제제 77 장 비디오 장 비디오

(1)

1

제 제 7 7 장 비디오 장 비디오

멀티미디어의 이해

(2)

7.1 비디오의 개요



아날로그 비디오와 디지털 비디오



비디오와 애니메이션의 차이



TV 의 기본 개념



TV 의 방송 방식

(3)

3

개요



영상과 화상의 차이

 화상 : 정지된 이미지화면을 의미

 영상 : 이미지 화상들의 연속적인 집합체

 대부분의 영상처리 기술은 화상처리 기술을 기반으로 발전



화면에 비디오 자료를 보여주기 위해

 텔레비전 : 명도 (Luminance) 와 색상 (Chrominance) 를 사용

 컴퓨터 : 비디오 신호를 처리하기 위해 RGB 세 가지색으로 표현



프레임 (Frame)

 비디오를 구성하고 있는 이미지 하나하나를 지칭

 비디오의 크기 = 이미지 프레임의 크기 X 초당 프레임 수

 컴퓨터나 TV 비디오는 초당 30 프레임 , 영화는 초당 24 프레임이 필요

7.1 비디오의 개요

(4)

아날로그 비디오와 디지털 비디오



가장 보편적으로 사용되고 있는 비디오 파일 형태

 AVI, MOV, MPEG, RM (Real Video 파일 ), WMV 등



아날로그 비디오

 공중파나 cable 등으로 신호 입력 ⇒ RGB 모드로 복원 ⇒ TV 출력

 외부의 잡음에 취약하고 , 자료의 편집이나 수정에 어려움

(5)

5



디지털 비디오

 비디오 보드가 입력 데이터를 처리하여 모니터 신호로 변환 / 출력

 비디오 편집 소프트웨어를 이용하여 생성된 디지털 비디오 자료

 비디오 카메라 , VTR, TV 등 외부 장치로부터 입력되는 비디오 신호

 잡음이 적고 자료의 편집 및 수정이 용이

 자료의 규모가 방대하여 많은 양의 데이터

(6)

TV 의 기본 개념



주사방식

 순차주사 (Noninterlace) 방식 vs. 격행주사 (Interlace) 방식

 Flicker 현상 : 주사방식으로 인해 화면이 깜박거리는 현상



텔레비전의 색상 표현 방식

 RGB 신호 대신에 YUV 색상 표현 방식을 이용

 Y: 명도신호 (Luminance)

 U,V: RGB 의 3 원색에서 명도를 제외한 나머지를 표현하는

두 개의 색상신호 (Chrominance)

 적은 메모리 , 빠른 속도로 처리

 사람이 명도신호에는 민감하나 색상신호에는 덜 민감하다는 특징

(7)

7

TV 의 방송 방식



구분

 아날로그 방송 , 디지털 방송 , 데이터 방송

 고화질 TV(HDTV)

 DMB, 인터넷 방송 , 인터넷 TV(IPTV)



아날로그 TV 의 표준형식

구분 사용지역 수직

해상도 프레임수 NTSC 한국 , 일본 , 미국 , 동남아 525 30 fps

PAL 영국 , 유럽 일부 , 중국 , 호주 , 중동

625 25 fps SECAM 프랑스 , 독일 , 러시아 , 중동 625 25 fps

(8)



디지털 TV

 표준방식 (SDTV) 과 고화질방식 (HDTV) 으로 구분

 표준방식은 방송형태만을 기존의 아날로그 방송에서 디지털로 변환

 많은 정보량을 정보손실 없이 전송 , 컴퓨터를 통하여 저장도 가능

 양방향 서비스 : 상호대화식 제어 가능 , 데이터 방송 서비스로 발전

 우리나라 : 2000 년 시험방송 , 2002 년 광역시부터 서비스 실시 7.1 비디오의 개요

(9)

9



고화질 TV (HDTV: High-Definition TV)

 1990 년대 초 개발 , 고화질과 고음질의 요구

 화면의 크기가 커짐에 따라 주사선의 수가 현행보다 두 배 정도 증가

 화면의 가로세로비가 현행 TV 의 4:3 에서 16:9 로 변환

 MPEG-2 압축표준 적용

 화상은 35mm 영화를 목표

 사운드는 CD 수준의 5.1 채널 돌비 서라운드 음향을 제공

(10)

 아날로그 TV 와 디지털 TV 의 비교

비교 항목 아날로그 TV 디지털 TV

SDTV HDTV

채널 (6MHz 당 )

