색 영역
1. 개요
'''색 영역''' (Color Space)은 색 표시계를 3차원으로 표현한 공간 개념이다. 색 영역을 정의한 ICC 프로필 파일을 '''색상 프로파일''' (Color Profile)이라고 부른다.
2. 규격
색 영역은 아래의 이미지에서 표현한는 '''색상''' (Color) 범위를 2차원으로 표현하는 X값과 Y값이 있고(수평 면), 여기에 선형 함수 또는 EOTF에 근거하여 '''휘도''' (Luminance, 밝기 범위)를 표현하는 Z값 (수직 축)이 추가된 '''원뿔 모양'''의 3차원 벡터로 정의된다.[1]
일반적으로 디스플레이 기기의 색 재현도를 판단할 때에 표현할 수 있는 색상의 범위만 판단하는 경향이 있다. 특정 색 영역의 몇 %까지 재현할 수 있는지를 수치로 표시한다.[2]
HDR 영상의 등장으로 인해 최근에는 HDR 디스플레이 기기가 등장하고 있다. 이에 따라서 광색역 디스플레이 기기라고 할지라도 표현할 수 있는 휘도 영역에 따라서 HDR 지원 기기와 SDR 기기로 구분할 수 있다.
2.1. XYZ
- 색상:
[image]
- EOTF: 선형
- 밝기 범위: ?
- 레퍼런스 색상 프로필: D50 버전 D55 버전 D65 버전 D65 Channels Scaled 버전
윗 곡선(460-480-500-...600-620)은 가시광선 파장 스펙트럼을 길게 늘여 숫자 사이 간격을 넓힌 곡선이다. 선상에는 단일 파장 원색이 있는 셈이다.
사람 눈에 색상을 인지하는 시각 세포를 '원추세포'라 부르며 세 종류(노랑~녹색, 청록~파랑, 파랑~보라)가 있다. 녹색을 감지할 수 있는 세포가 많아 녹색 변화에 더 민감하므로, 녹색 파장 간격이 더 넓게 그려져 있다.
아래 직선 부분이 칼로 자른 듯한 모양인데 이 부분을 '보라색 선'이라고 하며, 선상에는 원색이 아닌 R과 B의 혼합색만 있다.
2.2. sRGB
- 색상:
[image]
[image]rec709 color bars
1996년 11월에 마이크로소프트와 휴렛팩커드가 주도한 색 영역. NTSC 72%가 sRGB 100%와 동일하며, sRGB 색 영역을 넘어서는 컬러를 재현할 수 있을 때 진정한 의미의 광색역 재현이라고 할 수 있다. 1990년 발표한 HDTV표준인 Rec.709와 동일하다. sRGB 색 영역[4]
사실 이미 1953년에 NTSC 규격에 SMPTE C라는 색 영역 표준이 있었지만, 당시로서는 기술적인 성능을 무시하고 터무니없이 넓은 색 영역이었기 때문에 도움이 안 되었다. 물론 21세기에는 저 규격 '''너머'''도 구현할 수 있을만큼 기술이 발전하였으나 당시 기준으로는 60년을 앞선 기술이었다. 그래서 현실적으로 TV뿐만 아니라, 컴퓨터 환경까지 폭넓게 기술적인 성능을 고려해서 만든 새로운 색 영역 표준이 sRGB다.
sRGB는 사람이 눈으로 인식할 수 있는 색상의 33.3%밖에 재현할 수 없다.[5][A] sRGB가 사용하는 EOTF에 의하여 구현할 수 있는 최대 밝기도 100 nits가 한계라는 점도 단점으로 꼽힌다.
Adobe RGB랑 비교하면 약 50~60% 정도를 커버한다. 보통 sRGB 90% 찍는 기기들이 Adobe RGB로 따지면 50%도 안 되는 경우가 흔하다.
기술 발전으로 sRGB는 UHD TV에서는 더 이상 쓰이지 않을 예정이며, 지금은 HDR 등을 고려해 DCI-P3을 목표로 제조되고 있다. 장기적으로는 BT.2020을 목표로 한다.
