KR101380505B1 - 무선 채널을 통한 멀티미디어 데이터의 송신을 위한 보호 및 압축 파라미터들의 결정 방법 - Google Patents

무선 채널을 통한 멀티미디어 데이터의 송신을 위한 보호 및 압축 파라미터들의 결정 방법 Download PDF

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Abstract

멀티미디어 데이터 송신 채널에 대한 압축 비율 및/또는 보호 비율과 같은 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법을 제공하며, 고정된 소스 비트-레이트, 원하는 압축 비율의 값들의 쌍들에 대해 몇몇 감도 값들을 결정하는 단계, 고정된 채널의 동작점에 대해 획득되는 상이한 값들을 서로 비교하는 단계, 및 최적의 감도 값을 선택하는 단계 중 적어도 하나를 포함하고, 감도 값은 원하는 소스 비트-레이트 및 압축 비율을 고려하여 정의된다.
멀티미디어 데이터 송신 채널, 압축 비율, 보호 비율

Description

무선 채널을 통한 멀티미디어 데이터의 송신을 위한 보호 및 압축 파라미터들의 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING PROTECTION AND COMPRESSION PARAMETERS FOR THE TRANSMISSION OF MULTIMEDIA DATA OVER A WIRELESS CHANNEL}
본 발명은 압축 비율 (compression ratio) 및 보호 비율 (protection ratio) 과 같은 동작 파라미터들의 값들을, 무선 채널을 통한 멀티미디어 데이터 송신의 프레임워크에서의 최적화된 동작점에 대해 결정하도록 하는 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
예컨대, 이것은 H.264/AVC 표준에 따르는 비디오 데이터 송신에 사용된다.
제한된 대역폭의 채널들 내에서 또는 에러가 예측가능한 채널들 내에서의 멀티미디어 데이터의 송신은, 소스 코딩 (압축) 및 채널 코딩 (보호) 이 개별적으로 설계될 것을 권장하는 섀넌 분리 이론 (Shannon separation principle) 의 이용을 선도해 왔다.
그러나, 네트워크 층들이 소스와 채널 코더 (coder) 들 사이에 존재할 수 있는 기존 아키텍처들의 전개 및 기존 표준들과의 호환성을 충족하기 위해, 압축과 보호가 협력하여 적용되더라도, 압축 및 보호는 분리되어 유지된다. 조인트 채널 소스 코딩은, 시각적 디스플레이와 관련하여 압축 및 보호를 효율적으로 조합함 으로써 무선 채널들에 있어서 실제적으로 불가피한 에러들의 충돌이 고려되는 것을 보장한다. 송신 에러들의 부재시에 제안되는 소스 비트-레이트 제어를 위한 종래의 알고리즘들은, 에러 정정 코딩 (또는 순방향 에러 정정을 위한 FEC) 툴들이 비디오 디코더에서 에러 없이 패킷들의 도착을 허용한다는 가정에 기초한다. 무선 송신 또는 방송의 특별한 관심에도 불구하고, 이러한 솔루션들은 협대역 송신들에 있어서의 불가피한 잔류 비트-에러 확률에 의해 도입되는 심각한 왜곡의 중대한 효과들도, 그리고 비트스트림들의 상이한 감도들도 고려하지 않고 있다.
비디오 디코더들이 주로 패킷 손실들을 겪는 이론을 따르는 제 1 탠덤 조인트 코딩 솔루션은, 패킷 삭제 (pruning) 메커니즘들 (폐기된 패킷들) 의 수립, 및 송신 에러들의 부재시의 소스 비트-레이트 제어의 문제를 다룬다. 이런 네트워크-기반 접근법은, 에러를 가진 페이로드들이 애플리케이션 레벨로 전송되는 것을 가능하게 하는 DCCP (데이터 혼잡 제어 프로토콜; Data Congestion Control Protocol) 또는 UDPlite (유저 데이터그램 프로토콜 라이트; User Datagram Protocol light) 와 같은 보다 최신의 전송 프로토콜들에 의해 제공되는 가능성을 고려하지 않고 있으며, 여기서 프로토콜들은 그들을 사용할 수 있는 디코더들에 제시된다.
