인덱스 컬러

3. 팔레트 크기

팔레트는 제한된 수의 고유한 색상을 저장하며, 4, 16, 256 색상이 가장 일반적이다. 이러한 제한은 종종 대상 아키텍처의 비디오 카드 컴퓨터 하드웨어에 의해 부과된다.^[5] 256개의 값은 단일 8-비트 바이트로 표현할 수 있으며, 16색 이하의 경우 픽셀 인덱스를 단일 바이트에 묶을 수도 있다. 1비트(2색) 이미지는 ''이진 이미지''로 간주되며 인덱싱된 색상 이미지가 아니다.

MSX 시리즈와 같은 일부 기계는 하드웨어에 예약된 투명 색상을 가지고 있어, 하나의 팔레트 항목이 투명 색상으로 사용되기도 했다.^[5]

256개 이상의 항목을 가진 팔레트 크기는 드물며, 실용적인 한계는 픽셀당 약 12비트(4,096색)이다. 이는 인덱싱된 16bpp 이상을 사용하면 원시 이미지 데이터보다 색상 팔레트의 크기가 더 커져 인덱싱된 색상 이미지의 이점을 잃기 때문이다. 또한, 15bpp 이상의 하이컬러 모드를 사용할 수도 있다.

색상이 제한적인 로고 마크 등의 디자인 그림의 경우에는 색상 번호로 색상을 정의하여 데이터량을 줄일 수 있는데, 이를 '인덱스 컬러'라고 한다.

4. 색상 및 팔레트

주어진 인덱스 색상 이미지의 색상표 맵 내에서 색상이 인코딩되는 방식은 대상 플랫폼에 따라 다르다. 로고 마크 등의 디자인 그림의 경우, 한 장의 이미지 내에서 사용되는 색상의 수가 제한적인 경우가 많다. 이 경우, 미리 사용하고 있는 색상을 색상 번호로 정의해 놓고, 화소마다의 데이터로 이 색상 번호를 지정하면 높은 색상 해상도를 유지하면서 데이터량을 대폭 줄일 수 있게 된다. 이러한 색상 표현을 '인덱스 컬러'(index color)라고 부른다.

인덱스 컬러의 색상 번호와 실제 색상의 대응을 정의하는 표는 '컬러 맵'(color map), '컬러 룩업 테이블'(color lookup table) 또는 '컬러 팔레트'(color palette)라고 불린다. 예를 들어, 컬러 맵의 크기가 4색이면 각 화소에 필요한 데이터는 2비트, 16색이면 4비트, 256색이면 8비트 등이 된다. CPU의 데이터 처리 단위로 8비트가 자주 사용되기 때문에 256색 인덱스 컬러가 가장 많이 사용되고 있다.

색상 번호에서 실제 색상으로 변환하는 작업은 하드웨어(비디오 출력 회로)에서 수행할 수 있도록 되어 있는 경우가 많다. 이 경우, 미리 컬러 맵을 비디오 출력 회로의 특별한 부분에 써 놓으면 소량의 화소 데이터를 전송하는 것만으로 이미지를 표시할 수 있으므로 고속으로 그릴 수 있게 된다. 하드웨어에 의한 컬러 맵 변환 기능이 있으면 정보량이 극히 적은 컬러 맵만 변경함으로써 표시 색상을 매우 빠르게 조정할 수 있다. 또한, 이것을 이용하여 고속으로 이미지를 전환하는 것도 가능하다. 이 기법을 '팔레트 애니메이션'이라고 하며, 주로 용량이나 하드웨어 성능에 제약이 있는 게임 프로그램에서 폭발의 섬광을 빠르게 점멸시키고 싶을 때 등에 자주 사용되었던 기법이다.

인덱스 컬러는 그 원리상 자연 이미지와 같이 많은 색상을 사용하는 이미지를 다루는 것은 어렵지만, 색상이 선명한 로고나 비현실적인 일러스트레이션에서는 이미지 파일의 크기를 줄일 수 있기 때문에 현재도 널리 사용되고 있다. Web용 이미지로 많이 사용되는 GIF 형식의 이미지 포맷은 인덱스 컬러이다.