2.3. Adobe RGB
- 색상:
[image]
1998년 12월에 어도비가 주도한 색 영역. sRGB에서 유실된 Cyan과 Green 영역이 확장되었다.Adobe가 이 새로운 색 영역을 발표한 이유는 위에 설명한 것처럼 sRGB는 당시 디스플레이 기술력과 타협하여 발표된 색 영역이었기 때문이다. 독자 노선을 탄 이유는 당시 디스플레이 기술력에 맞춰 sRGB가 발표되었으나, 인쇄물 분야에서는 디스플레이보다 상대적으로 넓은 색 영역을 표시하기 용이하기 때문이었다. 한동안 인쇄물 전용 규격이나 마찬가지였으며 카메라 및 디스플레이에서 이를 지원하면 보통 일반인은 손대기 어려운 엄청난 가격대를 자랑했으나, 시간이 흐르면서 기술력이 발전되어 상당히 많이 보급되었다. 2010년대에는 중급기 이상의 디지털 카메라에서는 옵션에서 선택할 수 있고, 해당 사양을 지원하는 디스플레이 또한 많이 출시되었다.
2017년부터 스마트폰과 모니터 등에서 DCI-P3을 우선하는 경향이 있는데, 이는 사진보다 동영상 콘텐츠를 많이 소비하는 시장 상황과 무관치 않다. 하지만 사진 작업물을 다루는 분야를 위해 모니터들은 AdobeRGB의 지원 수준도 표기하고 있으며 가격도 많이 저렴해졌다. BenQ에서 발매되는 전문가용 모니터들이 싸지만 Eizo나 NEC와는 그것들과는 달리 품질이 떨어져 모니터 교정하는 데 문제가 있다. 결국 전문가용 모니터를 구입하는 건 여전히 비싸다.[7]
Adobe RGB가 사용하는 EOTF에 의하여 구현할 수 있는 최대 밝기는 160 nits이다.
2.4. DCI-P3
- 색상:
[image]
- EOTF: 감마 2.6 (SDR), PQ (정수 HDR), 선형 (부동소수점 HDR)
- 밝기 범위: 0 ~ 48 nits (SDR), 0 ~ 10,000 nits (HDR)
- 레퍼런스 색상 프로필: DCI 버전 D65 버전
- CIE 색 영역 좌표: xR 0.515 yR 0.241 zR -0.001 xG 0.292 yG 0.692 zG 0.042 xB 0.157 yB 0.067 zB 0.784
주로 중고가형 모니터들이 이 색감을 지원한다. 해당 이미지의 로고가 보인다면 DCI-P3의 색 영역을 만족하는 디스플레이를 사용하고 있다는 뜻이다.[8]
애플은 DCI-P3 색 영역을 모니터 환경에 맞게 수정한 Display P3이라는 파생 규격을 사용하고 있다. 애플이 차세대 광색역 프로파일로 적극적으로 밀어주는 색 영역인 만큼 아이폰 7 이후로는 기본 사진앱으로 촬영한 모든 사진들은 P3 색 영역을 기본 색 영역으로 지정하고 있으며 애플은 서드 파티 개발자들에게 이 P3 색 영역에 맞게 앱들의 컬러 설정을 변경할 것을 적극 권유하는 등 기존의 sRGB에서 벗어난 광색역 환경 도입에 매우 적극적으로 나서고 있다.
XYZ 색 영역과 완벽하게 호환된다는 점으로 인해서 HDR 마스터링 용도로 많이 쓰인다.
2.5. BT.2020
- 색상:
[image]
- EOTF: BT.709 (SDR), PQ 또는 HLG (정수 HDR), 선형 (부동소수점 HDR)
- 밝기 범위: 0 ~ 100 nits (SDR), 0 ~ 10,000 nits (HDR)
- 레퍼런스 색상 프로필: #
Rec.709의 공식적인 후속 프로필이자 P3로 본격화된 광색역 영상시장의 차세대 표준 프로필로 주목받고 있으며 Final Cut Pro X와 같은 스튜디오 영상 프로그램들은 HDR 마스터링 목적으로 BT.2020 색 영역을 지원하고 있다. 다만, BT.2020 색 영역은 P3 색 영역을 통한 HDR 마스터링 시에 P3 색 영역에 대한 상위 컨테이너 색 영역로써 주로 활용되고 있다.
