KR100761417B1 - 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법 - Google Patents
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Abstract
벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법은 컴퓨터 장치 내에서 일련의 프로그램 처리 단계들을 수행함으로써 이루어지는 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템에서, 상기 컴퓨터 장치가 수행하는 프로그램 처리 단계들은, MPEG-7 표준에서 정의된 시각 정보 기술자들 중의 하나인 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 이미지 및 동영상을 포함하는 데이터베이스를 인덱싱하고 질의 이미지와 유사한 이미지를 검색하는 방법에 있어서, (a) 표준화된 도미넌트 컬러 기술자 표현을 인덱싱 가능하도록 벡터 표현으로 변형하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계에서 변형된 벡터 표현의 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 도미넌트 컬러 기술자들을 인덱싱하는 단계, 및 (c) 상기 (b) 단계에서 인덱싱된 정보를 사용하여 질의 이미지와 유사한 유사 이미지 및 동영상을 검색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 MPEG-7 시각 정보 기술자 중 하나인 도미넌트 컬러를 이용하여 대량의 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템을 구성하고자 할 때 표준화된 MPEG-7 도미넌트 컬러 기술자를 벡터 형식으로 변형하여 도미넌트 컬러가 가지고 있는 속성을 최대한 유지하면서 도미넌트 컬러를 사용한 인덱싱 및 검색이 가능하여 빠른 이미지 및 동영상의 검색이 가능하다.
도미넌트 컬러, 인덱싱, MPEG-7
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법의 주요 단계들을 나타낸 흐름도.
본 발명은 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법에 관한 것이다.
MPEG(Motion Picture Experts Groups)-7은 멀티미디어 데이터베이스 내에서 내용 기반 검색을 지원하는 기술 표준으로서 상기 MPEG-7 파트 3인 비주얼(Visual) 파트에서는 이미지나 동영상 검색에 이용할 수 있는 시각 정보 기술자(Visual Descriptor)를 정의하고 있다. 제안된 시각 정보 기술자들은 표준화 과정을 통해 동영상이나 이미지에 대한 표현 적합성이 이미 검증된 상태이며, 많은 관련 개발자 들이 제안된 기술 사용하여 동영상/이미지 대상의 브라우징/검색 시스템을 연구 개발하고 있다. 하지만 MPEG-7 비주얼 컬러 기술자에 의하여 정의된 콘텐츠의 색정보를 추출하기 위해서는 주파수 영역 정보를 공간 영역 정보로 변환하여야 한다. 이때 변환 과정에서 수행되는 IDCT(Inverse DCT) 연산이 시간을 증가시키는 원인이 되고 있다. 즉, MPEG-7 시각 정보 기술자를 이용하는 내용 기반 이미지/동영상 검색 시스템을 개발하는데 있어서 고차원으로 표현되는 각 기술자들과 복잡한 비교 연산을 수행하여야 하기 때문에 검색 속도 측면에서 볼 때 문제가 된다. 이는 실용적 관점에서 검색 시스템은 검색 결과의 정확성뿐만 아니라 빠른 검색 또한 보장해야 하기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 보통 인덱싱 정보를 만들어 검색에 이용한다. 일반적으로 사용되는 인덱싱 방법으로는 KDB-tree, R-tree, SR-tree, X-tree, 그리고 VA-file과 같은 방법들이 있는데 이러한 방법들은 인덱싱 대상이 되는 데이터가 메트릭 공간(Metric Space)이나 벡터 공간(Vector Space)에 존재해야만 사용할 수 있다. 따라서 기존의 인덱싱 방법들을 MPEG-7 시각 정보 기술자를 이용한 검색 시스템에 적용하기 위해서는 각 기술자들이 메트릭 공간이나 벡터 공간에 존재하여야 한다. 따라서 MPEG-7 시각 정보 기술자 중 메트릭 공간이나 벡터 공간에 존재하지 않는 도미넌트 컬러(Dominant Color)에 대해서는 기존의 인덱싱 방법들을 적용할 수 없다는 문제점을 가지게 된다. 도미넌트 컬러에 대해 자세히 살펴보면 다음과 같다. 도미넌트 컬러는 가장 널리 사용되는 MPEG-7 시각 정보 기술자 중 하나로써 임의의 영역에 대한 주요 색들의 집합을 의미하며 최대 8가지 색으로 표현할 수 있 으며, 로 정의할 수 있다. 은 색상의 개수, 는 색상 값, 는 이미지나 이미지 영역에서 가 차지하고 있는 영역의 비율을 나타내며, 는 옵션 정보로서 해당 색상 영역 내에서의 분산을 나타낸다. 는 이미지 전체에서 도미넌트 컬러들의 공간적 일관성을 나타낸다. 도미넌트 컬러의 비 유사도 는 아래와 같이 계산할 수 있다.
