맨위로가기

영상 코덱

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

영상 코덱은 아날로그 비디오 신호를 디지털 형식으로 변환하고 압축하기 위한 기술이다. 초창기에는 자기 테이프에 아날로그 신호로 저장되었으나, 디지털 기술 발전과 함께 데이터 압축의 필요성이 대두되었다. 1974년 이산 코사인 변환(DCT) 압축 기술이 도입되었고, H.261을 시작으로 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.264/MPEG-4 AVC, HEVC(H.265) 등의 표준이 개발되었다. 현재는 H.264/AVC가 널리 사용되며, HEVC는 복잡한 라이선스 문제로 인해 VVC로 대체될 예정이다. 구글의 VP8, VP9, AV1과 같은 오픈 소스 코덱도 사용된다. 영상 코덱은 DVD 플레이어, 인터넷 동영상, 화상 통화 등 다양한 분야에서 활용되며, 비디오 데이터를 효율적으로 저장하고 전송하는 데 기여한다. 비디오 코덱은 휘도와 색차를 분리하여 압축 효율을 높이고, YCbCr 색 공간을 사용하여 색상 신호의 상관 관계를 제거하며, 크로마 서브샘플링을 통해 데이터 압축을 수행한다. 디코딩 과정은 인코딩 과정을 역으로 수행하며, 양자화 단계는 비가역적이므로 역 양자화 과정에서 근사치를 사용한다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 영상 코덱 - VP9
    VP9는 구글이 개발한 오픈 소스 비디오 코덱으로, VP8보다 압축 효율을 높이고 HEVC보다 나은 성능을 목표로 개발되었으며, WebM 형식으로 사용되고 주요 웹 브라우저와 넷플릭스, 유튜브 등에서 지원했으나 AV1의 등장으로 개발이 중단되었다.
  • 영상 코덱 - H.262/MPEG-2 파트 2
    H.262/MPEG-2 파트 2는 디지털 TV 및 DVD 등에 사용되는 영상 압축 표준으로, HDTV 카메라의 비압축 영상 스트림을 효율적으로 압축하기 위해 다양한 화면 샘플링 기술을 활용하며, DVD-Video, HDV, XDCAM 등에서 활용된다.
  • 화상 통화 - 시스코 시스템즈
    시스코 시스템즈는 1984년 설립되어 네트워킹 장비 및 서비스를 제공하는 다국적 기업으로, 라우팅 기술을 기반으로 성장하여 사업 다변화를 추진하며 여러 논란에 직면해 있다.
  • 화상 통화 - 삼성전자
    삼성전자는 1969년 설립된 대한민국의 전자제품 제조 기업으로, 가전제품 생산에서 시작하여 반도체, 스마트폰 시장으로 사업을 확장하며 메모리 반도체 및 TV 시장에서 세계 1위를 유지하고 있다.
영상 코덱
기본 정보
다양한 MPEG-4 코덱의 레이트-왜곡 성능 비교. x축은 비트 전송률(kbps), y축은 PSNR(dB)입니다.
다양한 MPEG-4 코덱의 레이트-왜곡 성능 비교. x축은 비트 전송률(kbps), y축은 PSNR(dB)입니다.
종류비디오 코덱
사용 분야화상 통신
스트리밍 미디어
방송
영화 제작
비디오 게임
관련 기술데이터 압축
손실 압축
무손실 압축
양자화
변환 부호화

[[엔트로피 부호화
세부 정보
코덱 유형손실 코덱
무손실 코덱
주요 기능예측 부호화
변환 부호화
엔트로피 부호화
압축 방식프레임 간 압축
프레임 내 압축
표준H.264/MPEG-4 AVC
H.265/HEVC
AV1
VP9
역사
초기 코덱H.261
MPEG-1
MPEG-2
주요 발전H.264/MPEG-4 AVC
H.265/HEVC
AV1
성능 지표
주요 지표비트 전송률
PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio)
SSIM (Structural Similarity Index)
압축 효율비트 전송률 감소율
계산 복잡도인코딩/디코딩 시간, 메모리 사용량
코덱 목록
주요 코덱H.264/MPEG-4 AVC
H.265/HEVC
AV1
VP9
MPEG-2
MPEG-4 Part 2
WMV
RealVideo
오픈 소스 코덱x264
x265
libvpx
Daala
Thor
응용 분야
스트리밍넷플릭스
유튜브
Vimeo
화상 회의Zoom
Skype
Microsoft Teams
방송디지털 TV
IPTV
기타
관련 용어코덱
인코더
디코더
트랜스코딩
비트 전송률
프레임 속도

2. 역사

영상 코덱의 역사는 디지털 영상 저장 및 전송 기술의 발전과 함께한다.

