ICER
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1. 개요
ICER는 이미지 품질과 압축 정도를 제어하기 위해 바이트 할당량과 품질 수준을 지정하는 압축 기술이다. ICER은 유연한 압축 제어, 오류 억제, 그리고 JPEG2000과의 비교를 통해 다양한 기능을 제공한다. ICER은 우주선에 사용되는 저사양 CPU를 위해 개발되었으며, JPEG2000과 유사한 웨이블릿 기반 압축을 사용한다. ICER-3D는 하이퍼스펙트럴 이미지용 압축기로, ICER의 기능을 상속받아 오류 억제, 컨텍스트 모델링, 3차원 웨이블릿 분해 등을 활용한다.
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| ICER | |
|---|---|
| ICER (파일 포맷) | |
| 종류 | 압축 |
| 설계자 | 사이먼 브라운 |
| 개발자 | 아이디어 공장 |
| 첫 번째 버전 | 1995년 |
| 최신 버전 | 2.2 (2000년) |
| 상태 | 사용되지 않음 |
| 유형 | 래스터 그래픽스 |
| 컨테이너 | 없음 |
| 인코딩 | 무손실 압축 |
| 사용 위치 | 비디오 게임 아카이브 |
| 확장자 | .icer |
| MIME 유형 | image/x-icer |
| 기술 상세 정보 | |
| ICER | 빠른 무손실 이미지 코덱이다. |
| 목적 | 아카이브 및 저사양 하드웨어에서 빠른 실시간 디코딩에 적합 |
| 용도 | 아이디어 공장의 비디오 게임에서 사용 |
| 특징 | 속도 단순성 빠른 디코딩 무손실 압축 |
| 구조 | ICER 파일은 헤더와 이미지 데이터로 구성 헤더에는 이미지의 폭, 높이, 색상 팔레트 등 정보 포함 이미지 데이터는 압축된 픽셀 데이터로 구성 |
| 압축 방법 | 무손실 압축 알고리즘 사용 알고리즘 세부 사항은 공개되지 않음 |
| 한계 | 압축률이 다른 무손실 코덱에 비해 낮음 특히 트루컬러 이미지에서 성능 저하 |
| 지원 | |
| 리브아세르 | C로 작성된 ICER 디코더 라이브러리 |
| 지원 운영 체제 | 도스 윈도우 리눅스 |
| 사용 예시 | 윈도우의 DirectShow 필터 |
| 같이 보기 | |
| 관련 항목 | 실시간 텍스처 압축 비디오 코덱 이미지 코덱 |
2. ICER의 실제 고려 사항
ICER는 사용자가 바이트 할당량 및 품질 수준 매개변수를 조절하여 이미지 품질과 압축 정도를 제어할 수 있도록 설계되었다.[1] ICER은 가능한 한 적은 수의 압축된 바이트를 사용하여 품질 수준을 충족하는 압축된 이미지를 생성하려고 시도하며, 품질 수준이나 바이트 할당량 중 먼저 충족되는 것을 기준으로 압축을 중단한다.[1]
오류 포함을 위해 ICER은 압축된 비트스트림을 독립적으로 디코딩할 수 있는 세그먼트로 생성한다. 이 세그먼트는 원본 이미지의 직사각형 영역을 나타내지만 변환 도메인에서 정의된다. 이미지를 직접 분할하고 웨이블릿 변환을 각 세그먼트에 개별 적용하면 손실 압축 시 데이터 손실이 없더라도 재구성된 이미지에서 세그먼트 간 경계가 보일 수 있다.[1]
ICER은 세그먼트 수 선택의 자동화된 유연성을 제공하여, 압축 효율성과 패킷 손실 보호를 교환해 서로 다른 채널 오류율을 수용할 수 있다.[1] 많은 이미지는 이미지의 서로 다른 영역이 다른 세그먼트에 나타나기 때문에 4~6개의 세그먼트(메가 픽셀 이미지의 경우)를 사용할 때 가장 효과적으로 압축된다.[1]
2. 1. 바이트 할당량 및 품질 수준
