비디오 코덱

Video codec

비디오 코덱은 디지털 비디오를 압축 및 압축 해제하는 소프트웨어 또는 하드웨어입니다.비디오 압축의 맥락에서 코덱은 인코더와 디코더의 합성어이며 압축만 하는 디바이스는 보통 인코더라고 불리며 압축만 해제하는 디바이스는 디코더입니다.

압축된 데이터 형식은 일반적으로 표준 비디오 코딩 형식을 따릅니다.압축은 통상 손실입니다.즉, 압축된 비디오에는 원래 비디오에 존재하는 정보가 결여되어 있습니다.그 결과, 원래의 비디오를 정확하게 재구성할 수 있는 정보가 불충분하기 때문에, 압축 해제된 비디오는 원래의 비압축 비디오보다 화질이 저하됩니다.

비디오 품질, 비디오를 나타내기 위해 사용되는 데이터 양(비트환율로 결정), 부호화와 디코딩 알고리즘의 복잡성, 데이터 손실과 오류에 대한 민감도, 편집의 용이성, 랜덤 액세스 및 엔드 투 엔드 지연(레이텐시) 사이에는 복잡한 관계가 있습니다.

역사

상세 정보:비디오 코딩 형식 » 이력

과거에는 비디오가 자기 테이프에 아날로그 신호로 저장되었습니다.아날로그 오디오를 디지털 포맷으로 대체하기 위해 콤팩트 디스크가 시장에 등장할 무렵에는 비디오의 저장과 전달도 가능해졌다.원시 비디오를 녹화 및 전송하는 데 많은 양의 스토리지와 대역폭이 필요하기 때문에 원시 비디오를 나타내는 데 사용되는 데이터 양을 줄이는 방법이 필요했습니다.그 후 엔지니어와 수학자는 디지털 비디오 데이터를 압축하는 것을 포함한 이 목표를 달성하기 위한 많은 솔루션을 개발했습니다.

1974년에 Nasir Ahmed, T. Natarajan 및 K. Rao에 [1][2][3]의해 이산 코사인 변환(DCT) 압축이 도입되었다.1980년대 후반, 많은 기업이 비디오 코딩을 위한 DCT 손실 압축을 실험하기 시작했고, 이로 인해 H.261 [4]표준이 개발되었습니다.H.261은 최초의 실용적인 비디오 부호화 [5]표준으로, Hitachi, Picture를 포함한 많은 회사가 개발했습니다.Tel,[6] NTT, BT, 도시바 등입니다.H.261 이후 DCT 압축은 이후의 [4]모든 주요 비디오 코딩 표준에서 채택되었습니다.

코덱에 사용되는 가장 일반적인 비디오 코딩 표준은 MPEG 표준입니다.MPEG-1은 1991년 MPEG(Motion Picture Experts Group)에 의해 개발되었으며 VHS 품질의 비디오를 압축하도록 설계되었습니다.1994년 소니, 톰슨, 미쓰비시 전기 [7]등 여러 회사가 개발한 MPEG-2/H.262가 [5]그 뒤를 이었다.MPEG-2는 DVD와 SD 디지털 [5]텔레비전의 표준 비디오 형식이 되었습니다.1999년에는 MPEG-4/H.263이 그 뒤를 이어 비디오 압축 기술이 크게 [5]발전했습니다.주로 미쓰비시 전기, 히타치, [8]파나소닉을 포함한 많은 회사가 개발했다.

2016년 현재 가장 널리 사용되는 비디오 코딩 형식은 H.264/MPEG-4 AVC입니다.2003년 파나소닉, 고도카이샤 IP브릿지,[9] LG전자를 중심으로 많은 기관이 개발하였다.H.264는 블루레이 디스크의 주요 비디오 인코딩 표준으로 YouTube, Netflix, Vimeo, iTunes Store 등의 스트리밍 인터넷 서비스, Adobe Flash Player, Microsoft Silverlight 등의 웹 소프트웨어, 지상파 및 위성 TV를 통한 다양한 HDTV 방송 등에 널리 사용되고 있습니다.

AVC는 2013년에 개발된 HEVC(H.265)가 계승하고 있다.삼성전자, GE, NTT, JVC 켄우드의 [10][11]특허가 대부분이다.HEVC의 도입은 복잡한 라이선스 구조 때문에 방해받고 있다.다음으로 HEVC는 VVC(Versatile Video Coding)에 의해 계승됩니다.

또한 YouTube가 사용하는 오픈 VP8, VP9 및 AV1 비디오 코딩 포맷도 있으며, 이 모든 포맷은 Google의 관여로 개발되었습니다.

