Introduction to Multimedia Data
Chap 3
I. 컴퓨터 그래픽 파일 II. 컴퓨터 오디오 파일 III. 컴퓨터 동영상 파일
Q & A
I. 컴퓨터 그래픽 파일
Bitmap 이미지
▣ 래스터 그래픽스(Raster graphics) 이미지
• ' map of bits' : 열과 행으로 배치된 pixel들의 배열로 이미지 구성(Photoshop) - 래스터: 컴퓨터 출력 장치나 TV화면에 나타나는 스캔라인의 집합
- Pixel : 컴퓨터 모니터상에 나타나는 이미지 최소 단위
• pixel 정보 : video memory에 기억
- 정의된 색상들의 픽셀이 모여 map를 만들고, 하나의 이미지 파일을 만듬
• 손실 압축 기술 사용: 고화질을 위해서는 더 많은 양의 자료 저장
• 최하위 레벨에서 렌더링된 고정 형식 이미지: 크기 조절 시 이미지 손상 Rendering: "장면을 이미지로 전환하는 과정
• 카메라: 실시계(3차원 공간) ->사진(2차원 이미지)
• Rendering: 컴퓨터 속의 가상 공간->2차원 이미지
I. 컴퓨터 그래픽 파일
Bitmap 이미지
▣ Pixel 정보
• RGB 색 공간에서 개별적 색상 정의: 각 픽셀에 저장된 일련의 비트 정보 집합
• 이미지 화질: 총 화소 수(해상도)와 각 화소의 정보량(색 깊이)으로 결정
• 3 byte로 정의된 "색 화소“: R(ed), G(green), B(ble)의 sub pixel로 구성 - R, G, B 조합이 픽셀의 색상 정의: 각 색상은 0~255 값
Display Pixel Sub-pixels
I. 컴퓨터 그래픽 파일
해상도 (Resolution)
▣ 스크린 등에 표현된 그림이나 글씨 등의 화면의 선명도
• pixel 또는 dot의 수/1inch (예: 1920 x 1080)
• DPI(dots per inch): 인쇄 출력물
• PPI(pixels per inch): 화상 출력물 ▣ 픽셀 해상도 (Pixel Resolution)
• 하나의 픽셀이 갖고 있는 비트(색상) 정보 ▣ 이미지 해상도(Image Resolution)
• 픽셀과 픽셀간의 간격 : Pixel Per Inch / Dots Per Inch
비트맵 이미지 벡터 이미지
웹사이트/어플리케이션, 사진 그래픽 디자인이나 조판
I. 컴퓨터 그래픽 파일
벡터(Vector graphics) 이미지
▣ Object-Oriented Graphics
• 수학 방정식 기반으로 벡터 그래픽 요소(Object: 점, 선, 면)들로 이미지 구성
• 점과 베지어 커브(Bézier Curve)로 테두리와 내부를 채워 이미지 구성 - 두 점을 연결하여 선을 구성 : 각 선은 두께, 색상, 곡률 값 포함
- 세 개 이상 선으로 면 구성: 면은 색상 값을 가짐
• anti-aliasing 사용 : 이미지 확대 시 이미지 질이 떨어지지 않음
- 에일리어싱(깨진 패턴)을 최소화 : 점과 선 수정 - '계단 현상' 제거
• 사진의 불필요한 여백 제거, 라인 아트에 유용 (Illustrator, cad) 에일리어싱: 컨텐츠 재생 시 sampling rate가 원본
측과 달라 원본을 충분히 재생하지 못하는 현상
I. 컴퓨터 그래픽 파일
래스트와 벡터 이미지의 차이
래스터 벡 터
장 점 1. 자료구조 간단
2. 지도중첩이나 원격탐사 자료와 연결이 용이
3. 다양한 공간분석 용이 4. simulation 용이
1. 축약된 자료구조
2. 네트워크 연계로 위상관계 구축 용이
3. 높은 그래픽 정확도
4. 위치, 속성의 검색, 갱신, 일반화 가능
단 점 1. 그래픽 자료 양이 많음 2. 자료 축약 시 정보의 손실 3. 출력 질이 나쁨
4. 네트워크 연계 구축 어려움 5. 투영변환 어려움
1. 자료구조가 복잡 2. 지도중첩이 복잡 3. simulation이 어려움
4. 다각형내의 공간분석이나 필터링 불가능
I. 컴퓨터 그래픽 파일
색(color)
▣ 색의 3요소
• 색상(Hue): 태양광을 분광할 때 보여지는 무지개 형상의 색 종류
• 명도(Lightness): 색상과 관계없이 밝고 어두움 표시