연도주요 사건 및 기술
1974년나시르 아흐메드, T. 나타라잔, K. R. 라오가 이산 코사인 변환(DCT) 압축 기술을 개발.[1][2][3]
1980년대 후반여러 회사들이 비디오 코딩에 DCT 손실 압축을 실험, H.261 표준 개발.[6]
1991년동영상 전문가 그룹(MPEG)에서 VHS 품질의 비디오 압축을 위한 MPEG-1 개발.
1994년MPEG-2/H.262 개발.[4] DVD 및 SD 디지털 텔레비전의 표준 비디오 형식이 됨.[4]
1999년MPEG-4/H.263 개발.[4]
2003년H.264/MPEG-4 AVC 개발.[9]
2013년HEVC(H.265) 개발.[10][11]
현재다목적 비디오 코딩(VVC) 개발 중, VP8, VP9, AV1 등 오픈 소스 코덱도 사용.


2. 1. 아날로그에서 디지털로

역사적으로 비디오는 자기 테이프에 아날로그 신호로 저장되었다. 컴팩트 디스크가 아날로그 오디오를 대체하는 디지털 형식으로 시장에 진입할 무렵, 비디오를 디지털 형태로 저장하고 전달하는 것이 가능해졌다. 원시 비디오를 기록하고 전달하는 데 필요한 저장 공간과 대역폭이 컸기 때문에, 원시 비디오를 나타내는 데 사용되는 데이터의 양을 줄이는 방법이 필요했다. 그 이후로, 엔지니어와 수학자들은 디지털 비디오 데이터를 압축하는 이 목표를 달성하기 위한 여러 가지 솔루션을 개발했다.

2. 2. DCT 압축의 등장과 초기 표준

1974년, 나시르 아흐메드, T. 나타라잔, K. R. 라오가 이산 코사인 변환(DCT) 압축 기술을 개발했다.[1][2][3] 1980년대 후반, 여러 회사들이 비디오 코딩에 DCT 손실 압축을 실험하기 시작했고, 그 결과 H.261 표준이 개발되었다.[6] H.261은 최초의 실용적인 비디오 코딩 표준이었으며,[4] 히타치, PictureTel, NTT, BT, 도시바 등이 개발에 참여했다.[5] H.261 이후, DCT 압축은 그 뒤를 이은 모든 주요 비디오 코딩 표준에 채택되었다.[6]

2. 3. MPEG 표준의 발전

동영상 전문가 그룹(MPEG)은 여러 MPEG 표준을 개발했다. 1991년 VHS 품질의 비디오 압축을 위한 MPEG-1이 개발되었다. 1994년 MPEG-2/H.262가 개발되었는데,[4] 소니, 톰슨, 미쓰비시 전기 등이 개발에 참여했다.[7] MPEG-2는 DVD 및 SD 디지털 텔레비전의 표준 비디오 형식이 되었다.[4] 1999년에는 MPEG-4/H.263이 뒤따랐는데, 이는 비디오 압축 기술의 주요 도약이었다.[4] 미쓰비시 전기, 히타치, 파나소닉 등이 개발에 참여했다.[8]

2. 4. H.264/AVC와 이후의 발전

H.264/MPEG-4 AVC는 2003년 파나소닉, Godo Kaisha IP Bridge, LG전자 등 여러 기관에서 개발한 영상 코덱이다.[9] H.264는 블루레이 디스크의 주요 비디오 인코딩 표준이며, 유튜브, 넷플릭스, Vimeo, 아이튠즈 스토어와 같은 스트리밍 인터넷 서비스와 Adobe Flash Player 및 Microsoft Silverlight와 같은 웹 소프트웨어, 그리고 지상파 및 위성 텔레비전을 통한 다양한 HDTV 방송에서 널리 사용된다.

HEVC(H.265)는 2013년에 개발되었으며, H.264의 뒤를 잇는 코덱이다. HEVC 특허의 대부분은 삼성전자, GE, NTT, JVC Kenwood에 속한다.[10][11] HEVC는 복잡한 라이선스 구조로 인해 채택에 어려움을 겪었으며, 다목적 비디오 코딩(VVC)이 HEVC의 뒤를 이을 예정이다.

