In the video coding standards of MPEG-x and H.26x, a motion-compensated prediction technique is used for enhancing the coding performance. This technique takes advantage of the correlation between consecutive frames in the time domain, which is relatively higher than that between adjacent blocks in the spatial domain. The conventional motion estimation and compensation algorithms adopted the block partitioning, fractional-pel-accurate motion estimation and multiple reference frames and so on. In the general reference encoders, these motion estimation and compensation algorithms are utilized for P- and B-frames, which are aligned as a fixed group of pictures (GOP). Even though these techniques had enhanced the coding performance significantly, these techniques are still not appropriate to the global- or local-illumination changes and scene changes. Therefore, we need new distortion measurement methods for motion estimation and scene change detection. The proposed distortion measurement method for motion estimation searches for a reference block that minimizes the motion-compensated residual signal when the DC-component is predicted. Also the proposed distortion measurement method for scene change detection calculates the entropy value in the difference frame and decides frame type for improving coding performance and suppressing the image quality fluctuations.
하이브리드 비디오 코딩에서의 움직임 추정과 장면 변화 감지를 위한 새로운 왜곡 측정 방법들이 제안되었다. 베이스라인 프로파일과 하이 프로파일에서 제안하는 방법들의 압축 성능을 분석하기 위해 다양한 비디오 영상들이 사용되었다. 움직임 추정을 위한 MPSAD는 다양한 특성을 가지고 있는 고해상도 비디오 영상에서 압축성능을 향상 시켰다. 이 왜곡 측정 방법은 고주파 왜곡 성분과 저주파 왜곡 성분을 따로 얻고, 저주파 왜곡 성분에 저주파 성분 추정 효율의 예측값을 곱함으로써 줄어든 저주파 왜곡 성분을 얻는다. 서브 블록들을 위한 저주파 성분 추정 효율의 예측값은, 매크로블록에서 얻어진 값을 통해 근사화되었다. 제안하는 MPSAD는 또한 여러장의 레퍼런스 프레임이 사용될 때에도 BD-PSNR을 향상시켰다. GOP의 프레임 구성에 관계없이 압축성능이 향상되었으며, 하이 프로파일에서도 압축성능이 향상된 것을 알 수 있었다. 비록 제안하는 알고리즘의 인코더 복잡도가 H.264/AVC의 통상적인 움직임 추정에 비해 1.5배 증가하지만, 디코더의 계산량은 H.264/AVC와 거의 동일하다. MPSAD의 최대 BD-rate 감소는 베이스라인 프로파일에서 조명이 변하는 비디오 영상에서는 13.6%이고, 평균 BD-rate 감소는 다양한 고해상도 비디오 영상에서 6.6%이다. 또한 하이 프로파일에서도 평균 약 5% 정도의 BD-rate이 감소되었으며, weighted prediction method가 함께 사용되었을 때에도 압축 성능이 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한, 장면 변화 감지를 위한 왜곡 측정 방법인 EBH는 장면 변화를 가지거나 낮은 시간축의 상관관계를 가지는 비디오 영상에서 평균 PSNR을 향상시켰고 영상 화질의 변동을 줄였다. 이 왜곡 측정 방법은 프레임간 잔차 신호의 크기와 함께 그 잔차 신호의 복잡도를 함께 고려한 방법이다. 또한 인트라 프레임의 QP를 결정하는 알고리즘을 통해 영상 화질의 변동을 줄이고 인코더 버퍼의 오버플로우를 예방하였다. 여기서 인트라 프레임의 QP를 결정하기 위해서 인트라 EBH 값과 발생 비트량의 선형적 관계가 있음을 분석 하였고, 이러한 선형적 관계에 기반하여 발생 비트량을 QP의 크기에 따라 조절할 수 있는 새로운 선형 수식을 제안하였다. 또한, 본 연구에서 제안하는 움직임 추정을 위한 왜곡 측정 방법과 장면 변화 감지를 위한 왜곡 측정 방법은 복잡한 비디오 영상을 인코딩 하기 위해 함께 사용될 수 있다.
