[멀티미디어] 6장 비디오 처리 : 비디오의 압축/복원

기본 개념

비디오 압축(Compression) 또는 부호화(Encoding)

    ▪ 시간적 이웃 프레임, 공간적 이웃 화소간에 매우 큰 연관성

    ▪ 비디오 데이터의 중복성(Redundancy) 제거

 

압축 방법 구분

• 무손실압축(Lossless Compression) 기법
  ▪ X-ray, 단층촬영(CT) 등의 의료 영상과 같은 응용분야
  ▪ 원래 영상으로 완전한 복구, 압축율은 비교적 낮은 2:1 ~ 3:1 정도
• 손실압축(Lossy Compression) 기법
  ▪ 완전 복구는 불가능 (비교적 우수한 영상), 10:1 ~ 40:1의 높은 압축율

 

비디오의 압축과정

 

비디오 압축 시 고려사항

    ▪ 초당 프레임 수, 압축율에 따른 화질의 변화, 압축 및 복원 속도, 
    ▪ 부가적인 HW / SW 소요 여부, 통신채널의 전송 속도의 한계 등

 

비디오의 압축과정

(1) 전처리: 컬러 스페이스 변환, 필터링, 컬러 서브 샘플링 등
(2) 변환(Transformation) : 정보의 중복성을 찾아낸다
(3) 양자화(Quantization) : 유효자리의 비트수를 줄인다
(4) 코드 할당

 

비디오의 압축기술

압축 대상

    ▪ 프레임 크기(Number of Pixels)의 축소
    ▪ 픽셀당 컬러 비트 수(Color Bit Depth)의 축소
    ▪ 프레임 수(fps)의 축소

비디오의 부호화

    ▪ 프레임 사이에서 시각적 영향이 적은 부분의 정보량을 줄인다
    ▪ 프레임간 예측 부호화
        → 전프레임의 동일 위치의 화소 값과 비교하여 차이값 만을 기록
    ▪ 움직임 보상 프레임간 예측 부호화법
        → 전˙후 프레임에서 물체의 움직임을 검출하여 화소의 차이값을 기록

 

비디오/영상 압축 형식

Intel DVI(Digital Video Interactive)

    ▪ RCA/GE사가 디지털 TV를 목적으로 개발, 그 후 IBM/Intel사가 표준화한 영상 압축 기술
    ▪ 많은 양의 비디오 및 오디오 정보를 CD에 저장

JPEG

    ▪ 정지영상 압축전송기술의 국제표준
    ▪ 1982년 개발, 1992년 ISO 국제표준 인정
    ▪ Motion JPEG: 각 프레임을 독립적으로 압축, 보안 및 영상 압축용

 

MPEG(Moving Picture Experts Group)

    ▪ 1988년 동영상 표준 코드 방식을 위해 출범: ISO/IEC JTC1/SC29
        → Movie(또는 비디오 전화)와 CD수준의 사운드 표현이 목적
    ▪ 압축기법
        → 시간적 중복과 공간적 중복을 제거
        → 화면을 I Picture, P Picture, B Picture로 구분하여 부호화
        ➢ I(Intra coded), P(Predictive coded), B(Bidirectional predictive coded)

MPEG-1 비디오 구조

 

MPEG-1 압축

: MPEG 압축은 비디오의 GOP(Group of Pictures)를 아래 그림과
같이 I(Intra coded) Picture, P(Predictive coded) Picture, B(Bidirectional predictive coded) Picture로 구분하여 부호화
    ▪ I Picture는 예측부호화를 행하지 않고 독립적으로 부호화
    ▪ P Picture는 직전의 I 또는 P로부터 추정한 예측신호와의 차를 부호화
    ▪ B Picture는 화면의 전/후에 위치한 I 또는 P로부터 추정한 예측신호와의 차를 부호화

 

MPEG-1

    ▪ VHS 수준의 영상을 CD-ROM에 저장 목적, 데이터 전송속도 1.5Mbps 이하

    ▪ 1993년 국제 표준
    ▪ DCT와 움직임 추정에 바탕을 둔 비디오 압축

 

MPEG-2

    ▪ DVD 수준의 영상을 저장, 데이터 전송속도 2~45Mbps
    ▪ 세 가지 압축 방법 사용
        ▪ 움직임 추정과 움직임 보상 → 시간적 중복성 제거
        ▪ DCT와 양자화 알고리즘 → 공간적 중복성 제거
        ▪ 엔트로피 부호화

 

MPEG-4

    ▪ 객체기반 부호화

    ▪ 장면그래프(Scene Graph) 표현

 

코덱(CODEC)

 

데이터를 아날로그에서 디지털로 또는 디지털에서 아날로그로 변환 시켜주는 회로(Circuits), 칩(Chips), 또는 알고리즘(Algorithm)을 의미

 

압축(Compression, Encoding)과 복원(Decompression, Decoding)을 동시에 지원함

 

앞에서 설명한 JPEG, MPEG, H.261 등이 하드웨어에 의한 비디오 데이터의 압축이라면, 코덱은 소프트웨어에 의한
비디오 데이터의 압축이라고 할 수 있음

 

Divx 코덱은 MPEG-4를 변형하여 개발, 높은 화질을 유지하면서 파일을 압축함