HDTV 및 고품격 영상 입출력 장치를 위한 RGB 컬러 공간의 표준화 동향

정재영* 김대희* 김동호**  조맹섭***

디지털 이미징 기술의 대중화로 인하여, 일반인들도 고품질의 컬러 영상물을 손쉽게 얻고 사용할 수 있는 시대를 맞고 있다. 본 고에서는 컬러 매니지먼트 발전 동향의 관점에 입각하여, 표준 RGB컬러 공간과 이의 문제점, 색상 대역을 확대한 sRGB64및 기존의 전문가용 컬러 프로파일인 ICC 프로파일, sRGB 컬러 공간과 ICC 프로파일 상호 간의 관계를 설명한다.▧

I. 서 론

디지털 카메라, 캠코더, 스캐너와 같은 입력 장치, CRT, LCD, PDP 모니터 및 텔레비전, 프린터 같은 여러 출력 장치간에 컬러 영상의 커뮤니케이션을 위해서 사용되는 컬러 공간의 동향에 대해서 살펴본다. 가장 기본적으로 사용되는 RGB 컬러 공간부터 CMS (컬러 매니지먼트 시스템)의 목적인 영상 장치 간 컬러 일치를 위해 필요한 장치 독립적 공간까지 다양하다. 현재까지는 주로 고급 사용자들 위주로 사용되어 왔던 장치 독립적 공간을 이용한 ICC 프로파일이 중심을 이루어 왔고 지금도 그렇다. 그러나 최근 들어 대다수의 사용자들의 컬러 일치에 대한 욕구를 해소하고자 표준 RGB컬러 공간(sRGB)이 등장했고 CMS에 새로운 전기를 마련할 듯 싶다[1]. 그러나 현재까지는 여러 가지 문제 때문에 sRGB공간은 ICC 프로파일과 병행해서 사용되고 있는 실정이고 그 단점 또한 있어서 추후 시장을 전망해 봐야 할 것이다. 본 고에서는 최근 등장한 sRGB공간의 장ㆍ단점 등에 대해서 살펴보고 sRGB공간의 한계를 극복하기 위한 sRGB64공간, 기존의 CMS와의 호환성을 위해 만들어진 sRGB-ICC 프로파일 등에 대해서 살펴보기로 한다.

II. 표준 컬러 공간과 CMS

1. 표준 컬러 공간

컬러 영상 입출력 장치의 보편화 및 디지털 이미징 기술의 대중화로 인하여, 전문가들만이 다룰 수 있던 고품질 컬러 영상을 이제는 개인도 손쉽게 이용하고 즐길 수 있는 시대를 맞고 있다. 카메라, 스캐너, 모니터, 프린터 같은 여러 입출력 장치 간에 컬러 영상의 커뮤니케이션을 위해서는 기준이 되는 컬러 공간(color space)이 필수적인데, 이중 가장 일반적 또한 공통적으로 사용되는 것으로는 RGB 컬러 공간을 들 수 있다. RGB 컬러 공간은 초기에는 컬러 텔레비전의 개발에 따라 주로 CRT 모니터용으로 고안되었지만, 최근에는 LCD 및 PDP 모니터, 디지털 TV, 디지털 카메라, 캠코더와 같은 각종 주변 장치용으로 개발되고 있으며, 멀티미디어, 디지털 시네마 같은 기존의 아날로그와는 다른 디지털 콘텐츠, 소프트웨어의 발전에 따라 다양한 RGB 컬러 공간이 새롭게 만들어지고 있다.     

요즈음까지도 RGB 컬러 공간은 누구나 사용하고 있지만 그 누구도 명확히 정의하기 어려운 컬러 공간으로 남아 있다. 텔레비전을 예로 들면, 아날로그 NTSC 또는 PAL 시스템에 사용되는 RGB 원색 형광체의 색도 좌표는 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)에 의해 최초로 정의되었지만, 디지털 TV 시스템에 대한 기본 원색의 색도는 나중에 ITU(International Telecommunication Union)에 의해 정의되었다[2]. 또한 광전 변환 함수(opto-electronic transfer function)는 이보다 더 나중에 정의되었다. 이들 모두는 물리적인 장치(즉 텔레비전 카메라 및 디스플레이)의 특성 및 텔레비전 업계의 수요와 관계가 있다.

