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제 5장. MPEG
멀티미디어 시스템
© Kim, Lee and Chung, 2005. All rights are reserved.
© 김명호
목차

MPEG-1

MPEG-2

MPEG-4

MPEG-7

MPEG-21
멀티미디어 시스템 개론
2/67
5장 – MPEG
MPEG-1

MPEG-1 표준화
– 표준화 경위
» 1980년대 후반 : CD-ROM을 기반으로 한 DV-I (Digital
Video Interactive).
» 1988년: ISO산하 영상압축표준화위원회 설립
 MPEG (Moving Picture Coding Experts Group)
– 목표
» 약 1.5Mbps 의 데이터 전송률 내에 동영상을 인코딩하는
방법
– 특징
» 허용하는 비트 스트림의 구조와 디코더의 구성만을 정의
» 인코더의 기술 구현에는 자유허용
멀티미디어 시스템 개론
3/67
5장 – MPEG
MPEG-1
파라미터
제한 범위
가로방향 프레임 크기
최대 768 픽셀
세로방향 프레임 크기
최대 576 라인
프레임당 매크로 블록 수
최대 396
초당 매크로 블록 수
최대 396 × 25 (초당 25 프레임) = 9900 매크로 블록
프레임 전송률
최대 초당 30 프레임 (일반적으로 25 프레임)
데이터 전송률
최대 1,856,000 bits/s
MPEG-1의 제한 범위
멀티미디어 시스템 개론
4/67
5장 – MPEG
MPEG-1

MPEG-1의 특징
– 인코딩 단위 : 매크로 블록(Macroblock)
» 16 X 16 화소의 휘도 블록
» 시간적 화면 상관을 이용하여 정보 압축
– 매크로 블록을 블록으로 세분
» 8 X 8 화소의 블록(4개의 휘도 블록, 2개의 색차 블록)
» DCT 이용하여 공간정보압축
– GOP(Group of Picture)
» 프레임 내 코딩 정보를 포함하는 인트라 프레임(I frame)을
적어도 하나 이상 포함하는 프레임 군
» 임의 접근을 허용
멀티미디어 시스템 개론
5/67
5장 – MPEG
MPEG-1
– 인코딩처리 시간 허용/실시간 디코딩
» CD-ROM 등의 읽기 전용 매체 대상
– 상호 비대칭 인코더/디코더
» MPEG-1 인코더
 MPEG 표준에서 정의하고 있지 않다.
 MPEG-1 디코더에서 디코딩 가능한 비트 스트림을
생산하기만 하면 된다.
» MPEG-1 디코더
 MPEG-1 표준에서 정의하고 있는 모든 비트 스트림을
디코딩할 수 있어야 한다.
» 인코더의 복잡도가 디코더 보다 높기 때문에 상호 비대칭
형태가 더 효율적이다.
멀티미디어 시스템 개론
6/67
5장 – MPEG
MPEG-1

H.261과 MPEG-1
H.261
Mpeg 1
주요 대상
통신 미디어
저장 미디어
비트율
p x 64kbps(p = 1~30)
~ 1.5Mbps
디코딩 시작 시점
통신개시
GOP와 시퀀스 해더
영상 종류
한 가지(P)
세 가지 ( I / P / B )
예측구조
순방향 예측
양방향 예측
공간상의 코딩
DCT
DCT
H.261과 MPEG-1의 비교
멀티미디어 시스템 개론
7/67
5장 – MPEG
MPEG-1

