Transcript 동영상 압축 - IELab

멀티미디어 자료 압축
- 동영상 압축 -
목
차
1. 동영상의 3요소
1. 1)각 요소들의 역할
1. 2)동영상에 사용된 압축 기술 알아보기
2. 영상 압축의 원리
2. 1)공간적 압축
2. 2)시간적 압축
3. 활동지
4. 보충자료
5. 심화자료
다음의 동영상을 봅시다. (동영상 화면의 왼쪽을 클릭하세요.)
컴퓨터에서 동영상을 보기위해
서는 압축이 필수적이다. 동영
상은 정지된 그림이 여러 장 합
쳐져 있는 형태로 만약 압축하
Q.위와 같이 컴퓨터에서 동영상(예;만화)을
보려면
어떻게파일을
해야 할까요?
지 않고
동영상
만든다
면, 1분 정도의 짧은 동영상도
(생각해보고 써보세요.)
1GB 정도의 큰 용량이 될 수 있
다. 용량이 크면 컴퓨터의 저장
장치에서 자리를 많이 차지하고
휴대가 용이하지 않다. 그러므
로 컴퓨터로 동영상을 보려면
압축이 필요하다.
정답(클릭!)
1. 동영상의 3요소
먼저, 동영상에 대해 알아 봅시다.
- 동영상은 어떤 요소들로 이루어져 있을까요?
동영상은 크게 System, Video, Audio의 3가지 부분으로 나누어서
구성된다.
동영상 압축 기술 중 가장 많이 사용되는 것으로 MPEG라는 압축
기술이 있는데 이 MPEG도 기본적으로 위에서 말한 3개의 part
로 나누어서 동영상을 압축한다. MPEG 압축 기술에서는 대개
part 1이 System, part 2가 Video, part 3가 Audio 를 맡아서 동
영상 각 요소들을 압축한다.
따라서 동영상은 기본적으로 System + Video + Audio가 맞물려서
이루어진 움직이는 동화상이라 말 할 수 있다.
1. 1)동영상 3요소들의 역할
동영상을 이루는 기본 요소들은 무슨 일을 할까?
1) System
System은 여러 가지 의미로 사용될 수 있는 말인데 기본적으로 Video와
Audio가 각각의 압축 방법을 통해 압축되고 난 후, 다시 합쳐질 때, 잘 결
합되도록 동영상에 대한 기본적인 정보가 저장되어 있는 부분이다. 음성
과 영상의 타이밍(Sync)을 맞춰주고, 네트워크를 통해 전송을 하거나, 저
장장치에 저장을 위한 요소들을 책임지는 부분이다. 가장 쉬운 예로
AVI(Audio-Video Interleave), ASF(Advanced Streaming Format) 정도를
들 수 있다.
2) Video
Video부분은 Video압축을 위한 부분이다. 일반적으로 동영상 압축에 대한
얘기를 하면 이 Video부분을 일컫는 경우가 많다. 그만큼 동영상 압축에
서 가장 중요한 부분이고, 핵심이라고도 할 수 있는 부분이다. 흔히 말하
는 MPEG-4, DivX Codec 등이 여기에 속한다.
3) Audio
마지막으로 Audio부분은 음성압축을 위한 부분이다. 흔히 MP3라고 불리는
MPEG-1 part 3 Audio Layer 3나 AAC 등 음성 압축 기술에 속한다.
따라서 동영상 압축은 Video부분과 Audio부분이 나뉘어서 따로 압축이 일어
나고 압축 후에 System부분의 동영상 속성을 통해 다시 합쳐져서 하나의
동영상 파일을 이룬다.
실제로 동영상이 Video와 Audio를 어떤 압축 기술을 사용하여 만들어지는지
알아보자.
<알아보는 방법>
1. Gom player 실행 - 동영상 파일 열기 - Ctrl + F1
2. ‘AVI codec’ 프로그램 실행 - 멀티미디어 파일 Tab – 선택 클
릭 – 동영상 파일 열기
Video와 Audio가 어떤 압축 기술을 이용하여 압축되었는지 보여주고 그
압축 기술이 내 컴퓨터에 없다면 다운로드할 수 있게 인터넷 링크 연결 버
튼이 있다.(압축이 되지 않은 동영상의 Video와 Audio를 압축할 때, 사용한
각각의 압축 기술은 그 압축된 동영상을 볼 때에도 다시 이용됨으로 동영
상 압축에 쓰인 압축 기술이 볼 때도 반드시 컴퓨터에 설치되어 있어야 한
다.)
