<시리즈> MPEG와 정보혁명 (9)

H.261은 ISDN의 기본접속이나 1차 군접속에 연결되는 영상전화 및 회의용 터미널 전송속도는 p×64Kbps, p=1-30)에 내장되는 동영상 압축.신장에 관한 표준이다. H.261은 1984년 표준화 작업이 시작되어 "RM(Reference Model) 8"까지 방식이 개정된 끝에 1988년 기술적 내용이 완성되었고, 마침내 1990 년 ITU-T의 최종 승인을 얻어 권고로서 확정되었다.

H.261은 효과적인 동영상 압축을 위하여 여러가지 손실/무손실 압축 기법들 을 결합하고 있다.

우선 영상의 입출력 포맷에 대해 살펴보기로 하자. TV방식에 있어서 525/30 /2:1(화면구성은 480×720, 주로 NTSC)을 쓰는 북미, 일본, 한국등과 625/ 25/2:1(화면구성은 576×720, 주로 PAL과 SECAM)을 쓰는 유럽간에 차이가 있어, 카메라와 모니터의 수평및 수직 동기 주파수가 다르다.

영상전화의 카메라와 모니터도 경제성으로 인해 기존 TV와 호환성이 있는 것을 사용하므로서로 다른 나라간의 직접적인 영상통신이 불가능하다. 따라서H.261에서는 두 시스템간의 변환을 위해 CIF(Common Intermediate Format)라 는 공통 양식을 만들어 코덱의 영상 입출력 포맷으로 사용한다.

CIF 포맷은 방송용의 1/4크기를 취해 288×360의 화면구성에 초당 30장의 순행주사로 이루어진다(이는 휘도의 경우이고 두색 신호는 수평 수직 각각2 1로 추림을 하여 전체적으로 4:2:0 형식임). 또 이의 1/4 크기인 QCIF(Qu arter CIF)가 쓰이기도 한다.

카메라 출력은 전처리를 거쳐 CIF로 변환된 후 H.261 부호기에 인가되며, H.

261복호기에 의해 재생된 CIF화면은 후처리를 거쳐 정상적 TV신호로 바뀐후모니터에 표시된다.

화면내 압축을 위해서는 블록(8×8화소)단위의 DCT를 행하여 블록의 에너지 를 저주파 성분에 집중시킨 후 양자화된다. 양자화는 시스템을 간단하게 하기 위해 균일 양자화기를 사용한다. 이때 인간의 시각 특성이 고주파 성분의 양자화 잡음을 상대적으로 덜 느끼는 점을 이용하여, DCT 계수가 고주파일수 록 양자화 스텝을 크게 한다. 따라서 고주파 성분은 크기도 작은데 양자화 스텝도 커서 대부분이 0이 된다.

화면간 상관성을 이용하여 압축률을 높이기 위해서는 화면을 매크로블록(4개 의 휘도 블록과 두개의 색 블록)단휘로 나누어 각 매크로블록마다 이전 화면의 어느 위치에서 움직여 왔는지를 나타내는 움직임 벡터를 구한다. 움직임 추정방법으로는 이전화면의 각 화소 위치마다 현 매크로블록과의 에러를 구하여 이것이 최소가 되는 위치를 찾는 블록 정합 알고리듬이 널리 쓰인다.

H.261에서는 화소단위로 움직임 벡터를 찾는데 비해 보다 고화질이 요구되는 MPEG에서는 반화소 단위로 찾는다. 움직임 벡터는 화면 재구성을 위해 수신 측에 전송되어야 하는데, 비트를 절약하기 위해 벡터간에 DPCM을 행하고 그 결과를 허프만 부호화하고 있다.

양자화된 DCT계수는 0이 많은데 화면내 부호화의 경우에 비해 화면간 부호화 된 블록은 더욱 그러하다. 이를 효율적으로 압축하기 위해 런길이 부호화를쓰고 있다. 즉 DC로부터 출발하여 지그재그 주사를 하면서 0이 몇개 반복되고 0이 아닌 값이 나오는지를 (런, 레벨)의 형태로 나타낸다. 이렇게 하면 연속되는 많은 0들이 "런"에 한꺼번에 수용되어 데이터 압축이 이루어진다.

이 (런, 레벨)심벌들은 발생 빈도가 각각 다르므로 발생 빈도가 높은, 즉 런이나 레벨 값이 작은 심벌을 짧은 부호로 부호화하는 허프만 부호를 써서 더욱 압축하고 있다.

이런 과정을 거쳐 발생되는 데이터의 양은 시간에 따라 변하는데 복잡한 부분이나 화면내 부호화되는 부분에서 많다. 채널을 통한 데이터 전송 속도가 일정한 경우에는 발생되는 데이터를 써 넣었다가 일정 속도로 읽어내기 위한 버퍼가 필요하다. 수신측에는 일정 속도로 써 넣고 가변속도로 읽어 복호화 하기 위해 송신측과 같은 크기의 버퍼가 필요하다.

버퍼는 시간에 따라 충만도가 변하는 데 넘치거나 완전히 비면 비트열의 연속성이 끊겨 복호가 일시중단된다. 이를 피하기 위해서는 버퍼의 상태를 궤 환시켜 양자화 스텝을 조절함으로써 비트 발생량을 제어해야 한다.

H.261은 이렇게 당시까지의 많은 손실/무손실 데이터 압축 기법을 결합하여 높은 압축률을 얻음으로써 실시간 영상통신의 길을 열었고, 이는 후에 MPEG- 1과 2로 이어져 멀티미디어 혁명이 본격화되는 계기가 되었다.