In a battery-powered surveillance system, event characteristics, e.g., arrival time, duration, etc, vary in unpredictable manner and the battery lifetime nonlinearly depends on both discharge current intensity (rate-capacity effect) and idle period (recovery effect). In this work, we present a novel video encoding method in a battery-powered surveillance system which adjusts video operation mode so as to minimize the recorded image distortion exploiting uncertain event characteristics and nonlinear battery characteristics. The propose method overcomes both pessimistic assumption on event characteristics and unrealistic assumption on battery characteristics while meeting the system requirement on battery lifetime. Compared to the conventional method [18], experimental results show that the proposed method provides up to 3.02dB improvement on image quality in H.264 encoder.
감시 시스템은 맡은 구역에서 발생하는 모든 이벤트들을 탐지하고 이를 기록하고 알리는 기능을 수행한다. 배터리로 동작하는 지능형 감시 시스템의 경우 한정된 배터리 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 에너지 관리 알고리즘에 따라 동작하게 된다. 에너지 사용량을 줄이기 위해 항상 모든 이미지를 인코딩하고 저장하는 대신 특정 이벤트를 탐지하고 탐지된 이벤트에 대해서만 인코딩 과정을 수행하게 된다. 또한 탐지된 이벤트를 인코딩 할 시에도 모든 이벤트를 같은 에너지를 사용하여 인코딩 하지 않고 않고 적절한 에너지 모드를 선택하여 인코딩을 수행 할 수 있다. 이러한 에너지 관리 알고리즘을 통하여 주어진 시간 동안 한정된 배터리 에너지로 발생하는 모든 이벤트에 대해서 인코딩을 수행하고 저장할 수 있다.
하지만 이러한 에너지 관리 알고리즘은 배터리의 비선형적인 특성과 실제 탐지되는 이벤트의 확률적 특성을 같이 고려해야 한다. 실제 사용되는 배터리가 이상적인 에너지 공급원이 아니기 때문에 공급하는 에너지 양이 시스템에서 사용하는 에너지 패턴에 따라 달라지게 된다. 시스템에서 소모하는 파워의 양이 커질수록 배터리에서 공급되는 에너지 양은 줄어들게 되거나 시스템의 파워 소모가 거의 없을때는 일정양의 배터리 에너지가 회복되는 등의 비선형적인 특성이 발생 한다. 또한 감시 시스템에서 탐지하는 이벤트들은 발생하는 시점과 지속시간 등이 정해져 있지 않기 때문에 시스템이 앞으로 수행 해야할 이벤트를 예측하기 힘들다.
본 논문에서는 배터리로 동작하는 감시 시스템에서 배터리의 비선형적인 특성을 반영하고 발생하는 이벤트의 확률적 특성을 감안하여 전체적인 비디오의 화질을 최대화 하는 알고리즘을 제안한다. 이를 위해 먼저 H.264 인코딩에서 인코딩에 소모되는 파워와 비디오 화질과의 관계를 실제 실험을 통해 얻고 인코딩시 적용할 각 에너지 모드들을 선정하였다. 또한 실제 배터리의 화학적 특성을 분석하여 수식으로 모델링한 배터리 모델을 사용하여 시스템 파워소모 패턴에 따른 실제 배터리 에너지 손실을 적용하고, 각 이벤트의 시간에 따른 확률 분포를 바탕으로 앞으로 인코딩 해야 할 이벤트의 지속 시간을 예측하여 각 시간별 최적의 에너지 모드를 선택한다. 제안된 알고리즘을 바탕으로 두가지 이벤트 시나리오에 대해서 실험한 결과 기존에 제안된 방법에 대비하여 2.53dB ~ 3.02dB 의 비디오 화질 향상을 얻을 수 있었다.
