1 멀티미디어 데이터 : 그래픽 & 이미지 Lecture #3

2 그래픽 & 이미지 (1) n 특 징 u 많은 정보를 함축적으로 표현하고 사용자에게 직관적인 느낌을 줄 수 있어 정보 전달이 용이하다 cf) 텍스트 (Text) u 많은 저장 공간 비용이 필요하다 u 멀티미디어 디자인에서 가장 중심적인 위치를 차지 u 컴퓨터 및 정보통신 관련 기술의 발달로 많이 활용되고 있다

3 그래픽 & 이미지 (2) n 그래픽 & 이미지 구분 1) 그래픽 : - 그래픽 편집 프로그램 등을 이용하여 제작된 데이터 - 영상 내의 객체를 구조적으로 표현 - 컴퓨터를 통해 인위적으로 생성 2) 이미지 : - 스캐너나 비디오 보드 등을 이용하여 얻어진 데이터 - 영상을 형상화하여 비구조 적으로 표현 - 실세계에서 한 순간의 영상 을 캡쳐하여 생성 - 그래픽 보다 많은 저장 공 간을 요구

4 그래픽 & 이미지 (3) n Think… 이미지 및 그래픽이 컴퓨터 분야에서 어떻게 응용되고 있는가 ?

5 그래픽 & 이미지 표현 방식 (1) n 그래픽 & 이미지 표현 방식 u 비트맵 방식 u 벡터 방식 n 비트맵 방식 u 래스터 (Raster) 방식 : 픽셀들의 집합으로 표현하는 방식 u 출력장치 ( 모니터, 프린터 등 ) 의 출력 방식과 일치 u 영상에 대한 회전, 크기 조절 등의 영상 처리 연산이 상대적으로 어렵다 u 사진, 비디오 화면 캡쳐 등에 주로 사용 u 해상도, 지원하는 칼라 수 등에 의해 저장 용량이 좌우된다

6 그래픽 & 이미지 표현 방식 (2) ( 참고 ) 픽셀 (Pixel) : A. Picture Element 합성어 B. 이미지를 구성하는 기본 단위 C. 각 pixel 은 1 비트 ( 흑백 ) 또는 다수의 비트들 ( 칼라 ) 로 표현 된다 D. 픽셀의 배열을 래스터 (raster) 라고 한다

7 그래픽 & 이미지 표현 방식 (3) n 벡터 방식 u 영상을 구성하는 객체 ( 도형 등 ) 의 특성을 나타내는 명령어의 집합으로 표현하는 방식 u CAD 및 그래픽 편집 프로그램 등을 이용하여 생성 u 회전, 크기 조절 등 특성을 변경하는 연산이 용이하다 u 화면을 구성하는 객체의 복잡성에 따라 처리시간과 저장공간이 결정된다

8 그래픽 & 이미지 표현 방식 (4) n 그래픽 & 이미지 표현 방식 변환 u 비트맵 이미지  벡터 방식 그래픽 u 벡터 방식 그래픽  비트맵 이미지

9 그래픽 & 이미지 특성 n 그래픽 & 이미지 특성 요인 u 사용하는 컬러 수 (Color Depth) u 해상도 (Resolution)

10 색의 표현 (1) 색의 표현법 1) RGB 방식 - 빛의 3 원색을 이용 - 컴퓨터 내부적으로 가장 많이 적용하는 방식 cf) CMY 방식

11 색의 표현 (2) 2) HSB 방식 - Hue - Saturation - Brightness (Lightness) - 인간의 색 인지 원리를 이용한 표현 방식 - 영상 처리에서 가장 많이 적용

12 색의 표현 (3) 3) YUV / YIQ 방식 - TV 방송에서 사용하는 방식 - 영상 데이터 압축에서 내부적인 컬러 표현 방식 4) Indexed Color - Color Palette 사용 - 시스템 팔레트 / 사용자 정의 팔레트 - 적은 수의 컬러를 표현 할 때에 사용

