내장형 영상코딩을 위한 재귀적 SPIHT 알고리즘

박영석 한국융합신호처리학회 2003 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.4 No.4

EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 알고리즘이 소개된 이래 일련의 내장형 웨이브렛 코딩 방법들이 제안되어져왔다. 이들의 하나의 공통된 특징은 EZW 알고리즘의 기본 아이디어를 근간으로 한다는 점이다. 특히 SPIHT(Set Partitioning in Hierarchy Trees) 알고리즘은 이들 중의 하나로서 산술 코더를 사용하지 않더라도 EZW와 같거나 혹은 더 나은 성능을 제공할 수 있기 때문에 널리 알려져 왔다. 본 연구에서는 내장형 영상코딩을 위한 재귀적 SPIHT(RSPIHT) 알고리즘을 제안하고 그 유효성을 실험적으로 가한다. 제안한 RSPIHT 알고리즘은 매우 단순하고 정형화된 형태를 지니면서 최악의 경우 시간복잡도 O(n)을 가진다. 실험영상들에 대해 T-layer 4 이상에서 SPIHT보다 평균 약 16.4%의 개선된 속도를 얻을 수 있었다. 압축률의 관점에서도 RSPIHT 알고리즘은 실험영상의 T-layer 7 이하에서는 SPIHT와 유사한 결과를 가지나 그보다 큰 T-layer에서는 개선된 결과를 보였다. A number of embedded wavelet image coding methods have been proposed since the introduction of EZW(Embedded Zerotree Wavelet) algorithm. A common characteristic of these methods is that they use fundamental ideas found in the EZW algorithm. Especially, one of these methods is the SPIHT(Set Partitioning in Hierarchy Trees) algorithm, which became very popular since it was able to achieve equal or better performance than EZW without having to use an arithmetic encoder. In this paper We propose a recursive set partitioning in hierarchy trees(RSPIHT) algorithm for embedded image coding and evaluate it's effectiveness experimentally. The proposed RSPIHT algorithm takes the simple and regular form and the worst case time complexity of O(n). From the viewpoint of processing time, the RSPIHT algorithm takes about 16.4% improvement in average than the SPIHT algorithm at T-layer over 4 of experimental images. Also from the viewpoint of coding rate, the RSPIHT algorithm takes similar results at T-layer under 7 but the improved results at other T-layer of experimental images.

영역별 대역간 양방향 예측과 확장된 SPIHT를 이용한 다분광 화상데이터의 압축

김승진,반성원,김병주,박경남,김영춘,이건일,Kim, Seung-Jin,Ban, Seong-Won,Kim, Byung-Ju,Park, Kyung-Nam,Kim, Young-Choon,Lee, Kuhn-Il 대한전자공학회 2002 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.39 No.5