제 2 탠덤 조인트 코딩 체계들의 패밀리는, 비디오 디코더에 의해 보여지는 비트 또는 패킷 에러들의 확률들이 주어진 임계치 미만에 놓이는 것을 보장하기 위해 FEC 툴들을 사용한다. 가장 효율적인 체계들은 데이터 스트림들의 감도의 분석에 종속하여 채널 비트-레이트들을 선택하고, 중요한 문제는 감도의 평가이다. 이산 코사인 변환 (또는 DCT [1]) 압축에 기초하거나 또는 주어진 예측 표준들 [2] [3] 에 전용되는, 대역적 (global) 접근법은, '워터-필링 (water-filling)' 최적화 타입의 접근법에 의해 또는 각 프레임 [1] [2] 에 대한 분석 식에 기초하여 왜곡에 대한 그 충돌 및 감도의 정의를 제안한다. 그러나, 이들 접근법들은 무수한 테스트들에 의한 모델의 조절을 필요로 하는데, 이는 실제 상황에서의 용이한 전개를 방해하며, 또는 비트스트림에 존재하는 상이한 종속성들을 전혀 고려하지 않고, 이것은 그 일반적인 접근법으로 인해 표준 및/또는 주어진 애플리케이션에 관련될 수 없었다.
본 발명에 따른 방법은, 특히 멀티미디어 데이터에서의 왜곡을 예측하는 반-분석적 모델의 사용에 기초한다.
H.264/AVC 표준의 경우, 이미지 그룹 (GOP 또는 픽쳐 그룹 (Group of Pictures)) 및 예측 프레임의 왜곡을 계산하기 위해 예측의 영향 및 에러에 대한 그 각각의 감도에 종속하여, 상이한 파티션 (partition) 들/프레임들에서의 에러들의 충돌을 추정함으로써 왜곡이 계산된다.
FEC 보호에 대해 사용될 경우, 상기 방법은, 감도의 레벨에 적응된 보호 비트-레이트의 적용에 의해, GOP 의 왜곡 또는 (일련의 몇몇 GOP들인) 비디오 시퀀스의 왜곡을 최소화하도록 보호의 할당이 특정되도록 한다.
용어 "슬라이스" 란 당업자에게 공지된 파티션을 정의한다.
본 발명은, 멀티미디어 데이터 송신 채널에 대한 압축 비율 및/또는 보호 비율과 같은 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법에 관한 것이며, 고정된 소스 비트-레이트, 원하는 압축 비율의 값들의 쌍들에 대해 몇몇 감도 값들을 결정하는 단계, 고정된 채널의 동작점에 대해 획득되는 상이한 값들을 서로 비교하는 단계, 및 최적의 감도 값을 선택하는 단계 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 감도 값은 원하는 소스 비트-레이트 및 압축 비율을 고려하여 정의되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 멀티미디어 데이터 송신 채널에 대한 압축 비율 및/또는 보호 비율과 같은 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 디바이스에 관한 것이며, 상기 멀티미디어 데이터 송신 채널의 상태에 관한 정보 및 코더들에 대한 가용 효율 (available efficiency) 들에 관한 정보를 수신하고, 상술한 특징들 중 하나를 포함하는 방법의 단계들을 구현함으로써 비디오 압축 비율 및 보호 비율의 값들과 같은 코딩 방식들을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 적응 모듈 (adaptation module) 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명은 객관적으로 (객관적인 측정으로) PNSR 또는 MSE 에 의해서, 또는 보다 우수한 시각적 디스플레이의 형태를 취하여, 개선된 최종 품질을 획득하기 위해서, 멀티미디어 데이터의 무선 송신에 최적화된 동작점에 대한 압축 비율 및 보호 비율을 최적화하는 이점을 가진다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 비한정적인 예시를 통해 제시되고 도면이 첨부되는 하기의 설명을 이해할 때, 보다 명백해진다.
도 1은 방법의 단계들을 구현하기 위해 사용된 모듈들의 개략적인 기능도이 다.
도 2는 ITU 'Foreman' 레퍼런스 시퀀스에 적용된, 리던던시 비율, 압축 비율 쌍의 여러 실시형태에 대한 평가의 경우에서 획득된 상이한 결과를 나타낸다.
도 3은 'Foreman' 레퍼런스 시퀀스에 적용된, 시퀀스의 상이한 슬라이스에 대한 동일한 보호 또는 동일하지 않은 보호의 적용의 경우에서 데이터 파티션 (DP) 모드를 채용함으로써 획득된 성능을 비교한 상이한 결과들을 나타낸다.
