KR19990033458A - 퓨리에 필터링을 이용한 가변 비트율 비디오 트래픽의 허스트파라미터 추정 방법 - Google Patents

퓨리에 필터링을 이용한 가변 비트율 비디오 트래픽의 허스트파라미터 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인코더에 의해 단위 시간당 가변 비트율로 압축되는 영상 신호의 대역폭 할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 상기 시간 평면에서의 영상 신호를 퓨리에 변환을 이용하여 주파수 평면에서의 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 주파수 평면에서의 신호의 전력의 분포를 나타내는 전력 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계로서, , 상기 수학식에서 S(f,T) 전력 스펙트럼 밀도를 나타내며, T 는 상기 영상 신호가 입력되는 시간 간격을 나타내며, F(f,T) 는 상기 주파수 평면에서의 영상 신호를 나타내며; 라인 피팅 알고리즘을 이용하여 상기 계산된 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 구하는 단계로서, , 상기 수학식에서, β는 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 나타내며; 상기 전력 분포 기울기와 상기 허스트 파라미터와의 기설정 관계식, β = 2H +1 을 이용하여 상기 허스트 파라미터( H )의 값을 추정하는 단계; 상기 추정된 값의 허스트 파라미터에 따라 상기 압축된 영상 신호를 액티비티로 분류하여 대역 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로한다. 따라서, 종래 기술의 R/S 방법보다 간단한 계산으로 허스트 파라미터를 추정할 수 있는 효과가 있다.

