1Mbps의 속도는 어느 정도일까?
이론을 바탕으로 1Mbps의 속도가 어느정도일지 알아보자
요즘 인터넷은 확실히 10~20년 전 제가 교복을 입고 학교 다니던 시절과 비교해서 빨라졌습니다. 기가 인터넷 관련해서 이슈가 없는 것은 아니지만, 100Mbps 회선에서도 유튜브를 비롯해서 동영상 스트리밍 사이트에서 FHD 급 이상의 화질도 끊기는 일 없이 재생이 가능합니다.
그래서 한 가지 의문이 들었습니다. 지금 인터넷 환경에서 1Mbps로 QoS가 걸린다면 동영상을 스트리밍 해서 시청하는 데까지 얼마나 오랜 시간이 걸릴까요? 이론을 바탕으로 대략적인 시간을 추론해보도록 하겠습니다.
bps 란?
bit per second의 약자로 초당 보낼 수 있는 비트(bit)의 수
비트 레이트(bitrate) 란?
통신 또는 컴퓨팅에서 특정 시간 단위마다 처리할 수 있는 비트의 수
단위는 bps
먼저, bps는 통신에 있어서 초당 얼마나 많은 데이터를 처리할 수 있는지 뜻하는 단위입니다. 저장 공간을 표기하는 바이트(byte) 단위와 마찬가지로 1,000개 단위로 묶여서 킬로(Kilo), 메가(Mega), 기가(Giga), 테라(Tera) 등으로 단위가 올라가며, 값이 높으면 높을수록 더 많은 데이터를 보내고 처리할 수 있습니다.
비트 레이트는 통신 또는 컴퓨팅에 있어서 특정 시간 단위 당 처리할 수 있는 비트 수로 통신에서는 전송 속도를 나타내며, 동영상을 비롯한 멀티미디어에 있어서는 품질을 나타냅니다. 높은 비트 레이트를 가지고 있으면 가지고 있을수록 더 좋은 품질을 제공하고, 그만큼 용량도 늘어납니다.
그럼 1Mbps의 속도로 과연 얼마나 많은 데이터를 전송할 수 있고, 또 받아볼 수 있는 것일까요? 텍스트, 이미지, 동영상, 마지막으로 유튜브 영상까지 한 번 대략적으로 전송할 수 있는 크기를 계산해보겠습니다.
먼저, 1Mbps는 1초에 1,000,000bit를 전달할 수 있는데요, 이를 바이트로 환산해보면 125,000byte로 125KB입니다. 단순 용량으로 표기하면 어느 정도일지 감이 잡히지 않으실 텐데요, 보통 텍스트 또는 웹페이지에 작성되는 한글 문자열은 유니코드 문자열로 한 글자 당 2byte를 사용하고 있습니다.
한글 한 글자 당 2byte
1Mbps = 1초에 125,000byte 전송
125,000 / 2 = 62,500자 전송
즉, 띄어쓰기가 일절 없다는 기준 하에 125KB를 나누어서 작성할 수 있는 글자를 계산해보면 62,500자를 작성할 수 있습니다. 그리고 띄어쓰기, 알파벳, 숫자가 같이 포함된 텍스트일 경우 작성할 수 있는 글자 수는 줄어듭니다. (띄어쓰기, 알파벳, 숫자는 1byte를 사용합니다.)
생텍쥐페리의 어린 왕자 같은 경우, 한글 번역본 기준으로 약 11~12만 자 정도 된다고 하는데요, 이를 1Mbps의 속도로 전송한다면 약 2초 정도 만에 전부 전송이 가능합니다.
이미지 용량 계산법
Width × Height × (bit ÷ 8)
디지털 이미지 같은 경우, 포맷이나 압축 효율에 따라 달라지겠지만, 용량을 계산할 때 "가로 * 세로 * (비트/8)"로 계산이 이루어집니다. 일반적으로 많이 사용하고 있는 JPG 이미지 같은 경우 색을 표현할 때 8bit RGB 값을 조합하여 24bit로 표현하고, PNG 같은 경우 투명 값이 있어 32bit로 표현이 이루어집니다. 이를 바탕으로 1920 x 1080 해상도의 이미지의 용량을 계산해보면 다음과 같습니다.
JPG
1920 * 1080 * (24/8) ⇒ 6,220,800byte
= 약 6,220KB = 약 6.2MB
PNG
1920 * 1080 * (32/8) ⇒ 8,294,400byte
= 약 8,294KB = 약 8.3MB
FHD 해상도의 이미지에서 JPG 포맷일 경우 약 6.2MB, PNG 포맷일 경우 약 8.3MB인데요, 이를 1Mbps로 전송한다 했을 때 소요되는 시간을 대략적으로 계산해보면, JPG는 약 50초(6,220,800 / 125,000 = 49.7664), PNG는 약 66초(8,294,400 / 125,000 = 66.3552) 정도 소요된다는 것을 추론할 수 있습니다. 그리고 원활하게 주고받을 수 있는 크기를 역산해보면 JPG는 약 273 x 153 px, PNG는 약 236 x 133 px 정도 됩니다.
