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델타 인코딩이란?

소셜 미디어 상호작용에서 과학적 시뮬레이션에 이르기까지 데이터는 우리 삶의 거의 모든 측면을 뒷받침합니다. 디지털 데이터의 확산이 증가함에 따라, 효율적인 관리, 저장 및 정보 전송은 기업과 개인 모두에게 중요한 우선순위가 되었습니다. 이러한 문제를 해결하는 한 가지 핵심 기술은 델타 인코딩입니다.

델타 인코딩은 데이터 관리에 대한 체계적인 접근 방식으로, 데이터 자체 전체가 아닌 연속적인 데이터 간의 변화나 차이점에 중점을 둡니다. 이러한 접근 방식을 통해 스토리지 리소스를 보다 효율적으로 사용하고 네트워크를 통한 데이터 전송을 가속화할 수 있습니다.

이 문서에서는 델타 인코딩의 개념, 작동 방식, 애플리케이션 및 그 장점과 한계에 대해 살펴봅니다.

델타 인코딩이란?

델타 압축 또는 데이터 차이라고도 하는 델타 인코딩은 데이터를 저장하거나 전송하는 기법입니다. 전체 데이터 세트를 직접 저장하는 대신, 연속 데이터 포인트 간의 차이를 계산하고 저장합니다. 그리스어 문자 델타(Δ)는 변경을 의미하므로 이름 자체는 이러한 원칙을 반영합니다. 이 기법의 주요 목적은 순차 데이터 포인트 간의 차이(또는 델타)만 캡처하고 표시하여 스토리지 공간을 최적화하고 대역폭 사용량을 줄이는 것입니다.

이 개념을 설명하기 위해 간단한 숫자 순서를 살펴보겠습니다. [10, 15, 20, 25]. 시스템이 시퀀스를 저장한다고 가정해 보세요. 각 데이터 포인트를 그대로 저장하는 대신, 델타 인코딩은 각 숫자와 이전 숫자 간의 변화를 캡처하고 나타냅니다.

  • 15와 10의 차이는 +5입니다.

  • 20과 15의 차이는 +5입니다.

  • 25와 20의 차이는 +5입니다.

따라서 델타 인코딩을 사용하여 [10, +5, +5, +5]를 저장하거나 전송합니다. 이러한 표현은 전체 숫자 시퀀스를 중복 전송하는 대신 시퀀스 내의 증분 변화를 효율적으로 전달합니다.

델타 인코딩은 어떻게 작동하나요?

델타 인코딩은 연속 데이터 포인트 간의 차이점을 캡처하고 나타내는 간단한 3단계 프로세스를 따릅니다.

  1. 연속 데이터 포인트 식별

    델타 인코딩의 첫 번째 단계는 인코딩이 필요한 데이터 포인트의 시퀀스를 식별하는 것입니다. 이러한 데이터 포인트는 데이터 세트의 숫자 값부터 비디오의 이미지 또는 프레임의 픽셀까지 모든 것을 나타낼 수 있습니다.

  2. 델타 값 계산 데이터 포인트가 식별되면 델타 인코딩은 각 연속 데이터 포인트 쌍 간의 차이(델타)를 계산합니다. 델타 값에 대한 수학 계산은 다음과 같습니다.

    델타 가치 = 현재 데이터 포인트 - 이전 데이터 포인트

    예를 들어, 현재 데이터 포인트가 25이고 이전 데이터 포인트가 20이면 델타 값은 +5가 됩니다. 즉, 25 - 20 = 5입니다.

  3. 델타 값 저장 또는 전송

데이터 포인트의 전체 시퀀스에 대한 델타 값을 계산한 후, 결과적인 델타 값은 원래 데이터 포인트 대신 저장되거나 전송됩니다. 이는 수신기가 전송 순서에 따라 이전 데이터 포인트(20)를 이미 가지고 있기 때문입니다. 이전 데이터 포인트에 델타 값(5)을 추가하면, 수신기는 원본 데이터 포인트(25 + 20 = 25)를 쉽게 재구성할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 특히 데이터 포인트 간의 변화가 상대적으로 적거나 증가하는 시나리오에서 저장 또는 전송해야 하는 데이터의 양을 크게 줄입니다.

델타 인코딩 적용

델타 인코딩은 데이터 크기를 줄이고 전송 효율성을 향상시키는 기능을 통해 다양한 산업 분야에서 데이터 저장 및 전송을 위한 귀중한 기술입니다. 다음은 몇 가지 주요 애플리케이션입니다.