구글 주도로 개발된 오픈 소스 코덱인 VP8, VP9, AV1도 널리 사용되며, 특히 유튜브에서 사용된다.

3. 비디오 코덱의 활용 분야

영상 코덱은 압축되지 않은 비디오의 높은 데이터 용량과 대역폭으로는 실현 불가능할 수 있는 비디오를 녹화하거나 전송하는 응용 분야에서 널리 사용된다.[12]

3. 1. 주요 활용 분야

영상 코덱은 DVD 플레이어, 인터넷 동영상, 주문형 비디오, 디지털 케이블, 디지털 지상파 텔레비전, 화상 통화 등 다양한 분야에서 사용된다.[12] 특히 압축되지 않은 비디오는 데이터 용량이 크고 대역폭이 넓어야 해서 비디오를 녹화하거나 전송해야 하는 분야에서 널리 사용된다.[12] 예를 들어 수술실에서 수술을 기록하거나, 보안 시스템의 IP 카메라, 원격 조종 무인 잠수정 및 무인 항공기 등에 사용된다.[12]

4. 비디오 코덱 설계

비디오 코덱 설계는 일반적으로 표준화되거나 결국 표준화 과정을 거친다. 즉, 공개된 문서에 그 방식을 정확하게 지정한다. 그러나 상호 운용성을 위해서는 디코딩 프로세스만 표준화되어야 한다. 인코딩 프로세스는 일반적으로 표준에 지정되지 않으며, 구현자는 지정된 방식으로 비디오를 디코딩할 수 있는 한, 원하는 방식으로 인코더를 자유롭게 설계할 수 있다. 따라서 동일한 비디오 코덱 표준을 사용하는 서로 다른 인코더의 결과물을 디코딩하여 생성된 비디오의 품질은 인코더 구현에 따라 크게 달라질 수 있다.

4. 1. 기본 원리

비디오 코덱은 기본적으로 아날로그 데이터를 디지털 형식으로 표현한다. 휘도(루마)와 색상 정보(크로마)를 별도로 나타내는 아날로그 비디오 신호의 설계 덕분에, 코덱 설계에서 이미지 압축의 일반적인 첫 단계는 이미지를 YCbCr 색 공간으로 표현하고 저장하는 것이다.[13]

YCbCr로 변환하면 두 가지 이점이 있다. 첫째, 색상 신호의 상관 관계를 제거하여 압축성을 향상시킨다. 둘째, 지각적으로 훨씬 더 중요한 루마 신호와 지각적으로 덜 중요하며 크로마 서브샘플링을 사용하여 더 효율적인 데이터 압축을 위해 더 낮은 해상도로 표현할 수 있는 크로마 신호를 분리한다.[13] 이러한 서로 다른 채널에 저장된 정보의 비율은 Y:Cb:Cr 형식으로 표현하는 것이 일반적이다. 각 코덱은 압축 요구 사항에 따라 다른 크로마 서브샘플링 비율을 사용한다. 웹 및 DVD용 비디오 압축 방식은 4:2:1 색상 샘플링 패턴을 사용하며, DV 표준은 4:1:1 샘플링 비율을 사용한다. 훨씬 더 높은 비트 전송률로 작동하고 포스트 프로덕션 조작을 위해 더 많은 양의 색상 정보를 기록하도록 설계된 전문 비디오 코덱은 4:2:2 및 4:4:4 비율로 샘플링한다. 이러한 코덱의 예로는 파나소닉의 DVCPRO50 및 DVCPROHD 코덱 (4:2:2), 소니의 HDCAM-SR (4:4:4), 파나소닉의 HDD5 (4:2:2), 애플의 Prores HQ 422 (4:2:2) 등이 있다.[13]

비디오 코덱이 RGB 공간에서도 작동할 수 있다는 점도 주목할 가치가 있다. 이러한 코덱은 빨간색, 녹색 및 파란색 채널을 다른 비율로 샘플링하는 경향이 없는데, 파란색 채널만 언더샘플링할 수 있는 것과 같이 그렇게 할 만한 지각적 동기가 적기 때문이다.

