비디오 압축 표준은 ITU-T와 ISO/IEC 두 단체를 양 축으로 표준화 작업이 이루어지고 있는데, 그 중에서 ITU-T 의 recommendation은 주로 video-conferencing이나 video-telephony 같은 Real-Time video communication 을 위해 디자인 되었고,  ISO / IEC 가 채택한 MPEG-X (MPEG-1, MPEG-2 and MPEG-4) 표준은 대부분 storage나 broadcast 또는 streamming (video over Internet, video over Wireless) 등에 적합하도록 디자인 된 특징을 지니고 있다. 지향점이 상이한 연유로 대부분의 표준화 작업에서 H.262 / MPEG-2 와 같은 예외적인 표준화 작업을 제외하고는 두 단체는 독립적이고 상이한 표준화 작업을 진행시켜 나가고 있다.

[H264]/AVC(이하  H.264)는 이러한 배경 속에서 ITU-T 와 ISO/IEC 가 함께 표준화 과정을 진행시켜 얻어낸 새로운 비디오 압축 표준으로  video application 의 모든 영역 ( DVD, digital cinema, low bit rate wireless application 등)에의 적용이 가능한 상당 수준의 성능의 개선이 이루어진 새로운 표준안이다.



[H264]는 주목할 만한 아래와 같은 몇 가지 탁월한 성능의 개선을 보이고 있다.



1) 대부분의 Bit-Rates 에서 50% 이상의 압축률의 향상

         - H.263v2 (H.263+) 혹은 MPEG-4 Simple Profile 와 비교했을 경우, [H264] 의 경우 동일 조건에서 대부분의 Bit-Rates에서 50%이상 비디오 압축효율이 향상

2) 고품질의 영상 제공

          - Deblocking Filter, 1/4 Pixel Motion Vector 사용으로 고품질 서비스가 가능

3) 에러 복원 기능 강화

          - Multiple Reference / SP/SI Frame 사용 등으로 개선된 Error Resilience

4) 네트워크 이식성 향상

            - Network Adaptive(Abstraction) Layer [NAL] 채택으로 [H264]bit stream은 여러 다양한  Network를 통해 쉽게 전송될 수 있다.



[H264]: Next Generation Video Coding
by Tim Root (CTO at Polycom)


2003년 5월 30일 - ITU는 많은 사람들의 관심을 끌어온 새로운 영상 압축 알고리즘인 [H264] 권고안을 공식적으로 비준했다. [H264]은 그 동안 사용되어 온 압축 알고리즘에 비해 대단히 큰 압축 효율성을 제공한다. 사용자들은 기존 대역폭의 절반 정도에서 같은 정도의 화질을 기대할 수 있게 되었다. 또한 H.264는 고성능 레벨에서 상호 연동을 증진시키는 등의 중요한 개선점과 강력한 에러 복구 기능 등을 제공함으로써 네트워크 상태가 좋지 못할 때에도 화상회의가 계속될 수 있도록 해 준다.



# A brief history of [H264]

ITU 내 화상기술 표준 연구 집단에서 시작된 H.264에 대한 토의는 8년 전 이상으로 거슬러 올라간다. 그들은 컴퓨터 관련 파워와 메모리 가격이 미래에는 가격이 급락하여 비디오 압축 성능이 올라가게 될 것으로 믿었다. 이러한 토의가 ITU VCEG(비디오 코딩 전문가 그룹)하의 ITU “H.26L”프로젝트가 되었고, 2001년 12월에는 Joint ITU/ISO Video Team(JVT)하에서 MPEG과 공동 작업이 되었다. 그 결과는 [H264]표준(“H.26L”, “JVT” 코덱, ISO/IEC 14496-10, MPEG-4 Part 10, 그리고 MPEG-4 AVC 라고도 알려진다)이 되었다. 이 표준안을 위해 Polycom, Microsoft, Nokia, Real Networks 등이 참여했다.

# Benefits to videoconferencing

H.261이나 H.263같은 기존의 화상 압축 알고리즘은 고화질을 유지하기 위해 넓은 네트워크 대역폭이 필요했다. 화질에 영향을 주는 두 가지 중요한 요소는 Frame 속도와 해상도이다. 화상회의 시스템은 제한된 용량을 가진 통신 채널을 통해 상대편쪽으로 화상을 전달해야 한다. 이러한 통신 채널은 대개 에러 없는 전송을 제공하지는 않는다. 따라서 고화질의 화상 신호는 전송 에러에 견뎌내어야 한다.

일반적으로 이러한 통신 채널은 화상 신호의 전체 정보 속도를 수용할 수 없기 때문에, 화상회의 시스템은 필연적으로 화상 신호를 압축하여 제한된 채널 속에 넣게 되고 이것은 결국 최초 신호 구성의 일부를 잃게 될 수도 있다. 일반적으로 신호 압축이 많으면 많을수록 신호가 감쇄가 더 많이 발생할 가능성이 높아지는 것이다. 채널이 상대적으로 제한된 용량이 작아 압축율이 높아질 때, 압축율을 낮추기 위해 해상도를 줄이고 전반적인 이미지 감도를 높이는 것이 필요할 수도 있다. 그래서 우리가 인식하는 화질은 채널의 속도와 관련이 있게 된다.