MPEG-1의 구조
– 픽쳐 시퀀스
시퀀스
헤더
시퀀스
헤더
GOP
시퀀스
헤더
…
GOP
GOP
시퀀스
종료
코드
» MPEG-1 영상 구조의 최상위 단위
» 임의 길이의 동영상
– 픽쳐 그룹(GOP)
I
B
B
B
P
B
...
P
» 일반적으로 10 ~ 30개의 픽쳐들로 구성
멀티미디어 시스템 개론
8/67
5장 – MPEG
MPEG-1
– 픽쳐
I
B
B
B
P
B
...
P
슬라이스
I
» 인코딩된 개별 이미지
멀티미디어 시스템 개론
9/67
5장 – MPEG
MPEG-1
» MPEG-1에서 영상의 전체 이미지인 프레임은 프레임
전체를 인코딩한 픽쳐로 구성된다.
 MPEG-2 이후 부터는 프레임 외의 구조로 인코딩된 픽쳐도
사용된다.
» MPEG-1은 비월(interlace) 개념을 포함하고 있지 않다.
» 인트라 프레임 vs 비-인트라 프레임
 인트라 프레임(intra: within, inside): 해당 프레임 내의
정보만으로 인코딩되어 있는 프레임
 I-프레임
 비-인트라 프레임: 해당 프레임이외의 다른 프레임의 정보를
함께 참조 하여 인코딩되어 있는 프레임
 P-프레임, B-프레임
멀티미디어 시스템 개론
10/67
5장 – MPEG
MPEG-1
– 슬라이스
MB
MB
MB
MB
MB
...
...
...
» 연속된 매크로 블록들
» 독립된 인코딩/디코딩 단위
 한 슬라이스 내의 임의 데이터의 손상이 있을 경우, 해당
슬라이스는 디코딩되지 못한다.
– 매크로 블록
» 16 X 16 구역의 픽셀 정보에 해당하는 구조
– 블록
» 매크로 블록 내의 8 X 8 정보에 해당하는 구조
» DCT 변환의 대상
멀티미디어 시스템 개론
11/67
5장 – MPEG
MPEG-1

프레임
– 인트라 프레임
» I-프레임: 프레임 내 인코딩 영상
 GOP의 독립성 확보
 동영상의 프레임 순서로 인코딩
 영상 이미지 내의 모든 정보로 구성
– 비-인트라 프레임
» P(Predictive)-프레임: 프레임간(inter) 순방향 예측 인코딩
영상
 I, P-프레임으로부터 예측 수행에 의해 생성
 동영상의 프레임 순서로 인코딩
 영상 이미지 내의 정보와 순방향 예측 정보로 구성
멀티미디어 시스템 개론
12/67
5장 – MPEG
MPEG-1
» B(Bidirectionally predictive)-프레임: 양방향 예측 인코딩
영상
 I, P-프레임을 처리한 후 동영상의 프레임 순서로 그 사이의 B프레임을 인코딩
 영상 이미지 내의 정보, 순방향 예측 정보, 그리고 역방향
예측정보 및 양방향 예측 정보(interpolative)로 인코딩
멀티미디어 시스템 개론
13/67
5장 – MPEG
MPEG-1

픽쳐 그룹(GOP: Group Of Pictures)
– 원 영상 순서 별 GOP
시간축
1
I
P
B
멀티미디어 시스템 개론
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13
픽쳐 그룹 (GOP)
14/67
5장 – MPEG
MPEG-1
– 코딩 순서 별 GOP
코딩 순서
1
I
P
B
멀티미디어 시스템 개론
5
2
3
4
9
6
7
8
13
10
11 12
픽쳐 그룹 (GOP)
15/67
5장 – MPEG
MPEG-1

매크로 블록
8
Y
8
1
2
16
1
Cr
3
4
2
Cb
Cb
Cr
5
6
16
3
Y
멀티미디어 시스템 개론
16/67
4
5장 – MPEG
MPEG-1
– 16 X 16 구역의 휘도 정보와 색상 정보로 구성
– Y:Cb:Cr (4:2:0 색 비율 포맷)
» 휘도 : 영상 밝기 (Y)
» 색차 : 영상 색차 정보 (Cb, Cr)
 휘도 정보에 비해 ½만큼 샘플링
가로축
Cb, Cr이
영향을 미치는
범위
세로축
멀티미디어 시스템 개론
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
17/67
X 휘도 샘플
색차(Cb) 샘플
색차(Cr) 샘플
프레
임
5장 – MPEG
MPEG-1
– DCT (Discrete Cosine Transform)
» 8 X 8 블록 대상
»
영상 인코딩 과정
① 한 프레임의 영상을 8 X 8블록으로 분할한다.
② 각 블록마다 DCT를 수행한다.
③ 변환된 계수들을 양자화 스텝(Quantization step)으로
나눈다.- 양자화
»
영상 디코딩 과정
① 8 X 8 계수 블록의 각 값에 양자화 스텝을 곱한다.- 역양자화
② 각 블록마다 IDCT (Inverse DCT)를 수행한다.
멀티미디어 시스템 개론
18/67
5장 – MPEG
MPEG-1
– 양자화
» 정보의 값을 특정 수로 나누어 작은 수로 표현하는 것
 DCT 변환 계수의 양자화 값은 정수로 표현
 양자화를 통해 0값을 갖게 된 계수들은 이후 압축 코딩 된다.
8
16
19
22
26
27
29
34
16
16
16
16
16
16
16
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24
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40
16
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48
16
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48
58
16
16
16
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26
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34
38
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16
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16
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38
46
56
69
83
16
16
16
16
16
16
16
16
(a)
(b)
기본 양자화표: (a) 인트라 코딩의 경우, (b) 인터 코딩의 경우
멀티미디어 시스템 개론
19/67
5장 – MPEG
MPEG-1