13 색의 표현 (4) n Indexed Color

14 색의 표현 (5) n 컴퓨터 내부적인 색의 표현 u 주로 RGB 방식의 색을 사용 u 픽셀을 나타내는 비트 수에 의해 지원되는 색의 수가 결정 비트 수 색상의 수 참고 사항 1 2 (2 1 ) 흑백 2 4 (2 2 ) 팔레트 4 16 (2 4 ) 팔레트 (2 8 ) 팔레트 16 65,536 (2 16 ) 하이 컬러 (R:G:B = 5:5:5) 24 16,777,216 (2 24 ) 트루 컬러 (R:G:B = 8:8:8) 32 16,777, bit 알파 채널 트루 컬러 + 알파 채널

15 해상도 n 해상도 (Resolution) u 단위 길이당 표시할 수 있는 픽셀 수 u 해상도 단위는 dpi(dot per inch) 로 표현 u 일반적으로 모니터는 72~75 dpi, 프린터는 300~600 dpi 를 지원 u 장치 해상도 / 이미지 해상도 F 장치 해상도 : 출력 장치가 단위 면적에 표현할 수 있는 픽셀 수 F 이미지 해상도 : 출력 장치와 무관하게 이미지 자체의 해상도 u 장치 해상도와 이미지 해상도를 적절하게 맞추어야 원하는 결과를 얻을 수 있다 F 200 dpi 이미지를 스캐닝할 때에 스캐너의 해상도를 400 dpi 정도로 설정하여야 깨끗한 이미지를 얻을 수 있다

16 이미지와 비디오 램 n 이미지와 비디오 램 u 컴퓨터 모니터에서 이미지를 디스플레이할 때에 표현할 수 있는 색의 수와 해상도는 그래픽 카드의 비디오 램 (video RAM) 에 의해 결정된다 cf) 윈도우 바탕화면의 등록 정보 u 비디오 램 : 비디오 버퍼 또는 프레임 버퍼 u 화면 해상도 * 픽셀당 비트 수 / 8 < = 비디오 램의 크기 (bytes) u pp 43. 표 2.1

17 그래픽 & 이미지 저장 방식 (1) n 이미지 데이터의 크기 : u 이미지 데이터 크기 (bytes) = X 축 픽셀수 * Y 축 픽셀수 * 픽셀당 비트수 (bpp) / 8 u 예 : 300x200 크기, 24 비트 컬러를 사용하는 비트맵 형식 이미지의 데이터 크기 ? 300 * 200 * 24 / 8 = 180,000 bytes

18 그래픽 & 이미지 저장 방식 (2) n 파일 저장 방식 : u BMP(bitmap) : original image format u PCX u TGA(Truvision Targa) u TIFF(Tagged Image File Format) u GIF(Graphic Interface Format) u JPEG u WMF(Windows Metafile Format) u EPS(Encapsulated Postscript) u AL(Adobe Illustrator) u CDR(Corel Draw) 래스터 방식 파일 형식 벡터 방식 파일 형식

19 그래픽 & 이미지 저장 방식 (3) n BMP 파일 형식 u 마이크로소프트에서 지원하는 가장 대표적인 파일 포맷 u 파일의 크기 및 기타 파일 관련 정보를 파일헤더에 두고 각 픽셀의 컬러 값을 그대로 표시하는 방법 u 모든 이미지 편집 프로그램과 대부분의 워드 프로세서에서 지원 u 압축 방법을 사용하지 않기 때문에 파일 크기가 큰 것이 단점 u 비트맵을 저장하는 여러 파일 중에서 간단한 것이 BMP 파일 F 원도우즈 시스템에서 사용하는 표준 장치독립 (Device Independent Bitmap) 인 파일 포맷

