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                                                                                        상. H.264 SVC 
                                                                                        중. H.264 High Profile
                                                                                        하. WebRTC를 위한 코덱 전쟁

시작하며
기업용 영상회의 시장에서 영상 압축 코덱을 중심으로 전쟁이 시작되었습니다. 현재 업계에서 논쟁중인 코덱은 H.264 SVC와 H.264 High Profile입니다. 기존의 H,264 및 H.263++ 계열의 코덱은 각 제조사별 기술력 차이가 낮았기에 영상회의 단말의 기능과 사용의 편리함 그리고 인프라 아키택쳐를 중심으로 제품의 차별성을 강조하였습니다. 또한, 가격 중심의 경쟁이 심해졌습니다. 

영상 압축 코덱 전쟁의 시작은 지난 2012년 말부터 1080p@60fps에 이슈가 부각되면서 폴리콤은 Group 시리즈를, 시스코는 SX 시리즈를, 라드비젼은 Scopia XT 5000을 출시하면서 입니다.  각 사가 주력 제품군에 적용하지 못하고 1080p@60fps 기술 도입을 위해 새로운 제품군을 내놓는 이유는 지금보다 뛰어난 하드웨어 성능을 요구하기 때문입니다. 시스코만이 주력제품군인 C60및 C90에서 지원할 뿐입니다.

1080p@60fps를 넘어 1440p@30fps 가 부각되면서 새로운 영상 코덱의 필요성이 대두되고 있습니다. 이 새로운 영상 압축 코덱의 최종 종착지는 H.265이겠지만, H.264 SVC와 High Profile은 지속적으로 이야기되고 있습니다. H.265를 탑재한 제품이 나오기 전에는 H.264 SVC와 H.264 High Profile 등의 장단점을 살펴보겠습니다. SVC는 이미 H.265에 적용 계획이 있으며, High Profile도 H.265에 적용될 지도 모르기 때문입니다.

H.264 SVC를 전문적으로 설명하는 글들은 많이 있지만, 저도 이해하기 난해한 글들이 많아서 쉽게 이해하시는 분들이 적다고 생각됩니다. 이 글은 제 수준인 엔지니어가 쉽게 이해할 수 있도록 정리한 글로써  H.264 SVC가 왜 좋은 지 문제는 무엇인지 등에 대해 다루겠습니다. 


H.264 SVC는 무엇인가?
SVC (Scalable Video Coding)는 H.264 영상 압축 표준의 Annex G Extension으로 2007년 7월에 최종 승인되었습니다. 
SVC가 표준으로 채택되면서 5 개의 프로파일이 새롭게 추가되었습니다.  

  • Scalable Baseline Profile 
    주로 영상회의, 모바일과 CCTV용 어플리케이션에서 활용

  • Scalable Constrained Baseline Profile
    주로 실시간 커뮤니케이션에 활용

  • Scalable High Profile
    주로 방송 또는 스트리밍 어플리케이션에서 활용

  • Scalable Constrained High Profile
    주로 실시간 커뮤니케이션에서 활용

  • Scalable High Intra Profile
     주로 전문적인 어플리케이션에서 활용


SVC를 이해하기 위해서는 아래와 같은 Scaling 방식에 대해 이해할 필요가 있습니다. SVC는 아래의 Scaling을 통해 여러 개의 서브셋 비트스트림으로 구성되기 때문입니다.   

  • 주기 해상도 (Temporal Resolution)
    초당 몇 장의 사진을 보내는 가를 기준으로 프레임수를 정합니다. 프레임이 높을수록 고품질입니다.
     

  • 공간 해상도 (Spatial Resolution)
    어떤 크기의 사진을 보는 가를 나타냅니다. 해상도가 높을 수록 고품질입니다. 

  • 품질 해상도 (Quality Resolution)
    사진 한장에 포함되는 픽셀의 수가 조밀할 수록 고품질입니다. 

