지상파 4K UHD 스포츠 라이브 중계방송

조인준(Injoon Cho),함상진(Sangjin Hahm),김산성(Sansung Kim),김병선(Byungsun Kim),김상훈(Sansung Kim),전성호(Sungho Jeon) 한국방송·미디어공학회 2015 방송공학회논문지 Vol.20 No.1

UHD (Ultra High Definition) has been developed and standardized over the past few years and considered as a key of the next generation broadcasting. Since major sporting events that attract many viewers have been good opportunities for applying and promoting new broadcasting technology, KBS (Korean Broadcasting System) has carried out live 4K terrestrial broadcasting of three big sports events in 2014, the KBL (Korean Basketball League) finals, the 2014 FIFA World Cup, and the 2014 Incheon Asian Games. Especially, 4K UHD live coverage of the KBL finals was the worlds first live 4K terrestrial broadcasting, and people could enjoy the World Cup and the Asian Games with UHDTV at home. In this paper, the overall live production and data transmission of the sporting events is described, including on-location live production, live HEVC (High Efficiency Video Coding) encoding, SFN (Single Frequency Network) transmission, as well as experimental IP transmission of uncompressed 4K video via KREONET, a national R&D network run by KISTI (Korea Institute of Science and Technology Information).

스케일러브 비디오 부호화에서 선택적 계층간 차분 신호 부호화 및 공간적 향상 계층에서의 모드 결정

이범식(Bumshik Lee),김문철(Munchurl Kim),함상진(Sangjin Hahm),박창섭(Changseob Park),박근수(Keunsoo Park) 한국방송·미디어공학회 2007 방송공학회논문지 Vol.12 No.5

본 논문에서는 스케일러블 비디오 부호화기의 복잡도 감소를 위해, 공간 계층간 잔차 신호 부호화를 선택적으로 수행하고 그 정보를 바탕으로 향상 계층에서 모드를 고속으로 결정하는 방법에 대해 소개한다. 계층간 잔차 신호 부호화는 스케일러블 비디오 부호화에서 공간 계층간 상관도를 이용하여 계층간의 두 잔차 신호에 대한 차 신호를 부호화하는 방법으로서 부호화 효율을 증대할 수 있는 장점이 있으나 향상 계층의 모든 화면간 모드에 대해 율-왜곡 비용을 계산하기 때문에 부호화기의 복잡도를 크게 증가시키는 주요 요인이 된다. 제안 알고리듬은 하위 계층으로부터 업샘플된 잔차 신호와, 하위 계층의 움직임 벡터, 참조 화면 정보를 이용하여 향상 계층에서 얻은 잔차 신호의 SAD값을 통해 정수 변환 계수의 특징을 미리 판별하여 계층간 잔차 신호 부호화를 선택적으로 수행하는 방법이다 제안 알고리듬에서는 계층간 잔차 영상의 차 신호에 대한 SAD값에 양자화 계수와 시간 계위에 따라 문턱치 값을 적응적으로 적용시키면서 SAD가 적응적으로 설정된 문턱치 보다 작을때는 잔차 블록에 대한 정수변환 계수가 매우 작다고 판단하여 그 블록에 대해서는 선택적으로 계층간 잔차 부호화를 수행하고 역시 공간적 향상 계층에서 16×16블록에 대해서만 율-왜곡 최적화를 수행한다. 따라서 계층간 차분 신호에 대한 SAD값 만으로 정수변환계수의 특성을 양자화 계수와 시간 계위에 따라 분류하여 고속의 부호화를 달성함으로써 SVC 부호화기의 복잡도 및 부호화 시간을 크게 감소 시켰다. 제안 알고리듬을 적용하면 다양한 특성을 갖는 영상에 대하여 부호화 시간을 원래의 SVC 참조 소프트웨어 대비 평균 51.5%의 부호화 속도를 향상 하였음에도 이에 따른 PSNR의 감소는 평균 0.03㏈, 비트율의 증가는 0.64%로 무시할 수 있을 정도로 작았다. In order to reduce the complexity of SVC encoding, we introduce a fast mode decision method in the enhancement layers of spatial scalability by selectively performing the inter-layer residual prediction of SVC. The Inter-layer residual prediction coding in Scalable Video Coding has a large advantage of enhancing the coding efficiency since it utilizes the correlation between two residuals from a lower spatial layer and its next higher spatial layer. However, this entails the dramatical increase in the complexity of SVC encoders. The proposed method is to analyze the characteristics of integer transform coefficients for the subtracted signal for two residuals from lower and upper spatial layers. Then it selectively performs the inter-layer residual prediction coding and rate-distortion optimizations in the upper spatial enhancement layer if the SAD values of residuals exceed adaptive threshold values. Therefore, by classifying the residuals according to the properties of integer-transform coefficients only with SAD of residuals between two layers, the SVC encoder can perform the inter-layer residual coding selectively, thus significantly reducing the total required encoding time. The proposed method results in reduction of the total encoding time with 51.5% in average while maintaining the RD performance with negligible amounts of quality degradation.