디지털 이미징 업계에서는 텔레비전 표준 컬러 공간이 제공하는 것보다 더 넓은 데이터 범위를 다룰 수 있고, 양자화 및 기타 아티팩트(artifact)를 최소화시킬 수 있으며, 컬러를 더 정교하게 표시할 수 있는 3차원 디스플레이 컬러 공간을 필요로 한다. 편의상 여전히 이 컬러 공간을 RGB라고 하고 있기는 하지만, 대부분의 경우 NTSC 텔레비전에 사용된 SMPTE의 정의와는 아주 느슨한 관계가 있을 뿐이다.

2. CMS(컬러 매니지먼트 시스템)

인쇄물, 사진, TV 등은 가능한 실물에 가까운 컬러를 재현해야 한다는 문제가 일상적인데, 이러한 문제를 해결하는 방법 중의 하나가 바로 컬러 매니지먼트 시스템(Color Management System: CMS)을 활용하는 것이라고 할 수 있다. CMS라 함은 입출력 장치에 관계없이 어디서나 동일한 컬러를 보여주기 위한 시스템이다.

모니터, 스캐너, 디지털 카메라 같은 입력장치는 RGB 컬러 공간에서 모든 처리가 이루어지고, 프린터 등은 CMY 공간에서 이루어진다. 하지만 같은 RGB값을 가지고 있더라도, 우리 눈으로 보기에 모니터와 디지털 카메라에서는 다른 색으로 표현되고, 이것이 출력 장치인 프린터로 넘어가면 또 다른 색으로 나타난다. 이처럼 장치에 따라 달리 표현되는 RGB공간이나 CMY공간을 장치 종속(device-dependent) 컬러 공간이라고 하는데, 이러한 문제들 때문에 입출력 장치에 관계없이 어디서나 동일한 컬러를 보기 위한 노력이 있어 왔다. 그 결과로 장치에 관계없이 컬러를 표현할 수 있는 장치 독립(device-independent) 컬러 공간이 등장했고, 또한 이를 응용한 CMS가 탄생된 것이다.

CMS를 활용한 색상 관리에서 가장 표준적인 방법은 해당 기기 또는 장치가 가지는 컬러 특성을 기록한 디바이스 컬러 프로파일을 사용하는 것으로서, 보다 더 정확한 컬러 재현을 기대할 수 있다. 현재 전문가용으로 사용되고 있는 컬러 프로파일 규격으로는 국제 컬러 컨소시엄(International Color Consortium: ICC)에서 고안한 ICC프로파일을 들 수 있다. 윈도는 ICM(Image Color Management), 애플 맥에서는 ColorSync 등 주요 운영 체제들은 이러한 디바이스 프로파일을 기반으로 한 CMS를 표준으로 지원하고 있다. 그러나 컬러 프로파일을 사용하는 방법은 전문 지식이 없는 초보자에게는 설정과 조정이 어렵고 힘들다고 할 수 있다. 따라서 일반 사용자들에게는 표준 컬러 공간의 사용이 권장되는데, 즉 이들로 하여금 별도의 컬러 조정 작업을 하지 않도록 각종 주변 장치간에 컬러 신호 전송 공간을 하나로 통일한 것이 바로 표준 컬러 공간이라고 할 수 있다.

