JPEG 2000 - 프로덕션에서 보관까지 신뢰할 수 있는 비디오 품질

디지털 시네마 산업이 공식적으로 채택된지 몇 년이 지난 지금 JPEG 2000은 다양한 산업 이니셔티브 및 표준을 통해 방송산업에서 권장되고 있습니다. 그리고 : JPEG위원회는 전용 방송 프로파일의 출판을 발표하기 직전입니다. 비디오 서비스 포럼의 임박에 따라 MPEG-2-TS를 통한 JPEG 2000 전송이 표준화되고 있습니다. 최근에 여러 제품 제조업체가이 형식의 이점을 홍보하는 JPEG 2000 Alliance를 구성했습니다. 마지막으로, 아카이빙 이니셔티브는 오늘날 압축되지 않은 TIFF를 포함한 다른 형식보다 미래 세대의 시청각 유산을 저장하는 데 JPEG 2000을 선호합니다. 

이 모멘텀 뒤에는 타당한 이유가 있습니다. 최근 몇 년 동안 비디오 압축 형식의 역할이 근본적으로 바뀌 었습니다. 전송 품질 및 수량이 증가함에 따라, 그리고 전송 및 저장 용량이 증가함에 따라 더 이상 콘텐츠를 강력하게 압축하는 기능이 크게 중요하지 않게 되었습니다. 오늘날 과제는 전체 워크플로우에서 컨텐츠의 품질과 컨텐츠에 대한 액세스를 관리하는 것입니다. 

MPEG-4 AVC / H.264와 같이 JPEG 2000보다 우수한 압축 비율을 제공하는 형식은 여전히 이동성, 공유 네트워크 및 무선등이 주요 환경으로 남아있는 까다로운 소비자 상황에 대처해야합니다. 오늘날의 전문 방송사는 JPEG 2000이 제공하는 것과 같이 획득 및 제작에서 배포 및 보존에 이르기까지 안정적인 이미지 / 비디오 품질을 보장하고 유지하기 위해 본질적인 이미지 저하를 피하는 것을 선호합니다. 

첫째, JPEG 2000은 인트라 프레임 압축 형식입니다. 즉, 각 비디오 프레임은 스틸 사진으로 독립적으로 압축됩니다. 이것은 품질 보증을 제공하지만 강력한 압축 계수에 대한 장벽을 만듭니다. 다시 말하면, 그것은 모두 어떤 형식을 기대하는지에 달려 있습니다. 예를 들어, 압축의 목적이 본질의 분배이고 추가 편집이 예상되지 않는 경우, 일반적으로 long-GOP MPEG이 선호됩니다. 그러나 목적이 프로덕션인 경우 I-only 압축 형식이 이상적입니다. 

주로 컬러 상관 해제 (color de-correlation)를 처리하는 전처리 단계 후에 비디오 프레임은 재귀로우 (recursive low : L) 및 하이 (high : H) 패스 웨이블릿 필터를 통과합니다 (그림 1 참조). 이 프로세스를 이산 웨이블릿 변환 (DWT) 이라고 합니다. 이는 작고 매우 국소화 된 영역에 이미지 정보를 집중시켜 이미지를 재구성하는 구성요소내 (intra-component) 상관 해제에 해당합니다. 재귀 DWT는 또한 다중 해상도 이미지 표현으로 이어집니다. 다음으로, 데이터는 엔트로피 코딩 유닛에서 양자화 및 인코딩된다. 양자화와 코딩은 등급화 최적화에 따라 코드 스트림을 구성하기 전에 압축을 달성합니다. 

픽셀 블록으로 사전 분해하지 않고 전체 프레임이 전체적으로 압축된다는 것을 강조할 필요가 있습니다. 일부에서는 낮은 비트 전송률의 인공물이 DCT 기반 코딩 방식의 잘 알려진 차단 효과보다 시각적으로 훨씬 더 수용 가능하며 주관적으로 들릴 수 있다고 생각합니다. 

마지막으로, 출력된 JPEG 2000 코드 스트림은 데이터의 적절한 패킷 화를 통해 색상 구성 요소, 해상도 (DWT를 통해), 품질 (속도 왜곡 최적화를 통해) 및 공간 영역 등 여러 차원에 따라 본질적으로 확장 가능한 구조를 제공합니다.

오늘날 업계의 중요한 요구 사항은 기존의 모든 플랫폼에서 컨텐츠를 사용할 수 있는 광범위한 전송 형식과 호환되는 고품질 마스터입니다. 여기에는 연결된 프로세스로서 인제스트(ingest), 트랜스코딩, 캡션, 품질제어 및 오디오 트랙 관리가 포함됩니다. JPEG 2000은 이러한 고품질 중간 서비스 마스터 형식의 모든 필수 기능을 표시합니다. : 

• 품질 : 높은 품질은 프로덕션 공정 전반에 걸쳐 유지됩니다. 

• Bit depth : JPEG 2000은 10비트 이상의 형식입니다. 

• 아티팩트 블럭 없음.

• 확장성: 이것은 “다목적을 위해 한 번 창조하라”는 약속을 지니고있다. 

