변환 부호화
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1. 개요
변환 부호화는 아날로그 및 디지털 신호를 효율적으로 처리하기 위한 기술을 포괄하는 용어이다. 아날로그 변환 부호화는 인간의 시각적 특성을 이용하여 색상 신호의 정보량을 줄이는 방식으로, NTSC, PAL, SECAM 시스템에서 크로마 서브샘플링을 통해 구현된다. 디지털 변환 부호화는 디지털 미디어 및 신호 처리 분야에서 널리 사용되며, 이산 코사인 변환(DCT)을 기반으로 하는 JPEG 이미지 압축, H.26x 및 MPEG 비디오 코딩, MP3 및 AAC 오디오 코딩 등 다양한 압축 기술을 포함한다. 아날로그 신호를 디지털화하는 과정 역시 변환 부호화의 일종이다.
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변환 부호화 |
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2. 아날로그 변환 부호화
YIQ영어는 NTSC 컬러 텔레비전 방송에 사용되는 색 공간이다. NTSC는 1950년대에 개발되었으며, 인간의 눈이 흑백에는 높은 해상도를 가지지만, 특정 색상에는 낮은 해상도를 가진다는 점을 이용했다. RCA는 이 점을 활용하여 파란색 신호는 대부분 버리고, 녹색과 빨간색 신호 일부를 유지하는 방식으로 신호 정보량을 줄이는 시스템을 개발했다. 이 시스템은 YIQ 색 공간에서 크로마 서브샘플링을 활용한다.[1] PAL과 SECAM 시스템도 색상 전송에 이와 비슷한 방식을 사용하며, 두 시스템 모두 서브샘플링된다.[1]
2. 1. NTSC
RCA는 1950년대 알다 베드퍼드의 연구를 통해 인간의 눈이 흑백에는 높은 해상도를 가지지만, 노란색과 녹색과 같은 "중간 범위" 색상에는 다소 낮고, 빨간색과 파란색에는 훨씬 낮은 해상도를 가진다는 사실을 바탕으로 컬러 텔레비전 시스템을 개발했다.[1]RCA는 이러한 점을 바탕으로 카메라에서 입력된 파란색 신호의 대부분을 버리고, 녹색 신호의 대부분과 빨간색 신호의 일부만 유지하는 시스템을 개발했다. 이는 YIQ 색 공간에서 크로마 서브샘플링을 활용한 것이다.[1]
결과적으로 신호의 정보량이 상당히 줄어들어, 기존의 6 MHz 흑백 신호 내에 위상 변조된 차동 신호로 포함될 수 있었다. 일반적인 TV는 한 라인당 350픽셀에 해당하는 화질을 표시하지만, TV 신호는 파란색 정보는 약 50픽셀, 빨간색 정보는 약 150픽셀에 해당하는 정보만 담고 있다. 하지만 눈은 "누락된" 정보를 거의 사용하지 않기 때문에, 대부분의 경우 시청자는 이러한 사실을 알아차리지 못한다.[1]
2. 2. PAL 및 SECAM
PAL과 SECAM 시스템은 색상을 전송하기 위해 거의 동일하거나 매우 유사한 방법을 사용한다.[1] 두 시스템 모두 서브샘플링된다.[1]3. 디지털 변환 부호화
디지털 미디어와 디지털 신호 처리 분야에서 변환 부호화 기술이 널리 사용된다. 1972년 나시르 아흐메드(Nasir Ahmed)가 이산 코사인 변환(DCT)을 제안했고,[3][4] 1974년 아흐메드가 T. 나타라잔(T. Natarajan) 및 K. R. 라오(K. R. Rao)와 함께 발표했다.[1][2][5] 아날로그 신호를 디지털화하는 기본적인 과정은 하나 이상의 도메인에서 샘플링을 변환으로 사용하는 일종의 변환 부호화이다.
3. 1. 이산 코사인 변환 (DCT)
디지털 미디어와 디지털 신호 처리 분야에서 널리 사용되는 변환 부호화 기술은 이산 코사인 변환(DCT)이다.[3][4] 이산 코사인 변환(DCT)은 1972년 나시르 아흐메드(Nasir Ahmed)가 제안하고,[1][2] 1974년 아흐메드가 T. 나타라잔(T. Natarajan) 및 K. R. 라오(K. R. Rao)와 함께 발표하였다.[5] 이 DCT는 이산 코사인 변환 계열에서 DCT-II에 해당한다.DCT는 이미지를 작은 블록으로 나누어 더 효율적인 양자화(손실) 및 데이터 압축을 위해 주파수 영역으로 변환하는 일반적인 JPEG 이미지 압축 표준의 기반이 된다.[6] 비디오 코딩에서 H.26x 및 MPEG 표준은 모션 보상을 사용하여 모션 이미지에서 프레임 간에 이 DCT 이미지 압축 기술을 수정하여 일련의 JPEG에 비해 크기를 더 줄인다.
