영상압축(Image Compression) - MJPEG, H.264 방식

영상압축(Image Compression) - MJPEG, H.264 방식

 

 

 

1. 영상압축방식의 비교

영상압축은 크게 정지영상 압축과 동영상 압축으로 구분됩니다.

정지영상 압축은 사진을 찍는 것처럼 순간 순간 고정된 전체 영상을 압축하는 방법이고, 동영상은 순간순간 영상의 변화된 부분만 압축하는 방법입니다.

 

정지영상 압축방법에는 JPEG, MJPEG, GIF등이 있으며, 동영상 압축 방법에는 H.263, MPEG-4, H.264등이 있습니다..

압축방법을 비교할 때 정지영상 압축은 동영상 압축보다 압축 데이터가 더 큽니다.

DVR과 같이 계속적으로 영상을 압축하여 저장하는 시스템의 경우 정지영상 압축을 사용할 경우 저장할 하드디스크 용량이 커야 함으로 동영상 압축방법을 많이 사용합니다.

 

 

2. 정지영상 압축

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1) JPEG

JPEG(Joint Photographic Experts Group)은 디지털 이미지 압축을 위한 표준 압축 형식으로, 사진 및 다양한 그래픽 이미지를 효율적으로 저장하고 전송하기 위해 사용됩니다.

 

· 손실 압축 방식을 사용하여 이미지를 압축합니다. 이 방식은 이미지의 일부 정보를 제거하고 감지할 수 없는 수준으로 압축함으로써 파일 크기를 줄입니다. 이로 인해 원본 이미지와 압축된 이미지 사이에는 약간의 품질 손실이 발생할 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우에는 훈련된 눈으로는 차이를 알아차리기 어렵습니다.

 

· 다양한 압축 옵션을 제공하여 사용자가 압축률과 이미지 품질 간의 균형을 조절할 수 있습니다. 높은 압축률을 선택하면 파일 크기가 작아지지만 품질이 저하될 수 있으며, 낮은 압축률을 선택하면 높은 품질을 유지할 수 있지만 파일 크기가 상대적으로 커집니다.

 

· 디지털 카메라, 웹 사이트, 소셜 미디어, 그래픽 디자인, 인쇄 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 이미지 형식입니다. 특히 사진과 복잡한 그래픽 이미지에 적합하며, 이미지의 상세한 표현이나 색상 변화가 크지 않을 때 효과적으로 압축됩니다.

 

· 이미지의 손실 압축 방식이므로 반복적인 압축 및 해제 압축 작업을 수행하면 이미지 품질이 점차 감소할 수 있습니다. 따라서 중요한 이미지의 경우 원본 이미지를 보존하고 필요할 때에만 압축된 버전을 사용하는 것이 좋습니다.

 

2) MJPEG

MJPEG(Motion JPEG)은 동영상을 압축하는 방식 중 하나로, 각각의 프레임을 독립적으로 JPEG 이미지로 압축하는 방식입니다.

 

· 비디오를 프레임 단위로 분리하고 각 프레임을 JPEG 형식으로 압축합니다. 이는 동영상을 연속적인 이미지로 처리하는 것으로, 프레임마다 개별적인 JPEG 압축이 수행됩니다. 따라서 각 프레임은 독립적으로 디코딩되며, 비디오의 움직임이나 변화에 따라 각각의 프레임이 서로 다른 압축 수준을 가질 수 있습니다.

 

· 비교적 간단하고 직관적인 압축 방식으로, 디코딩이 빠르고 구현하기도 비교적 쉽습니다. 또한, 각 프레임이 독립적으로 압축되므로 특정 프레임의 손실이 전체 비디오에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 한 프레임에서 발생한 오류가 전체 비디오에 확산되지 않고 해당 프레임에서만 영향을 미칠 수 있습니다.

 

· 주로 보안 카메라, 웹캠, IP 카메라 등 실시간 비디오 캡처 및 스트리밍 애플리케이션에서 사용됩니다. 또한, 동작이 느리거나 간단한 비디오 편집 작업을 수행할 때에도 사용될 수 있습니다. 하지만 MJPEG는 다른 압축 형식에 비해 파일 크기가 크고 압축률이 낮기 때문에 저장 공간이나 대역폭에 제한이 있는 환경에서는 효율성이 떨어질 수 있습니다.

 

· 프레임 간의 압축에 대한 정보를 공유하지 않기 때문에 비디오의 전체적인 압축 효율은 낮을 수 있습니다. 따라서 비디오를 재생하거나 스트리밍할 때에는 MJPEG를 지원하는 장치나 소프트웨어가 필요합니다.

