KR20190041322A - 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 결정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

입력신호를 복수의 블록들로 구분하여, 상기 구분된 블록들 각각을 양자화하고, 양자화된 블록들 각각에 대해, 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하고, 양자화된 블록들 각각에 대해, 압축률 별 SNR 저하 값 및 기설정된 허용 SNR 저하 값을 비교하며, 비교 결과에 기초하여 상기 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는, 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 방법이 개시된다.

Description

영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 결정하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING COMPRESSION RATIO OF RAW DATA IN SAR(SYNTHETIC APERTURE RADAR)}
본 개시는 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 결정하는 방법 및 장치를 제공한다.
영상레이더(SAR: Synthetic Aperture Radar)는 변조된 첩 신호를 송신 및 수신하여 수신된 신호의 시분할을 통해 지상의 표적을 관측하는 장비이다. 최근의 영상레이더는 고해상 영상을 촬영할 수 있도록 넓은 대역폭(Bandwidth)과 넓은 펄스폭(Pulse-width) 및 높은 펄스 반복 주파수(PRF: Pulse Repetition Frequency)의 송신 펄스 신호를 사용한다. 이로 인해 이에 따라 단위 시간당 생성되는 입력신호(또는 원시데이터(Raw data))의 볼륨이 매우 크다.
하지만 영상레이더가 지상에 데이터를 전송할 때 데이터링크 장비를 이용한 무선통신을 활용하므로, 위성 궤도의 특정 영역에서만 지상과 교신할 수 있다는 한계가 존재한다. 따라서 입력신호의 볼륨이 큰 경우 데이터링크 장비의 전송 대역폭 및 송신시간의 제한으로 인해 통상 요구되는 실시간 또는 근실시간으로 지상국에 전송하기 불가능해진다. 이는 영상레이더의 운용성에 제약사항이 되고, 활용 목적을 달성할 수 없도록 한다.
이를 해결하기 위해 원시데이터를 압축하여 전송하는데, 이 때 블록 적응 양자화 기법이 널리 이용되고 있다. 기존에 수행된 블록 적응 양자화의 압축률을 최적화 연구는 각 블록의 세기(power)를 구하여 블록의 양자화 압축률을 변경하는 FDBAQ (Flexible Dynamic Block Adaptive Quantization) 방법과, 방위(Azimuth)방향으로 번갈아 가며 압축률을 변경하는 ASQ (Azimuth-Switched Quantization) 방법이 소개되었다.
FDBAQ 방법과 관련하여, 블록 별로 압축률이 변경되므로 압축된 데이터의 크기를 짐작할 수 없는데, 이로 인해 FDBAQ에서는 데이터 전송을 위한 하드웨어는 최악의 상황을 가정하여 압축률 최적화 전과 동일한 하드웨어가 요구된다. 즉, 알고리즘의 최적화가 하드웨어의 최적화로 연결되지 못한다.
ASQ는 압축 후의 비트 정확도를 정하고, 이에 맞춰 방위방향으로 압축률을 변경하므로 압축된 데이터의 크기를 알 수 있다. 그러나 펄스 기준으로 방위방향으로만 압축률이 변경 가능하다는 제한이 있다. 또한 압축률 변화에 따른 변환이득(conversion gain)의 변화로 시간에 따라 신호세기의 변화가 발생할 수 있어 신호품질에 영향을 미칠 수 있다.
따라서 거리방향의 특징을 이용하여 고정된 압축률로 최적화 할 수 있는 방법이 요구된다.