• 채도(Chroma): 어떤 색채 속에 색상의 속성의 포함 정도 유채색: 색상, 명도, 채도 존재
무채색(White, Gray, Black) : 명도만 존재
순색(채도가 가장 높음), 청색(순색+W/B), 탁색(순색+회색)
I. 컴퓨터 그래픽 파일
색상(hue)
▣ 다른 색과 구별되는 고유의 성질
• 빛(light) – RGB / 색료 - CMY
• 기본 5색상 : 빨강·노랑·녹색·파랑·보라
• 색상환 : 색상을 순서대로 둥글게 배열한 것
▣ 보색((complementary color)
• 색상환에서 마주보고 있는 색
• 섞으면 무채색(검정)이 된다.
I. 컴퓨터 그래픽 파일
색상 모형
▣ RGB : 가색법(addictive)에 따른 3원색
• 빛의 3원색 : R, G, B 빛을 같은 비율로 합하면 백색
• 두 가지를 같은 비율로 혼합하면 감법 3원색 (C, M, Y)
• 빛을 활용하는 기기: TV/모니터, 디지털 카메라, 캠코더, 스캐너
• 각 원색은 나머지 두 원색으로부터 얻은 2차 색과 보색
▣ CMYK : 감색법(subtractive)에 따른 3원색
• 색료의 3원색 : C, M, Y 색료를 같은 비율로 합하면 흑색(K)
• 두 가지를 같은 비율로 혼합하면 가법 3원색 (R, G, B)
• 색료(물감, 잉크 따위)를 활용하는 매체 : 그림, 사진, 인쇄물
• 각 원색은 나머지 두 원색으로부터 얻은 2차 색과 보색
I. 컴퓨터 그래픽 파일
명도(Lightness)
▣ 명도(Lightness) : 색의 밝고 어두운 정도.
• 명도 0(검정색) ~ 명도 10(흰색) 까지 11단계
• 무채색과 유채색 모두 존재
• 밝은 색일수록 명도가 높고(고명도), 어두운 색일수록 낮다(저명도).
색상에 따른 명도의 변화
← 고명도
← 저명도
I. 컴퓨터 그래픽 파일
채도(Saturation)
▣ 색의 맑고 탁한 정도
• 유채색에만 존재 (무채색에는 채도가 없음) : 1∼ 14(14단계)로 구분
• 가장 채도가 높은 색: 빨강과 노랑색
• 순색: 색상 중에서 채도가 가장 높은 색
← 고채도 저채도 →
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ BMP(*bmp, *.rle)
• 표준 윈도우 bitmap 이미지
• RGB모드와 Indexed모드를 지원
• 흑백, 4, 8, 24 bit format : 2색, 16색, 256색 true color 표현
• layer와 알파채널은 비지원
• RLE(run-length encoding) 압축방식으로 파일 압축
- 반복되는 문자(또는 데이터 단위)를 하나의 문자와 그 길이로 대체
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ JPEG(*.jpg, .jpeg, .jpe)
• Joint Photographic Experts Group에서 개발
• 24 bit-트루 컬러(1,600만 색상, 256색 그레이) 지원
- RGB, CMYK 모드 모두 지원 : 고해상도 이미지 표시장치에 적합 - RGB 이미지의 모든 컬러 정보 유지 : 색상의 수가 많을 경우 유리 - 레이어와 알파채널은 지원하지 않음
• 손실 압축(Lossy Compression) 사용: 불필요한 데이터를 삭제 - full-color와 gray-scale의 압축을 위하여 고안
- 높은 압축율 : 파일의 화질 저하 없이 최대 1/20까지 압축 - 웹 환경/인쇄용에서 많이 사용:
- 문자, 선, 세밀한 격자 등이 많은 이미지 변환은 GIF, PNG에 비해 불리
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ Compuserve GIF (*.gif)
• graphics interchange format
• 무손실 데이터 압축 형식: 비트맵 방식의 압축
- 파일 전송시간의 최소화를 위해 설계된 이미지 압축 파일포맷
• Indexed 모드 전용 지원 : 8bit 256컬러로 제한
- 색상 수를 줄여 이미지 압축: 이미지 전체에서 256 색을 추출하여 표현
• 홈페이지 제작에 사용: 홈페이지의 아이콘이나 버튼 등
- 적은 수의 색상으로 구성되는 경우 이미지 용량이 아주 적어짐
