샘플링과 양자화, 픽셀 ( Sampling, Quantization, Pixel )

아날로그 영상은 샘플링( 표본화, Sampling )되고 양자화( Quantization )되어 디지털 영상으로 변환됩니다.

샘플링과 양자화를 정의한다면

 

□ 샘플링( 표본화, Sampling )

연속적인 아날로그 영상을 디지털화하기 위해 일정한 간격으로 쪼개어 수치화하는 기법

 

□ 양자화( Quantization )

샘플링을 통해 얻은 수치를 다시 정해진 수준으로 변환하는 기법

 

이라고 할 수 있습니다. 즉, 샘플링은 연속된 수치를 얼마만큼 쪼갤 것인가를 나타내며, 양자화는 쪼개진 수치를 몇 가지 색상으로 표현할 것인가를 정의한다고 할 수 있습니다.

디지털 영상의 최소 단위를 픽셀( 화소, Pixel )라고 하는데 샘플링은 아날로그 영상을 픽셀 단위로 데이터화 화는 것이고 양자화는 픽셀에 대한 데이터 표현 범위를 정하는 것입니다.

 

□ 화소( Pixel )

디지털 영상의 최소 단위, 포인트

 

샘플링은 쪼개는 수준에 따라 16 * 16, 256 * 256, 5백만 화소, 7백만 화소 등으로 표현합니다. 이를 샘플링 수준( sampling rate )라고 합니다.

샘플링된 영상은 표현하는 색의 범위에 따라 이진 영상( Binary Image ), 흑백 영상( Gray Scale Image ), 컬러 영상( Color Image )으로 양자화하는데 각각 영상은 2개, 4개, 16개, 256개 ... 16bit, 24bit 등으로 세분화될 수 있습니다.

따라서, 샘플링 수준이 높을 수록, 양자화 수준이 클수록 아날로그 영상에 가깝게 됩니다.

 

표) 영상별 양자화 수준( 색상수 )

영상	양자화  수준	비고
이진 영상( Binary Image )	2색	0 : Black, 255 : white
흑백 영상( Gray Scale Image )	2색 ~ 256색	0 ... 255
컬러 영상( Color Image )	2색, 4색 ... 16bit, 24bit, 32bit, ...

※ 우리말 표현으로 흑백 영상과 이진 영상이 혼동되기 쉽습니다. 흑백 영상 중 값이 0과 255만으로 이루어진 영상을 별도로 구분해서 이진 영상( Binary Image )로 부른다고 생각하면 좀 낫습니다.

 

표) bit 별 양자화 수준

bit	양자화 수준	표현명
1	2 ^ 1 = 2	흑백
2	2 ^ 2 = 4	팔레트
4	2 ^ 4 = 16	팔레트
8	2 ^ 8 = 256	팔레트
16	2 ^ 16 = 65,536	하이컬러
24	2 ^ 24 = 16,777,216	트루컬러
32	2 ^ 24 + 8 bit Alpha channel	트루컬러 + 알파채널

※ 알파채널( Alpha channel )은 투명도와 오버레이 기능을 수행하는 부가 채널을 말합니다. 훨씬 생생하고 사실적인 이미지 표현이 가능하며 이미지 합성, 편집할 때 다양하게 활용가능합니다. 참고로, 알파채널을 가지고 있는 이미지 파일로 png가 있습니다.

 

□ 참고 - 영상( Image )와 그래픽( Graphic ) 차이

영상와 그래픽은 비슷한 것으로, 모두 디지털 방식으로 저장된 영상 파일입니다.

다만 컴퓨터 분야에서 영상( Image )는 아날로그 영상, 즉, 실세계 영상을 외부 이미지 장치에 의해 생성된 파일을 샘플링과 양자화처리하여 저장한 영상 파일을 말하고, 그래픽은 처음부터 컴퓨터 프로그램을 이용하여 점, 선, 곡선, 원 등을 통해 제작되어 저장된 영상 파일을 말합니다.

따라서, 영상( Image )은 좌표와 색상값으로 저장된 래스터(Raster) 방식으로 저장합니다. 반면, 그래픽( Graphic )은 처음부터 컴퓨터에 의해 생성되었으므로 래스터( Raster ) 방식 외에 점, 선, 곡선, 원 등의 그래픽 함수로 저장할 수 있습니다. 이를 벡터 (Vector)방식이라고 합니다. 백터 방식은 레스터 방식에 비해서 파일 크기가 작고 그림이 확대하더라도 재계산을 통해 선명하게 표현할 수 있습니다.

당연히, 영상( Image )은 아날로그 영상에 대해 역산을 통해 함수를 구하기가 쉽지 않으므로 벡터( Vector ) 방식으로 저장하기가 쉽지 않습니다.

이와 같은 특성으로 인해 따라 디지털 영상 처리( Digital Image Processing )과 컴퓨터 그래픽스( Computer Graphics )의 기술적 특징과 접근 방식이 달라지게 됩니다.

 

영상과 그래픽 차이 설명에서, 영상 글자가 자꾸 반복되니 좀 껄끄럽네요. 다만, 의미는 전달되었다고 생각됩니다. ^^;