영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 결정하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 방법에 있어서, 상기 원시 데이터 형태의 입력신호를 복수의 블록들로 구분하여, 상기 구분된 블록들 각각을 양자화하는 단계; 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하는 단계; 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 압축률 별 SNR 저하 값 및 기설정된 허용 SNR 저하 값을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여 상기 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 양자화된 블록들 각각에 대한 입력신호 SNR(signal to noise ration) 및 출력신호 SNR을 계산하는 단계; 및 상기 입력신호 SNR 및 상기 출력신호 SNR을 이용하여, 상기 블록들 각각의 SNR 저하 값을 계산하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 계산된 압축률 별 SNR 저하 값 중에서, 상기 기설정된 허용 SNR 저하 값을 초과하지 않도록 하는 최대 압축률을 적응적으로 결정하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 상기 양자화된 블록들의 상기 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 상기 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경하는 단계;를 더 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 동일한 스워스(swath)에 대해, 상기 양자화된 블록들 별로 적응적으로 결정된 압축률을 동일하게 적용하는 단계;를 더 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 입력신호를 기설정된 길이의 복수의 블록들로 분할하는 단계; 및 문턱 값을 이용하여 상기 분할된 블록들을 양자화하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 문턱 값은, 분산 추정을 이용하여 상기 블록들의 통계적 특성을 추출함으로써 산출되는 것인, 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 제 2 측면은, 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 영상레이더에 있어서, 상기 원시 데이터 형태의 입력신호를 수신하는 수신부; 및 상기 입력신호를 복수의 블록들로 구분하여, 상기 구분된 블록들 각각을 양자화하고, 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하고, 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 압축률 별 SNR 저하 값 및 기설정된 허용 SNR 저하 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는, 프로세서;를 포함하는, 영상레이더를 제공할 수 있다.
또한, 상기 양자화된 블록들 각각에 대한 입력신호 SNR(signal to noise ration) 및 출력신호 SNR을 계산하고, 상기 입력신호 SNR 및 상기 출력신호 SNR을 이용하여, 상기 블록들 각각의 SNR 저하 값을 계산하는, 영상레이더를 제공할 수 있다.
또한, 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 계산된 압축률 별 SNR 저하 값 중에서, 상기 기설정된 허용 SNR 저하 값을 초과하지 않도록 하는 최대 압축률을 적응적으로 결정하는, 영상레이더를 제공할 수 있다.
또한, 기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 양자화된 블록들의 상기 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 상기 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경하는, 영상레이더를 제공할 수 있다.
또한, 동일한 스워스(swath)에 대해, 상기 양자화된 블록들 별로 적응적으로 결정된 압축률을 동일하게 적용하는, 영상레이더를 제공할 수 있다.
또한, 상기 입력신호를 기설정된 길이의 복수의 블록들로 분할하고, 문턱 값을 이용하여 상기 분할된 블록들을 양자화하는, 영상레이더를 제공할 수 있다.
본 개시의 제 3 측면은, 제 1 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 영상레이더의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 블록 별로 양자화가 수행되는 방법의 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 입력신호 SNR 및 압축률에 따른 SNR 저하 값을 설명하는 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 거리방향 및 압축률에 따른 SNR 저하 값을 설명하는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시예에 따른 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는 예시를 설명하는 도면이다.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 영상레이더의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 영상레이더(10)를 포함하는 위성(미도시)은 위성궤도(20)를 따라 이동하며, 영상레이더(10)는 위성(미도시)이 위성궤도(20)를 따라 이동하는 동안 지표면의 표적을 관측할 수 있다.
영상레이더(10)는 스워스(swath)로 알려진, 지표면의 스트립(30)에 레이더 펄스(radar pulse)로 신호를 송신하고 반사되는 신호를 수신할 수 있다. 스워스(swath)는 비행경로(20)와 평행한 지상의 X축과 평행하게 확장되고, X축과 수직은 Y축을 따라 폭 W를 가질 수 있다.
영상레이더(10)는 블록 적응 양자화(Block Adaptive Quantization, BAQ) 기법을 이용하여 수신된 신호를 압축할 수 있다. 블록 적응 양자화 기법은 양자화를 사용하는 손실압축 기법으로서, 압축 전 입력신호와 복원된 출력신호 간의 신호품질 저하가 발생할 수 있다. 신호품질의 저하 정도는 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio, 이하 SNR) 저하 값을 이용하여 측정할 수 있다.
한편, 압축률에 따라 SNR 저하 값이 달라지는데, 각 비트가 저장할 수 있는 정보량은 한계가 있어 압축률을 줄여 출력 비트가 커질수록 SNR 저하 값이 줄어들 수 있다. 출력신호 비트의 한계를 넘어서는 입력신호에 대해서는 신호품질 저하가 발생할 수 있다. 또한, 영상레이더(10) 운용 시 안테나 패턴으로 입력신호가 수신되는데, 안테나 패턴의 특성으로 인해 영상레이더(10)가 수신하는 입력신호는 거리방향 기준으로 영상 중심부와 가까울수록 SNR이 높은 고품질의 신호가 수신될 수 있다. 영상 중심부의 고품질 신호에서 SNR 저하 값이 클 수 있다.