도 4는 'Foreman' 레퍼런스 시퀀스에 적용된, 시퀀스의 상이한 슬라이스에 대한 동일한 보호 EEP 또는 동일하지 않은 보호 UEP 의 적용의 경우에서 프레임-셔플 (FS [6]) 모드를 채용함으로써 획득된 성능을 비교한 상이한 결과들을 나타낸다.
도 5는 GOP의 세가지 모드에 상응하는 셔플 도면이다.
본 발명에 의한 방법으로 구현된 단계를 설명하기 이전에, 감도 평가 방법에 대해 몇가지를 상기시킨다.
비디오 시퀀스에 대한 소스 및 채널 코딩 동작 이후의, 단대단 왜곡에 대한 예상 평균값의 추정 (즉, 압축 및 보호의 효과를 포함함).
간단히 하기 위해서, 그 결과가 다중 슬라이스의 경우로 확장될 수 있을지라도, 각 프레임을 하나의 단일 슬라이스 또는 NAL (H.264/AVC 표준에서의 Network Abstraction Layer 의 약칭) 내에서 코딩하며, 예를 들어, DP (Data Partitioning, H.264/AVC 표준에 대해 구체적인 실시형태) 에서 볼 수 있다.
에러들과 함께 채널 내에서 송신되는 프레임 (또는 NAL) 에 대한 왜곡
Figure 112008089750472-pct00001
은, 에러 이벤트와 관련된 에러 확률
Figure 112008089750472-pct00002
에 상응하는, 상이하거나 또는 다양한 기본 왜곡
Figure 112008089750472-pct00003
를 고려함으로써, 추론될 수 있다.
Figure 112008089750472-pct00004
(식 중, IN은 자연수의 세트이다)
이론적으로, 각각의 비트 에러는, 그 상이하거나 또는 다양한 조합과 함께, (에러 보정을 하거나 또는 하지 않은) 결과물인 디코딩된 이미지에 대한 충돌이 고려되야 하는, "에러 이벤트" 에 상응한다. 모델링을 위해, NAL의 손실을
Figure 112008089750472-pct00005
로 유도하는지 또는 NAL의 부분 변조 (corruption) 를
Figure 112008089750472-pct00006
로 유도하는지에 의존하여, 프레임의 에러들로부터 도출되는 왜곡을 고려하여, 그리고
Figure 112008089750472-pct00007
로 정확하게 수신된 NAL에도 심지어 영향을 주는 압축 동작에 내재되어 있는 왜곡을 고려하여, 에러들을 그룹화하고 평균화할 수 있음을 가정한다.
Figure 112008089750472-pct00008
(또는
Figure 112008089750472-pct00009
) 에 대해서, NAL을 정확하게 수신 (또는 정확하게 손실) 하는 확률, 조인트 소스 채널 엔드-투-엔드 왜곡, 또는 감도가 다음 식에 의해 획득된다.
Figure 112008089750472-pct00010
결과물인 왜곡은 평균 제곱 에러 (MSE) 또는 피크 신호-대-잡음 비 (PSNR) 로 표현될 수 있다.
Figure 112008089750472-pct00011
식 중, M, Q 는 비디오 프레임의 폭 및 높이이고,
Figure 112008089750472-pct00012
(또는
Figure 112008089750472-pct00013
) 은 오리지널 프레임 (재구성된 프레임) 의 픽셀들의 휘도이다.
송신 채널에 종속하는 확률에 대한 표현
예로써, 비트 에러 확률
Figure 112008089750472-pct00014
를 갖는 에러들을 도입하는 메모리 없는 채널, 예컨대, BSC (Binary Symmetric Channel) 또는 AWGN (Additive White Gaussian Channel) 등을 고려하여, 송신 채널에 대한 에러 확률을 다음 방식으로 표현할 수 있다.
Figure 112008089750472-pct00015
식 중, n은 비트들로 표현되는 프레임의 크기이고, 채널 코딩이 없는 신호/잡음 비
Figure 112008089750472-pct00016
에 대해
Figure 112008089750472-pct00017
이다.