III. 일반 용도의 컬러 공간

1. 표준 RGB 컬러 공간

어떤 기준이나 지침과는 무관한 다수의 CRT 기반 RGB 컬러 공간이 범람해왔다. 따라서 많은 비 표준 RGB 디스플레이 공간을 단일한 하나의 표준 컬러 공간으로 통합시켜야 하는 필요성이 대두되었는데, 이러한 컬러 공간은 데스크톱 환경에서 색채 재현의 충실도(fidelity)를 크게 향상시킬 수 있을 것이다. 예를 들면, 소프트웨어 운영 체제 상에서 표준 RGB 컬러 공간에 대한 지원을 한다면, 이 컬러 공간을 지원하는 컬러 입출력 장치 개발자들은 컬러 운영 시스템을 반드시 이용하여야 하는 부담 없이 쉽게 컬러 정보 교환 솔루션을 개발할 수 있을 것이다. 컴퓨터 모니터뿐만 아니라 TV, 스캐너, 디지털 카메라, 프린터 등의 컬러 정보에 대하여 단일한 표준 연결 시스템을 지정함으로써, 소프트웨어나 하드웨어의 비용을 최소화할 수 있고 이미지의 컬러 일치도 어느 정도 꾀할 수 있는 표준 컬러 공간 중에 대표적인 것으로는 sRGB를 들 수 있다. sRGB는 처음에 HP와 마이크로소프트에 의해 고안되었고, 1999년 10월에 IEC(International Electrotechnical Commission)의 국제 표준 규격(IEC 61966-2-1)으로 인증 받은 바 있다. sRGB는 마이크로소프트, HP라는 두 거대 기업의 강력한 추진력을 바탕으로 소비자 이미징 시장에 폭 넓게 채택되었다. 마이크로소프트는 윈도 운영 체제상에서 sRGB를 지원하도록 하였으며, HP의 모든 프린터에는 sRGB 컬러 공간 지원 시스템을 내장하여 CMS와 병행해서 사용되고 있다. 또한 코렐, 판톤사는 자신들의 소프트웨어 제품에 sRGB 컬러 공간을 추가하였고, 이후 코닥, 후지, 소니 등에서도 sRGB에 대한 지원이 이루어지고 있어 점차 sRGB 컬러 공간의 사용이 확대되고 있다. sRGB는 또한 HDTV의 표준이며, 웹 컬러의 표준으로도 점차 자리 매김을 하고 있다. 마치 IEEE 1394 표준이 컴퓨터 주변장치 간의 데이터 전송을 담당하고 있는 것과 마찬가지로, sRGB는 컴퓨터 주변장치 간의 컬러 전송을 담당하고 있는 것이다.

sRGB는 운영 체제, 장치 드라이버, 인터넷 상에서 단순하며 신뢰성 있고 장치 독립적으로 컬러를 다룰 수 있는 방법을 제공, 현재의 컬러 운영 시스템을 보완하기 위하여 고안되었다고 할 수 있다. sRGB는 컬러 영상 전송 시 시스템에 최소 부하를 가함과 동시에 좋은 화질 및 역방향 호환성을 제공한다. sRGB는 또한 CRT 디스플레이, 평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD), 텔레비전, 스캐너, 디지털 카메라, 프린터 등에 잘 맞는 측색 교정 RGB 컬러 공간에 기초하고 있으므로, 소프트웨어 및 하드웨어 개발자로부터 지원을 쉽게 받을 수 있다. FPD는 CRT와 물리적으로는 다르지만, 대부분의 FPD는 시장 경쟁력 확보를 위하여 CRT 디스플레이를 시뮬레이션 할 수 있는 내부 보상 회로를 포함하고 있다.

sRGB는 PC 및 웹 컬러 이미징 시스템에 요구되는 컬러 관리 조건에 잘 대응되며, 멀티미디어처럼 CRT 상에 빠른 영상 디스플레이가 요구되는 분야에 좋은 성능을 나타낸다. 이것은 다음과 같은 점들에 기인한다고 할 수 있다. 첫째, 대부분의 컴퓨터 디스플레이는 핵심 컬러 특성(RGB 원색 발광체의 색도 및 전압-신호간 함수)이 유사하다. 둘째, RGB 공간은 디스플레이, 스캐너, 디지털 카메라(즉, 고성능 및 고기능이 요구되는 장치들)에 고유하다. 셋째, RGB 공간은 직접적으로 장치 독립이 되도록 만들 수 있으며, 몇몇 응용 분야에 있어서는 충분히 넓은 색 역(color gamut)을 나타낼 수 있다[3].

2. sRGB의 컬러 영역보다 큰 이미징 장치 등장

sRGB의 장점으로는 컬러 정보 전달에 있어서의 저비용, 계산의 효율성, 최종 사용자들에게 투명성 제공, 그리고 무엇보다도 컬러 정보 처리를 간편하게 할 수 있다는 점을 들 수 있다. 하지만 sRGB의 컬러 표현 범위에는 한계가 있다. 초기에는 이 점이 문제가 되지 않았지만, 기술이 진보함에 따라 sRGB의 영역을 넘는 주변 장치와 시장이 등장하고, 전문적인 이미지 품질을 요구하는 사용자들이 나타났기 때문이다. 즉, sRGB는 전형적인 컴퓨터 디스플레이의 특성을 바탕으로 한 RGB 컬러 공간의 하나이지만, CRT에 중심이 맞춰져 있기 때문에 완벽하다고는 할 수 없는 것이다.