영상레이더(10)는 블록 적응 양자화 기법을 이용하여, 신호품질을 유지하면서 압축률을 상승시킬 수 있도록 거리방향의 블록위치에 따라 압축률을 가변하여 블록 적응 양자화의 압축률을 최적화할 수 있다.
또한, 안테나 패턴은 각 모드별, 스워스(swath)별로 고정될 수 있으므로 압축률 최적화는 동일 스워스(swath)에서는 고정되어 운용할 수 있다. 최적화를 각 모드별, swath별로 반복 수행하여 사전에 압축률을 지정한다면, 영상레이더(10) 운용 시 압축률 최적화를 달성할 수 있다. 이때 입력신호 저장 및 데이터링크 전송과정에서는 최종 압축률을 아는 것이 중요하다. 이는 최대 데이터율(Data Rate)에 맞게 설계하여야 데이터의 손실 없이 저장 및 전송이 가능하기 때문이다. 만약 압축률이 고정되지 않는다면, 최악의 상황(worst case)을 가정하여 압축 후의 데이터율(data rate)이 제일 높은 경우 역시 처리 가능하도록 하드웨어를 선정해야 하므로 하드웨어 요구조건을 완화시킬 수 없다. 그러나, 블록 적응 양자화 기법의 고정 압축률 최적화 방식을 사용하는 경우 압축률이 고정되므로, 압축 후의 데이터율에 맞추어 하드웨어 요구조건을 완화시킬 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 블록 별로 양자화가 수행되는 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 단계 210에서 영상레이더(10)는 입력신호를 기설정된 길이의 복수의 블록들로 분할할 수 있다. 블록 적응 양자화는 입력신호를 일정 단위의 블록으로 분할하여 각 블록에 대해 양자화를 수행함으로써 양자화에 의한 오차를 줄이는 기법이다.
예를 들어, 영상레이더(10)는 입력신호를 128 샘플 단위로 분할할 수 있으나, 입력신호를 분할하는 기준은 이에 제한되지 않는다.
한편, 영상레이더(10)는 거리방향에 따라 시간 순서대로 입력신호를 저장할 수 있는데, 입력신호가 복수의 블록들로 분할되었을 때 가운데 블록은 영상 중심부를 나타낼 수 있다.
단계 220에서 영상레이더(10)는 분산 추정을 이용하여 블록들의 통계적 특성을 추출함으로써 문턱 값을 산출할 수 있다.
영상레이더(10)가 수신한 입력신호는 평균이 0인 정규 분포(Zero-mean Normal Distribution)를 따르는데, 입력신호의 분산 추정을 이용하여 블록들의 통계적 특성을 추출할 수 있다. 또한, 영상레이더(10)는 추출된 통계적 특성에 기초하여 양자화를 위한 문턱 값을 산출할 수 있다.
단계 230에서 영상레이더(10)는 문턱 값을 이용하여 분할된 블록들을 양자화할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 단계 310에서 영상레이더(10)는 원시 데이터 형태의 입력신호를 복수의 블록들로 구분하여, 구분된 블록들 각각을 양자화할 수 있다. 한편, 원시 데이터(raw data)는 지상에서 반사된 전자파신호를 영상레이더(10) 수신부에서 수신한 데이터를 의미하며, 입력신호는 블록 적응 양자화 과정에서 이용되기 위한 신호를 의미한다.
영상레이더(10)는 입력신호를 기설정된 길이의 복수의 블록들로 분할할 수 있다. 또한, 영상레이더(10)는 분산 추정을 이용하여 블록들의 통계적 특성을 추출함으로써 블록 내 샘플들을 양자화 하기 위한 최적의 문턱 값을 산출할 수 있다. 또한, 영상레이더(10)는 문턱 값을 이용하여 분할된 블록들을 양자화할 수 있다.
그러나, 블록들 각각을 양자화하는 방법은 이에 제한되지 않는다.
단계 320에서 영상레이더(10)는 양자화된 블록들 각각에 대해, 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산할 수 있다.
입력신호 SNR이 클수록 SNR 저하 값(SNR Degradation[dB])이 커질 수 있다. 또한, 압축률이 커질수록(그래프 41에서 그래프 44로 이동할수록) 즉 출력의 비트 정확도가 낮을수록 SNR 저하 값이 커질 수 있다.