적용들

비디오 코덱은 DVD 플레이어, 인터넷 비디오, 주문형 비디오, 디지털 케이블, 디지털 지상파 텔레비전, 비디오 전화 및 기타 다양한 애플리케이션에서 사용됩니다.특히, 비디오를 녹화 또는 송신하는 애플리케이션에 널리 사용되고 있습니다.이것은, 비압축 비디오의 대량의 데이터나 대역폭에서는 실현 가능하지 않을 가능성이 있습니다.예를 들어, 그것들은 수술 수술을 기록하기 위한 극장 운영, 보안 시스템의 IP 카메라, 그리고 원격으로 작동하는 수중 차량과 무인 항공기에 사용됩니다.모든 비디오 스트림 또는 파일을 다양한 라이브 비디오 형식 옵션을 사용하여 인코딩할 수 있습니다.HTML5 비디오 플레이어에 스트리밍 [12]할 때 설정할 필요가 있는H.264 인코더 설정의 일부를 다음에 나타냅니다.

비디오 코덱 설계

상세 정보:비디오 코딩 형식

비디오 코덱은 기본적으로 아날로그 데이터 세트를 디지털 형식으로 표현하려고 합니다.휘도(루마)와 색정보(크로미넌스, 채도)를 개별적으로 나타내는 아날로그 비디오 신호의 설계로 인해 코덱 설계에서 이미지 압축의 일반적인 첫 단계는 이미지를 표현하여 YCbCr 색 공간에 저장하는 것입니다.YCbCr로의 변환은 두 가지 이점을 제공합니다. 첫째, 컬러 신호의 장식을 통해 압축성을 향상시키고 둘째, 지각적으로 훨씬 더 중요한 루마 신호를 채도 신호로부터 분리합니다. 채도 신호는 지각적으로 덜 중요하며 채도 서브앰플리를 사용하여 낮은 해상도로 나타낼 수 있습니다.ng를 사용하여 보다 효율적인 데이터 압축을 실현합니다.이러한 다양한 채널에 저장된 정보의 비율을 Y:Cb:Cr로 표시하는 것이 일반적입니다.코덱마다 압축 요구에 따라 다른 채도 서브샘플링을 사용합니다.Web 및 DVD 의 비디오 압축 방식에서는, 4:2:1 의 칼라 샘플링 패턴을 사용하고, DV 규격에서는 4:1:1 의 샘플링 비율을 사용합니다.프로페셔널 비디오코덱은 매우 높은 비트레이트로 동작하도록 설계되어 포스트 프로덕션 조작 샘플의 색 정보를 4:2:2 및 4:4:4 비율로 기록하도록 설계되어 있습니다.이러한 코덱의 예로는 Panasonic의 DVCPRO50 및 DVCPROHD 코덱(4:2:2), Sony의 HDCAM-SR(4:4:4), Panasonic의 HDD5(4:2:2) 및 Apple의 Prores HQ 422(4:2:[13]2)가 있습니다.

비디오 코덱은 RGB 공간에서도 동작할 수 있습니다.이러한 코덱은 빨강, 초록 및 파랑 채널을 다른 비율로 샘플링하지 않는 경향이 있습니다.이는 파란색 채널만 샘플링이 부족할 수 있기 때문입니다.

기본 인코딩 프로세스 전에 원시 데이터 속도를 줄이기 위해 공간 및 시간 다운샘플링을 어느 정도 사용할 수도 있습니다.가장 일반적인 인코딩 변환은 8x8 DCT입니다.웨이브릿 변환을 이용하는 코덱도 시장에 진출하고 있으며, 특히 모션 시퀀스에서 RAW 이미지 포맷을 다루는 카메라 워크플로우에서 그러합니다.이 프로세스에는 비디오이미지가 매크로 블록세트로 표현됩니다.비디오 코덱 설계의 이 중요한 측면에 대한 자세한 내용은 B-frames [14]를 참조하십시오.

변환의 출력이 먼저 양자화된 후 양자화된 값에 엔트로피 인코딩이 적용됩니다.DCT가 사용되었을 때 계수는 일반적으로 지그재그 스캔 순서를 사용하여 스캔되며 엔트로피 부호화는 일반적으로 다수의 연속적인 제로값 양자화 계수와 다음 0이 아닌 양자화 계수의 값을 단일 기호로 결합하고 나머지 모든 양자화 시기를 나타내는 특별한 방법을 가지고 있다.d 계수 값은 0입니다.엔트로피 부호화 방법에서는 일반적으로 가변 길이 부호화 테이블을 사용합니다.일부 인코더는 느리지만 잠재적으로 더 높은 품질의 압축을 수행하는 n-pass 인코딩(예: 2-pass)이라고 불리는 다단계 프로세스로 비디오를 압축합니다.

