동영상의 화질을 결정하는 4가지 기본 요소


bg_ovenlivekit어떤 영상은 화질이 너무 좋고, 어떤 영상은 화질이 매우 떨어집니다. 왜 그럴까요? 화질이 좋은 영상과 나쁜영상은 무엇이 다를까요? 이것을 결정하는 것은 정말 많은 요소가 있습니다. 직접 동영상을 인코딩해본 분들은 동영상을 인코딩할 때 정말 많은 설정이 있고, 그것에 따라 용량이나 화질이 많이 달라지는 것을 보셨을 것입니다.
화질을 결정하는 정말 많은 요소중에 가장 기본적이고 중요한 4가지 요소를 알아보겠습니다.

초당 프레임수(Frame Per Second, FPS)

영상 안에서 한장 한장의 이미지를 프레임이라고 부릅니다. 즉 초당 프레임수는 일초 동안 재생되는 이미지의 수를 말합니다. 아주 오래전에 영화 업계에서는 초당 24프레임 즉 24fps를 표준으로 삼았고, TV는 미국 표준(NTSC)은 30fps를 그리고 유럽 표준(PAL)은 25fps를 표준으로 삼아 왔습니다. 왜 이렇게 국가별로, 산업별로 표준 FPS가 다른지는 기술적인 이유와 비용적인 이유가 있었는데, 그것은 다음에 자세히 다루어 보겠습니다. 그리고 지금 인터넷으로 볼 수 있는 많은 디지털 동영상은 30fps가 대부분이고 60fps도 많이 만들어지고 있습니다. 그리고 60fps가 넘어서면 인간의 눈으로는 그 차이를 인지하지 못한다고 합니다. 즉 60fps면 가장 좋은 FPS를 가지게 되는 것이고 24fps면 볼만한 동영상, 그리고 이것보다 떨어지면 “동영상이 많이 끊긴다, 부자연스럽다” 라고 느껴질 것입니다. 한가지 집고 넘어가야 할 사실은, 30fps로 찍은 영상을 60fps로 인코딩한다고 해서 더 부드러워지지 않는다는 점 입니다. 원본이 30fps인것을 억지로 60fps로 바꾼다고 해도 같은 영상이 2장씩 들어가는 것이기 때문입니다. 촬영부터 60fps로 찍어야 가장 부드러운 영상을 감상할 수 있습니다.

10fps 영상과 30fps 영상을 비교해보시면 fps 개념을 확실히 이해하시는데 도움이 되리라 생각합니다.

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10fps 영상

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30fps 영상

해상도

해상도는 같은 크기의 화면에 표현할 수 있는 픽셀의 수를 말합니다. 픽셀(화소)이란 화면을 구성하는 가장 작은 단위로 “하나의 점”이라고 생각하시면 됩니다. 해상도가 높다는 것은 같은 이미지를 더 많은 픽셀(화소)로 표현 했다는 것입니다. 아래 이미지를 보시면 쉽게 이해가 되실 것 입니다.

pixel img

지금 보시는 모니터도 수많은 점으로 이루어진 화면입니다. 카메라 성능의 이야기 할 때 500만화소, 1000만 화소 등도 같은 의미입니다. 해상도는 (가로 픽셀수) X (세로 픽셀수)로 표현하기도 하고 SD급, HD급, Full HD(FHD)급, Ultra HD(UHD)급이라고 표현하기도 합니다. 이름이 붙어있는 SD, HD 와 같은 해상도는 가장 많이 사용되는 표준 해상도를 표현하는 방식입니다.

SD (Standard Definition) : 720 x 480
HD (High Definition): 1280 x 720
Full HD : 1920 x 1080
Ultra HD : 4096 x 2160

Full HD는 가로 1920 세로 1080의 픽셀을 표현하며 총 2,073,600개의 픽셀로 한 화면을 구성하게 됩니다. 그렇기 때문에 해상도는 초당 프레임수 만큼이나 동영상의 화질을 구성하는 아주 중요한 요소입니다. 1280 x 720 해상도의 비디오는 HD TV에서 꽉 차게 재생할 수 있으니 TV에서도 좋은 화질로 감상할 수 있습니다. 간혹 720 x 480 비디오를 HD TV에서 전체화면으로 보면 1280 X 720이 된다고 생각할 수 있으나, 이는 억지로 화면을 늘려서 표현하는 것 이기 때문에 화질이 매우 떨어지게 됩니다.