한편, 영상레이더(10)는 양자화된 블록들 각각에 대한 입력신호 SNR(signal to noise ration) 및 출력신호 SNR을 계산할 수 있다. 또한, 영상레이더(1)는 입력신호 SNR 및 출력신호 SNR을 이용하여, 블록들 각각의 SNR 저하 값을 계산할 수 있다. 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하는 내용은 도 4 내지 도 5에서 후술하기로 한다.
단계 330에서 영상레이더(10)는 양자화된 블록들 각각에 대해, 압축률 별 SNR 저하 값 및 기설정된 허용 SNR 저하 값을 비교할 수 있다.
영상레이더(10)는 양자화된 블록에 대해 복수의 압축률 각각에 대응되는 SNR 저하 값을 계산할 수 있다. 또한, 영상레이더(10)는 기설정된 허용 SNR 저하 값과 계산된 압축률 별 SNR 저하 값을 비교할 수 있다.
단계 340에서 영상레이더(10)는 단계 330에서의 비교 결과에 기초하여 상기 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정할 수 있다.
영상레이더(10)는 양자화된 블록들 각각에 대해, 계산된 압축률 별 SNR 저하 값 중에서 기설정된 허용 SNR 저하 값을 초과하지 않도록 하는, 최대 압축률을 적응적으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 영상레이더(10)는 기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 양자화된 블록들의 상기 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경할 수 있다. 이하의 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 동일한 스워스(swath)에서 매번 송수신되는 펄스간 안테나 패턴의 유사성이 존재하므로, 영상레이더(10)는 적응적으로 결정된 압축률 결과를 스워스(swath)별로 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 영상레이더(10)에서 사용하는 모든 스워스(swath)에 대해 압축률 최적화를 동일한 방법으로 수행하여 모든 경우에 대해 압축률을 최적화할 수 있다.
영상레이더(10)는 압축률을 고정하여야 압축 후의 데이터 크기를 예상할 수 있다. 본 발명을 통해 최적의 압축률을 결정하여 고정된 압축률을 제시할 수 있고, 이를 통해 입력신호의 최대 데이터율을 낮추어 하드웨어 설계의 요구조건을 완화시킬 수 있다.
블록 적응 양자화 기법은 고해상 영상을 촬영하기 위해 가파르게 증가하는 영상레이더(10) 입력신호의 크기를 실시간 또는 근실시간으로 압축시킬 수 있다. 특히 압축률 최적화를 통해 영상품질의 저하를 최적화 수준 전과 비슷한 수준으로 유지하면서 압축률을 증가시킬 수 있어 제한된 시간 내에 충분한 매수의 고품질 영상을 지상에 전송할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 입력신호 SNR 및 압축률에 따른 SNR 저하 값을 설명하는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 입력신호 SNR이 클수록 SNR 저하 값(SNR Degradation[dB])이 커질 수 있다. 또한, 압축률이 커질수록(그래프 41에서 그래프 44로 이동할수록) 즉 출력의 비트 정확도가 낮을수록 SNR 저하 값이 커질 수 있다. 이는 비트 정확도에 따라 저장할 수 있는 정보의 제한이 존재하기 때문이다. 정해진 비트 정확도보다 큰 SNR을 갖는 입력신호는 양자화 이후 비트 정확도의 한계보다 낮은 SNR을 갖는 출력신호로 변환되고, 이로 인해 SNR 저하 값이 커질 수 있다.
영상레이더(10)는 양자화된 블록들 각각에 대한 입력신호 SNR(signal to noise ration) 및 출력신호 SNR을 계산할 수 있다. 또한, 영상레이더(1)는 입력신호 SNR 및 출력신호 SNR을 이용하여, 블록들 각각의 SNR 저하 값을 계산할 수 있다. SNR 저하 값은 아래의 과정을 통해 계산될 수 있다.
SNR의 정의에 따라 입력신호 SNR은 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00001
위 수식에서 x는 입력신호, n은 노이즈를 나타낸다. 이때, 입력신호의 노이즈는 직접 관측하기 힘들므로 영상레이더 시스템의 NESZ(Noise Equivalent Sigma Zero)와 이론적인 후방산란계수(Backscattering coefficient)에 의해 다음 수식으로 구할 수 있다.
Figure pat00002
블록 적응 양자화의 출력신호(y)의 SNR은 입력 노이즈가 제거된 이상적인 입력신호(x(t))와 기기에 의한 입력 노이즈(n(t))에 변환이득(A)을 곱한 것과 양자화 노이즈(q(t))의 합으로 정의할 수 있다.