ICER는 사용자가 바이트 할당량(압축된 이미지 크기)과 품질 수준을 지정하여 압축을 제어한다. 주어진 제약 조건(바이트 할당량 또는 품질 수준) 중 먼저 충족되는 조건에 따라 압축을 중단한다.[1]이러한 구성은 이미지 품질을 제어하는 단일 매개변수만 제공하는 압축기(예: 화성 탐사선에 사용된 JPEG 압축기)에 비해 유연성을 제공한다. 예를 들어, 압축된 이미지를 전송하는 데 사용할 수 있는 대역폭이 주된 관심사일 때, 품질 목표를 무손실로 설정하고 주어진 바이트 할당량이 얻어진 압축량을 결정하도록 할 수 있다.[1]
반대로 최소 허용 이미지 품질이 유일한 중요한 고려 사항일 때는 충분히 큰 바이트 할당량을 지정할 수 있으며, 압축량은 지정된 품질 수준에 의해 결정된다.[1]
2. 2. 유연한 압축 제어
ICER은 사용자가 바이트 할당량(압축된 이미지를 저장하는 데 사용될 바이트 수)과 품질 수준(품질 목표)을 지정하여 이미지 품질과 압축 정도를 제어한다. ICER은 가능한 한 적은 수의 압축된 바이트를 사용하여 품질 수준을 충족하는 압축된 이미지를 생성하려고 시도하며, 품질 수준이나 바이트 할당량 중 먼저 충족되는 것을 기준으로 압축된 바이트 생성을 중단한다.이러한 구성은 이미지 품질을 제어하는 단일 매개변수만 제공하는 압축기(예: 화성 탐사선에 사용된 JPEG 압축기)에 비해 더 유연하다. ICER을 사용하면 압축된 이미지를 전송하는 데 사용할 수 있는 대역폭이 주된 관심사일 때, 품질 목표를 무손실로 설정하고 주어진 바이트 할당량이 얻어진 압축량을 결정한다.
반대로 최소 허용 이미지 품질이 유일하게 중요한 고려 사항일 때는 충분히 큰 바이트 할당량을 지정할 수 있으며, 압축량은 지정된 품질 수준에 의해 결정된다.
오류 포함을 달성하기 위해 ICER은 압축된 비트스트림을 독립적으로 디코딩할 수 있는 별도의 조각 또는 세그먼트로 생성한다. 이러한 세그먼트는 원본 이미지의 직사각형 영역을 나타내지만 변환 도메인에서 정의된다. 이미지를 직접 분할하고 웨이블릿 변환을 각 세그먼트에 개별적으로 적용하는 경우, 손실 압축 하에서 압축된 데이터가 손실되지 않더라도 재구성된 이미지에서 세그먼트 간의 경계가 눈에 띄는 경향이 있다.
ICER은 세그먼트 수를 선택하는 자동화된 유연성을 제공하므로, 압축 효율성을 패킷 손실 보호와 교환하여 서로 다른 채널 오류율을 수용할 수 있다.
많은 이미지는 이미지의 서로 다른 영역이 다른 세그먼트에 나타나기 때문에 4~6개의 세그먼트(메가 픽셀 이미지의 경우)를 사용하여 가장 효과적으로 압축되므로, 더 많은 세그먼트가 항상 압축 효율성에 나쁜 것은 아니다.
2. 3. 오류 억제
ICER는 압축된 비트스트림을 독립적으로 디코딩할 수 있는 세그먼트로 나누어 오류 억제를 달성한다. 각 세그먼트는 원본 이미지의 직사각형 영역을 나타내지만, 변환 도메인에서 정의된다. 이미지 자체를 분할하고 각 세그먼트에 웨이블릿 변환을 적용하는 방식과 달리, ICER는 세그먼트 간 경계가 눈에 띄지 않도록 한다.[1]ICER는 세그먼트 수 선택에 자동화된 유연성을 제공하여, 압축 효율성과 패킷 손실 보호를 서로 교환해 서로 다른 채널 오류율을 수용할 수 있도록 한다.[1]
더 많은 세그먼트를 사용하는 것이 항상 압축 효율성에 부정적인 영향을 주는 것은 아니다. 많은 이미지는 이미지의 서로 다른 영역이 다른 세그먼트에 나타나기 때문에 4~6개의 세그먼트(메가 픽셀 이미지의 경우)를 사용할 때 가장 효과적으로 압축된다.[1]
2. 4. 세그먼트 수 선택
ICER는 압축 효율성과 패킷 손실 보호 사이의 균형을 맞추기 위해 세그먼트 수를 자동으로 선택한다. 채널 오류율에 따라 세그먼트 수를 조절할 수 있다. 이미지 특성에 따라 4~6개의 세그먼트를 사용할 때 압축 효율이 가장 좋은 경우도 있다.[1]3. JPEG2000과의 비교
JPEG 2000은 화성 탐사 로버에서 이미지를 전송하는 데 사용되는 이미지 압축 형식으로, ICER와 몇 가지 설계 공통점을 가지고 있다.[1]
