WO2019209005A1 - 인공지능 기반 해상도 개선 시스템 - Google Patents

인공지능 기반 해상도 개선 시스템 Download PDF

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WO2019209005A1
WO2019209005A1 PCT/KR2019/004890 KR2019004890W WO2019209005A1 WO 2019209005 A1 WO2019209005 A1 WO 2019209005A1 KR 2019004890 W KR2019004890 W KR 2019004890W WO 2019209005 A1 WO2019209005 A1 WO 2019209005A1
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neural network
data
resolution
video data
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PCT/KR2019/004890
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장경익
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주식회사 지디에프랩
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    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/08—Learning methods
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/20—Servers specifically adapted for the distribution of content, e.g. VOD servers; Operations thereof
    • H04N21/21—Server components or server architectures
    • H04N21/222—Secondary servers, e.g. proxy server, cable television Head-end
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/40—Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/45—Management operations performed by the client for facilitating the reception of or the interaction with the content or administrating data related to the end-user or to the client device itself, e.g. learning user preferences for recommending movies, resolving scheduling conflicts
    • H04N21/466—Learning process for intelligent management, e.g. learning user preferences for recommending movies
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/40—Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/47—End-user applications
    • H04N21/472—End-user interface for requesting content, additional data or services; End-user interface for interacting with content, e.g. for content reservation or setting reminders, for requesting event notification, for manipulating displayed content

Definitions

  • the present invention relates to a system for providing a service for improving resolution based on artificial intelligence. More specifically, the present invention relates to a system for extracting information on the grid generated when the image size is reduced, removing the grid of low quality image data and restoring the resolution to high quality image data based on the information.
  • An object of the present invention is to process image data in real time without occupying a large amount of memory.
  • An object of the present invention is to easily perform resolution improvement regardless of content type through a deep learning based general neural network file.
  • the resolution improvement system performs a service for transmitting the requested video data to the user device in response to a user device request, but based on the retained video data, an artificial neural network algorithm for improving the resolution of image information
  • a user device for playing data for playing data.
  • the resolution may be improved based on a neural network file when the corresponding image is reproduced, so that data is transmitted and received with low quality data instead of high quality data. It can provide an environmental foundation. Accordingly, the present invention has the effect of solving the problem of lowering the transmission speed generated when transmitting high-capacity high-definition image data.
  • the present invention can be converted to high-definition through neural network file at the time of video execution even if only a low-quality image, there is an effect that occupies a relatively small memory capacity.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a resolution improvement system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an image quality improvement operation according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a server according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a data processing unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a neural network learning unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a size change operation performed by a size change unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of a deep learning learning operation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a user device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a generation and transmission process of an image file for improving image quality according to an embodiment of the present invention.
  • the resolution improvement system performs a service for transmitting the requested video data to the user device in response to a user device request, but based on the retained video data, an artificial neural network algorithm for improving the resolution of image information
  • a user device for playing data for playing data.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a resolution improvement system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a resolution improvement system may include a server 100 and a user device 200.
  • the server 100 may include a server that provides a VOD service to the user device 200.
  • the server 100 may transmit video data to provide a VOD service to the user device 200.
  • the server 100 may calculate a neural network file required for improving the quality of video data and transmit the neural network file to the user device 200 together.
  • the user device 200 may improve image quality based on the neural network file that receives the video data provided from the server 100.
  • the user device 200 may select the video data to be transmitted to the server 200 and request transmission.
  • the user device 200 may calculate the user viewing pattern information calculated based on the selection information and the reproduction information of the video data of the user device 200 and transmit the calculated user viewing pattern information to the server 200.
  • FIG. 2 to briefly describe an image quality improving operation performed by the user device 200.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an image quality improvement operation according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the user device 200 may generate a video file having improved resolution through the neural network file.
  • the neural network file is a general-purpose file that can be used regardless of the type of the video file. Accordingly, the neural network file may be combined with any video file transmitted to the user device 200 to improve the resolution.
  • the user device 200 may mount the general-purpose neural network file as embedded software and receive a video file, which is a target of image quality improvement, from the server 100 (eg, a video streaming server).
  • the server 100 eg, a video streaming server.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a server according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the server 100 may include a communication unit 110, a storage unit 120, and a controller 130.
  • the controller 130 may include a data processor 131, a neural network learner 132, a result evaluator 133, and a usage pattern calculator 134.
  • the communication unit 110 may use a network for data transmission and reception between a user device and a server, and the type of the network is not particularly limited.
  • the network may be, for example, an IP (Internet Protocol) network providing a transmission / reception service of a large amount of data through an Internet protocol (IP), or an All IP network integrating different IP networks.
  • IP Internet Protocol
  • the network may include a wired network, a wireless broadband network, a mobile communication network including WCDMA, a high speed downlink packet access (HSDPA) network, and a long term evolution (LTE) network, LTE advanced (LTE-A). ), Or one of a mobile communication network including 5G (Five Generation), a satellite communication network, and a Wi-Fi network, or a combination of at least one of them.
  • 5G Wireless Generation
  • satellite communication network and a Wi-Fi network
  • the communication unit 110 may perform data communication with an external web server and a plurality of user devices.
  • the communication unit 110 may receive content data (pictures and videos) including images from other web servers or user devices (including administrator devices).
  • the server 100 includes a server providing a VOD service, the server 100 may transmit VOD content corresponding to a user request to the user device 200.
  • the communication unit 110 may receive and transmit a VOD file for a VOD service, but is not limited thereto.
  • the communication unit 110 collects learning data required to generate a neural network file for resolution improvement.
  • a communication function can be performed.
  • the neural network file may include information necessary for reconstructing the resolution of damaged image data similarly to the original data through an artificial neural network algorithm, and may include information about various parameters to be selected when the artificial neural network algorithm is driven. have.
  • the storage unit 120 may include, for example, an internal memory or an external memory.
  • the internal memory may be, for example, volatile memory (for example, dynamic RAM (DRAM), static RAM (SRAM), or synchronous dynamic RAM (SDRAM), etc.), non-volatile memory (for example, OTPROM (one). time programmable ROM (PROM), programmable ROM (PROM), erasable and programmable ROM (EPROM), electrically erasable and programmable ROM (EEPROM), mask ROM, flash ROM, flash memory (such as NAND flash or NOR flash), hard drives, Or it may include at least one of a solid state drive (SSD).
  • volatile memory for example, dynamic RAM (DRAM), static RAM (SRAM), or synchronous dynamic RAM (SDRAM), etc.
  • non-volatile memory for example, OTPROM (one).
  • the external memory may be a flash drive such as compact flash (CF), secure digital (SD), micro secure digital (Micro-SD), mini secure digital (mini-SD), extreme digital (XD), It may further include a multi-media card (MMC) or a memory stick.
  • the external memory may be functionally and / or physically connected to the electronic device through various interfaces.
  • the storage unit 120 reduces the processed data (original image data) by processing image data (eg, photo and video data) received from a user device (administrator device) or another web server at a predetermined ratio. Data or data that has been reduced and then enlarged to the original data size) and the corresponding original data can be matched and stored.
  • the original data and the processed data may be used to extract information on the lattice phenomenon generated when the resolution is reduced, respectively.
  • the storage unit 120 may store a neural network file that is data for restoring the resolution to the original image level by removing a grid existing in the processed data through an artificial intelligence algorithm (eg, SRCNN) after extracting information about the grid phenomenon.
  • an artificial intelligence algorithm eg, SRCNN
  • the controller 130 may also be referred to as a processor, a controller, a microcontroller, a microprocessor, a microcomputer, or the like.
  • the control unit may be implemented by hardware (hardware) or firmware (firmware), software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, function, etc. that performs the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory and driven by the controller.
  • the memory may be located inside or outside the user terminal and the server, and may exchange data with the controller by various known means.
  • the controller 130 may generate a general-purpose neural network file which is a file required to improve the resolution of image data through an artificial neural network based operation.
  • the controller 130 may include a data processor 131, a neural network learner 132, a result evaluator 133, and a usage pattern calculator 134.
  • the data processor 131 may collect and process the training data necessary to calculate a general purpose neural network file required for improving the quality of video data.
  • the data processing unit 131 may perform the first change (reduction change) and the second change (expand the reduced image data again) of the collected data. More detailed contents of the operation performed by the data processing unit 131 will be described with reference to FIG. 4.
  • the neural network learning unit 132 may perform an neural network learning operation based on artificial intelligence based on the processed data calculated after collecting and processing the data performed by the data processing unit 131.
  • the neural network learner 132 may perform a parameter setting operation and a neural network file calculation operation required for a learning process. A more detailed description of the neural network learner 132 will be described with reference to FIG. 5.
  • the result evaluator 133 may perform an operation of evaluating the result of applying the general neural network file calculated by the neural network learner 132 in the user device 200.
  • the result evaluator 133 may determine the degree of improvement of the resolution of the data as a result of applying the neural network file in the user device 200. In addition, the result evaluator 133 may determine an error rate between the result data and the original data after applying the neural network file.
  • the comparison unit of the result data and the original data may be each frame constituting the image, or may be a fragmentation unit divided for transmission of the image.
  • each image data is a plurality of frame bundles (for example, when one image is displayed over 100 frames, the 100 frames may be set as one frame bundle, based on image identity). It may also be divided into a plurality). Accordingly, the comparison unit of the result data and the original data may be a divided unit based on image identity.
  • the result evaluator 133 may request correction of weight, bias values, etc. constituting the neural network file. That is, the result evaluator 133 may determine whether to modify the parameter constituting the neural network file by comparing the original data with the result data.
  • the result evaluator 133 may calculate the importance of each image object required to understand the image from the original data.
  • the error rate of one unit (e.g., one frame, one frame bundle, etc.) of the original data and the result data (data of which the resolution is applied by applying a neural network file in the user device 200) is equal to or greater than a preset value. If it is determined that an image object having a predetermined value or more is included, the weight and bias values constituting the neural network file may be requested.
