디지털 혁명과 MPEG 기술

목차

1. 서론
2. 아날로그 기술과 디지틀 기술
3. 디지틀 기술과 멀티미디어의 탄생
4. 멀티미디어의 실현을 위한 국제표준 MPEG
5. 결론

본문내용

의 발생 확률에 따라 '엔트로피'라고 불리우는 심볼당 평균 정보량이 결정되는데, 엔트로피 부호화의 목표는 심볼당 평균 부호길이가 엔트로피에 가까이 가도록 하는 것이다.
엔트로피 부호화에는 허프만 부호화, 산술 부호화, LZW 부호화가 있다. 허프만 부호화는 고정길이 부호를 가변길이 부호로 바 꾸는 것으로서, 자주 발생하는 심볼에는 짧은 부호를, 드물게 발생하는 심볼에는 긴 부호를 할당하여, 평균 부호 길이를 원래 심 볼의 고정길이보다 짧게 하는 것이다. 한 예로 영문 텍스트의 경우 압축하지 않은 원문은 보통 ASCII 부호로 표현되므로 글자당 7 비트를 차지하는데, 이를 허프만 부호화 하면 자주 발생하는 ' ', 'e', 's' 등은 예를 들어 3비트로, 드물게 발생하는 특수 기 호들은 10비트 이상으로 부호화되어 심볼당 평균 4 비트 정도로 압축할 수 있다.
산술부호화는 여러 심볼들을 묶은 가변길이 심볼열을 고정길이 부호로 표현하는 방법인데, 심볼열의 발생확률이 거의 일정하게 유지되도록 묶는다. 특히 이진 데이터에 대한 산술 부호화 방식으로는 IBM이 개발한 Q 코더가 유명하다.
LZW 부호화는 렘펠과 지브의 아이디어를 웰치가 효과적으로 구현한 것으로서 여러 심볼을 묶은 가변길이 심볼열을 가변길이 부 호로 표현하는 방법이다. 허프만 부호화와 산술 부호화가 심볼들의 통계를 미리 구하여 이에 따른 부호책을 설계한 후 이를 이용 하여 각 심볼을 부호화하는 2단계 방식인데 비해, LZW 부호화는 부호화를 해가면서 새로 나오는 심볼열을 사전식으로 부호책에 기억시켜 다음 심볼의 부호화에 이용하는 'on-the-fly' 방식이다.
무손실 압축의 멀티미디어에의 응용을 살펴보자. 팩시밀리는 흑백의 문서를 주사하면서 이진 데이터열로 바꾼 후(대략의 가로x 세로 화소 밀도는 1 mm2 당 G3 팩스의 경우 8x4(표준) 혹은 8x8(고해상도), G4의 경우 16x16임), 수평방향으로는 Run -length 부호와 허프만 부호를, 수직방향으로는 DPCM 개념을 적용하고 있다. 컴퓨터의 파일 압축용 프로그램들은 초기에 허프만 부호를 주로 썼으나 지금은 LZW 부호를 많이 쓰고 있다. 컴퓨터 영상의 표준 파일 포맷이라 할 수 있는 GIF나 TIFF도 LZW 부호를 이용하고 있다. JPEG 정지화 압축표준에서는 화소간에는 DPCM을, 양자화된 변환계수에 대해서는 Run-Length 부호와 허프만 부호 를 적용하고 있다. JPEG 확장 시스템은 산술부호화를 써서 허프만 부호보다 효율을 높였으나 복잡성과 특허 문제로 외면 당하고 오히려 기본 시스템이 널리 쓰이고 있다. MPEG 영상압축에 있어서는 화면간에는 움직임보상 DPCM을, 양자화된 변환계수에 대해서 는 Run-Length 부호와 허프만 부호를 적용하고 있다. 또 MPEG 음향압축에 있어서는 제 3 계층에서 양자화된 음향 표본에 대해 허 프만 부호를 사용하고 있으나 복잡성이 증가하여 제 2 계층이 보다 널리 쓰이고 있다.