MPEG-1 코덱
코딩
제어기
– MPEG-1 인코더
영상
입력
양자화
가변
길이
인코더
움직임
예측기
역
양자화
예측
인코더
참조
프레임
역DCT
프레임
레코더
DCT
전송
버퍼
전송/
저장
움직임 벡터
멀티미디어 시스템 개론
20/67
5장 – MPEG
MPEG-1
– MPEG-1 디코더
코딩
데이터
입력
가변
길이
디코더
예측
디코더
역
양자화
프레임
레코더
IDCT
DC 계수
움직임
예측기
출력
영상
참조
프레임
움직임 벡터
멀티미디어 시스템 개론
21/67
5장 – MPEG
MPEG-2

MPEG-2의 표준화
– 표준화 경위
» 1991년 MPEG-1 표준화 완료
» 1993년 MPEG-2 발표
– 목표
» 5~10 Mbps정도로 현행 TV품질 실현
» HDTV품질 실현을 위한 Mpeg 3의 전 작업으로 시작
 최종적으로 Mpeg 3 탈락(Mpeg 2 스펙에 포함)
 1993년 미국의 차세대 TV 방송 방식으로 채택
멀티미디어 시스템 개론
22/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– 특징
» 저장 미디어 뿐만 아니라 방송 미디어의 적용 고려
» HDTV 품질까지 확장 가능
» 점진적 주사 및 비월 주사 영상 취급 가능
» 확장 적응성(Scalability, 스케일러빌러티) 지원
 공간해상도의 일부 비트열을 가지고 작은 해상도의 display를
가능하게 한다.
» 역방향 호환성(backward compatibility)을 갖는다.
 MPEG-2 디코더는 MPEG-1 영상의 디코딩도 가능하다.
멀티미디어 시스템 개론
23/67
5장 – MPEG
MPEG-2

MPEG-2 목표
– 상호 운용성(Interoperability)
» 통신, 방송, 저장 기기 등 다른 미디어사의의 호환성 및 정보 교환 가능
– 확장 적응성(Scalability)
» 코딩된 일부의 비트열을 통해 하위 해상도의 영상 재생 가능
– 확장성(Extensibility)
» 어떤 비트율로 전송되는 영상에 부가 정보만을 추가하여 전체 해상도를
쉽게 높일 수 있다.
» 5Mbps (일반 TV 품질) + 10Mbps (부가 정보) = 15Mbps (HDTV 품질)
멀티미디어 시스템 개론
24/67
5장 – MPEG
MPEG-2
분야
응용
방송
CATV, 위성방송, 일반 전파를 이용한 디지털영상
예) TV 방송, 영화 등
통신
통신망을 통한 고품질 디지털 영상
예) 영상회의, 영상전화, 감시 시스템 등
컴퓨터
디지털 저장 매체 (CD-ROM, HDD)를 이용한 고화질 디지털 영상
예) 영화, 멀티미디어 시스템, 가요반주기 등
MPEG-2의 분야별 응용
멀티미디어 시스템 개론
25/67
5장 – MPEG
MPEG-2

