티비의 기능 설명을 보다보면 크로마서브 샘플링이라면서 글씨를 선명하게 보여준다는 기능광고를 자주 보실 수 있습니다. 하지만 정작 이게 어떻게 작동하는지는 개념도 잘 모르는게 현실이고 그냥 뭉뚱그려 TV를 모니터로 사용할 수 있는 기능이라고만 생각합니다.
크로마서브 샘플링 (출처: 지식백과)
엄밀히 따지면 크로마서브 샘플링은 색상기능을 낮추는 개념입니다
모든 영상에는 정보 값이 있습니다. 그리고 이 정보 값을 전달하여 영상 원본과 같은 화면을 출력하게 만들어 줍니다. 요즘에는 인터넷이나 기술이 좋아져서 원본 정보 값을 그대로 전달하기도 하지만, 때로는 사용 환경에 따라 정보 값을 압축하여 전달하기도 합니다.
이번 포스팅에서는 크로마 샘플링이란 무엇인지, 어떤 방식으로 적용되는지, 그리고 정보를 압축∙손실하여 전달하는 이유가 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.
크로마 샘플링(Chroma Sampling)
크로마 샘플링은 영상 정보 값을 밝기 값(Y, 휘도, luminance)과 색상 값(Cb, Cr, 색차 정보, chroma)로 분리해 샘플링(추출)하는 것을 말합니다. 이미지를 예로 설명하면 이렇습니다.
위 사진을 확대해 보면 다음과 같은 이미지를 볼 수 있습니다.
여기에 있는 한 칸이 바로 픽셀입니다. 이미지를 구축하는 가장 작은 단위죠. 앞서 크로마 샘플링은 밝기 값과 색상 값을 분리한다고 설명했습니다. 이 이미지에서 색상 값과 밝기 값을 나누어 보겠습니다.
각각 밝기 값과 색상 값입니다. 두 이미지를 합치면 위에 있는 사진과 동일한 값을 출력할 수 있습니다. 크로마 샘플링은 이런 식으로 한 화면을 픽셀로 나누고, 각각 밝기와 색상 값을 나누어 전달합니다. 전달 단위에 따라 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0으로 표기됩니다.
크로마 서브샘플링(Chroma Subsampling) 4:2:2 또는 4:2:0
그렇다면 크로마 서브 샘플링은 무엇을 말하는 걸까요? 답은 뒤에 적힌 숫자에 있습니다. 뒤에 오는 숫자는 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0으로 표기 되는데, 4:4:4는 원본의 정보 값을 그대로 전달한다는 의미입니다. 그래서 4:4:4는 크로마 샘플링 4:4:4로 표기하고, 나머지는 크로마 서브샘플링 4:2:2 또는 4:2:0으로 표기합니다.
Red.com
앞에 오는 4는 밝기 값을 나타납니다. 모든 영상은 정보 값을 압축할 때 밝기는 손실하지 않고 그대로 전송합니다. 밝기 값을 손실하게 되면 명암이 없어져 이미지를 제대로 확인할 수 없기 때문입니다.
뒤에 오는 2:2 또는 2:0은 색상 값을 표현합니다. 근데 왜 같은 색상 값인데 2:2 또는 2:0으로 되는 걸까요? 아래의 이미지를 보시면 이해가 쉽게 될 것 같습니다.
크로마 샘플링의 정보 값의 단위는 4칸 2행의 세트로 구성되어 있습니다. 총 8개의 픽셀에 대한 정보 값이 묶여 있다고 보시면 됩니다. 한 행(4 픽셀)의 값이 다 들어있으면 4로 표기, 4:4:4 라고 쓸 수 있습니다. 좀 더 풀어보면 4(밝기 값): 4(첫 행 색상 값): 4(두 번째 행 색상 값)으로 보시면 됩니다.
4:2:2는 4(밝기 값): 2(첫 행 색상 값이 2개): 2(두 번째 행 색상 값이 2개)로 색상이 손실이 되었습니다. 4:2:0는 4(밝기 값): 2(첫 행 색상 값이 2개): 0(두 번째 행 색상 값은 윗 행을 따름)이 되어 보는 것처럼 색상을 표시합니다.
왜 색상 손실을 하는가?
