MPEG-4

1. 소스코딩

2. MPEG 표준의 구성

3. Video 압축 표준

 3.1 ITU-T Recommendation H.261

 3.2 ISO/IEC 11172:MPEG-1

 3.3 ISO/IEC 13818: MPEG-2/ITU-T Recommendation H.262

 3.4 ITU-T Recommendation H.263

 3.5 ISO/IEC 14496: MPEG-4

 3.6 ISO/IEC 14496-10:H.264/MPEG-4 Part 10 AVC(Advnaced Video Coding)

 3.7 ISO/IEC 23008: HEVC(High Efficiency Video Coding)/H.265

4. 기타 관련 표준

  4.1 ISO/IEC 15938:MPEG-7 

  4.2  ISO/IEC TR 21000:MPEG-21

5. 정지 영상 코딩 기법

  5.1 JPEG과 JPEG2000

  5.2 Motion JPEG

 

 

 

1. 소스코딩

    - 부호화에는 소스코딩, 암호코딩, 채널코딩이 있다

    - 소스코딩은 정보원(Information Source)을 디지털 형식으로 변환, 압축하는 과정

    - 소스코딩의 목적

      가. 디지털화 및 압축: 아날로그 신호원으로부터 A/D 변환(표본화, 양자화)을 수행하고(Digitising) 잉여정보를 제거(Compression)

      나. 평균코드길이의 최소화를 지향: 가장 적은 수의 비트로 원래의 정보를 표현할 수 있는 방법을 모색, 평균코드길이가 짧을수록 효율적임

    - 소스코딩의 분류

      가. 코드길이가 일정한가에 따라

          - 고정 길이 부호화(Fixed Length Coding)

          - 가변 길이 부호화(Variable Length Coding)

       나. 원천 정보 형태에 따라

          - 영상부호화: JPEG, MPEG

          - 음성부호화: 파원부호화(보코딩), 파형부호화(PCM,DM)

       다. 원 데이터 손실여부에 따라

          - 무손실(Lossless) 압축 부호화: Huffman coding, Arithmetic coding, Run-length coding 등 

          - 손실(Lossy) 부호화: DCT(Discrete Cosine Transform), Quantisation, PCM 등

<참고>동영상 압축 원리

           가.

           나.

2. MPEG 표준의 구성

   - 동영상에는 크게 System, Video, Audio의 3가지 부분으로 구성된다

   - 동영상 압축으로 가장 잘 알려져 있는 MPEG의 경우도 기본적으로 3개의 Part로 나누어져 있으며 보통은 Part1이 system, Part2가 video, Part3가 audio 부분이다

   - MPEG 표준: 비디오 압축, 오디오 압축 그리고 비디오와 오디오간의 동기화에 관한 표준

     가. System

         - Video와 Audio의 동기화 및 전송을 위한 부분

         - 가장 쉬운 예가 AVI(Audio-Video Interleave), ASIF(Advanced Streaming Format)

     나. Video

         - Video 압축을 위한 부분, 영상 코덱

         - MPEG-4를 칭할 때 엄밀히 말해서 MPEG-4 Part 2를 의미

     다. Audio

         - 음성 압축을 위한 부분, 음성 코덱

         - MP3(MPEG-1 part Audio Layer 3, AAC(Advanced Audio Coding)

 

<참조>

MPEG-4 Part 14, ISO/IEC 14496-14, MP4 file format

It is also known as "MPEG-4 file format version 2". The designated container file format for MPEG-4 content, which is based on Part 12. It revises and completely replaces Clause 13 of ISO/IEC 14496-1 (MPEG-4 Part 1: Systems), in which the MPEG-4 file format was previously specified.

https://en.wikipedia.org/wiki/MPEG-4

 

 

3. Video 압축 표준

  - Video 압축의 표준과 최신 압축방법을 선도해 가는 두 그룹으로 ITU-T(International Telecommunication Union-Telcommunication Standardisation Sector)산하의 VCEG(Video Coding Expert Group)과 ISO(International Organisation for Standardisation) 산하의 MPEG(Moving Picture Expert Group)이 있다

  - 이 두 그룹은 서로의 기술을 보완해 가면서 발전해 나가고 있으며, 최근에는 JVT(Joint Video Team)을 결성해서 MPEG-4 Part 10 AVC(Advanced Video Coding)/H.264의 표준화 작업을 해 나가고 있음

