인공지능으로 풀HD영상 4K UHD로 실시간 변환

김문철 KAIST 교수팀 연구···심층 콘볼루션 신경망 이용
인공지능의 핵심 기술을 활용해 초고해상도 4K UHD 화면을 실시간으로 생성할 수 있는 알고리즘과 하드웨어가 나왔다. 

KAIST(총장 신성철)는 김문철 전기·전자공학부 교수 연구팀이 딥러닝 기술을 이용해 풀 HD 비디오 영상을 4K UHD 초고화질 영상으로 변환할 수 있는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

최근 영상 화질 개선 연구에 인공지능의 핵심 기술인 심층 콘볼루션 신경망(Deep Convolutional Neural Network, DCNN)을 적용시키려는 노력이 이뤄지고 있다.

심층 콘볼루션 신경망 기술은 연산 복잡도가 매우 높고 사용되는 메모리가 커 작은 규모의 하드웨어를 통해 초고해상도 영상으로 실시간 변환하는 데 한계가 있었다.

기존에 프레임 단위로 영상을 처리하던 방식은 DRAM과 같은 외부 메모리 사용이 필수적인데 이로 인해 영상 데이터를 처리할 때 지나친 외부 메모리 접근으로 인한 메모리 병목현상과 전력 소모 현상이 발생했다. 

김 교수 연구팀은 프레임 단위 대신 라인 단위로 데이터를 처리할 수 있는 효율적인 심층 콘볼루션 신경망 구조를 개발해 외부 메모리를 사용하지 않고도 작은 규모의 하드웨어에서 초당 60 프레임의 4K UHD 초해상화를 구현했다.

연구팀은 기존 소프트웨어 방식의 심층 콘볼루션 신경망 기반의 고속 알고리즘과 비교해 필터 파라미터를 65% 정도만 적용하고도 유사한 화질을 유지했다. 

이는 딥러닝 기술을 이용한 고해상도 영상 변환 기술이 활발히 진행되는 가운데 초당 60프레임의 4K UHD 초해상화를 하드웨어로 실현한 첫 사례로 꼽힌다.

김 교수는 "심층 콘볼루션 신경망이 작은 규모의 하드웨어에서 초고품질 영상 처리에 실질적으로 응용 가능한 기술임이 증명됐다"면서 "현재 프리미엄 UHD TV와 UHD 방송 콘텐츠 생성, 360도 VR 콘텐츠, 4K IPTV 서비스에 효과적으로 적용될 수 있다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 정보통신기술진흥센터(IITP) ICT 기초연구실지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 현재 특허 출원을 준비 중이다.

실시간 AI 딥러닝 기반 고속 초고해상도 업스케일링 기술.<자료=KAIST 제공>실시간 AI 딥러닝 기반 고속 초고해상도 업스케일링 기술.<자료=KAIST 제공>
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