NAL 손실의 확률
Figure 112008089750472-pct00018
은 [4]를 사용하여 표현되고, 여기서 데이터 스트림의 비동기화 없이, 인트라 및 예측 H.264/AVC 프레임들에 부분적인 잡음이 있을 수 있고 (프레임의 분율
Figure 112008089750472-pct00019
), 오직 재구성된 이미지에서 시각적 에러들 (아티펙트) 만 유도한다는 것이 밝혀진다: 분율
Figure 112008089750472-pct00020
보다 많은 에러들을 포함하는 프레임들이 손실된 프레임들인 한편, 잡음 분율이
Figure 112008089750472-pct00021
보다 적은 프레임들이 변조된 프레임들이고, 이것이 손실 확률을 유도하는 것이라고 추측된다.
Figure 112008089750472-pct00022
이며, 이는 다음의 감도 값을 도출한다.
Figure 112008089750472-pct00023
인트라 프레임 I 및 예측 프레임 P
경험적 관측을 고려하면, 그것에 의해 H.264/AVC 표준에 따라 코딩된 I 프레임 및 P 프레임에 대한
Figure 112008089750472-pct00024
, 및 인트라 프레임들에 대해 분율
Figure 112008089750472-pct00025
의 [4]에서 이루어진 평가가 i번째 예측 프레임
Figure 112008089750472-pct00026
에 있어서
Figure 112008089750472-pct00027
Figure 112008089750472-pct00028
및
Figure 112008089750472-pct00029
와 동일하며, 인트라 프레임에 대한 감도
Figure 112008089750472-pct00030
는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112008089750472-pct00031
마찬가지로, GOP의 i번째 예측 프레임
Figure 112008089750472-pct00032
에 대한 감도의 표현은, 선행 프레임이 정확하게 검출되는 경우, 다음에 의해 획득된다.
Figure 112008089750472-pct00033
식 중,
Figure 112008089750472-pct00034
는 i번째 P-프레임의 크기이고,
Figure 112008089750472-pct00035
(각
Figure 112008089750472-pct00036
) 는 선행 프레임들 이 정확한 경우 그 프레임이 정확할 (손실된) 때 관측된 왜곡이다.
H.264/AVC 코딩된 프레임의 감도는 이후 최상 (송신 에러 없음) 및 최악 (프레임 손실) 의 송신 조건과 프레임 길이에 대해 획득된 왜곡만을 평가하여 유도된다.
도 1은 본 발명에 의한 단계들을 실행하기 위해 채용된 시스템의 일예를 개략적으로 도시한다.
도 1의 예는 무선 채널 (3) 을 통해 데이터를 교환하는 이동국 (2) 및 서비스 공급자의 기지국 (1) 을 포함한다.
기지국 (1) 은, 예를 들어, 비디오 코더/서버 (4), 적응/할당 모듈 (5) 및 라디오 액세스 층 (6) 을 포함한다.
이동국 (2) 은 네트워크 액세스 층 (9) 및 비디오 시퀀스를 발생시키는 비디오 디코더 (10) 를 포함한다.
기지국 및 이동국은 각각 에미션 안테나 (7) 및 리셉션 안테나 (8) 를 구비하고 있다.
적응/할당 모듈 (5) 은 예를 들어, 후술되는 본 발명에 의한 방법의 단계들을 구현함으로써, 채널 상태에 대한 정보 및 코더에 이용가능한 효율성에 대한 정보를 수신하고, 코딩 방식, 특히 비디오 압축 비율 및 보호 비율의 값을 발생시킨다.
이러한 시스템의 구현은, 예를 들어, 다음 방식으로 수행된다.
본 발명을 구체화하는 적응/할당 모듈은, 라디오 액세스 층에 의한 비디오 압축 및 보호에 대해 이용가능성 있는 효율성 및 코더에 대한 정보와 함께, 송신 채널 정보를 수신한다. 따라서, 프리코딩된 비디오 데이터 서버가 고려되는 경우, 특히 프리코딩된 스트림의 각 실시형태에 있어서 상이한 파티션 또는 슬라이스의 정확한 크기에 의해서, 모듈이 정확한 소스 감도 정보 (또는 SSI) 를 수신할 수 있다. 이후, 이 모듈은 의문의 시퀀스에 대한 결과적인 왜곡의 평가 결과를 통해서, 주어진 송신 채널 상의 전체 비트-레이트에 대해 채용되는, 최상의 압축 비율, 보호 비율 쌍을 결정한다. 다음, 코딩 방식은 애플리케이션을 위해 비디오 코더/서버로 송신되고, 이들 규칙에 따라 데이터의 압축 및 보호를 수행하는 라디오 액세스 층으로 송신되어, 송신 채널을 통해 전송된다. 이후, 코딩된 데이터는 디코딩된 비디오 시퀀스를 생성하는 비디오 디코딩 동작 및 에러 보정 디코딩 동작을 수행하는 수신기에 의해 수신되기 이전에, 무선 전송 채널을 통해 전송된다.