• gif 애니메이션 파일과 투명배경이 필요한 이미지 만들 때 사용
- 89A(Animated GIF): 여러 장의 이미지를 하나로 합쳐 간단한 동영상을 구현
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ PNG(*.png)
• Potable Network Graphics
• GIF와 JPEG의 장점을 합친 파일 포맷
• 저작권 없는 고유 압축 기술: GIF 포맷을 대체(GIF: 저작권 있는 압축 기술) - GIF와 동일한 파일 구조, 투명 효과 등 GIF의 장점 사용
- JPEG와 같이 압축률을 높이기 위해 등장
• 비손실 압축 사용
- 색상수를 줄여 압축(GIF 보다 10~30% 높은 압축률)
• 트루컬러 지원 이미지의 모든 컬러 정보와 알파채널을 보존 - 이미지 변형 없이 원래 이미지를 웹 상에 그대로 표현
• 웹 및 온라인 서비스 등에 사용
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ TIFF(*.tif)
• Tagged-Image File Format
• 압축된 bitmap 이미지파일
- 어플리케이션과 컴퓨터 플랫폼 간에 파일 교환 시 사용
• '무손실 압축' 사용 : LZW 사용
- 가변길이의 기호/문자열을 고정길이 코드워드로 표현: 파일 용량 최소화
• CMYK, RGB, Grayscale 모드, 하나의 알파채널을 추가 지원
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ RAW(*.raw)
• RGB 모드, CMYK 모드, Indexed 모드 지원
• 알파채널과 멀티채널 및 랩 컬러모드까지 지원
• 프로그램 White balance 사용: 촬영 환경에서 조명의 색이 미치는 영향을 보정하 여 사진의 흰색 물체가 흰색으로 보이게 만드는 기능
• 색수차 보정, Fill light 기능 등을 지원
• 디지털 카메라 사진 저장 (화질 우수, 큰 용량: RAW > TIF > JPG)
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ PICT File(*.pct, *.pic)
• Mac 표준: Bitmap 이미지와 postscript(ps) 이미지를 동시에 저장 - ps: 텍스트와 그래픽도형, 그리고 샘플링된 이미지들이
어도비 이미지모델 상에서 인쇄되거나 디스플레이
• RGB컬러, 알파채널 지원, JPEG 압축 지원
- RGB 이미지의 PICT 포맷 저장: 16bit / 32bit 해상도 - Grayscale 이미지의 PICT 포맷 저장: 2, 4, 8bit/pixel
▣ Acrobat PDF(*.prf)
• Portable Document Format
• Acrobat 에서 사용할 수 있는 전자문서용 이미지 파일
• 일러스트레이터에서 작업한 파일 용량을 작게 만들어 문서화시켜 주는 포맷
I. 컴퓨터 그래픽 파일
이미지의 종류와 특징
▣ Illustrator (*.AI)
• 일러스트레이터 전용 파일형식
▣ Illustrator, Photoshop EPS(*.EPS)
• Illustrator EPS(Encapsulated PostScript)
• 비트맵 이미지와 벡터이미지를 동시에 저장 : 고품질 출력물
• Mac에서 많이 사용: 파일 용량이 커짐, CMYK모드 지원
• Quark Xpress나 Page Maker에서 편집 작업 후, 필름 출력을 할 때 사용
▣ Photoshop(*,psd, *.pdd)
• 포토샵 전용 이미지 파일포맷 (Paintshop Pro에서는 지원)
• 비트맵과 벡터 방식의 혼합형: 문자/투명 레이어, 채널, 스포트 채널, 패스 등 저장
II. 컴퓨터 오디오 파일
오디오 파일 개요
▣ 오디오 파일의 개요
• 컴퓨터에서 디지털 오디오 데이터를 저장하기 위한 파일 포맷
▣ 파일 format 종류
• 동일 형식의 오디오 데이터 지원: 한 오디오 코덱으로 코딩
• 멀티미디어 Container Format: 하나 이상의 데이터 지원 (마트료시카(Матрёшка), AVI. MOV, RM) :