MPEG-1과 MPEG-2
– 색 공간(color space)
» 4:2:0 및 4:2:2, 4:4:4 코딩 지원
– 슬라이스 구조
» 연속된 매크로 블록의 모임
» 독립된 코딩 단위
» MPEG-2에서 슬라이스의 최대 크기는 영상의 한 행
크기이다.
– 양자화
» MPEG-1 DC계수의 양자화 정밀도: 8-bit
» MPEG-2: 픽쳐별 8, 9, 10-bit 양자화 정밀도 허용
멀티미디어 시스템 개론
26/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– 은닉 움직임 벡터
» 데이터 손실 상황에 대비해 I-프레임에 자신의 프레임을
참조 대상으로 하는 움직임 벡터를 부여하는 것
» 데이터 손실 발생시 참조 대상인 주변 블록으로부터 해당
정보를 대체
– 픽쳐 구조
» 프레임 구성
 MPEG-1: 프레임 픽쳐로만 구성
 MPEG-2: 프레임 픽쳐 또는 필드 픽쳐로 구성
– 유연성
» 인코더와 디코더의 다양한 응용및 호환을 가능하게 함
» 프로화일(profile) : 기능상의 분류
» 레벨(level): 데이터 양의 분류
멀티미디어 시스템 개론
27/67
5장 – MPEG
MPEG-2

Y 샘플
Cb 샘플
Cr 샘플
색 공간
Y
4:2:0
4:2:2
4:4:4
Cb
1
2
3
4
1
Cr
5
6
2
5
6
3
4
7
8
1
2
5
9
6
10
3
4
7
11
8
12
MPEG-2의 색 비율과 그에 따른 코딩순서 및 샘플링
멀티미디어 시스템 개론
28/67
5장 – MPEG
MPEG-2

비월 주사(interlaced scan) 기술
점진적 주사(progressive scan)
비월 주사(interlaced scan)
하위 필드
상위 필드
시간
축
1/30 초
하위 필드
상위 필드
프레임
프레임
프레임
프레임
1/60 초
멀티미디어 시스템 개론
1/30 초
프레임
29/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– 픽쳐 구조
» 프레임 픽쳐
 전체 프레임이 하나의 픽쳐로 구성
» 필드 픽쳐
 전체 프레임이 여러 개의 필드 픽쳐들로 구성
 상위(upper) 필드와 하위(lower) 필드로 각각 이루어진 픽쳐가
하나의 프레임을 구성
상위 필드
하위 필드
상위 필드
Y 샘플
Cb 샘플
Cr 샘플
하위 필드
멀티미디어 시스템 개론
30/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– 프레임 DCT
» 매크로 블록은 8 X 8 크기의 블록으로 나뉘어 순서대로
DCT 변환된다.
라인
1
1
2
3
4
2
블록
3
4
매크로블록(휘도정보)
멀티미디어 시스템 개론
31/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– 필드 DCT
» 상위/하위 필드의 8개 라인을 취하여 DCT의 대상이 되는 8
X 8 크기의 상위/하위 블록을 구성
라인
좌측
우측
매크로블록(휘도정보)
멀티미디어 시스템 개론
32/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– DCT 계수의 스캔 패턴(pattern)
» DCT 계수 스캔
 양자화된 DCT 계수들을 0인 값과 0이 아닌 값들로 구분하여
1차원의 열로 나열하는 것
 구분되어진 DCT 계수들은 가변 길이 코딩의 방법으로 압축
» 45o 지그재그 스캔
 MPEG-1부터 사용되는
일반적인 스캔방법
 프레임 픽쳐 구조에 적합
멀티미디어 시스템 개론
33/67
5장 – MPEG
MPEG-2
» 67.5o 지그재그 스캔
 MPEG-2에서 소개된
스캔방법
 필드 픽쳐 구조에 적합
멀티미디어 시스템 개론
34/67
5장 – MPEG
MPEG-2