공간적 스케일러블 비디오 부호화에서 계층간 모드 고속 결정 방법

이범식(Bumshik Lee),김문철(Munchurl Kim),함상진(Sangjin Hahm),박창섭(Changseob Park),박근수(Keunsoo Park) 한국방송·미디어공학회 2007 방송공학회논문지 Vol.12 No.4

We propose a fast inter-layer mode decision method by utilizing coding information of base layer upward its enhancement layer inscalable video coding (SVC), also called MPEG-4 part 10 Advanced Video Coding Amendment 3 or H.264 Scalable Extension (SE) which is being standardized. In this paper, when the motion vectors from the base layer have zero motion (0, 0) in inter-layer motion prediction or the Integer Transform coefficients of the residual between current MB and the motion compensated MB by the predicted motion vectors from the base layer are all zero, the block mode of the corresponding block to be encoded at the enhancement layer is determined to be the 16x16 mode. In addition, if the predicted mode of the MB to be encoded at the enhancement layeris not equal to the 16x16 mode, then the rate-distortion optimization is only performed on the reduced candidated modes which are same or smaller partitioned modes. Our proposed method exhibits the complexity reduction in encoding time up to 72%. Nevertheless, it shows negligible PSNR degradation and bit rate increase up to 0.25㏈ and 1.73 %, respectively.

스케일러브 비디오 부호화에서 선택적 계층간 차분 신호 부호화 및 공간적 향상 계층에서의 모드 결정

이범식(Bumshik Lee),김문철(Munchurl Kim),함상진(Sangjin Hahm),박창섭(Changseob Park),박근수(Keunsoo Park) 한국방송·미디어공학회 2007 방송공학회논문지 Vol.12 No.6