RGB 색상 모델은 빨강, 녹색, 파랑을 다양한 양으로 혼합하여 색상을 표현하는 방식이다. 인덱스 컬러 이미지의 팔레트에 RGB 형식으로 색상이 저장되면 하드웨어에 구현된 색상 심도에 관계없이 모든 이미지를 표시할 수 있다.^[6]

4. 1. 초기 색상 기술

4. 2. RGB

5. 픽셀 비트 배열

초기 가정용 및 개인용 컴퓨터는 모든 픽셀을 주소 지정할 수 있는 설계를 거의 구현하지 않았다. 일부 비디오 하드웨어는 여러 개의 독립적인 비트 플레인으로 구성된 일련의 평면으로 배열되었다. 단일 픽셀의 관련 비트는 여러 개의 독립적인 비트맵으로 분할되었다. 따라서 픽셀 비트는 개념적으로 3D Z축을 따라 정렬되었다.^[7][8]

그래픽 교환 형식(GIF)와 같은 일부 인덱스 컬러 이미지 파일 형식은 이미지의 스캔 라인을 인터리빙 방식으로 배열하여, 이미지를 다운로드하는 동안 저해상도 버전의 이미지를 표시할 수 있도록 했다. 다음은 전형적인 수직 인터리빙 다운로드의 4단계 예시이다.

• 그룹 A: 네 번째마다 라인이 포함된다.
• 그룹 B: 그룹 A의 라인 바로 뒤에 오는 라인이 포함된다.
• 그룹 C: 그룹 B의 라인 바로 뒤에 오는 라인이 포함된다.
• 그룹 D: 그룹 C 라인(바로 위)과 그룹 A 라인(바로 아래) 사이에 있는 나머지 라인이 포함된다.

6. 장점

인덱스 컬러는 트루 컬러와 비교했을 때 메모리, 저장 공간, 전송 시간을 크게 절약할 수 있다는 장점이 있다. 트루 컬러는 각 픽셀당 24비트(3바이트)가 필요하지만, 인덱스 컬러는 이미지의 색상을 256색으로 제한하면 각 픽셀당 8비트(1바이트)만 있으면 된다. 예를 들어, 일반적인 640×480 VGA 해상도의 트루 컬러 이미지는 921,600바이트(900KiB)가 필요하지만, 256색 인덱스 컬러 이미지는 307,200바이트(300KiB)와 팔레트 맵 자체를 저장하기 위한 추가 768바이트(RGB 가정)만 있으면 된다. 이는 원래 크기의 약 1/3에 해당한다.^[9] 더 작은 팔레트(4비트 16색, 2비트 4색)를 사용하면 픽셀을 더욱 압축할 수 있지만, 색상 정확성은 떨어진다.

초기 개인용 컴퓨터와 디스플레이 어댑터 하드웨어에서는 이러한 장점 덕분에 인덱스 컬러가 널리 사용되었다. 비용 절감(주로 RAM 칩의 수를 줄임), 전력이 제한된 CPU(4~8 MHz 정도)로 이미지 관리, 카세트 테이프나 저밀도 플로피 디스크에 파일 저장을 할 수 있었기 때문이다. 1980년대에 의사 컬러 팔레트를 광범위하게 사용한 주목할 만한 컴퓨터 그래픽 시스템으로는 CGA, EGA, VGA (IBM PC 호환 기종의 경우), 아타리 ST, 아미가의 OCS와 AGA 등이 있다.

1990년대 초 컴퓨서브 네트워크를 통해 교환된 이미지 파일은 GIF 형식이었다. 이후 HTML 웹 페이지는 GIF와 함께 PNG와 같은 다른 인덱스 컬러 지원 파일 형식을 사용하여 제한된 색상 이미지를 빠르게 교환하고 제한된 저장 공간에 저장했다.

인덱스 컬러 이미지의 색상 팔레트를 변경하면 흥미로운 컬러화되고 예술적인 효과를 쉽게 얻을 수 있다. 예를 들어, 색상 처리된 세피아 톤 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 인덱스 컬러 이미지의 팔레트 요소가 분리되어 있기 때문에, 가상 색상 팔레트를 사용하여 그레이 스케일 이미지를 가상 색상 이미지로 다시 매핑하는 데 이상적이다.

비디오 오버레이는 투명 색상 기술을 통해 쉽게 구현할 수 있다.

인덱스 컬러 그래픽 모드에서 디스플레이 어댑터의 색상 하드웨어 레지스터(컬러 룩업 테이블 또는 CLUT)를 조작하면 이미지를 다시 그리지 않고도 전체 화면 색상 애니메이션 효과를 얻을 수 있다. 이는 낮은 CPU 시간 비용으로 가능하다. 레지스터 값을 한 번만 변경하면 전체 화면에 즉시 영향을 미친다. 컬러 사이클링이라고도 하는 색상 맵 애니메이션은 데모신에서 광범위하게 사용되었다. Windows 95, 98, ME 및 2000 Professional의 Microsoft Windows 부팅 로고 화면(VGA 320x200x256 컬러 디스플레이 모드 사용)은 화면 하단의 스크롤 그라데이션 막대에 이 기술을 사용했다. 이 그림은 처음 표시된 후 다시 쓰여진 픽셀이 없는 정적 이미지이며, 사용자 지정 부팅 화면 이미지는 순환된 색상을 사용하여 이미지의 다른 부분을 애니메이션화할 수 있다.

