The video transmission over unreliable channels, such as air and Internet, becomes increasingly important for the better quality of services. In this study, efficient error detection, localization, and concealment methods based on source level redundancies are proposed for the robust video transmission.
For the purpose, an error detection algorithm based on an embedded constraint is proposed. Most video compression standards adopt entropy coding which is susceptible to bits errors causing serious video quality degradation. To alleviate this problem, at the encoder side, the algorithm imposes a constraint on a motion vector with negligible degradation of coding performance. Then, at the decoder side, the imposed constraint is examined. The proposed error detection algorithm enhances motion error detection capability over the conventional one. Moreover, a modified motion estimation algorithm is proposed for error localization and temporal error concealment in transmitting videos over unreliable channels. In order to achieve good error concealment performance, the proposed algorithm implicitly imposes spatial correlations on motion vectors by extending the block size and overlapping blocks in motion estimation. Thereby, the obtained motion vectors can be used to improve error concealment performance while keeping the encoding efficiency with negligible overhead. In addition, the proposed motion estimation can provide a new error detection measure so that one can maximally utilize uncorrupted data rather than simply discarding all data in a defected packet. Simulation results show that the proposed motion estimation scheme provides significant improvements in error concealment performance over the existing schemes and improves the bit utility over a wide range of error conditions.
By using the proposed error detection, localization, and concealment algorithms, the error robustness is drastically improved. Therefore, the proposed algorithms can be widely applicable for standard video codecs especially in low bit rate video communications.
본 논문은 주파수 선택적 페이딩 채널 환경에서 시공간 블록코딩, 공간 다중화, 또는 계층화된 시공간 블록코딩이 사용된 다수 송수신 안테나 CDMA 시스템을 위한 간섭 완화 수신 기법을 다루었다.
먼저 시공간 블록코딩이 사용된 다수 송수신 안테나 시스템을 위하여 제한 MMSE 기반의 적응 간섭완화 수신기를 제안하였다. 제안된 간섭완화 수신기는 수신신호로부터 다수 사용자 간섭을 제거한 후 시공간 블록 복호를 수행하며, 주기적으로 전송되는 파일럿 블록의 도움으로 기존 수신 기법들에 비하여 우수한 데이터 검출 성능을 보임을 이론적, 실험적으로 보였다. 제안된 간섭 완화기법은 사용자당 1개씩의 확산 코드 할당 만으로 시변 채널 환경의 상 하향 링크 통신에 모두 적용 가능한 기술이며, 빠른 필터 수렴속도로 인하여 패킷모드 통신에도 적용 가능하다.
다음 다수의 송신 안테나가 서로 다른 데이터를 동시에 송신하는 공간 다중화 CDMA 시스템을 위한 다수의 스크램블링 코드를 이용한 공간 다중화 기법을 제안하였다. 단일 스크램블링 코드를 사용하고, V-BLAST 기반의 수신기를 사용하는 기존 방식의 경우, 공간적 채널 상관이 존재하는 채널의 경우 급격한 성능저하가 발생하고, 수신 안테나수가 송신안테나 수 이상이어야 하는 제약조건이 있는 반면, 제안된 방식은 송신 안테나 고유의 스크램블링 코드를 사용함으로써 동시에 송신되는 모든 심볼이 서로 다른 서명 수열을 갖게 되어 수신 안테나 수나 채널 상관도에 관계없이 우수한 데이터 검출 성능을 보인다. 단말의 안테나 수가 기지국에 비해 제한적일 수 밖에 없는 이동통신 환경을 생각해 볼 때 제안된 방법은 기존 통신 기법에 비해 실용화 측면에서 큰 장점을 갖는다.
마지막으로 주파수 선택적 페이딩 환경의 CDMA 시스템을 위한 다이버시티 이득과 공간다중화 이득을 동시에 얻기위한 계층화된 시공간 블록코딩 시스템을 위한 두 가지 송수신 기법을 제안하였으며, 이의 성능을 공간다중화만을 이용하는 CD이동통신과 인터넷의 비약적인 발전에 따라 멀티미디어 데이터 통신이 일상화 된 시점에 살게 되었다. 그러나 멀티미디어 통신의 핵심적인 위치를 차지하는 동영상 통신에서는 불완전한 전송 선로로 인한 오류의 영향을 최소화 하는 것이 중대한 문제로 부각되었다. 이 논문에서는 오류 문제를 극복하기 위한 다양한 방법론 중에서 동영상 부호화기와 복호화기에서 표준 비트열에 변형을 가하지 않고 수행할 수 있는 효과적인 기법들을 모색하였다. 제안된 기법들은 다음과 같다.
첫째, 오류 국소화 및 은닉에 탁월한 움직임 추정 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 오류 은닉 성능을 향상 시키기 위해서 움직임 추정을 수행 할 때에 정합되는 영역을 확장함으로써 움직임 변위의 상관성을 획기적으로 증대시킬 수 있었다. 그러므로 제안된 기법에 의해서 얻어진 움직임 변위를 가지고 오류 은닉에 사용할 경우 상당한 화질의 개선 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 제안된 움직임 추정에 의해서 부가되는 상관성을 사용하여 오류 검출 및 국소화에 효과적으로 적용할 수 있는 기법을 아울러 제안하였다. 제안된 확장된 영역을 이용하는 움직임 추정 기법은 무시할만한 성능저하를 가져오며 또한 상당한 화질 효과를 기대할 수 있는 방식이다.
둘째, 움직임 변위가 가질 수 있는 위치에 제한을 두는 방식을 이용하여 효과적인 오류 검출 기법을 제안하였다. 대부분의 동영상 압축 기법들이 가변적인 길이를 가지는 부호를 사용하여 압축을 수행하기 때문에 미미한 오류로 인한 파손도 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이 같은 상황에서 오류 검출을 얼마나 빨리 그리고 정확하게 찾아내느냐가 중요한 문제이다. 제안된 오류 검출 기법은 복호 때에 부호기에서 부가된 제한 조건이 위배되었는지를 판단함으로써 오류를 검출하게 된다. 제안된 오류 검출 기법을 사용할 경우 기존의 구문적인 오류 이외의 경우를 추가적으로 파악할 수 있기 때문에 오류 검출에 있어서 상당히 효과적이다. 실제의 약 10-30 % 정도의 추가적인 오류를 검출 할 수 있는 효과가 있음을 확인하였다.
제안된 오류 검출, 국소화 및 은닉 기법은 모두 표준화된 부화화기 및 복호화기에 효과적으로 적용할 수 있으며, 이러한 기법들을 위해 필요한 추가적인 압축 효과 손실이 미미하다. 그리하여, 제안된 기법은 실제 표준적인 복호화기를 사용하는 광범위한 응용에서 사용할 수 있고, 또 안정적인 화질 개선 효과를 가져오기 때문에 실제 상용의 서비스에서도 적극 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
