예측 (Prediction)
새로 부호화할 정보가 이전 정보로부터 쉽게 도출 가능하다면 그것을 사용하는 기법이다. 영상 압축에 있어서 인접하는 픽셀값의 차이가 일반적으로 크지 않고, 인접 프레임간의 픽셀값이 큰 차이를 보이지 않는다는 특성을 이용한다. 즉 현재 픽셀값을 기록할 때 직전 픽셀값과의 차이만을 기록하는 것이다. 이러한 방법을 차이(difference)를 의미하는 D를 앞에 덧붙여서 DPCM이라 한다.
DPCM(Differential Pulse Code Modulation)
가장 간단한 예측 압축 기법은 픽셀 레벨에서 이루어지는 DPCM(differential PCM)이다 DPCM에서는 직전 픽셀과 비교하여 둘 사이의 차이만을 전송하는 것이다. 이웃한 픽셀들은 종종 동일하기 때문에 또는 이웃한 픽셀들 사이의 차이가 적을 확률이 높기 때문에 새로운 픽셀값 전체를 전송하는 것보다 더 적은 비트를 가지고 안전하게 전송할 수 있다.
예를 들어 8비트 픽셀을 압축할 때 우리는 차이값으로 4비트만 사용하는 경우 이웃한 픽셀들 간의 16단계 이상의 변화가 없는 한 문제가 없게 된다.
델타 변조 (Delta Modulation)
델타 변조방식은 DPCM 부호화의 특수한 형태이다. 델타 변조 방식은 직전값과 현재 값의 차이를 단지 1비트로 부호화한다. 즉, 직전의 신호보다 현재 신호의 진폭이 작으면 0으로 코딩하고, 직전의 신호보다 현재의 신호의 진폭이 크면 1로 코딩하는 방법이다. 따라서 신호의 차이는 이진(binary)값이고, 신호값은 직전의 값보다 1단계 증가하거나, 1 단계를 감소한다. 단순히 1단계 차이만을 가지기 때문에 델타 변조는 표본화 속도에 대해 값이 급격히 변하지 않는 신호의 부호화에 적합하다. 바꾸어 말하면 저주파 신호에 적합하다. 아래의 그림에서와 같이 신호가 급격히 변하는 부분의 신호에 있어서는 1단계만으로 표현할 수 없기 때문에 그 신호를 표현하는데 있어서 제대로 나타내지 못하여 경사 과부하 잡음이 발생하며, 양자화 과정에서도 양자화 잡음이 발생하는 것을 알 수 있다.
ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation)
DPCM에서처럼 예측값을 상수로서 사용하지 않고 표본으로 삼은 신호의 짧은 구간에 따라 예측 값을 동적으로 결정하여 그 값을 사용하고, 그 값과의 차이를 부호화 하는 방식이다. 따라서 적합한 추정치를 사용하며, 실재값을 부호화하거나 저장하기 전에 양자화 과정을 거친다.
예측 기법의 문제점
예측 압축 기법에 있어서 가장 심각한 문제점은 압축된 비트스트림에 에러가 발생한 경우이다. 각 픽셀는 이전의 픽셀에 의존하므로 하나의 잘못된 픽셀값으로 인해 복원할 때는 그 픽셀 이후의 많은 픽셀값들을 부정확하게 할 것이다. 하나의 픽셀정보의 에러는 PCM영상의 방식에서는 많은 문제를 유발하지 않지만 DPCM에서는 하나의 픽셀 정보 에러가 영상을 가로지르는 라인 에러(즉, 계속되는 라인사이에서도 발생할 수도 있다.)가 될 수 있다. 따라서 예측 압축 기법을 사용하기 위해서는 에러 회복을 할 수 있는 메카니즘이 수반되어야 한다. 에러 방지를 위한 가장 일반적인 방법은 주기적으로 재시작하는 것이다. 즉, 각 스캔 라인 또는 각 프레임의 시작시에 재시작하는 방법을 사용한다.
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