컴퓨터 네트워크 Chapter 2.

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1 컴퓨터 네트워크 Chapter 2

2 목차 2.1 신호의 변조 및 복조 2.2 정보의 디지털화와 변조 2.3 디지털 인코딩 2.4 전송매체 2.5 압축
컴퓨터 네트워크

3 요약 신호의 변조와 복조에 대하여 이해 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변조 과정에 대하여 이해
물리계층: OSI 모델의 최하위 계층으로 데이터를 전송하려는 송신자는 제2계층인 데이터링크 계층으로부터 프레임을 받아서 데이터 스트림을 0과 1의 값을 가지는 전기적 신호, 광 신호, 혹은 전자기파 신호로 바꾸는 기능을 담당 이 장에서 다루어지는 내용 신호의 변조와 복조에 대하여 이해 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변조 과정에 대하여 이해 전송 매체의 종류와 특성에 대하여 이해 정보의 압축 방식에 대하여 이해 컴퓨터 네트워크

4 신호의 변조 및 복조 변조(Modulation)
전송하려는 신호를 보다 높은 주파수 대역의 반송 신호(Carrier signal)에 싣는 과정 주파수 대역만이 이동, 원래의 정보는 그대로 보존 전송하려는 신호 베이스밴드 신호(baseband signal) 변조되는 신호(modulating signal) 변조의 결과로 얻어진 신호 변조된 신호(modulated signal) 컴퓨터 네트워크

5 신호의 변조 및 복조 변조(Modulation) 그림 2.1 변조과정의 예 컴퓨터 네트워크

6 신호의 변조 및 복조 변조 방식 진폭변조(Amplitude Modulation, AM)
베이스밴드 신호에 따라 반송 신호의 순간 진폭만을 변화시키는 방법 주파수변조(Frequency Modulation, FM) 베이스밴드 신호에 따라 반송 신호의 순간주파수만을 변화시키는 방법  위상변조(Phase Modulation, PM) 베이스밴드 신호에 따라 반송 신호의 순간위상만을 변화시키는 방법 컴퓨터 네트워크

7 신호의 변조 및 복조 복조(Demodulation)
변조되어 전달된 신호로부터 반송 신호를 제거하여 베이스밴드 신호를 얻는 과정 그림 2.1 복조 과정의 예 컴퓨터 네트워크

8 신호의 변조 및 복조 펄스(Pulse), 펄스변조(PM), 펄스진폭변조(PAM) 펄스(Pulse)
매우 짧은 시간 동안 진행되는 네모꼴의 전자기파형 3가지 요소 진폭, 펄스의 폭, 시간에 따른 상대적 위치 컴퓨터 네트워크

9 신호의 변조 및 복조 펄스 변조(Pulse Modulation)
추출된 표본의 크기에 따라 펄스의 특정변수인 진폭, 위치, 폭을 변화시키는 방법 펄스 진폭 변조(Pulse Amplitude Modulation: PAM) 표본의 진폭 변화에 따라 펄스의 진폭 크기를 변화시키는 변조 방법 컴퓨터 네트워크

10 정보의 디지털화와 변조 펄스코드변조(Pulse Code Modulation) 펄스코드변조 과정
베이스밴드 신호(아날로그)의 진폭과 펄스 신호의 진폭을 곱하여 PAM(Pulse Amplitude Modulation)을 만들고, 이로부터 양자화(혹은 계량화라고도 함) 과정을 통하여 코드화 된 디지털 신호를 만드는 펄스 변조 펄스코드변조 과정 표본화 과정 양자화 과정 부호화 과정 컴퓨터 네트워크

11 정보의 디지털화와 변조 표본화 과정 연속된 신호를 이산 신호로 만들기 위한 첫 번째 단계. 연속신호를 표본화하는 과정
 연속된 신호를 이산 신호로 만들기 위한 첫 번째 단계. 연속신호를 표본화하는 과정 나이퀴스트 표본화 표본정의를 따름 표본 주파수는 아날로그 신호의 가장 큰 주파수보다 적어도 두 배가되어야 함 ( 는 표본화 주파수, 는 원래 신호의 최대주파수) 컴퓨터 네트워크