7. 단점

인덱스 컬러 사용의 주요 단점은 이미지당 동시에 사용할 수 있는 색상 수가 제한된다는 점이다. 4색 또는 16색 팔레트는 작은 이미지(아이콘)나 매우 단순한 그래픽에는 여전히 적합하지만, 실제 이미지를 재현하기에는 거의 쓸모가 없다. 색상 양자화, 안티앨리어싱 및 디더링과 같은 몇 가지 기술을 함께 사용하면 허용 가능한 수준까지 원본과 비교할 수 있는 인덱스 256색 이미지를 만들 수 있다.^[9]

4색	16색	256색	트루 컬러

인덱스 컬러 이미지는 자체 색상 팔레트에 크게 의존한다. 몇 가지 잘 알려진 고정 색상 팔레트(예: 컬러 그래픽스 어댑터)를 제외하고, 원시 이미지 데이터 및/또는 색상 맵 테이블은 중간 매핑 없이는 다른 이미지 파일 간에 안정적으로 교환할 수 없다. 또한 주어진 인덱스 이미지의 원래 색상 팔레트가 손실되면 복원하는 것이 거의 불가능할 수 있다. 다음은 인덱스 컬러 이미지(이전 앵무새)가 잘못된 색상 팔레트와 연결되었을 때 발생하는 일의 예이다.

8. 인덱스 컬러를 지원하는 이미지 파일 형식

• 64색(트루, EHB 아님), 128색 및 256색 모드는 AGA 아미가 칩셋에서만 사용할 수 있다.
• 독점 압축 방식에 대한 기본 지원.
• 선택적 독점 델타 도약과 함께 RLE.

9. 한국 PC와 인덱스 컬러 (대한민국의 관점)

PC-9801 시리즈는 1985년 이후 NEC에서 개발한 하드웨어로, 4,096색 중 16색을 동시에 표시하는 인덱스 컬러를 사용했다.^[1] 가장 기본적인 흰색이나 검은색도 자유롭게 변경할 수 있어서 메뉴 글자가 보이지 않는 경우도 발생했다.^[1] 초기 매킨토시 컬러 지원 기기에서는 소프트웨어 방식으로 인덱스 컬러를 처리했는데,^[1] 이미지 영역만 다시 그리는 방식이어서 실시간 제어는 불가능했다.^[1] NEC의 초기 Windows PC(PC-9821 시리즈)에서도 256색 동시 표시를 지원하는 소프트웨어 방식의 인덱스 컬러가 사용되었다.^[1]

더불어민주당은 과거 새정치국민회의 시절 당 로고에 다양한 색상을 활용하여 시각적 이미지를 강조했었다. 이러한 로고 디자인에 인덱스 컬러가 사용되었을 가능성이 있다.

참조

_[1] 서적 Digital Video and HDTV: Algorithms and Interfaces https://books.google[...] Morgan Kaufmann
_[2] 문서 Computer Graphics, Prof. R. Eckert, Lect. #5, February 2001, Binghamton U., N.Y. http://www.cs.bingha[...]
_[3] 서적 Seminal graphics: Pioneering efforts that shaped the field http://portal.acm.or[...] Association for Computing Machinery 1998-07
_[4] 간행물 A Random-Access Video Frame Buffer
_[5] 문서 Online datasheet for the Texas Instruments TMS9918 Video Chip used in the MSX. http://emu-docs.org/[...]
_[6] 웹사이트 The TIFF image file format specification http://partners.adob[...] 2006-10-16
_[7] 서적 Programmer's Guide to PC & PS/2 VIDEO SYSTEMS Microsoft Press
_[8] 서적 Amiga Hardware Reference Manual Addison-Wesley
_[9] 뉴스 PC-98黄金期時代を作るきっかけとなった「NEC PC-9801VM2」 - AKIBA PC Hotline! https://akiba-pc.wat[...]
_[10] 서적 Digital Video and HDTV: Algorithms and Interfaces https://books.google[...] Morgan Kaufmann
_[11] 문서 Computer Graphics, Prof. R. Eckert, Lect. #5, February 2001, Binghamton U., N.Y. http://www.cs.bingha[...]
_[12] 서적 Seminal graphics: Pioneering efforts that shaped the field http://portal.acm.or[...] Association for Computing Machinery 1998-07
_[13] 인용 A Random-Access Video Frame Buffer