현재 IP 비디오의 세계에서 우리는 IP 카메라, 비디오 서버, 관리 소프트웨어, 네트워크화된 디지털 비디오 녹화기(DVR, NVR) 부문에서 엄청난 성장을 보여주고 있다. 특히 경제적, 사회적, 정치적 이유들로 인해 향후 수 년 동안 지속적인 성장을 할 것으로 마케팅 담당자들은 내다보고 있다.
이 모든 IP 비디오 제품들은 비디오를 처리하는 일종의 디지털 압축에 기초하고 있다. 압축 필요성은 분명하다. 적정한 품질의 비압축 비디오는 초당 약 108mb정도로 이러한 비디오 압축이 없이는 IP 비디오 감시도 없다고 해도 과언이 아니다.
압축 알고리즘
1990년대 초반에 원래의 JPEG 표준이 도입되었고, 수많은 JPEG 영상 이미지들을 HTTP를 통해 혹은 RTP를 이용하여 순차적으로 전송함으로써(25~30개의 영상 이미지) 수신 받는 쪽에서는 움직이는 그림들을 얻을 수 있었다. 그리고 지난 수 년 동안 MPEG-2(1995), MPEG-4(1999) 그리고 H.264(2003) 같은 압축 신기술이 꾸준하게 발달했다.
MJPEG
MJPEG는 가장 많이 사용되는 코덱으로 낮은 프로세서 부하, 편집의 용이성, 기존의 JPEG 알고리즘이나 라이브러리를 이용하는 개발업체의 설치의 용이성, 높은 호환성 등의 장점을 갖고 있다. 단점은 새로운 신기술의 발전된 압축 알고리즘에 비해 상대적으로 비트 레이트가 높다는 것이다.
MPEG-2
MPEG-2는 방송과 미디어 환경에서 광범위하게 사용된다. 방송위성 연결, DVD, 디지털 방송(DVBT) 등은 모두 MPEG-2에 기반하고 있다. MPEG-2는 안정적인 알고리즘이며 초당 4Mb에서 초당 10Mb까지의 비트 레이트에 아주 적합하다. 다만 낮은 비트 레이트에서 MPEG 가공물(블로킹)은 매우 잡음이 심하다.
MPEG-4
초기에 MPEG-4는 낮은 비트 레이트의 비디오 커뮤니케이션을 주로 그 목적으로 했다. MPEG-4는 초당 몇 Kb에서 초당 6Mb까지 다양한 비트 레이트에서 효율적으로 작동한다. 이는 MPEG-2에서 동일한 화질과 비교해 약 반 정도의 비트 레이트를 필요로 한다. 또한 낮은 비트 레이트에서 MPEG-4는 비디오 영상에서 점진적이고 완만한 성능 저하가 일어난다. 이 압축 가공물은 훨씬 ‘수용하기에 적절한’것으로 간주된다.
H.264
AVC(진화된 비디오 코덱) 혹은 MPEG-4 파트10으로 알려진 H.264는 수많은 새로운 기능들을 함유하고 있으며 이로 인해 이전의 표준들에 비해 훨씬 더 효과적으로 비디오를 압축할 수 있다. H.264는 다양한 애플리케이션 환경에서 이전의 다른 어떤 표준들보다 더 뛰어난 성능을 발휘한다. 이것은 처리 능력이 문제가 되지 않는 방송용으로 개발되었다. 최근 DSP의 제한적인 처리능력 때문에 H.264 표준에서 대부분의 요소들은 사용할 수 없다. 이런 이유로 해서 고품질의 H.264 인코더는 전용 하드웨어 가속과 결합되는 ASIC 혹은 DSP에 기반하고 있다.
압축 가공물과 영상 성능 저하와 관련하여 H.264 표준에는 많은 노력이 기울여졌다. 인간의 육안에 MPEG 가공물을 숨기는 특수한 조치들이 선택된다.
영상 화질(CCTV)
MJPEG의 영상 화질은 데이터 전송률에 직접적인 영향을 받는다. MJPEG에서 완전한 프레임 레이트에서 적정한 질의 그림을 얻기 위해서는 비트 레이트가 초당 10Mb 이상이 되어야 한다. 좋은 화질, 완전한 비트 레이트일 때 완벽한 해상도 그림들은 H.264는 2Mb/s에서, MPEG-4는 4Mb/s에서, MPEG-2는 6Mb/s에서 얻어진다. 적정한 수준의 화질을 위해서 H.264는 500kb/s가 필요하고, MPEG-4는 1Mb/s가 필요하고 MPEG-2는 약 3Mb/s가 필요하다.
