2023년 10월에 업데이트된 기사
우리 압축 기술 전문가인 Antonin Descampe와 이야기 해 봅시다!
Antonin Descampe는 intoPIX의 공동 창립자이며 2005년부터 JPEG 위원회의 주요 회원입니다. 그는 JPEG XS 기술이 다른 코덱과 어떻게 다른지, 그리고 다른 기존 코덱과 비교하여 JPEG XS 의 장점이 무엇인지 설명합니다.
JPEG XS는 무엇이며 JPEG 2000, Motion JPEG 및 다양한 MPEG 표준과 어떻게 다릅니까?
JPEG XS와 JPEG, MPEG 또는 기타 표준화 위원회의 기존 코덱 간의 주요 차이점은 압축 효율성이 주요 대상이 아니라는 것입니다. 다른 코덱은 대기 시간이나 복잡성을 무시하고 주로 압축 효율성에 초점을 맞추는 반면, JPEG XS는 "어떻게 압축되지 않은 비디오를 궁극적으로 대체할 수 있습니까?"라는 질문을 해결합니다.
따라서 JPEG XS의 목표는 압축되지 않은 스트림의 모든 장점(예: 상호 운용성, 시각적 무손실 품질, 다세대 견고성, 낮은 전력 소비, 코딩 및 디코딩의 낮은 대기 시간)을 보호하면서 해상도, 프레임 속도 및 스트림 수를 증가시키고, 구현 용이성, 칩구현시 작은 사이즈(추가 DDR 메모리 칩 없음), 범용 CPU 및 GPU에서 실행되는 빠른 소프트웨어를 지원하는 것입니다.
다른 어떤 코덱도 이 강력한 요구 사항들을 동시에 충족하지 못합니다. 따라서 모든 면에서 압축되지 않은 스트림과 "경쟁" 할 수 있으며
대역폭 / 비디오 데이터를 크게 줄일 수 있습니다.
압축되지 않은 비디오를 궁극적으로 어떻게 대체할 수 있습니까?
JPEG XS로 어떤 종류의 압축이 합리적이며 JPEG XS로 HD, 4K 또는 8K 비디오에 대한 압축 선택은 무엇입니까?
간단히 말해서 JPEG XS의 시각적 무손실 품질에 대한 일반적인 작동 범위는 약 10:1이라고 말할 수 있습니다.
그러나 최대 압축 비율을 설정할 때 해상도 및 컨텐츠 유형을 고려해야 합니다. 예를 들어, 내츄럴 컨텐츠는 일반적으로 주어진 품질 수준에 대해 더 고 압축을 실행할 수 있습니다.
또한 우리가 말하는 "시각적 손실없는 품질"은 사람들이 보통 생각하는 품질보다 훨씬 더 우수한 품질 수준을 의미할 수도 있습니다. JPEG XS는 개발 과정에서 가장 엄격한 품질 평가 절차 (ISO / IEC 29170-2, “시각적 무손실 코딩을 위한 평가 절차”)에 대해 테스트를 거쳤으며 원본 이미지와 압축 이미지 사이의 깜박임 테스트(Flickering test)를 통해 구별할 수 없음을 보장하는 임계값을 찾습니다. 이 임계값을 "시각적 투명성 (visual transparency)"을 보장하는 값이라고 합니다.
다양한 종류의 컨텐츠 (스크린 컨텐츠, CGI (Computer Generated Images) 및 자연 이미지)를 포함한 테스트를 기반으로 다음 표를 정의했습니다. 표에서 압축된 비트 전송률이 낮으면 일반적으로 자연 콘텐츠를 사용하는 사용 사례를 정의하고 상위 범위는 보다 복잡한 콘텐츠를 정의하거나 시각적으로 완전히 투명해야 하는 사용 사례를 정의합니다.
