 템플리트(template)와 컨텍스트(context)를 필드 이진모양정보와 프레임 이진모양정보로 구분하여 구성함으로써, 격행 주사 모양정보 부호화시 부호화 비트를 많이 발생되지 않도록 하여 정보 압축 효율을 향상시키게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법에 있어서,
    부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 프레임 이진 모양 정보 블럭은 MPEG-4 표준의 intra 컨텍스트를 그대로 이용하여 부호화하고, 필드 이진 모양 정보 블럭은 현재 화소의 바로 위의 이진모양정보만을 템플리트로 구성하여 모양정보블럭을 부호화하는 과정과;
    상기 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화할 현재 이진모양정보가 intra 컨텍스트일 때, 상기 프레임 이진모양정보 블럭의 경우, 가로 방향의 컨텍스트는 바로 인접한 한 개의 이진모양정보 블럭만을 이용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우 MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고, 프레임 이진모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우, 현재 이진모양정보 블럭의 컨텍스트는 동일하게 표준 inter 컨텍스트를 사용하고, 움직임 보상된 이진모양정보 블럭(MC BAB)의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화할 현재 이진모양정보가 inter 컨텍스트일 때, 필드 이진 모양정보 블럭의 컨텍스트의 경우, MPEG-4 표준의 inter 컨텍스트 그대로 구성하고,
    프레임 이진 모양 정보의 컨텍스트의 경우, 움직임 보상된 이진 모양정보 블럭(MC BAB)의 컨텍스트는 MPEG 표준 inter 컨텍스트를 사용하며, 현재 이진모양정보블럭(current BAB)의 컨텍스트는 필드 이진모양정보의 컨텍스트보다 세로 방향으로 한 화소를 더 이용하여 구성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적인 격행주사 모양정보 부호화시 컨텍스트 구성 방법.
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