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풀HD를 울트라HD로…실시간으로 영상화질 4배 높여 주는 인공지능 기기

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2018년 01월 17일 07:00 프린트하기

김문철 KAIST 교수팀이 인공지능(AI) 기술을 적용해 개발한 실시간 화질 변환 기기(왼쪽 아래). 풀HD(FHD) 화질의 영상을 울트라HD(UHD) 영상으로 실시간 변환해 준다. - 송경은 기자 kyungeun@donga.com
김문철 KAIST 교수팀이 인공지능(AI) 기술을 적용해 개발한 실시간 화질 변환 기기(왼쪽 아래). 풀HD(FHD) 화질의 영상을 울트라HD(UHD) 영상으로 실시간 변환해 준다. - 송경은 기자 kyungeun@donga.com

풀HD(FHD) 영상을 화질이 4배 좋은 울트라HD(UHD) 영상으로 실시간 변환해 주는 인공지능(AI) 기술이 나왔다.

 

김문철 KAIST 전기 및 전자공학부 교수팀은 초당 60장을 처리할 수 있는 실시간 UHD 화질 변환 기기를 세계 최초로 개발했다고 16일 밝혔다. 이 기기에는 사람의 학습 방식을 컴퓨터에 모사한 인공지능 딥러닝(심층 기계학습) 기술이 적용됐다.

 

김 교수는 “UHD TV가 출시된 지 꽤 오랜 시간이 지났지만, 아직까지 방송 콘텐츠는 FHD 화질의 영상이 대부분”이라며 “UHD TV에 셋톱박스 크기의 장치만 설치하면, FHD 방송 콘텐츠도 쉽게 UHD 영상으로 즐길 수 있다”고 밝혔다. 이 기술은 360도 가상현실(VR) 콘텐츠에도 적용 가능하다.

 

연구진은 FHD(1920×1080) 영상을 입력하면, 가로세로 픽셀 수가 각각 2배씩 늘어난 UHD(3840×2160) 영상이 출력되도록 인공신경망인 ‘딥컨벌루션신경망(DCNN)’을 설계했다. FHD 영상을 그냥 늘리면 화면이 깨지겠지만, 이 인공신경망은 화면을 구성하는 각 픽셀이 어떤 색일지 추론하는 방식으로 픽셀 수 자체를 늘려 고화질 영상을 만들어낸다.

  

이런 일이 가능한 이유는 연구진이 영상 패치를 이용해 인공지능에게 수백만 번 반복학습을 시켰기 때문이다. 같은 영상을 저화질(128×128)과 고화질(256×256)로 만들어 각각 입력 값과 출력 값(정답)으로 한 뒤, 픽셀 값 추론 능력을 가르친 것이다.

 

학습훈련 후에는 정답이 주어지지 않더라도 FHD 영상을 입력하면 UHD 영상을 생성해 낸다. 이때 인공지능에게 저화질과 고화질의 배율을 높여 학습시키면 UHD보다 더 화질이 좋은 초고화질 영상을 만들 수도 있다. 다만 김 교수는 “FHD TV는 영상의 픽셀 수가 FHD 이상 늘어날 수 없기 때문에 FHD TV에서 UHD 영상을 볼 수 있는 것은 아니다”라고 말했다.

  

연구진은 인공신경망의 연산 효율을 높이고 이를 작은 크기의 하드웨어로 구현하는 데도 성공했다. 김 교수는 “고용량의 컴퓨팅 장비 없이도 인공지능을 작동시킬 수 있기 때문에 상용화 가능성이 높다”고 말했다. 이 시스템의 사용 저장용량은 10KB, 소비전력은 12W 정도다.

 

이날 김 교수팀은 해당 기술을 국내 특허로 출원했으며 향후 미국과 일본, 중국 등 해외 특허도 출원할 계획이다.

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