• Kumnong Engineering Hadaewondong. 영업 1팀 김 기 영


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    • Abstract: Kumnong Engineering Hadaewondong. 영업 1팀 김 기 영139-3 2F Jungwonku. Tel #82-31-756-7320Electronical measuring instrumentsSeongnamCity. Fax #82-31-758-4998

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Kumnong Engineering Hadaewondong. 영업 1팀 김 기 영
139-3 2F Jungwonku. Tel #82-31-756-7320
Electronical measuring instruments
SeongnamCity. Fax #82-31-758-4998
KyungkiDo. [email protected]
Mechanical measuring instruments
462-839. Korea. www.kumnong.co.kr
H.264
1. 개요
디지털 신호처리·저장매체·전송방식의 발전은 음성 정보에 국한된 서비스를 멀티
미디어 서비스로 진화시켰다. 그동안 방대한 데이터를 저장·전송하기 위한 여러 가
지 압축 기술이 연구돼 왔으며, 특히 1980 년대 후반 디지털 동영상 정보의 부호화
및 저장기술 표준규격을 제정해야 한다는 요구가 제기되면서 기술발전이 가속화하
기 시작했다.
이에 따라 국제전기통신연합(ITU)은 유무선 통신망 환경에서 동영상 서비스를 위
한 표준 규격인 H.261 과 H.263 을 제정했고, 세계표준화기구(ISO)도 동영상 표준
규격인 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 를 마련하는 등 세계적인 표준화 논의가 활발했
다. H.263+와 MPEG-4 표준이 개발된 뒤 무선통신이 급격히 확산되면서 종전 압축
방법에 비해 더욱 향상된 압축효율을 제공하고, 다양한 통신환경을 수용할 수 있는
동영상 압축 기술 규격의 필요성이 대두됐다. 이에 ITU 는 H.26L 로 명명한 차세대
부호화 방식의 ‘기술제안요청서’를 발표했으며, 각급 기업체·연구소·학계의 활발한
연구가 진행됐다. 이후 2001 년 ISO/IEC 의 MPEG 그룹이 H.26L 프로젝트에 참가
함으로써, 지난해 5 월 마침내 ITU-T 는 H.264 라는 표준을 승인했고 이어 8 월
ISO/IEC 에서 MPEG-4 Part 10 으로 최종 승인했다.
2. 특징
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ITU-T 와 ISO 가 공동 제정한 차세대 동영상 압축 표준 H.264 는 다양한 네트워
크 환경에 쉽게 부응할 수 있는 유연성과 동영상의 부호화 효율성 측면에서
MPEG-2, MPEG-4(Part 2) 등 기존 기술표준들에 비해 많은 진보가 있었다. 비록
H.264 가 기존의 표준들과 하이브리드 비디오 부호화라는 유사한 방식을 이용하고
있으나 다음과 같은 기술적 우위를 지니고 있다.
·향상된 움직임 예측 및 보상
·부정합(Mismatch)이 없는 작은 블록크기의 블록 변환
·인-루프 디블로킹 필터(In-Loop Deblocking Filter)
·향상된 엔트로피 부호화
·다양한 네트워크에 적응하기 위한 NAL
FEATURES H.264
MB Structure 16X16 MB / 4X4 Block
Transform Integer Transform
Motion Compensation Variable Block Size supported
1/4 Pel Resolution ME
Multiple Reference Supported
VLC Structure Exp-Golomb Code
Coefficient Coding 1-D Level / Position Encoding
Trailing Coefficient Coding
Intra Prediction Spatial Prediction on Pixel
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2.1 장점
H.264 가 MPEG-2, MPEG-4(Part 2) 등 기존 동영상 압축 표준에 비해 높은 압축
성능을 갖는다. 표준화 및 구현과정에 참여한 엔지니어들의 평가에 의하면 H.264
의 데이터 압축률은 현재 DVD 시스템에 사용된 MPEG-2 의 2, 3 배이고 MPEG-4
보다는 1.5~2 배 이상 높다고 한다. 새로운 기술을 이용하면 DVD 와 동일한 화질을
약 2Mbps 의 코딩률에서 얻을 수 있으며, 1Mbps 에서는 가정용 VCR 과 같은 화질
을 얻을 수 있다.
