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가변 비트레이트

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목차

1. 개요

가변 비트레이트(VBR)는 오디오 또는 비디오 데이터를 인코딩할 때 사용되는 방식으로, 고정 비트레이트(CBR)에 비해 더 나은 품질 대비 공간 효율을 제공한다. VBR은 복잡한 부분에 더 많은 비트를 할당하여 품질을 유지하고, 덜 복잡한 부분에는 적은 비트를 사용하여 파일 크기를 최적화한다. VBR 인코딩 방식에는 단일 패스, 멀티 패스, 평균 비트 전송률(ABR) 등이 있으며, Vorbis, AAC, MPEG-2, MPEG-4, HEVC 등의 코덱에서 지원된다.

2. 가변 비트 전송률 (VBR)의 장단점

가변 비트 전송률(VBR)은 고정 비트 전송률(CBR)에 비해 품질 대비 공간 효율성이 우수하다. 즉, 동일한 데이터의 CBR 파일보다 더 나은 품질을 유지하면서도 파일 크기를 줄일 수 있다.[2][4] 이는 가변 비트 전송률(VBR)이 사용 가능한 비트를 유연하게 사용하여 사운드 또는 비디오 데이터를 더 정확하게 인코딩하기 때문이다. 덜 복잡한 부분에는 더 적은 비트를, 인코딩하기 어려운 부분에는 더 많은 비트를 할당한다.

하지만 VBR은 인코딩 과정이 복잡하여 시간이 오래 걸릴 수 있고, 일부 하드웨어와 호환되지 않을 수 있다는 단점이 있다.[2]

2. 1. 장점


  • 고정 비트레이트(CBR)에 비해 파일 크기가 동일할 때 더 높은 품질을 얻을 수 있다.[2][4]
  • 데이터 복잡성에 따라 비트 전송률을 조절하여 효율적인 압축이 가능하다. 즉, 덜 복잡한 부분에는 더 적은 비트를 사용하고, 인코딩하기 어려운 부분에는 더 많은 비트를 사용하여 사운드 또는 비디오 데이터를 더 정확하게 인코딩한다.[2][4]
  • 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
  • 부호화 시 처리가 빠르다.

2. 2. 단점

가변 비트 전송률(VBR)은 인코딩 과정이 복잡하여 처리 시간이 길어질 수 있으며, 일부 하드웨어에서는 VBR 파일이 호환되지 않을 수 있다.[2] 또한, 압축 후 파일 크기를 예측하기 어렵고 복호화 시 처리가 복잡하다는 단점이 있다.

3. VBR 인코딩 방식

VBR 인코딩 방식은 크게 단일 패스 방식과 멀티 패스 방식으로 나눌 수 있다.

단일 패스 인코딩은 데이터를 실시간으로 분석하고 인코딩하며, (CBR) 인코딩에도 사용된다.[1] 주로 실시간 인코딩과 같이 인코딩 속도가 중요할 때 사용된다. "고정 품질", "비트 전송률 범위"(최소 및 최대 허용 비트 전송률), "평균 비트 전송률" 설정 등으로 제어된다.[1] 이 방식은 아직 처리하지 않은 데이터의 복잡성을 예측하며 비트레이트를 조정하는데,[2] 예측이 틀리면 품질이 떨어지거나 목표 비트레이트에서 크게 벗어날 수 있다.[3] DVD 레코더나 BD 레코더에서 이 방식을 채택하는 경우가 많다.[4]

멀티 패스 인코딩은 인코딩 품질이 가장 중요할 때 사용된다. 실시간 인코딩에는 사용할 수 없지만, 여러 번 데이터를 분석하여 최적의 비트 전송률을 할당하므로 높은 품질을 얻을 수 있다. 일반적으로 2패스 인코딩이 사용되는데, 첫 번째 패스에서는 입력 데이터를 분석하고 결과를 로그 파일에 저장하며, 두 번째 패스에서는 이 데이터를 사용하여 최상의 인코딩 품질을 달성한다. 평균 비트 전송률, 비트 전송률 범위, 또는 목표 비디오 파일 크기 설정을 통해 제어된다.

파일 크기 설정을 사용한 VBR 인코딩은 보통 멀티 패스 인코딩이다. 사용자는 특정 목표 파일 크기를 지정할 수 있으며, 인코더는 첫 번째 패스에서 입력 파일을 분석하여 가능한 비트 전송률 범위나 평균 비트 전송률을 계산하고, 마지막 패스에서 전체 비디오에 사용 가능한 비트를 분배하여 균일한 품질을 얻는다.[1]

평균 비트 전송률(ABR, Average Bitrate)은 VBR의 일종으로, 비트 전송률 예측의 어려움을 보완하여 품질을 제어하고 목표 비트 전송률에 가깝게 만든다. VBR의 장점을 유지하면서 CBR처럼 압축 후 파일 크기를 어느 정도 예측할 수 있다. 최대 및 최소 비트 전송률을 지정하여 품질 변동 폭을 제어하지만, 코덱에 따라 파일 크기 오차가 발생할 수 있고 처리 시간이 길다는 단점이 있다.