가정용 프린터는 오랫동안 디스플레이에서 표시할 수 있는 색을 충실하게 출력하는 것을 첫째 조건으로 해왔다. 그러나 최근에는 잉크 및 전용지 등의 개선에 따라 컬러 공간의 어떤 부분에서는 색상 대역이 디스플레이보다 넓은 프린터도 등장하고 있다. 이들 프린터에서는 특히 기존의 sRGB에서 부족한 파랑과 하늘색의 재현성이 크게 향상되었고, 결국 sRGB로 표현할 수 있는 색상 범위가 프린터로 표현할 수 있는 색상 범위보다 작은 현상도 나타나고 있다. (그림 2)는 프린터가 사진 매체에 인쇄할 수 있는 어두운 계통 색의 많은 부분을 sRGB 컬러 공간에서는 정확히 나타낼 수 없다는 점을 보여주고 있다.

디지털 카메라 또한 디스플레이로 표현 가능한 색상 범위를 넘는 기기 중의 하나이다. 현재의 디지털 카메라는 JEITA가 정하는 Exif 형식에 기초를 두고 있다. Exif는 JPEG방식으로 압축한 데이터에 촬영정보를 추가한 것이다. 그러나 JPEG의 컬러 공간은 특별한 규정이 없고, YcbCr 형식이 주로 사용되고 있다. YCbCr은 sRGB보다 광범위한 컬러를 표현할 수 있고, sRGB의 범위를 넘는 색을 기록할 수 있다.

일부 이미징 장치 업체는 독자적인 방법으로 sRGB를 넘는 색상을 표현하고 있다. 엡손의 PRINT Image Matching과 캐논의 Advanced Technology, VIVID 포토 등이 대표적이다. PRINT Image Matching이나 Advanced Technology는 디지털 카메라와 이미지 편집 소프트웨어, 프린터가 조합을 이룸으로써 sRGB의 제한을 받지 않고 색상 재현이 가능하다. VIVID 포토는 원래 이미지 데이터를 사람이 가장 아름답게 느끼는 색으로 보정하고, 프린터의 넓은 색상의 폭을 최대한으로 살리면서 인쇄하는 방법을 사용한 것이다.

3. 색상 대역을 확대한 sRGB64

최근의 소비자 시장에서 대부분의 사용자들은 좀 더 만족스러운 컬러 매니지먼트를 원하고 있다. 기존의 sRGB 컬러 공간은 단순성 및 CRT에 기반하고 있다는 점 등으로 인하여 이러한 요건을 비교적 잘 충족시키고 있지만, 오늘날의 소비자 시장은 이에 만족하지 못하고 있다. 또한 다가올 새로운 peer-to-peer방식은 컬러 재현 제품 루트를 CRT 중심에서 점점 멀어지게 하고 있는 추세이다. 따라서, 더 큰 색 역 및 더 높은 정밀도로 컬러 정보를 인코딩하고 전송할 수 있는 소비자 시장을 충족시킬 수 있는 새로운 표준 컬러 연결 공간이 절실히 요구되고 있다. 현재의 sRGB 컬러 공간이 최근 수년 동안 소비자 컬러 매니지먼트 시스템의 주류로 기능하여 왔기 때문에, 정보 처리 및 상호 교환의 관점에서 볼 때 현재의 sRGB컬러 공간을 기반으로 한 확장이 바람직한 해결책이 될 것이다.

