디지털 신호 압축

디지털 신호 압축이란?

디지털 신호 압축은 품질을 크게 저하시키지 않으면서 디지털 신호를 나타내는 데 필요한 데이터 양을 줄이는 프로세스입니다. 이것은 많은 양의 데이터를 효율적으로 전송하고 저장하는 데 중요합니다.

 

디지털 신호 압축에는 무손실 및 손실의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

무손실 압축 알고리즘은 정보 손실 없이 데이터 크기를 줄입니다. 이것은 중복 데이터를 식별하고 제거함으로써 달성됩니다. 무손실 압축 알고리즘의 예로는 런렝스 인코딩과 허프만 코딩이 있습니다.

 

손실 압축 알고리즘은 일부 정보를 삭제하여 데이터 크기를 줄입니다. 이것은 중요하지 않거나 대략적인 데이터를 식별하고 제거함으로써 달성됩니다. 손실 압축 알고리즘의 예로는 이미지용 JPEG와 오디오용 MP3가 있습니다. 디지털 신호 압축은 오디오 및 비디오 스트리밍, 파일 압축 및 통신과 같은 응용 프로그램에서 널리 사용됩니다.

 

그러나 압축률과 그에 따른 품질 손실의 균형을 애플리케이션의 특정 요구 사항과 맞추는 것이 중요합니다.

디지털 신호 압축 프로세스에는 일반적으로 세 가지 주요 단계가 포함됩니다.

 

인코딩: 첫 번째 단계는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 아날로그 신호를 디지털 형식으로 변환하는 것입니다. 그 결과 신호를 나타내는 일련의 디지털 값이 생성됩니다.

압축: 두 번째 단계는 압축 알고리즘을 적용하여 허용 가능한 수준의 품질을 유지하면서 디지털 신호의 크기를 줄이는 것입니다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 무손실 또는 손실 압축 기술을 사용하여 수행할 수 있습니다.

디코딩: 마지막 단계는 디코딩 알고리즘을 사용하여 압축된 신호를 원래 형식으로 다시 변환하는 것입니다. 무손실 압축의 경우에는 단순히 압축 과정을 되돌리는 것과 관련이 있는 반면, 손실 압축의 경우 이 단계에서 일정 수준의 품질 손실이 발생할 수 있습니다. 압축 및 디코딩 단계는 일반적으로 무손실 압축을 위해 가역적이라는 점은 주목할 가치가 있습니다.

 

즉, 원래 신호가 압축된 데이터에서 정확하게 재구성될 수 있음을 의미합니다. 그러나 손실 압축의 경우 디코딩된 신호는 일반적으로 압축 프로세스 중 정보 손실로 인해 원래 신호와 동일하지 않습니다.

 

디지털 신호란 아날로그 신호와는 다르게 0과 1이라는 숫자만으로 정보를 전달하는 방식입니다. 예를 들어 우리가 자주 쓰는 컴퓨터나 스마트폰 등 모든 전자제품들이 디지털 신호를 이용한다고 보시면 됩니다. 이러한 디지털 신호를 압축하면 데이터 양을 줄일 수 있고, 이는 곧 저장 공간 및 전송 속도 향상으로 이어집니다. 특히 최근 IT 업계에서는 대용량 파일을 빠르게 전송하기 위해 다양한 방법들을 연구하고 있으며, 이를 위해서는 반드시 디지털 신호 압축 기술이 필요합니다.

 

압축이란?

압축이란 무엇인가요? 흔히 '압축'이라 하면 용량을 줄이기 위한 수단으로만 생각하지만, 실제로 ‘압축’은 많은 분야에서 활용되고 있습니다. 대표적으로 영상 제작 시 화질 저하 없이 동영상 크기를 줄이는 데 쓰이며, 음악 재생 프로그램에서도 음질 손상 없이 음원 크기는 줄이고 비트레이트(Bitrate)를 높이는 용도로 쓰입니다.

또한 사진 편집 프로그램인 포토샵 역시 이미지 품질 저하나 색상 왜곡 없이 사이즈를 줄이거나 늘리는 작업을 수행하는데, 이때 쓰이는 게 바로 ‘이미지 압축’입니다.

 

영상 인코딩/디코딩 과정에서의 손실률은 어떻게 되나요?

일반적으로 사람의 눈으로는 원본 그대로의 모습을 보기 때문에 전혀 차이를 느끼지 못하지만, 실제로는 상당한 수준의 변화가 일어납니다. 먼저 MPEG-4 AVC라는 표준 규격을 살펴보면, 비디오 코덱 중 최고급 사양임에도 불구하고 최대 10% 이상의 화질의 열화가 발생합니다. 따라서 고해상도일수록 더욱 큰 폭의 화질 저하가 일어나며, 해상도가 높을수록 그만큼 높은 품질의 결과물을 얻기 어렵습니다.

 

동영상 변환시 어떤 점을 고려해야 할까요?

가장 좋은 방법은 원본 소스 자체를 고화질로 촬영하는 것이지만, 현실적으로 불가능하다면 최대한 비슷한 퀄리티의 결과물을 얻을 수 있도록 노력해야 합니다. 하지만 아무리 신경 써서 찍어도 결국엔 한계가 존재하며, 결과적으로 만족스러운 결과물을 얻지 못하는 경우가 많습니다. 이럴 때는 어쩔 수 없이 다른 대안을 찾아야 하는데, 그것이 바로 전문 업체를 통한 유료 서비스입니다. 물론 무료 사이트를 이용하거나 직접 소프트웨어를 설치해서 해결할 수도 있지만, 시간과 노력 대비 효율성을 따져봤을 때 훨씬 이득이기 때문이죠.

 

압축 손실률?

압축 손실률은 압축 프로세스 중에 손실되는 데이터 양을 측정한 것입니다. 일반적으로 원래 데이터 크기의 백분율로 표시됩니다. 무손실 압축의 경우 압축 손실률이 0이므로 원본 데이터가 손실되지 않습니다. 무손실 압축 알고리즘은 중복 정보만 제거하고 디코딩 과정에서 원본 데이터를 정확하게 재구성할 수 있기 때문입니다. 그러나 손실 압축의 경우 더 높은 압축률을 달성하기 위해 일정량의 데이터가 삭제됩니다. 손실 압축 알고리즘의 압축 손실률은 특정 알고리즘과 적용되는 압축량에 따라 다릅니다. 일반적으로 압축 수준이 높을수록 손실률이 높아져 원래 신호에서 더 많은 정보가 손실됩니다. 주어진 응용 프로그램에 대해 원하는 품질 수준과 압축 비율의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 아카이빙 및 스토리지와 같은 일부 애플리케이션은 낮은 압축률 및 손실률로 원본 데이터를 유지하는 것을 우선시할 수 있습니다. 스트리밍 및 전송과 같은 다른 응용 프로그램은 대역폭 및 스토리지 요구 사항을 줄이기 위해 더 높은 압축 및 더 높은 손실률을 우선시할 수 있습니다.