확장 적응성(scalability, 스케일러빌러티)
– 데이터 스트림의 계층 구조
» 기본 계층(basic layer)
 데이터 스트림 내 반드시 디코딩되어야 하는 계층
» 향상 계층(enhancement layer)
 필요에 따라 추가적으로 디코딩되어 영상을 향상시키기 위한
계층
– 공간적 스케일러빌러티
» 저해상도의 기본 계층과 고해상도 구성을 위한 추가 정보를
가진 향상 계층으로 구성
멀티미디어 시스템 개론
35/67
5장 – MPEG
MPEG-2
– 시간적 스케일러빌러티
» 동일한 해상도의 영상에 대해 서로 다른 데이터 전송량을
지원
» 기본 계층보다 초당 프레임 수가 높은 향상 계층 구성
예) 30Hz 와 60Hz의 점진적 주사 영상을 단일 데이터
스트림에서 함께 구성
– SNR (Signal to Noise Ratio) 스케일러빌러티
» 신호 대 잡음비(SNR)가 클 경우에 대한 고화질 영상과
반대의 경우에 대한 저화질 영상을 향상 계층 과 기본
계층으로 함께 구성
멀티미디어 시스템 개론
36/67
5장 – MPEG
MPEG-2

레벨과 프로화일
– MMPEG-2의 다양한 기술들간의 상호 호환성을 위한
분류 기준
– 프로화일: 툴과 구성 요소 등의 기능별 분류
» 단순, 메인, SNR, Spatial, 하이, 4:2:2
– 레벨 : 각 profile 분류에 대해 비트 스트림내의 데이터
양을 기준으로 분류
» 하이, 하이1440, 메인, 로우
– 표기법
» 프로화일@레벨
예) 메인 프로화일의 메인 레벨: MP@ML
멀티미디어 시스템 개론
37/67
5장 – MPEG
MPEG-2
프로화일
레벨
단순
메인
SNR
Spatial
향상계층
하이
1920H
1152V
60 Hz
하이1440
1440H
1152V
60 Hz
메인
720H
576V
30 Hz
로우
멀티미디어 시스템 개론
1440H
1152V
60 Hz
720H
756V
30 Hz
720H
576V
30 Hz
352H
288V
30 Hz
352H
288V
30 Hz
38/67
기본계층
720H
576V
30 Hz
4:2:2
하이
향상계층
기본계층
1920H
1152V
60Hz
960H
576V
30 Hz
1440H
1152V
60 Hz
720H
576V
30 Hz
720H
576V
30 Hz
352H
288V
30 Hz
1920H
1152V
60Hz
720H
512/608V
30 Hz
5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4 표준화
– 1993년 MPEG-4 표준화 시작
» MPEG-3 표준안 취소: MPEG-2에 포함
– 목표
» 초기 낮은 데이터 전송률 환경에도 적합한 동영상 인코딩
방법의 목표에서 다양한 환경에서의 멀티미디어 데이터를
위한 범용 코딩 표준으로 확장
– 특징
» 다양한 데이터 전송률 환경에서의 비디오 및 음성 코딩 성능
향상 목표
 64 kbps 이하
 64 kbps ~ 384 kbps
 384 kbps ~ 4 Mbps
멀티미디어 시스템 개론
39/67
5장 – MPEG
MPEG-4
– 객체 개념 도입
» 비디오 객체와 오디오 객체가 개별적 혹은 복합적으로
인코딩되고 전송되어 최종 장면(scene)을 구성할 수 있다.
» 디코더 단말 측에서 장면 구성을 위한 다양한 조작이 가능
» 구성
 텍스쳐(texture) 정보와 형태(shape) 정보
멀티미디어 시스템 개론
40/67
5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4 시스템
장면 디스크립션
(Scene Description)
비디오
(Natural and Synthetic Video)
오디오
(Natural and Synthetic Audo)
동기화
(Synchronization Layer)
전송매체와의 인터페이스
(DMIF: Delivery Layer)
다중화
(TransMux layer)
멀티미디어 시스템 개론
41/67
5장 – MPEG
MPEG-4
– MPEG-4 시스템의 동영상 처리 과정
카메라
장면
장면을 객체들로 분할
객체
인코딩
객체
인코딩
객체
인코딩
추가
객체
객체
인코딩
역다중화기
추가
객체
객체
디코딩
객체
인코딩
객체
디코딩
객체
디코딩
객체
디코딩
객체
디코딩
객체 디스크립터
다중화기
장면 합성
디스플레이
멀티미디어 시스템 개론
42/67
5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4의 동영상 구조
