효율적인 영상압축을 위한 잡음 추정과 전처리 필터링

Abstract

디지털 영상은 취득 과정과 유·무선통신을 통한 전송 과정에서 잡음의 영향을 받게 된다. 일반적으로 영상은 대용량의 자료이고 이를 저장하거나 전송할 때 편의를 위해 다양한 표준 방식으로 압축하게 되는데, 영상에 발생한 잡음은 이러한 압축 방식의 효율을 떨어뜨리는 요소로 작용한다. 이러한 요소를 감안하여 압축 알고리즘에도 잡음을 억제하는 기능이 추가되는 추세이지만, 이 기능은 다양한 상황의 잡음에 대응하지 못하기 때문에 압축 성능의 저하를 방지하기 힘들다. 따라서 본 논문에서는 디지털 영상을 압축하기에 앞서, 잡음의 크기를 추정하고 이에 따른 적절한 잡음제거 방법을 적용함으로써 영상압축의 효율을 개선하고자 한다. 이를 위하여 우선 다양한 크기의 잡음이 더해진 영상에 대하여 압축 성능을 테스트 하여, 그 결과로 저 비트율에서는 영상 전처리 여부가 PSNR 측면에서는 큰 차이가 없음을 보이고, 중 비트율부터 고 비트율까지는 영상의 전처리가 필수적임을 보인다. 그러나 저 비트율부터 중 비트율까지 잡음의 유무에 관계없이 에지를 보존하는 필터링을 적용하면 PSNR 면에서는 큰 차이는 없지만 주관적인 면에서는 화질이 더 좋아짐을 보인다. 실제 영상의 경우에는 잡음의 크기를 미리 알 수 없으므로 성능이 좋은 잡음추정 방법을 적용하여 잡음의 분산을 구하고 이에 적합한 전처리 필터링을 적용한다. 본 논문에서 얻은 실험결과들을 종합하면, 실시간 영상통신의 경우 저 비트율에서는 굳이 전처리 필터링을 할 필요가 없고, 중 비트율 이상에서는 간단한 방법이더라도 잡음제거 필터링을 수행하는 것이 좋다는 결론을 얻었다. 그리고, 실시간 통신이 필요 없는 경우에는, 계산시간이 오래 걸리더라도 잡음 유무에 관계없이 에지 보존필터링을 영상에 적용하면 압축 영상에서 흔히 발생하는 물결무늬 모양의 아티팩트를 줄일 수 있어서 주관적으로 화질을 개선할 수 있다. 그리고 특정 응용분야에서 잡음의 복원이 필요한 경우에는 잡음의 표본을 추출하여 함께 전송함으로써 원본과 비슷한 잡음의 형태를 합성해냄과 동시에 압축의 효율을 높일 수 있다. 앞으로의 연구는 추정된 잡음 분산의 크기와 영상의 특성에 따라 구체적으로 어느 비트율부터 어떤 특성의 잡음제거 방법을 적용하는 것이 최적인가를 알아보고, 잡음의 합성을 위해 다양한 잡음의 형태를 연구하고 합성하는 방법을 알아보는 것이다.