H.263[MPEG-4], H.264[AVC], H.265[HEVC](3가지 압축기술의 진화적인 접근)

 

[H.263[MPEG-4], H.264[AVC], H.265[HEVC](3가지 압축기술의 진화적인 접근)]

 

 

 

O 영상압축기술은 우리가 매일 보는 TV, 유튜브, 영화의 핵심입니다! 이 자료는 압축의 복잡한 기술을 쉽게 이해할 수 있도록 H.263(MPEG-4), H.264(AVC), H.265(HEVC)의 차이를 정리했습니다. "왜 압축이 필요할까?"부터 "최신기술은 어떻게 발전했을까?"까지, 고화질 영상을 작은파일로 만드는 비밀을 함께 알아보도록 하겠습니다!

O 다만, 본 포스팅에서는 전체적인 이해를 위해서 각 압축 기술의 주요한 기술적 진화에 대한 내용만 다루었으며, 세부적인 기술은 LLM등을 활용하여 검색하시면 더 좋은 결과물과 내용을 알 수 있습니다.

O 영상 압축의 기본 원리는 아래와 같습니다.
   * 영상은 수많은 픽셀(pixel)로 이루어져 있습니다. 예를 들어 4K 영상은 800만 개의 픽셀이 1초에 30번 바뀌는데, 이렇게 큰 데이터를 그대로 저장하면 용량이 엄청납니다!
   * 4K(3840×2160) 60프레임(2160p60) 비디오, 10비트 샘플링, 4:2:2 컬러 서브샘플링시 비압축 신호의 초당 용량은 약1.25GB(약4.5TB/1시간)
   * 4K(3840×2160) 60프레임(2160p60) 비디오, 10비트 샘플링, 4:2:2 컬러 서브샘플링시 XDCAM Class 300(XAVC-I 600Mbps)로 압축된 용량은 초당 약75MB(약270GB/1시간)
   * 이에 압축기술을 사용하여 영상을 저장하고 전송합니다. 압축의 핵심은 아래와 같습니다.
   * 압축의 핵심: 중복 제거
     √ 시간적 중복: 움직이지 않는 배경은 반복 저장하지 않습니다.
          • Inter Prediction: Intra Picture Estimation Analysis, Intra Picture Prediction,
     √ 공간적 중복: 비슷한 색상과 패턴을 묶어 효율적으로 압축합니다.
          • Intra Prediction: Motion Estimation, Motion Compensation

O 세대별 영상 압축 기술 비교
   * H.263/MPEG-4 (1990년대)
      √ 레고블록처럼 나눠서 처리: 16×16 크기의 매크로블록 단위로 영상을 분할합니다.
      √ 단순한 예측: 움직임이 적은 부분은 이전 프레임을 복사하고, 변화가 있는 부분만 저장합니다. (B, P프레임)
      √ 한계: 고화질(HD) 영상에는 화질 저하가 두드러집니다.
    * H.264/AVC (2000년대)
      √ 더 작은 블록, 더 정밀한 예측: 블록을 4×4까지 세분화해 복잡한 움직임도 잡아냅니다.
      √ Intra Picture Prediction: 9가지 방향 예측으로 경계선과 세부 묘사를 개선했습니다.
      √ 고급 필터링: 디블로킹 필터로 블록 경계의 깨짐을 줄입니다.
   * H.265/HEVC (2010년대~)
      √ 큰 블록에서 시작해 상황에 맞게 분할: 64×64 CTU를 기본으로 유연하게 분할(쿼드 트리)합니다.
      √ DST(사인변환): 4×4 블록에 적용하여 에너지를 집중시켜 압축 효율을 높입니다.
      √ Intra Picture Prediction 압축 효율의 대폭적 향상: 35가지 방향 예측으로 더 정확한 예측이 가능합니다.
      √ 고급필터링: SAO 필터로 물결무늬(링잉) 현상을 추가로 제거합니다.
      √ 8K 지원을 위한 병렬처리: 타일(Tile)과 WPP 기능으로 멀티코어 CPU/GPU를 활용해 초고화질 영상을 빠르게 처리하여, 8K 영상도 끊김 없이 재생할 수 있게 합니다.

O 왜 H.265가 중요한가요?
   * 동일화질 기준으로 H.264 대비 50% 비트율 절감
      → 데이터 요금 절약, 버퍼링 없는 스트리밍 가능!
   * 4K/8K 시대의 필수 기술: OTT(Netflix, Disney+), UHD 방송에서 널리 사용됩니다.
   * UHD지상파 전파를 위해서는 ATSC3.0 Head End에서 H.265(HEVC) 엔코더를 사용하여 송출합니다.

O 아래 [그림]과 [표]는 H.263(MPEG-4), H.264(AVC), H.265(HEVC) 코덱의 주요 차이점을 비교 그림과 표입니다. 각 표준의 주요한 기술적 진화 측면에서 정리하였으며, ATSC3.0에 응용되는 H.265 주요기술에 대한 세부내용을 나열하면 아래와 같습니다.

[그림1. Standards of video encoding and decoding technologies]

 

 

[표1. H.263(MPEG-4) vs H.264(AVC) vs H.265(HEVC) 비교표]

 

[그림2. H.263(MPEG-4) Video Encoder Block Diagram]

[그림3. H.264(AVC) Video Encoder Block Diagram]

 

[그림4. H.265(HEVC) Video Encoder Block Diagram]

 

O 끝으로, 영상압축기술은 영화부터 실시간 방송까지 우리 삶을 편리하고 풍성하게 만드는 보이지 않는 힘입니다. H.263 → H.264 → H.265로의 발전은 더 작은 파일로 더 선명한 영상을 가능하게 했고, 앞으로도 AI 기반 압축 기술로 더 놀라운 변화가 예상됩니다.

O 이 자료가 영상압축기술의 매력을 전하는 데 조금이라도 도움이 되길 바랍니다!

 

 

정보통신기술사 김차신