1 채널 3~ 4 채널 1 채널

음성다중 2 채널 ( 스테레

오 ) 5.1 채널 ( 돌비 ) 5.1 채널 ( 돌비 )

화면비 4 : 3 4:3 또는 16 : 9 16 : 9

주사선수 525

( 저화질 ) 480 x 704, 480 x 64

0 ( 중화질 ) 1080 x 1920, 720 x 1280 ( 고화질 )

양방향성 단방향 양방향 양방향

외부잡음 약함 강함 강함

(11)

11



데이터 방송

 Video/Audio 데이터와 함께 멀티미디어 데이터를 전송

 다양한 부가 정보를 제공 해주는 방송 , 방송 콘텐츠의 다양화 가능

 기존의 PC 기반의 그래픽스 기술을 방송에 응용할 수 있는 영역

 인터랙티브 방송 혹은 iTV

 시청자의 반응이나 선택을 반영할 수 있다는 특징

 대표적인 장르 : 쇼핑 , 홈뱅킹 , 게임 , 뉴스 , 날씨 , 퀴즈 , 교통정보 등

 연동형 및 독립형

(12)

 독립형

(13)

13



DMB(Digital Multimedia Broadcasting)

 이동통신 단말기를 통해 24 시간 듣고 볼 수 있는 멀티미디어 방송

 CD 급의 오디오 음질

 고속 이동 중에도 끊김 없는 비디오 서비스

 방송 정보 , 뉴스 , 교통 정보와 같은 다양한 데이터 서비스

 데이터 표준 : MPEG-4 BIFS 그래픽스 기술 적용

(14)

7.2 비디오 처리 장치



비디오 보드



( 비디오 저장장치 )

(15)

15

비디오 보드



비디오 보드

 PC 에서 비디오 영상을 처리하여 모니터 화면에 출력



비디오 오버레이 (Video Overlay) 보드

 영상중첩 기술을 이용하여 컴퓨터 내부의 정보와 외부에서 유입되는 영상정보를 합성하여 모니터에 표현 .

 TV 수신카드

 문자 및 그래픽 정보와 외부의 영상 정보를 동시에 제공

 한 화면에서 텔레비전이나 비디오를 보면서 문서를 동시에 편집 가능

7.2 비디오 처리장치

(16)



프레임 그래버 (Frame Grabber) 보드

 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 역할 수행



영상 압축 (Compression)/ 복원 (Decompression) 보드

 영상 정보를 압축하여 기억 장치에 저장 , 필요 시 복원하여 제공하는 장치를 말한다

 영상편집보드 , 화상회의 시스템 등 .

7.2 비디오 처리장치

(17)

17

7.3 디지털 영상처리



( 영상의 전환과 특수효과 )



( 디지털 영상합성 )

크로마키 합성 : blue screen

(18)

7.4 비디오의 압축 / 복원



( 비디오의 압축과정 )

 기본 개념



( 비디오 압축기술 )

 비디오 압축방식



( 코덱 )

(19)

19

기본 개념



비디오 압축 (Compression) 또는 부호화 (Encoding)

 시간적 이웃 프레임 , 공간적 이웃 화소 간에 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 ), 10:1~40:1 의 높은 압축율

7.4 비디오의 압축 / 복원

(20)

비디오의 압축 과정



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 ( 생략 )

(1) 전처리 : 컬러 스페이스 변환 , 필터링 , 컬러 서브 샘플링 등 (2) 변형 (Transformation) : 정보의 중복성을 찾아낸다

(3) 양자화 (Quantization) : 유효자리의 비트수를 줄인다 (4) 가변길이 부호화 (Variable Length Coding)

(21)

21

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

(22)

비디오 / 영상 압축 형식



Intel DVI(Digital Video Interactive)

 RCA 사와 GE 사가 디지털 TV 를 목적으로 처음 개발

 그 후 IBM 사와 Intel 사가 공동 개발하여 표준화한 영상 압축 기술

 많은 양의 비디오 및 오디오 정보를 CD 에 저장



JPEG(Joint Photographic Experts Group)

 정지영상 압축전송기술의 국제표준

 1982 년 개발 , 1992 년 ISO 국제표준 인정

(23)

23



MPEG(Moving Picture Experts Group)