 

 

3. 동영상 압축

1) H.263

H.263는 ITU-T(국제전기통신연합-전기통신표준화부문)에서 개발한 비디오 압축 표준으로, 1995년에 H.261의 후속으로 도입되었습니다. H.263은 주로 비디오 회의와 저비트율 비디오 통신을 위해 설계되었으며, ISDN(통합서비스디지털망)과 이동통신망을 포함한 다양한 네트워크에서 사용됩니다.

 

· 모션 보상, 블록 기반 코딩, 가변 길이 코딩 등 다양한 기술을 사용하여 비디오를 압축합니다. 이 표준은 흑백 비디오와 컬러 비디오를 모두 지원하며, QCIF(Quarter Common Intermediate Format)에서 CIF(Common Intermediate Format)까지 다양한 해상도를 지원합니다. 또한, 다양한 비디오 프레임 레이트와 비트 레이트를 지원하여 다양한 네트워크 조건과 대역폭 제약을 고려할 수 있습니다.

 

· H.263의 주요 특징 중 하나는 낮은 비트율에서도 좋은 비디오 품질을 제공할 수 있다는 것입니다. 이러한 특성으로 H.263은 대역폭이 제한된 환경에서 유용하게 사용될 수 있었습니다. 이 표준은 비디오 회의 시스템, 비디오 스트리밍 서비스 및 초기 모바일 비디오 애플리케이션에서 널리 채택되었습니다.

하지만 시간이 지나면서 H.263보다 압축 효율성과 비디오 품질이 우수한 H.264(AVC)와 H.265(HEVC)와 같은 새로운 비디오 압축 표준이 더욱 인기를 얻었습니다. 이러한 최신 표준들이 현대의 비디오 통신 시스템과 서비스에서 H.263을 대체하고 있습니다.

 

· 비디오 압축 표준의 역사와 발전을 언급할 때 여전히 언급되는 경우가 있지만, 실제적인 용도를 위해서는 더 고급이고 효율적인 표준들에 의해 대체되었습니다.

 

2) MPEG

MPEG은 영상과 음성을 압축하여 전송하고 저장하기 위한 국제 표준화 기구인 ISO/IEC의 MPEG(Moving Picture Experts Group)에서 개발한 표준 압축 형식입니다.

 

· 다양한 압축 표준을 포괄하는 용어로, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21 등 여러 버전이 있습니다. 각각의 버전은 서로 다른 목적과 요구 사항에 맞게 설계되었습니다.

 

· MPEG-1: MPEG-1은 비디오와 오디오를 압축하는 첫 번째 표준입니다. 주로 CD-ROM 비디오, VCD(비디오 CD), 멀티미디어 애니메이션 및 비디오 게임 등에 사용됩니다.

 

· MPEG-2: MPEG-2는 텔레비전 방송 및 DVD 비디오 등에 사용되는 표준입니다. 고화질 비디오와 멀티채널 오디오를 지원하며, 디지털 텔레비전 방송, 위성 방송, 케이블 TV, DVD 및 블루레이 디스크 등에 널리 사용됩니다.

 

· MPEG-4: MPEG-4는 인터넷과 다양한 멀티미디어 애플리케이션을 위한 표준입니다. MPEG-4는 비디오, 오디오 및 그래픽 데이터를 효율적으로 압축하고 스트리밍 및 저장 기능을 제공합니다. 이 표준은 온라인 비디오, 스트리밍 서비스, 디지털 미디어 플레이어 등에 널리 사용됩니다.

 

· MPEG-7: MPEG-7은 멀티미디어 콘텐츠의 기술적 및 음악적 특성을 기술하기 위한 표준입니다. 이 표준은 콘텐츠 검색, 분류, 관리, 인덱싱 등의 다양한 응용 프로그램에 사용됩니다.

 

· MPEG-21: MPEG-21은 다양한 멀티미디어 콘텐츠 및 서비스 간의 상호 운용성을 위한 표준입니다. 디지털 권리 관리, 지불 시스템, 광고 등 다양한 멀티미디어 서비스를 통합하는 데 사용됩니다.

 

· MPEG 표준은 영상과 음성 압축을 위한 광범위한 응용 분야에서 사용되며, 디지털 미디어의 발전과 인터넷 기술의 진보에 큰 기여를 하였습니다.