실제 제품과 서비스에 이 기술을 적용하면 영상 데이터 용량을 대폭 줄이면서 데
이터 전송율을 낮출 수 있다. MPEG-2 는 디지털 방송에 많이 사용되고 MPEG-4 는
휴대폰용 영상 전송에 사용되지만 H.264 는 더 높은 압축률을 필요로 하는 애플리
케이션에 먼저 사용될 것으로 보인다.
2.2 단점
H.264 의 경우 SP(Simple Profile)와 ASP(Advanced Simple Profile)로 구현되는
MPEG-4 보다 부호기 및 복호기의 복잡도가 크게 증가한다. 부호기 측면에서는 기
존 표준보다 더욱 많아진 파라미터 및 부호화 모드를 결정해야 하며, 복호기도 디
블로킹 필터나 1/4 화소 단위의 움직임 보상 등으로 인해 계산 량이 매우 증가했다.
따라서 H.264 가 상용화하기 위해서는 기술 원리를 정확히 이해하고, 효율적으로
부호기·복호기를 구현하는 적용기술이 매우 중요하다.
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또한 H.264 가 널리 보급되기 위해서는 국제적인 표준화 작업과 호환성 문제가
해결되어야 한다. 이러한 문제 중 일부는 이미 해결책을 찾았다.
표준화 작업은 DVD 포럼 내의 HD DVD 및 HD DVD9 와 휴대기기용 지상파 디지
털 방송의 두 진영에서 이루어지고 있다. 진행 상태는 라이센스 조건에 따라 달라
진다.
마이크로소프트의 WMV(Windows Media Video), MPEG-2 및 H.264 혼합형 그리고
MPEG-2 와 함께 H.264 는 HD DVD 및 HD DVD9 에 사용될 수 있는 가장 유력한
후보이다. 미국 MPEG LA 는 지난해 11 월 17 일, H.264 의 라이센스 조건을 발표했
다. 이 발표는 표준 선택에서의 정체된 상황을 타개하기 위한 것으로 보인다. 영상
검증은 완료되었고 현재 조정위원회는 DVD 포럼이 무엇을 사용할 것인지에 대한
최종 결정을 준비하고 있다. 예전에는 H.264 에 대한 라이센스 조건이 결정되지 않
아 연기된 바 있다.
DVD 포럼이 H.264 를 선택하고 DVD 플레이어에 디코딩 칩이 등장하기 시작하면
H.264 는 급속히 확산될 것으로 예상된다. 내부 HDD 를 이용하는 DVD 레코더는
틀림없이 H.264 비디오 인코딩으로 바뀌기 시작해 H.264 와 MPEG-2 같은 다른 형
식을 변환할 수 있는 다양한 코딩 변환 IC 를 필요로 하게 될 것이다.
AV 장비 제조업체에 코딩과 디코딩에 대해 지불하는 라이센스 비용이 인상되더
라도 그 가격은 MPEG-2 라이센스의 10 분의 1 수준에 불과하다. DVD 레코더와 다
른 비디오 레코딩 시스템은 근시일 내에 네크워크 기능을 포함시키게 될 것이며,
H.264 의 상대적인 라이센스 비용을 낮추기 위해 여러 가지 인코딩 기술을 처리할
수 있는 디코더 및 코덱을 제공할 것이다.
H.264 가 널리 사용되기 위해 해결되어야 할 또 다른 문제는 호환성이다. 국제
표준에서는 공식 사양이 다른 조직에서 서로 다르게 해석되어 상호 호환되지 않는
인코더와 디코더를 만들게 되는 일은 매우 일반적이다. H.264 는 매우 많은 코딩 툴
과 모드를 사용하기 때문에 특히 호환성 문제를 확보하기가 매우 어렵다.
현재 상용화를 위해 (1) 스트림 수준 호환성 확인, (2)스트림 구조 정의, (3) 파일
구조 정의의 절대적인 최소 테스트만 완료된 상태이다.
스트림 수준 호환성(1)과 관련하여 일본 소니, IMNC, 영상기술센터의 테루히코 수
주키(Teruhiko Suzuki) 신호처리 책임 연구원은 “우리는 스트림 변환 과정을 통해
한 번에 하나씩 H.264 기능을 검증해 왔고 거의 다 수행하였다.”고 밝혔다. 표준안
의 버전 1 검증이 수행되고 있으며, 기본적으로 엔지니어들이 버그를 수정하는 방
식으로 모호한 부분은 다시 작성하고 새로운 세부사항을 추가하고 있다. 버그가 없
는 새로운 버전은 2004 년 상반기에 완성될 것으로 예상된다.