손실 데이타 압축에 있어서 손실은 대개의 경우 양자화 과정에서 일어나며 이때 단순한 SQ(Scalar Quantization)는 손실을 효 율적으로 줄이지 못하므로 보다 효율적으로 손실을 줄이기 위하여, 상관도가 높은 여러 변수들을 묶어 한꺼번에 양자화하는 VQ(V ector Quantization)를 쓰기도 하고, 양자화 전에 변수간의 상관도를 없애고 에너지를 저주파 성분에 집중시켜 여기에 비트 할당 을 많이 함으로써 양자화 효율을 높이는 변환 부호화나 Subband 부호화를 쓰기도 한다. MPEG에 있어서는 영상은 DCT(Discrete Co sine Transform)+SQ, 음향은 Subband+SQ를 사용하여 손실 압축을 하고 있다. SQ 대신 VQ를 쓰면 효율이 약간 증대하지만(즉, 같 은 압축률에서 화질이 약간 개선되거나, 같은 화질에서 압축률이 약간 높아지지만) 복잡도가 크게 증가하고 이는 특히 실시간 부 호기의 구현에 장애가 될 수 있다. 한편 음성 압축에 있어서는 음성 표본값을 이전의 10개 정도의 표본값으로부터 예측하고 그 잔류 성분만을 부호화하는 선형예측 부호화(LPC: Linear Predictive Coding)가 널리 사용되고 있다. 잔류성분은 VSELP나 CELP에 서 보는 바와 같이 보통 VQ를 이용하여 부호화하고 있다. 영상이나 음향에 비해 음성은 데이타 처리 속도가 훨씬 낮아 실시간 구 현도 비교적 용이하다.
동영상의 압축에 있어서는 30:1 이상의 높은 압축률이 필요한데, 이는 여러 압축 기법들이 복합적으로 사용되어 얻어진다. MPE G에서는 전술한 DCT, 양자화, 허프만 부호화, 런길이 부호화, 움직임 보상 기법 등을 인간의 시각특성을 감안하여 결합하여 사용 하고 있다. 미국의 지상파 디지틀 고선명 TV의 경우 약 70:1까지 압축하더라도 원화와 거의 구분이 되지 않을 정도의 성능을 보 이고 있다.
5. 결론
다가오는 정보화 사회에는 정보의 효과적인 구축과 전송이 국가 경쟁력을 좌우하게 된다. 세계 각국이 정보고속도로(하드웨어 와 소프트웨어 포함)의 건설을 위해 막대한 투자를 하는 이유가 여기에 있다. 멀티미디어는 이러한 고속 정보통신망을 타고 영상 과 음향을 중심으로 문자, 도형, 음성, 기타 데이타 등 여러가지 정보들이 다양한 형태로 결합되어 전송되는 것이다. 방송에 있 어서도 기존의 Broadcasting 개념이 아닌 Narrowcasting 개념이 점차 확산되어 누구나 언제 어디서나 원하는 프로그램을 용이하 게 접근할 수 있게 될 것이다. 영상과 음향 서비스뿐 아니라 데이타 서비스를 두고 기존의 가전과 방송과 컴퓨터와 통신 분야는 상호 협력과 경쟁과 융합을 거쳐 창조적 대화형 서비스를 제공하게 될 것이다.
이러한 시대적 변화에 발맞추어 국가적으로도 멀티미디어와 디지틀 방송 체계의 구축에 관한 마스터 플랜을 마련하고 관련 기 반 기술의 확보에 힘써, 국가 경쟁력을 키우고 미래의 정보화 사회에 대비하여야 할 것이다. 기반 기술의 확보를 위해서는 산업 계와 학계, 연구소, 정부가 역할을 분담하여 상호 유기적으로 협력하는 효과적인 패러다임을 시급히 구축하여야 할 것이다.

키워드

디지털,   아날로그,   국제표준