VBR 인코딩은 사용자가 허용되는 비트 전송률 범위를 지정할 수 있게 한다.[7] 일부 인코더는 평균 비트 전송률(ABR)에도 이 방식을 적용한다. 최소 및 최대 비트 전송률은 변동 범위를 설정하지만, 평균 비트 전송률(및 파일 크기)을 미리 알 수 없다는 단점이 있다.[8]

3. 1. 단일 패스 인코딩 (Single-pass encoding)

단일 패스 인코딩은 데이터를 실시간으로 분석하고 인코딩하며, (CBR) 인코딩에도 사용된다. 인코딩 속도가 가장 중요할 때, 예를 들어 실시간 인코딩에 사용된다. 단일 패스 VBR 인코딩은 일반적으로 "고정 품질" 설정, "비트 전송률 범위"(최소 및 최대 허용 비트 전송률), "평균 비트 전송률" 설정으로 제어된다.[1]

이 방식은 아직 처리하지 않은 부분의 데이터 복잡성을 예측하면서 비트레이트를 조정한다.[2] 빠르게 처리할 수 있지만, 예측이 빗나가면 품질이 대폭 떨어지거나, 목표 비트레이트에서 크게 벗어나는 경우가 있다.[3]

DVD 레코더·BD 레코더의 (재)인코딩은 이 형식을 채택한 경우가 많다 (단순히 VBR로 표기하거나, VBR, ABR임을 명시하지 않는 경우도 많다).[4]

3. 2. 멀티 패스 인코딩 (Multi-pass encoding)

멀티 패스 인코딩은 인코딩 품질이 가장 중요할 때 사용되는 방식이다. 실시간 인코딩에는 사용할 수 없지만, 여러 번 데이터를 분석하여 최적의 비트 전송률을 할당하므로 높은 품질을 얻을 수 있다.

일반적으로 2패스 인코딩이 사용된다. 2패스 인코딩의 첫 번째 패스에서는 입력 데이터를 분석하고 그 결과를 로그 파일에 저장한다. 두 번째 패스에서는 첫 번째 패스에서 수집된 데이터를 사용하여 최상의 인코딩 품질을 달성한다. 비디오 인코딩에서 2패스 인코딩은 일반적으로 평균 비트 전송률 설정, 비트 전송률 범위 설정(최소 및 최대 허용 비트 전송률), 또는 목표 비디오 파일 크기 설정을 통해 제어된다.

파일 크기 설정을 사용한 가변 비트 전송률(VBR) 인코딩은 일반적으로 멀티 패스 인코딩이다. 이를 통해 사용자는 특정 목표 파일 크기를 지정할 수 있다. 첫 번째 패스에서 인코더는 입력 파일을 분석하고 가능한 비트 전송률 범위 및/또는 평균 비트 전송률을 자동으로 계산한다. 마지막 패스에서 인코더는 균일한 품질을 얻기 위해 전체 비디오에 사용 가능한 비트를 분배한다.[1]

2패스 이상의 방식을 사용하는 경우, 여러 번의 처리를 통해 데이터의 복잡성을 분석하여 효율적인 비트레이트 할당이 가능하다.[2] 더 높은 압축률로 고화질의 동영상을 인코딩할 때 사용된다.[3]

3. 3. 평균 비트 전송률 (Average Bitrate, ABR)

평균 비트 전송률(ABR, Average Bitrate)은 순수 가변 비트레이트(VBR)의 단점인 비트 전송률 예측의 어려움을 보완하기 위해 품질을 제어하고 목표 비트 전송률에 가깝게 만드는 방식이다. VBR의 일종으로 볼 수 있다.

VBR의 장점을 유지하면서 고정 비트레이트(CBR)처럼 압축 후 파일 크기를 어느 정도 예측할 수 있다는 특징이 있다. 일반적으로 최대 및 최소 비트 전송률을 함께 지정하여 품질 변동 폭을 제어한다. 그러나 코덱에 따라 파일 크기 오차가 발생할 수 있으며, 다른 방식보다 처리 시간이 길다는 단점이 있다.

3. 3. 1. 단일 패스 ABR

단일 패스 ABR 인코딩(제한 가변 비트 전송률 유무에 관계없이)은 출력 파일 크기는 예측 가능하지만, 결과 품질은 예측하기 어렵다는 단점이 있다. 이는 고정된 양자화기 VBR과 반대되는 특징이지만, CBR보다는 여전히 낫다.[9] 빠르게 처리할 수 있다는 장점이 있지만, 예측이 빗나가면 품질이 크게 떨어지거나 목표 비트레이트에서 벗어나는 경우가 생길 수 있다.