스트림 구조 정의(2)는 디지털 방송과 광디스크의 사용에 필수적이다. 디지털 방
송에서 H.264 는 저장을 위해 MPEG-2 전송 스트림으로 나뉘거나 광디스크 및 이
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와 비슷한 장비를 위해 MPEG-2 프로그램 스트림으로 바뀐다. 이 구조는 2003 년
10 월에 최종적으로 확정되었다.
PC 및 같은 시스템에 사용하기 위해 필요한 파일 형식(3)은 MPEG-4 에 사용된
MP4 의 확장 버전과 동시에 확정되었다. 인터넷을 통한 H.264 스트림 전송에 필요
한 실시간 전송 프로토콜(RTP)에 요구되는 제안서도 제출되었으며, 현재 승인을 기
다리고 있다.
3. 어플리케이션
휴대폰 비디오를 포함해 점점 더 많은 애플리케이션 분야에서 H.264 를 필요로
하고 있다. 휴대폰과 디지털 카메라, 개인용 서버 등 휴대용 영상을 제공하는 다양
한 새로운 제품이 등장하고 있고 이미징 디바이스의 픽셀 수가 폭발적으로 증가하
고 있기 때문이다.
비디오의 화질은 캠코더 수준으로 빠르게 근접하고 있고 디스플레이 해상도도 이
에 맞춰 증가하고 있다. 사용자들이 손쉽게 비디오를 접하면 접할수록 비디오 콘텐
츠는 더욱 활성화될 것이다. 하지만 반도체 메모리 용량이 비디오의 발전 속도를
따라가지 못하면서 높은 비용에도 불구하고 내부에 HDD 를 장착한 휴대용 제품들
이 등장하고 있는 상황이다.
또 다른 주요 애플리케이션 분야는 네트워크이다. 유/무선 네트워크 모두 속도를
안정적으로 보장할 수 없기 때문에 전송률을 가장 효율적으로 낮출 수 있는 방법을
찾고 있다.
예를 들어 ADSL 의 경우, 단거리 링크와 장거리 링크 사이의 최고 데이터 전송률
편차가 더욱 심해지고 있다. 즉, 비디오 서비스에 같은 돈을 내더라도 거리에 따라
화질이 떨어질 수 있다는 것이다. 모든 네트워크가 장거리 사용자에게 맞춰지면 단
거리 사용자는 고속 데이터 전송률을 전혀 이용할 수 없을 것이다. H.264 는 이러한
문제를 간단하게 해결할 수 있다.
H.264 의 높은 데이터 코딩 효율은 곧바로 제품에 적용할 수 있으며, 이미 광디
스크 분야에 이용되고 있다. 일본의 SCE (Sony Computer Entertainment)는 현재 개
발 중인 휴대용 게임 시스템인 PSP 에 H.264 비디오 인코딩을 사용할 예정이며,
청보라 레이저 광원을 사용하는 HD DVD 차세대 광디스크 표준과 기존의 단면 2 계
층 DVD 미디어에 두 시간 분량의 HDTV 비디오를 저장할 수 있는 HD DVD9 표준
에서도 사용을 고려 중이다.
SCE 는 H.264 를 이용하면 2 시간 분량의 DVD 급 영화를 1.8Gbyte 용량의 지름
6cm 광 디스크에 저장할 수 있기 때문에 PSP 게임 플랫폼에 H.264 를 채택했다고
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밝혔다. MPEG-4 비주얼을 사용하면 같은 데이터를 저장하는 데 약 3.6Gbyte 용량
이 필요하다.
HD DVD 와 HD DVD9 재생 전용 미디어 개발자들은 상용화 및 시장 보급시기를
보다 앞당기기 위해 H.264 의 높은 코딩 효율에 주목하고 있다. 기존의 DVD 제조
기술을 쉽게 활용할 수 있다는 점도 매력적이다.
기존의 MPEG-2 기술에서 2 시간 분량의 HDTV 영화를 저장하려면 약 20Gbyte
가 필요하다. HD DVD 표준에서 재생 전용 디스크 단면 용량은, 특히 현재 DVD 미
디어를 제조하는데 사용되는 포토리소그래피 시스템의 용량에 맞도록 15Gbyte 로
되어 있다. HD DVD9 은 단면 2 계층 8.5Gbyte DVD 미디어를 사용하며, 제조 기술
은 이미 안정된 상태이다.
