비디오 감시 시스템에서는 높은 프레임과 높은 해상도를 손상하지 않고 저장 능력과 대역폭의 확장에 대한 요구가 커지면서 보다 효과적인 압축 방법이 요구되고 있다.
미국과 영국의 주요 보안 전시회에 참석하면서 필자는 시장 동향에 대해 파악할 수 있었고 사람들이 어떤 것에 대해 큰 관심을 갖고 대하는지 알게 되었다. 비디오 압축에 관한한 현재의 논란은 H.264에 관한 것이다.
보안전시회(예를 들면 미국 서부의 ISC나 영국의 IFSEC 같은)를 많이 다닌 경험이 있는 필자는 대중매체에서 원하는 것은 가장 최신이면서도 뛰어난 기술임을 알고 있었다. 특히, 대중매체는 세상의 주목을 끄는 현장에서 가장 최신의 기술을 선보이는 것에 모두 열광한다. 단지 몇 년 전만 하더라도 IP는 최신 주제였지만, 현재는 아날로그 기술에 비해 엄청난 진보를 이룬 감시의 표준으로 받아들여지고 있다는 점을 기억하도록 하자.
H.264를 둘러싼 논란
현재 논란의 핵심이 되고 있는 것은 새로운 비디오 압축 표준인 H.264이다. 이 표준은 두 개의 국제 표준 단체인 ITU와 ISO/IEC에서 공동 개발한 것으로 MPEG-4 파트10에서 발전한 비디오 코딩(AVC)으로도 부르고 있다.
비디오 감시 시스템에서는 높은 프레임과 높은 해상도를 손상하지 않고도 저장능력과 대역폭을 확장할 수 있는 수요가 커지고 있어 보다 효과적인 압축방법이 요구되고 있다. H.264 인코더는 동일한 화면을 유지하면서도 Motion JPEG 표준에 비해 80% 이상까지 파일 크기를 줄일 수 있다. MPEG-4 파트2 심플 프로파일(SP)에 비해 H.264는 일반적으로 비디오 파일 크기에서 40~50%를 줄일 수 있다. 메가픽셀 카메라의 시장 활용이 점차 증가하고 있지만 문제는 이러한 해상도 카메라가 생성하는 저장 요건이었다. H.264의 사용은 이러한 추세에 중대한 영향을 줄 것이다.
필자의 개인적인 견해는 H.264가 단지 몇 년의 기간 동안 MPEG-4 파트2의 사용을 줄일 것이라는 점이다. 비디오 관리 솔루션 공급업체들은 가까운 장래에 이 새로운 기능을 사용할 것이고, 결국 모든 주요한 카메라 제조업체들도 그렇게 될 것이다. 이들 중 몇 업체들은 이미 지난해에 전시회에서 전시했었다. 예를 들면 마일스톤 엑스프로텍트(Milestone XProtect™) 6.5c는 2008년 여름, 기존 소프트웨어 버전에 아주 원활한 업그레이드로 H.264를 지원한 바 있다.
하드웨어 요건
H.264는 현재 초기 단계에 있다. 이것은 네트워크 대역폭과 저장 비용 절감을 위해 엄청난 툴을 제공하면서도 높은 성능의 카메라들만이 그 효과를 보장 받을 것이다. 압축 표준은 이전의 표준들에 비해 훨씬 더 정교하고 복잡해 MPEG-4 파트2 SP에 비해 2배 정도 더 복잡하다. 이 말은 더 높은 계산 요건을 필요로 한다는 의미로 해석할 수 있다.
H.264가 IP 감시 산업에서는 새로운 것이지만 이미 약 5년 동안 영상분야의 표준으로 이용되어 왔고, 또한 많은 분야들에서 이것을 이미 흡수하고 있다. 예를 들자면 차세대 고 해상도(블루레이) 방식이 그것이다.