12 정보의 디지털화와 변조 그림 2.4 연속신호와 샘플링으로 얻어지는 이산신호
아날로그 신호  를 샘플링하여 이산 신호(디지털 신호) 를 얻음 이때 T를 샘플링 주기, 1/T를 샘플링 주파수, 또는 표본화 율(Sampling rate)이라고 함. 샘플링은 Nyquist의 표본추출 정리에 의하여 실행 컴퓨터 네트워크

13 정보의 디지털화와 변조 양자화 과정 표본화 과정에서 샘플링된 표본 값을 근사한 값으로 만드는 과정
하나의 표본 값을 N 비트로 부호화 할 경우 각 표본 값의 단계값은 이 됨 [예] 표본 값을 4비트로 부호화 할 경우 각 표본 값의 단계는 1/16이 됨 컴퓨터 네트워크

14 정보의 디지털화와 변조 양자화 오류(Quantization error)
연속 신호를 단계화 하면서 어느 정도 오차가 발생하는데 이러한 원 신호와 양자화 신호와의 오차 원 신호의 왜곡을 막기 위해선 신호의 성질과 상태에 따라서 양자화하는 디지털 레벨의 수를 조절함으로써 적절한 수준의 양자화 에러를 유지 그림 2.5 양자화 오류의 예 컴퓨터 네트워크

15 정보의 디지털화와 변조 부호화 과정 양자화된 값들을 0과 1로 구성된 부호로 만드는 과정
부호화 하려는 표본 값의 개수가 M 개라고 하고 이때 필요한 비트 수를 N이라 하면 다음의 관계식을 가짐 [예] 표본화 레벨이 200 이라면 위의 식을 만족하는 N의 값은 7이므로 모든 표본화 값은 7 비트의 이진수로 부호화 됨 컴퓨터 네트워크

16 정보의 디지털화와 변조 PCM 부호화 과정 그림 2.6 PCM 부호화 과정 컴퓨터 네트워크

17 정보의 디지털화와 변조 PCM의 선형성 문제 아날로그 신호의 형태에 관계없이 샘플링한 신호의 진폭을 일정한 간격으로 구분된 2n개의 값으로 표현하는 선형 부호화 방법 이러한 선형성 때문에 n개의 정해진 상태에서 하나하나의 PAM표본의 크기에 대한 절대적 오차가 평균적으로 같아지는 문제점 크기가 작은 신호를 양자화할 때의 상대적인 오차는 커짐 해결방안 비선형 부호화 방법 컴팬딩(Companding)함수를 사용하는 방법 컴퓨터 네트워크

18 정보의 디지털화와 변조 차분 펄스코드변조(Differential PCM, DPCM) DPCM
신호의 변동이 심하지 않은 음성 신호의 디지털화를 목적으로 많이 사용 그림 2.7  DPCM 변조과정 컴퓨터 네트워크

19 정보의 디지털화와 변조 차분 펄스코드변조(Differential PCM, DPCM) DPCM
but 신호의 변동이 심할 때 DPCM을 사용하여 부호화하는 경우에는 표현할 수 있는 비트 수가 모자라게 되어, PAM 표본과 DPCM 표본 사이에는 큰 차이(오류)가 발생할 수 있음 이러한 오류는 뒤에 나오는 표본에 영향을 미침 이것을 SLOPE OVERLOAD라고 함 컴퓨터 네트워크