▣ Codec의 개요
• Coder+decoder : 오디오 아날로그 신호->디지털 신호->아날로그 신호로 변환 - 펄스부호변조(PCM: Pulse Code Modulation)를 사용하여 부호화 및 복호화
• COmpression(압축)+DECompression(해제) :
- 원신호를 손상치 않는 범위에서 전송데이터를 줄여서 보내고 수신 측에서 복원
II. 컴퓨터 오디오 파일
펄스부호변조(PCM)
▣ PCM(Pulse Code Modulation)
• 연속적으로 변화하는 analog 신호를 이산적(discrete) 디지털 부호로 변환
1. 표본화(sampling) : 신호에서 표본값 추출(PAM: Pulse Amplitude Modulation) 2. 양자화(quantizing): PAM 신호에서 크기 정량화
3. 부호화(encoding): 8bit pulse 열로 조합(PCM)
4. 다중화(multiplexing): 24 channel(북미)/32 channel(유럽)로 다중화 5. 재생중계(regeneration): 감쇄된 pulse를 등화, 재생 및 타이밍
6. 역다중화(demutiplexing): 다중 channel을 개별 channel로 분리 7. 복호화(decoding): PAM으로 복원
8. 보간(interpolation): 연속파로 환원
II. 컴퓨터 오디오 파일
펄스부호변조(PCM)
II. 컴퓨터 오디오 파일
오디오 파일 압축
종 류 특 징
비압축 포맷
• RAW DATA: 디지털 데이터가 다른 코덱 등을 거치지 않고 저장 및 변환
• 원본 웨이브폼과 똑같은 웨이브폼을 재현 : WAV, AIFF, AU 등 압축 포맷 비손실
(lossless) 압축 포맷
• 압축 데이터가 원본 스트림의 모든 정보를 보유
- 빠른 영상편집 또는 편집 중 화질 열화 방지 : X-ray 사진 등 - 일반 사진(2:1 또는 3:1 이하 압축): WMA, Apple, TTA, zip등 손실
(lossy) 압 축 포맷
• 잘 인식하지 못하는 부분을 손실시켜 압축률 향상
- 개별 데이터의 오차가 허용될 때 사용: 무손실 기법 보다 큰 압축효과
- 대부분의 비디오/오디오 코덱들이 사용: JPEG, MPEG
II. 컴퓨터 오디오 파일
오디오 코덱(CODEC) 종류
▣ 표준 오디오 코덱
• 64kbps PCM(Pulse Code Modulation) codec
- 협대역(Narrowband)의 음성을 8000/sec 샘플링 후 양자화 - 구현이 단순/용이, 높은 음질과 낮은 지연
• 32kbps ADPCM(adaptive differential PCM) codec
- 직접 음성 신호가 아닌 음성 신호들간의 차이를 양자화(CCITT G.721로 표준화)
• 16kbps Low Delay CELP codec
- 16kbps에서 고품질로 만들기 위한 표준 (CCITT G.728로 표준화)
• 13kbps RPE-LTP codec
- GSM(유럽 이동전화그룹)에서 만듬- full-rate와 half-rate로 나뉨
II. 컴퓨터 오디오 파일
무손실 오디오 압축
▣ FLAC((Free Lossless Audio Codec)
• 오디오 데이터의 효율적인 압축(40-50% 압축률)
• 일상적 음악 재생과 보관: tagging, 앨범 아트, fast seeking 지원
• Free SW, Open Source SW, No-royalty SW
• 공식적으로 window 플랫폼만 지원: 애플 제품들은 iTunes부터 지원하지 않음
▣ Monkey's Audio(.ape)
• 압축, 압축 풀기 등의 목적- 공식적으로는 윈도 플랫폼만 지원
▣ WavPack(.wv) :
• WAV 파일 형식을 가진 8, 16, 24, 32 bit floating point 오디오 파일 압축
• Free SW, Open Source SW
• Surround sound stream, High frequency sampling rate 지원
• 팝 음악: 30~70% 압축률, 클래식 음악: 더 좋은 압축률
II. 컴퓨터 오디오 파일
무손실 오디오 압축
▣ TTA(The True Audio)(.tta)
