크로마 서브 샘플링
서브샘플링이라는 말 자체는 원래 이미지에서
표시되는 이미지보다
낮은 해상도로 이미지를 구성해 놓는 것을 뜻한다.
400x400 이미지로 표시되는데...
내부적으로 200x200으로 저장해 놓는 식이다.
동영상이나 캠코더 촬영 이야기를 할 때 서브샘플링에 대한 단어는 심심치 않게 나타난다.
서브샘플링이라는 말은 안나타날지 모르지만 4로 시작하는 3자리 숫자는 참 많이 보게된다.
예를들면
카메라는 422인데 녹화는 420이다.
영화니까 444를 써야한다.
방송표준은 422다.
이 단어와 숫자들이 무엇을 의미하는가?
이걸 설명하기 위해서 아래에 루마와 크로마에대한 글을 먼저 썼고..
정리하자면 루마는 빛의 밝기 정보로 흑백 사진을 생각하면 되고..
컬러에서 루마 값을 뺀 순수한 컬러에 대한 정보가 크로마다.
YUV 컬러 체계에서 Y가 루마를 나타내고 UV는 크로마를 펼쳐논 상태에서 그은 가상 축이다.
저 새자리 숫자는 별다른 표기나 언급이 없는 한 YUV 컬러 스페이스를 가르킨다.
422라는 숫자가 등장 했다면 4는 Y에 U,V 각각에 2라는 숫자가 할당 되어 있는 것이다.
숫자 자체는 대역폭을 뜻 하는 것으로 4가 풀 대역폭을 말하는 것이고
2라면 절반의 대역폭을 말하는 것이다.
논 압축 상태와 비교이기 때문에 대역폭은 곧 해상도라는 말과 거의 같은 뜻이 된다.
정리하자면
422라는 표기는 해당 동영상(이미지)을 YUV 컬러 스페이스에서 루마 값은 풀해상도로 표시하게 되고
크로마 값은 각 채널당 세로는 그대로인데 가로방향으로 절반 해상도로 표시된다는 뜻이다.
세로로는 1440dpi인데 가로로는 720dpi인 잉크젯 프린터를 생각해보면 된다.
이해하기 괴로운데..
그림을 보자.
<RGB 4:4:4 이미지를 각 채널별로 4x4 도트로 표현한 그림>
먼저 4x4픽셀로 이루어진 RGB 444 이미지를 놓고 보자.
아무런 이미지 압축손실 없이 풀 해상도로 이미지를 다루는 것이고
우리가 흔히 포토샵에서 작업하거나
3D 렌더링을 할 때 이런 이미지를 사용한다.
<YUV 4:4:4 이미지를 각 채널별로 4x4 도트로 표현한 그림>
YUV 444 라면? 컬러 스페이스를 YUV로 옮기고..
루마값이 Y를 풀 해상도로 나머지 UV도 풀 해상도로 이미지를 다룬다.
<YUV 4:2:2 이미지를 각 채널별로 4x4 도트로 표현한 그림>
YUV 422를 살펴보자.
루마는 풀 해상도로 크로마는 세로는 풀해상도 가로는 절반 해상도로 다룬다.
실제 신호는 시리얼로 나가게 되는데
(YuYvYuYv)(YuYvYuYv)(YuYvYuYv)……
이런식으로 Y신호가 4번 있을 동안 각각 U와 V는 2번씩 있게 된다.
YUV 채널당 10비트에 422 신호가 우리가 사용하는 방송신호이고
파이널 컷프로 같은 컷편집툴이 일반적으로 사용하는 규격이다.
<YUV 4:2:0 이미지를 각채널별로 4x4 도트로 표현한 그림>
YUV 420 으로 저장하는 매체도 있는데
이것은 4번 Y신호가 등장할 때 U신호만 2번만 등장한다는 의미인데..
다음번 Y신호가 4번 등장할 때 V 신호만 2번 등장한다는 것이다.
결과적으로는 루마는 풀해상도 크로마는 2x2로 처리한다는 뜻이다.
다시말해서 크로마는 가로세로 전부 절반씩 해상도로 다룬다.
픽셀수로는 해상도가 4배 차이가 나게된다.
<YUV 4:1:1 이미지를 각채널별로 4x4 도트로 표현한 그림>
HD 시대가 된 이후로 지금은 많이 사용하지 않지만
411도 굉장히 많이 등장하는 서브샘플링 이었다.
역시 루마는 풀 해상도로 크로마는 가로는 4분의1 해상도로 다룬다.
<YUV 311 이미지를 각채널별로 4x4 도트로 표현한 그림.
루마 채널이 사이즈는 그대로지만 도트수가 가로 1개 줄었다>
YUV 311로 저장하는 메이저 포맷도 있는데
원래 1920x1080이 풀해상도인데..
루마를 1440x1080으로 처리해 저장하고
크로마는 가로 4픽셀을 1픽셀로 처리하게된다.
자 이제 422라는 숫자가 어떤 의미인지 대충 알았을텐데…
실제 이미지 퀄리티는 어떻게 될까?
<베르메르의 "진주귀걸이를 한 소녀" 이미지를 사용해서 서브샘플링 적용을 해 본 그림>
차이를 느낄 수 있는가?
크로마가 아주 선명한 이미지에서도 그 차이는 거의 느끼지못하는 수준이다.
<위와 같은 이미지를 400% 확대한 이미지>
400%로 확대한 이미지를 살펴보자.
두건과 얼굴 피부 경계선, 입술 왼쪽 끝 부분에 주목해보자.
100%에선 거의 느끼지 못하지만 픽셀이 보이는 수준까지 확대하면 다른 부분을 찾아 낼 수는 있다.
인터레이스 영상은 보고 있는 이미지와 같은 퀄리티는 보여주지 않는다는 것도 주의하라.
인터레이스는 세로로 2배의 이미지퀄리티 손상이 있다.
이만큼 이미지에서 크로마 부분보다 루마 부분이 중요하고
실제 JPEG이나 MPEG 같은 포맷도 크로마 서브 샘플링을 발전시켜서 압축을 행한다.
촬영 포맷이나 내가 사용하는 포맷이 어떤 크로마샘플링을 하는지 알 필요가 있는데..
캠코더를 구입하거나 이용할 때는 어떤 서브샘플링 이미지로 저장되는지 확인해야한다.
정리해보자..
444 : RGB 시스템에서는 거의 444를 사용하기 떄문에 우리가 사용하는 거의 모든 스틸 포맷, 이미지 시퀀스는 444로 저장된다.
444로 영화를 촬영하는 캠코더들도 444로 저장하는 것들이 있으니 그런 카메라를 사용한다면 카메라 스펙과 저장 옵션을 체크해보라.
소니의 HDCAM SR이 최근에 444포맷을 포함시켰다. YUV 444는 그리 흔하지 않고 주로 RGB 444가 주로 이용된다.
422 : 몇번 언급했는데 방송용 데이터가 여기에 해당된다. 수준이상의 방송용 캠코더들이 422로 저장하는 포맷을 사용하고 요즘 나오는 메모리 기반 캠코더들도 점점 422를 사용하는 추세다. 디지베타, D-1, D-5, DVCPRO HD, DVCPRO 50, HDCAM SR 등이 422로 저장한다.
311 : 한가지 밖에 없는데.. 오래된 소니의 HD 포맷인 HDCAM이다.
411 : NTSC DV, NTSC DVCAM, NTSC DVCPRO가 여기에 해당된다.
420 : PAL DV, PAL DVCAM, DVD, HDV 가 여기에 해당된다.
루마와 크로마