20 정보의 디지털화와 변조 적응적 차분 펄스코드변조(Adaptive DPCM) ADPCM 기본적인 원리는 DPCM과 같음
DPCM에서 발생하는 Slope overload를 해결하기 위하여 보다 복잡한 형태의 예측장치(Predictor)를 사용 예측장치는 신호의 변화 정도를 예측한 후, 변화가 심하다고 판단되는 경우, 1보다 큰 값으로 나눈 몫을 전송 나눌 때, 사용되어 진 값도 전송하여 수신자 측에서 정확히 복호화(Decode) 할 수 있도록 함 따라서 표본간의 차이는 작아지게 되고, 보다 적은 수의 비트로서도 음성 신호를 디지털화 할 수 있음 컴퓨터 네트워크

21 디지털 인코딩 디지털 신호를 다른 형태의 디지털 신호로 다시 바꾸어 전송해야 하는 경우 비트 동기를 잃지 않기 위해서 사용
디지털 신호를 다른 형태의 디지털 신호로 다시 바꾸어 전송해야 하는 경우 비트 동기를 잃지 않기 위해서 사용 DC 바이어스를 없애기 위해서 사용 비트 오류의 제어 컴퓨터 네트워크

22 디지털 인코딩 디지털 신호의 표현방식 Polar 1은 음(negative)(-)의 펄스 0은 양(Positive)(+)의 펄스
Unipolar 1은 양(Positive)(+)의  펄스 0은 0 volt로 표시 Bipolar 1은 양(Positive)(+)의 펄스와 음(negative)(-)의 펄스로 교대하여 표시 컴퓨터 네트워크

23 디지털 인코딩 디지털 신호 조합 방식에 따른 네 가지 방법 RZ(Return to Zero)
0과 1의 신호의 중간에서 0 전압으로의 전이가 발생 즉, 비트 펄스와 다음 비트 펄스 사이에 반드시 0의 상태로 일정 시간을 유지한 후에 다음 신호를 보내도록 하는 방식 그림 2.8  RZ 인코딩 방식 컴퓨터 네트워크

24 디지털 인코딩 NRZ-L(Non-Return to Zero-Level)
0과 1의 신호의 중간에서 0전압으로 전이가 발생하지 않음 즉, 전송하는 비트와 비트 사이에 해당하는 전위를 계속 유지하는 방식 그림 2.9 NRZ-L 인코딩 방식 컴퓨터 네트워크

25 디지털 인코딩 맨체스터(Manchester) 0과 1의 신호의 중간에서 반대편 극성으로의 전이가 발생
비트 0의 표현은 비트의 중앙에서 (+)에서 (-)로 전이가 발생 그림 2.10 맨체스터 인코딩 방식 컴퓨터 네트워크

26 디지털 인코딩 차등 맨체스터 (Differential Manchester)
0과 1의 신호의 중간에서 반대편 극성으로의 전이가 발생 더불어 신호의 시작 시 1 신호에는 전이가 있으나, 신호에는 전이가 발생하지 않음 그림 2.11 차등 맨체스터 인코딩 방식 컴퓨터 네트워크

27 전송매체 전송매체 전송매체는 전자기파의 형태에서 전송기와 수신기 사이에 신호를 운반하는 물리적인 연결
유도 매체(guided media) 구리 꼬임 이중선, 동축케이블, 광섬유 등과 같은 딱딱한 매체를 따라 전자기파가 유도 비유도 매체(unguided media) 공기, 대기권 밖 등의 무선전송을 위한 컴퓨터 네트워크

28 전송매체 매체 선정 유의사항 대역폭(bandwidth) 단위 시간당 한꺼번에 전송되어질 수 있는 데이터의 양
노드 간 연결되어지는 전송 최대 거리 매체마다 신호의 감쇠 혹은 상호작용 등에 의하여 거리 제한 접속되어지는 수신기의 수 점대점 혹은 점대다의 연결을 지원하는지를 고려 간섭 주파수 대역이 겹쳐져서 신호들이 중첩되어 생기는 현상 인접 케이블로부터 신호의 방사 때문에 발생할 수 있음 비유도 매체에서 뿐 만 아니라 유도 매체에서도 발생할 수 있는데, 적절한 보호막을 씌워서 이러한 문제를 최소화 컴퓨터 네트워크

