[8] 색량자화란 무엇인가?

http://www.faqs.org/faqs/jpeg-faq/

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 [8] 색량자화란 무엇인가?

많은 사람들이 풀컬러 디스플레이어(픽셀 당 24비트)를 가지고 있는 것은 아니다.(역주- 이문서는 99년 3월에 쓰여진 글이다. 그때는 그랬나보다.) 저가의 디스플레이 하드웨어는 픽셀당 8비트이기 때문에 한번에 256색밖에 표현하지 못한다. 풀컬러의 이미지를 표시하기 위해서는 컴퓨터가 적절한 색상 팔레트를 선택하고 이미지를 그 색상으로 매핑하여야 한다. 이러한 과정을 "색량자화"라고 한다. (이것은 잘못된 표현이다. "색 선택" 또는 "색량 감소"등이 더욱 적절한 표현일 것이다. 그러나 우리는 보편적으로 "색량자화"라고 사용한다.)

분명히 색량자화는 정보를 잃는 과정이다. 대부분의 이미지를 처리함에 있어서, JPEG 자체의 결함에 의해 발생하는 에러들보다 색량자화 알고리즘에 의한 것들이 이미지의 질에 있어서 *더 큰 영향*을 주는 것으로 알려져 있다(매우 낮은 JPEG 품질설정에 의한 품질저하를 제외하고). 좋은 색량자화 기법을 만드는 것은 오직 흑백그림에서나 가능하며, 어떤 단 하나의 알고리즘도 모든 이미지에 최적인 것도 없다.(역주- 색량자화 알고리즘에 의해 발생하는 결점들은 어쩔 수 없이 발생하는 것이고, 그 중에서 어느 것이 최고다 아니다 하는 것을 논하는 것은 의미가 없다는 말이다.)

JPEG 기법은 풀컬러 포맷이기 때문에, 픽셀 당 8비트의 디스플레이어에서 컬러 JPEG 이미지는 색량자화된다. 이미지의 표시속도나 품질은 8비트 디스플레이어가 어떤 색량자화 알고리즘을 사용하는가에 의해서 크게 좌우된다. 빠르고 - 품질 낮은 방법을 쓸 것이냐, 품질 좋지만 - 속도 느린 방법을 쓸 것이냐에 따라 큰 차이가 나는데, 이는 24비트 디스플레이어에서 보다 8비트 디스플레이어에서 큰 차이가 난다.

반면에 GIF 이미지는 이미 양자화된 256 또는 그 이하의 팔레트를 가지고 있다. (GIF는 색상팔레트에 항상 특정한 수의 색상을 가지고 있으며, 그 수는 256색을 넘을 수 없다.) GIF는 GIF 이미지생성기가 만들 때 이미 색량자화 절차를 수행하므로, 표시기가 그 절차를 하지 않아도 된다는 이점이 있다. 이것이 GIF 표시기가 JPEG 표시기보다 더 빠른 이유 중에 하나이다. 그러나 GIF는 *단점*도 있다. GIF를 만들 때 이미지 생성기의 색량자화 한계를 벗어날 수 없다는 점이다. 만약 GIF 생성기가 당신의 디스플레이어가 표시할 수 있는 색상 수와 다른 수의 색상으로 이미지를 색량자화 시켰을 경우에, 당신은 디스플레이어의 표시용량을 낭비하는 것이거나, 색상 수를 줄이기 위해 이미지를 다시 색량자화 해야 할 수도 있다. (이것은 보통 한번 색량자화시킨 이미지보다 훨씬 좋지 않은 결과로 표시된다.) 더 나아가서, GIF 생성기가 고품질의 색량자화 알고리즘을 사용하지 않았다면, 쯧쯧.. 좋은 GIF 이미지는 벌써 물 건너 간 것이다.