이후 HDR EOTF를 통해 전송하는 영상을 RGB 색상으로 표현하기 위한 세부적인 색 영역 규약으로 '''BT.2100'''이 등장하였다.
2.5.1. 지원 현황
스마트폰 중에서는 소니 모바일의 엑스페리아 1, 엑스페리아 5, 엑스페리아 1 II, 엑스페리아 PRO가 해당 색 영역을 이용한 4K 21:9 영화 촬영 및 감상을 지원한다. [9]
지금 HDR 마스터링 목적의 초고가형 모니터들이 BT.2020을 일부분 지원하고 있으며, 애플의 맥북 프로의 경우 기본 설정된 캘리브레이션 프로파일인 컬러 LCD가 청색 부분에서 P3보다 더 넓은 영역을 지원해 BT.2020을 일부분 지원하고 있다.
AUO가 2017 SID Display weak에서 BT.2020을 95% 커버하는 OLED 시제품을 전시하였다. 2018 SID Display weak에서 JDI가 RGB레이저 백라이트를 이용하여 BT.2020의 97%를 커버하는 방송용 모니터를 전시하였다. 2018 CES에서는 소니가 BT.2020이 지원하는 최대 밝기인 10000니트를 충족하는 초대형 LCD를 전시하였다.
2.6. scRGB
- 색상:
'''scRGB''' (Standard Composite RGB)는 sRGB 색 영역을 개발한 마이크로소프트와 휴렛팩커드가 sRGB 색 영역의 단점을 보완한 색 영역이다. Adobe RGB에 비해서도 색 영역이 넓고 정수 단위의 색상으로 표현할 수 있는 최대 밝기가 3,000 nits를 넘는다. 카메라의 원본 색상 데이터를 거의[12] 그대로 보존할 수 있는 몇 안되는 색 영역이다.
Windows 용으로 출시된 비디오 게임에서 HDR 출력에 대응하기 위하여 사용되는 색상 프로필이다. 최근에는 리눅스 진영에서도 OpenGL 및 Vulkan API를 이용하여 scRGB 색 영역으로 HDR 출력에 대응하려는 오픈소스 프로젝트를 시도하고 있다.
2.7. ProPhoto RGB
- 색상:
[image]
'''ProPhoto RGB'''는 코닥이 개발한 색 영역이다. '''ROMM RGB''' (Reference Output Medium Metric RGB)라고 불리기도 한다. 사진 분야에서는 scRGB 다음으로 높은 밝기를 표현할 수 있는 색 영역이다.어도비 포토샵 라이트룸은 ProPhoto의 색 영역과 sRGB의 감마를 합친 '''Melissa RGB'''라는 색 영역을 쓴다.# 프로그램 내에서만 사용되기 때문에 직접 Melissa RGB를 다룰 일은 없다.
최근에는 구글이 ProPhoto RGB를 밀어주고 있다. 구글의 레퍼런스 폰에서는 구글 픽셀 2 XL 이후의 폰들이 해당 색 영역을 지원한다.
2.8. BT.2100
- 색상:
[image]
BT.2020 색 영역은 HDR에 최적화되어있음에도 불구하고 HDR 소스의 색상 정보를 정확하게 처리하기 어려운 문제점이 있었다. 이로 인해 HDR 소스를 HDR EOTF가 아닌 SDR EOTF를 사용하여 처리하는 등의 혼선이 생기기도 했다. HDR로 마스터링하더라도 영상에서는 적절하게 HDR로 표현할 수 있지만 이미지(정지 영상)에서는 HDR로 표현하기 어려운 문제도 여기에 있다.[14]이렇게 HDR 색상 불일치 문제들을 해결하기 위하여 돌비에서는 그래픽 API 수준에서 HDR 휘도를 파이프라인에서 정확하게 매핑할 수 있는 '''ICtCp''' 색 영역을 개발하였고 ITU에서 '''ITU-R Rec.2100''' (이하 '''BT.2100''')이라는 이름으로 표준화하였다.
BT.2100은 HDR EOTF 사용 시에 BT.2020 색 영역에 대한 기술적인 구현 문제를 해결하기 위한 표준이므로 색상 범위는 둘 다 같다.
3. 전망
색 영역에 대한 전망을 서술한다.