29 전송매체 전송 매체의 점대점 특성 표 2.1  전송매체의 점대점 전송특성 컴퓨터 네트워크

30 전송매체 이중꼬임선(twisted pair) 나선형의 절연된 두 개의 구리선으로 구성
값이 싸고 설치하기 쉽고, 많이 이용되는 전송 매체 데이터전송을 위해 4개의 선이 요구 2개는 데이터 전송 2개는 데이터 수신 아날로그 전송 매 5~6 km마다 증폭기 필요 디지털 전송하며 2~3km 마다 리피터(repeater) 필요 그림 2.12 이중 꼬임선 컴퓨터 네트워크

31 전송매체 이중꼬임선(twisted pair) 차폐된 이중 꼬임선(Shielded Twisted Pair: STP)
UTP에 비하여 더 나은 성능을 제공 더 비싸다는 단점 차폐되지 않은 이중 꼬임선(Unshielded Twisted Pair: UTP) 건물 내의 LAN에 가장 많이 사용 UTP CAT3(카테고리3 UTP) 대부분의 사무용 건물에 흔히 사용 이더넷, 패스트 이더넷, 토큰링 등에 사용 UTP CAT5(카테고리 5 UTP) 100MHz의 속도를 규정 100Mbps의 패스트 이더넷, 기가비트 이더넷, 155Mbps ATM에 많이 사용 컴퓨터 네트워크

32 전송매체 동축케이블(coaxial cable) 두 개의 구리선으로 되어 있고, 두 구리선이 동심원 형태를 이루고 있음
얇은(thin) 동축케이블인 베이스밴드 동축케이블 50 오옴(Ω) 케이블 10Base2 이더넷에 많이 사용 쉽게 구부릴 수 있음 굵은(thick) 동축케이블인 브로드밴드 동축케이블 75 오옴(Ω) 케이블 10Base5 이더넷에 주로 사용 두껍고 무거우며 쉽게 구부릴 수 없음 컴퓨터 네트워크

33 전송매체 동축케이블(coaxial cable) 표 2.2 LAN에서의 베이스밴드와 브로드밴드 전송방식의 비교 컴퓨터 네트워크

34 전송매체 동축케이블(coaxial cable) 장점 높은 데이터율과 주파수, 상호간섭 및 누화 면역이 좋음 단점
감쇠와 열잡음에 약함 응용분야 케이블 TV, 장거리 전화 시스템, 근거리 통신망 그림 2.13 동축케이블 컴퓨터 네트워크

35 전송매체 광섬유 광파를 유도하는 가늘고 유연한 케이블 매체 초당 10-100 기가비트의 대역폭
 광섬유 광파를 유도하는 가늘고 유연한 케이블 매체 초당 기가비트의 대역폭 광섬유는 감쇠율이 적어 리피터의 간격이 100km 이상도 가능 충격잡음이나 누화 등의 잡음에 강하고, 보안성이 뛰어남 그림 2.14 광섬유 케이블 컴퓨터 네트워크

36 전송매체 광섬유 작동모드 단일모드(Singlemode) 장거리 대용량 전송에 사용 다중모드(Multimode)
 광섬유 작동모드 단일모드(Singlemode) 광원에서 발생된 광선이 한 개의 전파경로를 가짐 장거리  대용량 전송에 사용 다중모드(Multimode) 광원에서 발생된 광선이 여러 각도의 전파경로를 가짐 여러 주파수 요소들에 의한 신호의 왜곡을 유발가능 컴퓨터 네트워크

37 전송매체  유선 전송 매체의 비교 컴퓨터 네트워크

38 전송매체 무선 전송 채널 안테나를 통하여 송신과 수신 지향성
 무선 전송 채널 안테나를 통하여 송신과 수신 지향성 전송안테나가 집중화된 전자기 빔을 방출하기 때문에 전송, 수신안테나가 정확히 연결되어야 함 비지향성 전송되는 신호가 모든 방향으로 퍼져 나가므로 많은 안테나에서 수신 가능 컴퓨터 네트워크

