디지털 영상 카메라의 8 bit, 10 bit ,12 bit 등 사용의 차이점

우리가 영상카메라에서 8 bit, 10 bit, 12 bit 사용 선택 등으로 이야기하고 있는데 무엇을 의미하는가? 

우리가 카메라로 촬영하는 영상신호의 선택에서 8 bit, 10 bit, 12 bit의 선택을 요구할 때가 있다. 

언제 8 bit, 10 bit, 12 bit의 선택을 해야 할까? 우리가 촬영하는 영상이 디지털화하여 저장하고, 편집하고, 송˙수신할 경우 적합한 환경을 제공해야 좋은 영상을 제작할 수 있다.

우리가 영상을 디지털화할 때 먼저 아날로그 신호를 어떻게 Sampling하고, 어떻게 양자화시켜 2 진법으로 바꾸고, Pulse화 하여 지디털 신호로 만들어야 하는지 결정하여야 한다. 이때 표본화(Sampling)한 것을 양자화할 때도  어떻게 하는 것이 좋을지 선택하는데 8 bit, 10 bit, 12 bit 등의 선택이 필요하다.

촬영 대상을 표현할 때 8 bit를 선택하면 표본화 값을 0에서 255,  256단계까지 표본화 한것을 양자화시켜 디지털로 전환할 수 있게 하는 것이고, 10bit 는 1024 단계, 12 bit는 4096 단계까지 표본화 된것을 양자화하고 디지털 신호로 만든다. 

좀더 구체적을 설명한다면 영상에서 하나의 Pixel를 나타낼 때 어떻게 세밀하게 구분해 표현해야 할지 결정된다. 일례로 순 white를 나타내는데 8bit에서는 R, G, B 각각  255, 10 bit에서는 1023, 12 bit에서는 4095 단계로 양자화해 디지털신호로 만들어 저장하고, 편집하고, 송˙수신하게 된다. 높은 bit를 선택하면 화질은 더욱 좋아질 수 있지만 데이터의 용량은 매우 커져 그에 따른 불편이 일어날 수 있다.    

이런 표현은 물론 디지털 영상 카메라에서 사용할 수 있는 선택이다. 우리가 영상의  Pixel(Picture Element), 우리말로 화소(畫素), 또는 회소(繪素)라고 하는데 그 Pixel을 어떻게 표본화(Sampling) 해서 양자화하고 디지털로 구성할 것인지 결정하는 작업이다.

이세상에 모든 물질이 아날로그인데 이 아날로그 물질은 현 상태를 유지하고 처리하는 과정에서 자연스럽게 손실이 일어나고, 변형되어 원래 상태를 유지하기 어렵다. 그래서 이런 약점을 해결할 좋은 방법이 없을까?  연구한 결과 디지털로 대체하여 암호화(暗號化) 해서 여러 과정을 거처 손실이 적게 가공처리하고 최후에 알아볼 필요가 있을 때 아날로그 원상태로 원상복귀시키는 방법을 고안하게 되었다.

알기 쉬운 예로 과거 우리가 급하게 소식을 전하기 위해 우체국에 가서 전보(電報)를 보내면 멀리서 내용을 쉽게 받아볼 수 있었다. 우리는 전보를 보낸다고 말하기보다 "전보를 친다."라고 했다. 무슨 뜻인가? 어떻게 전보를 치는가? 사실은 우체국에서 다른 우체국으로 글자를 보내는 것이 아니라 암호화된 "모르스 부호"를 사용했다. 점을 나타내는 Dot(·)와 길이를 나타내는 Dash(-)를 조합해 내용을 암화화 한다. 일례로 " 뚜 뚜 뚜우(· · - )"와 같이 기계를 두드려 보내면 그 받는 쪽에서 암호를 받아 정해진 약속된 암호를 풀어 해석해 "안녕하십니까?"라고 내용을 수신자에게 전달하였다.

이것이 우리가 사용하는 디지털의 신호의 효시라고 할 수 있을것 같다. 아무튼 우리는 10진법으로 0∼10까지 10 단계를 구분하고 있지만 기계는 단계의 차이를 잘 인식하지 못하고 불이 켜진 상태 1, 꺼진 상태 0으로  2단계 밖에 표현시킬 수 없다.  이런 2진법으로 암호화하는 방법을 우리는 찾았다. 몇 bit를 사용할 것인가에 따라 단계를 나누어 식별할 수 있는 방법이 발생한다.

1 bit로는 0, 1인 2단계 표시

2 bit로는 00, 01, 10, 11인 4단계 표시

3 bit로는 000에서부터 최대 111까지 8단계 표시

4 bit로는 0000부터 1111까지  16단계 표시

8 bit로는 256단계 표시

10 bit로는 1024단계 표시

12 bit로는 4096 단계 표시

14 bit로는 16,384 단계 표시

16bit로는 65,536 단계까지 표현할 수 있다.   

여기까지에서 보면 디지털 8bit는 256 단계(0∼255)를 나타낼 수 있다는 것을 알게 되었다. 그러면 영상에서 하나의 Pixel을 8 bit로 표현하면  0∼255까지 화소(pixel) 하나하나를 구분해 표현할 수 있게 됐다. 하나의 화소를 어떤 칼러로 표현한다면 단일 컬러를 0∼255 단계의 색상(색깔)을 다르게 표현할 수 있다.   

다음 그림 <1-1>은 bit 수가 서로 다를 때 표현 되는 한 pixel의 흑백 단계의 표시 일례이다. 

 

 <그림 1-1> 높은 Bit와 낮은 bit에 의한 pixel 단계 표시

색에 대한 이야기가 나왔으니  8bit로 사용되는 Photoshop장비라면 컬러를  만들어 사용할 때  Red, Green, Blue를 다음과 같이 숫자를 조정해서 사용할 수 있다. 

Red     :  0∼255   

Green  :  0∼255

Blue    :  0∼255

만약 여기서 R, G, B의 숫자를 각각 255, 255, 255로 택했다면 가장 밝은 순 흰색(White)이 만들어질 것이고,

R, G, B의 수자를 각각 0, 0, 0을 택했다면 순 Black이 된다.

8 bit를 사용할 때 칼러 색상은 R x G x B로 만들어져 최대 256 x 256 x 256 = 17,677,216 가지 색상을 표현할 수 있다.  

그런데 만약 10 bit를 사용한다면 R, G, B 각각 1024 단계까지 나타낼 수 있으니 R, G, B 각각  0 ∼1023의 색상을 표현할 수 있어 더욱 정교하게 명도, 채도의 색도가 서로 다른 1,073741,824 가지 색상을 표현할 수 있다. 

                                           그림 1-2 8bit와 10bit의 단계 차이 

 

Color뿐 아니라 여러 면에서 보면 8 bit 보다 10 bit를 사용하면 더욱 세밀하게 표현할 수 있어 영상화질은 더 좋게 할 수 있다. 그러나 좋은 것이 있으면 좋지 못한 경우도 갖고 있게 된다. 영상을 처리하는 영상 데이터가 많아져 저장용량(Memory 등)이 매우 커져야 하고, 데이터 처리 속도도 느려져 편집용 컴퓨터, 다른 장비도 상위급으로 높여 사용해야 한다.