어떤 것을 선택할 것인가?
MJPEG
앞서 말한 바와 같이 MJPEG 인코딩과 디코딩 모두에서 많은 CPU 부하량을 필요로 하지 않으며, 비교적 일정 수준의 정보처리 상호 운용성을 확보하고 있다. 정지 화면(JPEG)이나 영상의 연속(MJPEG)은 FTP나 이메일로 보낼 수 있고, MMS에 의해서도 전송되며, HTTP를 이용하여 그 장치에서 끌어낼 수도 있다. 또한 가정이나 산업 현장의 거의 모든 PC는 암호화 된 JPEG/MJPEG 영상을 재생할 수 있다. 다만 MJPEG는 실시간 재생이나 지속적인 녹화용으로 사용되지는 않으며, 사건 중심의 스틸이나 다른 애플리케이션에 전송을 위한 짧은 경보 추적에 이상적이다. 대부분의 저가 IP 카메라는 MPEG-4 다음으로 MJPEG를 사용한다.
MPEG-2
움직임이나 해상도에서뿐만 아니라 영상화질과 대기가 중요한 경우, 그리고 대역폭이 문제가 되지 않는 경우에서 필자라면 MPEG-2를 우선적으로 선택할 것이다. 초당 8Mb서만 I-프레임으로 운영하는 것이 모든 조건에서 최상의 화질을 확보할 수 있다. 그리고 이러한 영상들은 P-프레임과 관련하여 최근 미국 법원에서 일어났던 의심들에도 굳건히 견딜 수 있다. MPEG-2의 사용은 특허권으로 보호된다. 모든 인코더와 디코더의 경우에 라이선스 비용을 지불해야 한다.
따라서 MPEG-2는 실시간 재생에 이상적이며, 특히 특정한 임무(사건 관리, 철도 등)가 중요한 애플리케이션에 이상적이다.
MPEG-4
대역폭이 제한적일 때(인터넷, WAN 혹은 스토리지) MPEG-4는 MPEG-2보다 낮은 비트 레이트로 훨씬 더 선명하고 매끄러운 영상을 확보할 수 있다. D1에 대해서는 초당 4Mb 이하에서, CIF에서는 초당 64kb 미만까지 가능하다.
간단히 말해 MPEG-4는 낮은 대역폭 매체(웹)를 통한 저장과 실시간 스트리밍 비디오에 이상적이다.
H.264
H.264에 적합한 비디오 서버, DVR, IP 카메라가 아직은 많지 않다. H.264의 장점은 디스크 공간을 절약하기 위해 활용된다. 일부의 경우 하드웨어 인코딩은 보다 좋은 성능을 발휘하므로 MPEG-4의 비트 레이트의 반 정도로도 높은 화질의 영상이 확보된다. H.264는 높은 화질(720p 혹은 1080p 고해상도 TV와 메가픽셀 카메라)과 낮은 대역폭 애플리케이션을 위한 미래의 약속으로 간주된다. 그러나 MPEG-4와 마찬가지로 이 표준은 다양한 변동을 가능케 하여 정보처리 상호 운용성이 하나의 문제가 될 수 있다.
선택의 여지가 있다는 것이 힘
요약하자면 각각의 압축은 특정한 용도에 맞게 최적화되어 있다. 현재까지 모든 CCTV 혹은 비디오 감시 애플리케이션에 대해 완벽한 승자, 최고의 압축 알고리즘은 없었다. 일부의 경우에서는 설치된 기반이 특정한 알고리즘의 사용을 결정하며 제품 선택을 제한하기도 한다. 따라서 비디오 서버 혹은 IP 카메라는 가장 일반적인 형식으로 부호화할 수 있어야 한다. 여러분의 PC에서 그래픽 프로그램이 ESP, GIF, BMP, JPEG, 혹은 TIFF 파일을 생성할 수 있는 것과 같은 이치이다. 결국 ‘전투’에서 승자가 되는 것은 선택의 여지가 있는 힘이 될 것이다.
<글 : Peter de Konink, Product Manager Optelecom-NKF(www.optelecom-nkf.com)>
[월간 시큐리티월드 통권 제161호(info@boannews.com)]
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