크로마 서브샘플링

Chroma Subsampling

크로마 서브 샘플링은 영상 데이터의 용량을 줄이기 위해 사용하는 시각적 압축 기술입니다. 인간의 눈이 밝기 변화에는 민감하지만 색상 변화에는 상대적으로 둔감하다는 생물학적 특성을 이용합니다.

핵심 원리

인간의 시각 시스템은 빛의 밝기를 감지하는 휘도(Luma, Y) 정보에는 매우 예리하게 반응하나, 색의 차이를 감지하는 색도(Chroma, Cb/Cr) 정보에는 관대합니다.

이러한 특성을 바탕으로 영상 신호에서:

이를 통해 시각적인 화질 저하는 최소화하면서 데이터 전송률(Bitrate)을 획기적으로 낮출 수 있습니다.

크로마 서브 샘플링은 보통 세 가지 숫자의 비율로 표기하며, 가로 4픽셀 x 세로 2픽셀의 블록을 기준으로 삼습니다.

비트 레이트를 아무리 높게 설정하더라도 서브 샘플링 방식에 따라 후반 작업의 유연성이 달라집니다.

4:2:0: 색상 정보가 1/4 수준으로 압축되어 있어, 강한 색 보정 시 계조가 깨지거나 경계면에 노이즈가 생길 수 있습니다. 특히 크로마 키(Chroma Key) 합성 시 경계선이 지저분하게 따지는 원인이 됩니다.
4:2:2 이상: 전문적인 색 보정 및 합성 작업이 필요한 경우 최소 10bit 4:2:2 이상의 소스를 권장합니다.

PC 화면 녹화 시 작은 붉은색 글씨 주변이 번져 보이는 현상이 있다면 이는 4:2:0 서브 샘플링 때문일 확률이 높습니다. 텍스트의 날카로운 색상 경계는 서브 샘플링 과정에서 왜곡되기 쉽기 때문입니다.

앞서 계산한 1080p 24fps 8bit 비압축 데이터의 경우 서브 샘플링에 따라 기본 데이터량이 다음과 같이 변합니다:

우리가 사용하는 미러리스 카메라는 보통 이 4:2:0 (600Mbps) 상태의 데이터를 다시 H.264/HEVC와 같은 코덱으로 압축하여 50Mbps~100Mbps 내외의 최종 파일로 기록하는 것입니다.