원문 BD-Rate & BD-PSNR: Calculation and Interpretation
예전에 공부했던 것 같은데 자주 안쓰니 헷갈려서 기록해둔다😅
나의 이해를 위해 의역 많고 나의 영어실력 때문에 오역 있을 수도^ㅡ^
BD-Rate와 BD-PSNR은 비디오 압축에서 사용되는 객관적 성능 측정법이다. 율-왜곡 성능을 비교하기 위해서, 또는 두개의 다른 비디오 코덱 사이의 압축 성능을 비교하기 위해서, 또는 같은 비디오 코덱에서 다양한 비트율이나 quality value 등을 비교하기 위해 사용한다. 이 글에선 BD-Rate와 BD-PSNR metrics을 살펴보고, BD-Rate를 어떻게 계산하고 해석하는지를 가르친다.
Rate-Distortion (RD) Plots
코덱의 성능을 평가할 때, 일반적으로 다양한 비트율(보통 kbps, Mbps) 대비 quality (PSNR in dB)를 나타내는 rate-distortion (RD) curve를 사용할 것이다. BD-Rate metrics는 RD Curve에서의 정보를 사용하며, 한 코덱이 다른 한 코덱에 비해 얼마나 향상되었는지를 나타낸다.
하지만, 먼저, 함께 영상 압축 분야에서 가장 자주 사용되는 RD curves에 대해서 알아보자.
(생략)
BD-Rate of Bjontegaard Delta-Rate
Bjontegaard metric calculation은 두개의 분야가 있다 - BD PSNR과 BD Rate이다. 이 계산법은 “G. Bjontegaard, Calculation of average PSNR differences between RD-curves (VCEG-M33) S. Pateux, J. Jung, An excel add-in for computing Bjontegaard metric and its evolution” 논문에서 제시되었고, 두 개의 다른 코덱 사이의 RD 성능, 또는 같은 코덱의 다른 설정을 비교하는데 아주 요긴하게 사용되고 있다.
BD-Rate와 BD-PSNR의 계산은 복잡해서, 나는 IETF doc으로부터 텍스트를 만들었다. 만약 당신이 이해할 수 없다면, 걱정 마라! 다행히도 저자는 플러그인이 담긴 엑셀 시트를 제공해서 계산을 아주 간단하게 만들어준다. 우리는 아래 설명에 대해 걱정할 필요가 없다. (휴!)
1. Rate/distortion points는 reference와 test codec을 위해 계산된다.
2. 최소한 네개의 points가 계산되어야 한다. 같은 코덱의 두가지 버전을 비교할 경우, 이 포인트들은 같은 quantizer를 가져야 한다.
3. 범위 밖 추가적인 포인트들은 버린다.
4. The rates are converted into log-rates.
5. piecewise cubic hermite interpolating polynomial이 각 코덱의 선택한 points들에 맞도록 해서, 왜곡을 위해 사용하는 log-rate function을 생성한다.
Metric score ranges are computed:
1. If comparing two versions of the same codec, the overlap is the intersection of the two curves, bound by the chosen quantizer points.
2. If comparing dissimilar codecs, a third anchor codec’s metric scores at fixed quantizers are used directly as the bounds.
3. The log-rate is numerically integrated over the metric range for each curve, using at least 1000 samples and trapezoidal integration.
4. The resulting integrated log-rates are converted back into linear rate, and then the percent difference is calculated from the reference to the test codec.(생략)
B-DSNR (dB)
- Same as BD-PSNR.
- 이는 같은 bitrate에서 Curve1 대비 Curve2로부터 도출되는 퀄리티 이득을 계산한다.
- 즉, 계산결과가 5dB가 나왔다면, 같은 bitrate에서 두번째 커브가 5dB 더 좋은 성능을 보인다는 것을 뜻한다.
- 계산은 PSNR 말고도 SSIM, VMAF로도 가능하다. 단, 단위를 신경써야 한다. (dB가 아닌 다른 단위를 사용할 수도 있으므로)
B-DBR (%)
- Same as BD-Rate.
- 같은 퀄리티에서 얼마나 bitrate가 save되었는지를 나타낸다.
- 만약 B-DBR이 50%이면, 같은 quality를 달성하기 위해 Curve2가 50% 더 많은 bits를 필요로 한다는 것이다.
- 만약 B-DBR이 -25%이면, 같은 quality를 달성하기 위해 Curve2가 25% 더 적은 bits를 필요로 한다는 것이다.
- +/- signs과 해석에 주의하도록 한다.
(이하 생략)