기본 인코딩 프로세스 전에 원시 데이터 속도를 줄이기 위해 일정량의 공간적 및 시간적 다운샘플링도 사용할 수 있다. 가장 인기 있는 인코딩 변환은 8x8 DCT이다. 웨이블릿 변환을 사용하는 코덱도 특히 동영상 시퀀스에서 RAW 이미지 형식을 처리하는 카메라 워크플로에서 시장에 진입하고 있다. 이 프로세스에는 비디오 이미지를 일련의 매크로블록으로 표현하는 것이 포함된다.[14]

변환의 출력은 먼저 양자화된 다음, 엔트로피 인코딩이 양자화된 값에 적용된다. DCT가 사용된 경우 계수는 일반적으로 지그재그 스캔 순서를 사용하여 스캔되며, 엔트로피 코딩은 일반적으로 일련의 연속적인 0 값 양자화 계수를 다음 0이 아닌 양자화 계수의 값과 단일 기호로 결합하고 나머지 양자화 계수 값이 모두 0과 같을 때를 나타내는 특수한 방법을 갖는다. 엔트로피 코딩 방법은 일반적으로 가변 길이 코딩 테이블을 사용한다. 일부 인코더는 ''n-패스'' 인코딩 (예: 2-패스)이라고 하는 다단계 프로세스로 비디오를 압축하며, 이는 더 느리지만 잠재적으로 더 높은 품질의 압축을 수행한다.

디코딩 프로세스는 인코딩 프로세스의 각 단계를 가능한 범위 내에서 반전하는 것으로 구성된다.[15] 정확하게 반전될 수 없는 한 단계는 양자화 단계이다. 여기서 최선의 노력을 기울여 반전 근사가 수행된다. 이 프로세스 부분은 종종 ''역 양자화'' 또는 ''디퀀타이제이션''이라고 하지만, 양자화는 본질적으로 비가역적 프로세스이다.

4. 2. 주요 기술

비디오 코덱은 원시 데이터 속도를 줄이기 위해 공간적 및 시간적 다운샘플링을 사용한다. 가장 많이 사용되는 인코딩 변환은 8x8 이산 코사인 변환(DCT)이다. 웨이블릿 변환을 사용하는 코덱도 시장에 나와 있다.[14] 비디오 이미지는 매크로블록 단위로 처리된다.

변환된 데이터는 양자화 과정을 거친 후 엔트로피 인코딩을 통해 압축된다. DCT 계수는 일반적으로 지그재그 스캔 순서로 스캔되며, 엔트로피 코딩은 연속적인 0 값 양자화 계수를 다음 0이 아닌 계수 값과 하나의 기호로 결합한다. 엔트로피 코딩에는 주로 가변 길이 코딩 테이블이 사용된다. 일부 인코더는 ''n-패스'' 인코딩 (예: 2-패스)을 사용하여 비디오를 압축하는데, 이는 더 느리지만 더 높은 품질의 압축을 가능하게 한다.[15]

디코딩 과정은 인코딩 과정의 각 단계를 반대로 수행하는 것이다.[15] 양자화 단계는 비가역적 과정이므로, 역 양자화(디퀀타이제이션) 과정에서 근사적인 복원이 이루어진다.

4. 3. 디코딩

디코딩 프로세스는 인코딩 과정의 각 단계를 가능한 범위 내에서 역으로 수행한다.[15] 양자화 단계는 정확하게 역으로 수행할 수 없는데, 이 단계에서는 최선을 다해 역 근사값을 구한다. 이 과정은 종종 ''역 양자화'' 또는 ''디퀀타이제이션''이라고 불리지만, 양자화는 본질적으로 비가역적인 과정이기 때문에 완벽한 복원은 불가능하다.

비디오 코덱 설계는 일반적으로 표준화되거나 결국 표준화된다. 즉, 공개된 문서에 정확하게 지정된다. 그러나 상호 운용성을 가능하게 하려면 디코딩 프로세스만 표준화되어야 한다. 인코딩 과정은 일반적으로 표준에 전혀 지정되지 않으며, 구현자는 지정된 방식으로 비디오를 디코딩할 수 있는 한, 원하는 방식으로 인코더를 자유롭게 설계할 수 있다. 이러한 이유로, 동일한 비디오 코덱 표준을 사용하는 서로 다른 인코더의 결과물을 디코딩하여 생성된 비디오의 품질은 인코더 구현에 따라 크게 달라질 수 있다.

5. 흔히 쓰이는 영상 코덱

PC 및 소비자 가전 제품에는 다양한 비디오 압축 형식이 구현될 수 있다. 따라서 동일한 제품에서 여러 코덱을 사용할 수 있으므로, 상호 운용성을 달성하기 위해 단일 지배적인 비디오 압축 형식을 선택할 필요가 줄어든다.

