예전에는 카메라로 사진만 촬영했지만,
요즘에는 휴대폰, 똑딱이, 미러리스, DSLR 할 것 없이 모두 동영상 촬영 기능이 있다.
특히 최근에는 4K 해상도(4096 × 2160 또는 3840 × 2160)의 동영상 촬영을 지원하는 카메라들도 많이 출시된다.
그런데, 4K 동영상을 화소수로 환산하면 고작 800만 화소(8 MP)이다. FHD 동영상은 200만 화소(2 MP) 밖에 되지 않는다.
요즘 출시되는 카메라들은 대부분 1600만 화소가 넘고, 휴대폰 카메라도 1000만 화소를 넘어선다.
그렇다면, 고화소의 카메라 센서에서 어떻게 4K, 또는 FHD 해상도의 동영상을 녹화하는 것일까?
디지털 카메라의 동영상 촬영 방식은 아래와 같이 구분할 수 있다.
1. 1:1 크롭 (1:1 crop)
2. 라인스키핑(Line skipping)
3. 풀픽셀리드아웃 (Full pixel readout)
그리고 3번 풀픽셀리드아웃은 다시 두 가지 방식으로 구분된다.
3-1. 풀픽셀리드아웃 with 픽셀비닝 (Full pixel readout with pixel binning)
3-2. 풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝 (Full pixel readout without pixel binning)
1:1 크롭
먼저, 1:1 크롭 방식의 원리를 살펴보자.
1:1 크롭은 센서에서 동영상의 해상도만큼만 센서를 크롭하여 데이터를 얻어 동영상을 녹화하는 방식이다.
아래 그림을 참조하자. (이미지 출처 : http://m43photo.blogspot.kr/2014/02/gh4-game-changer.html)
위 그림은 파나소닉 GH4의 센서를 도식화한 것이다.
검은색 사각형은 센서 크기(4:3 비율)를 나타내며,
주황색 사각형은 4K 동영상의 가로-세로 비율(16:9)과 일치하는 영역을 나타낸다.
빨간색 사각형은 4K 동영상의 해상도(3840 × 2160)에 화소가 1:1로 매칭되는 영역을 나타낸다.
1:1 크롭 방식은 센서 중에서 빨간색 영역의 화소만을 활성화하여 데이터를 얻는다.
동영상의 화소와 센서의 화소가 1:1로 매칭되므로,
리사이즈 등의 추가적인 프로세싱이 필요없고, 모아레가 나타나지 않는다는 장점이 있다.
하지만, 16:9의 비율을 유지하면서 사용 가능한 센서 영역(주황색 사각형)보다 좁은 영역을 사용하므로,
광량 손실, 화각 손실 등의 문제가 있다.
주황색 사각형과 빨간색 사각형의 비율을 crop factor라 하는데,
이 값이 클 수록 광량 손실 및 화각 손실이 많다.
일례로, 4K 동영상에서 crop factor 값이 1.7로 상당히 컸던 삼성 NX500은 많은 유저들로부터 비난을 받았다.
다음으로는 라인스키핑 방식과 풀픽셀리드아웃 방식의 차이를 살펴보자. (이미지 출처 : Sony A7R ii의 공식 배포 자료)
라인스키핑
이 방식은 센서 상의 화소 중에서 특정 라인에 있는 화소들만 활성화하여 데이터를 얻는다.
1:1 크롭 방식은 센서의 중심 부분만 사용하는 반면,
라인스키핑 방식은 센서 전체 영역에서 골고루 화소를 사용하기 때문에 화각 손실은 발생하지 않는다.
하지만, 크롭 방식과 비교해서 화질 저하 및 모아레 발생 확률이 높다는 단점이 있다.
또한 센서의 전체 영역이 아닌 일부분만 이용하는 방식이기 때문에, 광량 부족으로 인한 노이즈가 발생한다.
풀픽셀리드아웃
이 방식은 센서 상의 이용 가능한 모든 화소를 활성화하여 데이터를 얻는다.
4K 동영상의 경우 가로-세로 비율이 16:9이므로, 이 비율에 맞는 최대 영역(주황색 사각형)을 활용한다.
센서의 이용 가능한 최대 면적을 활용하기 때문에 라인스키핑이나 1:1 크롭보다 많은 광량을 확보한다는 이점이 있다.
하지만 더 많은 화소의 데이터가 얻어지므로, 이를 처리할 수 있는 연산 능력이 필요하다.
이를 처리하는 방식에 따라서 풀픽셀리드아웃은 아래와 같이 두 가지로 나뉜다.
풀픽셀리드아웃 with 픽셀비닝
이 방식은 센서 상의 화소로부터 얻은 데이터를 센서단에서 동영상 화소수만큼 압축(binning)하여 프로세서로 전송한다.
즉, 1600만 화소의 카메라(주황색 사각형 영역이 1600만 화소일 때)에서 4K(800만 화소) 동영상을 녹화한다면,
센서에서 데이터를 1/2로 압축하고 전송하는 것이다.
압축 전송된 데이터를 이용해 동영상을 저장하므로 프로세서의 처리 능력이 뛰어나지 않아도 된다.
다만, 센서에서 데이터를 압축하는 과정에서 화질 저하 및 색상 오류가 발생하는 문제가 있다.
풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝
이 방식은 센서 상의 화소로부터 얻은 데이터를 압축(binning) 없이 그대로 프로세서로 전송한다.
그리고 프로세서에서 동영상 화소수에 맞게끔 리사이즈(resize)를 진행한다.
즉, 1600만 화소의 카메라라면(주황색 사각형 영역이 1600만 화소일 때),
1600만 화소의 모든 데이터가 프로세서로 전달되고, 프로세서에서 이를 4K(800만 화소)로 리사이즈한다.
이 과정은 PC에서 인코딩 프로그램으로 동영상을 리사이즈하는 것과 동일하다.
센서단에서 데이터를 압축하는 픽셀비닝보다 프로세서에서 리사이즈를 진행하는 것이
더 많은 연산과정이 필요하기 때문에 뛰어난 성능의 프로세서가 필요하다.
화질은 모든 방식 중에서 가장 좋다.
* 참고로, '풀픽셀리드아웃 with 픽셀비닝'을 '픽셀비닝',
'풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝'을 '풀픽셀리드아웃'으로 줄여서 사용하기도 한다.
위에서 언급된 4가지 방식을 화질 순으로 비교하면 다음과 같다.
풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝 > 풀픽셀리드아웃 with 픽셀비닝 >> 라인스키핑
* 1:1 크롭의 경우 crop factor 값에 따라 화질의 차이가 커서 예외로 둔다.
* crop factor 값이 작으면 화질은 풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝에 가까워진다.
1:1 크롭 |
파나소닉 GH4, LX100, GX8, 삼성 NX500 |
풀픽셀리드아웃 with 픽셀비닝 |
소니 A7R ii (35mm 모드) |
풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝 |
삼성 NX1, 소니 A7R ii(super 35mm 모드에서만), RX100 iv, RX10 ii |
렌즈 교환식 카메라에서는 삼성 NX1만이 완전한 풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝을 구현한다.
소니 A7R ii는 워낙 고화소이기 때문에
super 35 mm 모드(크롭모드, 15MP)에서만 풀픽셀리드아웃 without 픽셀비닝을 구현하고,
35 mm 모드(16:9의 비율일 때 35MP)에서는 픽셀비닝을 이용한다.
파나소닉(포서즈)은 다른 브랜드보다 화소수가 낮은 센서와 프로세서 능력의 한계로 아직까지 1:1 크롭만 사용하고 있다.