3. 1. 공통점
ICER는 JPEG 2000과 마찬가지로 웨이블릿 기반 압축 방식을 사용하며, 다음과 같은 기능을 제공한다.[1]- 점진적 압축
- 무손실 압축 (LOCO 압축기 사용)
- 손실 압축
- 심우주 채널에서 데이터 손실의 영향을 줄이기 위한 이미지 컨텍스트 오류 정정
ICER는 전반적으로 JPEG2000 이미지 압축 표준과 경쟁력 있는 손실 압축 성능을 제공한다.[1]
ICER와 JPEG 2000의 공통 기능은 다음과 같다.[1]
| 기능 | 설명 |
|---|---|
| 가변적인 수의 이미지 타일 제공 | 압축 효율성을 높이고 메모리 및 처리 시간 요구 사항을 줄인다. |
| 바이트 할당량 제공 | 지원 |
| 품질 할당량 제공 | 지원 |
3. 2. 차이점
JPEG 2000과 ICER는 다음과 같은 여러 중요한 내부적인 차이점을 가지고 있다.- JPEG 2000은 부동 소수점 연산을 사용하는 반면, ICER는 정수 연산만 사용한다. 따라서 ICER는 T414 트랜스퓨터와 같이 정수 연산만 가능한 CPU에서 좋은 성능을 보일 수 있지만, JPEG 2000은 부동 소수점 에뮬레이션을 사용해야 하므로 성능이 저하될 수 있다.
- ICER는 무손실 이미지 압축을 위해 별도의 내부 LOCO (Low Complexity Lossless Compression, 저복잡도 무손실 압축) 압축기를 사용한다.
- JPEG 2000은 저복잡도 대칭 웨이블릿 무손실 압축기를 구현하지만, ICER는 정수 연산만 가능한 비 웨이블릿 무손실 압축기를 사용한다.
- ICER과 JPEG 2000은 색 공간을 다르게 인코딩한다.
- ICER는 현재 형태로 볼 때, NASA 심우주 네트워크 파일 형식에서 시작되었기 때문에 컬러 이미지보다 흑백 이미지를 더 잘 압축한다.
- ICER는 바이트 및 품질 할당량이 적용될 때 1% 미만의 오버슛을 보인다. 반면에, JPEG 2000 코덱은 일반적으로 바이트 할당량을 초과하지 않도록 설계된다.
4. ICER와 ICER-3D의 활용
ICER는 마스 익스플로레이션 로버와 같은 우주 탐사 임무에 주로 활용되었으며, 실시간 응용 프로그램보다는 근실시간 응용 프로그램에 적합하게 설계되었다.[1]
4. 1. ICER
ICER는 우주선에서 사용되는 저사양 32비트 CPU (본질적으로 임베디드 컴퓨터)를 위해 개발되었다. 마스 익스플로레이션 로버에 최종적으로 사용되었다. 실시간 응용 프로그램에는 한 번도 사용된 적이 없으며, 근실시간(near real time) 응용 프로그램에만 사용되었다.[1]JPEG2000은 근실시간 및 실시간 (디지털 시네마, 방송)에서 많은 이미지 처리 응용 프로그램에 사용되었다. 이 코덱의 주요 장점은 라이선스가 없다는 것이다 (JPEG2000 PART1). JPEG 위원회는 "JPEG 위원회의 강력한 목표는 표준이 로열티 및 라이선스 비용 지불 없이 기본 형태로 구현될 수 있도록 하는 것이었습니다. [...] 이 분야에서 많은 특허를 보유한 20개 이상의 대규모 조직과 표준과 관련된 지적 재산을 라이선스 비용이나 로열티 지불 없이 사용할 수 있도록 합의를 도출했습니다."라고 밝혔다.[1]
휴렛 팩커드(Hewlett-Packard)의 원격 그래픽 소프트웨어는 HP3 (코덱)이라는 비디오 코덱을 사용하며, 이는 화성 탐사 로버 압축에서 파생되었다고 주장한다. 이는 ICER의 실시간 구현일 수 있다.[1]
ICER는 ICER 이미지로 더 낮은 속도 왜곡 수준 (일명 회색 레벨 오류)을 가능하게 하는 '''스펙트럴+ICER'''라는 새로운 모드를 제공한다. 이 모드는 현재까지 마스 패스파인더에서만 사용되고 있지만, ICER 표준에서 더 널리 구현될 수 있다.