[H264]비디오 압축은 사용자들이 동일한 대역폭에서도 향상된 화질을 경험하거나 종전 대역폭의 절반 속도에서도 같은 화질을 제공한다. 예를 들어, 768Kbps 의 고화질에 익숙한 사용자들은 이제 384Kbps 대역폭에서도 같은 효과를 가질 수 있다. 이것은 결국 다음과 같은 이점을 갖게 된다: 기존의 커뮤니케이션 환경을 더 효율적으로 사용하여 업무용 화상회의에 접근성과 가격 효율성을 증가시킨다.

덧붙여서, [H264]의 profile structure -압축 기술의 조합-는 더 단순해졌다. H.263에는 가능한 조합이 백만개 이상이었는데, 다른 벤더간 구현에서는 단지 기본 모드만 사용하곤 했다. H.264는 세 개의 profile 을 다루는데 이는 기본, 메인 그리고 확장이다. 기본 profile 은 강력한 에러 복구 툴을 제공하고 low latency coding 이 가능하여, 저대역폭에서 화상회의 데이터를 전송하는데 특히 인터넷과 같은 역동적인 네트워크에 필요하므로 화상회의 어플리케이션에는 이상적이다. 메인과 확장 profile 은 방송 TV와 DVD와 같은 방송용 비디오에 사용될 예정이다.

[H264]사용자들이 갖는 세 번째 이점은 네트워크 에러시 향상된 성능을 볼 수 있다는 점이다. 즉, 네트워크 에러 때문에 화상 데이터에 손실이 있었을 때에도 화상이 완전히 끊어지는 대신 화질의 약화만 가져온다는 것이다.
  
H.263을 채택한 기존의 화상회의 코덱과 비교했을 때, 이점은 분명해진다.  H.263 화상회의 사용자들이 150Kbps 대역폭이 필요한 것에 반해, [H264]에서는 50Kbit 만 있으면 동일한 화질을 경험할 수 있다.

기술적인 견지에서 보면, H.261, MPEC-2, MPEC-4 part 2(예전에는 MPEG-4), H.263 및 [H264]는 모두 block motion 보상과 변형 기반의 코덱이다.

[H264]는 부가된 특징과 기능을 통해 더 높은 압축 효율을 제공한다. 부가된 기능들은 quarter-sample motion 예측 정확도, 일곱 개 모션 보상 모드, 다양한 레퍼런스 프레임, 효율적인 엔트로피 엔코딩, 그리고 예측적인 인트라 인코딩이 있어 앞의 표에서 본 것처럼 저대역폭에서도 높은 화질을 기대할 수 있다.

# [H264]Applications

인터넷상에서의 스트리밍 비디오, 무선 비디오, 디지털 위성, 디지털 케이블, DVD TV 시스템, 낮은 대역폭에서의 화상회의 등은 H.263 비디오에서는 구현하기 힘들었던 어플리케이션이었다. [H264]에서 압축율 성능이 좋아지면서 이러한 어플리케이션이 저렴한 가격에서 보다 나은 품질을 제공하게 될 것이며, 또한 새로운 어플리케이션을 창출하게 될 것이다. [H264]는 고품질 화상 커뮤니케이션의 확산을 이끌 중요한 발전이고, 이 기술을 이용하는 새로운 화상 어플리케이션을 낳게 될 것이다.

# Limitations to Consider

[H264]의 당면 과제는 그 확산이다. 화상회의 업계는 [H264]비디오, 시그널링 및 전송 프로토콜 등을 end-to-end 준수를 보장함으로써 이점을 얻을 수 있다. 화상회의 장비 업체의 연동 테스트 및 계속적인 고객 만족 등 백업 방안 없이는, 표준 준수를 한다고 해서 완전한 연동을 보장하는 것은 아니다. 실제로, 업계는 해마다 열리는 행사에서 만나 접속 단말과 인프라스트럭처 장비간 연동 테스트를 자체적으로 하고 있다. 이러한 미팅 덕택에 여러 종류의 화상회의 장비간 완전하고 더 나은 연동성이 가능하다.

# Concluding Thoughts

[H264]는 예전에는 서로 달랐던 컨슈머 화상과 통신 화상 시장을 통합할 잠재력을 갖고 있다. 만약 H.264가 기대한 만큼의 확산이 된다면, 폴리콤 화상회의 시스템에서 시작된 화상회의가 휴대 Movie Player, 케이블 세톱 박스를 통한 TV, 또는 캠코더에서 재생될 수도 있을 것이다. 이것은 3G 이동전화가 화상회의, 케이블 TV로 공급될 수도 있다는 것을 의미한다. 이것이 실제로 발생한다면, 비디오의 가능성과 가치는 무궁무진하게 되는 것이다.