<시리즈> MPEG와 정보혁명 (18);MPEG2 비디오 (하)

MPEG2 비디오는 높은 압축률을 얻기 위해 MPEG1 비디오의 여러 요소들을 조금씩 개선하고 있다. 지난호에서 언급한 바와 같이 비월 주사인 TV영상신 호의 효율적 압축을 위하여 프레임구조와 필드구조를 모두 수용하였다. 프레임구조의 경우에도 움직임 보상 예측은 각 매크로블록(16×16)마다 프레임 단위 혹은 필드단위로 선택적으로 수행할 수 있다.

MPEG2에 새로이 채택된 움직임 추정.보상방법으로서 듀얼프라임(Dual Prim e)이 있다. 이것은 필드단위의 움직임 보상을 하되 이에 따라 많아지는 움직임 벡터의 양을 효과적으로 줄이는 방식이다. 이 방식은 B프레임을 생략하여 부호화에 따른 지연시간과 복잡도를 줄이고자 할 때의 보완수단으로서 여전 히 좋은 화질을 유지하는데 기여한다.

DCT에 있어서는 프레임구조에서도 매크로블록단위로 프레임 모드와 필드 모드중 데이터발생량이 적은 것을 선택할 수 있다. 따라서 움직임이 많은 경우와 적은 경우 모두 효과적으로 처리할 수 있다. 단 필드구조에서는 필드 DCT 하나만이 쓰인다.

DCT계수의 양자화에 있어서 MPEG1에서는 계수의 크기에 관계없이 양자화 스텝이 일정한 선형 양자화가 사용되고 있다. 반면 MPEG2에서는 계수값이 적을수록 양자화 스텝이 작아 세밀하게 양자화하는 비선형 양자화가 함께 사용된다. 비선형방식은 복잡도는 증가하지만 평균 양자화잡음을 줄여 양자화기 의성능향상을 가져온다.

양자화된 DCT계수의 가변장 부호화를 위한 주사에 있어서 MPEG1에서는 지 그재그주사만을 사용하였다. 그러나 MPEG2에서는 대체주사(Alternate Scan) 방법이 추가로 사용되는데 이 두가지중 하나를 화면단위로 선택하여 사용한다. 대체주사는 DCT의 수직방향 고주파성분을 상대적으로 일찍 주사하여 특 히움직임이 큰 비월주사 화상에 뛰어난 효과를 보인다.

주사된 DCT계수의 가변장 부호화(VLC:Variable Length Coding)를 위해 MPE G1에서는 하나의 2차원 VLC테이블만이 사용되었다. 이에 비해 MPEG2에서는 화면내 부호화를 위한 테이블을 추가로 사용할 수 있도록 하였다. 화면내 부 호화는 화면간 부호화에 비해 DCT계수값들이 훨씬 커 통계적 특성이 다르므 로이를 반영한 별도의 테이블이 필요했던 것이다. 이 VLC를 사용함으로써 화면내 부호화시의 데이터 발생량을 크게 줄일 수 있다.

스케일러빌리티기능은 MPEG2에 새로이 도입된 개념으로서 공간스케일러빌리티 Spatial Scalability), 시간 스케일러빌리티(Temporal Scalability), SNR스케일러빌리티 Scalability)등이 있다.

공간 스케일러빌리티는 우선 화면을 공간해상도가 낮은 기본계층(예:현행 TV)과 높은 고위계층(예:고선명TV)로 나눈다. 기본계층을 먼저 부호화하고이어서 기본계층의 보간성분과 고위계층의 차이성분을 부호화하여 두 부호 화비트열을 함께 보낸다. 이렇게 하면 현행 TV수신기로도 기본계층 비트열 을복호하여 고선명TV를 현행 TV화질로 볼 수 있고 고선명TV수신기는 두비트열을 모두 복호하여 고선명 화면을 재생한다. 즉 마치 흑백TV와 컬러 의 경우처럼 디지털TV수상기나 고선명 TV수상기가 디지털TV 방송과 고선명TV방송을 모두 수신할 수 있어 완전한 호환성이 유지된다. 유럽의 디지털TV와 고선명 TV는 이런 틀을 바탕으로 하고 있다. 한편 우리나라의 고선명TV는 동일프로그램을 디지털TV방송으로 함께 내보내는 동시방송 Simulcast 형식을 취하고 있다.

시간스케일러빌리티와 SNR스케일러빌리티도 공간 스케일러빌리티와 마찬가지로 기본계층과 고위계층으로 나누어 기본 계층의 부호화 비트열과 기본계층의 확장성분과 고위계층간의 차이성분의 부호화 비트열을 보낸다. 다 만기본계층과 고위계층의 분류에 있어서 시간 스케일러빌리티는 시간축(화면 의진행방향)으로, SNR 스케일러빌리티는 화소마다의 비트 표현상의 해상 도에 따라 나누는 점이 다르다.

이처럼 MPEG2 비디오는 MPEG1 비디오보다도 다양한 기능과 월등한 동화압축능력을 가져 고선명TV를 포함한 방송미디어.주문형비디오등의 통신미디어 DVD로 대표되는 축적미디어등에 모두 사용되면서 멀티미디어시 대를 선도하는 핵심기술로 자리잡고 있다. 정제창 <한양대 교수>