본 논문에서는 웨이블릿 영역에서 각 부밴드에 대한 영역별 대역간 양방향 예측과 확장된 SPIHT (set partition in hierarchical trees)를 이용한 효율적인 인공위성 다분광 화상데이터의 압축 방법을 제안하였다. 이 방법에서는 가시광선 영역과 적외선 영역에서 다른 대역과 분광적 상관성이 큰 대역을 기준대역 (feature band)으로 각각 결정하고, 이 대역들에 대해 웨이블릿 변환 (wavelet transform, WT)을 행한 후 SPIHT를 행하여 부호화함으로써 대역내 (intraband) 중복성을 제거한다. 기준대역과 대역간 상관성이 큰 예측대역 (prediction band)들에 대해서는 웨이블릿 변환을 행한 후, 각 대역의 기저밴드의 대역별 특성을 이용하여 영역분류를 하고, 각 부밴드에 대한 영역별 대역간 양방향 예측 (classified interband bidirec- tional prediction)을 행함으로써 대역간 (interband) 중복성을 제거하여 압축 효율을 향상시킨다. 또한 확장된 SPIHT의 부호화 효율을 높이기 위해 예측오차의 최대값에 따라 재배열된 대역들에 대해 확장된 SPIHT를 행하여 예측오차를 부호화함으로써, 예측에 따른 오차를 보상하여 화질을 향상시킨다. 실제 다분광 화상데이터에 대한 모의 실험을 통하여 제안한 방법의 부호화 효율이 기존의 방법에 비하여 우수함을 확인하였다. In this paper, we proposed the effective multispectral image compression method using CIBP(classified interband bidrectional prediction) and extended SPIHT(set partition in hierarchical trees) in wavelet domain. We determine separately feature bands that have the highest correlation with other bands in the visible range and in the infrared range of wavelengths. Feature bands are coded to remove the spatial redundancy with SPIHT in the wavelet domain. Prediction bands that have high correlation with feature bands are wavelet transformed and they are classified into one of three classes considering reflection characteristics of the baseband. For Prediction bands, CIBP is performed to reduce the spectral redundancy. for the difference bands between prediction bands and the predicted bands, They are ordered to upgrade the compression efficiency of extended SPIHT with the largest error magnitude. The arranged bands are coded to compensate the prediction error with extended SPIHT. Experiments are carried out on the multispectral images. The results show that the proposed method reconstructs higher quality images than images reconstructed by the conventional methods at the same bit rate.

DFS를 이용한 추가 메모리를 요구하지 않는 제로트리 압축기법

김충길,이주경,정기동,Kim, Chung-Kil,Lee, Joo-Kyong,Chung, Ki-Dong 한국정보처리학회 2003 정보처리학회논문지B Vol.10 No.5

SPIHT는 수행속도가 빠르고 효율적인 웨이블릿 기반의 이미지 압축 알고리즘으로 잘 알려져 있다. 그러나, SPIHT는 알고리즘 수행에 필요한 제로트리 및 계수의 상태를 저장하기 위하여 리스트 구조를 사용하고 있어 추가 메모리론 요구하며, 비트율의 증가에 따라 메모리 요구량이 증가하는 단점을 가진다. 본 논문에서는 SPIHT 알고리즘을 수행하는데 있어 추가 메모리를 요구하지 않는 MZP-DFS 알고리즘을 제안한다. 제안된 기법은 깊이우선 순서에 따라 공간트리를 탐색하고 테스트 함수 및 복원 계수의 LSB를 이용함으로써 추가 메모리를 제거하였으며 SPIHT와 동일한 성능을 가진다. MZP-DFS는 추가 메모리를 요구하지 않기 때문에 하드웨어 제작비용을 절감할 수 있으며, 각각의 공간트리를 병렬적으로 수행할 수 있기 때문에 실시간 이미지 압축에 적합하다. SPIHT algorithm is a wavelet based fast and effective technique for image compression. It uses a list structure to store status information which is generated during set-partitioning of zero-tree. Usually, this requires lots of additional memory depending on how high the bit-rate is. Therefore, in this paper, we propose a new technique called MZP-DFS, which needs no additional memory when running SPIHT algorithm. It traverses a spatial-tree according to DFS and eliminates additional memory as it uses test-functions for encoding and LSB bits of coefficients for decoding respectively. This method yields nearly the same performance as SPIHT. This may be desirable in hardware implementation because no additional memory is required. Moreover. it exploits parallelism to process each spatial-tree that it can be applied well in real-time image compression.