  • each image object may be calculated based on a size ratio occupied by one image object in one frame, a repetition ratio of the image object, and the like.
  • the result evaluator 133 may calculate the importance of each image object based on the content characteristic of the video data according to various embodiments.
  • the result evaluator 133 may first check the content characteristic of the video data.
  • the content characteristic of the video video data may be calculated by the data processor 131.
  • the content characteristic of the video data may include information about a path where the video data is uploaded to the server 100 (for example, a folder name selected by the user or an administrator when uploading the video file to the server 100), or a user or administrator. It may be calculated based on the content genre, field, and the like inputted when the video file is uploaded to the server 100.
  • the content characteristic of the calculated video data may be managed as metadata of the corresponding video data.
  • the result evaluator 133 may check the content characteristic information of each video data extracted and stored at the time of uploading to the server 100, and may calculate the importance for each image object based on the content characteristic information. For example, the result evaluator 133 may classify items of the image object into facial objects, text objects (eg, captions), objects, etc. of persons, and may be applied to each object item (eg, drama content) that matches the content characteristic information. Correspondingly, the face object of the person may be matched).
  • object item eg, drama content
  • the usage pattern calculator 134 may calculate a usage pattern for the VOD service of the user based on the streaming request record, the download record, the user information calculated from the user device 200, and the like.
  • the usage pattern calculator 134 may calculate items such as a user's preferred genre, preferred content characteristics, a main streaming request time zone, a main viewing device, and the like as the usage pattern.
  • the usage pattern calculator 134 may recommend a screen mode suitable for a user based on the calculated usage pattern information of the user.
  • a neural network file for improving image quality may be used universally, but according to a screen mode (eg, movie size mode, subtitle-oriented mode, specific color (RGB) enhancement mode, portrait-oriented resolution improvement mode, etc.) of the result data. It can also be calculated as a delimited file.
  • the user may download one general purpose neural network file suitable for his or her usage pattern among a plurality of screen mode neural network files that the server 100 may provide to the user device 200 to improve resolution.
  • the usage pattern calculator 134 may calculate a usage pattern for each user and separately manage information about the usage pattern. Thereafter, when the user requests streaming, a neural network file of a mode suitable for the usage pattern of the user may be generated and provided.
  • a general neural network file suitable for a user's usage pattern may be automatically set based on user's usage pattern information calculated by the usage pattern calculator 134 of the server 100 or based on a screen mode selected by the user. It may be set.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a data processing unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the data processor 131 may include a size changer 131a, an image divider 131b, and a feature region extractor 131c.
  • input data to be input to an input layer or characteristic values of input data to be prepared in the neural network learning unit must be prepared. You can prepare the data.
  • the size changing unit 131a performs a first change operation of reducing the size of an image constituting video data by a preset value from the original size and a second change operation of expanding the first change result image corresponding to the original size. can do.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a size change operation performed by a size change unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the size changing unit 131a may perform operation a, which is a primary changing operation of reducing the original image 605 by a predetermined ratio, and the reduced size 610 calculated as a result of operation a has the same size as the original image.
  • B operation which is a secondary change operation that is enlarged to.
  • the image 615 generated after the machining operation (primary change operation (a) and secondary change operation (b)) has a lower resolution than the original image 605, which means that the pixels constituting the image are enlarged in size without increasing numerical values. Is due to
  • the server 100 may perform neural network learning based on the processed image 615 and the original image 605 to convert the resolution level from the low quality image 615 to the original image 605.
  • the size changing unit 131a of the data processing unit 131 performs a first change operation to reduce the size of the original image by a predetermined value and a second enlargement of the reduced image generated by the first change operation to the same size as the original image.
  • the change operation can be performed.
  • the data processing unit 131 may perform an operation of extracting the original image and the processed image generated by the first and second change operations as training data.
  • the data processing unit 131 before performing neural network learning, extracts pattern information (location information, color information, etc.) of a grid generated in a processed image (an image which is enlarged after size reduction) and learns data about the neural network. It can be used as input data for.
  • pattern information location information, color information, etc.
  • the image divider 131b may divide the video data held by the server 100 based on a preset condition. In this case, the image divider 131b may perform an operation of dividing the video data based on the number of frames. Alternatively, the image segmentation unit 131b may divide the video data into bundles (chunks), which are frames having a matching rate higher than or equal to a preset value, based on the match rate of the image object. For example, in the division unit, when the same person is photographed, the image division unit 131b may divide the video data into a plurality of chunks for each unit delivered to the user device 200 when the server 100 provides a streaming service to the user device 200.
  • the chunks divided by the image divider 131b may be used when evaluating AI neural network learning and resolution improvement results.
  • the feature region extractor 131c may perform an operation of extracting a feature region including a feature image based on each frame or division unit of video data.
  • the feature region extractor 131c may determine whether an image region having a predetermined feature region requirement exists in each frame or division unit.
  • the feature region requirement may include, for example, an area in which an image object in which importance is determined to be greater than or equal to a preset value exists.
  • the feature region extractor 131c may set an image object importance high for the face image of the main character in the drama content, and thus the feature region may be a region (eg, a nook area; a background where the face image of the main character is displayed). Object display area).
  • the feature region extractor 131c may perform an operation of extracting not only the feature region within the image but also a specific frame or a specific division unit among all frames or images of the video data.
  • a learning importance weight may be set to increase the number of learning repetitions.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a neural network learning unit according to an embodiment of the present invention.
  • the neural network learner 132 may include a parameter setting unit 132a and a neural network file calculator 132b.
  • the neural network learner 132 may perform a deep learning learning process based on an artificial neural network, and thus generate a neural network file that is a file required for improving image quality of low resolution video data.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of a deep learning learning operation according to an embodiment of the present invention.
  • a perceptron that is a neural network model including an input layer, a hidden layer, and an output layer is disclosed.
  • the neural network learning disclosed herein may be performed using a multilayer perceptron implemented to include at least one hidden layer.
  • the perceptron can input a plurality of signals and output one signal.
  • the weight and bias required in the calculation process using the artificial neural network model can be calculated as appropriate values through the backpropagation method.
  • appropriate weight data and bias data are extracted through such backpropagation.
  • the neural network file calculated through the artificial neural network to perform the resolution improvement may include information about the extracted appropriate weight data and bias data.
  • the neural network learner 132 can perform learning using a CNN (Convolution Neural Network) model among artificial neural network models.
  • CNN Convolution Neural Network
  • there are features such as maintaining the shape of input / output data of each layer, effectively recognizing features with adjacent images while maintaining spatial information of the images, and extracting and learning features of images with a plurality of filters. .
  • the basic operation of CNN can be a method of learning a single image through a filter by scanning a partial region one by one and finding a value for it. At this time, the goal of CNN is to find a filter with appropriate weight.
  • filters can generally be defined as square matrices such as (4,4) or (3,3).
  • the setting value of the CNN filter according to the embodiment of the present invention is not limited.
  • the filter may calculate the composite product while iterating over the input data at specified intervals.
  • the parameter setting unit 132a may set an initial parameter value for performing a learning process on image data through the CNN.
  • the parameter setting unit 132a may determine a frame size of the original data, a reduction ratio set in the original data when the processed data is generated, and set an initial parameter corresponding thereto.
  • the parameter setting unit 132a may specify the type of image data required for artificial neural network learning and request to input the corresponding image data as learning data.
  • the parameter setting unit 132a may determine whether a learning importance weight for each genre is set, and may further request an image in which the learning importance weight is set before the corresponding learning operation is completed.
  • the content setting unit 132a may request, as learning data, frame information including an associated image object in order to perform repetitive learning on a main person in case of content having a high proportion of a person such as a drama or a movie.
  • the neural network file calculator 132b may perform an operation of inputting and processing the data processed by the data processor 131 into a preset artificial neural network model.
  • the neural network file calculating unit 132b inputs the original data and the processed (reduced to a preset ratio) data into the CNN algorithm to provide information (grid generation pattern information) about the grid generated in the process of changing from the original data to the processed data. Can be extracted.
  • the grid generation pattern information calculated by the neural network file calculation unit 132b may be calculated based on the difference between the original data and the processed data, and may include the position of the grid and the pattern information on the color change of the grid. have.
  • the neural network file calculator 132b may generate a neural network file required to restore an image to original data by erasing a grid from the processed data based on the calculated grid generation pattern information.
  • the neural network file calculating unit 132b inputs low-quality video (processed data) data into the artificial neural network algorithm as input data, and when the resolution of the output data shows a matching ratio equal to or higher than the preset value, You can end the learning process.
  • the neural network file calculator 132b may repeatedly input a myriad of different types of processed data into an input layer and repeatedly determine an agreement rate with the original data as a result of artificial neural network calculation.
  • the neural network file calculator 132b may calculate grid generation pattern information generated when the image of a specific size is reduced by inputting various kinds of original data and processed data. Accordingly, the neural network file calculator 132b may calculate grid generation pattern information commonly generated when the image is reduced in various images as well as in a specific image.
  • the neural network file calculator 132b inputs processed data into an input layer, and when the matching ratio between the output data and the original data is equal to or greater than a preset value, the parameters set in the artificial neural network algorithm (weight, bias, learning rate). Neural network file including information such as layer-specific activation function).
  • the user device 200 may receive the same and perform artificial neural network test based on the information based on the neural network file, with low quality video data. Accordingly, the resolution improvement function of the video data can be performed.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a user device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the user device 200 may include a communication unit 210, a storage unit 220, an input unit 230, a display unit 240, a camera unit 250, and a controller 260.
  • the controller 260 may include a video player 261, a resolution converter 262, and a user information collector 263.
  • the communication unit 210 may perform a communication function for receiving a neural network file and video data from the server 100. Furthermore, the communication unit 210 may perform a communication operation for transmitting the feedback information collected by the user device 200 to the server 100.