디코딩 프로세스는 부호화 프로세스의 [15]각 단계를 가능한 한 반전하는 것으로 구성됩니다.정확히 되돌릴 수 없는 단계는 양자화 단계입니다.여기서, 반전의 베스트 에포트 근사치가 실행된다.양자화는 본질적으로 반전이 불가능한 과정이지만 프로세스의 이 부분을 종종 역양자화 또는 역양자화라고 합니다.

비디오 코덱 설계는 일반적으로 표준화되거나 최종적으로 표준화됩니다.즉, 발행된 문서에서 정확하게 지정됩니다.단, 상호 운용성을 실현하기 위해서는 디코딩 프로세스만 표준화하면 됩니다.통상, 부호화 프로세스는 표준으로 전혀 지정되어 있지 않습니다.또한 지정된 방법으로 비디오를 디코딩할 수 있는 한, 실장자는 원하는 대로 인코더를 설계할 수 있습니다.이 때문에, 같은 비디오 코덱 표준을 사용하는 다른 인코더의 결과를 디코딩 하는 것에 의해서 생성되는 비디오의 품질은, 인코더의 실장 마다 큰 차이가 있을 가능성이 있습니다.

일반적으로 사용되는 비디오코덱

주요 기사:코덱 목록

PC 및 가전 기기에는 다양한 비디오 압축 포맷을 구현할 수 있습니다.따라서 같은 제품에서 여러 코덱을 사용할 수 있기 때문에 상호 운용성을 실현하기 위해 하나의 우세한 비디오 압축 형식을 선택할 필요가 없습니다.

표준 비디오 압축 포맷은, 복수의 소스로부터의 복수의 인코더 및 디코더 실장에 의해서 서포트됩니다.예를 들어 Xvid 등의 표준 MPEG-4 Part 2 코덱으로 인코딩된 비디오는 모두 동일한 비디오 형식을 사용하기 때문에 FFmPEG-4나 DivX Pro 코덱 등의 다른 표준 MPEG-4 Part 2 코덱을 사용하여 디코딩할 수 있습니다.

코덱에는 품질과 단점이 있습니다.비교 자료는 자주 발표됩니다.압축력, 속도 및 충실도(아파트를 포함) 간의 균형은 일반적으로 기술적 우수성의 가장 중요한 수치로 간주됩니다.

코덱 팩

온라인 비디오 자료는 다양한 코덱에 의해 부호화되어 코덱 팩(일반적으로 사용되는 코덱과 K-Lite 코덱 팩, Perian, Combined Community Codec Pack 등 PC용 소프트웨어 패키지로 이용 가능한 설치 프로그램을 조합한 사전 조립된 코덱 세트)을 이용할 수 있게 되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Ahmed, Nasir; Natarajan, T.; Rao, K. R. (January 1974), "Discrete Cosine Transform", IEEE Transactions on Computers, C-23 (1): 90–93, doi:10.1109/T-C.1974.223784, S2CID 149806273
  2. ^ Rao, K. R.; Yip, P. (1990), Discrete Cosine Transform: Algorithms, Advantages, Applications, Boston: Academic Press, ISBN 978-0-12-580203-1
  3. ^ "T.81 – DIGITAL COMPRESSION AND CODING OF CONTINUOUS-TONE STILL IMAGES – REQUIREMENTS AND GUIDELINES" (PDF). CCITT. September 1992. Retrieved 12 July 2019.
  4. ^ a b Ghanbari, Mohammed (2003). Standard Codecs: Image Compression to Advanced Video Coding. Institution of Engineering and Technology. pp. 1–2. ISBN 9780852967102.
  5. ^ a b c d "The History of Video File Formats Infographic — RealPlayer". 22 April 2012.
  6. ^ "ITU-T Recommendation declared patent(s)". ITU. Retrieved 12 July 2019.
  7. ^ "MPEG-2 Patent List" (PDF). MPEG LA. Retrieved 7 July 2019.
  8. ^ "MPEG-4 Visual - Patent List" (PDF). MPEG LA. Retrieved 6 July 2019.
  9. ^ "AVC/H.264 – Patent List" (PDF). MPEG LA. Retrieved 6 July 2019.
  10. ^ "HEVC Patent List" (PDF). MPEG LA. Retrieved 6 July 2019.
  11. ^ "HEVC Advance Patent List". HEVC Advance. Retrieved 6 July 2019.
  12. ^ "What is the Best Video Codec for Web Streaming? (2021 Update)". Dacast. 2021-06-18. Retrieved 2022-02-11.
  13. ^ Hoffman, P. (June 2011). "Requirements for Internet-Draft Tracking by the IETF Community in the Datatracker". doi:10.17487/rfc6293. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  14. ^ "Video Codec Design: Developing Image and Video Compression Systems Wiley". Wiley.com. Retrieved 2022-02-11.
  15. ^ "Encoding Stage - an overview ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 2022-02-11.

외부 링크