표준 비디오 압축 형식은 여러 소스에서 여러 인코더 및 디코더 구현으로 지원될 수 있다. 예를 들어 Xvid와 같은 표준 MPEG-4 Part 2 코덱으로 인코딩된 비디오는 FFmpeg MPEG-4 또는 DivX Pro Codec과 같은 다른 표준 MPEG-4 Part 2 코덱을 사용하여 디코딩할 수 있는데, 이는 모두 동일한 비디오 형식을 사용하기 때문이다.

코덱은 장단점을 가지고 있으며, 비교가 자주 게시된다. 압축 성능, 속도 및 충실도(압축 아티팩트 포함) 간의 균형은 일반적으로 기술적 장점의 가장 중요한 지표로 간주된다.

5. 1. 주요 코덱 목록



다양한 비디오 압축 형식이 PC 및 소비자 가전 제품에 구현될 수 있다. 따라서 동일한 제품에서 여러 코덱을 사용할 수 있으므로, 상호 운용성을 달성하기 위해 단일 지배적인 비디오 압축 형식을 선택할 필요가 줄어든다.

표준 비디오 압축 형식은 여러 소스에서 여러 인코더 및 디코더 구현으로 지원될 수 있다. 예를 들어, Xvid와 같은 표준 MPEG-4 Part 2 코덱으로 인코딩된 비디오는 FFmpeg MPEG-4 또는 DivX Pro Codec과 같은 다른 표준 MPEG-4 Part 2 코덱을 사용하여 디코딩할 수 있는데, 이는 모두 동일한 비디오 형식을 사용하기 때문이다.

코덱은 장단점을 가지고 있으며, 비교가 자주 게시된다. 압축 성능, 속도 및 충실도(압축 아티팩트 포함) 간의 균형은 일반적으로 기술적 장점의 가장 중요한 지표로 간주된다.

6. 통합 코덱

온라인 비디오 자료는 여러 코덱으로 인코딩되며, 이는 PC용 소프트웨어 패키지로 제공되는 설치 프로그램과 함께 일반적으로 사용되는 여러 코덱들을 미리 묶어놓은 코덱 팩(통합 코덱)의 출현으로 이어졌다. 예를 들어, LAV Filters[16][17]나 스타코덱[18]이 이에 속한다.

참조

[1] 간행물 Discrete Cosine Transform 1974-01
[2] 서적 Discrete Cosine Transform: Algorithms, Advantages, Applications Academic Press
[3] 웹사이트 T.81 – DIGITAL COMPRESSION AND CODING OF CONTINUOUS-TONE STILL IMAGES – REQUIREMENTS AND GUIDELINES https://www.w3.org/G[...] CCITT 2019-07-12
[4] 웹사이트 The History of Video File Formats Infographic — RealPlayer http://www.real.com/[...] 2012-04-22
[5] 웹사이트 ITU-T Recommendation declared patent(s) https://www.itu.int/[...] 2019-07-12
[6] 서적 Standard Codecs: Image Compression to Advanced Video Coding https://books.google[...] Institution of Engineering and Technology 2003
[7] 웹사이트 MPEG-2 Patent List https://www.mpegla.c[...] 2019-07-07
[8] 웹사이트 MPEG-4 Visual - Patent List https://www.mpegla.c[...] 2019-07-06
[9] 웹사이트 AVC/H.264 {{ndash}} Patent List https://www.mpegla.c[...] 2019-07-06
[10] 웹사이트 HEVC Patent List https://www.mpegla.c[...] 2019-07-06
[11] 웹사이트 HEVC Advance Patent List https://www.hevcadva[...] 2019-07-06
[12] 웹사이트 What is the Best Video Codec for Web Streaming? (2021 Update) https://www.dacast.c[...] 2022-02-11
[13] 서적 Requirements for Internet-Draft Tracking by the IETF Community in the Datatracker 2011-06
[14] 웹사이트 Video Codec Design: Developing Image and Video Compression Systems {{!}} Wiley https://www.wiley.co[...] 2022-02-11
[15] 웹사이트 Encoding Stage - an overview {{!}} ScienceDirect Topics https://www.scienced[...] 2022-02-11
[16] 웹인용 LAV Filters 통합코텍 설명 및 다운로드 https://heiswed.tist[...]
[17] 웹인용 LAV Filters 통합코덱 한글화 https://heiswed.tist[...]
[18] 웹인용 스타코덱 통합코텍 설명 및 다운로드 https://heiswed.tist[...]


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com