  • the storage unit 220 may store neural network files and video data received from the server 100 according to an embodiment of the present invention. According to various embodiments of the present disclosure, the storage unit 220 may store or temporarily store result data (data of which resolution is improved) that is a result of driving an artificial neural network algorithm operation by applying a neural network file to low quality data having a resolution lower than a preset reference value. have.
  • the storage 220 may store the generated feedback information.
  • the storage 220 may store information required for calculating feedback information. For example, when one frame is extracted to provide feedback information among the result data (resolution-enhanced data) generated as a result of the calculation of the artificial neural network algorithm, the reference information for the extraction (eg, the user's detected during video playback) Content of extracting the frame at the time when facial distortion is detected, and the like.
  • the input unit 230 may receive user selection information regarding a content genre, a content name, and the like.
  • the display unit 240 may display a playback screen of the corresponding video when the video data received from the server 100 or the result data after the resolution improvement operation of the video data is reproduced.
  • the camera unit 250 may take a picture and a video in response to a user request.
  • the camera unit 250 may upload image information such as photographed pictures and videos to the server 100 or other web servers. Alternatively, the image information photographed through the camera unit 250 may be transmitted to another user device.
  • the camera unit 250 may first determine the resolution based on a user request. According to an embodiment of the present disclosure, the camera unit 250 may reduce and store a resolution of a photograph or a video captured to a predetermined level or less, based on whether a general neural network file is installed to improve image quality.
  • the camera unit 250 may operate a camera that regularly photographs the user's face at a predetermined reference interval while reproducing the resultant data having improved resolution. It is possible to determine whether a user's facial expression or beauty hair is distorted, and feedback information may be extracted correspondingly.
  • the controller 260 may perform resolution conversion and playback of a video file downloaded from the server 100.
  • the controller 260 may include a video player 261, a resolution converter 262, and a user information collector 263.
  • the video player 261 may control to play a video file and display it on the display unit 240.
  • the video reproducing unit 261 may determine the resolution of the video data requested for output. If it is determined that the resolution of the requested video data resolution is required to be lower than a preset level, the video reproducing unit 261 may request the resolution conversion unit 262 to improve the resolution. Thereafter, the video player 261 may play a file having an improved resolution through the resolution converter 262.
  • the resolution converter 262 may determine a resolution level of current image data (pictures and videos) and a target resolution requested by the user. In this case, the resolution converting unit 262 may determine whether the neural network file is already held, and if the neural network file does not exist, the resolution converter 262 may request the server 100 to download a general neural network file from the server 100. Thereafter, the resolution converter 262 may drive an artificial neural network algorithm based on the general-purpose neural network file to convert low quality data into a desired level of resolution.
  • the user information collecting unit 263 may collect user information for feedback.
  • the user information collecting unit 263 may select and store a frame to be used as feedback information among result data after the resolution is improved based on an artificial neural network algorithm.
  • the user information collecting unit 263 may acquire the face information of the user while the user plays the video data with improved resolution, and when an event such as frowning of the user occurs, at the time when the event occurs
  • the video frame information being displayed can be collected.
  • the user information collection unit 263 may collect content information, such as an item, a genre, and the like of content that is reproduced above a reference value. For example, the user information collection unit 263 may determine the reproduction frequency of the animation compared to the documentary (photo image based), the reproduction frequency of the non-subtitle content compared to the content in which the subtitle exists, and collect information on the same.
  • the reproduction information collected by the user information collecting unit 263 may be provided to the server 100, and the server 100 may calculate user pattern information based on the reproduction information.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a generation and transmission process of an image file for improving image quality according to an embodiment of the present invention.
  • the server 100 may generate a general-purpose neural network file for resolution improvement and transmit the generated file to the user device 200.
  • the server 100 may perform operation 705 processing the obtained video data.
  • Operation 705 is an operation for generating data for training the artificial neural network algorithm, and may perform processing to reduce the image size of the video data in order to generate data suitable for learning.
  • operation 705 may be a processing operation (reduction of size) for each frame constituting the video file.
  • operation 705 may be an operation of selecting a frame to be input for artificial neural network learning through sampling of each division unit of the video file, and then processing (reducing the size by multiplying a preset ratio) for the corresponding frame. For example, if a video file has a total of 2400 frames, assuming that 24 frames consist of 100 chunks in one unit, the server 100 samples one frame per video segmentation unit and uses a total of 100 frames as training data. I can process it.
  • the server 100 may perform operation 710 for obtaining processed video data based grid generation pattern information.
  • the processed video data may refer to data obtained by reducing the size of the original data (data designated as learning source data only for data having a preset resolution level or more) at a preset ratio.
  • the size of one image is reduced, the number of pixels to be displayed in the same area is reduced and the resolution is automatically reduced. Accordingly, when the image size is reduced, a lattice phenomenon occurs because the reduced resolution level is maintained even when the image size is enlarged later.
  • the server 100 may obtain pattern information for generating the grid by comparing the processed image in which the grid phenomenon is generated and the original image.
  • the obtained grid generation pattern information may be used to restore the resolution by removing the grid from the image in which the grid phenomenon is generated later.
  • the server 100 may perform operation 715 of generating a neural network file for improving image quality based on the grid generation pattern information.
  • the neural network file may be generated to be universally applicable irrespective of the type of content. For this purpose, the neural network file may be learned using various types of images and content.
  • the server 100 may generate a neural network file by calculating neural network algorithm information (activation function applied for each layer, weight, bias, etc.) required to remove the grid from the low-quality image data generated by the grid and restore the original image. .
  • Factors such as weight and bias provided as a result value may be determined based on the matching ratio between the final result (quality improvement data) and the original image data.
  • the server 100 may determine weight and bias information applied when the artificial neural network is calculated as information to be included in the general neural network file.
  • the server 100 may perform operation 720 to confirm that a streaming request (or a download request) for video data is received from the user device 200.
  • the server 100 may perform operation 725 of transmitting a low quality version of the requested video data together with the image quality neural network file generated in the user device 200. Accordingly, since the user device 200 receives the low quality version of the video, the user device 200 can easily receive the content without the limitation of the network environment.
  • the user device 200 applies the general neural network file received to the received low quality version of the video data. Can play high-definition video of the desired level.
  • the user device 200 may transmit feedback information on the state of the video data, which has been played back or converted, to the server 100. Accordingly, the user device 200 may calculate playback-related information for each user, such as a content genre, a content feature, and a main playback request time zone, which are reproduced at a frequency greater than or equal to a reference value, and may transmit the same to the server 100.
  • playback-related information such as a content genre, a content feature, and a main playback request time zone, which are reproduced at a frequency greater than or equal to a reference value
  • the user device 200 may provide a frame sample of the result data after the resolution improvement operation is completed to the server 100 according to a preset period. Accordingly, the server 100 may compare the result data frame calculated after the resolution improvement operation received from the user device 200 with the original data frame of the same content.
  • the transmitted frame information may be transmitted along with the reproduction position information of the content. Accordingly, the server 100 may search for a frame image to be compared in the original data.
  • the server 100 may compare an image frame provided for feedback from the user device 200 with an original image frame of the corresponding content, and determine a matching rate. If it is determined that the matching rate is less than or equal to the preset reference value, a re-learning operation for updating the neural network file may be requested, and the re-learning operation may be performed accordingly.
  • neural network files generated according to various embodiments of the present invention may be compressed as necessary.
  • the server 100 may compress the neural network file in consideration of the performance of the user device 200, and transmit the compressed neural network file to the user device 200.
  • the neural network file may be compressed using at least one of pruning, quantization, decomposition, and knowledge distillation. Pruning is one of compression techniques to delete weight and bias among neural network file weights and biases or to have little effect on output values. Quantization is one of compression techniques that quantize each weight to a predetermined bit. Decomposition is one of compression techniques that reduce the size of weight by linearly decomposition the weight matrix or tensor, a set of weights. Knowledge Distillation is one of the compression techniques that create and train a Student model smaller than the original model using the original model as the Teacher model. At this time, the Student model may be generated through the above-described Pruning, Decomposition or Quantization.
  • the degree of compression according to the performance of the user device 200 may be determined through various methods.
  • the degree of compression of the neural network file may be determined based on a simple specification of the user device 200. That is, the degree of compression may be collectively determined by the specifications and memory specifications of the processor of the user device 200.
  • the degree of compression of the neural network file may be determined based on the usage state of the user device 200.
  • the server 100 may receive usage state information from the user device 200 and obtain available resource information of the user device 200 according to the received usage state information.
  • the server 100 may determine the degree of compression of the neural network file based on the available resource information of the user device 200.
  • the available resource information may refer to information on an application being executed by the user device 200, a CPU or GPU occupancy rate determined according to an application being executed, and information related to a memory capacity that can be stored in the user device 200.

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 해상도 개선 시스템은 사용자 기기 측 요청에 대응하여, 요청된 비디오 데이터를 사용자 기기로 전송하는 서비스를 수행하되, 보유한 비디오 데이터를 기반으로 이미지 정보의 해상도 개선을 위한 인공신경망 알고리즘 동작에 요구되는 범용 신경망 파일을 생성하고, 상기 생성된 범용 신경망 파일 및 해상도를 기 설정된 수준 이하로 변경한 저화질 비디오 데이터를 상기 사용자 기기로 전송하는 서버; 및 상기 서버로부터 수신되는 저화질 비디오 데이터에 상기 수신된 범용 신경망 파일을 적용한 인공신경망 알고리즘에 기반한 연산 동작을 수행하고, 상기 연산 동작에 따라 상기 저화질 비디오 데이터의 해상도를 개선하고, 상기 해상도가 개선된 비디오 데이터를 재생하는 사용자 기기;를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

인공지능 기반 해상도 개선 시스템
본 발명은 인공지능에 기반하여 해상도를 개선하는 서비스를 제공하는 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 이미지 사이즈 축소 시 발생되는 격자에 대한 정보를 추출하고 이에 대한 정보를 기반으로 저화질 이미지 데이터의 격자를 제거하고 고화질 이미지 데이터로 해상도를 복원하는 시스템에 관한 것이다.
