멀티미디어 개론

오디오/비디오를 위한 네트워크 요구조건

오디오나 비디오 응용의 경우 송신되는 데이터가 라이브(live)인지 이미 저장(stored)되었는지는 중요하지 않다. 데이터 전송의 경우는 두 경우가 동일하며 중요한 것은 수신측의 특성이다. 사람은 오디오나 비디오에 대해 보통, 일반 데이터보다 높은 에러율을 허용하더라도 일반 데이터보다 더 엄격한 전송 지연을 요구한다. 인간의 눈은 여러 정보를 읽어서 통합하여 정보를 인식하고(integrator), 귀는 정보의 차이를 감지하는 역할(differentiator)을 한다. 따라서 인간은 시각보다는 청각의 변화에 더 민감하며 한 네트워크에 오디오와 비디오를 같이 전송할 때, 오디오 스트림이 더 높은 우선순위를 부여받게 된다.
데이터 스트림이 압축될 때, 일종의 변경 정보를 가지고 있어서 다른 블록의 재구성시 중요한 역할을 하는 블록이 생성되는데, 이러한 블록의 손실은 그 주변의 원래 데이터를 복원할 수 없는 상황을 의미한다. 따라서 오디오나 비디오를 압축할 때는 네트워크의 에러율이 더 낮아야 한다.

오디오의 경우 두 가지 레벨의 음질이 있다. 전화 음질은 64 Kbps의 비트율을 요구하는데 아날로그 신호는 초당 8,000번의 샘플링(sampling) 즉 표본화가 일어나고 각 샘플은 8비트로 인코딩되므로 64 Kbps라는 수치가 나온다. 압축이 사용될 때는 32, 16 또는 4 Kbps의 비트율로도 전화 음질을 낼 수 있다. CD 오디오는 아날로그 신호를 44.1 KHz(초당 44,100번), 16비트 샘플링을 하고, 스테레오 사운드이므로 44.1 * 103 * 16 * 2 = 1,411.2 Kbps 약 1.4 Mbps의 비트율을 요구하며 MPEG의 한 계층인 MUSICAM 기법으로 압축될 경우 192 Kbps의 비트율이면 CD 음질을 낼 수 있다.

비디오의 실시간 전송시 요구되는 비트율은 위의 표와 같이 5개의 화질로 분류된다. HDTV(High Definition TV)는 여러 제안이 있긴 하지만 위 표에서는 고해상도/고프레임율의 경우이다. HDTV가 일반 TV와 구별되는 또 다른 점은 화면의 폭과 높이의 비를 나타내는 종횡비(aspect ratio)로서 일반 TV의 4:3과 달리 그 비율이 16:9이다. 기존의 TV 방송은 아날로그 전송에 기반을 두고 있다. 즉, 반송파(carrier)의 진폭과 주파수를 변조(modulation)함으로써 전송을 하는 것으로 비트를 전송하는 디지털 기술의 개념은 없다. 북미의 NTSC 표준과 유럽의 PAL 표준은 프레임율(frame rate), 프레임당 라인수 등 여러 면에서 서로 다르다. VCR 화질은 방송 TV의 반정도 수준이며 화상회의의 화질은 스튜디오 화질의 디지털 TV의 1/4 정도이며 5내지 10 fps(frames per second)의 프레임율을 가진다.

압축이 비디오 스트림의 버스티성(burstiness)에 끼치는 영향에 대해 알아보자. 아래 그림 (1)에서 보듯 압축되지 않은 비디오 스트림은 일정한 시간 간격(PAL : 40ms, NTSC : 33ms, HDTV : 17ms 등)마다 똑같은 크기의 프레임을 연속적으로 보내고 있음을 알 수 있다. 즉 프레임은 고정된 수의 픽셀로 구성되므로 전체 스트림은 CBR 스트림이다. 압축을 하게 되면 아래 그림 (2)와 같은 VBR 스트림으로 바뀌게 된다. 왜냐하면 압축시 프레임간의 중복성을 제거하는 방법을 사용하는데 모든 프레임이 같은 수준의 중복성을 가지지는 않기 때문이다. 이러한 변화로 네트워크가 일정한 비트율을 유지해야 할 필요성은 없어지나 대역폭이나 지연지터의 보장은 더욱 엄격히 요구된다.