• 8, 16, 24 bit rate에 대하여 무손실 압축 수행: 30% 정도의 압축률
• 리얼타임 디코드/인코드 알고리즘 채용
• Open Source format: GPL(General Public License)을 따름
▣ ALE(Apple Lossless Encoder)/ALAC(Apple Lossless Audio Codec)(.m4a)
• 애플 무손실: iPhone/iPad, iPod, Mac, iTunes에서 지원 ▣ WMA(Windows Media Audio) .wma
• MS Window 미디어의 음성 코덱 (영상 포함 .wmv)
• DRM기능을 포함
II. 컴퓨터 오디오 파일
무손실 오디오 압축 코덱
특징 FLAC
(flac) WavPack
(wv) TTA
(tta) Monkey's
(ape) ALAC
(m4a) WMA (wma) 인코딩 속도 빠른 매우 빠름 매우 빠름 빠름 보통 보통 디코딩 속도 매우 빠름 매우 빠름 빠름 보통 빠름 보통
압축률 58.70% 58.0% 57.10% 55.50% 58.50% 56.30%
유연성 매우 좋음 매우 좋음 나쁨 매우 좋음 나쁨 나쁨
오류 처리 ○ ○ ○ X ○
HW 지원 매우 좋음 제한적 제한적 제한적 좋음 제한적
SW 지원 매우 좋음 좋음 보통 좋음 나쁨 좋음
스트리밍 ○ ○ X X ○ ○
오픈 소스 ○ ○ ○ ○ ○ (디코딩) X
다중 채널 ○ ○ ○ X ○ ○
지원 OS 모두 지원 모두 지원 모두 지원 모두 지원 Win/Mac Win/Mac
II. 컴퓨터 오디오 파일
손실 오디오 압축
▣ MP3 (MPEG-1 Audio Layer-3)
• 톰슨 멀티미디어와 브라운 호퍼 연구소가 특허권 보유: 유료
• ‘인지 압축 방식(Perceptual Coding)‘ : 인간이 인지할 수 없는 영역 삭제로 압축
• 비파괴적 압축: 데이터의 압축/복원 과정에서 데이터의 변경이나 손실이 없음 예) 12222223334‘: '12-63-34’로 압축: 같은 데이타 반복이 많을수록 고압축률
• 표준 음성 압축: 아날로그 음원 -> AD 컨버팅 -> 디지탈 PCM 파형 -> 20Hz에서 20KHz 사이의 주파수를 32단계로 분해
-> 분해된 한 단계를 다시 18단계로 세분 (총 576부분)
-> 각 세부된 부분에서 가장 강한 음의 성분에 대한 정보만을 선택 -> 나머지 음에 대한 음의 정보 삭제
-> 세분된 576부분의 강음 정보만을 모아 재합성
II. 컴퓨터 오디오 파일
손실 오디오 압축
▣ Ogg Vorbis(.ogg) :
• MIT 크리스토퍼 몽고메리 등이 개발
• MP3 대안 형식(완전 무료): 소스 코드까지 공개
• 같은 크기일 때 MP3보다 음질이 좋음
▣ WMA(Windows Media Audio)
• MS사에서 스트리밍 서비스 제공을 위해 만들어진 형식
• 파일 용량을 줄이는데 적합: MP3보다 훨씬 작은 크기로도 같은 품질의 파일
• WMA9 코덱은 무손실 압축도 지원
▣ WAV
• Window 표준 오디오 파일 컨테이너
• 비압축 방식의 CD급 품질 오디오 파일을 저장: 파일 크기가 크다
II. 컴퓨터 오디오 파일
손실 오디오 압축
▣ VOX
• 대화형 ADPCM 포맷: 4비트로 데이터를 압축
• WAV파일과 유사:
• 파일을 재생하기 위해서는 코덱 sampling rate와 채널 sample 수를 명시
▣ ra & rm
• 인터넷 스트리밍 서비스를 제공하기 위해 개발된 리얼오디오 포맷
▣ MMF
• 삼성 오디오 포맷(벨소리에 사용)
▣ AU
• SUN, Unix, Java 표준 오디오 파일 포맷
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 출력 방식
▣ 비월 주사 방식(Interlace scanning)
• 홀수/짝수 가로줄로 번갈아 표시하는 영상 표시 방식
• NTSC(National Television System(s) Committee)
- 525 라인, 60 Hz/sec, 29.97 fps: 홀수 필드 우선 (한국/일본/북중미 사용)