는 색상 간의 유사 정도를 결정하는 임계값을 나타낸다. 즉, 두 색 사이의 거리가 보다 크면 두 색상 간의 유사도는 0이 된다. 일반적으로 CIE LUV 색상 공간에서 는 1.0 ~ 1.5의 값, B는 10 ~ 20의 값으로 정의된다.
전술한 바와 같이 어떤 데이터를 인덱싱하기 위해서는 그 데이터가 메트릭 공간이나 벡터 공간에 존재하여야 한다. 먼저 도미넌트 컬러의 각 차원에 대한 비교 방법이 서로 다르므로 벡터 공간에 존재하지 않음은 자명하다. 이제 도미넌트 ㅋ커컬러 기술자가 메트릭 공간에 존재하는지의 여부를 살펴보도록 하자. 어떤 데이터가 메트릭 공간에 존재한다는 것은 메트릭 공간에 존재한다는 것은 거리 함수 가 다음 4가지 조건을 만족한다는 것을 의미한다.
는 음이 아님의 조건으로부터 만족하지 않을 수 있다. 예를 들어 의 색상과 매칭이 되는 색상이 에 2개 이상이 존재하게 되면 음수 항이 더 커질 가능성이 있다. 따라서 은 메트릭 공간에 존재하지 않는다. 하지만 단일 기술자 안에서의 도미넌트 컬러는 서로 이상 떨어져 있다는 조건을 주면 수학식 2, 3, 및 5의 조건은 만족할 수 있다. 또한 이러한 가정은 추출 과정 중 색상 병합 과정에서 조정할 수 있기 때문에 사용 가능한 가정임에 분명하다. 하지만 이러한 가정을 하더라도 삼각 불균등 조건을 만족하지 않는 경우가 생길 수 있다. 에는 항이 존재하는데, 이 항은 비교되는 색상이 가까울수록 큰 값을 가지며, 멀어질수록 0에 가까운 값으로 정의되어 있다. 세 개의 기술자 , , 및 가 존재한다고 했을 때 삼각 불균등(Triangle Inequality)을 만족하기 위해서는 아래와 같은 수학식 조건을 만족해야 한다.
여기서, 의 각 색상이 과 의 중간 영역에 존재한다고 가정한다면, 과 , 와 의 항은 1에 가까운 값을 갖고, 과 의 항은 0에 가까운 값을 갖게 된다. 따라서 위 수학식 중 마지막 식은 값에 따라 성립하지 않는 경우가 생길 수 있으며 도미넌트 컬러는 메트릭 공간(metric space)에 존재하지 않게 된다.
결국, MPEG-7 도미넌트 컬러 기술자는 메트릭 공간이나 벡터 공간에 존재하지 않기 때문에 기존의 알려진 인덱싱 방법들을 적용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 MPEG-7 시각 정보 기술자 중 하나인 도미넌트 컬러를 이용하여 대량의 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템을 구성하고자 할 때 검색 속도를 향상하기 위해서 도미넌트 컬러가 가지고 있는 속성을 최대한 유지하면서 인덱싱 가능하도록 그 표현 방법과 비교 방법을 변형하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법은, 엠펙-7 표준에서 정의된 시각 정보 기술자들 중의 하나인 도미넌트 컬러 기술자를 사 용하여 이미지 및 동영상을 포함하는 데이터베이스를 인덱싱하고 질의 이미지와 유사한 이미지를 검색하는 방법에 있어서,
(a) 표준화된 도미넌트 컬러 기술자 표현을 인덱싱 가능하도록 벡터 표현으로 변형하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 변형된 벡터 표현의 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 도미넌트 컬러 기술자들을 인덱싱하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 인덱싱된 정보를 사용하여 질의 이미지와 유사한 유사 이미지 및 동영상을 검색하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a) 단계는,
(a-1) 색상을 표현하는 채널 수, 양자화 값, 및 색상들 사이의 유사 정도를 결정하는 소정의 임계값을 고려하여 차원의 개수와 각 차원의 의미를 결정하는 단계; 및
(a-2) 상기 (a-1) 단계에서 결정된 차원의 개수와 각 차원의 의미에 일치하도록 데이터베이스 내 모든 도미넌트 컬러 기술자에 대응되는 벡터들을 구성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계는,
(c-1) 상기 (b) 단계의 인덱싱을 통하여 후보 집합을 선택하는 단계; 및
(c-2) 질의 벡터와 후보 집합 각각의 도미넌트 컬러 벡터 사이의 가중치 있는 유클리디안 거리를 구하고 구한 유클리디안 거리를 사용하여 정답 집합을 선택하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 대량의 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템에서 수행되는 이미지/동영상의 인덱싱 및 검색 방법에 관한 것으로 도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법의 주요 단계들을 흐름도로써 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법은 컴퓨터 장치 내에서 일련의 프로그램 처리 단계들을 수행함으로써 이루어지는 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템에서, 상기 컴퓨터 장치가 수행하는 프로그램 처리 단계로서 먼저, MPEG-7에서 표준화된 도미넌트 컬러 기술자는 메트릭 공간이나 벡터 공간에 존재하지 않기 때문에 기존의 어떠한 인덱싱 방법들도 적용할 수 없으므로, (a) 표준화된 도미넌트 컬러 기술자 표현을 인덱싱 가능하도록 벡터 표현으로 변형한다(단계 S10).