39 전송매체 라디오(radio) 채널 라디오 주파수에서 동작(RF(radio frequency) 전송)
전방향성의 특성 수 kHz의 낮은 주파수로부터 수 GHz 까지 넓은 범위를 가지고 있음 컴퓨터 네트워크

40 전송매체  라디오(radio) 채널 표 2.4 주파수 범위와 응용분야 컴퓨터 네트워크

41 전송매체 라디오(radio) 채널 전파가 전파되어지는 과정 ( f(Hz) - 매초 당 전파의 진동수인 주파수,
λ - 1 회 진동에 전파한 파장, d - 1 초 동안에 전파가 전파되는 거리 ) 표 2.5 주파수와 파장의 길이 관계 컴퓨터 네트워크

42 전송매체 마이크로파 전송 동축케이블이나 광섬유 대신으로 통신서비스용으로 많이 사용 장점 단점
 마이크로파 전송 동축케이블이나 광섬유 대신으로 통신서비스용으로 많이 사용 장점 동축케이블의 전송에서보다 전송 거리가 멀기 때문에 훨씬 적은 수의 리피터(repeater)를 필요 케이블을 설치하여 사용하는 것보다 저렴하게 구축 단점 매우 짧은 파장을 사용하기 때문에 마이크로파는 장애물을 만나면 급격한 신호의 감쇠 발생 시야에 보이는 곳에서의 전송만이 가능하다는 단점 컴퓨터 네트워크

43 전송매체 위성 전송 어떤 주파수대역을 수신하여 이를 증폭하거나 반복하여 다른 주파수로 송신하는 기능.
 위성 전송 어떤 주파수대역을 수신하여 이를 증폭하거나 반복하여 다른 주파수로 송신하는 기능. 두 개의 지상 안테나 사이에서 점 대 점 링크로 사용 하나의 지상 송신국과 여러 개의 수신국 간의 수신용으로 사용 위성통신에서 업링크(uplink)와 다운 링크는 간섭 없는 전송을 위하여 서로 다른 주파수 대역을 사용 단점 위성통신에서는 원거리 통신이 이루어지므로 전파지연이 큼 심한 잡음이나 감쇠현상이 발생 가능 컴퓨터 네트워크

44 전송매체 트렁크 node를 상호 연결하는 회선(circuit) 혹은 링크(links) 표 2.6 트렁크들의 종류와 전송 속도
 트렁크 node를 상호 연결하는 회선(circuit) 혹은 링크(links) 표 2.6 트렁크들의 종류와 전송 속도 컴퓨터 네트워크

45 압축 압축(compression) 정보의 전송 및 저장 등의 용이함을 위하여 원래의 정보를 더 작은 크기의 데이터로 표현하는 기술 인코딩(encoding) 송신자 측에서 압축하는 알고리즘 복원(decompression) 압축을 푸는 작업 즉, 압축의 역작업 압축의 기본 중복성의 제거 사람의 귀와 눈의 특성 이용 컴퓨터 네트워크

46 압축 데이터 손실여부에 따른 압축기법 손실 압축 기법 복원된 데이터가 압축 전의 데이터와 일치하지 않게 압축 하는 기법
복원된 데이터가 압축 전의 데이터와 일치하지 않게 압축 하는 기법 대체로 연속 매체인 음향, 비디오, 동영상 등을 압축 user가 본래의 데이터와 거의 동일하다고 느낄 수 있어야 함 무손실 압축 기법 복원된 데이터가 압축 전의 데이터와 완전히 일치하는 것 이 기법은 압축할 때 원래의 데이터에 어떤 변경이나 수정도 가하지 않기 때문에 압축율이 상대적으로 낮음 프로그램, 텍스트 데이터 등의 압축에 사용 컴퓨터 네트워크