• PAL(Phase-Alternating Line, Phase Alternation by Line) - 625 라인, 50 Hz/sec, 25fps : 짝수 필드 우선 (유럽 사용)
• SECAM(Séquentiel couleur avec mémoire, sequential color with memory) - 625/819 라인, 25 fps (프랑스에서 시작한 첫 번째 유럽 컬러 TV 표준)
▣ 순차 주사 방식(Progressive scanning)
• 화면에 표시할 내용을 처음부터 끝까지 순서대로 표시
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 출력
▣ 화면비(가로세로비)
• 영상 화면과 영상 이미지 요소의 크기
▣ frame rate(fps: frame per second)
• 움직이는 프레임을 자연스럽게 인식 하려면 적어도 초당 15fps 필요
• NTSC: 29.97 fps, PAL과 SECAM: 25 fps, 영화: 24 fps
전통적 TV 4:3 또는 1.33:1 고선명 TV 16:9
35mm film 2.37:1
III. 컴퓨터 동영상 파일
화면 해상도
▣ 영상 이미지 크기
• 디지털 영상 또는 아날로그 비디오의 해상도: 세로줄에서 화소로 측정
(i: interlaced, p: progressive)
SDTV 해상도
• NTSC: 720/704/640×480i 30 fps
• PAL/SECAM: 768/720×576i 25 fps
HDTV 해상도 • 1920×1080p 24/25/30/60 fps 아날로그
해상도
486 NTSC/576 PAL
• VCR 화질 : 스캔라인 당 400 화소
• DVD 화질 : 스캔라인 당 720 화소
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 파일의 종류
▣ AVI(Audio Video Interleave) Format (.avi)
• MS window의 표준 동영상 파일 포맷: 오디오와 비디오 파일이 순차적
• 용량이 크지만, 상대적으로 뛰어난 화질
• divx/xvid 등의 코덱 설치
▣ Active Streaming Format (.asf)
• MS의 디지털 사운드와 영상을 담는 포맷 : Windows Media Player로 재생
• Streaming 방식으로 음성, 영상, 애니메이션들을 실시간 재생
• 동기화된 다중 미디어 데이터를 저장
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 파일의 종류
▣ Quicktime Format (.mov)
• Apple에서 개발된 매킨토시 환경의 동영상 표준 파일 포맷
• 컨테이너 포맷: 여러 개의 트랙에 비디오, 오디오 ,텍스트 또는 effects 포함
• Mac 또는 윈도우 Platforms에 Quicktime Player로 재생
▣ Windows Media Video Format (.wmv)
• MS의 동영상 파일 포맷
• 저용량 영상 : 고압축 인터넷 환경에 적합하게 설계
• Streaming 방식으로 음성, 영상, 애니메이션들을 실시간 재생
• ASF(Advanced Systems Format) 기반의 파일 포맷
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 파일의 종류
▣ 3GP File Extension (.3gp)
• 3G 모바일 플랫폼 환경의 멀티미디어 파일 포맷(2G/4G 환경에서도 재생 가능)
▣ webM
• web 환경에 적합: 노트북 ,저전력 컴퓨터 등의 디바이스에서 재생 가능
• 오픈 소스 및 로얄티 없는 미디어 파일 포맷
• 비디오 코덱 : VP8(google에서 지원) / 음성코덱: Vorbis
• 단순한 파일 포맷 및 인코딩 과정, 고품질의 실시간 비디오 딜리버리
▣ DVD Video Object(.vob)
• DVD에 기록된 동영상 데이터 형식
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 압축
▣ 영상 압축 기술 요소
• 공간적 중복의 제거
• 시간적 중복의 제거 : “전 화면과 변화가 없다”, “전 화면 중 이동량(x,y)은 xx이다.”
