동영상 및 비디오

동영상 및 비디오

6.1 비디오의 개요

6.2 비디오 처리 하드웨어 6.3 디지털 영상처리

6.4 비디오의 압축/복원

6.5 비디오 스트리밍

2

6.1 비디오의 개요



아날로그 비디오와 디지털 비디오



비디오와 애니메이션의 차이



비디오의 활용

개요



영상(동화상)과 화상의 차이



화상: 정지된 이미지화면을 의미



영상: 이미지 화상들의 연속적인 집합체

 가장 크기가 크고 처리하기 어려운 미디어

 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)

6.1 비디오의 개요

4

아날로그 비디오와 디지털 비디오



아날로그 비디오



TV의 등장으로 아날로그 비디오 처리기술의 급속한 발전



공중파나 cable등으로 신호 입력 ⇒ RGB모드로 복원 ⇒ TV 출력



외부의 잡음에 취약하고, 자료의 편집이나 수정에 어려움

6.1 비디오의 개요



디지털 비디오



비디오 보드가 입력 데이터를 처리하여 모니터 신호로 변환/출력

 비디오 편집 소프트웨어를 이용하여 생성된 디지털 비디오 자료

 비디오 카메라, VTR, TV등 외부 장치로부터 입력되는 비디오 신호



잡음이 적고 자료의 편집 및 수정이 용이

 Premiere, Windows Media와 같은 편집기 이용



자료의 규모가 방대하여 많은 양의 데이터

 과거 인터넷 환경에서 비디오 전송시 많은 시간 소요

6.1 비디오의 개요

6

비디오와 애니메이션의 비교



비디오: 실세계를 촬영한 결과



애니메이션: 컴퓨터를 이용하여 일련의 장면을 인공적으로 생성

6.1 비디오의 개요

6.2 비디오 처리 하드웨어



비디오 보드



비디오 저장장치

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비디오 보드



비디오 보드



PC에서 비디오 영상을 처리하여 모니터 화면에 출력



비디오 오버레이(Video Overlay) 보드



영상중첩 기술을 이용하여 컴퓨터 내부의 정보와 외부에서 유입되 는 영상정보를 합성하여 모니터에 표현.



TV 수신카드

 문자 및 그래픽 정보와 외부의 영상 정보를 동시에 제공

 한 화면에서 텔레비전이나 비디오를 보면서 문서를 동시에 편집 가능

6.2 비디오 처리 하드웨어



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 장치 를 말한다

 영상편집보드, 화상회의 시스템 등.

6.2 비디오 처리 하드웨어

10

비디오 저장장치



광디스크 저장매체



CD

 1981년 Philips사와 Sony사에 의해 오디오 CD 개발

 그 후, CD-ROM(1985년), CD-R(1988년), CD-RW(1997년)

 DVD

 1993년 대용량 데이터 저장장치로 개발

 MPEG-2 기술 이용, Full Screen/Full Motion 지원

 “Digital Versatile Disk”로 불리움

6.2 비디오 처리 하드웨어

6.2 비디오 처리 하드웨어

구 분 CD DVD

디스크 크기 120 mm 120 mm

디스크 두께 1.2 mm 1.2 mm

디스크 저장구조 단면 양면

탐색 속도 1.2 ms 4.0 ms

저장 용량 약 650 ~ 700 MB 단면 : 4.7 GB, 양면 : 8.5 GB

데이타 전송율 153.6 Kbps * (배속) 1,108 Kbps * (배속)

CD와 DVD의 비교

12



고화질 광디스크(HD Optical Disk)

 2006년 HDTV 수준의 고화질 비디오 저장장치로 개발

 Blu-ray방식과 HD DVD방식이 존재

 2009년 현재 거의 Blu-ray 디스크로 기울어짐

 Blu-ray는 최대 1920x1080 픽셀의 해상도, 25GB~50GB의 대용량



디스크 어레이(Disk Array) 장치

 많은 양의 비디오 자료를 담을 수 있다.