1. 2) 동영상에 사용된 압축 기술 알아
보기
실제로 동영상 파일을 이용하여 동영상 파일에 이용된
Video/Audio 압축 기술을 알아봅시다.
- ‘AVI codec’프로그램을 이용.
1) ‘Avi codec’실행
2) ‘AVI codec’을 실행하면 다음의 창이 나타난다.
(중요한 부분을 설명하면 다음과 같다.)
3) ‘선택’을 클릭하여 동영상 파일을 ‘AVI codec’에 불
러온다.
4) 동영상 파일을 불러오면 다음과 같은 창이 뜬다.
- 위의 화면을 보면 불러온 동영상 파일은 어떤 System, Video, Audio 압축 기
술을 이용하여 만들어 졌나요? 한 번 생각해 보세요.
System :
Video :
Audio :
정답(클릭)
System : AVI
Video : XviD MPEG4
Audio : MPEG Layer 3
위의 압축 기술이 사용되어 비디오 파일이 만들어 졌음을 알 수
있다.
2. 영상 압축의 원리
소리(Audio)의 압축은 앞서 배웠으니 영상(Video)의 압축은
어떻게 이루어 지는지 그 과정을 알아봅시다.
<압축의 기본>
무엇을 압축하든지 압축의 기본은 항상 같다. 중복되는 부분
을 없애는 것이다. 영상 압축도 그 원칙에서 크게 벗어 나지
않는다.
<영상 압축의 기본 요소>
크게 두 가지 원리가 복합적으로 사용
공간적 중복성 제거의 원리
시간적 중복성 제거의 원리
(참고) 중복성이란?
- 중복된 정보를 일컬음.
- 예를 들어, 한 학급이 영어시험을 모두 100점 받았다고 하자.
이 때, 각 학생의 이름을 부르며 100점이라고 알려주는 사람은 없을
것이다. 왜냐하면 정보가 중복되어 있기 때문이다.
2. 1) 공간적 압축에 대해서 알아봅시
다.
이미지 파일의 압축 원리를 이용한다.
몇 개의 유사한 색깔 값을 가지는 점(Pixel)들을 묶어
각각의 집합으로 만든 후, 각 집합을 하나의 평균적인
색깔을 띄는 한 블록으로 바꾸는 방법을 사용한다.
이미지 파일 압축 기술 중 하나인 JPEG를 가지고 공
간적 압축원리를 알아보자.
<영상 화면의 기본>
* 여러 개의 화소가 모여 하나의 영상 화면 구성.
* 영상은 화소(Pixel)라는 최소 단위의 아주 작은 점, 수백~수만개가
모여 네모난 하나의 화면을 구성한다.
* 화소는 자기가 있는 지점의 이미지 정보 값을 가지고 있다.
위의 이미지는 각각의 점(픽셀)으로
세분화되어 각 지점의 정보를 오른쪽과
같이 구성하여 컴퓨터에 표시, 저장된다.
영상 공간적 압축
- 동영상을 구성하는 하나하나의 정지 영상에는 한 Pixel 주변에는
서로 비슷한 Pixel들로 구성되어 있다.
- 이 특징을 이용하여 압축을 한다.
1. 하나의 정지 영상 구성 점(Pixel)들을 두부판 썰듯,
8 X 8 사각형으로 묶는다.
예 : <하나의 정지 영
상>
2. 8X8로 묶은 한 사각형은 한 블록이다. 이것은 영상 압축의
기본 단위이다.
3. 8X8로 묶은 후엔 그 안에 Pixel값들을 압축한다.
여러 압축 방법들이 있으나 여기서는 ‘DCT’라는 방법을 이용
하여 압축하는 예를 들어보자. ‘DCT’라는 한 블록 안에 Pixel
의 주요 정보를 한 곳으로 집중시켜 압축한다. 영상의 한 블록
(8X8)을 한 쪽으로 정보를 집중시키면 다음과 같이 된다.