Description

퓨리에 필터링을 이용한 가변 비트율 비디오 트래픽의 허스트 파라미터 추정 방법
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 퓨리에 필터링을 이용하여 VBR MPEG 비디오 트래픽의 대역할당을 위한 허스트 파라미터(Hurst parameter)를 추정하는 방법에 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 , 분산 S2(n) 을 가지는 파형 Xk(1≤k≤n) 이 있을때, 하기 수학식 1과 같이 계산된다.
상기 수학식 1에서, 이다.
기대값을 E[⋅] 라 하면, R/S의 기대값은 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
E[R(n)/S(n)] ≈ C nH
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 적합하지않으며 입력 신호가 주파수 영역상의 신호인 경우 시간 영역의 신호로 역 퓨리에 변환하여야하는 번거로운 문제가 있었다.
그러므로, 본 발명은 퓨리에 필터링(fourier filtering)을 이용하여 VBR MPEG 비디오 트래픽 신호의 대역할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법을 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 시간 평면에서의 영상 신호를 퓨리에 변환을 이용하여 주파수 평면에서의 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 주파수 평면에서의 신호의 전력의 분포를 나타내는 전력 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계로서, , 상기 수학식에서 S(f,T) 전력 스펙트럼 밀도를 나타내며, T 는 상기 입력신호가 입력되는 시간 간격을 나타내며, F(f,T) 는 상기 주파수 평면에서의 영상 신호를 나타내며; 라인 피팅 알고리즘을 이용하여 상기 계산된 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 구하는 단계로서, , 상기 수학식에서, β는 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 나타내며; 상기 전력 분포 기울기와 상기 허스트 파라미터와의 기설정 관계식, β = 2H +1 을 이용하여 상기 허스트 파라미터( H )의 값을 추정하는 단계; 상기 추정된 값의 허스트 파라미터에 따라 상기 압축된 영상 신호를 액티비티로 분류하여 대역 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로한다.
도 1은 본 발명을 이용하는 영상 신호 처리 시스템의 개략적인 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 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 110 : 퓨리에 변환부
120 : 전력 스펙트럼 밀도 계산부 150 : 대역 할당부
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 퓨리에 변환부(110), 전력 스펙트럼 밀도(power spectral dentisity) 측정부(120), 허스트 파라미터 추정부(140), 대역 할당부(150)를 구비한다.
인코더(20)로부터 출력된 비디오 트래픽은 퓨리에 변환부(110)로 입력된다. 퓨리에 변환부(110)로 입력된 비디오 트래픽이 단위 시간당 가변 비트율로 압축된 시간 영역상의 영상 신호, X(t) , 인 경우, 하기 수학식 3으로 표현될 수 있다.
상기 수학식에서 T는 상술한 영상 신호가 입력되는 일정한 시간 간격을 나타낸다.
상술한 입력 영상 신호, X(t,T) ,는 퓨리에 변환부(110)에 의해 퓨리에 변환되어 하기 수학식 4와 같은 주파수 평면에서의 영상 신호, F(f,T) ,로 변환된다.
그러나, 퓨리에 변환부(110)로 입력된 비디오 트래픽이 주파수 영역상의 영상 신호, F(t) , 인 경우, 퓨리에 변환되지않고 다음단의 전력 스펙트럼 밀도(power spectral dentisity) 계산부(120)로 제공된다.
전력 스펙트럼 밀도 계산부(120)는 주파수 영역상의 영상 신호, F(f,T) ,를 이용하여 입력 영상 신호, X(t,T) ,의 전력 스펙트럼 밀도를 계산한다. 전력 스펙트럼 밀도 계산부(120)에 의해 출력된 전력 스펙트럼 밀도, S(f,T) 는 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
만일, 영상 신호가 입력되는 시간 간격을 무한대인 경우에는 전력 스펙트럼 밀도는 하기 수학식 6과 같이 표현된다.
상술한 수학식 5 또는 6으로 표현된 전력 스펙트럼 밀도는 하기 수학식 7과 같은 관계를 갖는다.
상술한 수학식 7에서, β는 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 나타낸다. 기울기 계산부(130)에서는 주파수 평면에서의 기울기를 구하는 라인 피팅(line fitting) 알고리즘을 이용하여 전력 분포 기울기 β를 구한다. 기울기 계산부(130)에서 계산된 전력 분포 기울기 값은 다음단의 허스트 파라미터 추정부(140)로 제공된다.
파라미터 추정부(140)는 하기 수학식 8과 같이 허스트 파라미터와 전력 분포 기울기, β와의 기설정된 관계식을 이용하여 허스트 파라미터를 추정한다.
따라서, 상술한 수학식 8에 의해 허스트 파라미터 추정부(140)에서 허스트 파라미터의 값이 계산될 수 있다. 이때, 계산되는 허스트 파라미터의 값은 0.5 부터 1.0까지의 값을 가지며, 다음단의 대역 할당부(150)로 제공된다.
대역 할당부(150)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 추정 장치에서 실행되는 동작을 설명하기위한 플로우차트를 도시한다.
허스트 파라미터의 추정은 도 1의 인코더(20)로부터 도 2의 퓨리에 변환부(110)로 인가되는 비디오 트래픽 영상 신호가 시간 영역 또는 주파수 영역상의 신호인지를 판단하는 단계(210)로부터 시작된다.
단계(220)에서, 입력 영상 신호가 시간 영역상의 신호이면, 퓨리에 변환부(110)는 입력 영상 신호를 퓨리에 변환을 이용하여 주파수 영역상의 영상 신호로 변환한다.
단계(230)에서, 변환된 주파수 영역의 영상 신호에 대하여 전력 스펙트럼 분석부(120)에 의해 전력 스펙트럼 밀도가 계산된다음, 단계(240)에서, 기울기 계산부(130)에 의해 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기(β)가 계산된다.
그 다음 단계(250)에서, 허스트 파라미터 추정부(140)에 의해 허스트 파라미터와 전력 분포 기울기(β)와의 관계식을 이용하여 허스트 파라미터(H)가 추정된다.
단계(260)에서, 대역 할당부(150)는 추정된 값의 허스트 파라미터(H)에 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 270, 275), 허스트 파라미터 값이 0.75 내지 0.9 의 값을 가지면 미디엄(midium) 액티비티로 대역을 할당하며(단계 280, 285), 허스트 파라미터 값이 0.9 내지 1.0 의 값을 가지면 하이(high) 액티비티로 대역을 할당한다(단계 290, 295).
그러므로, 종래 기술의 R/S 분석 방식에서 비중첩 블록 크기에 따라 허스트 파라미터의 값이 조금 달라지는 문제점이 본 발명에 따라 퓨리에 필터링을 이용함으로써 주파수 평면에서의 입력 영상 신호의 처리에 용이하며, 보다 간단한 계산 방식으로 허스트 파라미터 값을 보다 정확히 추정할 수 있는 장점이 제공될 수 있다.

Claims (1)

  1. 단위 시간당 가변 비트율로 압축되는 주기적 영상 신호의 대역폭 할당을 위한 허스트 파라미터를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 시간 평면에서의 신호를 퓨리에 변환을 이용하여 주파수 평면에서의 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 주파수 평면에서의 신호의 전력의 분포를 나타내는 전력 스펙트럼 밀도를 하기 수학식과 같이 계산하는 단계로서,
    상기 수학식에서 S(f,T) 는 전력 스펙트럼 밀도를 나타내며, T 는 상기 영상 신호가 입력되는 시간 간격을 나타내며, F(f,T) 는 상기 주파수 평면에서의 영상 신호를 나타내며;
    라인 피팅 알고리즘을 이용하여 상기 계산된 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 하기 수학식과 같이 구하는 단계,
    상기 수학식에서, β는 전력 스펙트럼 밀도의 전력 분포 기울기를 나타내며;
    상기 전력 분포 기울기와 상기 허스트 파라미터와의 기설정 관계식, β = 2H +1 을 이용하여 상기 허스트 파라미터(H)의 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 대역폭 할당을 위한 허스트 파라미터 추정 방법.
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