이미지 데이터의 해상도를 개선하기 위해 그동안 보간 기법, 머신러닝 기법 등의 다양한 방식에서의 접근이 이루어지고 있었다. 최근에는 딥러닝 기법을 이용한 연구가 영상 인식/분석 등 패턴 인식 분야에서 활발히 이루어지고 있다. 또한 딥러닝을 이용한 기술이 영상 화질 개선 분야의 하나인 업스케일링 기법에서도 학습기반 머신 러닝 기법보다 뛰어난 성능을 보이고 있음이 증명되었다.
본 발명은 메모리 양을 많이 차지하지 않으면서 실시간으로 영상 데이터를 처리하는데 목적이 있다.
본 발명은 딥러닝 기반 범용 신경망 파일을 통해 콘텐츠 종류에 관계없이 손쉽게 해상도 개선을 수행하도록 하는데 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상도 개선 시스템은 사용자 기기 측 요청에 대응하여, 요청된 비디오 데이터를 사용자 기기로 전송하는 서비스를 수행하되, 보유한 비디오 데이터를 기반으로 이미지 정보의 해상도 개선을 위한 인공신경망 알고리즘 동작에 요구되는 범용 신경망 파일을 생성하고, 상기 생성된 범용 신경망 파일 및 해상도를 기 설정된 수준 이하로 변경한 저화질 비디오 데이터를 상기 사용자 기기로 전송하는 서버; 및 상기 서버로부터 수신되는 저화질 비디오 데이터에 상기 수신된 범용 신경망 파일을 적용한 인공신경망 알고리즘에 기반한 연산 동작을 수행하고, 상기 연산 동작에 따라 상기 저화질 비디오 데이터의 해상도를 개선하고, 상기 해상도가 개선된 비디오 데이터를 재생하는 사용자 기기;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 영상 데이터를 제공하는 측에서 저화질 데이터를 송신하더라도 해당 영상을 재생할 시, 신경망 파일에 기반하여 해상도를 개선할 수 있음에 따라, 고화질 데이터 대신 저화질 데이터로 데이터 송수신이 이루어지도록 하는 환경 기반을 제공할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 고용량의 고화질 영상 데이터를 송신하는 경우에 발생되는 전송 속도 저하 문제를 해결하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 저화질 영상만을 보유하더라도 동영상 실행 당시 신경망 파일을 통해 고화질로 변환할 수 있도록 하므로, 비교적 메모리 용량을 적게 차지하게되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상도 개선 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 화질 개선 동작의 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서버의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자료 가공부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예예 따른 신경망 학습부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 사이즈 변경부에서 수행하는 사이즈 변경 동작의 예시를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 딥러닝 학습 동작의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 기기의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 화질 개선용 신경망 파일의 생성 및 전송 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상도 개선 시스템은 사용자 기기 측 요청에 대응하여, 요청된 비디오 데이터를 사용자 기기로 전송하는 서비스를 수행하되, 보유한 비디오 데이터를 기반으로 이미지 정보의 해상도 개선을 위한 인공신경망 알고리즘 동작에 요구되는 범용 신경망 파일을 생성하고, 상기 생성된 범용 신경망 파일 및 해상도를 기 설정된 수준 이하로 변경한 저화질 비디오 데이터를 상기 사용자 기기로 전송하는 서버; 및 상기 서버로부터 수신되는 저화질 비디오 데이터에 상기 수신된 범용 신경망 파일을 적용한 인공신경망 알고리즘에 기반한 연산 동작을 수행하고, 상기 연산 동작에 따라 상기 저화질 비디오 데이터의 해상도를 개선하고, 상기 해상도가 개선된 비디오 데이터를 재생하는 사용자 기기;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어'있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어'있다거나 '직접 접속되어'있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상도 개선 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상도 개선 시스템은 도 1에서 도시되는 바와 같이, 서버 100와 사용자 기기 200를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 서버 100는 사용자 기기 200에 VOD 서비스를 제공하는 서버를 포함할 수 있다.
상기 서버 100는 사용자 기기 200에 VOD 서비스를 제공하기 위해 비디오 데이터를 전송할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따라 상기 서버 100는 비디오 데이터의 화질을 개선하기 위해 요구되는 신경망 파일을 산출하고 이를 사용자 기기 200에 함께 전송할 수 있다. 이에 따라 상기 사용자 기기 200는 서버 100로부터 제공받은 비디오 데이터를 수신한 신경망 파일에 기반하여 화질을 개선시킬 수 있게 된다.
또한 상기 사용자 기기 200는 서버 200에 전송받고자 하는 비디오 데이터를 선택하고 전송 요청할 수 있다. 그리고 상기 사용자 기기 200는 자신의 비디오 데이터의 선택 정보, 재생 정보에 기반하여 산출된 사용자 시청 패턴 정보를 산출하고 이를 상기 서버 200에 전송할 수 있다.
상기 사용자 기기 200에서 수행되는 화질 개선 동작에 대하여 간략하게 설명하기 위해 도 2를 참조하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 화질 개선 동작의 예시를 도시한 도면이다.
사용자 기기 200는 도 2에서 도시되는 바와 같이, 비디오 파일을 신경망 파일을 통해 해상도가 개선된 비디오 파일을 생성할 수 있다. 이 때 본 발명의 실시 예예 따라 상기 신경망 파일은 비디오 파일의 종류와 관계없이 사용 가능한 범용 파일이며, 그에 따라 상기 신경망 파일은 사용자 기기 200로 전송된 어느 비디오 파일과 결합하여 해상도를 개선시킬 수 있다.
또한 다양한 실시 예에 따라 사용자 기기 200는 상기 범용 신경망 파일을 임베디드 소프트웨어로 탑재하고, 화질 개선의 대상이 되는 비디오파일을 서버 100(예, 동영상 스트리밍 서버)로부터 수신할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서버의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 서버 100는 도 3에서 도시되는 바와 같이, 통신부 110, 저장부 120, 제어부 130를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 제어부 130는 자료 가공부 131, 신경망 학습부 132, 결과 평가부 133, 사용패턴 산출부 134를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 통신부 110는 사용자 디바이스와 서버 간의 데이터 송수신을 위해 네트워크를 이용할 수 있으며 상기 네트워크의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 네트워크는 예를 들어, 인터넷 프로토콜(IP)을 통하여 대용량 데이터의 송수신 서비스를 제공하는 아이피(IP: Internet Protocol)망 또는 서로 다른 IP 망을 통합한 올 아이피(All IP) 망일 수 있다. 또한, 상기 네트워크는 유선망, Wibro(Wireless Broadband)망, WCDMA를 포함하는 이동통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)망 및 LTE(Long Term Evolution) 망을 포함하는 이동통신망, LTE advanced(LTE-A), 5G(Five Generation)를 포함하는 이동통신망, 위성 통신망 및 와이파이(Wi-Fi)망 중 하나 이거나 또는 이들 중 적어도 하나 이상을 결합하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 통신부 110는 외부 웹 서버 및 다수의 사용자 기기 등과의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 예컨데, 상기 통신부 110는 타 웹 서버 또는 사용자 기기(관리자용 기기 포함)들로부터 이미지가 포함되는 콘텐츠 데이터(사진 및 동영상)을 수신할 수 있다. 그리고 상기 서버 100는 VOD 서비스를 제공하는 서버를 포함함에 따라, 사용자 요청에 대응하는 VOD 콘텐츠를 사용자 기기 200로 전송할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 통신부 110는 VOD 서비스를 위해 VOD 파일의 수신 및 송신을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 통신부 110는 해상도 개선용 신경망 파일을 생성하기 위해 요구되는 학습 데이터들을 수집하기 위한 통신 기능을 수행할 수 있다.
상기 신경망 파일은 인공신경망 알고리즘을 통해 손상된 영상 데이터의 해상도를 원본 데이터와 유사하게 복원시키기 위해 필요한 정보들을 담은 것일 수 있으며, 인공신경망 알고리즘 구동시 선택되어야 하는 각종 파라미터들에 관한 정보를 포함하고 있을 수 있다.
상기 저장부 120는 예를 들면, 내장 메모리 또는 외장 메모리를 포함할 수 있다. 내장메모리는, 예를 들면, 휘발성 메모리(예: DRAM(dynamic RAM), SRAM(static RAM), 또는 SDRAM(synchronous dynamic RAM) 등), 비휘발성 메모리(non-volatile Memory)(예: OTPROM(one time programmable ROM), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable and programmable ROM), EEPROM(electrically erasable and programmable ROM), mask ROM, flash ROM, 플래시 메모리(예: NAND flash 또는 NOR flash 등), 하드 드라이브, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive(SSD)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
외장 메모리는 플래시 드라이브(flash drive), 예를 들면, CF(compact flash), SD(secure digital), Micro-SD(micro secure digital), Mini-SD(mini secure digital), XD(extreme digital), MMC(multi-media card) 또는 메모리 스틱(memory stick) 등을 더 포함할 수 있다. 외장 메모리는 다양한 인터페이스를 통하여 전자 장치와 기능적으로 및/또는 물리적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 저장부 120는 사용자 기기(관리자 기기) 또는 타 웹 서버로부터 수신된 이미지 데이터(예, 사진 및 비디오 데이터)를 가공한 가공 데이터(원본 이미지 데이터를 일정 비율로 축소한 데이터, 또는 축소한 후 원본 데이터 사이즈로 확대한 데이터)와 대응하는 원본 데이터를 매칭하여 저장할 수 있다. 상기 원본 데이터와 가공데이터는 각각 해상도 감소 시 발생되는 격자 현상에 대한 정보를 추출하는 데 사용될 수 있다.