4. 앞의 그림과 같이 변환하는 과정에서 눈으로 보아도 눈치챌
수 없는 pixel내의 정보들을 제거된다.
5. 그러면 하나의 정지 영상에서 공간적 압축이 완료된다.
2. 2) 시간적 압축에 대해서 알아봅시
다.
키 프레임(Key frame) 과 델타 프레임(Delta frame)을 이용하여 압축을
한다.
Q. 두 개의 그림에서 보듯이 시간적으로 압축한 영상
- 위의 그림은 시간적으로 압축되지 않은 동영상을 보여준다. 5개의 프레임
은모두
2,3,4번째
영상이
않다.
시간적
압축은
어 압
이
완전한 하나의
정지완전하지
영상임을 알
수 있다.
아래는
시간적으로
떻게영상이다.
일어나는 것일까?
축한
1. 먼저, 위의 영상에서 보듯, 각각의 정지 영상 화면을 프레임
(Frame)이라고 한다. 따라서 위의 영상에는 총 5개의 프레임이
존재한다.
2. 시간적으로 압축시, 이 프레임들은 키 프레임(Key frame)과 델
타 프레임(Delta frame)으로 구분된다.
- 키 프레임 : 완전한 정지 영상인 것, 1, 5번 프레임
- 델타 프레임 : 완전하지 않은 영상, 2, 3, 4번 프레임
3. 델타 프레임은 키 프레임에서 변경된 부분의 정보만을 담고 있
어서 완전한 영상이 아니다.
Q. 그러면 시간적 압축 과정에서 영상들을 키 프레임과 델타 프레
임으로 어떻게 나누어 압축하는가?
시간적 압축 과정
1.키 프레임과 델타 프레임으로 동영상의 프레임을 나눈다.
- 각각의 프레임이 이전의 프레임과 비교해서 변화된 정보의
양이 많고 적음에 따라 키 프레임과 델타 프레임으로 모든 프
레임을 구분한다.
- 따라서 각각의 키 프레임들은 이전의 키 프레임과 비교했을
때, 변화된 정보량이 많다.
2.델타 프레임은 키 프레임에 기준해서 변화된 정보 부분만 표
시하고 키 프레임과 동일한 정보는 모두 삭제한다.
3.그러면 영상이 모든 프레임이 완전한 프레임이었을 때보다
압축된다.
< 시간적 압축의 문제점>
*키 프레임이 없으면 델타 프레임은 재생되지 않는다. 키 프레
임을 삭제하면 기준이 되는 완전한 프레임이 없는 채, 변화된
부분의 영상 프레임만 가지고 있으므로 재생이 되지 않는다.
이제까지 동영상의 압축에 대해서 알아보았습
니다.
나눠준 활동지를 한 번 해보세요.
보충 자료
PPT를 보고 동영상 압축방법에 대해 이해가 잘 되지 않는
친구들은 아래 사이트에 들어가 보세요. 오늘 배운 동영상
압축과 관련한 내용을 좀 더 쉽게 알아볼 수 있는 사이트에
요.
http://blog.empas.com/shiyoul/18328539
http://blog.naver.com/lustful/150004801139
http://blog.naver.com/jmhbook/120008045184
심화 자료
동영상 압축 방법(시간적 압축/ 공간적 압축)에 대해
설명할 수 있는 친구들은 동영상 압축에 대해 좀 더 깊
이 공부해 볼까요? 다음에 관해 생각해 봅시다.
- 동영상 파일 확장자에는 어떤 것들이 있을까요?
(참고) http://blog.naver.com/hypermin/70015606559
- 여러분이 가지고 있는 동영상 파일의 압축 방식을 바꾸기
위해서는 어떻게 하면 될까요?
(참고) http://blog.naver.com/hcs9517/150009880426
- 동영상 파일을 압축하고 압축을 풀 때, 이용하는 코덱
(Codec)에 대해 알아봅시다.
- 동영상 화질과 동영상 압축과의 관계에 대해 알아 봅시다.