부호화(Encoding)을 통한 영상신호의 효율적인 전송

부호화는 다양한 기법을 이용하여 정보의 중복성을 제거하고 효율적으로 데이터를 전송하는 기법을 말합니다. 디지털 신호를 여러 가지 방법으로 압축하는 기술이 부호화의 핵심입니다. 이번 포스팅에서는 부호화의 이론과 영상신호의 압축 방법에 대해 정리해 보겠습니다.

 

1. 부호화

부호화(Encoding)는 정보나 데이터를 특정 형식이나 체계에 맞추어 변환하는 과정을 말합니다. 부호화는 주로 데이터의 표현, 저장, 전송, 처리 등에서 사용됩니다. 부호화는 다양한 분야에서 다양한 목적으로 적용될 수 있으며, 각 분야마다 다양한 부호화 방법이 존재합니다. 부호화는 일련의 규칙 또는 알고리즘을 사용하여 데이터를 특정 형식으로 변환하는 과정입니다. 이를 통해 데이터의 표현을 압축하거나, 오류 검출 및 정정, 보안 강화, 효율적인 데이터 전송을 위한 인코딩 등을 수행할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 부호화 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다

 

1) 압축 부호화

데이터를 압축하여 저장 공간을 절약하거나 전송 대역폭을 줄이는 방법입니다. 대표적으로 허프만 부호, Lempel-Ziv-Welch(LZW) 알고리즘이 사용됩니다. 오류 검출 및 정정 부호화: 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 검출하고 정정하기 위한 부호화 방법입니다. 해밍 부호, CRC(Cyclic Redundancy Check) 등이 사용됩니다.

 

2) 암호화 부호화

데이터의 보안을 위해 암호화를 수행하는 부호화 방법입니다. 대표적으로 대칭키 암호체계(AES, DES)나 공개키 암호체계(RSA, ECC) 등이 사용됩니다. 데이터 형식 변환 부호화: 데이터를 다른 형식으로 변환하는 부호화 방법입니다. 예를 들어, ASCII부호로 인코딩 된 문자열을 유니코드로 변환하는 것이 해당됩니다. 부호화는 원하는 목적과 필요에 따라 선택되며, 특정 애플리케이션의 요구사항과 제약사항을 고려하여 적절한 부호화 방법을 선택하고 적용해야 합니다.

 

 

2. 영상전송을 위한 부호화

실제 영상신호를 압축하는 부호화의 종류와 방법에 대해 알아 보겠습니다.

 

1) 무손실 압축

CCD에서 만들어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 후 기록할 때 변경이나 수정을 하지 않고, 있는 그대로 많은 양의 정보를 모두 압축하기 때문에 복원하면 압축 전 데이터와 정보의 양이 일치하는 방법입니다. 그러나 이 방법은 화질은 좋지만 정보의 양이 많아, 기록매체의 용량이 커져야 하는 단점이 있습니다.

 

2) 손실압축

손실 압축방식은 데이터의 중복성을 줄이고 변화하는 정보의 양만을 기록하는 방식을 사용함으로 압축률을 올 릴 수 있습니다. 즉 손실압축이란, 두 장의 화면을 매우 비슷한 정보를 공통적으로 가지고 있다는 특성을 이용하는 것이며 디지털 사진이나 tv 등의 영상이미지 압축에 많이 사용되는 방식입니다.

 

•  공간적 중복성 이용

정지영상을 압축하는 JPEG 압축방식에서 사용하는 방식이며, 동영상에서는 사용하지 않는 방법입니다. JPEG라는 용어는 컬러 정지영상의 데이터 압축기법의 표준안을 제장한 단체의 줄임말입니다. H261과 함께 MPEG방식의 기초가 되는 컬러 정지영상의 압축표준이며 1988년에 완성되었습니다.

 

 

• 시간적 중복성

이용 주로 동영상을 압축하는 MPEG방식에서 대표적으로 사용하는 방법입니다. 카메라는 고정되어 있고 주 피사체만 움직이면, 주피사체에 대한 움직임의 정보만을 기록하는 방식입니다. 즉 움직이지 않는 배경의 정보는 변화하는 양이 작아 인접한 프레임끼리는 서로 비슷하기 때문에 변화하는 양만을 기록하는 방식이므로 기록하는 정보의 양을 줄일 수 있습니다. 즉 화면과 화면사이에 존재하는 시간적인 차이에 의해 정보가 중복되어 나타나는 정보를 축소하는 것이므로 이를 시간적 중복성이라 합니다.

 

• 통계적 중복성 이용 공간적,

시간적 중복에 의해 만들어지는 정보 양의 차이가 발생하는 빈도를 통계로 만들어내고, 그 주기를 조절하는 것입니다. 즉 1차적으로 압축을 하고 2차적으로 또다시 압축을 하여 전체적인 정보의 양을 줄이는 방법입니다.

 

---

부호화를 통한 영상신호 전송과 방법에 대해 알아보았습니다. 한 가지 방법이 아닌 다양한 방법으로 압축을 통해 용량을 줄이며 품질을 높이는 방법을 사용하고 있습니다. 전송의 효율성 개념을 파악하시고 이해하기 바랍니다.