통신망과 서비스

◉ 영상 압축

1.영상 압축의 필요성

멀티미디어의 핵심은 영상과 동상의 전송인데, 이를 위해서는 대규모의 기억용량이 필요할 뿐만 아니라, 영상을 효율성 있게 전송하기 위해서는 최첨단의 압축 기술이 필요하다.

디지털 신호를 전송하는 데 있어 중요한 문제는 주파수 대역폭이다. 화상은 음성에 비하여 정보량이 많기 때문에 단순히 디지털화해서 실시간으로 보낸다면 많은 디지털 회선이 필요하게 된다. 이는 통신 경비가 매우 높아지기 때문에 디지털 정보의 품질을 떨어뜨리지 않고 전송하기 위해서는 정보량을 줄여서 효율성 있게 전송하고, 원래대로 되돌리는 화상압축 복원기술이 필요하다.

이미지를 전송 하려면 정보를 반복해서 신호를 보내야 되는데, 동화상 같은 경우 그 용량이 상당히 많으므로 압축기술을 통해 반복되는 과정을 제거함으로써 전송되는 데이터의 양을 줄일 수 있다. 광케이블을 필요로 하는 FAX전송과 화상회의도 압축기술을 이용하면 일반 전화선으로 이용 가능하다.

2. 영상 압축의 원리

일반적으로 화상 정보를 전송하는 디지털 신호는 2진 부호인 1 또는 0 과 같은 기호를 연속적으로 나타낸다. 즉 0000111과 같은 정보를 보낼 때 0 이나 1 을 있는 개수 그대로 전송하기 때문에 정보량이 압축되지 않는다. 따라서 압축을 하려면 일일이 정보 개수를 있는 그대로 보지 않고, 최초의 0 또는 1 뒤에 똑같은 신호가 몇 개 연속해서 발생하느냐를 나타내는 기호를 붙이면 생략해서 전송할 수 있는데, 이것이 프레임 내에서의 데이터 압축이다. 수신측에서는 이상과 같은 변화된 연속 기호의 정보를 받아 원래의 신호로 복원시키면 된다.

정보량이 많은 화상 신호 전송에서는 대역폭 압축 수단으로 화상의 특징을 이용하는 방법이 있는데, 이를 '프레임간 압축'이라고 한다.

일반적으로 화상에는 움직이는 부분과 정지하고 있는 부분으로 되어 있다. 움직이는 화상의 원리는 1초간에 몇 프레임이 만들어지는 가로 결정된다. 영화는 24프레임/초, TV는 NTSC방식이 30프레임/초, 유럽의 PALl 방식은 25프레임/초이다. 이와 같이 동화상은 정보량이 큰 정지화를 1초에 20~30매를 사용하므로 정보량이 매우 많아진다. 단지 동화상은 한 프레임을 압축하는 방법이외에 프레임 수를 줄임으로써 정보를 압축 시킬 수 있다.

예를 들면, 나비가 꽃 위에 머물다 날아간 장면을 전송할 때, 화면은 몇 개의 블록으로 나뉘어 있다. 이 화상 속에서 배경 부분은 화상 신호를 보내고 있는 동안에도 움직이지 않는다. 이렇게 정지 부분의 디지털 신호를 한 번 전송하면 수신측에서는 그 신호를 기억해 두었다가 그것을 반복해 끌어낼 수 있도록 하면 반복 하여 정지 부분 화상 신호를 전송하지 않아도 배경 화면을 끌어 낼 수 있다.

<그림 2> 프레임간 부호화

따라서 송신측에서는 꽃으로부터 나비가 날아갔다고 하면, 움직이는 나비가 있는 블록의 정보만을 디지털 신호로 연속 전송하면 충분하기 때문에 전체적인 정보량이 감소되어 주파수 대역이 압축된다.

이상과 같이 영상 정보의 압축 원리는 반복해서 나타나는 정보 신호를 간략화 함으로써 전송의 질을 저하시키지 않은 채 주파수 대역폭을 감소시키는 데 있다.

3. 영상 압축의 표준화

(1) 정지 영상의 압축

정지 영상의 압축은 JPEG이라고 불리는 방식이 표준화되고 있다. JPEG은 Joint Photographic Recording
Group의 머리글자이다. JPEG은 ISO(International Organization for Standardization)와 ITU-T(International l Telecommunication Union-Telecommunication)의 전신인 국제통신자문위원회(CCITT)의 합동작업으로 만들어진 것으로, 사진 압축 방법에 대한 국제 규격이다. JPEG은 64kbs전송 속도로서 영상 정보를 주고 받을 수 있게 만들어졌다.

(2) 동화상 압축의 표준

고속 압축 복원 전용 대규모 직접회로(LSI)가 만들어 지면 PC에서 일반적인 8비트 만으로도 JPEG방식을 사용하여 동화상을 보는 것이 가능하다. 동화상은 적어도 1초간에 30프레임 동작이 필요한데, JPEG로는 30프레임/Sec는 어렵다. 그래서 동화상은 MPEG(Moving Picture Expert Group)가 적용되고 있다.

MPEG의 규격별 내용은 다음 <표 1>과 같다.

구분	MPEG-1	MPEG-2	MPEG-4
기획 활동	1988~1991	1991~1994	1994~1996?
주요 기록매체	CD, DAT, MD	MOD, Digital LD	Flash Memory, MD
전송	1.5Mbps이하	4Mbps 이상	10Kbps
목표화질 압축	VHS, Video, Frame간 움직임 보상	방송 업무 Frame/Field간	미정
알고리즘	DCT	적응형 보상 DCT	미정
기본영상 포맷	360×324 Pixel 30 Frame / Sec	720×480 Pixel 60 Frame / Sec	미정

<표 1> MPEG의 규격

※ 출처 - http://www.bazi.pe.kr/