SVC는 하나 이상의 서브셋 비트스트림을 포함한 다수의 비트스트림을 보내는 것입니다. 서브셋 비트스트림은 기존 H.264 AVC와 같은 품질로 디코딩 되면서 낮은 대역폭을 차지하도록 더 낮은 공간 해상도 (사진 크기), 주기해상도 (프레임 수) 또는 영상 품질 신호로 구성됩니다. 

SVC를 쉽게 이해 하기 위해 아래그림과 같이 Spatial Scaling을 기준으로 설명드리겠습니다. 영상 단말이 영상을 전송할 경우 기본이 되는 Base Layer의 영상을 전송하며 이를 참조하는 고품질 영상을 Enhancement Layer로 보내는 것입니다. 360p 영상의 Enhancement Layer는 실제 360p 나 720p영상을 보내는 것보다 훨씬 절감된 대역폭으로 보낼 수 있습니다.   


결론적으로 이야기하면, SVC는 하나의 영상 단말이 여러개의 영상을 동시보내면서 상호 참조하여수신 단말이 원하는 영상을 만드는 것으로 Layer Thining을 합니다. 물론, Layer간에 참조하거나 하지 않거나 할 수 있습니다. 

H.264 SVC는 여러 개의 영상을 송신하는 장비에게 엔코딩 부담을 가중시키지만, 디코딩하는 수신 장비에게 부담이 적습니다. 따라서, 720p이하의 해상도에서는 기존 하드웨어에서도 동작하지만, 1080p Full HD 에서는 새로운 하드웨어가 필요합니다.  결국, 1080p Full HD가 대세인 요즘에는 H.264 SVC나 H.265나 새로운 하드웨어 필요합니다.  


SVC는 왜 만들어 졌는 가?
AVC는 하나의 좋은 영상을 낮은 대역폭으로 보내는 기술이지만, SVC는 저품질부터 고품질 영상까지 다수의 영상을 보내는 방식입니다. 전혀 다른 형태의 전송 방식과 압축기법인 SVC가 H.264 표준에 포함된 배경을 살펴보겠습니다.  

사실 SVC는 많은 멀티미디어 어플리케이션에 필요한 기능으로 영상을 다수의 단말에 전송해야 하는 상황에서 효과적입니다. 수신하는 단말의 종류와 성능이 다양하므로 하나의 영상으로는 방송이나 회의가 불가능하므로 영상을 전송하는 어플리케이션이 다양한 프레임과 여러 종류의 해상도를 가진 다수의 영상을 보내면, 수신하는 단말은 자신에게 맞는 영상을 취사 선택하여 재생하면 됩니다. 즉, 영상 품질을 손해 보더라도 끊김없이 영상을 송수신하는 것이 필요할 것입니다. 여러분들이 인터넷 상에서 영상을 재생해 볼때를 생각해 보면 쉽게 이해가 될 것입니다. 

이런 SVC의 탄생 배경과 동작 구조를 이해하신다면, SVC는 다음과 같은 어플리케이션은 큰 이점을 가진다는 것을 알 수 있습니다. 

    • 스트리밍
    • 회의
    • CCTV와 같은 감시 장비
    • 방송
    • 저장


H.264 SVC의 장점은 무엇인가? 
SVC의 표준화 과정에서 영상회의 제품 제조사인 
폴리콤 (Polycom), 비됴(Vidyo), 시스코(Cisco), 라드비젼(RADVISION) 이 참여하였습니다. 현재 SVC에 대해 강력하게 드라이브하는 곳은 비됴와 폴리콤입니다. 이들이 내세우는 H.264 SVC의 강점은 다음과 같습니다.