47 압축 엔트로피(entropy) 인코딩 기법
데이터 심볼들의 통계적 발생 빈도에 따라서 각각의 심볼(symbol)이나 연속된 심볼을 적절한 길이의 부호로 표현하는 기법 허프만(Huffman) 부호화 기법 반복길이(Run_Length) 압축 방식 컴퓨터 네트워크

48 압축 (1) 허프만(Huffman) 부호화 기법
빈번히 발생하는 데이터의 심볼은 적은 수의 비트로 표현하고, 빈번하지 않은 데이터는 상대적으로 많은 비트수로 표현하여 전체 데이터 크기를 줄이는 방식 즉, 문자의 발생 빈도에 따라 각 문자에 해당하는 비트의 수를 차별화시켜 문자의 저장에 필요한  공간을 감소시키는 방법 압축하고자 하는 데이터에서 심볼의 발생회수를 검사 발생횟수를 발생 횟수 표에 저장 이를 기반으로 각 데이터에 최적화된 코드를 부여 컴퓨터 네트워크

49 압축 [예제] w(A) = 001, w(B) = 1, w(C) = 011
따라서 'ABC'의 3 바이트가 ' '의 7 비트로 표현되어 진다. 이 방식에서는 모든 코드의 길이가 일정하지 않다는 특성을 가진다. 컴퓨터 네트워크

50 압축 (2) 반복 길이(Run_Length) 압축 방식 'AAAAAAAABCCCC'의 13 바이트 정보를
반복되는 심볼을 하나의 값과 그 값의 반복회수 표현 즉, 일반적으로 많은 데이터는 반복되는 숫자 혹은 비트들이 존재하는데 이들 반복되는 string은 데이터 내부에서 사용되지 않는 특수 문자로 표현 가능 [예제]   'AAAAAAAABCCCC'의 13 바이트 정보를 'A!4BC!0' 와 같이 7 바이트의 정보로 표현 컴퓨터 네트워크

51 압축 소스(source) 인코딩 방식 압축될 정보의 내용에 따라 압축 손실 기법 – 압축률이 높음
차분(differential) 방식 변환 방식 벡터 양자화 방식 컴퓨터 네트워크

52 압축 (1) DPCM (Differential Pulse Code Modulation) 압축 방식 예측 압축 기법
바로 직전 정보와 비교하여 둘 사이의 차이만을 전송 [예제]  240   241  242  251을 전송하는 경우 - 각 디지트는 8 비트로 표현 따라서 4 개의 디지트를 전송하기 위하여 모두 32 비트가 필요 - DPCM 방식에서는 처음의 디지트는 8 비트로 표현하고 나머지는 전/후 디지트 값의 차이만을 전송(이 때 각 차이는 가장 큰 차이가 나는 값 기준) - 이 예제에서는 세 번째 디지트와 네 번째 디지트의 차이가 가장 큰 9 이므로, 모든 차이 값은 4비트로 표현 - 즉, 4개의 디지트를 전송하는데 모두 20 비트가 필요 - 따라서 12/32 = 즉, 37 %의 압축 효율을 얻을 수 있다.      240   241  242  251 (32 비트)  →   240  + 1  + 1  + 9 (20 비트)        8      8       8     8                          8       4      4      4 (비트 수) 컴퓨터 네트워크

53 압축 (2) ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) 압축 방식
신호의 크기가 커져 델타 값이 커지더라도 유용하게 사용할 수 있는 방법 신호가 낮으면 델타 값을 적은 비트 수로 표현하고 ,신호가 커지면 델타 값을 더 많은 비트를 사용하여 표현 [예제] 앞의 예제와 같은 정보를 ADPCM 압축 방식을 사용하면 다음과 같이 압축된 데이터를 얻을 수 있다.         240  241  242  251  (32 비트)  →   240  + 1  + 1  + 9 (14 비트)       8      8      8     8                            8       1      1     4 (비트 수)  이 방식에서는 전/후 디지트 값의 차이만큼 표현하게에 필요한 비트만을 사용하기 때문에 DPCM 방식에서보다 더 나은 압출 효율은 얻을 수 있다. 컴퓨터 네트워크