특히, 그 방법은 소스 비트-레이트 및 소망하는 데이터 보호를 고려한 주어진 감도 값의 사용에 기초하고, 이는 의문의 전송 채널에 대한 동작점에 대해 정의되는 최적의 압축/보호 쌍을 정의할 수 있다.
N개의 예측 프레임들 P, 또는 보다 일반적으로 일 그룹의 프레임들이 뒤따르는 인트라 프레임 I로 구성되는 GOP 의 감도 결정
실제로, P 프레임들 및 그 감도는 선행 프레임들에 종속한다: 프레임 P가 부정확하게 수신되면, 다음 프레임들이 정확하게 송신된다 하더라도, 정확하게 재구 성되지 않는다.
다음의 가정을 채용한다: 프레임이 손실되면, 임의의 다음 프레임들의 왜곡에 대한 그 기여는 무시할 수 있다. 따라서, 선행 프레임들이 부정확하게 수신된다는 사실에 의한 충돌이, 정확한 선행 프레임들을 가지는 조건적인 확률을 사용하여 고려된다.
식 (3) 및 식 (4) 와
Figure 112008089750472-pct00037
를 사용하여, GOP에 대한 왜곡을 다음 방법으로 표현할 수 있다.
Figure 112008089750472-pct00038
식 중,
Figure 112008089750472-pct00039
는 i번째 프레임,
Figure 112008089750472-pct00040
(또는
Figure 112008089750472-pct00041
) 이 잘 수신되는 확률이고, 평균 GOP 왜곡은 프레임 0 (인트라) 내지 i가 정확한 경우 관측된다 (또는 i번째 프레임이 손실되는 경우 관측된다). 물론, 이들 조건적인 확률은, 프레임들 사이에 존재하는 종속성에 대한 완벽한 정보 (예를 들어, 각 프레임에 대해 레퍼런스로 사용된 프레임들의 수) 를 이용할 수 있다면, 보다 정확히 계산될 수 있다.
비트
Figure 112008089750472-pct00042
에 대한 에러 확률을 가지고 에러들을 도입하는 메모리가 없는 채널을 고려함으로써, 정확한 리셉션을 가지는 확률은
Figure 112008089750472-pct00043
이다.
Figure 112008089750472-pct00044
식 중,
Figure 112008089750472-pct00045
은 GOP에 대한 평균 왜곡이다.
데이터 파티셔닝 모델
데이터 스트림이 H.264/AVC 표준의 데이터 파티셔닝 모드에 따라 몇몇 파티션으로 분할되거나 "파티셔닝" 되는 경우, 각 예측 프레임 P 는 최대 3 개의 "슬라이스" (NAL-A, NAL-B, NAL-C) 로 송신되고, 일어날 올바른 디코딩을 위해, 각 슬라이스는 이미지의 동일한 부분을 코딩하는 선행 슬라이스에 종속한다. 슬라이스들 사이의 종속성을 고려하기 위해서, 일 파티션이 손실되는 경우에, 부정확하게 수신된 다음의 파티션에 대한 결과적인 왜곡은 무시해도 좋다는 가정이 이루어진다. GOP DP 의 감도는 수학식 (6) 의 일반화된 표현으로부터 추론되는데:
Figure 112008089750472-pct00046
여기서,
Figure 112008089750472-pct00047
는 k 번째 파티션의 i 번째 프레임의 길이이고, 이는 파티션이 손실되는 경우에 왜곡
Figure 112008089750472-pct00048
을 야기하며,
Figure 112008089750472-pct00049
이다.
