What is H.261? 9715291 장지훈

ISDN(종합정보통신망) ISDN에서 규정하고 있는 채널 B채널 - 64Kbps, 음성 및 팩스 등 기본 정보 전송 H채널 - 384Kbps, 동영상 및 고속데이터 전송 D채널 - 16Kbps or 64Kbps, 제어신호용

H.261개관 H.261은 종합정보통신망(ISDN: Integrated Services Digital Network)을 이용한 영상전화 및 영상회의를 위한 동영상 압축방식이다 N-ISDN의 실시간 쌍방향 영상 통신용으로 개발. H.261은 동화상 비디오의 압축과 부호화기법에 대한 표준으로서 높은 압축률(100:1~2000:1)과 실시간 압축을 지원한다. H.261은 영상압축의 기술적 내용뿐 아니라 표준화를 하는 효과적 프로세스로서도 MPEG의 탄생에 모태역할을 했던 것이다.

응용분야: 영상회의/전화, 단방향 통신의 원격감시, 저장 미디어를 이용한 간이 주문형 비디오. H.261은 시간 중복성을 제거하기 위해 화상간의 예측기법을 사용하며, 공간 중복성을 제거하기위해 DCT 변환 기법을 사용하며, 동작보상(motion compensation)기법도 옵션으로 추가할 수 있다.

H. 261은 영상전화및 영상회의를 위한 동영상 압축표준이다. 따라서 H H.261은 영상전화및 영상회의를 위한 동영상 압축표준이다. 따라서 H.261이 다루는 화면은 기본적으로 사람의 얼굴과 어깨가 포함되는 소위 Head-and-Sh oulder 영상이다. 영상전화기의 경우 보통 카메라가 고정되어 있고 그 앞에서 화자가 화면에 나타나는 상대 얼굴을 보며 대화한다. 이 때의 영상은 고정된 배경과 약간의 얼굴 움직임(특히 눈과 입의 움직임이 큼)으로 특징지워진다. 따라서 장면전환이 없이 이웃하는 화면간 상관도가 매우 높고 화면간 부호화가 매우 효율적이다.

H.261은 intra frame과 inter frame의 영상데이터 압축 모드를 지원한다. H.261에서 첫 화면은 모든 매크로블록을 화면내 부호화하고(Ⅰ화면), 그 이후의 화면은 앞 화면으로부터 순방향 예측 부호화하여(P화면) 압축효율을 높이고 있다. 즉 화면의 구성은 IPPP-의 형태가 된다. P화면은 각 매크로블록 마다 움직임 추정 및 보상을 한 후 화면내 부호화(인트라 모드)와 화면간 부호화 (인터 모드)중 보다 압축이 많이 되는 것을 선택한다.

Intra Frame & Inter Frame intra frame 방식은 입력화상이 인접한 다른 화상과는 독립접으로 DCT 부호화 된다. 이것은 MPEG의 I frame 부호화와 비슷하며, JPEG coding과도 비슷하다. inter frame 방식은 이전의 화상으로부터 현재의 화상을 예측하는 기법이다. 즉, 이전의 화상과 현재의 화상과의 차이만을 부호화한다. 이것은 MPEG의 P frame과 비슷하다.

Intra frame(I frame)과 Inter frame(P frame) 두가지 형태 프레임이 있다 Intra frame(I frame)과 Inter frame(P frame) 두가지 형태 프레임이 있다. 부호화 할 경우 Intra frame은 이웃하는 프레임들과 상관없이 독립적으로 부호화하고, inter frame은 이웃하는 I 또는 P frame을 참조하는 예측 프레임이다.

Intra Frame Cording

I-프레임은 기본적으로 I frame은 JPEG 을 사용하고, 앞 또는 뒤의 다른 프레임과는 관계없이 독립적으로 단 하나의 영상으로 부호화되기 때문에 I frame은 accessing point를 제공한다. macroblock은 원 영상의 Y(루미넌스)에 대한 16*16 pixel이다. 1 macroblock은 보통 4Y block, 1Cr, 1Cb block으로 구성된다. 양자화는 모든 DCT계수에 대한 상응하는 값들로 양자화된다.

H.261 데이터 블록 구조

Inter Frame Coding

P frame은 이전 프레임을 참조하는 예측 프레임이다 P frame은 이전 프레임을 참조하는 예측 프레임이다. P 프레임은 연속되는 이미지들의 전체 이미지가 바뀌는 것이 아니라 이미지의 블럭들이 옆으로 이동한다는 점에 착안한것이다. 즉,이전의 화면과 현재의 화면의 차이가 매우 적은 것을 이용하여 차이값만을 부호화하는 것이다. 이전 영상은 참조 프레임(reference frame)이라 부르고 부호화되는 이미지는 target frame이라 부르며, 실제로, 이 두 프레임의 차이가 부호화된다.

H.261알고리즘 1)Macro block : 매크로블럭에 루미넌스에 대한 움직임 보상에의한 정보압축(frame간 정보예측) 2)Macro block을 8*8 Block으로 세분화 한후 DCT에 의한 정보를 압축 3)Macro block화 하는 단계에서의 정보예측과 8*8 block화 하는단계에서의 DCT에 의한 정보 압축의 발생편중을 이용하여 Huffman code에 기초한 Entropy coding을 시행 4)DCT 계수의 양자화 제어에 의해 전체 부호발생량을 제어

즉, DCT 변환기법으로 공간중복성을 제거 하고, 화상간 예측기법을 시간중복성을 제거함으로써 압축을 효율적으로 행할수 있으며, intra frame coding으로 frame내의 공간적 압축을, inter frame coding으로 frame간의 시간적 압축을 하여 동작보상기법을 이용한다. 동작보상(Motion Compensation) : 이 기법은 동화상의 압축에서만 사용할 수 있는 방법으로서, 배경은 고정되어 있고, 전경의 물체가 하나 움직이고 있다고 보는것이다. 움직이는 물체의 이동위치만을 기술하면 되고 배경은 변화 없을 것이기 때문에 다시 배경을 기술할 필요는 없는 것이다.

물론 실제 동화상이 그렇게 간단할리는 없다. 따라서 실제로는 각각의그림을 일정 너비의 구역으로 가른 후 각 구역이 직전 그림의 어느구역과 비슷한지를 찾음으로써 구현한다. 각각의 구역은 보통 높이와 폭이 각각 8 pixel길이 인것을 사용하며, 이러한 8*8 구역을 블럭이라고 부른다. 동작 보상 기법은 압축이 복원보다 힘들고 오래 걸리는 기법이다. 압축시에는 직전 그림의 어느 블럭과 가장 비슷한지를 알아야 가장 훌륭한 압축 성능을 얻을 수 있는데, 이렇게 하기 위해서는 각 블럭마다 직전 그림의 모든 블럭과 비교 해 보아야 하므로 엄청난 양의 계산이 필요하게 된다. 복원시에는 압축된 데이타에서 지정하는 직전 그림의 블럭을 가져다 쓰면 되므로 압축할 때와 같은 엄청난 탐색은 불필요하게 된다. 물론 이러한 계산 복잡도 때문에 실제의 경우 직전 그림의 모든 블럭과 비교하는 것은 피한다.