3.1. sRGB의 지위
2019년 기준으로 아직까지도 많은 영상 기기의 옵션 기본값과 소스들은 색 영역이 sRGB에 맞춰져 있고 EOTF도 여전히 SDR을 사용한다. 따라서 sRGB가 아닌 설정값으로 무언가를 만들거나, 사진을 찍는 것은 번거로운 추가 작업이 요구된다는 의미이기도 하다. 특히 마이크로소프트는 자사의 프로그램을 sRGB로만 만들고 있어서 광색역을 밀고 있는 영상 업계쪽에서 욕을 있는 대로 먹고 있다. 구글 크롬조차 지원하는 DCI-P3를 크로뮴으로 엔진을 갈기 전까지는 엣지 브라우저에서조차 지원하지 않았다.
2017년에 들어서야 20만원 이하의 보급형 LCD 모니터에서 쓰이는 패널에서 sRGB 95%를 만족하는 LCD 패널의 수율이 괜찮아졌으며 sRGB 이상의 DCI-P3, Adobe RGB 색 영역을 만족하는 모니터만 기본으로 40만원 선인데 그마저도 최대 WQHD 해상도가 한계이다. 한마디로 sRGB 이상의 색 영역을 구현하는 하이엔드급 모니터는 늘어났지만 sRGB 100%가 아닌 '''95%'''의 디스플레이조차도 '''싼 값에''' 생산되기 시작한 건 최근의 일이다.
4K 해상도, 트루 10bit, sRGB 100% 이상의 색 영역 지원까지 더해지면 100만원은 거뜬히 넘어가므로 보급형으로서의 sRGB의 위치는 당분간은 확고할 듯하다. 게다가 sRGB 이상의 색 영역을 보여줄 디스플레이 장치의 제조 및 보급의 가장 큰 역할은 결국 패널 제조사이다. 아무리 모바일이 강세라지만 갤럭시 S7, 아이폰 7 이후의 핸드폰으로만 지원하는 기능들이며 TV, 모니터로까지 보급이 되려면 더 많은 시간이 필요하다. 참고로 아이폰 7 이후 P3 색 영역을 밀어주기 시작한 애플은 맥북 프로에서도 역시 2016년부터 P3를 macOS 수준에서부터 지원하고 있다.
하드웨어 뿐만 아니라 소프트웨어도 문제인 것이, 광색역을 제대로 지원하는 프로그램이 드문 데다가[15] sRGB에서 P3로 바꾼다는 건 작업양도 상당히 많아진다는 얘기다. 전 세계 대부분 인쇄소는 sRGB를 선호하며 P3는 거의 없다.
sRGB를 보완하는 다양한 광색역 표준들이 지금의 sRGB의 위치만큼 확고해지려면 '''sRGB가 처음 제시되고 지금까지 명맥을 이어온 만큼의 시간이 또 필요할 것'''이다. 지금까지의 상황은 일반 소비자들 중 고가의 출력 기기를 즐기는 매니아들의 전유물이다.
3.2. HDR 소스에 대한 제작 방식 체계화
HDR이 사용되는 범위는 영상, 게임 등의 동적 영상에 국한되어 있으며 정지 영상 및 사진에는 여전히 HDR 휘도를 표현하기 어려웠던 것이 지금 실정이다. 동적 영상으로 HDR을 구현하는 것도 체계화된 과정이 한동안 없었다.
심지어 포토샵의 경우에는 부동소수점 색상을 지원하는 RGB 32비트 모드에서도 SDR 영역인 0 ~ 255까지의 레벨만 표시한다. 다만, 255를 넘어가는 휘도의 경우에는 255에 해당되는 값의 레벨이 높은 것처럼 표기한다.
같은 HDR 소스임에도 불구하고 영상에서는 정확하게 HDR로 표현이 되는 반면에 스크린샷으로는 HDR이 아닌 SDR로 표현되어 재생 영상보다 더 어둡고 채도가 떨어지게 보인다. 이는 게임기 게임에서도 잘 나타난다.[16]
앞으로는 그래픽 파이프라이닝 단계에서 HDR 휘도를 표현할 수 있도록 BT.2100 표준이 제정되었으며, BT.2100의 색 영역인 ICtCp가 HDR 마스터링에 있어서 널리 활용될 것으로 보인다. 이렇게 HDR에 대한 접근 방식이 체계화가 되면 동적 영상은 물론이고 사진 분야에서도 HDR 마스터링이 널리 보급될 것이다.