프레임 셔플 모델
데이터 스트림이 [6] 및 [7] 에 제안된 프레임 셔플 방법과 같은 특정 방법을 이용함으로써 압축되는 경우, 상이한 픽처 프레임들 사이의 종속성은 변경된다. 따라서, 관심 대상의 프레임은 반드시 더 이상 디스플레이의 순서에서 선행 프레임에는 종속하지 않지만, 압축 코딩의 순서에서 선행 프레임의 전부 또는 일부의 적용된 셔플 행렬에 따른 선택에는 종속한다. 예를 들어, ([7] 및 도 5 에 예시된) "트리" 셔플 모드로, 코딩된 데이터 스트림에 대해 정밀도 (granularity) 를 제공하기 위해서 셔플이 수행되는 특정 경우에 ([6] 참조), 수학식 (6) 에 이용된 조건부 확률은, 단지 현재 프레임이 종속하는 프레임; 통상적으로, "트리" 셔플 모드의 예에서, 최고 미세 레벨에서의 그 직접적인 우수한 것만을 고려하기 위해서 변경되어야 한다. 이는 공식 (8) 을 산출하는데:
Figure 112008089750472-pct00050
여기서, FSi 는 프레임 i 가 종속하는 프레임 세트이고, 이 프레임 세트는 프레임 셔플 모드의 셔플 행렬로 정의된다 ([6] 및 [7] 참조). 예시로서, 도 4 에 제공된 수치 애플리케이션에서 고려된 "트리" 모드에 있어서, 예를 들어 FS7 = {0, 1, 5} 이 획득된다.
수치 애플리케이션
RCPC 코드에 의한 보호의 도입
동일한 데이터 스트림의 상이한 부분에 대해 상이한 레벨의 보호를 적용하는 하나의 용이한 방식은, RCPC 코드 ([5] 참조) 를 이용함으로써 레벨 또는 보호 비율을 변화시키는 것이다. 이들 코드는 저복잡도를 제공하고, 사전정의된 테이블에 따라 상이한 코딩 레이트가 도달되는 것을 허용하여, [5] 에 의해 (연합 경계 (Union boundary) 를 이용함으로써) 바운디드 AWGN 채널에 대한 에러 확률을 제공하는데:
Figure 112008089750472-pct00051
여기서, dfree 은 코드의 자유 거리이고, ad 는 기존 경로의 수이고,
Figure 112008089750472-pct00052
은, (올바른 경로에 대해) 거리 d 에서의 부정확한 경로가 신호대 잡음비
Figure 112008089750472-pct00053
에 대해 선택될 확률이다.
따라서, H.264/AVC 표준에 따라 압축되고, RCPC 코드에 의해 보호되며, AWGN 채널을 통해 송신되는 비디오 스트림에 대한 단대단 왜곡은 이 확률 Pe 를 이용하여 추정될 수 있다. 유사하게, 임의의 다른 정정 코드의 이용은, 예를 들어 연합 경계에 의해, 그 에러 확률 Pe 를 계산함으로써 추정될 수 있다.
최상의 압축/왜곡 절충안의 선택
제 1 변형 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은, 주어진 동작점에 대한 압축과 보호 사이의 최상의 절충안을 선택할 가능성을 제공한다.
이러한 목적으로, 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계를 제공한다:
● 수학식 (6) 또는 (7) 을 이용하여, 채널에 대해 주어진 전체 비트-레이트에 대하여 소스 및 채널 코딩의 상이한 구성에 대한 감도의 몇몇 값을 결정하는 단계,
● 데이터 송신 채널에 대해 최적화된 동작을 제공하는 값의 쌍을 선택하는 단계.
이러한 진행 방식은 도 2 에 예시되어 있고, 여기서 64 kbps 의 채널에 대한 전체 비트-레이트에 대한 상이한 값의 압축/보호 비율에 대하여, 15 ㎐, QCIF 포맷의 'Foreman' 시퀀스와 같이 종래 기술로부터 공지된 ITU 레퍼런스 시퀀스에 대해 분석 감도 및 시뮬레이션된 감도가 획득되었다.
이 도 2 에 있어서, 상이한 값의 코딩 비율에 대해 이론적 곡선 및 실험적 곡선이 플로팅되어 있다.
Ⅰ이론적 = 0.66 Ⅱ이론적 = 0.5 Ⅲ이론적 = 0.44 Ⅳ이론적 = 0.33
Ⅰ실험적 = 0.66 Ⅱ실험적 = 0.5 Ⅲ실험적 = 0.44 Ⅳ실험적 = 0.33
이 모델이 시뮬레이션된 데이터에 대응하는 실재성 (reality) 을 비교적 양호하게 나타내고, 또한 여기서 최상의 PSNR 로 결정된 최상의 비디오 디스플레이를 제공하는 구성이 주어진 동작점에 대해 손쉽게 결정된다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 동작점 SNR = 3dB 에 있어서, 제안된 4 개의 구성 중에서 최상의 구성은, 21.3 kbps 의 소스 레이트로 비디오 시퀀스를 압축한 다음, 그 결과적인 스트 림을 1/3 의 효율로 에러 정정 코드로 보호하는 것인데, 이는 다른 가능한 구성에 대해 PSNR 에서 5dB 를 넘는 이득을 얻는 것을 허용한다.
