[멀티미디어시스템] 7강 - 1.데이터 압축

데이터 압축 : 더 작은 공간에 효율적으로 기록하는 기술

---

압축 원리

• 데이터에 포함된 중복성 제거
• 데이터의 중복성
  • 통계적 중복성 : 통계적 중복을 제거
  • 주관적 중복성 : 시각 구조를 기초로 눈에 보이는 주관적 중복 데이터 제거
  • 공간적 중복성 : 데이터 간의 상관관계를 이용하여 공간적 중복 제거
  • 시간적 중복성 : 영상 프레임간 차이 등의 시간적 중복 제거

 

데이터 압축 기법

• 손실 정도에 따른 압축 종류
  • 무손실(lossless) 압축 : 가역 압축, 압축된 정보를 다시 되돌릴 때 원본과 같은 상태로 돌아갈 수 있음
  • 손실(lossy) 압축 : 비가역 압축, 손실을 감수하면서 압축하는 방법으로 원상태로 돌아갈 수 없음
  • 혼합(hybrid) 압축 : 무손실과 손실 압축이 함께 사용
• 성질 측면에 따라
  • 엔트로피 압축 : 무손실 압축, 압축 대상의 성질을 고려X
  • 대상 기반 압축 : 손실 압축, 압축 대상의 정보의 특성을 이용하여 압축
• 압축 기법 요구사항
  • 압축/복원은 원 데이터와 큰 차이가 없어야 함
  • 알고리즘이 복잡하지 않아야 함
  • 압축/복원 시 지연 시간이 길지 않게
  • 다양한 데이터를 압축
  • 하드웨어, 소프트웨어적 구현 가능

 

무손실 압축 기법

• 가역압축
• 압축률이 떨어짐. 알고리즘 제한이 많음
• 의료 영상, 설계도면 등 사용

반복길이 코딩 (run lengh coding)

• 자주 반복되는 코드 사용을 억제
• 예) 730000000 > 730n7

허프만 코딩 (Huffman coding)

• 문자의 등장 빈도에 따라 다른 길이의 부호 사용
• 가변 길이 부호화 방법

LZW코딩 (Lempel-Ziw-Welch coding)

• 허프만 코딩을 응용한 기법
• 가변 길이 부호를 사용
• 연속된 문자열에 대한 표를 만들고, 다음에 같은 문자열 발견 시 이 표를 참조
• GIF, TIFF 파일 형식에서 사용

 

손실 압축 기법

• 비가역 압축
• 압축률 높음. 이미지의 경우 품질 저하.
• 압축 알고리즘에 제한이 없음.
• 멀티미디어 분야에서 많이 사용.

변환 기법

• 변환을 통해 다른 영역으로 옮김
• 데이터 구성단위 정보의 개수를 줄이는 기법
• PCM : 가장 기본의 변환 기법.
  • 아날로그 신호 > 표본화, 양자화, 부호화 과정 > 디지털 신호
• 이산 코사인 변환(DCT) : 2차원 행렬로 정의
  • 공간 역역 > 주파수 영역
  • JPEG, MPEG. H.261 등의 부호화에 사용

 

예측 기법

• 이전 정보로부터 다음 정보를 예측하여 오류 정보를 보정해 원래 정보를 복원
• DPCM : PCM을 통해 부호화된 데이터를 압축. 가장 간단한 기법.
  • 직전 정보 값을 이용
  • 진폭 편화가 크면 효율이 떨어짐
• ADPCM : DPCM의 경사 과부하 문제를 해결하는 방안
  • 인접 값과 차이가 크면 단계를 크게, 작으면 단계를 작게 나눔
• 델파 변조 : DPCM 부호화의 특수 형태
  • 직전 값과 현재 값을 차이를 1비트로 부호화
  • 1단계 차이만을 가짐. 급격히 변하지 않는 신호의 부호화에 적합

 

벡터 양자화

• 여러 입력값을 가진 벡터를 간단한 형태로 매핑하는 방법
• 예) 프렉탈 변환
• 음성 부호화에 적합

 

보간 기법

• 픽셀을 띄엄띄엄 전송하고 그 사이 픽셀을 보간 기법을 통해 복구
  • 보간법 : 근사 계산법
• 컬러 샘플링
  • YUV, YIQ컬러 모델 영상에서 유용
  • 컬러 서브 샘플링 : 수직, 수평에서 한 픽셀씩 건너뛰어 서브 샘플링

 

혼합 압축 기법

• 손실압축과 무손실 압축을 함께 사용
• 실제 멀티미디어 데이터 압축에 가장 많이 사용
• 압축 단계
  1. '아날로그 신호 > 디지털 데이터' 데이터 준비
  2. 변환 기법
  3. 양자화 기법
  4.  무손실 압축기법

 

 

 

내용 출처

-      

한국방송통신대학교

"멀티미디어시스템" 강의 및 교재