[인터넷 방송] 동영상기술 - 동영상 압축 표준

동영상 기술의 근본이 되는 비디오 압축 표준은 ITU-T와 ISO/IEC 두 단체를 양축으로 표준화 작업이 이루어지고 있는데, 그 중에서 ITU-T 의 장점은 주로 화상회의(Video-conferencing이나 video-telephony) 같은 Real-Time video communication 을 위해 디자인 되었고, ISO/IEC 가 채택한 MPEG-X (MPEG-1, MPEG-2 and MPEG-4) 표준은 대부분 저장(Storage)이나 방송(Broadcast) 또는 스트리밍 (Video over Internet, Video over Wireless) 등에 적합하도록 디자인 된 특징을 지니고 있다. 지향점이 상이한 연유로 대부분의 표준화 작업에서 H.262 / MPEG-2 와 같은 예외적인 표준화 작업을 제외하고는 두 단체는 독립적이고 상이한 표준화 작업을 진행시켜 나가고 있다.

 

MPEG..
MPEG(Moving Picture Expert Group)는 동화상 전문가 그룹이란 뜻으로 1988년 설립된 MPEG에서 제정한 동화상에 대한 압축, 해제방식을 정의한 규격을 말한다.
정지된 화상을 압축하는 방법을 고안하고 있는 JPEG과는 달리, MPEG은 시간에 따라 연속적으로 변하 는 동화상 비디오 데이터의 압축방식이다.
컬러 동화상의 압축 방식을 담당한 ISO 위원회를 칭하기도 하며 윈도우 95의 발표와 함께 관련 소프트웨 어만 가지고도 동화상 재생이 가능하고 일반 비디오 CD의 감상도 가능하다.
VideoCD에 사용되는 MPEG-1과 고해상도 디지털 비디오를 지원해 DVD-Title 제작에 이용되는
MPEG-2가 있으며 MPEG 기술은 다음과 같이 구분된다.

MPEG-1

MPEG-1 코덱은 CIF해상도(352x288)와 초당 30프레임에서 VHS화질을 제공하는 1-1.5Mbps의 대역폭을 목표로 한다. (1배속 CD롬드라이버의 데이터 전송속도)
MPEG-1은 실시간 엔코딩을 위해 고가의 하드웨어가 필요하며 디코딩은 소프트웨어로 할 수 있지만 CPU의 점유율 또한 상당하다.
MPEG-1은 해상도 scalability가 없으므로 화질이 P와 B 프레임간 패킷 손실에 매우 민감하다.
B프레임은 또한 엔코딩 프레임 N이 N+k프레임을 필요로 하여 엔코딩 과정에서 대기시간이 발생하므로 Round Trip이 있어서 화상회의에는 적합하지 않다.

MPEG-2

MPEG-1을 확장한 것이다. HDTV의 규격인 MPEG3는 MPEG2에 흡수 통합되었다.
MPEG-2의 목표 비트레이트는 방송용화질의 full-screen 비디오를 제공하는 4 ~5Mbits/s 이며,
MPEG-2의 초안 표준은 scalability를 제공한다.
다음은 Scalability에 대한 세가지 유형이다. Signal-to-Noise Ratio(SNR), spatial and temporal, one extension Data Partitioning. MPEG-1과 비교해, 엔코드/디코드에 더 고가의 하드웨어가 필요하다. 또한 MPEG-1과 같은 이유로 손실에 의한 화질저하가 되기 쉬운 단점이 있다. MPEG-1과 MPEG-2는 개발된 목적에 따라 적합하다.
예를 들면, MPEG-1은 CD-ROM에서 재생하는데 아주 적합하고, MPEG-2는 고화질로 저장된 어플리케이션과 TV방송용 어플리케이션에 적합하다. 위성방송의 경우, MPEG-2는 현재 하나의 아날로그 채널이 사용하는 것과 같은 bandwidth로 화질의 손상 없이 5개 이상의 디지털 채널을 엔코딩할 수 있다.
이런 주요한 이점에 비하면 엔코딩 비용이 많이 들어가는 것은 사실 중요한 것이 아니다.
그러나 현재의 컴퓨터/인터넷 인프라스트럭쳐 용으로는 MPEG 기반의 솔루션은 비용이 너무 많이 들고 많은 bandwidth를 필요로 한다.
이는 인터넷을 염두에 두고 설계된 것이 아니기 때문이다.

MPEG-4

MPEG-4는 매우높은 압축효율을 얻음으로서 매우 낮은 비트율로 전송한다.
예를들면, 화상회의를 위해 적합한 압축형태(예, 64Kbits/s이하의 데이터레이트)를 제공하기 위한 것이다. MPEG-4는 시청각화면을 서로 다른 네트웍상에서의 다중전송을 가능하게 하는 AVOs 또는 "audio/visual objects"로 분할하는데 기반을 두고 있다.
MPEG-4의 구조는 현재 MSDL(MPEG-4 Syntactic Description Language)라는 언어에 초점을 맞춰 개발중이다.
MSDL을 사용해 어플리케이션을 더 기본적인 컴포넌트로 구성하고 인터넷상에서 이런 컴포넌트를 쉽게 다운로드 받을 수 있도록 새로운 코덱으로 구성이 가능하게 한다.
이런 개념은 선마이크로시스템의 자바용 멀티미디어 API가 코덱 콤포넌트를 다운로드 받기 쉽도록 한 것과 유사하다.
이런 추세는 마이크로소프트와 같은 유력 업체들이 자신들의 실시간 스트리밍 솔루션에 다중 오디오/비디오 코덱을 플러그인 하도록 한 제품에서도 볼 수 있다.