    • 새로운 차세대 기술
    • 뛰어난 에러 복구 능력
    • 더 적은 대역폭 사용 
    • MCU가 필요없는 다자간 회의 

영상회의에서 서로 다른 코덱 또는 성능에 따라 트랜스코딩이 매우 빈번하게 발생하여 MCU는 필수적인 요소이지만, SVC를 적용한 송신 단말이 다양한 종류의 영상을 보내므로써 MCU 없이 다자간 회의가 가능합니다. SVC는 고가의 MCU 비용이 없다는 것 자체로도 매우 매력적인 방식입니다. 예를 들면, 1080p, 720p 단말, 480p 단말이 서로 다자간 회의를 한다고 가정한다면, 1080p 단말은 720p 영상과 480p영상을 만들어서 전송하고, 수신 단말은 자신이 원하는 것만을 재생합니다. 기존의 MCU가 하던 역할을 영상회의 단말에서 처리하도록 하므로써 MCU가 필요없게 되는 것입니다. 즉, Transcoding이 필요없는 환경을 만들어 영상을 전송합니다.

또한,  뛰어난 에러복구 능력은 이미 H.264 AVC에 기본 기능이므로 차별성이 적을 수 있지만, Layer Thining을 통한 적은 대역폭은 효과적입니다. 


SVC Simulcast는 무엇이고 왜 나왔는 가?

기본적인 SVC의 구조와 장점을 이해하셨으므로 SVC Simulcast에 대해 살펴보겠습니다. SVC Simulcast는 시스코와 폴리콤에서 접근하는 방식입니다. SVC는 기존의 SVC와 달리 각 Layer가 완벽한 H.264 AVC 영상을 보내는 것으로 각 Layer가 상호참조할 필요없이 그 자체로 완벽한 영상입니다. 

SVC Simulcast는 기존의 SVC의 문제점을 해결하기 위해 나온 것입니다. SVC는 다수의 서브 영상 비트스트림을 전송하므로 전송 단말과 수신 단말과 협상해야 할 내용이 많습니다. Capability Exchange, 에러복구 방식 등을 교환해야 하지만, 완벽한 표준화가 되어 있지를 못합니다. 즉, 구현하기 나름이므로 일반적으로 통칭해서 H.264 SVC 라고 부르지만, 세부적인 내용으로 들어가면 상호 호환되지 못한다는 치명적인 단점이 있습니다. 폴리콤의 SVC, 라드비젼의 SVC, 비됴의 SVC는 같은 이름의 표준이지만 상호호환성이 크게 떨어집니다. 그래서 SVC Simulcast는 기존 SVC의 단점을 극복하고 장점을 그대로 수용하기 위해 각 Layer를 완벽한 H.264 AVC 영상으로 전송하는 것입니다.  

또하나의 단점은 SVC를 지원하지 않은 수백만대의 영상 회의 단말들입니다. 표준화의 문제를 극복하고 난 뒤에도 SVC를 지원하지 않는 영상 회의 단말들은 계속 사용해야 되므로 SVC 영상을 AVC로 바꾸어 줄 Transcoding Gateway가 필요하게 됩니다. Transcoding Gateway는 현재 나와 있는 모든 영상 코덱을 지원해야 할 뿐만 아니라 향후에 나올 코덱도 지원해야 합니다. 만일 H.265가 현실화 되는 시점에 기존의 Transcoding Gateway는 하드웨어 문제로 인해 교체를 해야 합니다. 현실적으로 SVC가 가진 비용 효율성과 확장성이 그 다지 매력적이지 못하게 됩니다. 

기존 SVC의 미비한 표준화와 현실적인 확장성 문제로 인해 실제로 사용되기에는 많은 시간이 필요하며, SVC의 장점을 살리면서 현실적인으로 접근하는 방식인 SVC Simulcast는 Transcoding Gateway도 필요없으며, 표준화에 대한 걱정도 없습니다.  아래 그림과 같이 단말이 완벽한 H.264 AVC 영상을 여러개를 전송하고, 수신 단말이 선택적으로 영상을 수신하는 것입니다. 

위의 그림에서 보듯이 SVC Simulcast는 Transcoding 없이 Switching만으로도 다자간 회의가 가능하므로 MCU의 필요성을 최소화할 수 있수 있습니다. 하지만, SVC Simulcast가 만능은 아닙니다. H.264 AVC 기반의 영상을 여러개를 보내므로 더 많은 대역폭이 필요하며, 영상회의 단말의 부하가 높아진다는 단점이 있습니다. 