디지털 영상 저장, 조작, 상호 교환에 있어서 컬러 영역 확장에 대한 차세대 규격에 관한 국제 표준화 작업이 현재 ISO 22028및 IEC 61966-2-2 에서 진행중에 있다[4]. 새롭게 확장 컬러 공간으로 명명된 sRGB64는 sRGB와의 호환성을 위해, IEC sRGB 표준에 정의된 reference display, reference viewing, reference observer와 동일한 조건을 사용하였다. sRGB64 표준의 초안 역시 산업계로부터는 마이크로소프트 및 HP에 의해 마련되었는데, 마이크로소프트는 차기 윈도즈 버전에서 sRGB64를 지원할 예정이라고 하며, 이에 따라 관련 소프트웨어 및 하드웨어 업계에서도 자연스럽게 sRGB64를 자신들의 제품에 포함시켜 출시할 것으로 예상된다. 업계에서는 2005년에 이르면 sRGB64가 널리 채택되어 사용될 것으로 보고 있다. sRGB64 컬러 공간은 sRGB의 사용 용이성, 간단함을 유지함과 동시에 확장된 색 역, 톤 재현 범위, 비트 정밀도를 제공한다. 즉 하이엔드 컬러 그래픽용의 ICC 프로파일과 로엔드(low-end) 소비자 애플리케이션용의 sRGB 컬러 공간 사이의 갭을 메워준다[5].

sRGB가 CRT 중심의 이미징 시스템에 적합하도록 고안되었다면[6], sRGB64는 고품질 프린터 기반 이미징 시스템에 부가적인 유동성을 부여하도록 고안되었다고 할 수 있다. sRGB의 확장 공간(sRGB64)을 고안하기 위해서는, 우선 CRT와 프린터의 색 역을 모두 포함할 수 있는 영역을 정하는 것이 필요하다. sRGB의 정의된 범위는 R, G, B 각각에 대해서 0과 1사이의 값을 가지는데 반해, sRGB64의 정의된 범위는 -0.53에서 1.68의 범위를 가진다.

sRG64를 이용하면 CRT 디스플레이상에 표현될 수 없는 컬러 영역 밖의 데이터도 부호화 할 수 있다. 회사 로고나 다른 그래픽 작업에 사용되는 몇몇 컬러들은 CRT 디스플레이 컬러 영역의 범위를 벗어나고, 기존의 sRGB로는 이러한 고채도의 색들은 제외하는 수밖에 없었다. 또한 고품질의 프린터에 인쇄된 사진 속의 몇몇 컬러는 CRT 디스플레이상에 표현될 수 없었다. 반면에 sRGB64는 이러한 표현 불가능한 컬러 영역의 데이터도 포함시켜 부호화 함으로써 최종 출력 매체에의 컬러 재현을 매체 상호간 호환 범위 내에서 가능하도록 만들었다.

결론적으로, sRGB64는 더 좋은 화질의 영상을 제공할 수 있는 더 큰 컬러 영역과, 더 정밀함을 제공할 수 있는 균일한 컬러 부호화 공간이다. 채널 당 최소 9비트 이상을 이용함으로써, sRGB64는 sRGB를 정확히 표현할 수 있고 또한 sRGB의 -53%에서 168%까지 확장된 색 역을 추가할 수가 있다. 이렇게 확장된 색 역은 최종 소비자가 컬러 재현 장치에 만족할 수 있게 하는 데 충분할 것이다. sRGB의 최소한의 수정으로 말미암아, sRGB64로부터 우리는 sRGB 고유의 장점뿐만 아니라 sRGB와의 상호 호환성까지 얻을 수 있는 장점이 있다.

IV. 전문가용 컬러 프로파일

1. ICC 에 기반한 컬러 매칭[7]

  ICC는 컬러 공간의 변환에 있어서 갖가지 플랫폼에 독립적인 입출력 장치 컬러 프로파일을 정의하여 표준화하기 위해서 1993년 4월에 어도비, 아그파, 코닥, 마이크로소프트, 실리콘 그래픽스, 선, Taligent Company에 의해서 발족되었다. 1995년 봄에 애플사가 발표한 ColorSync 2.0은 운영 체제 상에서 ICC프로파일을 사용할 수 있는 최초의 소프트웨어 도구라고 할 수 있다. ICC 프로파일은 장치 독립 컬러 공간을 사용함으로써 컬러 매니지먼트를 구현했다. 일반 입출력 장치에 나타나는 컬러를 다른 하드웨어로 전송할 때에는 장치에 독립적인 컬러 공간으로 변환한 후 전송한다. 각각의 장치들은 자신이 입력 장치인지 출력 장치인지에 따라서 RGB에서 장치 독립적 컬러 공간으로의 정보 혹은 장치 독립적 컬러 공간에서 CMY로의 정보를 ICC 프로파일 형태로만 제공하면 된다. 실제로 ICC 프로파일을 이용하면, 이론상으로는 어떤 운영 체제에서도 동일한 컬러를 제공할 수 있다.