참고로, 10bit 이상의 HDR 소스를 올바르게 출력하려면 모니터와 PC/그래픽카드가 모두 HDMI 2.0 또는 DisplayPort 1.2 이상을 지원해야 한다.
4. 여담
- 색상 영역과 휘도 영역은 반드시 짝지어져서 색 영역 표준으로 규정된 것은 아니다. DCI-P3나 BT.2020의 경우에는 EOTF에 대한 규정이 없다. 영상 및 미디어 업계에서 관습적으로 HDR 영상을 제작할 때에 P3나 BT.2020 색 영역을 사용하는 것 뿐이다. BT.709 색 영역에서도 비관습적으로 HDR EOTF를 사용해도 된다.
- 모니터의 색 영역에 대한 보정에 대한 내용은 이 링크의 강연 내용을 참고하면 좋다. 소프트웨어와 하드웨어 캘리브레이션 등에 대한 설명을 볼 수 있다.
- OLED의 화질을 설명할 때 색 재현율에 대해서 자주 언급된다. OLED의 과장된 색감에 대해 불만을 표하는 사용자가 있는데, 이는 정확히 말하면 OLED가 고스펙 디스플레이인거지 OLED 자체의 문제라고 볼 수는 없다. 비유하자면 작은 디스플레이만 보다가 큰 디스플레이를 사용하게 되었을 때, 왜 이렇게 모든게 크게 보이냐고 불만을 보이는 것과 유사하다.
- 큰 디스플레이에 적응하기 힘들다면 이를 해결하기 위해서 큰 디스플레이에서도 이미지를 작게 출력해주는 기능을 사용할 수 있을텐데, 색 재현율에서는 이와 유사한 기능으로 색상 프로파일과 색상 에뮬레이션이 있다. 전자는 프로그램 별로 지정한 색 재현율을 사용하도록 하는거고 후자는 모든 프로그램에서 특정 색 재현율을 사용하도록 강제하는 기능이다. 색상 에뮬레이션은 모니터 자체에서 지원하는 경우가 많고, 대부분의 스마트폰에서도 색상 모드로 제공되었다가 색상 프로파일이 도입되면서 사라지는 추세다. 색상 프로파일은 iOS와 macOS, 윈도우, 안드로이드 모두 최신 버전에서는 OS 차원에서 지원하나 지원하는 방식이 좀 다르다. iOS와 macOS는 기본적으로 sRGB 색 영역만 사용하다 광색역을 사용한다고 알려주는 프로그램에만 광색역을 사용하는데 반해, 윈도우는 기본적으로 광색역을 사용하다 제한된 색 영역을 사용한다고 알려주는 프로그램에만 제한된 색 영역을 사용한다. 안드로이드는 제조사마다 다른데, 삼성의 경우 iOS와 macOS와 유사하게 sRGB 색 영역이 기본값이다. (자연스러운 모드를 사용하는 경우)
- 소니에서 S-Gamut이라는 새로운 색 영역을 사용하고 있는데, 현존하는 색 영역 중에서 제일 넓은 색 영역 중 하나로 ProPhoto RGB와 비슷한 색 영역을 자랑한다. DCI-P3 따윈 비교가 불가할 정도로 무척 넓은 색 영역을 자랑하며 이 색 영역을 쓰는 시네마 카메라는 무지막지하게 비싸다는 것. 오로지 소니에서만 쓰고 있다.
- 페이스북에서는 Tiny RGB (C2)라는 자체적인 색 영역을 만들었고 2017년부터 페이스북과 인스타그램에 광색역을 포함하여 다양한 표준의 색 영역을 범용적으로 수용하기 위하여 사용하고 있다.