• 통계 중복의 제거: 부호의 발생 확률 편중에 따른 압축
▣ 압축의 3 주요 parameter
화질 • Lossless compression: 신장된 영상이 원영상과 정확히 동일
• Lossy compression: 신장된 영상이 원영상과 동일하지 않음 속도 • 정지영상 : 압축속도가 신장속도에 비해 덜 중요.
• 동영상 : 실시간으로 캡춰하기 위해 고속의 압축이 필요.
HW 및 SW • SW 구현 시 속도 문제: 속도 증가를 위해 특별 HW 필요
• 가속기 : 특수목적 H/W(JPEG Chip), 일반목적 H/W(DSP Chip)
III. 컴퓨터 동영상 파일
▣ 단순기법 (Simple compression techniques)
• Truncation: 각 픽셀의 하위 bit를 제거하여 데이터 압축
- 예) R:G:B=8:8:8(24bpp)을 R:G:B=5:5:5+1(flag bit) (16bpp)로 압축
• CLUT(Color Lookup Table): 비트맵에 있는 픽셀 값이 칼라테이블(팔레트)의 인덱 스를 나타냄
- 예) 24bpp(16 million colors)를 8bpp(256 colors)로 표현
동영상 압축 기법
동영상 압축 기법
변환기법 (transfor
mation)
DCT(Discrete Cosine Transform):
• 2차원 행렬로 정의된 영상데이터를 공간 영역(spatial domain)에서 주파 수 영역(frequency domain)으로 변환
• 낮은 전송 속도에서 좋은 영상 재현: JPEG, MPEG, H.261 등의 부호화
• 실시간 처리 어려움
예측기법 (predicti
on)
• 이전 정보를 기반으로 다음 정보를 예측하고 예측 값과 원래 값 사이의 오차를 보정 정보를 이용하여 보정
• DPCM(differential pulse code modulation): 근접한 픽셀들의 값을 비교 하여 그 차이만을 전송
• ADPCM(Adaptive DPCM) : 값의 차이를 나타내는 비트의 수를 적절하 게 변화
▣ 손실 압축
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 압축 기법
양자화 (quantiz
ation)
• 미리 정의된 정보(양자: quantum)들로 데이터를 부호화
• 스칼라 양자화: 정확하게 부호화할 수 없는 경우, 가장 비슷하게 복원 할 부호 생성
• 벡터 양자화: 입력된 데이터를 벡터로 분할한 후 벡터들을 미리 정의 되어 있는 벡터 양자들을 이용하여 부호화
▣ 손실 압축
4의 배수로 양자화한 데이터
200 115 49 70 81 83 88 75 50 29 12 17 20 21 22 19
양자화 전의 데이터
4를 양자로 이용하여 4의 배수로 양자화
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 압축 기법
Run- Length 부호화
• 반복되어 나타나는 블록(run) 정보들을 반복 횟수(length)로 표현 AAAABBBBBCCCCCCCCDEEEE 4A5B8C1D4E
(압축률 = 22/10 = 2.2) 22 byte 10 byte Huffman
부호화
• 단위 정보 표현 비트 수를 단위 정보의 출현 빈도 기반으로 할당
• 빈도가 높은 정보-> 적은 비트 수, 빈도가 낮은 정보->많은 비트 수로 표현 Lempel-
Ziv 부호화
• 텍스트 데이터에서 단위 정보를 한 개의 글자 대신 한 개의 어구로 설정
• 동일 어구가 반복할 경우 맨 처음 어구가 나타난 문서상 위치 정보를 이용 하여 그 이후에 나타난 어구들을 부호화
▣ 무손실 압축