20 그래픽 & 이미지 저장 방식 (4) n BMP 파일 형식 필드 이름바이트내 용구조체 bfType2“BM” BITMAPFILEHEADER bfSize4 비트맵 파일의 전체 크기 bfReserved12 예약변수 (0 으로 설정 ) bfReserved12 예약변수 (0 으로 설정 ) bfOffBits4 파일에서 비트맵 데이터가 있는 위치 biSize4 비트맵 정보 헤드 크기 (40 바이트 ) BITMAPINFOHEADER biWidth4 비트맵의 가로 크기 biHeight4 비트맵의 세로 크기 biPlanes2 Plane 수 (1 로 설정 ) biBitCount2 한 픽셀당 비트수 biCompression4 압축 유무 플래그 biSizeImage4 그림 데이터의 크기 biXPelsPerMeter4 한 픽셀당 가로 크기 biXPelsPerMeter4 한 픽셀당 세로 크기 biClrUsed4 사용하는 컬러 수 biClrImportant4 중요하게 사용되는 컬러

21 그래픽 & 이미지 저장 방식 (5) n BMP 파일 형식 필드 이름바이트내 용구조체 팔레트 항목 수 만큼 rgbBlue rgbGreen rgbRed rgbReserved 현재 그림이 팔레트를 사용할 경우에 팔레트 테이블이 설정된다 RGBQUARD 비트맵 데이터실제 이미지 데이터가 픽셀 단위로 저장

22 그래픽 & 이미지 저장 방식 (6) n GIF(Graphic Interface Format) 파일 형식 u 통신상에서 이미지 파일 전송 시간을 줄이기 위해 Compuserve 사가 개발한 압축기법 u RLE(Run-Length Encoding) 기반의 LZW(Lempel-Ziv- Welch) 알고리즘 사용 F 이미지 데이터에 대해 래스터 단위로 왼쪽에 오른쪽으로, 위에서 아래로 스캔하면서 run-length encoding F 무손실 압축 (Lossless Compression) u 최대 256 칼라 (8-bit palette 칼라 ) 지원 u 사진 이미지 보다 그래픽에 대해 높은 압축률 지원

23 이미지 특성에 따른 GIF 압축 비교 (a) 154 bytes(b) 213 bytes(c) 318 bytes (d) 501 bytes(e) 1,148 byte (f) 8,236 byte

24 그래픽 & 이미지 저장 방식 (7) n GIF(Graphic Interface Format) 파일 형식 u 인터레이스 GIF 이미지가 로딩될 때 왼쪽 위에서 오른쪽으로 순서대로 위에서 아래 방향으로 이미지의 선명도를 높여가며 그려주는 형식 u 투명 GIF : Photoshop 파일메뉴의 Export 에서 GIF89a 를 선택하여 적용할 수 있으며, 웹 페이지에서 제목이나 이미지가 배경화면과 색상이 자연스럽게 붙어지도록 지원하는 형식

25 그래픽 & 이미지 저장 방식 (8) n JPEG(Joint Photographic Experts Group) 파일 u 정지화상 ( 사진 ) 이미지 압축의 표준 u 다양한 압축 모드를 지원 F 무손실 압축 : X-ray 사진 등 정확한 이미지 정보가 필요한 경우 F DCT Encoding 기반의 손실 압축 : 일반적인 이미지 압축에 적용 u 24 bit 컬러 지원 u 그래픽에 비해 사진 이미지 경우에 압축이 효율적

26 그래픽 & 이미지 저장 방식 (9) n JPEG(Joint Photographic Experts Group) 파일 u DCT 알고리즘에 의한 JPEG 이미지 압축 / 복원

27 그래픽 & 이미지 저장 방식 (8) n GIF 와 JPEG 의 비교 원본 이미지 (BMP)JPEG 이미지 GIF 이미지 압축률 KB KB 23.0 KB(5.22:1) 29.2 KB(5.01:1) 6.7 KB(17.91:1) 43.5 KB(3.37:1)

28 이미지 압축 n 이미지 압축 및 복원 u 이미지 데이터는 큰 용량의 저장 공간을 요구하므로 저장 및 전송을 위해 압축하는 것이 유리 u 무손실 압축 (lossless compression) u 손실 압축 (lossy compression)

29 이미지 처리 (1) n 이미지 처리 연산 u 이미지에게 특수한 효과를 주거나 패턴 인식 등을 위해 이미지로부터 특정 정보를 추출하기 위한 연산 u 밝기 / 농도 조절 u 이동 / 회전 / 크기 조절 u 윤곽선 추출 u 히스토그램 평준화