본 논문에서는 스케일러블 비디오 부호화기의 복잡도 감소를 위해, 공간 계층간 잔차 신호 부호화를 선택적으로 수행하고 그 정보를 바탕으로 향상 계층에서 모드를 고속으로 결정하는 방법에 대해 소개한다. 계층간 잔차 신호 부호화는 스케일러블 비디오 부호화에서 공간 계층간 상관도를 이용하여 계층간의 두 잔차 신호에 대한 차 신호를 부호화하는 방법으로서 부호화 효율을 증대할 수 있는 장점이 있으나 향상 계층의 모든 화면간 모드에 대해 율-왜곡 비용을 계산하기 때문에 부호화기의 복잡도를 크게 증가시키는 주요 요인이 된다. 제안 알고리듬은 하위 계층으로부터 업샘플된 잔차 신호와, 하위 계층의 움직임 벡터, 참조 화면 정보를 이용하여 향상 계층에서 얻은 잔차 신호의 SAD값을 통해 정수 변환 계수의 특징을 미리 판별하여 계층간 잔차 신호 부호화를 선택적으로 수행하는 방법이다 제안 알고리듬에서는 계층간 잔차 영상의 차 신호에 대한 SAD값에 양자화 계수와 시간 계위에 따라 문턱치 값을 적응적으로 적용시키면서 SAD가 적응적으로 설정된 문턱치 보다 작을때는 잔차 블록에 대한 정수변환 계수가 매우 작다고 판단하여 그 블록에 대해서는 선택적으로 계층간 잔차 부호화를 수행하고 역시 공간적 향상 계층에서 16×16블록에 대해서만 율-왜곡 최적화를 수행한다. 따라서 계층간 차분 신호에 대한 SAD값 만으로 정수변환계수의 특성을 양자화 계수와 시간 계위에 따라 분류하여 고속의 부호화를 달성함으로써 SVC 부호화기의 복잡도 및 부호화 시간을 크게 감소 시켰다. 제안 알고리듬을 적용하면 다양한 특성을 갖는 영상에 대하여 부호화 시간을 원래의 SVC 참조 소프트웨어 대비 평균 51.5%의 부호화 속도를 향상 하였음에도 이에 따른 PSNR의 감소는 평균 0.03㏈, 비트율의 증가는 0.64%로 무시할 수 있을 정도로 작았다. In order to reduce the complexity of SVC encoding, we introduce a fast mode decision method in the enhancement layers of spatial scalability by selectively performing the inter-layer residual prediction of SVC. The Inter-layer residual prediction coding in Scalable Video Coding has a large advantage of enhancing the coding efficiency since it utilizes the correlation between two residuals from a lower spatial layer and its next higher spatial layer. However, this entails the dramatical increase in the complexity of SVC encoders. The proposed method is to analyze the characteristics of integer transform coefficients for the subtracted signal for two residuals from lower and upper spatial layers. Then it selectively performs the inter-layer residual prediction coding and rate-distortion optimizations in the upper spatial enhancement layer if the SAD values of residuals exceed adaptive threshold values. Therefore, by classifying the residuals according to the properties of integer-transform coefficients only with SAD of residuals between two layers, the SVC encoder can perform the inter-layer residual coding selectively, thus significantly reducing the total required encoding time. The proposed method results in reduction of the total encoding time with 51.5% in average while maintaining the RD performance with negligible amounts of quality degradation.

스케일러블 비디오 부호화에 대한 계층적 보호 기법

헨드리(Hendry),김문철(Munchurl Kim),함상진(Sangjin Hahm),이근식(Keunsik Lee),박근수(Keunsoo Park) 한국방송·미디어공학회 2006 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2006 No.-

Protection to the multimedia contents is inevitable to ensure that only authorized users be able to access the protected contents for consumption. Since protection mechanisms need to be designed efficiently by exploiting the type of the contents, we propose a protection scheme for the video bitstream encoded by Scalable Video Coding (SVC) technique. Our scheme exploits the property of SVC in which a video is encoded into spatial, temporal, and quality scalability layers. By applying our proposed protection scheme to the appropriate scalability layers we can effectively control the SVC contents completely or partially. Each layer can be flexibly protected with different encryption keys or even with different encryption algorithms. The algorithms that are used to protect each layer are described by the standardized protection description tool, which is the MPEG-21 Intellectual Property Management and Protection (IPMP) Components. In this paper, we present the design of the proposed layered SVC protection scheme, its implementation and experimental results. The experiment result shows that the proposed layered SVC protection scheme is very effective and can easily be applied.

Dependent Quantization for Scalable Video Coding

Danu Pranantha,김문철(Kim Munchurl),함상진(Hahm Sangjin),이근식(Lee Keunsik),박근수(Park Keunsoo) 한국방송·미디어공학회 2006 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2006 No.-