SVC가 전개된 영상 네트워크에서 MCU는 필요없는 가?
모든 영상 단말들이 SVC를 사용한다는 가정하에 MCU는 여전히 필요가 없을지 생각해 보겠습니다. SVC를 사용하는 영상단말은 더 많은 대역폭과 더 높은 프로세싱을 필요로 합니다. 결론적으로 MCU는 여전히 필요하다는 것이 제 생각입니다.

    • 대역폭을 절감
      MCU로 모든 영상 트래픽이 몰리고, MCU가 분배해 줌으로써 결과적으로는 대역폭을 감소시킵니다.

    • 다양한 레이아웃
      SVC는 스위칭 매커니즘에 기반합니다. MCU는 영상화면을 재구성하므로 다양한 화면 표출이 가능합니다. 

    • 상호 운영성 증가
      단말의 성능 강화와 기능이 강화되는 것도 좋지만, MCU의 성능과 기능을 강화하여 기존 및 신규 단말의 연동성을 강화하는 것이 더욱 효과적일 수 있습니다.   

    • 다자간 회의를 위한 제어 기능과 미팅 보안
      미팅을 위한 암호 설정이나 회의 시 관리자에 의한 개별 제어 등을 위해서라도 여전히 필요합니다. 


방송이나 수백명이 참가하는 영상회의를 위해서는 SVC가 매우 효과적이겠지만, 기업용 영상회의에는 여전히 MCU는 효과적인 다자간 회의 수단입니다. 


마치며
지금까지 H.264 SVC에 대해 살펴보았습니다. H.264 SVC는 H.264의 프로파일이라고 하기에는 호환성이 너무 떨어지고, 영상회의 시장에서 효과적인 아키택쳐일까라는 의문을 가집니다. SVC의 장점은 방송이나 스트리밍과 같은 특정 분야에는 매우 강력하지만, 기업의 일대일 또는 다자간 회의에는 그다지 효과적이지 않을 듯 합니다. 

영상 코덱의 확실한 강자인 H.265가 나오더라도 SVC 기술은 여전히 매력적이므로 다양한 어플리케이션에서 응용될 것입니다. 그래서 H.265가 표준화된 지금에도 H.265 SVC는 여전히 필요합니다.   

지금 업계에서 SVC 기술을 적용한 영상 회의 단말을 강조하지만, 기반 인프라가 갖추어지고 많은 영상 단말들이 SVC를 갖추기 까지는 시간이 더욱 소요될 것입니다. 최근 폴리콤과 마이크로소프트가 손잡고 MS Lync 2013에  H.264 SVC를 구현하였습니다. SVC에 초점을 맞추기 보다는 MS Lync가 자사의 RT Video를 버리고 다른 장비와의 호환성을 추구한 것에 관심을 가져야 할 것입니다.  

Simulcast SVC는 아직 구현되지 않았지만, 올해말이나 내년즈음 H.265가 현실화되면 시스코와 폴리콤은 Simulcast SVC를 적용한 H.265 SVC를 볼 수 있겠습니다. 현재 H.264에서 적용하는 것은 비용 대비 효과면에서 그다지 효율적이지 않습니다.  


부록
영상회의 코덱에 대해 좀 더 자세히 알고 싶으신 분들은 "비디오 압축의 혁명, H.265가 온다"라는 글을 참조하시기 바랍니다. 

2013/01/08 - [Telepresence] - 비디오 압축의 혁명, H.265 가 온다


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Posted by 라인하트
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  1. 2013.11.18 00:14  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    비밀댓글입니다

    • Favicon of https://www.nexpert.net BlogIcon 라인하트 2013.11.18 11:19 신고  댓글주소  수정/삭제

      SVC Simulcast는 말씀하신대로 단말에서 대역폭의 증가를 가져오지만, 사이에 별도의 변환장치가 필요없는 것이 장점입니다. 단말의 입장에서는 대역폭 증가이지만, MCU 입장에서는 대역폭 감소가 되겠지요..

      모두가 720p만을 사용하는 환경을 생각해볼 필요가 있겠네요..