4. 2. JPEG2000
JPEG2000은 근실시간 및 실시간 이미지 처리 응용 프로그램(디지털 시네마, 방송 등)에 널리 사용된다. JPEG2000 PART1은 로열티 및 라이선스 비용 없이 사용할 수 있다는 장점이 있다.[1] JPEG 위원회는 "표준이 로열티 및 라이선스 비용 지불 없이 기본 형태로 구현될 수 있도록 하는 것이 JPEG 위원회의 강력한 목표였다. [...] 이 분야에서 많은 특허를 보유한 20개 이상의 대규모 조직과 표준과 관련된 지적 재산을 라이선스 비용이나 로열티 지불 없이 사용할 수 있도록 합의를 도출했다."라고 밝혔다.[1]4. 3. HP3 (코덱)
휴렛 팩커드(HP)의 원격 그래픽 소프트웨어는 HP3 (코덱)이라는 비디오 코덱을 사용하며, 이는 화성 탐사 로버 압축에서 파생되었다고 주장한다. 이는 ICER의 실시간 구현일 수 있다.[1]4. 4. 스펙트럴+ICER
ICER는 '''스펙트럴+ICER'''라는 새로운 모드를 제공하여 ICER 이미지에서 더 낮은 속도 왜곡 수준(회색 레벨 오류)을 가능하게 한다. 이 모드는 현재까지 마스 패스파인더에서만 사용되고 있지만, ICER 표준에서 더 널리 구현될 수 있다.[1]5. ICER-3D
ICER-3D는 하이퍼스펙트럴 이미지용 압축기이다. 3차원 웨이블릿 분해를 사용하여 3차원 데이터 종속성을 부분적으로 활용하며, 딥 스페이스 채널에서 데이터 손실의 영향을 제한하는 효과적인 오류 억제 방식을 제공한다.[1]
5. 1. 오류 억제
ICER-3D의 오류 억제 세그먼트는 JPEG 2000과 유사하게 공간적(웨이블릿 변환 도메인에서)으로 정의된다. 웨이블릿 변환된 데이터는 ICER와 거의 동일한 방식으로 분할되지만, ICER-3D에서는 세그먼트가 모든 스펙트럼 밴드를 통과한다. ICER 및 ICER-3D의 오류 억제 세그먼트는 수정되지 않은 ICER 사각형 분할 알고리즘을 사용하여 정의된다.5. 2. 컨텍스트 모델링
ICER-3D는 스펙트럼 차원에서 두 개의 인접한 계수를 기반으로 컨텍스트를 정의한다. 이는 동일한 공간 평면의 인접한 계수를 사용하지 않는 방식이며, 공간적으로 인접한 계수에서 이전에 인코딩된 정보를 사용하는 ICER의 컨텍스트 모델링 방식과 대조된다.[1]ICER-3D는 3차원 웨이블릿 분해를 사용하여 3차원 데이터 종속성을 부분적으로 활용한다. ICER-3D에서 사용되는 특정 분해는 3차원 Mallat 분해와 비교하여 추가적인 공간 분해 단계를 포함한다. 이러한 수정된 분해는 정량적으로 향상된 속도-왜곡 성능과 스펙트럼 링잉 아티팩트 제거의 형태로 이점을 제공한다.[1]
ICER-3D는 웨이블릿 변환된 하이퍼스펙트럴 데이터의 상관 관계 속성을 활용하여, 웨이블릿 변환된 데이터에서 공간적 종속성보다 스펙트럼 종속성을 강조하는 컨텍스트 모델링 절차를 사용한다. 이는 고려된 대안적인 공간 컨텍스트 모델러보다 상당한 이점을 제공한다.[1]
5. 3. ICER와의 기능 상속
ICER-3D는 프로그레시브 압축, 무손실 및 손실 압축, 오류 억제 등 ICER의 주요 기능을 상속받는다.[1] ICER-3D의 오류 억제 세그먼트는 JPEG 2000과 유사하게 웨이블릿 변환 도메인에서 공간적으로 정의된다.[1] 웨이블릿 변환된 데이터는 ICER와 거의 동일한 방식으로 분할되지만, ICER-3D에서는 세그먼트가 모든 스펙트럼 밴드를 통과한다.[1] ICER 및 ICER-3D의 오류 억제 세그먼트는 수정되지 않은 ICER 사각형 분할 알고리즘을 사용하여 정의된다.[1]ICER-3D에서 컨텍스트는 스펙트럼 차원의 인접 계수 두 개를 기반으로 정의되며, 동일한 공간 평면의 인접 계수는 사용하지 않는다.[1] 이는 ICER에서 사용되는 컨텍스트 모델링 방식, 즉 공간적으로 인접한 계수에서 이전에 인코딩된 정보를 사용하는 방식과 대조된다.[1]
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