| 형식 | XS 비트 레이트 (1bpp까지) | IP 네트워크 및 SDI 매핑 |
| HD 720p60 HD 1080i60/p30 | 70 - 195 Mbp | 1GbE에서 5~14개 스트림 10 GbE에서 50~140개 스트림 |
| HD 1080p60 | 150 - 390 Mbps | 1GbE에서 2~6개 스트림 10 GbE에서 25~66개 스트림 |
| 4K 2160p30 | 250Mbps - 750Mbps | 1GbE에서 1~4개 스트림 2.5 GbE에서 3~10 개의 스트림 10 GbE에서 13~40 개의 스트림 |
| 4K 2160p60 | 500Mbps - 1.4Gbps | 1GbE에서 1~2 개 스트림 2.5 GbE에서 1~5 개의 스트림 10 GbE에서 7~20 개의 스트림 단일 3G-SDI / 단일 HD-SDI |
| 8K 4320p60 | 2 Gbps - 5, 6 Gbps | 2.5 GbE에서 1개의 스트림 10 GbE에서 1~5 개의 스트림 단일 3G-SDI / 단일 6G-SDI / 단일 12G-SDI |
| 8K 4320p120 | 4Gbps - 12,8Gbps | 10 GbE에서 1~2 개의 스트림 단일 6G-SDI / 단일 12G-SDI |
JPEG XS는 특히 방송, 방송 제공, 가상 현실 애플리케이션등의 고급 비디오 응용 프로그램을 대상으로 합니다. 여기서 JPEG XS가 왜 H.264 나 H.265 대신 사용됩니까?
방송, 방송 컨트리뷰션, 가상 현실 응용과 같은 비디오 응용 프로그램에는 MPEG-4 AVC/H.264 또는 HEVC/H.265가 제공하지 못하는 기능이 필요합니다.
JPEG XS는 MPEG 코덱과 같은 프레임 간 코덱보다 복잡도가 훨씬 낮습니다. 훨씬 저렴한 구현이 가능하고, 작은 FPGA 풋프린트만 사용하며 추가 DDR 메모리에 프레임을 저장할 필요가 없습니다. 또한 인코더와 디코더 간에 더 균형잡힌 복잡성을 가지므로 동일한 수의 인코더와 디코더가 있는 환경에 더 적합합니다. MPEG-4 AVC/H.264 인코더는 디코더보다 훨씬 더 복잡합니다.
대기 시간 측면에서 여러 인코딩 및 디코딩 단계가 포함된 라이브 프로덕션 워크플로우에서 MPEG-4 AVC/H.264 및 HEVC/H.265를 사용하면 컴파일되기까지 대기 시간이 몇 초에 이를 것입니다. 하지만 JPEG XS는 지연 시간이 지연시간이 마이크로초 이므로 단일 MPEG-4 AVC/H.264 인코딩-디코딩 단계에서 소요되는 큰 지연 시간을 유발하지 않고도 전체 라이브 프로덕션 워크플로우에서 실행할 수 있습니다. 소비자에게 배포하기 위해 라스트 마일에 H.265 인코더가 필요하지만 배포 전에 프로덕션 워크플로우에서 추가 대기 시간을 피할 수 있습니다. 방송 외에도 자율 주행 시스템, KVM 확장, VR/AR 기어 등과 같은 실시간 전송이 필요한 응용제품에서 JPEG XS가 필요합니다. 100밀리초 이상 지연되면 이러한 응용에서 사용할 수 없게 됩니다(또는 자율 주행 자동차의 경우 충돌로 이어질 수도 있음). JPEG XS는 결합된 인코딩 및 디코딩에 대한 총 대기 시간이 1밀리초 미만으로 이 측정값보다 훨씬 낮게 유지됩니다.
실제로 JPEG XS는 고급 비디오 응용 프로그램을 대상으로 할뿐만 아니라 비압축 비디오가 현재 사용되고 있고 높은 수준의 품질을 유지하면서 효율성을 얻고자 하는 분야에 적합합니다. 따라서, 모바일 기기, 자동차, TV 및 기타 스크린 등과 같은 가전 제품 분야에서도 큰 관심을 보이고 있습니다.
JPEG XS 표준화 프로세스는 어떠한 상황입니까?*
표준화 프로세스 자체의 현황과 관련하여 말하자면, JPEG XS는 모두 초판이 발행된 5개 부분으로 구성됩니다.