Figure pat00003
먼저 입력신호의 자기상관(Auto correlation; R)을 이용하면 신호의 세기를 구할 수 있다.
Figure pat00004
출력신호의 자기상관은 입력신호와 입력 노이즈와 양자화 노이즈의 세기의 합으로 표현될 수 있다.
Figure pat00005
이때 입력신호와 출력신호의 교차상관(Cross correlation; C)은 이상적인 신호의 세기에 변환이득의 곱 형태로 표현할 수 있다.
Figure pat00006
따라서 변환이득은 다음과 같다.
Figure pat00007
이때, 블록 적응 양자화의 의한 노이즈는 입력신호의 노이즈와 양자화 노이즈의 합이므로, 출력신호의 자기상관에서 입력과 출력의 교차상관을 뺀 것으로 나타낼 수 있다. 따라서 블록 적응 양자화의 출력신호의 SNR은 다음과 같다.
Figure pat00008
이를 정리하면 다음과 같은 수식을 얻을 수 있다.
Figure pat00009
이때 분모는 항상 1보다 크므로, SNRBAQ ≤ SNRin 의 관계가 성립하므로, 블록 적응 양자화가 손실압축이라는 사실을 알 수 있다. 이때 블록 적응 양자화에 의한 SNR저하는 (SNRin - SNRBAQ)로 구할 수 있다. 이를 각 압축률 별로 계산하여 거리방향의 SNR저하를 분석할 수 있다.
한편 활용할 입력신호가 없다면, 다음과 같이 입력신호를 모사하여 SNR저하를 구할 수 있다. 영상레이더는 다양한 물체를 촬영하고, 입력신호의 샘플 수는 충분히 많으므로 평균이 0인 정규분포를 이상적인 신호로 가정한다. 여기에 기기 노이즈를 백색 가우시안 노이즈(white gaussian noise)로 가정하여 입력 노이즈의 레벨에 맞게 조절하여 추가한다. 마지막으로 ±3 LSB의 열 노이즈(Thermal noise)를 추가한다. 이를 통해 생성된 모의 입력신호를 블록 적응 양자화를 이용하여 압축 및 복원하여 위의 식을 통해 SNR저하를 구할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 거리방향 및 압축률에 따른 SNR 저하 값을 설명하는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 압축률이 커질수록(그래프 51에서 그래프 54로 이동할수록) 즉 출력의 비트 정확도가 낮을수록 SNR 저하 값이 커질 수 있다.
또한, 영상 레이더(10)에 블록 적응 양자화 적용 시, 안테나 패턴에 의해 입력신호의 거리방향의 중심부에서의 입력신호 SNR이 높고, 측면에서는 낮게 되므로, 거리방향의 중심부에 가까울수록 압축 후의 SNR 저하 값이 커질 수 있다. 거리방향의 중심부에서 신호품질의 저하를 막기 위해서는 비트 정확도를 높여 압축을 덜 해야 한다. 반대로 측면에서는 비트 정확도를 낮추어도 SNR 저하가 크게 증가하지 않으므로, 압축을 더 많이 한다. 이와 같은 과정을 통해 각 블록 별 압축률을 적응적으로 선정할 수 있다.
영상레이더(10)는 거리방향을 기준으로 하여 각 블록에서 블록 적응 양자화를 거친 후의 신호품질 저하가 최대 허용치를 넘지 않는 최대의 압축률을 결정할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시예에 따른 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는 예시를 설명하는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 영상레이더(10)는 양자화된 블록들 각각에 대해, 압축률 별 SNR 저하 값 중에서 기설정된 허용 SNR 저하 값을 초과하지 않도록 하는, 최대 압축률을 적응적으로 결정할 수 있다.
예를 들어, SNR 저하 값이 0.9dB으로 설정될 수 있다. 도 6을 참조하면, 영상레이더(10)는 처음 20여개 블록에서는 10:4의 압축률로 압축을 수행하고, 30~60번째 블록에서는 10:5로 수행하고, 70~110번째 블록에서는 10:6으로 수행하여, 양자화된 블록들 각각에 대한 압축률을 적응적으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서 기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 양자화된 블록들의 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경하도록 하여 압축률 변경을 최고화 하였다.