기술적 배경
H.264는 분할 대역 기법을 이용하는 블록 중심의 하이브리드 비디오 암호화 표준이다. 여기에서 분할 대역 기법이란 화면과 화면 간의 예측에서 도움을 주기 위해 포함되는 이동 벡터의 사용을 의미한다. 한 비디오 시퀀스에서 연속적인 화면 간의 상관관계는 한 화면의 다른 부분들의 이동 암호화를 가능하게 하고, 암호화되는 실제화면 내용과 다른 암호화된 화면 내용 간의 예측을 가능하게 한다. 이것이 소위 참고 화면으로서 상호관계의 예측이라고 한다.
상호 관계의 예측에는 2개의 주된 유형이 있다. 한 참고 화면을 토대로 하는 예측(P-타입 매크로블록)이 있고, 두 개의 참고 화면의 결합을 이용하는 쌍 예측(B-타입 매크로블록)이 있다. 임의적인 접근을 용이하게 하고 에러 발생률을 줄이기 위해 이 표준 또한 인트라 코딩(암호화)을 허용한다. 여기에서 암호화된 데이터는 다른 화면에 의존하지 않는다.
H.264 표준은 화면을 수많은 매크로블록으로 분리한다. 그 각각은 화면의 16대 16픽셀 비율로 구성되어 있다. 매크로블록은 한 개 이상의 조각으로 모아진다. 일반적으로 스캔 순으로 된다. 따라서 한 화면은 한 조각으로 혹은 수많은 조각들로 암호화된다. 이러한 조각들의 사용 덕분에 다른 오류에 강한 툴, 다른 매크로 암호화 유형이 가능하고 개별적인 조각으로 서로 분리 되어 있으면서 서로 연결된 화면을 압축하는 성능과 같은 것이 가능하다.
컬러 비디오는 색차(컬러)에서 분리되는 휘도 시그널로 암호화된다. 보다 효과적인 암호화(일반적으로 인간의 육안 체계의 성격 때문에)를 위해 휘도 시그널에 상대적인 색차 시그널의 표본화를 통해 이 과정이 이루어진다. 전반적인 면에서 이것은 이전의 비디오 암호화 표준(MPEG-4 파트2를 포함하여)과는 근본적으로 다르지 않다. 과거의 것들 또한 블록 중심의 하이브리드 비디오 암호화 표준들이었다.
새로운 암호화 툴과 질의 향상
그러나 H.264는 다른 암호화 툴과 함께 새로운 암호화 도구들을 수없이 많이 도입했다. 이들 중에서 가장 중요한 것은 응용 가능한 블록 해제 필터이다. 이것은 블록 잔해를 줄이는 데 도움이 되고, 보다 뛰어나고 정확한 예측을 위해 2개 이상의 참조 화면을 저장한다. 또한 매크로블록의 분리를 보다 적은 블록으로 하고(4대 4픽셀까지), 인트라 코딩에서 예측을 가능하게 해 이전의 표준들에서 사용되던 DCT 변형 대신에 정수 변형을 사용한다.
H.264에 구축된 것은 네트워크 추출 층위(NAL)이다. 이것은 비디오 암호화 레이어(VCL)뿐만 아니라 효율적으로 비디오를 압축하여 수많은 다른 프로토콜과 통합이 가능하고 IP 네트워크에 맞는 전송 메커니즘을 가능케 한다. H.264에 통합된 모든 암호화 기술 발전의 결과 H.264는 이전의 모든 비디오 암호화 표준보다 성능이 우수하고 따라서 디지털 비디오 암호화 내에서 현재로선 첨단 기술인 셈이다.
요약하자면 현재 언론에서 벌어지고 있는 H.264 논란이 가치가 있는가? 라는 것이다. 비디오 압축 표준은 그 표준의 출현과 더불어 변화하고 있다. 여러분이 사용하는 시스템의 비트율과 저장 요건을 그대로 유지하거나 심지어 요건을 완화하면서도 높은 해상도를 유지하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
<글 : John Blem, CIO and co-founder, Milestone Systems(www.milestonesys.com).>
[월간 시큐리티월드 통권 제160호(info@boannews.com)]
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