색차
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1. 개요
색차는 컬러 텔레비전 신호 전송을 위해 명도와 색도를 분리하는 기술을 의미한다. 1938년 조르주 발렌시가 특허를 출원하면서 시작되었으며, 흑백 TV와 호환되는 컬러 TV 시스템을 개발하기 위한 핵심 기술로 사용되었다. 아날로그 텔레비전에서는 NTSC, PAL, SECAM 등 다양한 표준에서 색차 신호가 부반송파를 사용하여 인코딩되었으며, 디지털 시스템에서는 압축률을 높이기 위해 루마/크로마 분해를 활용한다.
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| 색차 | |
|---|---|
| 색차 정보 | |
| 정의 | 색상 정보의 차이 |
| 설명 | 이미지에서 색상 정보 (색조 및 채도)를 나타내는 신호 |
| 색 공간 | |
| Y'UV | 아날로그 컬러 비디오 시스템에서 사용 |
| Y'CbCr | 디지털 컬러 비디오 시스템에서 사용 |
| Y'IQ | NTSC 아날로그 컬러 TV 시스템에서 사용 |
| 구성 요소 | |
| 색조 | 색상의 종류 (빨강, 파랑, 노랑 등) |
| 채도 | 색상의 선명도 또는 강도 |
| 응용 분야 | |
| 비디오 압축 | 색차 신호의 대역폭을 줄여 압축 효율을 높임 |
| 이미지 처리 | 색상 기반 분할, 객체 인식 등 |
| 방송 | 색상 정보를 효율적으로 전송 |
| 추가 정보 | |
| 색차 서브샘플링 | 인간의 시각 시스템의 특성을 이용하여 색차 신호의 해상도를 낮추는 기술 |
| 예시 | 4:2:2, 4:2:0 |
2. 역사
컬러 텔레비전 신호를 밝기와 색차로 분리하는 개념은 1938년 조르주 발렌시가 특허를 받으면서 시작되었다.[1] 발렌시는 단일 텔레비전 송신기에서 주된 색상 신호와 평균 밝기 신호를 함께 전송하여, 컬러 텔레비전 수신기뿐만 아니라 흑백 텔레비전 수신기에서도 영상을 수신할 수 있도록 하는 방식을 제안했다. 이는 흑백 텔레비전과의 호환성을 유지하면서 컬러 정보를 전송하는 혁신적인 방식이었다.[1]
이전의 컬러 텔레비전 시스템은 빨강, 초록, 파랑 (RGB) 신호를 전송했지만, 기존 흑백 수신기와 호환되지 않는 문제가 있었다.[1]
2. 1. 텔레비전 표준의 발전
아날로그 텔레비전에서 색차 신호는 부반송파 주파수를 사용하여 비디오 신호에 인코딩된다. 비디오 표준에 따라 색신호 부반송파는 직교 진폭 변조 (NTSC, PAL) 또는 주파수 변조 (SECAM)될 수 있다.[1]PAL 시스템에서 색 부반송파는 비디오 반송파보다 4.43MHz 높고, NTSC 시스템에서는 비디오 반송파보다 3.58MHz 높다. 다른 부반송파 주파수를 사용하는 다른 비디오 표준도 있지만 NTSC 및 PAL 표준이 가장 일반적으로 사용된다. 예를 들어, PAL-M (브라질)은 3.58MHz 부반송파를 사용하고, SECAM은 비디오 반송파보다 와 4.40625MHz의 두 가지 다른 주파수를 사용한다.[1]
비디오 신호에 색차 신호가 존재한다는 것은 수평 동기화 바로 후와 각 비디오 라인이 시작되기 전에 백 포치에서 전송되는 색 버스트 신호로 나타난다. 색 버스트 신호가 텔레비전 화면에 표시되면 매우 어두운 올리브색의 수직 스트립으로 나타난다. NTSC와 PAL에서 색조는 색 버스트에 대한 색차 신호의 위상 변화로 표현되고, 채도는 부반송파의 진폭으로 결정된다. SECAM에서는 (R′ − Y′) 및 (B′ − Y′) 신호가 번갈아 전송되므로 위상은 중요하지 않다.[1]
색차 신호는 PAL 및 SECAM 비디오 신호에서는 U-V 색 평면으로, NTSC에서는 I-Q 색 평면으로 표현된다.[1]
3. 텔레비전 표준의 색차
아날로그 텔레비전에서 색차는 부반송파를 사용하여 비디오 신호에 인코딩된다. NTSC와 PAL은 직교 진폭 변조(QAM)를, SECAM은 주파수 변조(FM)를 사용한다. PAL 시스템에서 색 부반송파는 비디오 반송파보다 4.43MHz 높고, NTSC 시스템에서는 3.58MHz 높다. PAL-M(브라질)은 3.58MHz 부반송파를 사용하고, SECAM은 비디오 반송파보다 와 4.40625MHz의 두 가지 다른 주파수를 사용하는 등 다른 부반송파 주파수를 사용하는 다른 비디오 표준도 있지만 NTSC 및 PAL 표준이 가장 일반적으로 사용된다.[1]
비디오 신호에 색차가 존재한다는 것은 수평 동기화 바로 후와 각 비디오 라인이 시작되기 전에 백 포치에서 전송되는 색 버스트 신호로 나타난다. NTSC와 PAL에서 색조는 색 버스트에 대한 색차 신호의 위상 변화로 표현되고, 채도는 부반송파의 진폭으로 결정된다. SECAM에서는 (R′ − Y′) 및 (B′ − Y′) 신호가 번갈아 전송되므로 위상은 중요하지 않다.[1]
색차는 PAL 및 SECAM 비디오 신호에서는 U-V 색 평면으로, NTSC에서는 I-Q 색 평면으로 표현된다.[1]
3. 1. 한국의 텔레비전 표준
텔레비전의 빨강, 초록, 파랑(RGB) 신호를 위한 컬러 카메라 채널 색도 위도에 대응하여 색상과 포화도로 구분되는 텔레비전 신호이다.4. 디지털 시스템의 색차
디지털 시스템에서 색차는 압축 효율을 높이기 위해 사용된다. JPEG 표준에서는 RGB 이미지를 YCbCr 색 공간으로 변환하여 색차 구성 요소의 상관 관계를 줄이고 다운 샘플링을 통해 압축률을 높인다.
4. 1. 디지털 시스템에서의 색차 처리
디지털 비디오 및 디지털 사진 시스템은 압축률을 높이기 위해 루마/크로마 분해를 사용한다. 예를 들어, 일반적인 RGB 디지털 이미지를 JPEG 표준을 통해 압축할 때, RGB 색 공간은 먼저 회전 행렬을 사용하여 YCbCr 색 공간으로 변환된다. 이는 해당 공간의 세 구성 요소 간 상관 관계의 중복성이 적고, 크로마 구성 요소를 2 또는 4배로 축소 샘플링하여 이미지를 더욱 압축할 수 있기 때문이다. 압축 해제 시 Y′CbCr 공간은 다시 RGB로 회전된다.[1]
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