III. 컴퓨터 동영상 파일
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 코덱-MPEG
▣ MPEG
MPEG-1 (ISO 11172)
CD 등의 디지털 저장매체 VHS 수준의 동영상/음향을 최대 1.5Mbps로 압축 저장
MPEG-2 (ISO 13818)
디지털 TV, 대화형 TV, DVD
디지털 방송을 위한 고화질/음질의 동영 상 데이터를 3Mbps 고속 전달
MPEG-4 무선망에서 멀티미디어 통신, 화상회의, 방송, 영 화, 교육, 오락, 원격감시
멀티미디어 통신을 전제로 낮은 전송률 로 동화상 전송(64kb, 19kb/sec의 저속 전송)
MP3: MPEG-1의 오디오 코덱부분 MPEG-3 : MPEG2에 포함
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 코덱-MPEG
▣ MP4 Format (.mp4)
• MPEG(Moving Picture Experts Group)-4 (ISO/IEC 14496-14:2003)
• Media Container 표준 포맷 : 방송/멀티미디어의 표준 영상압축 규격
• 디지털 비디오/오디오 스트림 저장,
• PC 및 스마트 폰 등 다양한 디바이스에서 재생 가능
동영상 표준 Codec (ITU-T의 H 시리즈)
H.261 H.320에서 표준 영상전송규정 전송속도 p*64kbps (p=1~30), 영상 비트율 40kbps~2Mbps H.263 H.323 환경에서 선택적인 영상
Codec
데이터 전송 속도 V.34 ahepa 28.8kbps 이하
H.264 (MPEG-4 AVC) 고화질 동영상을 높은 압축률로 저장/
재생
III. 컴퓨터 동영상 파일
동영상 코덱-MPEG
▣ Divx(Digital Video Express) for Mpeg4
• DIVX 개발: MPEG-4 기반의 영상 코덱
• 상용 SW: DVD 대여 전용 포맷-최초 플레이 후 48시간 동안만 컨텐츠 재생
• 고품질 및 작은 용량(원본의 15%까지 압축)
• MS와 Mac OS만 지원
▣ Xvid
• MPEG-4 표준을 따르는 영상 코덱
• Divx가 상용 변환에 대응하여 만든 Free/Open Source 코덱
• 다양한 플랫폼과 OS에서 사용
III. 컴퓨터 동영상 파일
▣ RLE (Run Lengh Encoded)
• 영상의 수평층(Horizontal Band)에서 유사한 색상의 길이와 깊이로 압축
• 2차원 애니메이션 제작에 효과적
• 일반 비디오에 사용할 수 없음, 압축 효율성 떨어짐, 8bit 이상 영상은 압축 불가
동영상 코덱
▣ Microsoft Video
• 8bit, 16bit, 24bit의 영상까지 압축 가능
• 고품질 및 압축률: 압축률을 너무 높이면 이미지가 끊어지고 파일의 용량도 커짐
▣ Intel Indeo
• Intel에서 개발 : 빠른 압축 속도
• Window/Mac 모두 사용
• 16bit color에 적합
III. 컴퓨터 동영상 파일
▣ Cinepak
• 래디우스(Radius)에서 개발: 15 FPS의 CD타이틀에 사용
• 압축 시간이 오래 걸리나 가장 높은 압축률과 높은 품질, 적은 용량
• 영상 재생 시 다른 코덱에 비해 빠르게 압축 해제: Asymetrical 알고리즘
동영상 코덱
비디오포맷 압축시간 용량 픽셀 실행
DVD MPEG2 - 52M 720*480
Divx MPEG4 LOW-MOTION 10분 11.5M 480*288 indeo indeo 50분 28M 480*288 cinepak cinepak 43분 28.4M 480*288