54 압축 (3) 델타 변조 (DM : Delta Modulation) 방식 DPCM 부호화의 특수한 형태
직전 값과 현재 값의 차이를 단지 1비트로 부호화 즉, 직전의 신호보다 현재 신호의 진폭이 작으면 0으로 코딩하고, 직전의 신호보다 현재의 신호의 진폭이 크면 1로 코딩하는 방법 따라서 신호의 차이는 이진(binary)값이고, 신호 값은 직전의 값보다 1단계 증가하거나, 1 단계를 감소 단순히 1단계 차이만을 가지기 때문에 델타 변조는 표본화 속도에 대해 값이 급격히 변하지 않는 신호의 부호화에 적합 컴퓨터 네트워크

55 압축 (4) 변환 압축 기법 변환 부호화를 수행할 때 초기 데이터의 공간적, 시간적 도메인을 압축하기에 더 적합한 추상적 도메인으로 변환 본래 데이터를 복원하기 위해 추상적 도메인에서 공간적, 시간적 도메인으로 변환하는 과정도 수행할 수 있음 변환 압축 기법의 예 이산 코사인(discrete cosine) 변환 푸리에(Fourie) 변환 시간 영역의 데이터를 주파수 영역으로 변환 컴퓨터 네트워크

56 압축 (5) JPEG (Joint Photographic Expert Group)
정화상 압축에 대한 국제 표준으로 개발한 압축/복원 알고리즘 무손실 압축방식 의료 영상 등과 같이 원래의 화면에 전혀 손상을 주어서는 안 되는 응용분야에 사용 부호화 하고자 하는 화소를 인접한 이전 화소들로부터 공간적으로 예측하여 그 예측 오차를 통계적 빈도에 따라 허프만 부호화 컴퓨터 네트워크

57 압축 손실 압축방식 시각적으로 못 느낄 정도의 손실을 허용하면서 압축률을 높이는 많은 응용분야
시각적으로 못 느낄 정도의 손실을 허용하면서 압축률을 높이는 많은 응용분야 압축률을 높이기 위하여 손실 부호화 방식과 무손실 부호화 방식을 결합하여 사용 기본(Baseline)방식 확장(Extended)방식 컴퓨터 네트워크

58 압축 DCT 변환 단계 양자화 단계 JPEG 압축 절차 이미지 블록 준비 단계
이미지는 명도와 채도로 픽셀을 구성하며, 블록의 크기는 8x8로 설정 DCT 변환 단계 준비된 블록에 대하여 DCT변환을 수행하여 8x8의 DCT 계수 획득 양자화 단계 중요도가 떨어지는 DCT 계수들을 제거한다. 사람의 귀와 눈의 특성을 고려하여, 계수에 가중치를 부여한다. 컴퓨터 네트워크

59 압축 그림 2.15 JPEG 압축화 단계 엔트로피 부호화 단계 프레임 구성 단계
양자화 단계를 거쳐 얻은 64 개의 상수의 위치에 따라 각 상수를 읽어서 주파수의 크기에 따라 정렬 주파수 성분이 클수록 0의 값을 할당함으로써 무시함 각 블록을 검색할 때 지그재그(zig-zag) 검색 방식 이용 프레임 구성 단계 압축이 완료된 데이터를 포함하여 해독과정에 필요한 정보를 헤더에 첨가하여 프레임을 구성 그림 2.15 JPEG 압축화 단계 컴퓨터 네트워크

60 압축 (6) MPEG (Moving Picture's Experts Group) 동영상 압축 기법
JPEG 정지 이미지의 압축/복원 알고리즘을 풀(full) 모션 비디오에 적용시키면서 개발 MPEG 표준 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7, MPEG-21 컴퓨터 네트워크