ICC 프로파일을 사용한 웹 컬러 매니지먼트는 입력 이미지와 출력 이미지의 정확한 일치를 이룰 수 있지만, 입력 장치 프로파일을 이미지에 포함시켜 저장하고, 이를 출력 장치 프로파일에 맞게 다시 변환시키는 과정에서 몇 가지 문제점을 지니고 있다. 모든 장치들이 프로파일을 갖고 있지 않을 뿐 아니라 입력 장치 프로파일의 삽입이 특정 이미지 파일 포맷에서만 가능하고, 또한 데이터 저장 및 변환으로 인해 시스템에 걸리는 부하가 크므로 이것은 사양이 높은 시스템을 지닌 하이-엔드 유저에게 적합한 방법이다. 따라서 대부분의 일반 사용자들을 위해서 높은 정확도보다는 간단하게 컬러를 향상시킬 수 있는 방법의 개발이 필요하다.

2. sRGB ICC 프로파일

1997년 12월 이후에 생산된 HP의 모든 프린터에는 sRGB 컬러 공간 지원 장치를 내장하여 CMS와 병행해서 사용되고 있다. 지금은 여러 응용 프로그램에서 sRGB 컬러 공간이 사용되고 있다. 흔히 접할 수 있는 어도비 포토샵도 예외는 아니다. 이 때문에 중간 과도기 단계로서 sRGB용 ICC 프로파일이 생겨났다. sRGB 컬러 공간과 ICC 프로파일이 공존하기 때문에 sRGB ICC 프로파일의 탄생은 당연한 결과라고 할 수 있다. (그림 5)는 sRGB ICC 프로파일의 현재 위치라고 말할 수 있다.

입출력 장치간에 ICC 프로파일의 존재 여부에 따라 다르게 CMS를 적용할 수 있다. 즉 장치에 프로파일이 있는 경우는 그 프로파일을 사용하고 그렇지 않은 경우는 sRGB 프로파일을 이용하면 된다. (그림 6)은 이를 보여주고 있다.

V. 결 론

본 고에서는 컬러 영상 입출력 장치간의 고품질 커뮤니케이션을 위해, 컬러 매니지먼트의 간략한 소개, 일반 용도의 컬러 공간인 표준 RGB컬러 공간과 문제점, 색상 대역을 확대한 sRGB64및 전문가용 컬러 프로파일인 ICC 프로파일에 대하여 설명하였다. 최근의 소비자 시장을 보면 대부분의 사용자들은 좀 더 고품질의 컬러 영상인 하이-엔드 컬러 그래픽을 원하고 있고, 일부 이미징 장치 업체는 독자적인 방법으로 연구가 진행되고 있는 현 시점에, 디스플레이 초 강국인 우리나라의 관련 업체 및 기관들도 한 발 앞선 표준화를 기반으로 시대의 부응에 발맞추어 나가야 할 것이다.

<참 고 문 헌>

[1]    IEC 61966-2-1, Multimedia systems and equipment - Colour Measurement and Management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space - sRGB, 1999.

[2]    ITU-R BT.709-2,Basic Parameter Values for the HDTV Standard for the Studio and for International Programme Exchange.

[3]    IEC 61966-2-2:CDV, Multimedia systems and equipment-Colour Measurement and Management - Part 2-2: Colour management - Extended RGB colour space - scRGB.

[4]    PIMA 7667:2001, Photography-Electronic still picture imaging-Extended sRGB color encoding: e-sRGB. PIMA 7667(Photographic and Imaging Manufactures Association ,INC), Photography – Electronic still picture imaging –Extended sRGB color encoding – e-sRGB, 18/05, 2001.

[5]    An Extended sRGB Space for High Quality Consumer Imaging, Revision 1.01, Jay Gondek, Hewlett-Packard, 6/20/2000.

[6]    CIE122, Technical Report the Relationship Between Digital and Colorimetric Data for Computer-Controlled CRT Displays, 01/01/1996.

[7]    IEC 61966-2-1 CDV, http://w3.hike.te.chibau.ac.jp/IEC/100/PT61966/parts/part2/1966_34.pdf(1998).