30 이미지 처리 (2) n 이미지 처리 : 이미지 필터링  윤곽선 추출

31 이미지 처리 (3) n 이미지 처리 : 칼라 히스토그램

32 이미지 처리 (4) n 이미지 처리 : 이미지 분할 u 컴퓨터 비젼과 이미지 처리에서 매우 중요한 부분 u 오브젝트의 표현을 위한 영역을 찾아내거나 오브젝트의 일부분을 분리하는 것

33 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (1) n 2D 그래픽스 u 2 차원 평면상에 객체를 표현하는 방법 u 3D 그래픽스에 비교하여 계산량이 적어 빠른 속도로 처리가 가능하나 현실감을 떨어진다 u 최근 문서 편집 및 이미지 편집 프로그램에서 기본적인 2D 그래픽스 편집 기능을 지원한다 u 2D 그래픽스 기법 F 디더링 (Dithering) F 앤티앨리어싱 (Antialiasing)

34 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (2) n 2D 그래픽스 : 디더링 ( dithering) u 제한된 수의 색상들을 섞어서 다양한 색상을 만들어 내는 기법 u 현재 팔레트에 존재하지 않는 컬러를 컬러 패턴으로 대체하여 가장 유사한 컬러로 표현하는 기법 u 256 컬러를 이용하여 24-bit 컬러를 표현하거나 흑백만을 이용하여 그레이스케일을 표현 u 컬러 잉크젯 프린터에서 CMY 잉크만을 이용하여 다양한 컬러를 출력 u Diffusion / Halftoning

35 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (3) n 2D 그래픽스 : 디더링 ( dithering) 원본 이미지 256 컬러로 디더링된 이미지 그레이스케일 이미지 흑백만으로 디더링된 이미지

36 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (4) n 2D 그래픽스 : 앤티앨라어싱 (Antialiasing) u 물체의 윤곽선이 사선인 경우 u 물체 경계면을 물체의 색상과 배경의 색상을 혼합해서 표현함으로써 물체의 경계면을 부드럽게 보이는 기법 (a) 앤티앨리어싱 전 (b) 앤티앨리어싱 후

37 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (5) n 3D 그래픽스 u 실세계에 존재하지 않는 물체를 입체적으로 표현하는 것이 가능 u 3 차원 그래픽 생성 과정 : 단계 1. 물체의 기하학적인 형상을 모델링 (Modeling) 와이어 프레임 모델, 다각형 모델, 솔리드 모델 3 차원 스캔에 의한 모델링 : 3 차원 디지타이저, 3 차원 스캐너 단계 2. 3 차원 물체를 2 차원 평면에 투영 (Projection) 평행투영법 / 원근투영법 단계 3. 생성된 3 차원 물체 색상과 명암을 추가 (Rendering) 은면의 제거 (Hidden Surface Removal), Shading, Texture mapping 등

38 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (6) n 3D 그래픽스 와이어프레임을 이용한 모델링 투영 (Projection) 평행 투영법 원근 투영법

39 2D / 3D 컴퓨터 그래픽스 (6) n 3D 그래픽스 3 차원 물체의 렌더링 3 차원 물체의 텍스쳐 매핑

40 이미지 / 그래픽 편집 소프트웨어 (1) n 이미지 / 그래픽 편집 소프트웨어 분류

41 이미지 / 그래픽 편집 소프트웨어 (2) n 그리기 도구 (Draw Tool) u Adove Illustartor u Corel Draw n 칠하기 도구 (Painting Tool) u Paint u PaintShop n 이미지 편집 도구 (Image Editing Tool) u Adove Photoshop u ImageFolio

42 이미지 / 그래픽 편집 소프트웨어 (3) n 3 차원 그래픽 소프트웨어 (3D Graphics Software) u 모델링 소프트웨어 (Modeling Software) F 3D Studio Max F Shade u 렌더링 소프트웨어 (Randering Software) F SoftImage 3D, 3D Studio Max, MAYA, True Space n 3 차원 그래픽 라이브러리 (3D Graphics Library) u OpenGL Library u Mesa Library