도 6a를 참조하면, 영상레이더(10)는 압축률을 변경함에 있어 압축률이 전환되는 부분에서 압축률이 번갈아 가며 변경되는 현상을 제거하기 위해 기설정된 SNR 저하 값을 처음 넘는 부분의 양자화된 블록과, 맨 마지막으로 넘는 양자화된 블록에서만 압축률이 변경되도록 할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도 6a에서 기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 양자화된 블록들의 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경함으로써 결정된 최적 압축률이 도시된다.
도 6c를 참조하면, 실선 그래프는 도 6a에서 압축률이 전환되는 부분에서 압축률이 번갈아 가며 변경되는 현상을 제거하지 않은 그래프이고, 점선 그래프는 이를 제거한 그래프이다. 도 6c의 실선 그래프와 점선 그래프를 비교한 결과, 두 경우에서 결과가 거의 동일하게 나온 것을 확인할 수 있다.
본 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 실시예의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 영상레이더에서 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 방법에 있어서,
    상기 원시 데이터 형태의 입력신호를 복수의 블록들로 구분하여, 상기 구분된 블록들 각각을 양자화하는 단계;
    상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하는 단계;
    상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 압축률 별 SNR 저하 값 및 기설정된 허용 SNR 저하 값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여 상기 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하는 단계는,
    상기 양자화된 블록들 각각에 대한 입력신호 SNR(signal to noise ration) 및 출력신호 SNR을 계산하는 단계; 및
    상기 입력신호 SNR 및 상기 출력신호 SNR을 이용하여, 상기 블록들 각각의 SNR 저하 값을 계산하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 양자화된 블록들 각각의 압축률을 적응적으로 결정하는 단계는,
    상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 계산된 압축률 별 SNR 저하 값 중에서, 상기 기설정된 허용 SNR 저하 값을 초과하지 않도록 하는 최대 압축률을 적응적으로 결정하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방법은,
    기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 양자화된 블록들의 상기 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 상기 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 방법은,
    동일한 스워스(swath)에 대해, 상기 양자화된 블록들 별로 적응적으로 결정된 압축률을 동일하게 적용하는 단계;
    를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 양자화하는 단계는,
    상기 입력신호를 기설정된 길이의 복수의 블록들로 분할하는 단계; 및
    문턱 값을 이용하여 상기 분할된 블록들을 양자화하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  7. 제 7항에 있어서,
    상기 문턱 값은, 분산 추정을 이용하여 상기 블록들의 통계적 특성을 추출함으로써 산출되는 것인, 방법.
  8. 원시 데이터의 압축률을 적응적으로 결정하는 영상레이더에 있어서,
    상기 원시 데이터 형태의 입력신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 입력신호를 복수의 블록들로 구분하여, 상기 구분된 블록들 각각을 양자화하고, 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 양자화에 의한 SNR 저하 값을 압축률 별로 계산하고, 상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 압축률 별 SNR 저하 값 및 기설정된 허용 SNR 저하 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 양자화된 블록들 별로 압축률을 적응적으로 결정하는, 프로세서;
    를 포함하는, 영상레이더.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 양자화된 블록들 각각에 대한 입력신호 SNR(signal to noise ration) 및 출력신호 SNR을 계산하고,
    상기 입력신호 SNR 및 상기 출력신호 SNR을 이용하여, 상기 블록들 각각의 SNR 저하 값을 계산하는, 영상레이더.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 양자화된 블록들 각각에 대해, 상기 계산된 압축률 별 SNR 저하 값 중에서, 상기 기설정된 허용 SNR 저하 값을 초과하지 않도록 하는 최대 압축률을 적응적으로 결정하는, 영상레이더.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    기설정된 거리방향 간격 내의 인접한 양자화된 블록들의 상기 결정된 압축률이 상이한 경우, 영상 중심부에서 가장 멀리 떨어진 거리방향에서의 상기 인접한 양자화된 블록들에서만 압축률을 변경하는, 영상레이더.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    동일한 스워스(swath)에 대해, 상기 양자화된 블록들 별로 적응적으로 결정된 압축률을 동일하게 적용하는, 영상레이더.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 입력신호를 기설정된 길이의 복수의 블록들로 분할하고, 문턱 값을 이용하여 상기 분할된 블록들을 양자화하는, 영상레이더.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 문턱 값은, 분산 추정을 이용하여 상기 블록들의 통계적 특성을 추출함으로써 산출되는 것인, 영상레이더.
  15. 제 1항 내지 8항 중에 적어도 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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