또한 상기 저장부 120는 격자 현상에 대한 정보 추출 이후 인공지능 알고리즘(예, SRCNN)을 통해 가공데이터에 존재하는 격자를 제거하여 해상도를 원본 이미지 수준으로 복원하기 위한 데이터인 신경망 파일을 저장할 수 있다.
상기 제어부 130는 프로세서(Processor), 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 제어부는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 제어부에 의해 구동될 수 있다. 메모리는 상기 사용자 단말 및 서버 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 제어부와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 제어부 130는 이미지 데이터의 해상도를 인공 신경망 기반의 연산을 통해 개선하기 위해 요구되는 파일인 범용 신경망 파일을 생성할 수 있다.
상기 제어부 130는 자료 가공부 131, 신경망 학습부 132, 결과 평가부 133, 사용패턴 산출부 134를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 자료 가공부 131는 비디오 데이터의 화질 개선을 위해 요구되는 범용 신경망 파일을 산출하기 위해 필요한 학습용 자료를 수집 및 가공할 수 있다. 상기 자료 가공부 131는 수집된 자료의 1차 변경(축소 변경) 및 2차 변경(축소된 이미지 데이터를 다시 확대)을 수행할 수 있다. 상기 자료 가공부 131가 수행하는 동작의 보다 구체적인 내용은 도 4를 참조하여 기술하기로 한다.
상기 신경망 학습부 132는 상기 자료 가공부 131에서 수행한 자료의 수집 및 가공 동작을 거친 후 산출된 가공된 데이터를 기반으로 인공지능에 기반한 신경망 학습 동작을 진행할 수 있다. 상기 신경망 학습부 132는 학습 과정에 요구되는 파라미터 설정 동작 및 신경망 파일 산출 동작을 수행할 수 있다. 상기 신경망 학습부 132에 대한 보다 자세한 설명은 도 5를 참조하여 기술하기로 한다.
상기 결과 평가부 133는 신경망 학습부 132를 통해 산출된 범용 신경망 파일을 사용자 기기 200에서 적용한 결과값을 평가하는 동작을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 결과 평가부 133는 사용자 기기 200에서 신경망 파일을 적용한 결과 데이터의 해상도의 향상 정도를 판단할 수 있다. 또한 상기 결과 평가부 133는 신경망 파일을 적용한 결과 데이터와 원본 데이터와의 오차율을 판단할 수 있다. 이 때 결과 데이터와 원본 데이터의 비교 단위는 영상을 구성하는 각 프레임일 수도 있고, 영상의 전송을 위해 분할된 조각 단위일 수도 있다.
또는 다양한 실시 예에 따라 각 영상 데이터는 이미지 동일성에 기반하여 다수개의 프레임 묶음(예, 일 이미지가 100프레임에 걸쳐 표시되는 경우, 상기 100프레임은 하나의 프레임 묶음으로 설정될 수 있고, 이러한 프레임 묶음 또한 다수 개로 설정될 수 있음)으로 분할되어 있을 수 있다. 이에 따라 상기 결과 데이터와 원본 데이터의 비교 단위는 이미지 동일성에 기반하여 분할된 묶음 단위가 될 수 있다.
나아가 상기 결과 평가부 133는 상기 결과 데이터와 상기 원본 데이터와의 오차율이 기준값 이상인 것으로 판단되는 경우 신경망 파일을 구성하는 Weight, bias 값 등의 수정을 요청할 수 있다. 즉, 상기 결과 평가부 133는 원본 데이터와 결과 데이터의 비교를 통해 신경망 파일을 구성하는 파라미터의 수정 여부를 판단할 수 있다.
일 실시 예에 따라 상기 결과 평가부 133는 원본 데이터로부터 영상을 이해하기 위해 요구되는 이미지 객체별 중요도를 산출할 수 있다. 그리고 상기 원본 데이터와 상기 결과 데이터(사용자 기기 200에서 신경망 파일을 적용하여 해상도를 개선한 데이터)의 1단위(예, 1프레임, 1 프레임 묶음 등) 오차율이 기 설정된 값 이상임과 동시에 상기 1단위에 기 설정된 값 이상인 이미지 객체가 포함된 것으로 판단된 경우, 신경망 파일을 구성하는 weight, bias 값의 수정을 요청할 수 있다.
상기 이미지 객체별 중요도는 1 프레임 내 1 이미지 객체가 차지하는 사이즈 비율, 이미지 객체의 반복 비율 등에 기반하여 그 값이 산출될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 결과 평가부 133는 다양한 실시 예에 따라 비디오 데이터의 콘텐츠 특성에 기반한 이미지 객체별 중요도를 산출할 수 있다. 상기 결과 평가부 133는 먼저 비디오 데이터의 콘텐츠 특성을 확인할 수 있는데, 이 때 사익 비디오 데이터의 콘텐츠 특성은 상기 자료 가공부 131에 의해 산출될 수 있다. 예컨대, 상기 비디오 데이터의 콘텐츠 특성은 비디오 데이터가 서버 100로 파일이 업로드된 경로에 대한 정보(예, 사용자 또는 관리자가 해당 비디오 파일을 서버 100로 업로드할 당시 선택한 폴더 명), 사용자 또는 관리자가 해당 비디오 파일을 서버 100에 업로드할 당시 입력한 콘텐츠 장르, 분야 등에 기반하여 산출될 수 있다. 그리고 산출된 비디오 데이터의 콘텐츠 특성은 해당 비디오 데이터의 메타 데이터로 관리될 수 있다.
이에 따라 상기 결과 평가부 133는 서버 100로 업로드 될 당시 추출되고 저장된 각 비디오 데이터의 콘텐츠 특성 정보를 확인할 수 있으며, 그에 따라 콘텐츠 특성 정보에 기반한 이미지 객체별 중요도를 산출할 수 있다. 예컨대, 상기 결과 평가부 133는 인물의 안면 객체, 텍스트 객체(예, 자막), 사물 객체 등으로 이미지 객체의 항목을 분류할 수 있고, 콘텐츠 특성 정보와 매칭되는 각 객체 항목(예, 드라마 콘텐츠에 대응하여 인물의 안면 객체를 매칭할 수 있음)을 판단할 수 있다.
상기 사용 패턴 산출부 134는 사용자의 스트리밍 요청 기록, 다운로드 기록, 사용자 기기 200로부터 산출되어 전송되는 사용자 정보 등에 기반하여 사용자의 VOD 서비스에 대한 사용 패턴을 산출할 수 있다.
사용 패턴 산출부 134는 사용 패턴으로 사용자의 선호 장르, 선호 컨텐츠 특성, 주요 스트리밍 요청 시간대, 주요 시청 기기 등과 같은 항목을 산출할 수 있다. 상기 사용 패턴 산출부 134는 산출된 사용자의 사용 패턴 정보에 기반하여 사용자에게 적합한 화면 모드를 추천할 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 화질 개선을 위한 신경망 파일은 범용으로 사용될 수 있으나 결과 데이터의 화면 모드(예, 영화 사이즈 모드, 자막 위주 모드, 특정 색상(RGB) 강화 모드, 인물 위주 해상도 개선 모드 등)에 따라 구분된 파일로 산출될 수도 있다. 즉, 사용자는 사용자 기기 200로 서버 100에서 제공 가능한 다수개의 화면 모드별 신경망 파일들 중 자신의 사용 패턴에 적합한 1개의 범용 신경망 파일을 다운로드하여 해상도 개선을 수행할 수 있다. 이를 위해 상기 사용 패턴 산출부 134는 사용자별 사용 패턴을 산출하고, 그에 대한 정보를 별도로 관리할 수 있다. 이후 해당 사용자가 스트리밍 요청할 경우, 해당 사용자의 사용 패턴에 적합한 모드의 신경망 파일을 생성하고 이를 제공할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 사용자의 사용 패턴에 적합한 범용 신경망 파일은 서버 100의 사용 패턴 산출부 134에서 산출한 사용자의 사용 패턴 정보에 기반하여 자동으로 설정될 수도 있고, 사용자에 의해 선택된 화면 모드에 기반하여 설정될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자료 가공부의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 자료 가공부 131는 도 4에서 도시되는 바와 같이, 사이즈 변경부 131a, 영상 분할부 131b, 특징 영역 추출부 131c를 포함하여 구성될 수 있다.
비디오 데이터의 화질 개선을 위한 신경망 파일을 산출하기 위해서는 신경망 학습부에 인풋 레이어에 투입할 입력 자료 내지는 입력할 자료의 특징값 등이 준비되어야 하는데, 상기 자료 가공부 131에서 인풋 레이어에 투입할 자료 및 데이터를 준비할 수 있다.
먼저, 상기 사이즈 변경부 131a는 비디오 데이터를 구성하는 이미지의 사이즈를 원본 사이즈로부터 기 설정된 값만큼 축소시키는 1차 변경 동작과 1차 변경 결과 이미지를 원본 사이즈에 대응하여 확대시키는 2차 변경 동작을 수행할 수 있다. 상기 사이즈 변경부 131a에서 수행하는 사이즈 변경 동작에 대하여 설명하기 위해 도 6을 참고하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 사이즈 변경부에서 수행하는 사이즈 변경 동작의 예시를 도시한 도면이다.
도 6에서 도시되는 바와 같이, 사이즈 변경부 131a는 원본 이미지 605를 소정의 비율로 축소하는 1차 변경 동작인 a동작을 수행할 수 있으며, a동작 결과 산출된 축소 이미지 610를 원본 이미지와 동일한 사이즈로 확대하는 2차 변경동작인 b동작을 수행할 수 있다. 가공 동작(1차 변경 동작(a) 및 2차 변경 동작(b)) 이후 생성된 이미지 615는 원본 이미지 605와 달리 해상도가 낮아지게 되며, 이는 이미지를 구성하는 픽셀이 수치의 증가 없이 사이즈만 확대된 것에 기인한다.