61 압축 MPEG-1 1배속 CD 롬 드라이버의 데이터 전송속도인 1.5 Mbps에 맞도록 설계
동영상을 코딩하는 방식으로 CD-ROM에 영화 등 동영상을 저장하는 방식으로 널리 구현 국내에서도 주요 가전업체에서 경쟁적으로 관련상품을 개발 MPEG-2 컴퓨터뿐만 아니라 통신, 방송에서 같은 코딩방식으로 디지털 오디오/비디오를 취급하려는 목적으로 개발 보다 압축 효율이 향상되고 용도가 넓어진 것 보다 고화질/고음질의 영화도 대상으로 할 수 있고 방송망이나 고속망 환경에 적합하도록 MPGE-1을 확장 개선 컴퓨터 네트워크

62 압축 MPEG-4 매우 낮은 비트율을 얻기 위하여 비디오의 품질을 희생해야 하는 비디오 원격회의 시스템의 요구사항을 만족
4.8 Kbps부터 64 Kbps까지 가능 MPEG-7  광범위한 응용을 지원하기 위하여 설계 멀티미디어가 앞으로 인터넷 혹은 전송에서 차지하는 부분이 대부분일 것이라는 가정에 기반 콘텐츠를 액세스하고 또한 정의하는 멀티미디어 툴을 제공 예를 들어, 컴퓨터의 마이크에 노래를 부름으로 그 노래를 검색하고, 어느 그래픽을 그림으로써 이미지를 검색 가능 컴퓨터 네트워크

63 압축  MPEG-21 현재 표준화가 진행 중 멀티미디어 필드에는 많은 사람들이 관심을 가지고 여러 그룹에 참여하고 있으며, 이들은 서로 다른 모델, 규칙, 혹은 절차 등을 사용할 것임 따라서 MPEG-21에서는 서로 다른 그룹들 간에 교차 사용 혹은 협력을 향상시킬 수 있는 공통의 기반을 정의할 것임 컴퓨터 네트워크

64 압축 Frame I 프레임(Intra-coded frame) - 압축된 프레임
데이터 스트림의 어느 위치에도 올 수 있음 데이터의 임의 접근을 위해 사용 다른 이미지들의 참조 없이 부호화 된다 P 프레임(Predictive-coded frame) - 예측만을 한 프레임 이전의 화면과 현재의 화면의 차이가 매우 적은 것을 이용하여 차이 값만을 부호화 하는 것이다. B 프레임(Bidirectional-coded frame) - 보간을 한 프레임 이전의 I-또는 P-프레임과 B-프레임 이후의 I- 또는 P-프레임의 차이 값을 가진다. 컴퓨터 네트워크

65 압축 그림 2.16  MPEG의 그림그룹(GOP)의 구조 컴퓨터 네트워크

66 압축 (7) MP3(MPEG layer 3) 오디오에 대한 압축 프로토콜 가청 주파수의 범위는 20 Hz ~ 20 kHz
오디오 압축을 위하여 서로 다른 3 계층을 허용 1 계층 제 1 계층에서는 4:1의 압축 비율(compression ratio)을 사용 소리는 채널 당 192 kbps의 비트율로 생성 2 계층 8:1의 압축 비율을 사용 소리는 채널 당 128 kbps의 비트율로 생성 3 계층 12:1의 압축 비율을 사용 소리는 채널 당 64 kbps의 비트율로 생성 컴퓨터 네트워크

67 압축 MP3 기술에서는 사람이 들을 수 없는 신호를 제거 하고, 남은 신호만을 디지털화하는 방식
중요한 오디오 부분은 강조를 하고 중요하지 않은 부분은 완전하게 복원할 필요가 없으므로 적게 강조 그림 2.17 MP3 인코딩 단계 컴퓨터 네트워크