A High-Throughput Hardware Design of a One-Dimensional SPIHT Algorithm

Sunwoong Kim,Donghyeon Lee,Jin-Sung Kim,Hyuk-Jae Lee IEEE 2016 IEEE transactions on multimedia Vol.18 No.3

<P>Video display systems include frame memory, which stores video data for display. To reduce system cost, video data are often compressed for storage in frame memory. A desirable characteristic for display memory compression is support for the raster-scan processing order and the fixed target compression ratio. Set partitioning in hierarchical trees (SPIHT) is an efficient two-dimensional compression algorithm that guarantees a fixed target compression ratio, but its one-dimensional (1D) variation has received little attention, even though its 1D nature supports the raster-scan processing order. This paper proposes a novel hardware design for 1D SPIHT. The algorithm is modified to exploit parallelism for effective hardware implementation. For the encoder, dependences that prohibit parallel execution are resolved and a pipelined schedule is proposed. For the parallel execution of the decoder, the algorithm is modified to enable estimation of the bitstream length of each pass prior to decoding. This modification allows parallel and pipelined decoding operations, leading to a high-throughput design for both encoder and decoder. Although the modifications slightly decrease compression efficiency, additional optimizations are proposed to improve such efficiency. As a result, the peak signal-to-noise ratio drop is reduced from 1.40 dB to 0.44 dB. The throughputs of the proposed encoder and decoder are 7.04 Gbps and 7.63 Gbps, respectively, and their respective gate counts are 37.2 K and 54.1 K.</P>

오류 정정 스트림을 갖는 멀티스트림 기반 SPIHT 비디오 전송 기법

강경원,류권열 위덕대학교 산업기술연구소 2003 산업기술연구소 논문집 Vol.7 No.1

본 논문에서는 인터넷 환경의 비디오 파일 서비스에서, 클라이언트의 대역폭을 최대한 활용할 수 있는 효율적인 비디오 전송 방법을 제안한다. 제안한 방법은 QoS가 보장되지 않는 비동기적인 패킷망에서 TCP의 성능 향상을 위해 멀티스트림을 이용한 병렬 전송을 적용한다. 그리고 수신 버퍼링 처리에서 손실된 블록은 오류 정정 스트림을 이용하여 복원함으로써 네트워크 지터에 강인한 신뢰성 있는 비디오 전송을 가능하게 한다. In this paper, we propose the effective video transmission method that can be best using the bandwidth of clients on a video file service of the internet environment. The proposed method apply to the parallel transmission using multi-streams for improving of TCP efficiency on asynchronous packet network that, is not guarantee QoS. And it is robust to network jitter, and can do video transmission with reliability, because a lossed block is reconstructed using error correction steam in reception buffering process.

양방향 반올림 필터를 이용한 객체 영역 우선 전송 기법

강경원,문광석 한국융합신호처리학회 2002 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.3 No.4

Generally, most significant information of images is included in the object regions. Thus, this paper proposes the object regions prior transmission method using the bidirectional round filter. The proposed method extracts the object regions, and then transmits the wavelet coefficients of the object regions, prior to others, in the encoding procedure using SPIHT So, it makes significant image information be restored faster than others for a short time. Consequently, through the proposed method the significant information of images is able to be recognized at a low bit rate and the condition of the continuous transmission is decidable by recognizing significant information fast, so that the searching time and efficiency can be improved. 일반적으로 영상내의 중요한 정보는 객체 영역에 많이 포함되어 있다. 따라서 본 논문에서는 양방향 반올림 필터를 이용한 객체 영역 우선 전송 기법을 제안한다. 제안한 방법은 양방향 반올림 필터에 의해 객체 영역을 추출한 후, SPIHT를 이용한 부호화시 객체 영역의 웨이브릿 계수들을 우선 전송함으로써 짧은 시간내에 영상내 중요 정보들이 다른 정보들 보다 빨리 복원되도록 한다. 따라서 매우 낮은 비트율에서 영상내의 중요 정보를 파악할 수 있어, 인터넷상에서 사용자가 영상을 검색할 경우 보다 빨리 중요한 정보를 파악하여 계속적인 전송 여부를 판단할 수 있기 때문에 검색 시간과 검색 효율을 개선시킬 수 있다.