상기 (a) 단계를 설명하기 위해서 다음과 같은 도미넌트 컬러 기술자 집합을 가정한다. 을 소정의 양의 수라 할 때, 개의 도미넌트 컬러 기술자를 원소로 가지고 있는 집합 을 가정한다. 임의의 도미넌트 컬러 기술자 는 MPEG-7 표준안에 의하여 로 표현할 수 있다. 여기서, 은 색상의 개수, 는 색상 값, 는 이미지나 이미지 영역에서 가 차지하고 있는 영역의 비율을 나 타낸다. 는 옵션 정보로서 해당 색상 영역 내에서의 분산을 나타낸다. 와 같이 표현되는 도미넌트 컬러 기술자는 다음과 같은 과정을 통해 인덱싱 가능하도록 벡터 표현으로 만드는 것이 가능하다.
예를들어, 색상을 표현하기 위해 을 소정의 양의 수라 할 때,개의 채널을 사용하고, 각 채널을 이라 한다. 번 채널의 색상이 가질 수 있는 최소값을 , 최대값을 라 하고, 양자화(Quantization) 값을 라 하면, 번 채널에 대한 차원의 개수는 와 같이 결정할 수 있다. 각 채널은 서로 독립이므로 전체 차원 개수는 으로 설정할 수 있다.
여기서, 각 차원은 색상 정보를 대표하는 것으로서 첫 번째 채널부터 마지막 채널까지 로 메이저(row major) 형식으로 구성된다. 예를 들어 도미넌트 컬러를 표현하기 위한 색상 정보가 3 개의 채널로 구성되고 각 채널의 최소 값이 0, 최대 값이 255이며 양자화 값을 4, 소정의 임계값를 10이라고 가정한다면 차원 0은 (0 ~ 40, 0 ~ 40, 0 ~ 40), 차원 1은 (0 ~ 40, 0 ~ 40, 40 ~ 80), 차원 2는 (0 ~ 40, 0 ~ 40, 80 ~ 120)을 의미하게 되고, 마지막 차원은 (240 ~ 255, 240 ~ 255, 240 ~ 255)를 의미하게 된다.
이로써, (a-1) 색상을 표현하는 채널 수, 양자화 값, 및 색상들 사이의 유사 정도를 결정하는 소정의 임계값을 고려하여 차원의 개수와 각 차원의 의미를 결정하는 단계가 이루어진다.
다음으로, 데이터 베이스 내 임의의 도미넌트 컬러 기술자 에 대응되는 벡터 를 구성한다. 모든 차원으로 0으로 초기화 한 후 가 해당되는 차원에, 이미지나 이미지 영역에서 가 차지하고 있는 영역의 비율을 나타내는 을 할당한다. 하지만 서로 다른 차원에 존재하는 색상이라 하더라도 색상 간 거리가 소정의 임계값보다도 작을 가능성이 존재하기 때문에 인접 색상을 나타내는 차원에도 를 할당한다. 예를 들어, 3차원 색상일 경우 가 에 해당한다면 , , , , , , 에도 를 할당한다. 이로써, (a-2) 상기 (a-1) 단계에서 결정된 차원의 개수와 각 차원의 의미에 일치하도록 데이터베이스 내 모든 도미 넌트 컬러 기술자에 대응되는 벡터들을 구성하는 단계가 이루어진다.