DVD 레코더나 BD 레코더의 (재)인코딩은 이러한 형식을 채택하는 경우가 많은데, 단순히 VBR로 표기하거나 VBR, ABR임을 명시하지 않는 경우도 있다.

3. 3. 2. 멀티 패스 ABR

멀티 패스 ABR 인코딩은 평균 비트 전송률(ABR)이 높을수록 실제로 품질이 향상되기 때문에 고정된 양자화기 VBR과 더 유사하다.[10]

3. 4. 비트 전송률 범위 (Bitrate range)

가변 비트레이트(VBR) 인코딩 방식은 사용자가 허용되는 최소 및 최대 비트 전송률을 지정할 수 있도록 한다.[7] 일부 인코더는 이 방식을 평균 비트 전송률(ABR)로 확장한다. 허용되는 최소 및 최대 비트 전송률은 비트 전송률이 변동할 수 있는 범위를 설정한다. 이 방식의 단점은 평균 비트 전송률(따라서 파일 크기)을 사전에 알 수 없다는 것이다. 비트 전송률 범위는 일부 고정 품질 인코딩 방식에서도 사용되지만, 일반적으로 특정 비트 전송률을 변경할 수 있는 권한 없이 사용된다.[8]

3. 5. 파일 크기 (File size)

파일 크기 설정을 사용한 가변 비트 전송률(VBR) 인코딩은 일반적으로 멀티 패스 인코딩이다. 이를 통해 사용자는 특정 목표 파일 크기를 지정할 수 있다. 첫 번째 패스에서 인코더는 입력 파일을 분석하고 가능한 비트 전송률 범위 및/또는 평균 비트 전송률을 자동으로 계산한다. 마지막 패스에서 인코더는 균일한 품질을 얻기 위해 전체 비디오에 사용 가능한 비트를 분배한다.[1]

이 방식은 한 번의 처리를 통해 전체 데이터의 복잡성을 분석하고, 이에 맞춰 비트레이트를 조정한다.[2] 실질적으로 최소 2번의 처리를 수행해야 하므로 소요 시간은 1패스 방식보다 길지만, 비교적 효율적인 비트레이트 할당이 가능하다. 더 높은 압축률로 고화질의 동영상을 인코딩할 때 사용된다.[2]

4. VBR 지원 코덱 및 포맷

Ogg Vorbis, AAC, MP3 등 오디오 코덱과 MPEG-2, MPEG-4 (MPEG-4 SP/ASP/AVC), H.265/HEVC, Windows Media Video, TrueMotion VP6 등 비디오 코덱에서 VBR을 지원한다.[1]

4. 1. 오디오


  • Ogg Vorbis
  • AAC
  • MP3 - 일부 하드웨어 및 소프트웨어에서 공식적으로 지원되지 않아 재생 시간을 제대로 얻을 수 없는 등의 문제가 발생할 수 있다.[1]

4. 2. 비디오

MPEG-2[1], MPEG-4 (MPEG-4 SP/ASP/AVC)[2], H.265/HEVC[3], Windows Media Video[4], TrueMotion VP6[5] 등의 코덱에서 사용된다.

참조

[1] 간행물 Variable Bitrate http://wiki.hydrogen[...] Hydrogenaudio 2009-09-30
[2] 간행물 Glossary http://www.afterdawn[...] AfterDawn 2009-09-30
[3] 간행물 Variable bit rate http://wiki.audacity[...] Audacity 2009-09-30
[4] 간행물 LAME – VBR (variable bitrate) settings http://wiki.hydrogen[...] Hydrogenaudio 2009-09-30
[5] 간행물 Glossary http://www.afterdawn[...] AfterDawn 2009-09-30
[6] 간행물 Encoding with MEncoder http://www.mplayerhq[...] MPlayer team 2009-10-01
[7] 간행물 Variable Bitrate http://wiki.hydrogen[...] Hydrogenaudio 2009-10-04
[8] 간행물 LAME — VBR http://wiki.hydrogen[...] Hydrogenaudio 2009-10-04
[9] 간행물 Average Bitrate http://wiki.hydrogen[...] Hydrogenaudio 2009-10-01
[10] 간행물 H.264/AVC options explained http://www.avidemux.[...] Avidemux 2009-09-30
[11] 간행물 Variable Bitrate http://wiki.hydrogen[...] Hydrogenaudio 2009-09-30
[12] 간행물 Glossary http://www.afterdawn[...] AfterDawn 2009-09-30
[13] 간행물 Variable bit rate http://wiki.audacity[...] Audacity 2009-09-30


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