– 객체
» 비디오 객체: 시간에 따라 변하는 동영상 내 일반 객체
» 정지 텍스트 객체: 시간과 무관하게 변하지 않는 객체
» 구성
 텍스쳐 정보
 휘도 및 색차 정보
 형태 정보: 알파 데이터
 객체의 형태를 나타내는 정보
 객체가 차지하는 부분과 나머지 여백 부분에 서로 다른 이진 값을
대응시킨, 객체를 포함하는 사각형으로 표현
– VOP (Video Object Plane)
» 해당 객체에 대해 일정한 시간 간격으로 샘플링된 일련의
정보들
» 인트라 코딩 또는 인터 코딩 적용
멀티미디어 시스템 개론
43/67
5장 – MPEG
MPEG-4
– GOV (Group Of VOPs)
» GOP와 유사한 개념으로 VOP들의 그룹
» GOV 단위로 임의 접근 가능
» GOV의 구조는 선택 사항
– VOL (Video Object Layer)
» 스케일러빌러티를 제공하기 위한 구조
» 기본 계층과 향상 계층으로 구성
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4
– MPEG의 영상 처리 과정
» MPEG-1, MPEG-2
영상
입력
MPEG-2 인코더
비트 스트림
MPEG-2 디코더
영상
출력
» MPEG-4
영상
입력
객체 데이터
합성 데이터
MPEG-2
인코더
비트 스트림
객체
랜더링
객체
혼합
영상
출력
MPEG-4 디코더
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4의 기능
– 영상의 해상도 및 주사(scan) 방법
» sub-QCIF (128 X 96) 에서 초고해상도 (4k X 4k)
정도까지로 매우 광범위
» 점진적 주사 및 비월 주사
– 전송률에 따른 다양한 객체별 코딩 방법 제공
» 형태 코딩, 텍스쳐 코딩, 메시 코딩 및 애니메이션 변수 코딩
등
– 내용 기반(content-based) 코딩
» 임의 형태(arbitrary shape) 코딩
» 비디오 객체 단위로 독립적 인코딩 및 디코딩 가능
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4
– 확장 적응성(scalability, 스케일러빌러티)
» 공간적으로 최대 11단계 지원
» 시간적으로 최대 3단계 지원
» FGS (Fine Grain Scalability) 프로화일
 응용 시스템의 컴퓨팅 파워와 전송 대역폭이 매우 급변해서
예측이 불가능한 스트리밍에 적합한 스케일러빌러티를 정의
– 고장 감내성
» 오류 발생이 빈번하거나 데이터 전송률이 매우 낮은(64kbps
이하) 환경에 사용 가능한 코딩 알고리즘 제공
– 애니메이션
» 인조 합성 객체 구성 및 코딩에 대한 기능 제공
» 얼굴과 몸 애니메이션
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4 코딩
– 형태 코딩
» 이진 알파(binary alpha) 데이터
 0과 1로 형태 표현
» 그레이 형태 마스크(gray shape mask)
 그레이 값을 통해 객체 이미지의 투명 정도를 세밀하게 표현
 픽셀당 8-bit 정규화 값
 256 단계: 0(객체 밖) ~ 255(불투명 객체 내)
– 텍스쳐 코딩
» 인트라 코딩 및 인터 코딩
 I, B, P-VOP
» 경계 사각형(boundary rectangle)을 매크로 블록으로 분할
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4
– 경계선 코딩
» 임의 형태 객체에서 경계 사각형 내의 객체 밖 픽셀 정보는
비효율적인 DCT 변환의 요인
» 패딩(padding)을 통한 효율적인 코딩 기법 제공
(a) 경계 블록
멀티미디어 시스템 개론
(b) 수평 방향 패딩
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(c) 수직 방향 패딩
5장 – MPEG
MPEG-4
– 스프라이트 (sprite) 코딩
스프라이트(배경 장면)
디스플레이
화면
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4의 확장 적응성
– 객체 수준의 시간 및 공간 스케일러빌러티 제공
-
입력 VOP
다운
컨버터
업
컨버터
기본
계층
인코더
기본
계층
디코더
향상
계층
인코더
향상 계층 VOL
다중화기
다중화 출력
기본 계층 VOL
공간 스케일러빌러티 인코더
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4

