Deep fading 채널을 고려한 블록단위 SNR-scalable coding

Abstract

본 논문은 새로운 multiple-layer SNR-scalable coding을 제안하고, 무선통신망에서 fading 때문에 채널 용량이 급격하게 변하는 경우에도 비디오 영상을 끊김 없이 전송하기 위하여 제안한 video encoding을 최적화하는 문제를 다룬다. 그리고 제안한 multi-layer SNR-scalable coding 알고리즘은 블록단위로 동작하도록 HEVC 표준을 수정 확장하여 H/W구현에 적합하다. 실험에 이용한 시나리오에서는 fading 채널 용량의 변화를 구현하기 위해 이를 결정하는 3가지 파라미터(평균 SNR과 line-of-sight(K) 비중, maximum Doppler shift)를 조절하였다. 각 시나리오에서는 level cross rate(LCR), average fade duration(AFD), average inter-fade duration(AIFD)를 측정하였다. 본 논문에서는 시가변 채널의 SNR 정보를 일정한 지연시간 후에 매 packet마다 feedback 받지만, 구현은 picture 단위로 MCS 적용하였다. 채널 용량은 slice, picture, 2-GOP 단위마다 추정하였다. 이를 이용하여 coding layer 수를 결정하고, decoding distortion 기반 cost을 최소화하도록 각 layer별 평균 target bitrate을 정하였다. Coding layer 수는 2-GOP 단위로 fading이 일어나는 횟수와 fading depth를 이용하여 채널 상태를 추정한 후, 이전 2-GOP 단위에서의 전송 layer 수 (K)의 평균 값에 이 추정 결과를 활용하여 결정하였다. Picture 단위 bit allocation에서는 decoding distortion 기반 cost를 최소화하도록 모든 경우의 bit allocation을 비교해 layer별 target rate를 할당하였다. 마지막으로, 전송 layer 수 K는 인코딩 결과 실제 사용된 layer별 bitrate을 예측한 채널 용량으로 나눈 값을 이용하여 결정하였다. 이 때 각 layer별로 계산된 값을 본 논문에서 이용한 MCS code rate의 최대값인 13/16과 비교하여, 이 값보다 작은 값을 가지는 layer까지 전송할 수 있는 것으로 가정하였다. 실험에는 2초 분량의 Ricean 채널을 이용하였다. 실험 시나리오는 송신단과 수신단이 2m 떨어진 상황에서 수신단이 송신단으로부터 1m/s로 멀어지며, 1초에서 1.5초 사이에 Ricean factor 값이 0.1인 장애물이 출현하는 상황을 가정하였다. 실험은 coding layer 수를 4개로 고정하고, bit을 layer별로 동일하게 할당한 것을 anchor로 사용하였다. 실험 결과, 수신단에서 측정한 Y-PSNR은 본 논문 실험 환경에서 평균 0.768dB 개선된 것을 확인하였다.