 VOD(Video on Demand) 서비스 업체 등 대용량의 멀티미디어 정보를 보 유한 곳에서 주로 사용하는 저장장치

6.2 비디오 처리 하드웨어

6.3 디지털 영상처리



영상의 전환과 특수효과



디지털 영상합성

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영상의 전환과 특수효과



영상의 전환

 가장 기본적인 영상효과는 두개의 영상간의 화면전환 기능

 Fade기능은 영상 A로부터 영상 B로 서서히 전환하는 과정으로 간단한 승 산기와 가산기를 이용하여 이 과정을 수행하기 위해서는 연산의 대상이 되는 영상 A와 영상 B의 데이터가 정확하게 동기화 되어야 함

6.3 디지털 영상처리

Fade 영상 전환



디지털 영상합성 - 크로마키 합성

 TV가 흑백에서 컬러로 바뀌면서 영상중의 색 차이를 검출하여 마스크에 해당하는 키 화상(Key Image)을 생성하고, 합성하는 장치가 폭넓게 사용 되게 되었는데, 이것을 크로마키합성이라고 하며 영상을 합성하는 장치 의 대명사로 인식될 정도로 폭넓게 사용

 크로마키 합성은 마스크 화상의 생성과 합성이 실시간으로 처리되고, 영 상을 촬영한 장소에서 즉시 합성할 수 있는 유일한 수단

 영상으로서 필요한 전경과 불필요한 배경을 색으로 식별할 수 있도록 크 로마키와 청색으로 착색한 일정한 배경세트가 필요

6.3 디지털 영상처리

16



특수 효과

 영상 장치가 디지털화 하면서 과거 아날로그 장치로는 불가능하였던 영 상효과가 이제는 실현될 수 있게 되었다. 카메라로 촬영한 영상을 구의 표 면에 붙이거나 책의 페이지를 넘기는 것과 같이 영상이 바뀌는 등 다양한 영상효과가 이용되고 있다.

 이러한 영상효과를 실현하는 장치를 영상 특수효과 장치라고 하며, 영상 의 확대/축소, 위치의 이동과 변형 등 기하적인 처리를 요하기 때문에 기 하적 변형장치라 부르기도 한다.

6.3 디지털 영상처리

6.4 비디오의 압축/복원



비디오의 압축과정



비디오 압축기술



코덱(CODEC)

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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

6.4 비디오의 압축/복원

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

(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

6.4 비디오의 압축/복원

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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

6.4 비디오의 압축/복원

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

6.4 비디오의 압축/복원

22



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)

6.4 비디오의 압축/복원

6.4 비디오의 압축/복원

MPEG-1 TV 수준의 영상과 CD 수준의 스테레오 음향을 CD-ROM에 저장 (1993년)

MPEG-2 디지털 TV와 DVD 수준의 영상을 목적 (1995년)

MPEG-4 낮은 전송률에서의 비디오 전송을 목표(1998년) - 인터넷망, 화상회의 시스템, 비디오 전화 등 객체 기반 부호화, 장면 그래프 표현 규약 포함

MPEG-7 내용기반 정보검색이 목적 (2001)

MPEG-21 다양한 환경에서 콘텐츠의 교환, 전송, 유통, 보호 (2004~2006)

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코덱(CODEC)



코덱(CODEC)

 데이터를 아날로그에서 디지털로 또는 디지털에서 아날로그로 변환 시켜 주는 회로(Circuits), 칩(Chips), 또는 알고리즘(Algorithm)을 의미.

 압축(Compression, Encoding)과 복원(Decompression, Decoding)을 동 시에 지원한다.

 앞에서 설명한 JPEG, MPEG, H.261 등이 하드웨어에 의한 비디오 데이 터의 압축이라면, 코덱은 소프트웨어에 의한 비디오 데이터의 압축이라 고 할 수 있다.