MPEG-4 프로화일
– 자연 영상 프로화일
» 단순(simple) 영상 프로화일
 모바일 네트워크 응용, 강한 고장 감내성
» 단순 스케일러빌러티 영상 프로화일
 객체의 시공간적 스케일러빌러티를 지원
 인터넷 등의 가변 전송률 환경에 적합
» 코어(core) 영상 프로화일
 단순 스케일러빌러티 영상 프로화일에 임의 형태 객체 지원
 내용의 상호작용이 필요한 인터넷 멀티미디어 응용 시스템에
적합
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4
» 메인(main) 영상 프로화일
 코어 영상 프로화일에 비월 주사, 스프라이트 객체 및 반투명
기술(그레이 형태 마스크)을 추가
 DVD 응용 시스템에 적합
» N-비트 영상 프로화일
 코어 영상 프로화일에서 픽셀 정보의 다양한 깊이 지원
 4 ~ 12 bits (MPEG-2에서는 8 bits만 사용)
 감시 시스템 등에 적합
– 인조 합성 및 자연/인조 합성 혼합 영상 프로화일
» 단순 얼굴 애니메이션 영상 프로화일
 AV 프리젠케이션 시스템 등에 적합한 얼굴 모델 애니메이션
관련 프로화일
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-4
» 스케일러블 텍스쳐 영상 프로화일
 정지 텍스쳐 객체의 공간 스케일러빌러티 지원
 고해상도 디지털 카메라나 게임 메시 객체의 텍스쳐 매핑 등의
응용에 적합
» 기본(basic) 2차원 애니메이션 영상 프로화일
 공간, SNR 스케일러빌러티 및 정지 영상에 대한 메시 기반
애니메이션과 단순 얼굴 객체 애니메이션 지원
» 혼합(hybrid) 영상 프로화일
 자연 영상 비디오 객체 및 인조 합성 영상 객체의 혼합 디코딩
지원
 다양한 멀티미디어 응용시스템에 적합
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-7

MPEG-7의 소개
– 일반 멀티미디어 내용 디스크립션 표준
– 2002년부터 2004년(현재)에 걸쳐 표준 발표
– Why 7? (not 5, 6)
» MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7
– MPEG-7은 멀티미디어 메타데이터에 대한 구문법
MPEG-7의 영역
(syntax)을 정의
특징 추출
멀티미디어 시스템 개론
표준
디스크립션
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검색 엔진
5장 – MPEG
MPEG-7
예) 비디오 영상 검색 시스템
입력 비디오
사용자
디스크립션
생성기
질의 비디오
관리자
특징 추출/
디스크립션
생성
디스크립션
Database
질의 텍스트
유사도
매칭
매칭 변수
필터링
사용자
권한 제어
데이터 서버
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-7

MPEG-7의 구조
– 기본 개념
» 피쳐(feature)
 멀티미디어 데이터의 특징적 요소
 디스크립션의 대상
» 디스크립터(descriptor)
 피쳐의 표현
 구문법(syntax)과 의미(semantics)를 포함
예) 피쳐: 제목
디스크립터: 문자열
디스크립터 값: “멀티미디어”
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-7
» 디스크립션 스킴(scheme)
 메타데이터의 구조
 디스크립션 정의 언어로 기술
» 디스크립션 정의 언어(DDL: Description Definition
Language)
 XML 포맷으로 정의
– MPEG-7 표준 파트
» 시스템 / 디스크립션 정의 언어 / 비주얼 / 오디오 /
멀티미디어 디스크립션 스킴 / 참조 소프트웨어 / 적합성
테스트 / 디스크립션 추출 및 사용 정보
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-21

