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화려한 그래픽으로 유저의 시선을 사로잡는 초고화질 3D 게임들이 보편화된 요즘과 달리, 1980~1990년대초 컴퓨터 게임 속에 등장하는 색상은 상당수가 256가지 컬러이하이거나 심지어 16컬러 또는 흑백인 경우도 있었습니다. 디스플레이에서 표현하는 색상의 수가 다른 이유는 무엇일까요? 모니터나 TV, 스마트폰의 디스플레이가 표현하는 색상의 수는 얼마나 될까요?

가장 적게는 블랙과 화이트만 표현하는 흑백부터 많게는 수십억개의 색을 표현하는 전문가용 디스플레이까지 다양한 색표현 범위를 갖고 있는 디스플레이들. 오늘은 디스플레이에서 표현 가능한 색상의 수를 나타내는 개념 중 ‘색심도’라는 내용에 대해서 알아보겠습니다.

 

□ 색심도(Color Depth)란?

색심도(Color Depth)란 디스플레이가 얼마나 많은 색상을 표현할 수 있는지를 나타내는 수치로 색깊이라고 부르기도 하며, 표현 단위로는 비트(Bit)를 사용합니다. 일반적으로 색심도가 높은 디스플레이는 다양하고 자연스러운 색을 표현할 수 있고, 색심도가 낮은 디스플레이일수록 화면 속의 색이 잘 표현되지 못하고 어색하게 보이게 됩니다.

그럼 색심도에서 뜻하는 비트(Bit)의 개념부터 보겠습니다. 기본적으로 비트는 0과 1로 이루어진 디지털 정보입니다. 일반적으로 디지털 분야에서 0은 꺼짐(OFF)을, 1은 켜짐(ON)을 뜻하기도 합니다.

먼저 흑백 TV를 예로 들어보겠습니다. 화면에서 픽셀 하나를 표현할 때 검은색을 0, 흰색을 1이라고 가정하면 이 디스플레이는 픽셀당 흑과 백 이렇게 2가지 색 선택이 가능한 것입니다. 비트는 이진법 개념이므로 숫자 2의 제곱수를 비트수로 이해하면 됩니다. ‘2의 1제곱 = 2’이기 때문에 2가지 색상을 표현할 수 있다는 뜻이며, 따라서 흑백 TV는 1비트(Bit) 디스플레이입니다.

이번에는 컬러 TV로 설명해보겠습니다. 컬러 TV는 일반적으로 R(빨강), G(녹색), B(파랑)의 3가지 색을 원색(Primary Color)을 서브픽셀(Sub-Pixel)로 두고 이들의 조합을 통해 색을 표현합니다. 그러므로 기본적으로는 R이 켜지면 1, 꺼지면 0으로 놓는 2가지 옵션이 있다면 G과 B 또한 동일한 방식으로 각각 2가지 옵션을 가질 수 있습니다. 이렇게 되면 ‘2의 3제곱 = 8’이 되면서 8가지 색상의 조합을 만들 수 있습니다. 서브픽셀당 비트로는 1비트이며, 픽셀당 비트로는 3비트가 되는 것입니다. 디스플레이 제조사나 색 규격 기관에 따라서 서브픽셀당 비트수로 표현되기도 하고 1픽셀당 비트수로 표현되기도 합니다.

이때 색이 표현되는 방식을 이진법으로 설명해보면 서브픽셀 R=1(켜짐), G=0(꺼짐), B=0(꺼짐)으로 놓으면, 이 픽셀은 빨간색이 됩니다. R=1, G=1, B=1로 놓으면 하얀색이 되고, R=1, G=1, B=0으로 놓으면 노란색이 됩니다. 모든 서브픽셀을 0으로 놓으면 검은색이 되겠죠. 이렇게 8가지 색이 표현되는 조합을 아래 그림을 통해 보겠습니다.

 

□ 색심도와 계조(Gradation)

단순히 원색만 존재할 경우에는 위와 같이 픽셀당 3비트, 곧 8가지 색 표현이 가능하지만, 디스플레이의 색은 한가지 원색마다 여러 단계로 진함과 연함을 나누어 표현이 가능합니다. 그리고 이것을 ‘계조(Gradation)’라고 합니다. ‘계조’란 사전적 의미로 ‘이미지에서 농도가 가장 짙은 부분에서 가장 옅은 유효농도부까지의 농도 이행단계’라고 하는데, 쉽게 설명하면 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분을 동일 간격으로 여러 단계로 나누어 표현하는 정도를 의미합니다.

* 참고 : 일반적으로 디스플레이는 RGB로 구성된 서브픽셀 3가지의 조합으로 1개의 픽셀이 색을 표현하므로, 서브픽셀의 비트 수에 3제곱을 하면 1픽셀당 비트가 됨 (서브픽셀 8 Bit는 대체로 1픽셀 24 비트(8+8+8)를 의미함)

위의 표에서는 검은색과 하얀색에 대한 계조만을 표현했지만, 구체적으로는 원색 중 하나인 빨간색도 진함부터 연함까지 여러단계로 표현되고, 녹색과 파란색도 마찬가지로 여러 단계로 표현할 수 있습니다. 이렇게 여러 단계로 만들어진 색들의 조합을 통해 훨씬 더 다양하고 풍부한 색을 표현할 수 있습니다. 즉, 계조가 많을수록 이미지에서 계단현상이 사라지고 더 많은 색을 표현할 수 있으므로 색이 더 자연스럽게 표현됩니다. 현재 대부분의 TV, 모니터, 스마트폰 등 IT용 디스플레이들은 서브픽셀이 8비트로 구성된 픽셀당 24비트(트루컬러)의 색심도를 표현하며, 약 1,677만 컬러를 표현합니다.

 

□ HDR(High Dynamic Range)에서 더 중요시되는 색심도

고화질 영상을 위해 최근 각광받고 있는 기술인 HDR(High Dynamic Range)의 필수적인 구현 요소에도 색심도가 들어있습니다. HDR은 명암의 범위를 확대해 밝은 부분은 더 밝게하고 어두운 부분은 더 어둡게 해 사물을 더욱 선명하게 만들어내는 기술입니다. HDR의 규격에 대해서는 여러 기관에서 각각의 기준을 제시하고 있지만, 공통적으로 색심도에 대해서 그 중요성을 인정하고 기준을 마련해두었습니다.

대표적으로 ‘HDR10’과 ‘돌비비전(Dolby Vision)’으로 규격이 형성되어 있습니다. HDR10은 색심도로 서브픽셀 기준 10비트를, 돌비비전은 서브픽셀 기준 12비트를 제시하고 있습니다. 10비트는 ‘2의 10제곱=1024’를 다시 두번 더 제곱한 것이기 때문에 1024x1024x1024=1,073,741,824(약 10억)가지 색을 표현할 수 있습니다. 12비트는 ‘2의 12제곱=4096’을 다시 두번 더 제곱한 것이기 때문에 4096x4096x4096=68,719,476,735(약 68억)가지 색을 표현할 수 있습니다. 현재보다 훨씬 세밀한 색 표현이 가능한 색심도들로 향후 본격적으로 도입이 되면 더욱 생생한 화질을 기대할 수 있을 것으로 보입니다.

오늘은 디스플레이에서 색을 더 세밀하게 표현하는 개념인 색심도에 대해서 살펴보았습니다. 다음 편에서는 이미지와 영상의 명암 표현을 높임으로써 화질을 극대화하는 기술인 HDR(High Dynamic Range)에 대해서 더 자세히 알아보겠습니다.

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