멀티미디어 공학 - 디지털 비디오의 이해

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색체 부표본화 (Chroma Subsampling)

1. 비디오는 이미지의 연속이므로 이미지와 같이 Color Space를 규정해야 함

2. Color Space를 정의하는 각 성분의 값으로 하나의 Component를 형성할 수 있음

3. Component Video : 각 Component들을 독립적으로 고려하여 Coding한 Video

4. 각 Component들의 Sampling Rate를 기준으로 포맷 표현

4: 4: 4는 각각 Y, Cb, Cr 여기서 4개씩 뽑는 것을 의미 / 밝기 정보와 색채 정보를 같이 가져옴을 의미(위가 틀림, 이건 Chroma SubSampling을 의미함)

위 비율의 그림을 나타낸 것

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4: 3은 TV, 16: 9는 영화로 부터 넘어오는 것

720에 480 라인, 720에 576라인

디지털 비디오 포맷

-> CIF/QCIF 포맷

- ITU-T에서 발표 - 초기 H.261, H.263 규격의 근간이 된 포맷 (CIF가 기본, QCIF는 CIF의 1/4 크기)

1. Common Interface Format의 약자

2. CCITT(International Telegraph and Telephone Consultative Committee)에 의하여 1988년 H.261 규격 정의

-> CCITT는 현재 ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication)

3. 목표 : H.261을 만들며 낮은 bit Rate로 VHS 유사 화질 제공

4. NTSC와 PAL 방식의 중간적인 형태 채택

- NTSC와 PAL 기반 디지털 포맷을 모두 정의하던 Rec.601과 반대

- 하나의 통일된 포맷으로 정의

- NTSC의 Frame률인 30FPS(Frame/Sec)를 채택

- 세로 해상도 : 288Line

5. 해상도 : 가로 세로 모두 8로 나누어지는 숫자 선택

- H.261에서 8Pixel을 기반으로 코딩

- CIF는 352x288, QCIF는 176x144 채택

6. 4:2:0 채택

7. Interlaced Scan을 지원하지 않으며, Progressive Scan만을 지원함 (Interlaced Scan, 비월 주사)

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HDTV

1. 현행 TV의 해상도를 발전시킨 고선명 디지털 비디오

2. 방송에 사용되는 형식

3. High Definition Television의 약자

- High Definition : 동일한 영역 내에서 얼마나 많은 pixel을 가져갈 것인가를 의미

- 화면 크기를 넓히는 것이 취지였으나, 화질 향상과 16:9의 해상도로 바꾸는 형태로 변화함

 

=> High Definition은 단위 면적 내에 더 많은 화소를 제공하여 Definition을 증가시키는 것

- High Resolution을 제공하기 위하여 시작되었고 가로축 방향으로 더 넓은 시각적 영역을 제공하는 것을 의도로 시작함

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최초의 HDTV

1. 1970년대 일본의 소니와 NHK가 개발

2. 1984년 LA 올림픽, 일본 내에서 성공적으로 시험방송 진행

3. 아날로그 기술과 디지털 기술을 융합한 MUSE 사용 (Multiple sub-nyquist Sampling Encoding)

4. 비월 주사(Interlaced Scan) 방식의 16:9의 화면비와 1125Line의 스캔라인을 지원

5. 인공위성을 이용한 24MHz 대역 이용 (NTSC방식에서 채널 하나가 6MHz)

 

=> 압축되지 않은 HDTV는 20MHz 이상의 대역폭 요구 / 당시 사용하던 NTSC 방식의 6MHz 대역이나 PAL 방식의 8MHz 대역에 적합하지 않았음 -> 현실적으로 불가능

 

ATSC 규격

비디오 : MPEG-2 Video

오디오 : 돌비 AC-3 5.1 채널에 기반

 

유럽의 DVB(Digital Video Broadcasting) 규격

비디오 : MPEG-2 Video

오디오 : MPEF-2 AAC에 기반

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압축

1. 압축되지 않은 디지털 비디오의 Data Rate는 높음

- Communication System

- Storage System

- Processing System 모두에게 부담이 됨

 2. 2000년대 초반까지 Ethernet의 Bandwidth는 10Mbps, Fast Ethernet의 경우 100Mbps가 한계

- 당시 Backbone으로 많이 쓰이는 FDDI도 100Mbps의 Bandwidth를 가짐

- 현재 상용화된 Network System은 여러 사용자들이 Network를 공유하기 때문에 전체 대역폭을 한 사용자가 독점할 수 없음

- 사용자들이 만족할 만한 화질의 Video를 압축 없이 전송하는 것이 실질적으로 불가능함

- 저장 장치의 Date Rate는 초당 6Gbit의 (SATA-3(111 표현) Date를 읽는 것까지 가능함

- Digital Video의 압축은 Digital Video 관련 System에서 필수적인 요소

- 다양하고 성능이 좋은 압축 방법들의 등장으로 Video를 기본 Data로 하는 System/Application이 등장함

3. 가장 기본적인 압축 방법

- MPEG-1 (1.5Mbps)

- MPEG-2 (4Mbps-80Mbps)

- Video Telephony 표준의 H.261, H.263(64Kbps-2Mbps)

- Motion-JPEG

4. ITU 표준 계열 - H.263, H.264, H.265, H.266

5. ISO의 MPEG 계열 - MPEG-4, MPEG-4 AVC, MPEGH(HEVC), MPEG-5(EVC), MPEG-I(VVC)

 

> 공통점 : Lossy Compression 또는 손실 압축(Perceptually Lossless Compression) 정보는 손실되었으나, 사람이 인지하는 과정에서는 손실을 인지하지 못하도록 함