• 쉬운 편집 : 최고 비트 전송률에서도, 고유한 유연성으로 인해 제한된 수의 전체 비트 전송률 실시간 비디오 트랙으로 오늘날의 랩톱 및 워크 스테이션 편집 시스템에서 매우 유용하게 사용할 수 있습니다. 컴퓨팅 하드웨어가 향상됨에 따라 실시간 계층의 수는 증가할 수 밖에 없습니다. 

• 인트라-프레임 코딩 : 프레임간(인터-프레임) 예측을 위해 이전(P) 또는 미래(B) 프레임을 참조하는 모션 보상 기반 압축 방법과 달리, 인트라-프레임 JPEG 2000을 사용하면 어느 곳에서나 비디오 신호를 절단할 수 있습니다. 

• 쉬운 트랜스코딩: 고급 응용 프로그램의 경우 중간 버전으로 트랜스코딩하면 워크플로우가 향상될 수 있습니다. JPEG 2000의 이의를 제기할 수 없는 압축 아티팩트는 비트 전송률이 매우 높을 때 깨끗하고 빠른 작동을 보장합니다. 100Mbit/sec에서 올바르게 트랜스코딩된 1920x1080 JPEG 2000 파일은 대부분의 시청자가 2048x1556 2K 원본과 주관적으로 구별 할 수 없는 것으로 밝혀졌습니다. 또한 웨이블릿 기반 JPEG 2000 압축은 최종 DCT 기반 브로드 캐스트 형식을 방해하지 않습니다.

HDTV 및 3D-HDTV 로의 이동을 고려할 때 위성 또는 파이버 채널을 통한 컨트리뷰션 여부에 관계없이 압축이 여전히 필요합니다. 다시 한 번, 압축의 필요성은 고품질에 대한 요구와 함께 대두되고 있으며, 이에 대부분의 컨트리뷰션 시스템 제공 업체는 JPEG 2000을 사용하게 되었습니다. 2009 년에 MPEG-2-TS를 통한 JPEG 2000 스트림의 유연한 캐리지 표준화가 시작되었습니다. 이것은 향후 MPEG-2-TS 표준 개정에 필요한 모든 식별자와 필드 설명자를 정의합니다. 이 작업은 곧 발표될 새로운 표준 JPEG 2000 브로드 캐스트 프로파일을 따릅니다. 비디오 전송에 JPEG 2000을 사용하는 데 유리한 다른 주요 기능은 다음과 같습니다. 

• 매우 낮은 대기 시간 : 라이브 TV contribution에는 대기 시간을 줄이는 것이 중요합니다. 움직임 보상의 경우, 픽처는 전체 픽처 그룹(GOP)의 크기와 관련된 결과적인 레이턴시를 갖는 과거 및 미래 픽처를 참조하여 인코딩됩니다. JPEG 2000 압축은 인트라-프레임 특성으로 대기 시간이 줄입니다. 평균적으로 JPEG 2000은 인코딩 또는 디코딩을 위해 1.5 프레임 미만의 대기 시간을 생성합니다. 일부 구현은 전체 인코딩 디코딩주기에 대해 하나보다 적은 프레임을 제공합니다. 

•인코딩/디코딩 반복 작업을 해도 일정한 품질 유지 : JPEG 2000은 여러 압축 단계 후에도 품질을 유지하며 (그림 2 참조) 픽셀 이동에 강합니다. 그림 2 : JPEG 2000은 여러 세대의 인코딩 및 디코딩 후에도 동일한 수준의 품질을 유지합니다. 

Three technical advantages of using JPEG 2000 for audio-visual archiving are usually stressed: 

• 진정한 무손실 압축: 정확한 원본 이미지 정보를 복구할 수 있도록 하면서 평균 50%의 스토리지 요구 사항을 줄일 수 있습니다. 

• 확장성: 프록시 추출, 효율적인 브라우징, 검색, 트랜스 코딩 및 스트리밍 허용. 

• 오픈 스탠다드 : JPEG 2000 표준은 모든 해상도, 색상 깊이, 구성 요소 수 및 프레임 속도를 지원합니다. 또한 기술적이지 않은 또 댜른기능으로 JPEG 2000은 장기 프로젝트에 더욱 매력적입니다. 라이센스 및 로열티가 없습니다.  

JPEG 2000은 마스터 형식, 컨트리뷰션 형식 또는 아카이빙 형식과 같은 방송 제작 워크플로우에 이상적인 여러 가지 유리한 기능을 제공합니다. 주요 강점에는 고품질 비디오 품질, 무손실 압축, 짧은 대기 시간, 전송 오류에 대한 견고성, 확장성과 인코딩 및 디코딩 생성을 통해서도 일정한 품질 보장 등이 포함됩니다. 모션 보상 기반 방법(예: MPEG 제품군)은 최종 소비자에게 콘텐츠를 최종적으로 보급하기 위한 편리한 솔루션이며 앞으로도 그렇게 사용될 것입니다. 보완적으로 JPEG 2000은 생산 워크플로우의 전문적인 관리를 위한 필수 표준으로 빠르게 자리잡고 있습니다. JPEG 2000은 모든 해상도, 색상 깊이, 구성 요소 수 및 프레임 속도를 지원하므로 향후 응용 프로그램을 처리할 준비도 되어 있습니다.