다음으로, (b) 상기 (a) 단계에서 변형된 벡터 표현의 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 도미넌트 컬러 기술자들을 인덱싱한다(단계 S12). 벡터 공간의 데이터를 인덱싱할 수 있는 모든 인덱싱 방법을 적용할 수 있지만 상기 (a) 단계를 통해 나온 벡터가 고차원이고 매우 희소(sparse)한 특성을 가지고 있기 때문에 Xs-Tree, VA-file, 계층적 비트맵 인덱싱(Hierarchical Bitmap Indexing)과 같은 방법을 사용하여 인덱싱하는 것이 보다 바람직할 것이다.
이제, (c) 상기 (b) 단계(단계 S12)에서 인덱싱된 정보를 사용하여 질의 이미지와 유사한 유사 이미지 및 동영상을 검색(단계 S14)하는 것이 가능하다. 예를들어, 상기 (b) 단계의 인덱싱을 통하여 후보 집합을 선택(단계 (c-1))하고, 질의 벡터와 후보 집합 각각의 도미넌트 컬러 벡터 사이의 가중치 있는 유클리디안 거리를 구하고 구한 유클리디안 거리를 사용하여 정답 집합을 선택(단계 (c-2))한다. 즉, 상기 (b) 단계에서 적용한 인덱싱 방법에서 정의된 후보 집합 선택 방법을 사용하여 후보 집합이 만들어지면 정답 집합을 구하기 위해 후보 집합 내의 도미넌트 컬러 벡터와 질의 도미넌트 컬러 벡터 사이의 유클리디안 거리를 와 같이 구할 수 있다. 여기서, 변형된 벡터 표현의 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 도미넌트 컬러 기술자들이 인덱싱되어 있고 모든 컬러 기술자들은 1:1로 데이터에 매핑되어 있으므로 데이터베이스내의 데이터를 검색하는 것이 가능한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 MPEG-7 시각정보 기술자 중 도미넌트 컬러 기술자를 이용한 이미지 및 동영상 검색 시 도미넌트 컬러 기술자의 표현 방법과 비교 방법의 변형을 통한 검색 속도 향상 방법에 따르면 사용자는 메트릭 공간이나 벡터 공간에 존재하지 않는 표준안의 MPEG-7 도미넌트 컬러 기술자를 약간의 변형을 통하여 인덱싱할 수 있으며 이를 통하여 빠른 이미지 및 동영상의 검색이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 MPEG-7 시각 정보 기술자 중 하나인 도미넌트 컬러를 이용하여 대량의 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템을 구성하고자 할 때 표준화된 MPEG-7 도미넌트 컬러 기술자를 벡터 형식으로 변형하여 도미넌트 컬러가 가지고 있는 속성을 최대한 유지하면서 도미넌트 컬러를 사용한 인덱싱 및 검색이 가능하여 빠른 이미지 및 동영상의 검색이 가능하다.
Claims (3)
- 컴퓨터 장치 내에서 일련의 프로그램 처리 단계들을 수행함으로써 이루어지는 이미지/동영상에 대한 내용 기반 검색 시스템에서, 엠펙-7 표준에서 정의된 시각 정보 기술자들 중의 하나인 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 이미지 및 동영상을 포함하는 데이터베이스를 인덱싱하고 질의 이미지와 유사한 이미지를 검색하는 방법에 있어서, 상기 컴퓨터 장치가 수행하는 프로그램 처리 단계들은,(a) 표준화된 도미넌트 컬러 기술자 표현을 인덱싱 가능하도록 벡터 표현으로 변형하는 단계;(b) 상기 (a) 단계에서 변형된 벡터 표현의 도미넌트 컬러 기술자를 사용하여 도미넌트 컬러 기술자들을 인덱싱하는 단계; 및(c) 상기 (b) 단계에서 인덱싱된 정보를 사용하여 질의 이미지와 유사한 유사 이미지 및 동영상을 검색하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,(a-1) 색상을 표현하는 채널 수, 양자화 값, 및 색상들 사이의 유사 정도를 결정하는 소정의 임계값을 고려하여 차원의 개수와 각 차원의 의미를 결정하는 단계; 및(a-2) 상기 (a-1) 단계에서 결정된 차원의 개수와 각 차원의 의미에 일치하도록 데이터베이스 내 모든 도미넌트 컬러 기술자에 대응되는 벡터들을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,(c-1) 상기 (b) 단계의 인덱싱을 통하여 후보 집합을 선택하는 단계; 및(c-2) 질의 벡터와 후보 집합 각각의 도미넌트 컬러 벡터 사이의 가중치 있는 유클리디안 거리를 구하고 구한 유클리디안 거리를 사용하여 정답 집합을 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 표현으로 변형된 도미넌트 컬러 기술자를 사용한 멀티미디어 데이터베이스의 인덱싱 및 검색 방법.
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