Quantization in video coding plays an important role in controlling the bit-rate of compressed video bit-streams. It has been used as an important control means to adjust the amount of bit-streams to allowed bandwidth of delivery networks and storage. Due to the dependent nature of video coding, dependent quantization has been proposed and applied for MPEG-2 video coding to better maintain the quality of reconstructed frame for given constraints of target bit-rate. Since Scalable Video Coding (SVC) being currently standardized exhibits highly dependent coding nature not only between frames but also lower and higher scalability layers where the dependent quantization can be effectively applied, in this paper, we propose a dependent quantization scheme for SVC and compare its performance in visual qualities and bit-rates with the current JSVM reference software for SVC. The proposed technique exploits the frame dependences within each GOP of SVC scalability layers to formulate dependent quantization. We utilize Lagrange optimization, which is widely accepted in R-D (rate-distortion) based optimization, and construct trellis graph to find the optimal cost path in the trellis by minimizing the R-D cost. The optimal cost path in the trellis graph is the optimal set of quantization parameters (QP) for frames within a GOP. In order to reduce the complexity, we employ pruning procedure using monotonicity property in the trellis optimization and cut the frame dependency into one GOP to decrease dependency depth. The optimal Lagrange multiplier that is used for SVC is equal to H.264/AVC which is also used in the mode prediction of the JSVM reference software. The experimental result shows that the dependent quantization outperforms the current JSVM reference software encoder which actually takes a linear increasing QP in temporal scalability layers. The superiority of the dependent quantization is achieved up to 1.25 ㏈ increment in PSNR values and 20% bits saving for the enhancement layer of SVC.

스케일러블 비디오 부호화에서 공간 계층간 움직임 벡터 예측을 이용한 고속 모드 결정

이범식(Lee Bumshik),김문철(Kim Munchurl),함상진(Hahm Sangjin),이근식(Lee Keunsik),박창섭(Park Changseob) 한국방송·미디어공학회 2007 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2007 No.-

스케일러블 비디오 코딩(SVC, Scalable Video Coding)은 MPEG(Moving Picture Expert Group)과 VCEG (Video Coding Expert Group)의 JNT(Joint VIdeo Team)에 의해 현재 표준화 되고 있는 새로운 압축 표준 기술이며 시간, 공간 및 화질의 스케일러빌리티를 지원하기 위해 계층 구조를 가지고 있다. 공간적 스케일러빌리티를 위해 기본 계층으로부터 텍스처, 움직임 그리고 잔차신호 정보를 예측하여 사용한다. 그러나 고효율의 압축효과를 얻기 위해 기존의 방식에서는 기본계층에서 얻은 세가지 정보이외에 현재 향상 계층에서 자체적으로 얻은 부호화 정보를 비교하여 최소의 RD(Rate Distortion) 비용을 가지는 정보를 이용하여 부호화 하도록 되어 있다. 하지만 이러한 방식은 향상 계층에서 인터 모드 결정 시 l6x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4 블록 모드에 대한 움직임 벡터 예측 및 보상 과정을 거쳐야 하기 때문에 향상 계층에서의 부호화 복잡도는 기본 계층에 비해 상당히 증가하게 된다. 본 논문에서는 기본계층에서 예측한 움직임 벡터 정보를 이용하여 향상 계층에서 모드 결정을 고속화하는 방법에 대해 소개한다. 제안된 방법은 기본 계층에서 예측한 블록모드 중에서 큰 블록인 16x16 블록에서 움직임 벡터가 (0, 0) 일 경우에 대하여 향상 계층에서는 16x16 매크로 블록에 대해서만 움직임 예측 및 보상을 수행함으로써 향상 계층에서 움직임 모드 결정을 조기에 완료하게 된다. 이것은 하위 공간 계층에서 예측한 움직임 벡터 정보가 아주 작을 때는 큰 블록 크기로 모드로 결정되는 일반적인 원리를 이용한 것이고 이 제안 방법을 이용하였을 경우 향상계층에의 모드 결정과정을 고속화함으로써 전체 스케일러빌 비디오 부호하기의 연산량 및 복잡도를 최대 70%까지 감소 시켰다. 그러나 연산량 감소에 따른 비트율의 증가와 화질 열화는 각각 최대 1.32%와 최대 0.11㏈로 무시할 수 있을 정도로 작음을 확인 하였다.