데이터 파티셔닝 모드에서의 차등 에러 보호
또 다른 변형 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은, 특히 H.264/AVC 코더가 데이터 파티셔닝 (DP) 모드에서 동작하는 경우에, 차등 에러 보호 또는 UEP 에 적용가능한 상이한 보호 비율이 결정되는 것을 허용한다. 프레임의 상이한 파티션은 상이한 감도를 나타낸다. 수학식 (7) 을 이용하면, 코딩 파라미터의 상이한 구성에 대해 예측된 결과적인 왜곡을 비교함으로써, 각 파티션에 대한 RCPC 동작점에 대하여 최적의 파라미터를 선택하는 것이 가능하다.
도 3 에 있어서, EEP 및 UEP 모드에서의 평균 보호 비율 R = 1/2 에 대한 'Foreman' 시퀀스에 대해 획득된 몇몇 곡선이 플로팅되어 있다. UEP 모드의 경우에, 인트라 파티션의 천공 비율은 0.44 로 감소한 한편, NAL-C 의 천공 비율은 0.57 만큼 증가하여, 64 kbps 의 동일한 채널 비트-레이트에 도달함으로써, EEP 모드와 비교하여 PSNR 에 관하여 5 내지 10 dB 의 이득을 제공하였다.
ⅠEEP =
EEP 모드에 대해 획득된 실험적 곡선		 ⅡUEP =
UEP 모드에 대해 획득된 실험적 곡선
ⅠEEPT =
EEP 모드에 대해 획득된 이론적 곡선		 ⅡUEPT =
UEP 모드에 대해 획득된 이론적 곡선
프레임 셔플 모드에서의 차등 에러 보호
하나의 다른 변형 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은, H.264/AVC 코 더가 프레임-셔플 모드에서 동작하는 경우에 적용가능한 상이한 보호 비율이 결정되는 것을 허용하고, 그에 따라 가장 유리한 차등 에러 보호 또는 UEP 효율이 결정되는 것을 허용한다. 이 경우, 수학식 (8) 을 이용하고, 선택된 셔플 모드에 따라 프레임 세트 FSi 를 정의하면, 코딩 파라미터의 상이한 구성에 대해 예측된 결과적인 왜곡을 비교함으로써, 각 파티션에 대한 RCPC 동작점에 대하여 최상의 파라미터를 선택하는 것이 가능하다.
도 4 에 있어서, 한편에는 3 개의 레벨의 감도로 (곡선 상의 인덱스 M 에 대한) "트리" 프레임 셔플 ([7] 참조) 에 있어서, 또한 다른 한편에는 (프레임 셔플이 없는) 종래의 코딩에 있어서, EEP 및 UEP 모드에서 평균 보호 비율 R = 1/2 에 대하여, 'Foreman' 시퀀스 (QCIF, 15 ㎐, 프레임당 하나의 슬라이스) 에 대해 획득된 몇몇 곡선이 플로팅되어 있다. 정상 모드에서 UEP 에 대해 효율 RIntra = 8/20, RPredicted = 8/14 에, 또한 프레임-셔플 모드에서 UEP 에 대해 보호 효율 RIntra = 8/20, RPredicted1 = 8/16, RPredicted2 = RPredicted3 = 8/12 에 대응하는 189 kbit/s 의 전체 채널 비트-레이트에 대하여, 테스트가 수행되었다.
정상 코딩 모드에 대해 프레임 셔플 ([6] 참조) 에 의해 제공된 이득은 눈에 띄게 고 SNR 로 보여지는데, 그 이유는 압축 효율에서의 이득이 양호한 PSNR 을 야기하기 때문이고, EEP 프레임-셔플 모드에 대해 (PSNR 에서 적어도 5 dB 의 이득이 관측됨) 또는 종래의 코딩 UEP 모드에 대해 (PSNR 에서 약 3 dB 의 이득), 차등 에러 보호 (UEP) 의 적용은 보다 큰 이득을 얻게 하는데, 이들 모두는 당업자가 프레 임-셔플 모드에서 압축/보호 최적화의 이점의 결론을 내리는 것을 허용하고, 이는 보다 양호한 결과를 전달하기 위해서 2 가지의 최적화 기술과 프레임 셔플 기술이 그 기여를 결합한다고 인식한다.