HD img

주사 방식, 인터레이스(Interace), 프로그레시브(Progressive)

720p, 1080p, 1080i 라고 표현하는 방식이 있습니다. 720p는 HD 즉 1280 X 720을 말하는 것이고, 1080p나 1080i는 Full HD 즉 1920 x 1080을 말하는 것입니다. 그런데 여기서 뒤에 붙은 p나 i는 무엇을 말하는 것 일까요? 이것은 바로 이미지를 화면에 뿌려주는 방식을 말합니다. 그럼 p와 i는 어떤 차이가 있는지 살펴보겠습니다. i는 Interlace를 의미하며 2장의 이미지로 하나의 화면을 구성하는 방식입니다.

interlace img

즉 첫번째 이미지는 이미지의 홀수라인만 가지고 있고 짝수라인은 비어 있습니다. 두번째 이미지는 짝수라인만 가지고 있고 홀수 라인은 비어 있습니다. 이렇게 2개의 이미지를 순차적으로 출력하여 하나의 화면으로 표현하는 방식입니다. 이 방식은 이전에 화면 전체를 모두 출력하기에는 성능상 기술적인 문제점이 있었기 때문에, 깜박임이 심한 문제를 해결하기 위해서 나온 방식입니다. 물론 현재는 이런 문제가 거의 해결되어 있지만, 아직 저성능의 셋탑박스와 같은 장치에서 1920 x 1080을 출력할 때 성능이 나오지 않아서 Interace 방식을 사용하기도 합니다.

p는 Progressive를 의미하며 하나의 이미지로 하나의 화면을 구성하는 방식입니다. Interlace 방식에 비해 더욱 고밀도의 정보를 표현하기에 적합하고, 사용자가 보기에도 더 좋은 화질로 느끼게 됩니다.

비트레이트

비트레이트는 Bits Per Second(bps)로 표기하며, 1초의 동영상을 구성하는 데이터의 크기를 나타냅니다. 이것은 동영상을 얼마나 정밀하게 표현하는가 또는 얼마나 화면을 뭉개지 않고 압축하는가라고 이해하면 됩니다. 초당 1메가로 표현할 수 있는 동영상과 초당 10메가로 표현할 수 있는 동영상의 품질은 당연히 큰 차이가 날 수밖에 없기 때문에 비트레이트는 동영상의 화질을 구성하는 매우 중요한 요소입니다. 10Mbps로 구성된 영상을 1Mbps로 인코딩하면 당연히 화면이 뭉개지고 화질이 떨어질 것입니다. 하지만 1Mbps로 구성된 영상을 10Mbps로 인코딩한다고 해서 화질이 좋아지지는 않습니다. 동영상을 처음 촬영할때의 그 원본 보다 좋아질수는 없습니다. 역시 비트레이트 또한 원본이 중요합니다.

1Mbps 비트레이트 영상과 0.1Mbps(100Kbps) 비트레이트 영상을 비교해보시겠습니다.

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0.1Mbps 비트레이트 영상

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1Mbps 비트레이트 영상

비트레이트는 해상도와 프레임레이트가 높아질수록 같이 높아져야 비슷한 화질을 유지할 수 있습니다. 만약 A영상이 30fps에 1Mbps 고 B영상이 60fps에 1Mbps라면 A영상의 화질이 좋을 것 입니다. 30장의 이미지 총 용량이 1Mbps 이고, 60장의 이미지의 총 용량이 1Mbps라면 당연히 30장의 이미지가 화질이 좋을 것이기 때문입니다. 해상도도 마찬가지 입니다. HD는 SD보다 높은 비트레이트로 구성해야 화질이 비슷합니다.

그리고 비트레이트는 동영상의 용량을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 비트레이트는 항상 같은 비트레이트를 유지하는 고정 비트레이트(Constant Bit Rate, CBR)와 데이터가 많이 필요한 부분에 많이 쓰고, 그렇지 않은 부분에 적게 쓰는 가변 비트레이트(Variable Bit Rate) 방식이 있습니다. 데이터가 많이 필요한곳은 움직임이 많거나 화면이 복잡하게 구성되어 있는 부분 입니다. 반대로 만약 검은화면만 계속 나온다면 VBR에서는 낮은 비트레이트로도 표현할 수 있게 됩니다.

최적의 용량과 화질을 잘 얻으려면 비트레이트를 잘 설정해야 하는데, 보통 720p, 30fps 영상은 2메가에서 5메가 비트레이트면 알맞으며, 1080p, 30fps 영상은 5메가에서 10메가 비트레이트면 보기에 괜찮은 영상이 됩니다.

이렇게 동영상의 화질을 결정하는 4가지 프레임레이트(FPS), 해상도(Resolution), 주사방식(Progressive 또는 Interlace), 비트레이트(BPS) 를 알아보았습니다. 이 외에도 화질을 결정하는 것은 코덱에 따라, 또는 디스플레이에 따라, 스트리밍 프로토콜에 따라 정말 많은 요소가 있지만, 가장 기본적인 위 4가지가 화질을 결정하는데 가장 중요한 역할을 합니다.

감사합니다.

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