  • 비디오 스트리밍: 동영상 시퀀스는 델타 인코딩의 완벽한 후보입니다. 여러 비디오 프레임이 짧고 배경에 변화가 거의 없는 경우, 델타 인코딩은 비디오의 새로운 변경 픽셀만 고려하며, 이는 전송된 후 이전 프레임에 추가되어 전체 프레임을 만듭니다. 이러한 표적 접근 방식은 스트리밍에 필요한 대역폭을 크게 줄여 네트워크 리소스를 보다 원활하게 재생하고 효율적으로 사용할 수 있도록 합니다.
  • 버전 관리 시스템: 소프트웨어 개발은 Git과 같은 버전 관리 시스템에 크게 의존합니다. 이러한 시스템은 시간이 지남에 따라 파일의 변경 사항을 추적합니다. 델타 인코딩은 여기에서 중요한 역할을 합니다. 사소한 수정으로 파일의 전체 새 버전을 저장하는 대신, 해당 버전 간의 차이만 저장됩니다. 이를 통해 스토리지 요구 사항을 최소화하고 개발자가 코드의 진화를 효율적으로 추적할 수 있습니다.
  • 네트워크 프로토콜: 실시간 전송 프로토콜(RTP)과 같은 실시간 통신 프로토콜은 종종 오디오 및 비디오 전송을 위해 델타 인코딩을 활용합니다. 델타 인코딩은 오디오 샘플이나 비디오 프레임의 변화에 초점을 맞춰 데이터 전송을 최적화하여 통화나 비디오 컨퍼런스 중에 원활하고 중단 없는 통신을 보장합니다.
  • 데이터 백업: 데이터 백업은 중요한 정보를 보호하는 데 필수적입니다. 델타 인코딩은 마지막 백업 이후 데이터 변경 사항만 저장하는 데 사용할 수 있습니다. 이를 통해 백업해야 하는 데이터의 양을 크게 줄여 스토리지 공간을 절약하고 백업 시간을 최소화할 수 있습니다.
  • 소프트웨어 업데이트: 소프트웨어 업데이트를 배포하는 것은 델타 인코딩이 빛을 발하는 또 다른 영역입니다. 사용자는 전체 새 소프트웨어 버전을 다운로드하는 대신 기존 버전과 업데이트 간의 차이점만 받을 수 있습니다. 이를 통해 다운로드 속도가 빨라지고 대역폭 소비가 줄어들어 전반적인 업데이트 경험이 향상됩니다.

델타 인코딩의 혜택

델타 인코딩은 데이터 스토리지 및 전송 효율성 측면에서 몇 가지 강력한 이점을 제공하므로 다양한 애플리케이션에서 유용한 기술입니다. 델타 인코딩을 사용할 때 얻을 수 있는 주요 이점에 대해 알아보겠습니다.

  • 중복성 감소: 델타 인코딩의 주요 장점 중 하나는 데이터 저장 및 전송의 중복성을 줄이는 기능입니다. 델타 인코딩은 연속 데이터 포인트 간의 차이점만 캡처하고 나타내는 데 중점을 두어 변경되지 않은 데이터를 반복적으로 저장하거나 전송할 필요가 없습니다. 이를 통해 스토리지 요구 사항을 최소화하고 네트워크 대역폭을 절약할 수 있으며, 특히 시간이 지남에 따라 데이터가 점진적으로 변경되는 시나리오에서 더욱 그렇습니다.
  • 데이터 전송 최적화: 델타 인코딩은 데이터 포인트 또는 버전 간의 필수적인 변경 사항만 전송하여 데이터 전송을 최적화합니다. 버전 제어 시스템 및 파일 동기화와 같은 애플리케이션에서 델타 인코딩은 전체 파일을 전송하지 않고도 파일 수정을 효율적으로 전송할 수 있도록 합니다. 이러한 접근 방식은 네트워크를 통해 전송되는 데이터의 양을 크게 줄여 전송 속도를 높이고 전반적인 네트워크 성능을 향상시킵니다.
  • 스토리지 공간 효율성: 델타 인코딩은 데이터 포인트 간의 차이(또는 델타)만 저장하여 스토리지 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 합니다. 델타 인코딩은 유사한 데이터의 여러 복사본을 유지하는 대신, 점진적인 변화를 포착하는 데 중점을 두어 스토리지 오버헤드를 줄이고 스토리지 리소스를 보다 경제적으로 사용합니다. 이러한 효율성은 스토리지 용량이 제한되거나 데이터 용량이 많은 환경에서 특히 유용합니다.
  • 데이터 압축 및 백업 효율성: 델타 인코딩은 증분 백업 및 업데이트를 가능하게 하여 효과적인 데이터 압축 및 백업 전략에 기여합니다. 데이터 백업 시나리오에서 델타 인코딩은 마지막 백업 이후 변경한 내용만 캡처하여 백업 데이터의 효율적인 저장을 가능하게 하여 백업 시간과 스토리지 요구 사항을 줄입니다.
  • 향상된 버전 관리: 버전 관리 시스템에서 델타 인코딩은 파일 변경의 선택적 저장 및 검색을 가능하게 하여 효율적인 버전 관리를 지원합니다. 각 버전에 대한 전체 파일 사본을 저장하는 대신, 델타 인코딩은 수정 사항만 저장하고 전송하여 사용자가 버전 기록을 효과적으로 추적 및 관리할 수 있도록 합니다. 버전 관리에 대한 이러한 간소화된 접근 방식은 협업을 간소화하고 소프트웨어 개발 프로세스를 가속화합니다.
  • 간소화된 데이터 동기화: 델타 인코딩은 데이터 세트 또는 버전 간의 차이만 전송하여 원활하고 효율적인 데이터 동기화를 지원합니다. 이는 여러 장치 또는 시스템에서 데이터 동기화가 필수적인 분산 컴퓨팅 환경에서 특히 유용합니다. 델타 인코딩은 데이터 동기화 프로세스를 최적화하여 분산 데이터 소스 간의 일관성과 일관성을 보장합니다.