Part-1(핵심 코딩 시스템)은 실제 압축 알고리즘과 관련되고, Part-2(프로필 및 버퍼 모델)는 특정 응용 프로그램 또는 콘텐츠 유형에 적합한 작동 핵심으로 볼 수 있는 여러 프로필을 정의합니다. Part-3(전송 및 컨테이너 형식) 및 기타 표준화 활동에서 다양한 파일 형식 및 전송 형식이 지정되어 하나 또는 여러 개의 JPEG XS 코드 스트림을 저장하거나 스트리밍할 수 있습니다 (아래 표 참조). Part-4(적합성 테스트) 및 Part-5(참조 소프트웨어)는 준수(conformance) 테스트 및 참조 소프트웨어와 관련된 모든 것을 처리하여 호환되는 JPEG XS 제품을 개발하고자 하는 구현자를 지원하고 안내합니다.
JPEG XS 표준의 초판 발행 이후로 JPEG 위원회는 새로운 기능과 사용 사례를 지원하기 위해 XS를 더욱 강화하고 개선하는 데 초점을 맞췄습니다. 가장 주목할만한 것은 주로 Bayer 패턴으로 알려진 CFA(Color Filter Array) 데이터 압축 전용의 새로운 코딩 도구의 개발입니다. 이러한 새로운 도구는 JPEG XS를 자동차 산업이나 전문 카메라에서 볼 수 있는 것과 같은 이미지 센서 데이터 압축과 관련된 사용 사례에 더욱 적합하게 만들 것입니다. 또한 4:2:0 크로마 샘플링과 수학적으로 무손실 압축을 지원하는 새로운 프로필이 제공됩니다. 처음에는 이러한 새로운 개발이 Part-1 및 Part-2에 대한 수정안으로 계획되었지만 이 결정은 JPEG XS의 완전한 두 번째 버전(5개 부분 모두)으로 가기 위해 변경되었습니다.
이 프로세스 외에도 AIMS, VSF, SMPTE, TICO Alliance, IETF 등과 같은 표준 기관과 산업 조직 간에 지속적인 커뮤니케이션이 이루어지고 있습니다. 최근 NAB의 IP Showcase에서 ST2110-22의 JPEG XS에 대한 프레젠테이션이 있었습니다. 여러 방송 공급업체가 구현을 발표했거나 향후 제품 내에서 구현을 위해 노력하고 있습니다.
| 항목 | 상세 | 현재 상태 | 노트 |
|---|---|---|---|
| ISO/IEC 21122-1 | Part 1 : 코어 코딩 시스템 | 2판, 2022년 발행 | 2024년 2분기3판 출시 예정 |
| ISO/IEC 21122-2 | Part 2 : 프로파일 및 버퍼 모델 | 2판, 2022년 발행 | 2024년 3분기3판 출시 예정 |
| ISO/IEC 21122-3 | Part 3 : 트랜스포트 및 컨테이너 포멧 | 2판, 2022년 발행 | 2024년 3분기3판 출시 예정 |
| ISO/IEC 21122-4 | Part 4 : 적합성 테스트 | 2판, 2022년 발행 | 2024년 3분기3판 출시 예정 |
| ISO/IEC 21122-5 | Part 5 : 참조 소프트웨어 | 2판, 2022년 발행 | 2024년 3분기3판 출시 예정 |
| IETF RFC 9134 | JPEG XS RTP Payload | IETF payload WG 에 의해 승인됨 | 게시됨 |
| SMPTE ST 2110-22 | ST 2110의 압축된 에센스 | 게시됨 | 게시됨 |
| ISO/IEC 13818-1:2019/AMD1 | JPEG XS에서 사용되는 MPEG-2 전송 스트림 (TS) wrapper | 게시됨 | 게시됨 |
| SMPTE ST 2124 | JPEG XS 에서 사용되는 MXF wrapper | 게시됨 | 게시됨 |
| VSF TR-07 | JPEG XS over MPEG-2 TS(SMPTE 2022-2)에 대한 Video Services Form의 기술 권장 사항 | 게시됨 | 게시됨 |
| VSF TR-08 | JPEG XS over SMPTE 2110에 대한 Video Services Form의 기술 권장 사항 | 게시됨 | 게시됨 |
| AMWA BCP-006-01 | AMWA NMOS, JPEG XS | 게시됨 (2023) |
* 날짜 및 일정은 2021년 7월에 업데이트됨
이를 통해 JPEG XS 기술이 다른 코덱보다 우수한 점을 더 잘 이해할 수 있기를 바랍니다.JPEG XS 기술에 대한 자세한 정보를 원하시면 언제든지 저희에게 연락해 주십시오!
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