MPEG-7

컨텐츠 검색을 위해 내용기반 검색에 필요한 요소기술들을 제공하는 것을 목적으로 개발되고 있는 표준방식.
기존의 문자만 분석하여 검색하던 방법에서 동영상 등의 멀티미디어 정보를 검색하려면 멀티미디어 정보자체를 분석하는 내용기반 검색이라는 방법이 제안되었고, 이에 대한 표준화가 개발되고 있다.

JPEG..
JPEG은 국제 표준화 기구(ISO) 산하의 TC97/SC2 라는 연구 단체에서 제정한 정지화상의 압축 기술로 Joint Photographic Experts Group의 약자이다.
JPEG은 컬러, 또는 그레이 스케일의 정지 영상을 처리하며, 손실 기법과 무손실 기법을 수학적으로 구현 하여 이미지를 압축 저장 및 재생한다.
압축률로는 평균 25:1이며, 하드웨어, 또는 소프트웨어적으로 처리하며, 일반적인 소프트웨어적인 JPEG 처리는 하드웨어적인 처리보다 매우 느리다.
최근 그래픽 어플리케이션들은 JPEG 표준의 압축 방식을 지원하고 있으며, 이 방식을 이용하여 처리된 이미지는 *.JPG의 확장자를 갖게 됩니다.
JPEG은 동영상의 기본인 하나의 영상, 즉 프레임에 대하여 모든 프레임에 대한 압축의 정보를 그대로 유지하기 때문에 프레임 검색과 재생이 비교적 쉽다.
그러나 정지된 영상의 측면에서 압축을 행하므로 데이터의 양이 큰 단점이 있다.

JPEG의 응용분야

의료영상, 인터넷/WWW 영상, 원격탐사, 그래픽스 및 컴퓨터 합성영상, 팩시밀리, 인쇄 및 출판영상, 레이저 인쇄, 디지털카메라, 스캐너 및 디지털복사기, 경제 문서, 보안용 카메라, 지구영상처리, 사진 및 미술품의 디지털도서관 등 자연영상, 과학영상, 의료영상, 원격탐사영상, 문서영상, 그래픽영상 등과 같이 서로 다른 특성을 갖는 다양한 형태의 정지영상에 하나의 통합된 부호를 부여하는 곳에서 쓰일 수 있다.

MJPEG..
MJPEG(Motion JPEG)은 JPEG(Joint Photographic Experts Group)영상을 기초로 JPEG프레임사 이에 시간정보를 넣어 나열한 동영상 스트림의 일종이다. 각 화면을 연속된 프레임의 비트스트림으로 만 들고 프레임과 프레임 사이에 프레임에 대한 정보를 삽입하여 재생될 때 삽입된 정보를 이용하여 시간동 기화라든지, 영상크기등 참고하여 동영상처럼 재생하게 된다.

MJPEG의 응용분야

MJPEG은 영상이 필요한 다양한 분야에서 응용될 수 있다. MJPEG을 PC용 웹카메라나 TV수신카드등을 이용하여 개인이 필요한 영상을 만들 수 있으며, 이외에 DVR 업체에서는 카메라 영상을 저장할 목적으로 사용할 수 있다. 또한 웹서버카메라에 사용할 경우 일반사용자가 인터넷상에서 웹으로 카메라에 접속할 경우 웹카메라서버가 가리키고있는 영상을 내용을 볼 수 있다. 따라서 MJPEG은 인터넷의 다양한 전송속도 환경에서도 문제가 없고 적은 비용으로 여러 사용자에게 동시에 영상을 전송하는 것도 가능하므로 주로 많이 사용되고 있다.

H.263

H.261보다 낮은 데이터 전송 속도의 영상 회의나 TV 전화 실현을 목적으로 하는 컬러 영상 신호의 디지털 부호화 기술을 규정한 ITU-T 권고. H.261이 통신 회선으로서 종합 정보 통신망(ISDN)을 전제로 하고 있는 것에 대해서 H.263에서는 일반 전화망을 사용하는 것을 상정하고 있다. 따라서 데이터 전송 속도를 V.34 모뎀의 28.8kbps 이하로 하였다. 영상 부호화 기술은 H.261에서 사용하고 있는 것을 그대로 시행하고 있으며, 다시 개량을 거듭하여 H.261과 동일한 정도의 영상 품질을 실현하였다. H.263의 기술은 엠페그 4 표준 규격(MPEG-4)의 기본으로 사용된다.

H.264

H.264 는 기존에 다른 비디오 압축 표준보다 효과적인 화질 개선 수단의 제공을 목적으로 개발되었으며, 기본적인 개념 자체는 H.263 과 MPEG-4 와 유사하나, 세부적인 내부 구현에 있어 상당 부분 변경된 방식을 채택하고 있다.

출저:http://www.ibinternet.com