 

2-1) MPEG-2

MPEG-2는 텔레비전 방송과 DVD 비디오 등에 주로 사용되는 표준입니다. 이 표준은 고화질 비디오와 멀티채널 오디오를 지원하며, 디지털 텔레비전 방송, 위성 방송, 케이블 TV, DVD 및 블루레이 디스크 등에 널리 사용됩니다.

 

· 다양한 압축 기술과 알고리즘을 사용하여 비디오와 오디오 데이터를 효율적으로 압축합니다. 이로 인해 대역폭을 절약하면서도 고품질의 영상과 음성을 제공할 수 있습니다. MPEG-2는 I-Frame, P-Frame, B-Frame 등의 압축 기법과 DCT (Discrete Cosine Transform), 모션 보상, 인터플레이션 등의 기술을 활용하여 비디오 데이터를 압축합니다.

 

· 주요 응용 분야 중 하나는 디지털 텔레비전 방송입니다. MPEG-2는 디지털 텔레비전 시스템에서 사용되는 압축 형식으로, 고화질의 비디오와 멀티채널 오디오를 전송할 수 있습니다. 또한, 위성 방송, 케이블 TV, 지상파 디지털 방송 등 다양한 방송 플랫폼에서도 사용됩니다.

 

2-2) MPEG-4

MPEG-4는 인터넷 및 다양한 멀티미디어 응용 분야에서 사용되는 표준으로, 비디오, 오디오 및 그래픽 데이터를 효율적으로 압축하고 스트리밍 및 저장 기능을 제공합니다. MPEG-4는 고품질 비디오 압축과 오디오 압축을 위한 다양한 알고리즘과 기술을 포함하고 있습니다.

 

· 비디오를 코딩하기 위해 여러 개별 이미지 프레임을 사용하는 대신, 움직임과 변화를 추적하고 이를 모션 벡터로 표현하는 모션 보상 기술을 사용합니다. 이를 통해 고화질의 비디오를 비교적 낮은 비트율에서 전송하거나 저장할 수 있습니다.

또한, MPEG-4는 객체 기반 코딩(Object-based Coding) 기술을 도입하여 비디오 콘텐츠의 객체들을 개별적으로 인식하고 다룰 수 있습니다. 이를 통해 비디오의 특정 객체를 추적하거나 수정하는 등의 다양한 기능을 제공할 수 있습니다.

 

· 인터넷에서의 멀티미디어 스트리밍, 온라인 비디오, 디지털 미디어 플레이어, 비디오 회의 시스템 등 다양한 응용 분야에서 사용되며, 더 효율적인 압축과 다양한 기능을 제공합니다.

 

3) H.264

H.264는 ITU-T(국제전기통신연합-전기통신표준화부문)와 ISO/IEC의 공동 협력으로 개발된 비디오 압축 표준으로, AVC(Advanced Video Coding)라고도 알려져 있습니다.

 

· 고화질 비디오 압축을 위한 표준으로, 뛰어난 압축 효율과 높은 비디오 품질을 제공합니다. 이 표준은 비디오 데이터를 작은 크기로 압축하면서도 원본과 거의 동일한 품질을 유지할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있습니다.

 

· 다양한 압축 기술과 알고리즘을 사용하여 비디오 데이터를 압축합니다. 이 표준은 인접 프레임 간의 모션 정보를 활용하여 모션 보상과 예측을 수행하고, DCT (Discrete Cosine Transform) 및 양자화를 통해 비디오 데이터를 변환하고 압축합니다.

 

· 여러 가지 추가 기술과 기능을 포함하고 있어 더욱 효율적인 압축을 가능하게 합니다.

 

· 높은 압축 효율과 우수한 비디오 품질로 인해 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이 표준은 온라인 비디오 스트리밍, 디지털 텔레비전 방송, 인터넷 전화, 비디오 콘퍼런싱, 영상 감시 시스템 등 다양한 멀티미디어 애플리케이션에서 채택되어 왔습니다.

 

· H.264의 대표적인 응용 분야 중 하나는 온라인 비디오 스트리밍입니다. H.264는 작은 파일 크기로 고품질의 영상을 전송할 수 있어 온라인 비디오 플랫폼이나 동영상 스트리밍 서비스에서 널리 사용되고 있습니다. 또한, H.264는 디지털 텔레비전 방송, 모바일 비디오 통신, 영상 감시 시스템 등에서도 널리 사용되며, 효율적인 압축과 높은 품질의 비디오 전송을 가능하게 합니다.

 

· 현대 비디오 압축 기술의 중요한 부분을 차지하고 있으며, 다른 비디오 압축 표준에 비해 널리 사용되는 표준 중 하나입니다.