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도전과 한계

델타 인코딩은 다양한 이점을 제공하지만, 한계를 인정하는 것이 중요합니다. 이 기법을 사용하는 데 있어 몇 가지 주요 도전과제는 다음과 같습니다.

  • 높은 처리 오버헤드: 델타 인코딩은 연속 데이터 포인트 간의 델타 값을 계산하고 적용하기 위해 추가 처리가 필요합니다. 자주 업데이트되거나 변경되는 시나리오에서는 델타 인코딩의 연산 오버헤드가 중요해져 시스템 성능과 응답성에 영향을 미칠 수 있습니다. 복잡한 데이터 구조나 대규모 데이터 세트는 이러한 처리 부담을 악화시킬 수 있습니다.
  • 베이스라인 의존성: 델타 인코딩의 효과는 초기 기준값에 크게 좌우됩니다. 처음부터 데이터가 크게 변경되면 델타 값이 커질 수 있습니다. 이렇게 하면 큰 델타 값이 원본 데이터 포인트만큼 많은 비트를 저장해야 하기 때문에 압축의 이점이 없어집니다. 10°C에서 50°C로 갑자기 증가하는 온도 판독값을 상상해 보세요. 델타 값(40°C)은 상당히 커서 이 시나리오에서 압축을 최소화합니다.
  • 랜덤 데이터에 적합하지 않음: 델타 인코딩은 연속 데이터 포인트 간의 예측 가능한 변화를 기반으로 합니다. 명확한 패턴이나 상관 관계가 없는 랜덤 데이터의 경우, 델타 값은 원래 데이터 포인트와 크기가 비슷할 수 있습니다. 이 시나리오는 최소한의 압축 혜택을 제공합니다. 식별 가능한 패턴이 없는 일련의 난수를 상상해 보세요. 각 숫자 사이의 델타는 무작위로 되어 델타 인코딩이 효과적이지 않을 수 있습니다.
  • 디코딩 요구사항: 인코딩은 간단하지만, 수신 측은 델타 인코딩 데이터를 디코딩하기 위해 원래의 기준값을 보유해야 합니다. 이는 특정 시나리오에서 어려운 과제가 될 수 있습니다. 예를 들어, 첫 번째 프레임(기준선)을 포함하지 않고 델타 인코딩 비디오 스트림이 전송되는 경우, 수신기는 후속 프레임을 정확하게 재구성할 수 없습니다.
  • 유사한 데이터에 대한 제한된 압축: 델타 인코딩은 연속 값이 매우 유사한 데이터 세트를 처리할 때 상당한 압축을 제공하지 않을 수 있습니다. 동일한 숫자의 긴 시퀀스를 상상해 보십시오. 그 사이의 델타 값은 모두 0이 되어 원본 데이터와 같은 스토리지 공간이 필요합니다.
  • 오류 처리 및 복구의 복잡성: 델타 인코딩은 오류 처리 및 복구, 특히 데이터 무결성과 일관성이 중요한 환경에 복잡성을 도입합니다. 데이터 손상 또는 전송 오류가 발생하는 경우, 델타 인코딩 표현에서 원본 데이터를 복구하려면 정교한 오류 감지 및 수정 메커니즘이 필요하여 데이터 복구 프로세스가 복잡해질 수 있습니다.

결론

델타 인코딩은 현대적인 데이터 관리 및 전송에 중요한 역할을 합니다. 완전한 데이터 세트가 아닌 변화에 집중함으로써 스토리지 효율성을 최적화하고 데이터 전송 속도를 가속화합니다. 퓨어스토리지 ® FlashArray™ 및 플래시블레이드(FlashBlade) ®와 같은 솔루션에서 제공하는 다른 데이터 절감 기법과 함께 델타 인코딩을 활용하면, 기업들은 스토리지 비용을 대폭 절감 하고 데이터 처리를 최적화할 수 있습니다.

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