이미지 615(이미지 610와 동일한 해상도)와 원본 이미지 605를 비교해 볼 때, 상기 이미지 615는 픽셀의 사이즈가 증가되었으며, 그에 따라 모자이크 형태의 격자가 생성된 모습을 보임을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 서버 100는 저화질인 이미지 615로부터 원본 이미지 605로 해상도 수준을 변환하기 가공 이미지 615와 원본 이미지 605를 기반으로 신경망 학습을 수행할 수 있다. 이를 위해 상기 자료 가공부 131의 사이즈 변경부 131a는 원본 이미지의 사이즈를 기 설정된 값만큼 축소하는 1차 변경 동작과 1차 변경 동작에 의해 생성된 축소 이미지를 원본 이미지와 동일한 사이즈로 확대하는 2차 변경 동작을 수행할 수 있다. 아울러, 상기 자료 가공부 131는 원본 이미지와, 1차 변경 동작 및 2차 변경 동작에 의해 생성된 가공 이미지를 학습용 데이터로 추출하는 동작을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 신경망 학습 수행 전, 상기 자료 가공부 131는 가공 이미지(사이즈 축소 후 확대한 이미지)에 생성된 격자의 패턴 정보(위치 정보, 색상 정보 등)을 추출하고 이에 대한 데이터를 신경망 학습을 위한 인풋 데이터로 활용할 수 있다.
상기 영상 분할부 131b는 서버 100에서 보유하고 있는 비디오 데이터들을 기 설정된 조건에 기반하여 분할하는 동작을 수행할 수 있다. 이 때 상기 영상 분할부 131b는 비디오 데이터를 프레임 수에 기초하여 분할하는 동작을 수행할 수 있다. 또는 상기 영상 분할부 131b는 비디오 데이터를 이미지 객체의 일치율에 기반하여, 일치율이 기 설정된 이상인 프레임들끼리 묶어 묶음(청크;Chunk)으로 분할할 수 있다. 예컨대, 분할 단위는 동일 인물이 촬영된 또한 상기 영상 분할부 131b는 서버 100에서 사용자 기기 200로 스트리밍 서비스를 제공할 시 사용자 기기 200로 전달되는 단위별로 비디오 데이터를 다수개의 청크로 분할할 수 있다.
상기 영상 분할부 131b에서 분할된 청크들은 인공지능 신경망 학습 및 해상도 향상 결과를 평가할 시 활용될 수 있다.
상기 특징영역 추출부 131c는 비디오 데이터의 각 프레임 또는 분할 단위를 기준으로 특징 이미지가 포함된 특징 영역을 추출하는 동작을 수행할 수 있다. 상기특징영역 추출부 131c는 각 프레임 또는 분할 단위에서 기 설정된 특징 영역 요건을 갖추는 이미지 영역의 존재 여부를 판단할 수 있다. 상기 특징 영역 요건은 예컨대, 중요도가 기 설정된 값 이상인 것으로 판단되는 이미지 객체가 존재하는 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 특징 영역 추출부 131c는 드라마 콘텐츠에서 주인공의 얼굴 이미지에 대하여 이미지 객체 중요도를 높게 설정할 수 있으며, 그에 따라 특징 영역은 주인공의 얼굴 이미지가 표시되는 영역(예, 누끼 영역; 배경과 구분되는 객체 표시 영역)으로 설정될 수 있다.
상기 특징영역 추출부 131c는 이미지 내 특징 영역 뿐 아니라, 비디오 데이터의 전체 프레임 내지 이미지들 중 특정 프레임, 또는 특정 분할 단위를 추출하는 동작을 수행할 수도 있다.
이러한 특징 영역 추출부 131c에서 추출하는 특징 영역에 대하여는 학습 반복 횟수를 증가시키도록 학습 중요도 가중치를 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예예 따른 신경망 학습부의 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 신경망 학습부 132는 도 5에서 도시되는 바와 같이, 파라미터 설정부 132a, 신경망 파일 산출부 132b를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상기 신경망 학습부 132는 인공신경망을 기반으로 한 딥러닝 학습 과정을 수행할 수 있고 그에 따라 해상도가 낮은 비디오 데이터의 화질 개선을 위해 요구되는 파일인 신경망 파일을 생성할 수 있다.
인공신경망을 기반으로 한 딥러닝 학습 동작에 대하여 간략히 설명하기 위해 도 7을 참조하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 딥러닝 학습 동작의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 살펴보면, 인풋 레이어, 히든 레이어, 아웃풋 레이어를 포함하는 신경망 모델인 퍼셉트론이 개시되고 있다. 일 실시 예에 따라 본 발명에서 개시되는 신경망 학습은 적어도 하나의 히든 레이어를 포함하도록 구현된 멀티레이어 퍼셉트론을 이용하여 수행될 수 있다. 기본적으로, 퍼셉트론은 다수의 신호를 입력(input)받아서 하나의 신호를 출력(output)할 수 있다.
인공신경망 모델을 이용한 연산 과정에서 요구되는 weight와 bias는 역전파 기법을 통해 적정 값으로 산출될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 인공신경망 학습 과정은 이러한 역전파 기법을 통해 적정 weight 데이터와 bias 데이터를 추출하게 된다. 본원 발명에서 해상도 개선을 수행하기 위해 인공신경망을 통해 산출하는 신경망 파일은 추출된 적정 weight 데이터와 bias 데이터에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
역전파 기법을 통해 수행되는 인공신경망을 통한 학습방법 및 파라미터 수정에 관하여는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
바람직하게는, 본 발명의 실시 예에 따른 신경망 학습부 132는 인공신경망 모델 중 CNN(Convolution Neural Network)모델을 이용하여 학습을 수행할 수 있다. CNN의 경우 각 레이어의 입출력 데이터의 형상을 유지한다는 점, 이미지의 공간 정보를 유지하면서 인접 이미지와의 특징을 효과적으로 인식하는 점, 복수의 필터로 이미지의 특징 추출 및 학습하는 점 등의 특징이 있다.
기본적인 CNN의 동작 방식은 하나의 이미지를 필터(filter)를 통해 일부분의 영역을 하나씩 스캔하여 그것에 대한 값을 찾아내면서 학습시키는 방법을 사용할 수 있다. 이 때 적절한 Weight값을 갖는 필터를 찾는 것이 CNN의 목표가 된다. CNN에서 필터는 일반적으로 (4,4)나 (3,3)과 같은 정사각 행렬로 정의될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 CNN용 필터의 설정값은 제한되지 않는다. 상기 필터는 입력 데이터를 지정된 간격으로 순회하면서 합성곱을 계산할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파라미터 설정부 132a는 이러한 CNN을 통해 영상 데이터에 대한 학습 과정을 수행하기 위한 초기 파라미터 값을 설정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 파라미터 설정부 132a는 원본 데이터의 프레임 사이즈, 가공 데이터 생성 시 원본 데이터에 설정된 축소 비율 등을 판단하고, 이에대응하는 초기 파라미터를 설정할 수 있다.
또한 다양한 실시 예에 따라 상기 파라미터 설정부 132a는 인공 신경망 학습을 위해 요구되는 이미지 데이터의 종류를 특정하고, 해당 이미지 데이터를 학습 데이터로 투입하도록 요청할 수 있다. 예컨대, 상기 파라미터 설정부 132a는 장르별 학습 중요도 가중치가 설정되었는지 여부를 판단할 수 있고, 해당 학습 동작이 완료되기 전 학습 중요도 가중치가 설정된 이미지를 추가로 요청할 수 있다. 구체적으로, 상기 파라미터 설정부 132a는 드라마, 영화 등의 인물 비중이 높은 콘텐츠의 경우, 주요 인물에 대하여 반복 학습을 수행하기 위해 추가로 관련 이미지 객체가 포함된 프레임 정보를 학습 데이터로써 요청할 수 있다.
상기 신경망 파일 산출부 132b는 기 설정된 인공신경망 모델에 자료 가공부 131에 의해 가공된 자료를 투입하여 학습시키는 동작을 수행할 수 있다. 이 때 상기 신경망 파일 산출부 132b는 원본 데이터와 가공(기 설정된 비율로 축소) 데이터를 CNN 알고리즘에 투입하여 원본데이터에서 가공데이터로 변경되는 과정에서 생성된 격자에 대한 정보(격자 생성 패턴 정보)를 추출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 신경망 파일 산출부 132b에서 산출하는 격자 생성 패턴 정보는 원본 데이터와 가공 데이터의 차이점에 기반하여 산출될 수 있으며, 격자의 위치, 격자의 색상 변화에 대한 패턴정보 등을 포함할 수 있다.
상기 신경망 파일 산출부 132b는 상기 산출된 격자 생성 패턴 정보를 기반으로 가공데이터에서 격자를 소거하여 원본 데이터로 이미지를 복원시키는 데 요구되는 신경망 파일을 생성할 수 있다. 상기 신경망 파일 산출부 132b는 저화질 비디오(가공 데이터)데이터를 인공신경망 알고리즘에 인풋 데이터로 입력하여 연산을 수행한 결과 출력되는 데이터의 해상도가 원본 데이터와 기 설정된 값 이상의 일치율을 보이는 경우에 1 데이터의 학습 과정을 종료할 수 있다. 이와 유사한 방법으로 상기 신경망 파일 산출부 132b는 무수히 다양한 종류의 가공데이터를 인풋 레이어에 입력하고 인공 신경망 연산 결과 원본데이터와의 일치율을 판단하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 신경망 파일 산출부 132b는 다양한 종류의 원본 데이터와 가공 데이터를 투입하여 특정 사이즈의 이미지를 축소하는 경우 발생되는 격자 생성 패턴 정보를 산출할 수 있다. 이에 따라 상기 신경망 파일 산출부 132b는 특정 이미지에서 뿐 아니라, 다양한 이미지들에서 이미지 축소 시 공통적으로 발생되는 격자 생성 패턴 정보를 산출할 수 있다.