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[4] C. Bergeron 및 C. Lamy-Bergot, "Compliant selective encryption for H.264/AVC video streams" (Proc. Int. Workshop on Multimedia Processing (MMSP'05), pp. 477-480, Shanghai, China, 2005 년 10-11 월).
[5] J. Hagenauer, "Rate-compatible punctured convolutional codes (RCPC codes) and their application" (IEEE Trans. on Comm., vol. 36, n. 4, pp. 339-400, 1988 년 4 월).
[6] C. Lamy-Bergot 및 C. Bergeron, "Procede et dispositif de melange de trames video pour obtenir de la granularite temporella" (Video frame-shuffle method and device in order to obtain temporal granularity) (프랑스 특허출원 FR04/08802, 2004 년 8 월).
[7] C. Bergeron, C. Lamy-Bergot, G. Pau, 및 B. Pesquet-Popescu, Temporal Scalability through Adaptive M-Band Filter Banks for Robust H.264/MPEG-4 AVC Video Coding, EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2006 (2006) (Article ID 21930, 11 페이지)

Claims (9)

  1. 멀티미디어 데이터의 송신 채널에 대한 압축 비율 및 보호 비율 중 적어도 하나와 같은 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법으로서,
    하기의 식을 이용하여, 이미지 그룹 또는 픽쳐 그룹 (GOP) 에 대해, 그리고 요구되는 소스의 압축 비율 및 요구되는 보호 비율의 값들의 쌍들에 대해 몇몇 왜곡 값들을 결정하는 단계로서,
    Figure 112013097738732-pct00067
    Pe 는 일 비트에 대한 에러 확률이고,
    Figure 112013097738732-pct00068
    ,
    Figure 112013097738732-pct00069
    는 이미지 그룹에 대한 평균 왜곡인, 상기 왜곡 값들을 결정하는 단계;
    고정된 채널의 동작점에 대해 획득되는 상이한 값들을 서로 비교하는 단계; 및
    최적의 왜곡 값을 선택하는 단계를 적어도 포함하고,
    상기 왜곡 값은 요구되는 보호 비율 및 압축 비율을 고려하여 정의되는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티미디어 데이터는 파티션 (partition) 들로 분리되고, 상기 파티션들 각각에 대해 하기 식을 사용하여 최상의 압축 비율 및 보호 비율이 결정되며:
    Figure 112008089750472-pct00057
    여기서,
    Figure 112008089750472-pct00058
    는 k 번째 파티션의 i 번째 프레임의 길이이고,
    Figure 112008089750472-pct00059
    이고 파티션이 손실되는 경우에 왜곡
    Figure 112008089750472-pct00060
    을 야기하는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각 예측 프레임은 최대 3 개의 슬라이스 (slice) 들로 송신되는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티미디어 데이터는 프레임 셔플 프로세스 (frame shuffle process) 에 의해 셔플되기 때문에, 상기 압축 비율 및 상기 보호 비율은 파티션들 각각에 대해 하기 식에 의해 결정되며:
    Figure 112008089750472-pct00061
    여기서, FSi 는 프레임 i 가 종속하는 프레임 세트이고, 상기 프레임 세트는 프레임 셔플 모드의 셔플 행렬로 정의되는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프레임 셔플 모드는 "트리" 정밀도 (granularity) 를 제공하는 모드인 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  7. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멀티미디어 데이터에 대해 RCPC 보호 코드가 사용되는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  8. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    H.264/AVC 비디오 표준이 사용되는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법.
  9. 멀티미디어 데이터 송신 채널에 대한 압축 비율 및 보호 비율 중 적어도 하나와 같은 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 디바이스로서,
    상기 멀티미디어 데이터 송신 채널의 상태에 관한 정보 및 코더들에 대한 가용 효율 (available efficiency) 에 관한 정보를 수신하고, 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 방법의 단계들을 구현함으로써 비디오 압축 비율 및 상기 보호 비율의 값들과 같은 코딩 방식들을 생성하도록 설계된 적어도 하나의 적응 모듈 (adaptation module; 5) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 파라미터들을 결정하도록 하는 디바이스.
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