 1988 년 동영상 표준 코드 방식을 위해 출범 : ISO/IEC JTC1/SC29

 Movie( 또는 비디오 전화 ) 와 CD 수준의 사운드 표현이 목표

 압축기법

 시간적 중복과 공간적 중복을 제거

 화면을 I Picture, P Picture, B Picture 로 구분하여 부호화

 I(Intra coded), P(Predictive coded), B(Bidirectional predictive coded)

(24)

MPEG-1 TV 수준의 동영상과 CD 수준의 스테레오 음향을 CD- ROM 에 저장할 목적 (1993)

MPEG-2 디지털 TV 와 DVD 수준의 영상을 목적으로 제정 (1995) MPEG-4 낮은 전송률에서의 비디오 전송을 목표로 제정 (1998)

- 인터넷망 , 화상회의 시스템 , 비디오 전화 , DMB 등

객체 기반 부호화 기법 포함 장면 그래프 표현 규약 포함

MPEG-7 내용기반 정보검색이 목적 (2001) : 콘텐츠 표현

MPEG-21 다양한 환경에서 컨텐츠의 교환 , 전송 , 유통 , 보호 등 활 용 기술 (2004~2006) : 전자상거래

(25)

25

 객체기반 부호화

 장면그래프 표현

Paris 소개 장

면 장면 (Scene) 을 객체들의 그래프로 표현

(26)

7.5 비디오 스트리밍



스트리밍 소프트웨어



스트리밍을 위한 웹 표준

(27)

27

스트리밍



사운드 또는 비디오의 전송

 스트리밍이란 데이터를 수신하는 즉시 출력장치에 표시함으로써 송 수신자 간의 정보 전달시간 지연을 줄이는 기법

 파일 중 일정량의 데이터를 수신하면 바로 실행

(28)

스트리밍 소프트웨어



스트리밍

 Web 상에서 비디오 / 오디오 파일 전송과 실행을 병행

 인터넷 방송이 가능해 짐



대표적인 소프트웨어

 RealNetwork 사의 RealOne Player : Real Audio, Real Movie

 Microsoft 의 Windows Media Player : ASF, WMF

 VDOLive, ViVoActive, TrueStream 등

7.5 비디오 스트리밍

(29)

29

멀티미디어의 동기화



멀티미디어 요소의 통합 및 동기화

 기존의 스트리밍 솔루션은 각 미디어 요소들간 상호작용 불가능

 W3C 에서 멀티미디어 프리젠테이션 표준인 SMIL 제정

 비디오 , 사운드 및 정지화상 등의 각 미디어 요소들의 상호작용

 즉 , 공간적 배치와 시간적 배치를 표현



멀티미디어 데이터의 동기화

 시간적 동기화 (Temporal Synchronization)

 미디어간의 수행 순서의 동기화 (Timing)

 공간적 동기화 (Spatial Synchronization)

 각 미디어의 공간적인 배치 방식 (Layout)

(30)

동기화를 위한 웹 표준 SMIL



멀티미디어 프리젠테이션 표준

 SMIL : W3C 에서 제정



SMIL 예

7.5 비디오 스트리밍

<smil>

<body>

<par>

</par>

</body>

</smil>

(31)

31

7.6 비디오 편집 소프트웨어



Window Movie Maker



Premiere



비디오 파일 포맷

(32)

Window Movie Maker



Window Movie Maker

 Windows XP 에서 본격적으로 제공하기 시작

 전문 편집도구는 아니나 아주 쉽게 비디오를 제작하고 편집할 수 있는 도구를 포함하고 있음

 기존 이미지 파일과 오디오 파일을 이용하여 슬라이드 형태의 동영상 을 만들 수 있음

7.6 비디오 편집 소프트웨어

(33)

33

Premiere



특징

 PC 용 비디오 편집 소프트웨어 중 가장 많은 사람들이 이용

 비디오 클립을 연속적인 필름 형식으로 보여주는 기능

 화면전환 효과를 직접 보여 주며 다양한 필터들을 제공



주요 기능

 필터링 (Filtering)

 비디오 작업결과에 적절한 효과

 70 여 가지의 필터링 효과 제공

 화면전환 (Transition)

 두 동영상의 연결부분에 다양한 효과

 수퍼임포즈 (Superimpose)

 하나의 영상 위에 또 다른 영상

(34)

비디오 파일 포맷



AVI : Microsoft



MOV : Quick Time Movie (Mac)



MPEG : ISO 표준



ASF(Active Stream Format) : Microsoft 스트림 형식



제제 77 장 비디오 장 비디오