상기 신경망 파일 산출부 132b는 가공 데이터를 인풋 레이어로 투입하고 아웃풋 데이터와 원본 데이터와의 일치율이 기 설정된 값 이상인 경우에, 해당 인공신경망 알고리즘에 설정된 파라미터들(weight, bias, 학습 속도(learning rate) 등)및 레이어별 활성화 함수 등의 정보를 포함하여 신경망 파일을 생성할 수 있다.
즉, 상기 신경망 파일 산출부 132b에서 산출되는 신경망 파일을 사용자 기기 200에 전달하면, 사용자 기기 200는 이를 수신하여 저화질의 비디오 데이터를 상기 신경망 파일에 기반한 정보를 토대로 인공 신경망 테스트를 수행할 수 있고 그에 따라 비디오 데이터의 해상도 개선 기능을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 기기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 사용자 기기 200는 도 8에서 도시되는 바와 같이, 통신부 210, 저장부 220, 입력부 230, 표시부 240, 카메라부 250 및 제어부 260를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 제어부 260는 비디오 재생부 261, 해상도 변환부 262, 사용자 정보 수집부 263를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 통신부 210는 서버100로부터 신경망 파일 및 비디오 데이터를 수신하기 위한 통신 기능을 수행할 수 있다. 나아가 상기 통신부 210는 사용자 기기 200에서 수집된 피드백 정보를 서버 100로 전송하기 위한 통신 동작을 수행할 수 있다.
상기 저장부 220는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 서버 100로부터 수신된 신경망 파일 및 비디오 데이터를 저장할 수 있다. 다양한 실시 예예 따라 상기 저장부 220는 기 설정된 기준치 이하의 해상도를 갖는 저화질 데이터에 신경망 파일을 적용하여 인공신경망 알고리즘 연산을 구동한 결과값인 결과 데이터(해상도가 개선된 데이터)를 저장 또는 임시 저장할 수 있다.
상기 저장부 220는 생성된 피드백 정보를 저장할 수 있다. 또는 상기 저장부 220는 피드백 정보를 산출하는데 요구되는 정보를 저장할 수 있다. 예컨대, 인공신경망 알고리즘의 연산 결과로 생성된 결과 데이터(해상도 개선된 데이터)들 중 피드백 정보로 제공하기 위해 일 프레임을 추출하는 경우, 상기 추출에 대한 기준 정보(예, 동영상 재생 중 감지되는 사용자의 안면의 찡그림 여부 및 안면의 찡그림이 감지되는 시점의 프레임을 추출하는 내용 등)를 저장할 수 있다.
상기 입력부 230는 콘텐츠 장르, 콘텐츠 명칭 등에 관한 사용자 선택 정보를 입력받을 수 있다.
상기 표시부 240는 서버 100로부터 수신된 비디오 데이터 또는 상기 비디오 데이터의 해상도 개선 동작 이후의 결과 데이터가 재생될 시 해당 비디오의 재생 화면을 표시할 수 있다.
상기 카메라부 250는 사용자 요청에 대응하여 사진 및 동영상을 촬영할 수 있다. 상기 카메라부 250는 촬영된 사진 및 동영상 등의 이미지 정보는 상기 서버 100 또는 기타 웹 서버로 업로드될 수 있다. 또는 상기 카메라부 250를 통해 촬영된 이미지 정보는 타 사용자 기기로 전송될 수 있다.
상기 카메라부 250는 사진 또는 동영상 등의 이미지 정보를 촬영할 경우 먼저 사용자 요청에 기반하여 해상도를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 카메라부 250는 화질 개선을 위한 범용 신경망파일의 탑재 유무에 기반하여, 촬영되는 사진 또는 동영상등의 해상도를 기 설정된 수준이하로 낮춰 저장하도록 할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 카메라부 250는 해상도가 개선된 결과 데이터를 재생하는 중 기 설정된 기준 간격에 따라 정기적으로 사용자의 안면을 촬영하는 카메라를 동작시킬 수 있다. 사용자의 안면 표정 내지는 미간의 찡그림 여부를 판단할 수 있으며, 그에 대응하여 피드백 정보를 추출할 수 있다.
상기 제어부 260는 서버 100로부터 다운로드되는 비디오 파일의 해상도 변환 및 재생을 수행할 수 있다. 상기 제어부 260는 구체적으로, 비디오 재생부 261, 해상도 변환부 262, 사용자 정보 수집부 263을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 비디오 재생부 261는 비디오 파일을 플레이하여 상기 표시부 240에 표시하도록 제어할 수 있다. 상기 비디오 재생부 261는 출력 요청된 비디오 데이터의 해상도를 판단할 수 있다. 상기 비디오 재생부 261는 실행 요청된 비디오 데이터의 해상도가 기 설정된 수준 이하의 해상도 개선이 요구되는 상태로 판단되는 경우, 해상도 변환부 262에 해상도 개선을 요청할 수 있다. 이후 상기 비디오 재생부 261는 상기 해상도 변환부 262를 통해 해상도가 개선된 파일을 재생할 수 있다.
상기 해상도 변환부 262는 현재 이미지 데이터(사진 및 동영상)의 해상도 수준과 사용자가 요청하는 목표 해상도의 수준을 판단할 수 있다. 이 때 상기 해상도 변환부 262는 신경망 파일의 기 보유 여부를 판단하고, 신경망 파일이 존재하지 않을 경우, 서버 100에 요청하여 상기 서버100로부터 범용 신경망 파일을 다운로드할 수 있다. 이후 상기 해상도 변환부 262는 상기 범용 신경망 파일에 기반하여 인공신경망 알고리즘을 구동하여 저화질 데이터를 원하는 수준의 해상도로 변환하는 동작을 수행할 수 있다.
상기 사용자 정보 수집부 263는 피드백을 위해 사용자 정보를 수집할 수 있다. 상기 사용자 정보 수집부 263는 인공신경망 알고리즘에 기반하여 해상도 개선이 이루어진 이후의 결과 데이터 중 피드백 정보로 활용할 프레임을 선정하고 이를 저장할 수 있다. 예컨대, 상기 사용자 정보 수집부 263는 사용자가 해상도 개선이 이루어진 비디오 데이터를 재생하는 동안 사용자의 안면 정보를 획득할 수 있으며, 사용자의 미간 찌푸림 등의 이벤트가 발생된 경우, 상기 이벤트가 발생된 시점에 표시중인 비디오 프레임 정보를 수집할 수 있다.
또한 상기 사용자 정보 수집부 263는 기준치 이상 재생되는 콘텐츠의 항목, 장르 등의 콘텐츠 정보를 수집할 수 있다. 예컨대, 상기 사용자 정보 수집부 263는 다큐멘터리(사진 이미지 기반) 대비 애니메이션의 재생 빈도, 자막이 존재하는 콘텐츠 대비 자막 없는 콘텐츠의 재생 빈도 등을 판단하고 이에 대한 정보를 수집할 수 있다. 상기 사용자 정보 수집부 263에서 수집된 재생 정보는 서버 100에 제공될 수 있으며, 서버 100에서는 이를 기반으로 사용자의 사용 패턴 정보를 산출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 화질 개선용 신경망 파일의 생성 및 전송 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 서버 100는 도 9에서 도시되는 바와 같이, 해상도 개선을 위한 범용 신경망 파일을 생성하고 사용자 기기 200로 전송할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 먼저, 상기 서버 100는 획득된 비디오 데이터를 가공하는 705동작을 수행할 수 있다. 상기 705동작은 인공 신경망 알고리즘에 학습시키기 위한 데이터를 생성하기 위한 동작이며, 학습용으로 적합한 데이터를 생성하기 위해 비디오 데이터의 이미지 사이즈를 축소하는 가공을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따라 상기 705동작은 비디오 파일을 구성하는 각 프레임별 가공 동작(사이즈 축소)일 수 있다. 또는 상기 705동작은 비디오 파일의 분할 단위별 샘플링을 통해 인공신경망 학습에 투입될 프레임을 선택한 후, 해당 프레임에 대하여 가공(기 설정된 비율을 곱하여 사이즈 축소)하는 동작일 수 있다. 예를 들어, 전체 프레임 수가 2400장인 비디오 파일의 경우 24개의 프레임이 한 단위인 청크가 100개로 구성되어 있다고 가정하면, 서버 100는 해당 비디오 분할 단위당 1프레임을 샘플링하여 총 100개의 프레임을 학습용 데이터로 가공할 수 있다.
705동작 이후 상기 서버 100는 가공된 비디오 데이터 기반 격자 생성 패턴 정보를 획득하는 710동작을 수행할 수 있다. 상기 가공된 비디오 데이터는 원본 데이터(기 설정된 해상도 수준 이상인 데이터에 한하여 학습용 원본 데이터로 지정)를 기 설정된 비율로 사이즈를 축소시킨 데이터를 의미할 수 있다.
일 이미지의 사이즈가 축소되면 동일 영역 내 표시될 픽셀의 수가 감소하게 되면서 자동적으로 해상도가 감소하게 된다. 이에 따라 이미지 사이즈를 축소시키게 되면 추후 다시 원본 이미지 사이즈로 확대하게 되더라도 감소된 해상도 수준을 유지하게 되기 때문에 격자 현상이 발생되게 된다.
서버 100는 이러한 격자 현상이 발생된 가공 이미지와 원본 이미지를 비교하여 격자가 발생되는 패턴 정보를 획득할 수 있다. 획득된 격자 발생 패턴 정보는 추후 격자 현상이 발생된 이미지에서 격자를 제거하여 해상도를 복원하기 위해 사용될 수 있다.