   <참고> 영상코딩 기법 분류

              가. 정지 영상(이미지) 코딩 기법 

                  - JPEG/JPEG 2000

              나. 통신용 동영상 코딩 기법

                  - H.261/H.263

              다. 고품질 동영상 코딩 기법

                  - MPEG, Motion JPEG 2000

 3.1 ITU-T Recommendation H.261

     - ITU가 전화망이나 ISDN 상에서 비디오 전화기와 화상회의 시스템 운용을 위한 표준으로 적용

     - ISDN용 영상전화/회의 시스템인 H.320 단말의 영상 코덱 방식

     - Video 압축 표준을 얘기할 때 가장 먼저 나오는 것으로 지금까지 나오고 있는 압축 기술들의 기반 

     - 압축과 복호화 과정에서 실시간성이 요구되는 특징이 있음 

     - Image format: CIF(352*288) or QCIF(176*144)

  3.2 ISO/IEC 11172:MPEG-1

     - CD-ROM 저장 매체에서의 비디오와 오디오에 대한 압축과 복원에 대한 표준

     - 1~1.5Mbps 대역폭 지원

  3.3 ISO/IEC 13818: MPEG-2/ITU-T Recommendation H.262

     - 고품질 동영상 압축기법, ISO/IEC의 표준화 작업에 ITU-T가 참여하여 만든 공동 표준

     - DTV/HDTV 방송, DVD 등에 활용 중

     - 원래 HDTV를 위한 표준은 MPEG-3였으나 중복되는 부분이 많아서 MPEG-2에 흡수

     - 2~50Mbps  대역폭 지원 

 

  3.4 ITU-T Recommendation H.263

     - 초저속 통신망(아날로그 전화망, 무선망)을 이용한 오디오/비디오 서비스에서 동영상 정보를 압축하기 위한 표준

     - H.261 코덱 기반으로 개발, H.261에 비해 절반의 대역폭으로 똑같은 화질을 얻을 수 있기 때문에  H.261을 대신함

     - Image format: sub-QCIF, QCIF, CIF 등

     - H263v2(H.263+), H.263v3(H.263++) 등의 확장판이 개발됨

 

    <참고> H.261 vs H.263

            - 향상된 움직임 보상 기법

            - 오버헤드가 줄어듬

            - 다양한 이미지 포맷을 지원함

            - 여러가지 옵션이 추가됨

 

 3.5 ISO/IEC 14496: MPEG-4

     - MPEG-1에서는 비디오 CD, MPEG-2에서는 방송, HDTV등에서 쓰일 것을 고려했지만  MPEG-4에서는 낮은 비트율 상황에까지 그 용도를 확대하려는 목표로 규격화가 시작

     - 인터넷, 모바일 등의 통신상황을 고려하고, User interactive 부분을 고려한 동영상 압축 표준

     - H.263을 기본으로하여 몇 가지 도구를 추가하여 구성
     - MPEG-4의 경우는 기술마다 Part라고 불리는 규격으로 나뉘어 있고, 새 기술이 채용될 때마다 Part가 계속 추가 확장되고 있음

     - MPEG-4 특징

       가. 객체 기반 부호화

           - 화면에 포함된 물체(Object)들을 배경과 분리, 객체에 적합한 부호화기법 적용하여 부호화 

        

       나. 내용물 기반 대화형 기능(content-based interactivity)

           - 화면이나 음향의 객체 요소들을 독립적으로 취급

           - 추후 원하는 객체만을 추출하여 재사용하거나, 객체들을 이용하여 전체 데이터를 재구성하는 것이 가능  

       다. 다양한 전송 환경의 수용성 및 오류에 대한 강인성

           - 저장 매체나 고화질 방송등의 수 Mbps의 초고속 전송

           - 이동 통신등과 같이 채널 오류가 심한 전송 매체에 대응

       라. 자연 영상(natural image) 및 합성 영상(synthetic image)의 부호화

       마. 보다 높은 압축 효율

           - 초저속 부호화 시 우수한 영상 품질

 

 3.6 ISO/IEC 14496-10:H.264/MPEG-4 Part 10 AVC(Advnaced Video Coding)

     - 현재 고선명 비디오의 녹화, 압축, 배포를 위한 가장 일반적인 포맷 가운데 하나

     - 압축효율이 기존의 MPEG-4 part 2보다 약 2배정도 개선

     - ITU-T의 비디오 코딩 전문가 그룹(VCEG, Video Coding Experts Group)과 ISO/IEC의 동화상 전문가 그룹(Moving Picture Experts Group)이 공동으로 조인트 비디오 팀(Joint Video Team, JVT)를 구성하고 표준화를 진행한 결과물