이런 이유에서, 이미지 생성기의 디스플레이 하드웨어와 맞지 않는 컴퓨터를 사용하는 GIF 이미지 사용자들보다 JPEG은 훨씬 좋은 품질을 제공할 것이라는 것을 약속한다. JPEG의 풀컬러 이미지는 표시기의 디스플레이 하드웨어에 정밀히 어울리게 양자화 될 수 있다. 더 나아가서, 미래에 색량자화 알고리즘의 진보에 의한 덕을 볼 수도 있고, 더 좋은 디스플레이 하드웨어를 구입함으로써 원래의 JPEG 이미지보다 더 나은 품질의 이미지를 볼 수도 있을 것이다. GIF를 가지고서는, 평생 같은 질의 이미지밖에 보지 못할 것이다.

현재의 많은 웹브라우저에서, 밀접히 연관된 문제들이 나타나고 있다. 8비트 디스플레이어에서 브라우저를 구동할 때, 브라우저는 이미지들을 미리 선택한 색상팔레트에 끼워 맞춘다. (이렇게 함으로써 브라우저는 많은 이미지 개체들이 나타나는 웹페이지에 한정된 색상 슬롯을 할당하는 문제를 해결했다.) GIF 버전의 이미지는 보통 이런 경우에 매우 나쁜 품질로 떨어진다. 왜냐하면 두 번째의 색량자화 단계를 거침으로 인한 영향 때문이다. JPEG 역시 그리 좋은 품질로 표시되지는 않을 것이지만, 색량자화를 오직 한번만 거치기 때문에 같은 조건에서의 GIF보다 덜 나쁘게 보일 것이다.

점점 더 많은 수의 사람들이 8비트 보다 더 좋은 디스플레이 하드웨어를 갖추고 있다. 픽셀 당 15나 16비트의 하이 컬러 디스플레이어들은 현재 꽤 보편적이며, 픽셀 당 24비트의 트루 컬러 디스플레이어들은 더 이상 희귀하지 않다. 이런 사람들에게 이미 GIF는 폐물이 되었다. GIF는 그들이 가지고있는 디스플레이어의 능력대로 이미지를 제대로 나타내어 주지 못하기 때문이다. JPEG 이미지는 이런 디스플레이어들을 훨씬 더 효과적으로 운용할 수 있다.

결국, 실사 그래픽을 표시하는데 있어 하드웨어-독립적인 시류로 볼 때
JPEG는 GIF보다 모든 면에서 더 좋은 선택인 것이다.

가끔씩 GIF로부터 전환되어 생성된 JPEG는 색량자화를 거치지 않을 것이라고 생각하는 사람들이 있다. 그것은 아니다. 심지어 256색 또는 그 이하의 색인 GIF를 JPEG로 만들 때, 디코더를 통해 생성된 이미지는 256색이 아니라, 수 천 가지의 색상이다. 이것은 JPEG의 손실효과가 각각의 픽셀에 대하여 조금씩 다르게 나타나기 때문에, 똑같은 색상의 2개 픽셀은 보통 서로 조금씩 다른 색상으로 만들어진다. 전체적인 이미지 차원에서 생각할 때, 각각의 본래 색은 비슷한 무리의 색깔로 "변질(smear)"되는 것이다. 그러므로 이미지의 소스가 무엇이 되었든지 간에, 컬러 매핑된 디스플레이어에서 컬러 JPEG이미지를 표시할 때 색량자화는 항상 필요한 것이다.

그런 효과를 생각할 때, JPEG 이미지에서 몇 개의 색상을 사용할 것인가 하고 묻는 것은 정말 의미가 없는 일이다. 구별되는 픽셀의 개수를 세어 보려고 했다 하더라도, 다른 JPEG 디코더에서는 에러가 발생되는 정도의 차이 때문에, 또 다른 개수의 색상으로 표시될 것이다. 가끔씩 "256색의 JPEG"이라고 설명된 이미지가 게시된 것을 보았다. 이것은 게시자가 (가) 이 FAQ 문서를 보지 않았거나, (나) 아마도 GIF로부터 JPEG를 만들었을 것이다. JPEG 이미지들은 컬러이미지나 흑백이미지로 분류 될 수는 있겠지만, JPEG에 있어서 색상의 수가 얼마나 되느냐는 적합한 개념이 아니며, 실사 사진에서라면 더욱 더 의미가 없는 것이다.