스케일러블 비디오 부호화에서 통계적 가설 검증 기법을 이용한 프레임 간 모드 결정

이범식(Lee Bumshik),김문철(Kim Munchurl),함상진(Hahm Sangjin),이근식(Lee Keunsik),박근수(Park Keunsoo) 한국방송·미디어공학회 2006 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2006 No.-

스케일러블 비디오 코딩(SVC, Scalable Video Coding)은 MPEG(Moving Picture Expert Group)과 VCEG (Video Coding Expert Group)의 JVT(Joint VIdeo Team)에 의해 현재 표준화 되고 있는 새로운 압축 표준 기술이며 시간, 공간 및 화질의 스케일러빌리티를 지원하기 위해 계층 구조를 가지고 있다. 특히 시간적 스케일러빌리티를 위해 계층적 B-픽처 구조를 채택하고 있다. 스케일러블 비디오 코딩의 기본 계층은 H.264|AVC와 호환적이므로, 모션 예측과 모드 결정과정에서 16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8 그리고 4x4와 같은 7개의 서로 다른 크기를 갖는 블록을 사용한다. 스케일러블 비디오 코딩에서 사용되고 있는 계층적 B-픽처 구조는 키 픽처인 I와 P 픽처를 제외하고는 한 GOP (Group of Picture)내에서 모두 B-픽처를 사용하므로 H.264|AVC와 비교했을 때 연산량 증가와 함께 부호화 지연도 급격히 증가한다. B-픽처는 양방향 모션 벡터인 LIST0와 LIST1을 사용하고 양방향 모두에서 다중 참조 픽처를 사용하기 때문이다. 본 논문에서는 통계적 가설 검증을 이용하여 스케일러블 비디오 부호화에 적용 가능한 고속 프레임간 모드 결정 알고리듬 대해 소개한다. 제안된 방법은 16x16 매크로 블록과 8x8 서브 매크로 블록에 통계적 가설 감증 기법을 적용하여 실행되며, 현재 블록과 복원된 참조 블록간의 픽셀 값을 비교하여 RD(Rate Distortion) 최적화 기반 모드 결정을 빨리 완료함으로써 고속 프레임간 모드 결정을 가능하게 한다. 제안된 방법은 프레임 간 모드 결정을 고속화함으로써 스케일러블 비디오 부호화기의 연산량과 복잡도를 최대 57% 감소시킨다. 그러나 연산량 감소에 따른 비트율의 증가나 화질의 열화는 최대 1.74% 비트율 증가 및 0.08dB PSNR 감소로 무시할 정도로 작다.

스케일러블 비디오 부호화에서 통계적 가설 검증 기법을 이용한 고속 화면간 모드 결정

이범식(Bumsik Lee),김문철(Munchurl Kim),함상진(Sangjin Hahm),김병선(ByungSun Kim),이근식(Keunsik Lee),박근수(Keunsoo Park) 한국방송·미디어공학회 2007 방송공학회논문지 Vol.12 No.3

In this paper, a fast intermode decision scheme is introduced by efficiently performing the mode decision using statistical hypothesis testing for hierarchical B-picture coding of SVC, in which much computational power is expensed for combined variable block sizes and hierarchical B-pictures. The hypothesis testing in the proposed method is performed on 16xl6 and 8x8 blocks to have early termination for RD computation of all possible modes. The early termination in intermode decision is performed by comparing the pixel values of current blocks and corresponding motion-compensated blocks. The proposed scheme exhibits effective early termination behavior in intermode decision and leads to a significant reduction up to 69% in computational complexity with slight increment in bit amounts. The degradation of visual quality turns out to be negligible in terms of PSNR values.

HEVC over DVB-T2 기반 지상파 4K-UHDTV 방송을 위한 양시청 기준값 실험실 테스트 결과

전성호(Sungho Jeon),김상훈(Sanghoon Kim),함상진(Sangjin Hahm),임중곤(Zungkon Yim),서영우(Young-Woo Suh) 한국방송·미디어공학회 2016 방송공학회논문지 Vol.21 No.4

In this study, HEVC over DVB-T2 systems with a bandwidth of 6 MHz is considered, particularly for the terrestrial 4KUHDTV broadcasting service in the Republic of Korea. The threshold of visibility carrier-to-noise power ratio (ToV C/N) and the receiver minimum required input level (sensitivity) for satisfying the subjective picture failure (SPF) condition are measured in the laboratory. It is observed, for transmitting 26.37 Mbps data stream correctly, that ToV C/N is 18.8 dB on average, and the receiver sensitivity is varied from minimum -84.2 dBm to maximum –80.0 dBm. Based on the results, the receiver noise floor is calculated by –100 dBm on average.