     - ITU-T의 H.264와 ISO/IEC의 MPEG-4 Part 10 AVC는 기술적으로 동일한 표준 

     - H.264가 MPEG-4에 비해 향상된 특징

       가. 움직임 보상기술 개선

           - 세분화된 블록(16*8,8*16,4*8,4*4)

           - 다중 참조 프레임

           - 가중치 예측

       나. 확장된 프레임 내 예측 기술

       다. 정수형 DCT

           - 4*4 정수형의 DCT 변환, 속도가 빠르다

       라. 디블록킹 필터

           - 시각적인 화질 열화를 줄이는 기술

       마. 진보된 엔트로피 부호화 기술

           - 내용 기반 가변장 부호화(CAVLC: Context-Adaptive Variable Length Coding)

           - 내용 기반 적응적 2진 산술 부호화방식(CABAC: Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding)

  

  3.7 ISO/IEC 23008: HEVC(High Efficiency Video Coding)/H.265

     - ITU-T의 VCEG와 ISO/IEC의 MPEG이 공동으로 표준화 진행

     - H.264/AVC 대비 두배의 압축효율을 갖는 차세대 고효율 부호화 기술

     - 향후 UHDTV의 유력한 부호화 기술(HDTV 영상의 4배에서 16배까지 많아진 UHDTV 영상을 전송하기 위해 HEVC 압축기술 사용) 

     - 압축 성능 면에서 기존 H.264/AVC 표준 기술의 2배, 영상 포맷은 최대 8K 영상까지 처리, YCbCr/RGB는 4:4:4까지, 14비트의 순차주사를 지원 

 

4. 기타 관련 표준

  4.1 ISO/IEC 15938:MPEG-7

      - 동영상 검색 및 색인화를 위한 표준(Multimedia Contents Description Interface)

      - 다양한 형태의 멀티미디어 정보를 설명하기 위한 표준화된 기술방법 정의

     

  4.2  ISO/IEC TR 21000:MPEG-21

      - Multimedia 콘텐츠를 생산, 유통, 소비함에 있어 필요한 전반적인 프레임워크를 정의

 

5. 정지 영상 코딩 기법

  5.1 JPEG과 JPEG2000

      -  DCT에 기반을 둔 JPEG압축 기술은 한 개의 이미지를 여러 개의 블록으로 나누어 처리. 이 때문에 압축과정에서 Block artifact와 같은 블록 손실이 발생

      - JPEG2000은 압축비율을 더욱 높이면서도 이미지 품질을 보존할 수 있는 방법으로 웨이블렛 기법을 이용해 DCT 압축으로 생기는 블록현상을 방지

          ※ Wavelet 기법

              웨이블릿 변환은 사람이 사물을 바라볼 때 먼저 전체적인 윤곽을 파악하고 차츰 자세한 부준에 집중한다는 사실을 그대로 반영하고 있기 때문에 영상처리에 적합하다. 웨이블릿 변환을 이용한 영상 압축기술은 영상 전체에 대해 압축을 하기 때문에 JPEG의 이러한 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

 

  5.2 Motion JPEG

      - 각 Frame을 JPEG으로 부호화한 것

      - 화면내 부호화(Intra Frame)만을 사용하므로 매 Frame이 독립되어 있어 Frame 단위의 편집이 쉽고, 에러가 다음 화면에 영향을 끼치지 않는다

      - 압축 효율이 MPEG보다 현저히 낮다

      - Motion JPEG2000/MPEG-4/H.264 특징 및 압축효율 비교

 

 

 

 

 

 

<References>

http://mmlab.knu.ac.kr/Lecture/hci/multi_2008_2/MPEG_overview_2008.pdf

http://multinet.ivyro.net/recruit/lecture/1-5/chapter-8.pdf , Mpeg -1, 2, 4, 7

http://www.stanford.edu/class/ee398b/handouts/lectures/03-StandardsH261H263.pdf, overview of video compression

http://dasan.sejong.ac.kr/~dihan/display/Ch10_H.261%20H.263.pdf, H.261 and H.263

http://blog.daum.net/sori14/5766910

http://www.verypdf.com/pdfinfoeditor/jpeg-jpeg-2000-comparison.htm

http://www.treasurej.com/tblog/textyle/8687

http://wizardee.tistory.com/27