<시리즈> MPEG와 정보혁명 (14);MPEG1 시스템

MPEG1은 CD롬 등의 디지털 축적 미디어(DSM:Digital Storage Med ia)에 1.5Mbps이내로 동영상과 음향을 압축하여 다중화하는 방법에 관한 국제표준이다. 이중 다중화와 관련된 규격이 MPEG1시스템이다. 시스템이라 는용어는 일반적으로 매우 광범위한 의미를 갖지만 MPEG규격에 있어서의시스템은 동영상과 음향을 압축한 결과로서 발생하는 비트열들과 기타 부가데이터들을 어떻게 동기를 맞추고 어떤 형태로(예를 들어 패킷 형태)다중화 할 것인가에 관한 기술 규격이다.

디지털 신호의 다중화는 각 채널신호가 시간적으로 분리되어 교대로 전송 되는 시분할다중화(TDM:Time Division Multiple.ing)를 이용한다. 가장간단한 경우는 처음부터 일정하게 시간을 나누어 각 채널이 고유의 시간 구역을 차지하도록 하는 것이다. 수신측에서도 각 채널의 시간 할당을 알고 있으므로 원하는 채널의 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어 전화국의 전자교환 기는 여러 가입자들로부터 오는 음성신호를 PCM디지털 데이터로 바꾼 후 이런 방법으로 다중화하고 있다.

위 방법은 채널 할당이 고정되어 있어 비교적 간단하다는 장점이 있지만그만큼 유연성이 떨어진다. 즉 채널에 따라 발생하는 데이터량이 매 순간 변하거나 채널을 새로 추가하거나 어떤 채널을 빼는 등의 변화를 수용할 수 없고 복잡한 디지털 통신망에 따른 다양한 형태의 처리 및 전송요구에도 부응할 수 없다.

이를 해결하기 위한 방법이 패킷에 의한 다중화이다. MPEG1 시스템에 서도 이 방법을 채택하고 있다. 패킷은 여러 비트를 묶은 하나의 다발이다.

MPEG1시스템 비트열을 구성하는 패킷들의 길이는 고정될 수도 있고 가변적일 수도 있다. 각 패킷의 앞머리에 위치하는 소위 헤더에는 그 패킷의 여러가지 속성들이 기록되어 있어 수신측에서 이에 따라 그 패킷을 적절히 처리하도록 하고 있다. 예를 들어 패킷이 시작됨을 알리는 동기 신호와 그 패킷이 비디오인지 오디오인지、 패킷의 길이는 얼마인지、 오류처리는 어떻게하는지 등의 정보가 실려있다.

헤더는 일종의 오버헤드가 되는 셈이지만 그만큼 처리에 유연성을 보장해 준다. 헤더의 길이는 일정하므로 패킷의 길이가 짧을수록 오버헤드의 비율이 상대적으로 커져 데이터 전송효율이 떨어지지만 처리를 위해 패킷을 임시 저장하는 버퍼의 크기를 줄일 수 있고 처리에 따른 지연도 작아진다.

비디오 오디오 그리고 부가 데이터의 비트열이 서로 독립적이고 아무 관련없으면 세 종류의 패킷들을 발생되는 대로 차례로 전송하기만 하면 된다. 그러나 MPEG1 시스템 비트열은 기본적으로 하나의 프로그램이므로 그 안의비디오-오디오-부가 데이터는 서로 밀접하게 연관되어 있다. 특히 화면과 소리가 서로 시간적으로 어긋나지 않는 소위 립 싱크가 이루어져야 한다.

개별적 비트열간 시간적 동기를 위해 MPEG1 시스템에서는 소위 타임스탬프를 이용한다. 이는 비디오 화면마다、 그리고 오디오 프레임마다 부호 화기에 들어갈 당시의 시간을 꼬리표로 기록하여 함께 전송함으로써 복호후에모니터나 스피커에 표시되어야 할 시간을 알려주는 역할을 한다. 타임 스탬프에는 두 종류가 있는데 복호를 위한 시간을 알려주는 DTS(Decoding Time Stamp)와 표시를 위한 시간을 알려주는 PTS(Presentation Time Stam p)가 그것이다.

수신측에서 타임 스탬프를 이용、 비디오와 오디오를 동기시키기 위해서는수신기에 일종의 시계가 있어 타임 스탬프를 이 시계의 시각과 대조하면서 비트열을 처리하여야 한다. 마치 두 사람이 몇시에 만나기로 약속할 때 두 사람의 시계를 미리 서로 일치시켜야 하는 것과 같은 원리이다. MPEG1 시스템에서는 이 기준 시각을 SCR(System Clock Reference)라고 하는데부호기에서 이 시각을 수시로 복호기에 보내 복호기의 시계를 부호기에 맞추도록 하고 있다. 이를위해 여러개의 패킷을 묶어 팩이라는 단위로 만들어 전송하고 팩의 헤더에 필요때마다 이 SCR를 보낸다. 팩 헤더에는 이밖에도수신기가 MPEG1 시스템 비트열의 처음이 아닌 도중에서부터도 복호화할수 있도록 필요한 정보들을 실어 보낸다.

MPEG1은 처음부터 CD롬에의 응용을 염두에 두었기 때문에 MPEG1 시스템은 오류에 대한 고려를 많이 하지 않고 응용분야가 가지고 있는 고유의 오류 정정방식에 의존하고 있다. MPEG1 시스템은 후에 MPEG2 시스템 중 프로그램 스트림으로 개량되는데 MPEG2 시스템에는 이외에도 오류가 있는 환경에서 하나가 아닌 여러 프로그램을 다중화하는 데 사용되는트랜스포트 스트림도 있다. 정 제 창 <한양대 교수>