동영상 용량 계산법
Width × Height × Color bit × fps ÷ 8
동영상도 이미지와 마찬가지로 포맷과 코덱에 따라서 달라지겠지만, 일반적으로 "가로 * 높이 * 색상 비트 * FPS / 8"로 용량 계산이 이루어집니다. 이를 바탕으로 FHD(1920 x 1080) @24fps 동영상의 용량을 계산해보면 149,299,200byte(= 약 149,299KB = 약 149MB)입니다. 그리고 전송하기 위해서는 약 1,194초(149,299,200 / 125,000 = 1,194.3936)으로 약 20분 정도 소요가 됩니다.
고로, 모든 동영상 압축 기술을 생략하고, 순수 이론값을 바탕으로 FHD 영상을 원활하게 스트리밍 하기 위해서 필요로 한 통신 속도를 계산해보면 149,299,200 / 1,000,000 = 149.2992로 약 150Mbps의 속도가 필요한 것을 알 수 있습니다. 또한, 1Mbps 환경에서 원활하게 스트리밍 해서 보기 위해서는 재생시간 1초당 150초가 필요하다고 추론됩니다. 즉, 1분 정도 영상을 보기 위해서는 약 2.5시간이 필요합니다. (60 * 150 ⇒ 9000초 ⇒ 150분)
역으로, 모든 압축 기술을 생략하고 1Mbps의 속도에서 원활하게 볼 수 있는 동영상의 해상도는 어떻게 될까요? FHD 해상도와 동일한 16:9 비율의 영상이라는 기준 하에 산출해보면 다음과 같습니다.
x * y * 24 * 24 / 8 = 125,000
4608xy = 125,000
xy = 125,000 / 4608 = 약 27.12
x:y = 16:9
9x = 27 , 16y = 27
x = 약 3 , y = 약 1.68
제대로 이미지가 그려지지 않을 정도의 크기인 가로 3px 세로 2px 정도의 영상을 원활하게 볼 수 있다는 계산이 나옵니다.
하지만, 최근 동영상 압축 기술과 데이터 전송 기술이 발전함에 따라 이보다 훨씬 더 큰 영상을 스트리밍 해서 볼 수 있는데요, 그럼, 유튜브 기준에서 1Mbps의 속도는 어느 정도 영상을 원활하게 스트리밍 해서 볼 수 있을까요? 이를 알기 위해서 유튜브 고객센터에 있는 실시간 스트림 가이드에서 비트 전송률 기준을 살펴보면 다음과 같습니다.
동영상 품질을 자동으로 설정했을 때를 기준으로, 안정적인 네트워크를 제공하는 곳에서 자주 선택되는 720p 같은 경우 1.5 ~ 4Mbps가 필요하며, 최고 품질인 4K 같은 경우 최대 51Mbps까지 필요합니다. 그리고 1Mbps의 속도일 경우 240 ~ 360p까지는 무리 없이 재생이 가능하고, 네트워크 환경 및 영상에 따라 480p까지 무리 없이 재생할 수 있습니다.
위의 영상 3개는 아이폰 SE 2, LG V50S, Google Pixel 3a를 가지고 공유기에서 1Mbps QoS를 걸어둔 상태로 랜덤적으로 유튜브 알고리즘이 추천하는 영상을 재생시켜본 결과인데요, 로딩하는 데 있어서 다소 시간이 걸릴 뿐, 재생되고 난 이후에는 버퍼링이 그리 걸리지 않았습니다. 단, 해상도 같은 경우 자동으로 144p부터 시작해서 480p까지 조절이 이루어진 것을 확인할 수 있습니다.
지금까지 한 이야기를 바탕으로 1Mbps의 속도가 어느 정도인지 정리해보면 다음과 같습니다.
1.
카카오톡, 디스코드 등 메신저 앱을 통해서 텍스트를 주고받는 정도는
문제없이 사용할 수 있음
2.
이미지 같은 경우 가로 270px 이상의 이미지는
다소 시간이 필요
3.
동영상은 이론 상 정말 작은 픽셀만 가능하지만,
압축 기술이 발전함에 따라 유튜브 영상 기준 360p 정도까지 원활하게 재생 가능
생각했었던 것보다 1Mbps의 속도는 그리 많은 것을 할 수 없지만, 그래도 어느 정도 할 수 있는 수준의 속도를 가지고 있습니다. 스트리밍을 비롯하여 요즘 콘텐츠를 소비하는 데 있어서는 분명히 많이 느리지만, 아예 사용할 수 없다 수준은 아니라고 볼 수 있겠습니다. 하지만, 실질적으로 모바일 단말기의 통신 안에는 소비하고자 하는 콘텐츠 이외에 푸시 서비스(Push Service)를 비롯한 다른 패킷도 포함되어 있기 때문에 위에 정리한 것보다 조금은 더 느릴 수 있습니다.
