Adaptive Hard Decision Aided Fast Decoding Method in Distributed Video Coding

적응적 경판정 출력을 이용한 고속 분산 비디오 복호화 기술

  • Oh, Ryang-Geun (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Shim, Hiuk-Jae (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Jeon, Byeung-Woo (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University)
  • 오양근 (성균관대학교 정보통신공학부) ;
  • 심혁재 (성균관대학교 정보통신공학부) ;
  • 전병우 (성균관대학교 정보통신공학부)
  • Received : 2010.05.17
  • Published : 2010.11.25

Abstract

Recently distributed video coding (DVC) is spotlighted for the environment which has restriction in computing resource at encoder. Wyner-Ziv (WZ) coding is a representative scheme of DVC. The WZ encoder independently encodes key frame and WZ frame respectively by conventional intra coding and channel code. WZ decoder generates side information from reconstructed two key frames (t-1, t+1) based on temporal correlation. The side information is regarded as a noisy version of original WZ frame. Virtual channel noise can be removed by channel decoding process. So the performance of WZ coding greatly depends on the performance of channel code. Among existing channel codes, Turbo code and LDPC code have the most powerful error correction capability. These channel codes use stochastically iterative decoding process. However the iterative decoding process is quite time-consuming, so complexity of WZ decoder is considerably increased. Analysis of the complexity of LPDCA with real video data shows that the portion of complexity of LDPCA decoding is higher than 60% in total WZ decoding complexity. Using the HDA (Hard Decision Aided) method proposed in channel code area, channel decoding complexity can be much reduced. But considerable RD performance loss is possible according to different thresholds and its proper value is different for each sequence. In this paper, we propose an adaptive HDA method which sets up a proper threshold according to sequence. The proposed method shows about 62% and 32% of time saving, respectively in LDPCA and WZ decoding process, while RD performance is not that decreased.

최근 부호화기의 성능 및 전력이 제한된 환경을 위한 비디오 부호화 기술로 분산 비디오 부호화 기술 (DVC : Distributed Video Coding)이 각광받고 있으며, Wyner-Ziv (WZ) 부호화 기술은 이의 대표적인 기술이다. WZ 부호화기는 기존 인트라 부호화 기술과 채널 부호를 사용하여 각각 키 (key)프레임과 WZ 프레임을 독립적으로 부호화한다. WZ 복호화기는 프레임 간 시간적 유사도를 기반으로, 복호화 된 키 프레임으로부터 보조 정보 (Side Information)를 생성한다. 보조 정보는 가상의 채널 잡음이 존재하는 WZ 프레임으로 간주되고, 가상의 채널 잡음은 채널 부호 복호화 과정을 통해 제거된다. 따라서 WZ 부호화 기술의 성능은 채널 부호의 성능에 크게 좌우된다. 현존하는 채널 부호 중 LPDC 채널 부호와 Turbo 채널 부호는 강력한 에러 정정 능력을 가지고 있으며, 확률적인 계산을 기반으로 반복적인 복호화 알고리즘을 수행하는 것이 특징이다. 하지만 반복적인 복호화 과정은 상당히 소모적인 과정으로 WZ 복호화기의 복잡도를 증가시킨다. 실제 WZ 부호화 기술에 LDPCA 채널 부호를 사용한 경우, WZ 복호화기 전체 복잡도에서 채널 복호화 과정이 차지하는 비율은 평균 60%에 이른다. 채널 복호화 과정 복잡도의 감소를 위해 채널 부호 분야에서 제안되었던 HDA (Hard Decision Aided) 방법을 LDPCA 채널 부호에 적용할 경우, 채널 복호화 과정의 복잡도는 상당히 줄어든다. 하지만 HDA 방법 적용을 위해 설정할 경계치에 따라 율 왜곡 측면에서 상당한 성능 저하가 있을 수 있으며. 적정 경계치는 영상마다 각각 다르다. 이에 본 논문에서는 영상의 특성에 따라 경계치가 설정되는 적응적 HDA 방법을 제안한다. 제안 방법은 적정 율 왜곡 성능을 유지하며, 채널 복호화 과정 및 WZ 복호화 과정에서 각각 약 62%, 32%의 시간 절감 성능을 보인다.

Keywords

References

  1. D. Slepian and J. K. Wolf, "Noiseless Coding of Correlated Information Source," IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-19, no. 4, pp. 471-480. July 1973.
  2. A. Wyner and J. Ziv, "The Rate-distortion Function for Source Coding with Side Information at The Decoder," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 22, pp. 1-10, July 1976. https://doi.org/10.1109/TIT.1976.1055508
  3. A. Aaron, R. Zhang, and B. Girod, "Wyner-Ziv Coding of Motion Video," Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, pp. 240-244, Pacific Grove, CA, USA, November 2002.
  4. R. Puri and K. Ramchandran, "PRISM: A New Robust Video Coding Architecture Based on Distributed Compression Principles," 40th Allerton Conference on Communication, Control and Computing, pp. 1-10, Allerton, USA, October 2002.
  5. D. J. C. Mackay, "Good error-correcting codes based on very sparse matrices," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 45, pp. 399-431, Mar. 1999. https://doi.org/10.1109/18.748992
  6. C. Berrou and A. Glavieux "Near Shannon limit error correcting coding and decoding: Turbo-codes," Communications, 1993. ICC 93. Geneva. Technical Program, Conference Record, IEEE International Conference on, vol.2, pp1064-1070, May 1993.
  7. 고봉혁, 심혁재, 전병우, "센서네트워크상의 응용을 위한 터보 복호화 오류정정기법을 이용한 경량화 비디오 부호화 방법," 전자공학회논문지, 제 45권 SP편, 제1호, 11-21쪽, 2008년 1월.
  8. B. Ko, J. Sim, and B. Jeon, "Wyner-Ziv Video Coding with Side Matching for Improved Side Information," Pacific-rim Symposium on Image and Video Technology (PSIVT). vol.4872, pp.816 -825, Dec. 2007.
  9. 박천호, 심혁재, 전병우, "잡음 모델 선택을 이용한 Wyner-Ziv 비디오 압축", 전자공학회논문지, 제 46권 SP편, 제4호, 58-66쪽, 2009년 7월.
  10. C. Brites and F. Pereira, "Correlation noise modeling for efficient pixel and transform domain Wyner-Ziv video coding," IEEE Trans. Circuits and Systems for Video Tech., Vol. 18, no. 9, pp. 1177-1190, September 2008. https://doi.org/10.1109/TCSVT.2008.924107
  11. D. Varodayan, A. Aaron, and B. Girod, "Rate-adaptive codes for distributed source coding," EURASIP Signal Processing Journal, Special Section on Distributed Source Coding, Vol. 86, no. 11, pp. 3123-3130, November 2006.
  12. C. Brites, J. Ascenso, and F. Pereira, "Improving transform domain Wyner-Ziv coding performance," IEEE International Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing, pp. 525-528, Toulouse, France, May 2006.
  13. D. Kubasov, K. Lajnef, and C. Guillemot, "A hybrid encoder/decoder rate control for a Wyner-Ziv video codec with a feedback channel," Proc. IEEE Multimedia Signal Processing Workshop, MMSP, Chania, Crete, Greece, October 2007.
  14. R. Y. Shao, S. Lin and M. P. C. Fossorier, "Two simple stopping criteria for turbo decoding," IEEE Trans. Comm, vol. 47, pp. 1117-1120, Aug. 1999. https://doi.org/10.1109/26.780444