SPIHT 영상코딩 알고리즘의 시간복잡도 해석

박영석 한국융합신호처리학회 2003 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.4 No.1

EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 알고리즘이 소개된 이래 일련의 내장형 웨이브렛 코딩 방법들이 제안되어 져왔다. 이들의 하나의 공통된 특징은 EZW 알고리즘의 기본 아이디어를 근간으로 한다는 점이다. 특히 SPIHT(Set Partitioning in Hierarchy Trees) 알고리즘은 이들 중의 하나로서 산술 코더를 사용하지 않더라도 EZW와 같거나 혹은 더 나은 성능을 제공할 수 있기 때문에 널리 알려져 왔다. 이러한 SPIHT 알고리즘은 계산적으로 단순하면서도 뛰어난 수치적, 시각적 결과를 제공한다. 그러나 SPIHT 알고리즘의 처리 시간복잡도(time complexity)에 대한 평가는 상대적인 비교를 통해 효과적임을 실험적으로 확인한 것에 불과하고 지금까지 엄밀한 시간복잡도 해석이 행하여지지 않았다. 본 연구에서는 SPIHT 알고리즘의 처리 시간복잡도를 해석하고 한 비트평면 처리에 대한 최악의 경우(worst case) 시간복잡도가 O(nlog$_2$n)임을 증명한다. A number of embedded wavelet image coding methods have been Proposed since the introduction of EZW(Embedded Zerotree Wavelet) algorithm. A common characteristic of these methods is that they use fundamental ideas found in the EZW algorithm. Especially, one of these methods is the SPIHT(Set Partitioning in Hierarchy Trees) algorithm, which became very popular since it was able to achieve equal or better performance than EZW without having to use an arithmetic encoder. The SPIHT algorithm is computationally very simple, but even so it provides excellent numerical and visual results. But the evaluation of its time complexity is no more than the relative result of experimental comparisons and the strict time complexity analysis wasn't taken until now. In this paper, we analyze strictly the processing time complexity of SPIHT algorithm and prove that the time complexity for one bit-plane processing is O( nlog $_2$n) in worst case.

움직임 벡터 정보를 이용한 SPIHT 부호화 기반의 디지털 비디오 워터마킹

권성근(Seong-Geun Kwon),황의창(Eui-Chang Hwang),이미희(Mi-Hee Lee),정태일(Tai-il Jeong),권기룡(Ki-Ryong Kwon) 한국멀티미디어학회 2007 멀티미디어학회논문지 Vol.10 No.11

비디오 워터마킹은 일반적으로 네 가지의 타입으로 분류되어진다. 첫 번째로는 원 비디오 신호에 워터마크를 삽입한 후 부호화하는 것으로 대부분의 비디오 워터마킹 기법이 이에 속한다. 두 번째로는 블록 DCT, 양자화 등의 부호화 과정에 워터마크를 삽입하는 것이고, 세 번째로는 부호화된 비트스트림에 워터마크를 삽입하는 것으로 이를 라벨링 (labeling)이라고도 한다. 마지막으로 네 번째로는 움직임 벡터에 워터마크를 삽입하는 것으로, 이는 높은 복잡도가 요구되며 블록화 현상과 같은 화질 열화가 발생된다. 본 논문에서는 움직임 벡터 추정을 이용한 I 프레임 상에서 SPIHT 기반의 비디오 부호화에 워터마크를 삽입하는 방법을 제안한다. 이는 블록 DCT 기반의 부호화기에 발생되는 블록화 현상을 제거하고, 점진적 전송 특성을 가진다. 제안한 방법에서는 Ⅰ 프레임 상에서 이전 P 또는 B 예측 프레임으로부터 움직임 벡터를 추정한 후에 이를 기반으로 워터마크 삽입 영역을 선택한다. 그리고 DWT를 수행하여 워터마크 삽입 영역 상에서 움직임 벡터의 방향과 동일한 부대역 상의 웨이브릿 계수를 HVS에 기반하여 워터마크를 삽입한다. 마지막으로 SPIHT 부호화기에 의하여 워터마크가 삽입된 비디오 비트스트림을 생성한다. 실험 결과로부터 제안한 방법이 객관적 및 주관적인 화질 측면에서 우수한 비가시성을 확인하였고, 다양한 압축률 및 MPEG 재부호화 등에 대하여 우수한 강인성을 확인하였다. Video watermarking technologies are classified into types of four kinds. The first type is to embed the watermark into a raw video signal and to code the watermarked video signal. Most of video watermarking technologies fall into the category of this type. The second type is to apply watermarking to the coding process, such as block DCT and quantization. The third is to directly embed the watermark into the compressed bitstream itself. Generally, it is referred as labelling rather than watermarking. Finally, the fourth is to embed the watermark into MPEG motion vector. This type has the difficulty in real-time process because of the high complexity and has the blocking effects because of DCT-based on coder. In this paper, we proposed the digital video watermarking that embed the watermark in SPIHT video code for I-frame using motion vector analysis. This method can remove the blocking effect occurred at the DCT-based on coder and obtain video data that has progressive transmission property. The proposed method is to select the region for the watermark embedding in I frame using motion vector estimated from the previous P or B frame. And then, it is to perform DWT and embed the watermark based on HVS into the wavelet coefficients in the same subband of DWT as the motion vector direction Finally, the watermarked video bitstream is obtained by the SPIHT coder. The experimental results verified that the proposed method has the invisibility from the objective and subjective image quality and the robustness against tile various SPIHT compression and MPEG re-code.