MPEG-21의 소개
– 멀티미디어 전달과 사용을 위한 기본 체계에 대한 표준
– Why 21?
» 21세기 멀티미디어 사용의 확장을 대상으로 하는 의미
– 2000년 표준화 시작 이후 2004년까지 MPEG-21의 많은
부분이 표준으로 발표
– 목표
» 네트워크의 다양성과 디바이스간의 차이와 무관하게
멀티미디어 데이터를 배포 사용할 수 있는 체계 구성
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-21
– 기본 개념
» 디지털 아이템
 MPEG 표준에 의해 표현되고 구조화된 디지털 객체
 멀티미디어 데이터 + 메타데이터
» 사용자
 데이터의 생성, 소비, 관리, 및 배포 역할을 수행하는 모든
대상
– 주요 파트(2004년 11월 현재)
» Vision, Technology and Strategy
 MPEG-21의 목표 및 기술 전략
 멀티미디어 프레임워크와 구성요소 및 스펙
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-21
» Digital Item Declaration
 디지털 아이템 정의를 위한 추상화 도구 및 스키마의 표준
» Digital Item Identification
 모든 형태의 디지털 아이템 표현을 위한 체계 기술
» Intellectual Property Management and Protection
Components
 지적 재산권
» Rights Expression Language (REL)
 권리 및 승인 정보를 기술하기 위한 기계 처리 언어
» Rights Data Dictionary
 REL을 구성하기 위해 필요한 용어(term) 정의
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
MPEG-21
» Digital Item Adaptation
 멀티미디어 환경에서 다양한 데이터 포맷 및 코덱 사이의 호환
기술
» Reference Software
 MPEG-21의 내용을 실제 구현한 응용 소프트웨어들
» File Format
 각 디지털 아이템들이 코딩된 파일 포맷들에 대한 분류 및
처리 방법
» Event Reporting
 모든 이벤트 발생 처리에 대한 인터페이스와 표준 체계
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
요약

1980년대 후반부터 디지털 데이터의 코딩연구
진행
– MPEG 표준의 등장

MPEG-1
– CD-오디오의 데이터 전송률에 적합한 영상 및 오디오
압축 기술을 통해 CD-ROM에 동영상 저장을 목표

MPEG-2
– 5 ~ 10 Mbps 정도에서 TV 품질 실현을 목표
– HDTV 기술을 포함하면서 통신, 가전, 컴퓨터 및 방송에
이르는 광범위 분야에 적합한 표준으로 발전
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
요약

MPEG-4
– 개인용 휴대기기 등의 매우 낮은 데이터 전송률 환경
지원을 목표로 표준화 시작
– 객체 개념 도입을 통해 자연 영상 뿐만 아니라 인조 합성
영상과 오디오까지 다루는 인터넷 시대의 멀티미디어
코딩의 표준으로 발전

MPEG-7
– 멀티미디어의 검색 및 관리를 위한 내용 기술

MPEG-21
– 멀티미디어 데이터의 배포 및 사용에 관한 표준
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
요약

디지털 기술의 발전과 더불어 변화되는
사용자들의 요구에 발맞추어 MPEG 표준은
지속적으로 변화할 것이다.
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
참고 문헌

Poynton, C., Digital Video and HDTV, John Wiley & Sons, 2001

Mitchell, J., Pennebaker, W., Fogg, C., and LeGall, D., MPEG
Video Compression Standard, Chapman & Hall, 1997

Multifunctional Ad hoc Group, "Core experiments Description",
ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1266, March 1996

Symes, P., Video Compression Demystified, McGraw-Hill, 2001



후지와라 히로시, 정제창 역, 그림으로 보는 최신 MPEG, 교보문고,
1995
미키 스케이치, 고성제 역, MPEG-4의 세계, 영풍문고, 1999
Richardson, Iain E. G., “H.264 and MPEG-4”, John Wiley&Sons
Ltd., 2003
멀티미디어 시스템 개론
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5장 – MPEG
참고문헌

Manjunath, B. S., Salembier, P, and Sikora, T., Introduction to
MPEG-7: Multimedia Content Description Interface, John Wiley &
Sons, 2002

Koenen, R., “Overview of the MPEG-4 Standard”, ISO/IEC
JTC1/SC29/WG11 N1909, Oct 1997

Liu, P., “MPEG-7: The Generic Multimedia Content Description
Standard, part 1”, IEEE, 2002

Burnett, I., Walle, R., Hill, K., Bormans, J., and Pereira, F., “MPEG21: Goals and Achievements”, IEEE, 2003

Watkinson, John, “The MPEG Handbook”, Focal Press, 2004

“ISO MPEG standard”,
http://www.iso.ch/iso/en/prods-services/popstds/mpeg.html

“MPEG Pointers and Resources”,
http://www.mpeg.org/MPEG/index.html
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5장 – MPEG