5. 관련 문서
[1] ICC 프로파일에서는 EOTF를 TRC (Transfer Response Curve)라고 칭한다.[2] 이는 평가 기준이 되는 색 영역에 따라 달라지므로 100%를 넘을 수도 있다.[3] sRGB는 특이하게도 고유의 감마를 사용한다. 평균 2.2인 이유는 밝기에 따라 감마가 바뀌기 때문이다. 검은색 주변의 끝 부분은 감마가 정확히 1이며, 그 부분을 벗어나면 감마가 100% 흰색의 2.4까지 증가한다.[4] 실제로는 감마값이 약간 다르다. 물론 색 영역은 같다.[5] 이 문서 맨 위의 그림을 보더라도 삼각형보다 삼각형을 뺀 부분이 더 크다! 그럼 모니터로 봤을 때 삼각형 밖으로 보이는건 대체 뭔데? 싶겠지만 sRGB출력 기기 기준으로 삼각형 바깥의 영역의 색은 삼각형 최외곽 부분의 색과 모두 일치한다. 아직도 이해가 안되면 아이폰 7이후에 출시된 플레그쉽 스마트폰을 꺼네서 색 영역 문서에 들어가 비교해보자. sRGB모니터가 색을 받아드리지 못하고 변지는 느낌이 있을것이다. 이 때문에 꼭짓점 부분의 색은 원래 색과 비교해서 왜곡이 매우 심하다(이건 sRGB뿐만 아닌 모든 색 영역 공통 사항).[A] 이 33.3%는 1/3이다.[6] 어도비 포토샵을 설치하면 자동적으로 레퍼런스 색상 프로필이 Windows에 설치된다.[7] BenQ가 싼 값에 전문가용 모니터에 탑재된 많은 기능들을 넣었지만 소프트웨어와 품질 문제 때문에 신뢰도가 낮은 편이다. 특히 모니터 교정하는 것 자체가 굉장히 빡세다.[8] 디스플레이가 해당 색 영역을 지원해도 제대로 나타나지 않는 때가 있다. 왜냐하면 이 이미지를 제대로 보기 위해서는 DCI-P3 디스플레이 + 10비트 컬러 이미지를 출력하는 소프트웨어가 필요하기 때문이다. 10비트 컬러 이미지는 일반적으로 사용되는 형식이 아니기 때문에 지원하는 소프트웨어가 많지 않다. 대표적으로 갤럭시 S8은 디스플레이가 해당 색 영역을 지원하지만 인터넷 앱이 지원을 안 해서 저장을 해야 비로소 보인다(...)[9] 단, BT.2020 색 영역을 100%에 가깝게 지원하는 것이 아니라 지금의 OLED들이 DCI-P3 색 영역보다 조금 더 넓은 색 영역까지 표현할 수 있어 운영 체제에 색 관리 기능을 넣어 부분적으로만 지원하는 것이다. 준중형 세단 자동차값과 맞먹는 가격의 전문가 모니터들조차 BT.2020 색 영역을 90%조차 지원하지 못하는 제품이 흔하다는 것을 감안하면 당연한 것이다.[10] 10의 3.5 거듭제곱.[11] 10의 5.4 거듭제곱.[12] '거의'라고 표현한 이유는 위 삼각형을 보듯 여전히 청록색 부분 일부가 CIE 색상계에 비해서 협소하기 때문이다. 그래도 다른 색 영역에 비해서는 청록색 영역이 덜 클리핑이 된다고 보면 된다.[13] 해당 색상 프로필은 ICC에서 만든 것으로 어도비에서 제공하는 색상 프로필과 색상 표현이 다소 다를 수 있다.[14] 부동소수점 색상으로 인코딩된 HDR 이미지 포멧의 경우에는 EOTF를 사용하지 않으므로 이러한 문제에서 자유롭다.[15] 영상 업계 프로그램이나 업계와 긴밀한 관계를 맺고 있는 애플에서 자체적으로 만드는 프로그램들을 제외하면 없다고 봐도 무방할 수준이다. 특히 데스크톱 운영 체제의 대다수를 차지하는 윈도우에 기본 탑재된 응용들은 거의 다 sRGB만 지원한다. 리눅스는 윈도우보다도 딸린다고 보면 된다. 영화/애니메이션의 3D CG 업계에서 리눅스를 주력으로 쓰기는 하지만 목소리가 매우 작고, 이들 외의 리눅스 유저들은 색이나 다이나믹 레인지에 대해 별로 관심이 없다.[16] 엑스박스 원의 경우에는 부동소수점 색상을 지원하는 JPEG XR로 스크린샷을 저장하여 이러한 문제를 해결하였다.