MPEG-4 로의 표준화 동향과 방법 A 유준석 A 박민호

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1 MPEG-4 로의 표준화 동향과 방법 A015201 유준석 A015141 박민호

2 MPEG의 기본적 정의 MPEG의 기본적인 구성 MPEG(Motion Picture Experts Group)
-멀티미디어의 정보압축 기술을 나타내 는 디지털 오디오, 비디오 분야의 국제표준 MPEG의 기본적인 구성 MPEG 비디오 MPEG 오디오 MPEG 시스템

3 영상의 정보압축 방법 화면내 상관도(공간 중복성)에 따른 압축
-영상은 인접한 화소간의 값이 거의 비슷함을 이용하여 정보를 압축한다. -DCT(Discrete Cosine Transform)으로 해결한다. => JPEG압축의 기본방법 화면간 상관관계(시간 중복성)에 따른 압축 -연속된 화면에는 중복되는 부분이 많다. -전화면의 정보를 기억해두고, 현화면을 전화면의 차분치로 나타낸다. 부호의 발생확률에 따라 가변장부호를 이용한 정보압축(Huffman coding)

4 공간 중복성 Discrete Cosine Transform
화면을 8*8 픽셀의 블록으로 나눈다. DCT 식에 의해 각 블록의 DCT 계수를 계산한다. 각 블록의 DCT 계수는 해당 frame의 공간 주파수를 나타낸다. 공간 주파수가 낮다는 의미는 각 블록들 사이의 차이가 크지 않다는 것이고, 공간 주파수가 높다는 의미는 각 블록들 사이의 차이가 크다는 것이다.

5 DCT function (참고)

6 DCT basis functions

7 DCT 함수를 나타내는 위의 그림에서 좌측 위쪽의 그림은 공간주파수가 낮은 부분을 나타내고, 우측 아래쪽의 그림은 공간주파수가 높은 부분을 나타낸다.
대부분의 영상은 저주파 성분을 많이 가지고 있고, 고주파 성분은 적게 가지고 있다. 효율적인 압축을 위해 장면 전체의 영향을 적게 미치는 고주파 성분을 버리고 정보를 전송하게 된다.

8 Zigzag ordering

9 DC성분 coefficient DC + lowest 2 AC
DC + lowest 9 AC coefficients all 64 coefficients

10 시간중복성의 압축 원리 사람이 동영상으로 느끼기 위해서는 1초당 30개 이상의 Frame(Still image)가 필요하다.

11 인접 frame 거의 비슷한 frame이 연속될 시에는 두 frame간의 차이를 알면
앞의 장면으로 바로 뒷 장면을 예측할 수 있다.

12 Motion estimation(동작 예측)
화면을 블록 단위로 나누어서 그 블록의 움직임을 예측하여 벡터량으로 표시할 수 있다. 다음 장면 대신 그 벡터량을 보낸다. (움직임 벡터)

13 움직임벡터를 이용한 부호화방법 현재 프레임의 정해진 블록과 비슷한 블록을 이전 프레임에서 찾는다.
두 블록 사이의 움직임 벡터를 계산한다. 두 블록 사이의 차이를 계산한다. motion vector 부호화 difference block 부호화

14 Huffman 부호화 결국 우리가 부호화하는 것은 DCT계수 와 움직임 벡터 인데, 이것들의 발생확률의 편중을 이용해서 다시 한번 압축하게 됩니다. (무손실 부호화) 위의 세가지 부호화(하이브리드 부호화)가 뒤에 기술 될 MPEG, H.261 국제표준의 기본

15 H.261(동영상 부호화 표준화 방안) 통신미디어용으로 개발
세계적 전기통신사업자(common carrier)가 중심이 되어 ITU(국제전기통신연합)의 전문가 회의에서 심의 후 1990년 권고로 승인 CIF(Common Inetermediate Format)영상 : -352 * 288라인, 30 frame/sec -NTSC와 PAL 카메라의 공통중간 포맷 -16*16 정방형 화소(매크로) 블록으로 분할 가로 22개, 세로 18개, 합계 396개의 MB(macroblock)단위로 부호화 MPEG 방식의 시초

16 Forward prediction 움직임보상 : -앞의 장면을 통해 뒷 장면을 예측한다. -입력신호와 예측신호와의 차분을 취해서 압축

17 MPEG-1 H.261과 JPEG를 기본바탕으로 삼음
저장 미디어(CD-ROM)를 대상으로 한 영상압축 기술 표준화의 필요성 인식 전송속도 1.5Mbps (부호화 비트율) H.261과의 공통부분 -매크로블록 단위로 정보 압축 -DCT에 의한 공간적 정보압축 -가변 부호화(엔트로피 부호화)