격자 생성 패턴 정보를 획득하는 710동작 이후, 상기 서버 100는 격자 생성 패턴 정보에 기반하여 화질 개선용 신경망 파일을 생성하는 715동작을 수행할 수 있다. 상기 신경망 파일은 콘텐츠 종류에 관계없이 범용으로 적용 가능하도록 생성될 수 있는데, 이를 위해 다양한 종류의 이미지 및 콘텐츠를 활용하여 학습시킬 수 있다. 그리고 서버 100는 격자가 생성된 저화질 이미지 데이터에서 격자를 제거하여 원본 이미지로 복원하는 데 요구되는 인공신경망 알고리즘 정보(레이어별 적용된 활성화 함수, weight, bias 등)을 산출하여 신경망 파일을 생성할 수 있다.
결과값으로 제공되는 weight, bias 등의 요소는 최종 산출된 결과물(화질 개선된 데이터)과 원본 이미지 데이터의 일치율에 기반하여 결정될 수 있다. 상기 서버 100는 상기 일치율이 기 설정된 수준 이상인 경우 해당 인공신경망 연산 시 적용했던 weight와 bias 정보를 범용 신경망 파일에 포함시킬 정보로써 확정할 수 있다.
이후 상기 서버 100는 사용자 기기 200로부터 비디오 데이터에 대한 스트리밍 요청(또는 다운로드 요청)이 수신됨을 확인하는 720동작을 수행할 수 있다. 사용자 요청에 대응하여 상기 서버 100는 사용자 기기 200에 생성된 화질 개선용 신경망 파일과 함께 요청된 비디오 데이터의 저화질 버전을 전송하는 725 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라 사용자 기기 200는 비디오의 저화질 버전을 수신하므로 비교적 네트워크 환경에 의한 제약없이 수월하게 콘텐츠를 수신할 수 있으며, 함께 수신한 범용 신경망 파일을 상기 수신한 저화질 버전의 비디오 데이터에 적용함을 통해 사용자가 원하는 수준의 고화질 영상을 재생할 수 있게 된다.
상기 도면에 도시되지는 않았지만, 다양한 실시 예에 따라 사용자 기기 200는 재생되거나 변환이 완료된 비디오 데이터의 상태에 대한 피드백 정보를 서버 100에 전송할 수 있다. 이에 따라 상기 사용자 기기 200는 기준치 이상의 빈도로 재생되는 콘텐츠 장르, 콘텐츠 특징, 주요 재생 요청 시간대 등의 사용자별 재생 관련 정보를 산출할 수 있으며, 이를 상기 서버 100로 전송할 수 있다.
나아가, 상기 사용자 기기 200는 해상도 개선 동작이 완료된 결과 데이터의 프레임 샘플을 서버 100로 기 설정된 주기에 따라 제공할 수 있다. 이에 따라 상기 서버 100는 사용자 기기 200로부터 수신되는 해상도 개선 동작 이후에 산출된 결과 데이터 프레임과 동일 콘텐츠의 원본 데이터 프레임을 비교할 수 있다. 전송되는 프레임 정보에는 콘텐츠에서의 재생 위치 정보가 함께 포함되어 전송될 수 있고, 그에 따라 상기 서버 100는 원본 데이터 내에서 비교할 프레임 이미지를 검색할 수 있다.
상기 서버 100는 사용자 기기 200에서 피드백용으로 제공되는 이미지 프레임과 해당 콘텐츠의 원본 이미지 프레임을 비교하고, 일치율을 판단할 수 있다. 그리고 일치율이 기 설정된 기준치 이하인 것으로 판단되는 경우, 신경망 파일을 업데이트하기 위한 재학습 동작을 요청할 수 있으며, 그에 따라 재학습 동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 생성되는 신경망 파일은, 필요에 따라 압축될 수 있다. 일 실시예로, 서버 100는 사용자 기기 200의 성능을 고려하여 신경망 파일을 압축하고, 압축된 신경망 파일을 사용자 기기 200로 전송할 수 있다.
신경망 파일은, Pruning, Quantization, Decomposition 및 Knowledge Distillation 중 적어도 하나를 이용하여 압축될 수 있다. Pruning은 신경망 파일의 weight, bias 중 의미 없거나, 출력값에 큰 영향을 주지 않는 weight 및 bias를 삭제하는 압축 기법 중 하나이다. Quantization은 각각의 weight를 기 설정된 비트로 양자화 하는 압축 기법 중 하나이다. Decomposition은 weight의 집합인 가중치 행렬 또는 텐서(tensor)를 선형 분해(approximated decomposition)하여 weight의 크기를 줄이는 압축 기법 중 하나이다. Knowledge Distillation은 원본 모델을 Teacher 모델로 하여 원본 모델보다 작은 Student 모델을 생성하고 학습시키는 압축 기법 중 하나이다. 이때, Student 모델은 상술한 Pruning, Decomposition 또는 Quantization을 통해 생성될 수 있다.
이때, 사용자 기기 200의 성능에 따른 압축 정도는 다양한 방법을 통해 결정될 수 있다. 일 실시예로, 신경망 파일의 압축 정도는 사용자 기기 200의 단순 스펙을 바탕으로 결정될 수 있다. 즉, 압축 정도는 사용자 기기 200의 프로세서의 스펙, 메모리 스펙에 의해 일괄적으로 결정될 수 있다.
또 다른 실시예로, 신경망 파일의 압축 정도는 사용자 기기 200의 사용 상태를 바탕으로 결정될 수 있다. 구체적으로, 서버 100은, 사용자 기기 200으로부터 사용 상태 정보를 수신하고, 수신된 사용 상태 정보에 따른 사용자 기기 200의 가용 리소스 정보를 획득할 수 있다. 서버 100은 사용자 기기 200의 가용 리소스 정보를 바탕으로 신경망 파일의 압축 정도를 결정할 수 있다. 이때, 가용 리소스 정보란, 사용자 기기 200이 실행중인 어플리케이션에 대한 정보, 실행중인 어플리케이션에 따라 결정되는 CPU 또는 GPU 점유율, 사용자 기기 200에 저장 가능한 메모리 용량과 관련된 정보일 수 있다.
상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 요컨대 본 발명이 의도하는 효과를 달성하기 위해 도면에 도시된 모든 기능 블록을 별도로 포함하거나 도면에 도시된 모든 순서를 도시된 순서 그대로 따라야만 하는 것은 아니며, 그렇지 않더라도 얼마든지 청구항에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속할 수 있음에 주의한다.

Claims (7)

  1. 사용자 기기 측 요청에 대응하여, 요청된 비디오 데이터를 사용자 기기로 전송하는 서비스를 수행하되, 보유한 비디오 데이터를 기반으로 이미지 정보의 해상도 개선을 위한 인공신경망 알고리즘 동작에 요구되는 범용 신경망 파일을 생성하고, 상기 생성된 범용 신경망 파일 및 해상도를 기 설정된 수준 이하로 변경한 저화질 비디오 데이터를 상기 사용자 기기로 전송하는 서버;
    상기 서버로부터 수신되는 저화질 비디오 데이터에 상기 수신된 범용 신경망 파일을 적용한 인공신경망 알고리즘에 기반한 연산 동작을 수행하고, 상기 연산 동작에 따라 상기 저화질 비디오 데이터의 해상도를 개선하고, 상기 해상도가 개선된 비디오 데이터를 재생하는 사용자 기기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서버는
    이미지 데이터의 해상도를 인공 신경망 기반의 연산을 통해 개선하기 위해 요구되는 파일인 범용 신경망 파일을 생성하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    비디오 데이터의 화질 개선을 위해 요구되는 범용 신경망 파일을 산출하기 위해 필요한 학습용 자료를 수집 및 가공하는 자료 가공부를 포함하되,
    상기 자료 가공부는
    비디오 데이터를 구성하는 이미지의 사이즈를 원본 사이즈로부터 기 설정된 비율로 축소시켜 해상도 저하에 따라 격자가 발생된 가공 데이터를 생성하는 사이즈 변경부;
    비디오 데이터 내 프레임들을 이미지 객체의 일치율에 기반하여 분할하는 영상 분할부; 및
    비디오 데이터의 분할 단위별 특징 영역을 추출하되 프레임 내 포함된 이미지 객체의 중요도가 기 설정된 값 이상인 경우, 해당 이미지 객체가 표시되는 영역을 특징 영역으로 추출하는 특징 영역 추출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    신경망 학습부를 포함하되,
    상기 신경망 학습부는
    인공신경망 알고리즘 연산에 요구되는 초기 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부;
    원본 데이터와 원본 데이터의 사이즈를 축소하여 해상도를 낮춘 가공 데이터를 비교하여 원본 데이터의 사이즈 축소 과정에서 생성된 격자의 생성 패턴 정보를 산출하고,
    격자 생성 패턴 정보에 기반하여 가공 데이터 상의 격자를 제거하는 데 요구되는 인공신경망 파라미터를 산출하며, 산출된 파라미터를 포함하는 신경망 파일을 생성하는 신경망 파일 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    사용자 기기에서 신경망 파일을 적용한 결과 데이터의 해상도의 향상 정도를 판단하되, 상기 결과 데이터와 기 보유된 원본 데이터와의 오차율을 기반으로 신경망 파일을 구성하는 파라미터의 수정 여부를 판단하는 결과 평가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    사용자의 스트리밍 요청 기록, 다운로드 기록에 기반하여 사용자의 VOD 서비스에 대한 사용 패턴을 산출하고, 저장하는 사용패턴 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자 기기는
    출력 요청된 비디오 데이터의 해상도를 판단하고, 실행 요청된 비디오 데이터의 해상도가 기 설정된 수준 이하이며 해상도 개선이 요구되는 상태로 판단되는 경우, 해상도 변환을 요청하는 비디오 재생부;
    신경망 파일의 기 보유 여부를 판단하고, 범용 신경망 파일이 존재하지 않을 경우, 서버에 요청하여 범용 신경망 파일을 다운로드하며, 범용 신경망 파일에 기반한 인공신경망 알고리즘을 구동하여 저화질 데이터를 요청된 해상도로 변환하는 해상도 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상도 개선 시스템.
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