영상 값을 그대로 전달할 수 있으면 좋겠지만, 때로는 환경에 따라 색상을 손실시켜야 할 때가 있습니다. 예를 들면 HDMI 연결 시 케이블과 포트에 따라 전송할 수 있는 양은 정해져 있습니다. 고사양의 게임이나 영상을 보게 된다면 버퍼링에 걸리겠죠. 이를 방지하기 위해 전달된 값을 압축 손실하여 빠르게 정보를 받아 출력할 수 있도록 만들어주는 것이 크로마 샘플링의 목적입니다.
그렇다고 지금까지 난 잘못된 영상을 봐왔어! 같은 생각은 하지 않으셔도 됩니다. 어차피 사람의 눈으로 인식하기에는 굉장히 빠른 속도로 처리가 되기 때문에, 정지된 이미지 파일이 아닌 이상 색상이 떨어진다는 것을 인지하기란 어렵기 때문입니다. 그리고 버퍼링에 걸려 영상을 제대로 감상하지 못하는 것보다, 원활하게 재생되는 것이 더 좋기 때문입니다.
왜 글자가 선명하다고 하는가?
위에서 설명한 것처럼 크로마 샘플링은 밝기 값과 색상 값을 압축하여 전달하는 시스템입니다. 그런데 대부분의 TV 회사에서는 이 기능을 설명할 때 선명한 화면을 구성한다는 예시를 들고 있습니다. 무엇이 맞는 걸까요?
이노스 제품 상세페이지
크로마 샘플링은 영상에서는 잘 눈에 띄지 않지만, 단조로운 색상에서는 큰 차이를 보이기 때문입니다. 다음 이미지를 참고하시면 이해가 쉽게 되실 것입니다.
https://www.rtings.com/tv/learn/chroma-subsampling (왼쪽이 4:2:0, 오른쪽이 4:4:4)
4:4:4는 각 픽셀이 색상 값을 가지고 있기 때문에 텍스트를 보일 때 번짐이 보이지 않습니다. 반면 4:2:0은 검은 바탕일 경우 선명하게 표현이 되지만, 붉은 색 또는 파란 색 위에 쓰여있는 텍스트는 선명도가 좋지 않습니다. 해서 대부분의 TV 회사에서는 크로마 샘플링을 쉽게 설명하기 위해 ‘텍스트가 선명합니다’로 함축하는 것이지요.
크로마 샘플링 4:4:4 지원은 언제 필요한가?
대부분의 TV에서 크로마 샘플링 기능을 지원하기는 하지만, 지원하지 않는 제품도 있긴 합니다. 지원되는 TV로 바꾸는 것이 좋을까요?
만약 TV를 PC 모니터 겸용으로 사용하신다고 한다면 크로마 샘플링이 들어간 제품으로 구입하는 것이 좋습니다. 위에서 설명했던 것처럼 크로마 샘플링이 적용되면 선명하게 텍스트를 표기할 수 있기 때문입니다. 하지만 외에 영화, 스포츠, 드라마 등을 시청하는 것이 목적이라면 굳이 바꾸지 않으셔도 됩니다.
콘솔 게임을 연결하여 사용하려는 분이라면 사전에 HDMI 2.1A 또는 2.1B를 지원하는지 꼭 확인해 보셔야 합니다. 게임에 따라 압축전송을 지원하지 않는 경우도 있어 어쩔 수 없이 크로마 서브샘플링으로 전달되는 경우가 있기 때문입니다.
결론을 말씀드리자면 이 기능이 등장한 이유는 TV와 모니터가 비슷한 기기이지만 사용목적은 완전히 다르기 때문에 생긴 문제입니다.
영상 재생을 목적으로 하는 TV의 RGB 재생은 색상의 손실이 없는 가장 좋은 화면입니다. 하지만 이 경우 모니터로 사용할 때는 문제가 생기니 이를 보완하기 위해 크로마서브 샘플링을 사용기능을 활용하여 선명한 화면을 출력하긴 하지만 기본적으로 TV를 모니터로 사용하기 위해 만들어진 기능은 아닙니다. 그러니 부가적인 사항 정도로 생각하는 게 적절하며 이를 메인으로 생각한다면 차라리 모니터를 구매하는 것이 더 나은 선택일 수 있습니다.
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