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

6.4 비디오의 압축/복원

6.5 비디오 스트리밍



스트리밍(Streaming)의 개념



비디오 스트리밍 소프트웨어



멀티미디어이 동기화



스트리밍 미디어 기술의 적용

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스트리밍(streaming)의 개념



사운드 또는 비디오의 전송

 스트리밍이란 데이터를 수신하는 즉시 출력장치에 표시함으로써 송수신 자 간의 정보 전달시간 지연을 줄이는 기법

6.5 비디오 스트리밍

스트리밍 소프트웨어



스트리밍

 Web상에서 비디오/오디오 파일 전송과 실행을 병행

 파일 중 일정량의 데이터를 수신하면 바로 실행

 인터넷 방송이 가능해 짐



대표적인 소프트웨어

 RealNetwork 사의 RealOne Player : Real Audio, Real Movie

 Microsoft의 Windows Media Player : ASF, WMF

 VDOLive, ViVoActive, TrueStream 등

6.5 비디오 스트리밍

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멀티미디어의 동기화



멀티미디어 데이터의 시간적 동기화 (Temporal Synchronization)

 미디어간의 수행 순서의 동기화

 최대 지연시간이란 미디어간의 재생 시작시간의 최대 허용지연(Delay) 시 간을 의미, 최대 지터(Jitter)시간



멀티미디어 데이터의 공간적 동기화 (Spatial Synchronization)

 각 미디어의 공간적인 배치 방식(Layout)

6.5 비디오 스트리밍

멀티미디어의 동기화와 SMIL



멀티미디어 요소의 통합 및 동기화

 기존의 스트리밍 솔루션은 각 미디어 요소들간 상호작용 불가능

 W3C에서 멀티미디어 프리젠테이션 표준인 SMIL 제정 – XML 기반

 비디오, 사운드 및 정지화상 등의 각 미디어 요소들의 상호작용

 즉, 공간적 배치와 시간적 배치를 표현



SMIL 예

6.5 비디오 스트리밍

<smil>

<head> … </head>

<body>

<par>

<img src=“rpsample.rp” />

30

스트리밍 미디어 기술의 적용



온-디맨드 스트리밍(Stored Video Clip)

 이미 압축되어 저장되어 있는 비디오를 이용자가 원하는 시간에 전송

 예) 뉴스, 뮤직비디오, 영화예고편 등



실시간 스트리밍(Live Video)

 비디오가 실시간에 압축되어 Packet형태의 미디어 스트림으로 수신자에 게 전송

 예) 도로여건 정보의 전송, 실시간 스포츠 중계, 콘서트 방송, 화상회의 등

6.5 비디오 스트리밍

6.6 디지털TV와 IPTV



TV의 기본 개념



TV의 방송 방식



IPTV

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TV의 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: RGB의 3원색에서 명도를 제외한 나머지를 표현하는

두 개의 색상신호(Chrominance)

 사람이 명도신호에는 민감하나 색상신호에는 덜 민감

6.6 디지털TV와 IPTV

TV의 방송 방식



구분



아날로그 방송, 디지털 방송, 고화질 TV(HDTV), 데이터 방송



아날로그 TV의 표준형식

6.6 디지털TV와 IPTV

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

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



미국의 ATSC, 유럽의 DVB, 일본의 ISDB 방식

6.6 디지털TV와 IPTV



고화질 TV (HDTV: High-Definition TV)



1990년대 초 개발, 고화질과 고음질의 요구

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

 화면의 가로세로비가 현행 TV의 4:3에서 16:9로 변환



MPEG-2 압축표준 적용

 화상은 35mm 영화를 목표

 사운드는 CD 수준의 5.1채널 돌비 서라운드 음향을 제공

6.6 디지털TV와 IPTV

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

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

 연동형

6.6 디지털TV와 IPTV

IPTV(인터넷TV)

 인터넷TV: IP네트워크를 통하여 방송 프로그램을 Packet 방식으로 나누 어 전송하는 디지털TV

 TPS(Triple Play Service): TV방송 + 인터넷 서비스 + VoIP에 기반한 전화, 양방항 TV서비스

 폐쇄망인 전용 네트워크(Proprietary Network)을 이용, 보안성 보장

 IT산업의 미래를 이끌어 나갈 “Killer Application”

6.6 디지털TV와 IPTV

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 IPTV 서비스는 네트워크, 서비스 및 콘텐츠를 하나로 묶어야 성공,

 IPTV 사업자는 소니, 폭스, 디즈니, 워너브라더즈와 같은 대형 엔터테인 먼트 기업과의 제휴를 통해 영화, 게임과 같은 콘텐츠

 기존의 방송과 통신 간의 경계가 무너짐

6.6 디지털TV와 IPTV