의료영상을 위한 중복비트 제거를 이용한 SPIHT 알고리즘의 개선에 관한 연구

박재홍(Jaehong Park),양원석(Wonseok Yang),박철우(Chulwoo Park) 한국방사선학회 2011 한국방사선학회 논문지 Vol.5 No.6

초기치에서 발생되어지는 비트의 소비를 저주파영역에서의 부호화하는 과정을 없애고, 각 대역별 임계값을 통해, 비트정렬시 LIS에서 발생되어 질 수 있는 비트 소비를 줄일 수 있었다. 그리고 마지막 단계로 허프만 코딩을 적용하여 압축효율을 향상시켰다. 실험 결과를 통해, 특히 낮은 비트율에 대해서 비트율의 향상을 가져오게 되어 전송시에 있어서 더욱 점진적이고 프로그레시브한 전송을 가능하게 되었다. This paper presents improvement of compression rate for SPIHT algorithm based on wavelet compression through redundancy bit removing. Proposed SPIHT algorithm uses a method to select of optimized threshold from feature of wavelet transform coefficients and removes sign bit only if coefficient is LL area. Finally Proposed SPIHT algorithm applies to Huffman coding. Experimental results show that the proposed algorithm achieves more improvement bit rate and more fast progressive transmission with low bit rate.

의료영상을 위한 중복비트 제거를 이용한 SPIHT 알고리즘의 개선에 관한 연구

박재홍,양원석,박철우 한국방사선학회 2011 한국방사선학회 논문지 Vol.5 No.5

초기치에서 발생되어지는 비트의 소비를 저주파영역에서의 부호화하는 과정을 없애고, 각 대역별 임계값을 통해, 비 트정렬시 LIS에서 발생되어 질 수 있는 비트 소비를 줄일 수 있었다. 그리고 마지막 단계로 허프만 코딩을 적용하여 압축효율을 향상시켰다. 실험 결과를 통해, 특히 낮은 비트율에 대해서 비트율의 향상을 가져오게 되어 전송시에 있어 서 더욱 점진적이고 프로그레시브한 전송을 가능하게 되었다. This paper presents improvement of compression rate for SPIHT algorithm based on wavelet compression through redundancy bit removing. Proposed SPIHT algorithm uses a method to select of optimized threshold from feature of wavelet transform coefficients and removes sign bit only if coefficient is LL area. Finally Proposed SPIHT algorithm applies to Huffman coding. Experimental results show that the proposed algorithm achieves more improvement bit rate and more fast progressive transmission with low bit rate.