VVC 메모리 요구량 분석

초록

본 논문은 차세대 영상 코덱인 Versatile Video Coding(VVC)의 메모리 사용량을 High‑Efficiency Video Coding(HEVC)과 비교 분석한다. 전체 인코더 메모리 프로파일링과 인터‑프레임 예측 모듈에 대한 상세 분석 두 가지 실험을 수행했으며, VVC가 HEVC 대비 최대 13.4배의 메모리 접근을 요구하고, 특히 인터‑프레임 예측 단계가 전체 메모리 사용의 60‑90%를 차지한다는 결과를 제시한다. 또한 VVC의 새로운 CU 크기(128×128, 128×64, 64×128)가 메모리 증가에 약 23% 기여함을 확인한다.

상세 분석

본 연구는 VVC와 HEVC의 메모리 요구량을 정량적으로 비교함으로써 차세대 코덱이 직면한 메모리·에너지 병목 현상을 조명한다. 첫 번째 실험에서는 Intel VTune Amplifier를 이용해 전체 인코딩 과정에서 발생하는 읽기·쓰기 메모리 접근을 측정하였다. 결과는 Low‑Delay 설정에서 VVC가 HEVC 대비 7.4‑9.1배, Random‑Access 설정에서는 12.1‑13.4배 더 많은 메모리 접근을 수행함을 보여준다. 이는 VVC가 도입한 128×128 CTU와 QT‑MTT(Quadtree‑with‑Multi‑Type‑Tree) 분할 구조가 블록 후보 탐색을 급격히 늘리기 때문이다.

두 번째 실험에서는 모듈별 메모리 사용 비중을 분석하였다. 인터‑프레임 예측 모듈이 전체 메모리 접근의 60‑90%를 차지하며, 특히 Fractional Prediction(인터‑프레딕션 소수점 보정) 단계가 12‑39%까지 기여한다. VVC는 기존 HEVC 대비 더 많은 변형(이진·삼진 분할)과 비대칭 블록을 허용함으로써 인터‑프레임 예측 단계의 메모리 요구를 확대한다.

세 번째 분석에서는 인터‑프레임 예측만을 대상으로 메모리 접근을 재측정하였다. 평균적으로 VVC는 HEVC 대비 3.5‑5.3배 더 많은 메모리 접근을 필요로 하며, 이는 영상 내용(운동량, 텍스처)에 따라 변동한다. 특히 대형 CU(128×128, 128×64, 64×128)가 포함된 경우 전체 인터‑프레임 메모리 접근 중 4.1‑23.3%를 차지한다. 이는 대형 CU가 고해상도(4K) 영상에서 압축 효율을 높이는 동시에 메모리 대역폭을 크게 소모한다는 사실을 의미한다.

종합적으로, VVC의 메모리 요구 증가는 단순히 구현상의 차이가 아니라 코덱 구조 자체의 복잡성 증가에 기인한다. 인터‑프레임 예측 단계가 메모리 병목의 핵심이며, 대형 CU와 QT‑MTT 분할이 메모리 접근을 크게 확대한다. 따라서 차세대 저전력·모바일 디바이스에서 VVC를 효율적으로 활용하기 위해서는 메모리 접근 패턴 최적화, 캐시 친화적 데이터 구조 설계, 그리고 대형 CU에 대한 선택적 사용 전략 등이 필요하다.