18 MPEG-1에 새로 추가된 개념 Random Access를 위한 GOP구조 도입 쌍방향 예측 화면에 의한 고화질 실현
전용 기억장치에서의 이용을 대상으로 하여서 부호화에 소요되는 시간은 어느 정도 허용하되, 복호 처리는 실시간으로 가능하게 한다 화면 포맷에 있어서, 화면크기(해상도)에는 자유도를 갖도록 하되, NTSC와 PAL 방식 모두에 친화성이 좋은 부호화 대상화면을 갖도록 한다

19 GOP(Group of pictures)

20 I(intra)-pictures : 전체 화면을 보내는 frame.
P(forward predicted)-pictures : I-picture에 의해 예측되는 frame. 전체 화면이 보내지는 것이 아니라 I-picture 에서 예측된 정보만 보내져 P-picture를 재생한다. B(biderectionally predicted) –pictures : B-picture는 양쪽에 주어진 frame에 의해 예측되어 재생된다. B-picture는 예측하는 기준 frame으로 사용되지는 않는다 I-pictures 는 장면 전체를 보내야 하기 때문에 압축률이 낮다. B-pictures 는 양쪽 frame과의 예측 정보만 주어지면 되므로 압축률이 가장 높다.

21 MPEG-1 영상 데이터의 계층구조 시퀀스 층 GOP 층 픽처 층 슬라이스 층 매크로블록 층 블록 층

22 MPEG-2 MPEG-1보다 더욱 높은 비트율에서 고화질을 실현하는 표준이 요구
전송속도 : 최초 5~10Mbps 였으나 후에 MPEG-3를 흡수하게 되어 4~70Mbps로 되었다.

23 MPEG-2의 특징 저장 미디어 외에 통신, 방송미디어에 적용 고품질 영상(HDTV,DVD)
순차주사(H.261, MPEG-1)+비월주사영상 Scalability(가변분해능력)을 가진다. 원래보다 작은 해상도의 재생 가능 하향 호환성(MPEG-1 복호 가능)

24 MPEG-1과 MPEG-2의 차이점 여러 가지 영상 포맷에 대응(특히 비월주사영상에도 대응) 고화질을 실현하는 툴의 제공
스케일러빌리티 기능의 제공 트릭 모드(되감기, 빨리감기 등)의 적극적 지원 오류에 대한 내성의 강화 프로파일과 레벨에 의한 복호기능의 분류

25 MPEG-4 1993년 7월에 시작한 표준 1차적으로 1998년까지 객체 부호화에 대한 표준을 완성하였음

26 MPEG-4의 특징 내용기반의 대화형 기능 (content-based interactivity)
-객체단위로 데이터를 처리. 즉, 영상내의 의미 있는 내용물들을 각각 다른 객체로 부호화하고, 이를 혼합하여 하나의 화면을 구성함으로써, 추후 원하는 객체만을 추출하여 재사용하거나, 객체들을 이용하여 전체 데이터를 재구성하는 것이 가능해진다. 다양한 전송환경의 수용성 및 오류에 대한 강인성 -수십 kbps의 초저속 전송에서부터 수 Mbps의 초고속 전송에까지 다양한 전송환경을 수용할 수 있도록 하고 있다. 특히,이동 통신 등과 같이 채널 오류가 심한 전송매체에 대응하기 위한 많은 기능을 지원한다.

27 자연영상(natural image) 및 합성 영상(symthetic image)의 부호화
-최근에 3차원 컴퓨터 그래픽에 의한 가상공간에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 이를 이용한 다양한 서비스가 개발되고 있다. MPEG4는 카메라 등으로부터 얻어진 자연영상 뿐만 아니라, 컴퓨터 그래픽등에 의하여 생성된 인공영상과 자연영상 등이 혼합된 합성 영상의 효율적인 부호화를 가능케 한다. 보다 높은 압축효율 -초저속 부호화 시에 MPEG4의 영상 품질은 기존 방식에 비해 상당히 우수하다.

28 발표정리 참고자료 -멀티미디어개론 : 임철수, 이정배 공저, 도서출판(그린)
-비디오 압축 표준(MPEG를 중심으로) 김진태, 나남출판 -디지털 오디오의 이해(MP3 부호화기) 송종관, 나남출판 -그림으로 보는 최신 MPEG 정제창역, 교보문고 참고 사이트 - 조사, 정리 및 발표 유준석, 박민호