손실 데이터 압축의 기본 원리

사진을 압축하는 JPEG, 동영상을 압축하는 MPEG, 소리를 압축하는 MP3는 손실 압축으로 압축 과정에서 데이터가 손실 된다. 하지만, 압축률은 몇십분의 일로 매우 좋다.

 

JPEG이나 MPEG이나 MP3는 압축을 위해 현재 나와 있는 대부분의 압축 알고리즘을 다 사용한다. 하지만 그 중에서 가장 핵심적인 알고리즘은 저주파 성분을 제거하는 것이다. 인간은 급하게 변하는 고주파 성분은 쉽게 인식하지만 서서히 변하는 저주파 성분은 잘 인식하지 못한다. 그래서, 압축 과정에서 저주파 성분을 제거해도 크게 변화를 느끼지 못한다.

 

다음 그림과 같은 이미지에서 그림 1은 고주파 성분만 있는 이미지이고 그림 2는 저주파 성분만 있는 이미지이다. 둘다 1개의 주파수로 이루어졌기 때문에 정보량은 동일하다. 그림 3은 그림 1과 그림 2의 이미지를 합친 것으로 고주파 성분과 저주파 성분이 모두 들어 있다. 하지만, 그림 3은 그림 1과 매우 비슷해 보이고 자세히 보지 않으면 동일한 이미지라고 생각할 수도 있다. 손실 압축은 그림 3과 같은 원본 이미지에서 저주파 성분을 제거하여 그림 1과 같은 이미지로 압축하는 것이다. 이와 같은 과정 만으로 데이터 크기를 절반으로 줄일 수 있다.

 

그림 1. 고주파 성분

 

그림 2. 저주파 성분

 

그림 3. 고주파 + 저주파 성분

 

MP3는 저주파 성분을 제거하기 때문에 저음이 많은 클래식을 듣기에 적합하지 않고 밴드의 베이스가 잘 들리지 않는다.

 

서서히 뜨거워지는 물속에서는 개구리가 죽는 것과 같이 인간을 포함한 생물은 서서히 변화하는 저주파 성분을 잘 인식하지 못한다.