오디오 코딩에서 MPEG 오디오 압축은 TV 모델과 유사하게 신호의 일부에 대한 인간 귀의 민감도를 설명하는 심리음향 모델에 따라 변환된 데이터를 분석한다. MP3는 수정된 이산 코사인 변환(MDCT)과 고속 푸리에 변환(FFT)을 결합한 하이브리드 코딩 알고리즘을 사용한다.[7] 이는 압축 효율을 크게 향상시키기 위해 순수한 MDCT 알고리즘을 사용하는 고급 오디오 코딩(AAC)으로 대체되었다.[8]
3. 2. JPEG 이미지 압축
나시르 아흐메드가 1972년에 이산 코사인 변환(DCT) 기술을 제안했고,[3][4] 1974년 아흐메드가 T. 나타라잔 및 K. R. 라오와 함께 발표했다.[1][2][5] 이 DCT는 이산 코사인 변환 계열에서 DCT-II에 해당한다. 이는 이미지를 작은 블록으로 나누어 더 효율적인 양자화(손실) 및 데이터 압축을 위해 주파수 영역으로 변환하는 일반적인 JPEG 이미지 압축 표준의 기반이 된다.[6]3. 3. 비디오 코딩 (H.26x 및 MPEG)
비디오 코딩에서 H.26x 및 MPEG 표준은 모션 보상을 사용하여 모션 이미지에서 프레임 간에 이산 코사인 변환(DCT) 이미지 압축 기술을 수정하여 일련의 JPEG에 비해 크기를 더 줄인다. 이 DCT는 1972년 나시르 아흐메드(Nasir Ahmed)가 제안하고,[3][4] 1974년 아흐메드가 T. 나타라잔(T. Natarajan) 및 K. R. 라오(K. R. Rao)와 함께 발표하였다.[1][2][5] 이는 이미지를 작은 블록으로 나누어 더 효율적인 양자화(손실) 및 데이터 압축을 위해 주파수 영역으로 변환하는 일반적인 JPEG 이미지 압축 표준의 기반이 된다.[6]3. 4. 오디오 코딩 (MP3, AAC)
오디오 코딩에서 MPEG 오디오 압축은 TV 모델과 유사하게 신호의 일부에 대한 인간 귀의 민감도를 설명하는 심리음향 모델에 따라 변환된 데이터를 분석한다. MP3는 수정된 이산 코사인 변환(MDCT)과 고속 푸리에 변환(FFT)을 결합한 하이브리드 코딩 알고리즘을 사용한다.[7] 이는 압축 효율을 크게 향상시키기 위해 순수한 MDCT 알고리즘을 사용하는 고급 오디오 코딩(AAC)으로 대체되었다.[8]4. 아날로그-디지털 변환
아날로그 신호를 디지털화하는 기본 프로세스는 하나 이상의 도메인에서 샘플링을 변환으로 사용하는 일종의 변환 부호화이다.
참조
[1]
서적
2015 Fifth International Conference on Communication Systems and Network Technologies
2015
[2]
서적
The Electrical Engineering Handbook
https://books.google[...]
Elsevier
2004
[3]
논문
How I Came Up With the Discrete Cosine Transform
https://www.scribd.c[...]
1991-01
[4]
간행물
Reminiscences of the Early Work in DCT: Interview with K.R. Rao
http://ticsp.cs.tut.[...]
2019-10-13
[5]
논문
Discrete Cosine Transform
1974-01
[6]
웹사이트
T.81 – Digital compression and coding of continuous-tone still images – Requirements and guidelines
https://www.w3.org/G[...]
CCITT
2019-07-12
[7]
웹사이트
The Use of FFT and MDCT in MP3 Audio Compression
http://www.math.utah[...]
2019-07-14
[8]
웹사이트
MP3 and AAC Explained
http://graphics.ethz[...]
[9]
서적
멀티미디어 신호 처리
사이텍미디어
2006
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