블록 경계 화소들의 가중 평균을 이용한 효율적인 디블록킹 기법

Abstract

JPEG, H.261, H.263, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.264/AVC 등 대부분의 정지 영상 및 동영상 압축 표준에서 블록 변환 부호화를 사용하고 있는데, 이는 영상을 겹쳐지지 않는 블록들로 나눈 후 공간 영역의 화소 값들을 여러 주파수의 성분으로 분해하여 이산 여현 변환(DCT: Discrete Cosine Transform) 및 양자화(quantization)를 적용하는 방법이다. 이러한 블록 단위의 변환 부호화에서 압축률이 매우 높은 경우, 영상이 매끄럽지 못하고 블록의 경계가 눈에 띄는 현상이 발생하는데 이를 블록킹 현상(blocking artifacts)이라고 한다. 블록킹 현상은 영상의 비교적 평탄한 부분에서 시각적으로 더욱 두드러지게 나타나는데, 블록킹 현상이 눈에 많이 띄게 되면 객관적 화질의 척도인 PSNR이 높아도 화질이 좋지 않은 것처럼 느껴지게 된다. 따라서 블록킹 현상을 줄이기 위한 많은 방법들이 제안되어 왔는데 이러한 방법들을 디블록킹(deblocking)이라고 한다. 본 논문에서는 블록 변환 부호화 영상 압축에 있어서의 빠르면서도 매우 효과적으로 블록킹 현상을 제거하는 디블록킹 기법을 제안한다. 제안하는 알고리듬에서 한 블록의 경계에 위치한 화소들은 인접한 세 블록으로 확산되면서 디블록킹의 효과를 얻는다. 일반적인 확산 이론의 식은 매우 복잡하므로 이를 그대로 적용할 경우 실시간 적용이 어렵지만, 확산의 방향을 제한하고 확산되는 화소를 블록 경계에 위치한 화소로 제한함으로써 간단한 가중 평균 식으로 바꾸어 적용하였다. 가중치들은 블록의 특성에 따라 적절히 조절되므로, 영상 본래의 윤곽이 보존되면서도 블록킹 현상이 눈에 잘 띄는 비교적 평탄한 영역에서의 블록킹 현상은 매우 효과적으로 제거된다. 제안하는 알고리듬은 계산량이 매우 낮고, 구현에 있어 문턱값이 필요하지 않으며, 반복법(iteration)을 사용하지 않으므로 속도가 매우 빠르다. 그럼에도 불구하고 결과 영상의 PSNR은 상당히 높은 편이며, 블록킹 현상을 수치적으로 나타낸 GBIM 측도에서 기존의 알고리듬에 비해 월등한 결과를 보여주었다.; Block-Transform Coding is the most popular approaches of compression standards for still images and video sequences, such as JPEG, H.261, H.263, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, and H.264/AVC. These standards divide the image to non-overlapping blocks and apply a transform and a quantization on each individual block. Among the available transforms, the DCT (Discrete Cosine Transform) is the most widely used since it exhibits very good energy compaction and decorrelation properties for images. At low bit rates, Block-Transform Compressed images exhibit a visually annoying phenomenon, known as the blocking artifact. This phenomenon is characterized by visually noticeable changes in pixel values along block boundaries. Human eyes are naturally sensitive to edges, especially horizontal and vertical ones. Thus, if one wants to achieve visually good images at low bitrates, blocking artifacts should be eliminated effectively. This procedure is usually referred to as deblocking. Various algorithms have been proposed for reduction of blocking artifacts, but they often introduce excessive blurring, or cannot eliminate blocking artifacts enough. Moreover, they need very heavy computational loads. In this paper, an improved algorithm for deblocking is proposed. The algorithm reduces blocking artifacts by diffusing pixels to pixels in adjacent blocks. Since the equation of diffusion is too complicated to be computed in real time, it was changed into a simple weighted average by adopting some restrictions about directions of diffusion and pixels to be diffused. By adjusting weights according to characteristic of each block, blocking artifacts can be reduced effectively preserving the original edges of the image. The proposed algorithm has very low computational load, and it needs neighther thresholds or iterative procedures. Nevertheless, it achieves very good PSNR results and subjective results.