정원영

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(컴퓨터 개론) 12-2 이미지와 소리

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컴퓨터 개론 - 이미지와 소리

1. 디지털 이미지

  • 디지털 이미지를 얻을 수 있는 입력장치

1) 이미지와 그래픽

  • 사진이나 그래픽과 같은 시각적 정보의 기억 효과로 시각적 정보의 중요성

(1) 이미지

  • 실 세계의 그림, 디지털 카메라나 스캐너와 같은 입력장치를 이용하여 입력

(2) 그래픽

  • 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 생성된 그림

(3) 픽셀 (Pixel : Picture Element) = 화소

  • RGB 컬러모델 : R(Red), G(Green), B(Blue)의 값으로 배합시켜 색을 표현하며 보통 24비트로 구성
  • 이미지와 래스터 그래픽의 경우 픽셀들의 집합

(4) 비트 수에 따른 이미지의 변화

  • 1비트(흑백), 4비트(컬러), 8비트, 16비트(원본과 거의 일치하는 컬러)

(5) 이미지의 해상도 (Resolution)

  • 이미지를 구성하는 픽셀수로 해상도가 클수록 더 정교한 이미지

2) 이미지 처리와 표준

  • 이미지의 처리 : 픽셀로 구성된 이미지를 컴퓨터로 처리하는 방식
  • 이미지는 표본화 (Sampling)
  • 양자화를 거쳐 디지털화
  • 아날로그 이미지의 표준화와 양자화 사례

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(1) 이미지의 필터링 (특수 효과 방법)

  • 윤관선 추출, 평균값 필터, 밝기 조절 필터, 예술적 필터, 히스토그램 평준화 등의 처리와 잡음이나 왜곡을 복원
예시) 윤곽선 추출 필터의 적용

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(2) 이미지 압축 표준

  • 저장공간의 절약
  • 데이터 전송에 유리
  • 데이터를 압축할 때 시각적인 영향이 적은 부분의 정보량을 줄임
    • 즉, 인간은 색상보다 명암에 더 민감하므로 색상 영역에 정보량을 줄임
  • 인터넷 환경에서 적합한 압축 표준 : JPEG, GIF
  • 사진 압축 : JPEG 표준인 PNG
  • 그림 압축 : GIF, TIFF

3) 컴퓨터 그래픽스

  • 2D 그래픽스
  • 3D 그래픽스 : 객체 모델링하고 렌더링

(1) 2차원 그래픽과 3차원 그래픽

  • 2차원 그래픽은 XY 평면상에서 물체를 표현하는 방법
  • 3차원 그래피그이 생성 과정
    • 기하학적 형상을 모델링
    • 3차원 물체를 2차원 평면에 투영
    • 3차원 물체에 색상과 명암을 표시하는 랜더링

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(2) 레스터 그래픽 (페인터 소프트웨어가 대표적)

  • 그림을 픽셀 단위로 저장하는 방식
  • 해상도에 비례하여 확대 시 계단 형상으로 화질이 떨어짐
  • 그림이 픽셀들의 집합으로 구성되어 있다는 점에서 이미지와 매우 유사

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(3) 백터 그래픽 (일러스트레이션이 대표적)

  • 그림을 기하적인 객체로 나타내는 그래픽 함수로 표한하기 때문에 일반적으로 파일 크기가 작음
  • 그림이 점, 선, 곡선, 원등의 기하적 객체로 표현
  • 확대시 화질의 저하가 발생하지 않음

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(4) 3차원 그래픽의 처리 과정

  • 물체의 형상을 모델링
  • 3차원 물체를 2차원 평면에 투영
  • 물체에 색상과 명암부여 렌더링

2. 디지털 사운드

  • 적분에서 구분 구 적분으로 넓이와 체적을 구하는 것과 같이 소리도 같은 방식으로 디지털화

1) 사운드의 파형

(1) 주파수 (Frequency)

  • 사운드 파형의 반복 횟수 : 높으면 고음, 낮으면 저음
  • 사람이 낼 수 있는 주파수 대 : 약 100Hz ~ 6KHz
  • 가청 주파수 : 약 20Hz ~ 20KHz
  • 가청 주파수를 오디오 라고 부름

(2) 진폭 (Amplitude)

  • 큰소리, 작은 소리

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2) 소리의 처리와 표준

(1) 디지털 사운드로 변환

(1-1) ADC (Analog-to-Digital) 장치
  • 표본화 및 양자화 단계를 통하여 디지털 데이터를 생성하고 압축하는 부호화(Coding) 과정으로 디지털 화
(1-2) DAC (Digital-to-Analog) 장치
  • ADC의 반대 과정, 아날로그 형태의 소리로 변환

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(1-3) 표본화 (Sampling)
  • 아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위하여 표본을 취하는 것을 의미
  • 표본화 율(Sampling Rate) : 1초 동안에 취하는 표본수, 단위로는 주파수와 같은 Hz
  • 표본화 율이 높을수록 원음에 가깝지만, 데이터 양이 증가
  • 아날로그 사운드의 표본화
(1-4) 양자화 (Quantizing)
  • 표뵨화 율이 아날로그 파형을 어느정도 자주 디지털화할 것인지를 의미
  • 양자화는 그 값을 얼마나 자세하게 표현할 것인가와 관련
  • 이러한 정밀도는 바로 그 값을 표현하는 비트 수
  • 아날로그 파형의 양자화의 예
  • 2비트(4단계), 3비트(8단계), 4비트(16단계) : 음악 CD는 16비트

(2) 디지털 사운드의 표준

  • 표준 파일 형식 : WAV, MP3, AAC, WMA 등
(2-1) MP3
  • 인터넷상에서 음악을 압출할 때 가장 많이 사용
  • 10:1 ~ 12:1 압축률로 음질이 우수
  • 동영상 표준의 하나인 MPEG-1의 오디오 부분에 해당하는 Layer 3로 유래
  • 인간의 음성 심리학 원리에 기반을 둔 마스킹 효과를 이용하여 압축
(2-2) MIDI(Musical Instrument Digital Interface) 음악
  • 1983년 세계 악기 제조업체들에 전자 악기와 컴퓨터 간의 상호 정보 교환을 위해 만든 규약
  • 음의 파형 정보를 저장하는 것이 아니라 음을 어떻게 연주할 것인지에 관한 정보
    • 즉, 음의 높이 및 음표의 길이, 음의 강약등에 관한 정보를 표현
  • 파일의 크기가 작고, 음질은 전적으로 음을 발생하는 기계인 신디사이저(Synthesizer)의 성능에 따라 좌우
  • 예) CD 음악 3분 길이 약 30MB, MIDI 음악은 약 8KB가 필요

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