고효율 코딩을 통해 출시 일정을 가속화할 수 있는 또 다른 애플리케이션은 디지
털 카메라이다. 일본 산요전기(Sanyo Electric) 소비자 그룹에서 기술 엔지니어링
BUDI 솔루션을 맡고 있는 엔지니어링 파트 2 의 노부히데 도츠보(Nobuhide
Dotsubo) 부장은 “데이터 압축률이 우수한 인코딩 기술을 이용하면 한정된 저장 용
량으로 보다 긴 저장시간을 얻을 수 있다. 현재는 MPEG-4 를 사용하고 있지만 이
기술만을 고집하지는 않을 것”이라고 말했다. 현재 비디오 크기는 캠코더와 같이
VGA 해상도인 640 x 480 픽셀, 30 프레임/초이다. 하지만 저장시간 면에서는 여전히
캠코더가 앞서 있다.
산요는 디지털 카메라와 비디오 카메라 혼합형 시장을 주도하고 있으며, 지난해
11 월에는 초당 30 프레임의 속도를 구현하기 위해 기존 모션 JPEG 이 아닌
MPEG-4 인코딩 기술을 채택한 DMX-C1 을 출시했다. 하지만 30 분 정도의 비디오
를 저장하려면 2 만 5 천엔에서 3 만엔 정도의 512Mbyte SD 메모리 카드가 필요하
다.
DV 테이프와 같은 수준인 60 분 정도의 데이터를 기록하기 위해서는 곧 출시될
1Gbyte 카드를 이용하거나 화질을 떨어뜨려야 한다. 컴팩트 메모리 카드의 가격이
떨어지고 있긴 하지만 H.264 같은 고효율 코딩 기술을 이용하면 보다 적은 용량으
로 60 분짜리 비디오를 저장할 수 있다.
비디오 사진 기능이 급속히 표준화되어 가고 있는 휴대폰도 결국 같은 문제에 직
면하게 될 것이다. 현재 320 x 240 픽셀, 15 프레임/초의 QVGA(Quarter VGA)를 처리
하는 휴대폰은 해상도와 프레임 속도 및 여러 기능면에서 디지털 카메라의 뒤를 바
짝 뒤쫓고 있다.
성능도 급속히 발전하고 있다. 예를 들어 일본의 NTT 도코모가 지난해 12 월 18
일에 발표한 FOMA(Freedom Of Multimedia Access) 3G 핸드셋과 미쯔비시 전기
(Mitsubishi Electric)의 D900i 는 초당 24 프레임의 속도로 QVGA 영상을 처리할 수
있다. 향후에는 보다 많은 핸드셋들이 동영상을 볼 수 있도록 TV 와 연계될 것이며,
그에 따라 고해상도 영상에 대한 수요가 더욱 증가할 것으로 보인다.
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또한 H.264 를 이용하면 거에 따라 달라지는 네트워크 성능 차이를 효과적으로
제거할 수 있다. 일본에서 광대역 네트워크의 75%는 ADSL 로 처리되며, 가입자는
1 천만명이 넘는다. 최대 데이터 전송률은 계속 높아지고 있으며, 이미 40Mbps 에
육박하고 있다.
ADSL 은 훌륭한 서비스지만 데이터 전송률을 보장하지 못하기 때문에 운좋은 소
수만이 실제로 40Mbps 의 성능을 이용하게 된다. 하지만 H.264 를 이용하면 똑같이
2Mbps 로 DVD 급 영상을 전송할 수 있다. 이 기술은 센터에서 4, 5km 거리까지
DVD 급 영상을 보낼 수 있어 일본 전체 가정의 95%가 혜택을 누리게 된다.
무선에서도 성능은 기지국과의 거리에 따라 달라지며, 통신 속도는 환경 조건에
따라 다르기 때문에 기존의 PHS 나 NTT 도코모의 FOMA, 일본 KDDI 의
CDMA2000 1x EV-DO, 일본 보다폰의 VGS 서비스 모두 차별화 전략의 일환으로
통신 서비스에 최선의 노력을 기울이고 있다. H.264 는 보다 높은 화질과 보다 높은
해상도에서 높은 프레임 속도를 제공할 수 있도록 해준다.
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