01. 멀티미디어 개요
1) 멀티미디어 개념
“멀티미디어”는 다중 매체라고도 불리며, ‘Multi’와 ‘Media”를 합친 말입니다. 여러 가지 형식의 정보 컨텐츠와 ICT 기술을 활용하여 사용자와 상호작용하며 정보를 제공하는 미디어를 뜻합니다. 텍스트, 이미지, 사운드, 그래픽, 애니메이션, 비디오 등의 미디어가 두 개 이상 결합하여 컨텐츠를 생성하고 ICT 기술을 기반으로 하여 정보를 제공하는 기술입니다.
2) 멀티미디어 분류
멀티미디어는 “표현 미디어”, “저장 미디어”, “전송 미디어”, “제시 미디어”, “지각 미디어”로 분류됩니다.
- 표현 미디어: 멀티미디어 데이터 생성에 관련된 미디어입니다.
- 저장 미디어: 표현 미디어로 생성된 멀티미디어 데이터를 컴퓨터에서 처리 & 편집 & 재생하기 위한 저장 매체입니다.
- 전송 미디어: 멀티미디어 컨텐츠를 정보통신망을 통해 전달하는 매체입니다.
- 제시 미디어: 사용자가 멀티미디어 정보나 컨텐츠 내용을 확인할 때 사용하는 미디어입니다.
- 지각 미디어: 인간의 시각과 청각에 해당합니다. 제시 미디어로 무엇을 쓰냐에 따라 사용 매체가 결정됩니다.
3) 멀티미디어 특징
멀티미디어는 “디지털화”, “통합화”, “영상화”, “쌍방향성”, “비동기화” 등의 특징이 있습니다.
- 디지털화: 멀티미디어는 컴퓨터를 통하여 정보를 다루기 때문에 모든 정보는 디지털 신호로 처리됩니다.
- 통합화: 멀티미디어는 유무선 전송 수단을 하나로 통합하여 정보를 유기적으로 종합해 사용자에게 전송합니다.
- 영상화: 문자, 음성, 기호 등 각기 다른 형태의 정보들이 영상으로 표현되어 컴퓨팅 기기 화면으로 전달됩니다.
- 쌍방향성: 정보가 쌍방향으로 전송되어 정보 제공자와 사용자가 상호작용하며 정보를 만들 수 있습니다.
- 비동기화: 정보 제공자와 수용자가 꼭 동시에 참여할 필요가 없기에 시간과 공간의 제약을 뛰어넘습니다.
4) 멀티미디어 하드웨어 시스템
멀티미디어 시스템의 하드웨어는 “입력 장치”, “출력 장치”, “저장 장치”, “미디어 처리 장치”로 구성됩니다.
(1) 입력 장치
“입력 장치”는 멀티미디어 정보를 컴퓨터로 읽어드리는 장치이며, 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 형태로 변환시켜 메인메모리로 보내는 역할을 합니다. 대표적으로 키보드, 마우스, 마이크, 스캐너 등이 있으며 태블릿 위에 펜 모양의 스타일러스를 통해 글자를 쓰듯 정보를 입력하는 “디지타이저”와 모바일 기기에서 손가락으로 터치를 통해 원하는 작업을 수행하는 “터치스크린” 또한 굉장히 많이 사용되는 입력 장치입니다.
(2) 출력 장치
“출력 장치”는 컴퓨터에서 처리된 데이터를 사용자가 알아볼 수 있도록 표현해 주는 장치입니다. 디지털 정보를 사용자가 인식할 수 있는 형태로 바꾸어 화면에 표시하거나 인쇄합니다. 대표적으로 모니터, 프린터, 플로터, 스피커, 프로젝터 등이 있으며 최근에는 다양한 센서 기능과 무선 기술을 결합하여 몰입 효과를 높이는 출력 장치가 많아졌습니다.
(3) 저장 장치
“저장 장치”는 말 그대로 데이터를 저장하는 장치입니다. 대표적으로 하드디스크, CD, DVD, 플래시메모리, 메모리 카드 등이 있습니다.
(4) 미디어 처리 장치
“미디어 처리 장치”에는 대표적으로 "그래픽 카드"와 "사운드 카드"가 있습니다.
- 그래픽 카드: CPU가 가지지 않는 그래픽 출력 기능을 담당하는 장치입니다. 기판, GPU(Graphic Processing Unit), 비디오 메모리(VRAM), 장착 슬롯, 모니터 출력부로 이루어져 있습니다.
- 사운드 카드: 멀티미디어 정보를 깨끗하고 높은 음질의 음향을 출력하기 위한 장치입니다. 단순히 음악이나 소리를 재생하는 기능 이외에도 WAV 녹음 기능과 미디(MIDI) 같은 전문 음악 제작 기능도 수행합니다.
5) 멀티미디어 소프트웨어 시스템
"멀티미디어 시스템의 운영체제"는 연속적 미디어 데이터(비디오, 사운드)를 처리하기 위한 추가 서비스를 제공하며 비연속적 미디어 데이터(이미지, 텍스트) 처리도 관리합니다. 멀티미디어 시스템 운영체제의 특징으로는 “실시간 처리”, “대용량 데이터 처리”, “데이터의 관계성에 따른 처리”, “데이터 품질의 가변성에 따른 처리” 등이 있습니다.
- 실시간 처리: 사운드, 애니메이션, 동영상 같은 데이터를 특정 시간 안에 처리합니다.
- 대용량 데이터 처리: 압축 기법을 사용하여 데이터의 용량을 줄입니다.
- 데이터의 관계성에 따른 처리: 사운드, 동영상 같은 데이터를 시간적, 공간적 연관성에 따라 처리합니다.
- 데이터 품질의 가변성에 따른 처리: 필요에 따라 해상도나 초당 전송 프레임수(FPS)를 조정하여 데이터 용량을 통신 회선의 전송 능력에 맞춰 처리합니다.
02. 멀티미디어 구성 요소
멀티미디어의 구성 요소로는 “텍스트”, “이미지”, 애니메이션”, “사운드”, “비디오” 등이 있습니다. 이 요소들은 서로 결합되면서 더욱 현실 같은 미디어를 만들어냅니다.
1) 텍스트 (Text)
“텍스트”는 가장 많이 사용하는 데이터 형식이며, 다른 미디어에 비해 용량을 적게 차지하기에 같은 용량 기준, 가장 많은 정보를 표현할 수 있습니다.
(1) 코드 시스템
“코드 시스템”이란 정해진 규칙에 따라 이진코드를 각 문자에 할당하는 것입니다. 코드 시스템은 각각의 문자를 컴퓨터에 저장하여 내부에서 사용하기 위해 쓰는 것입니다. 컴퓨터 내부의 모든 문자는 이진코드로 “인코딩”됩니다.
이때 말하는 인코딩이란 컴퓨터에 저장하거나 통신에 사용할 목적으로 문자나 기호를 다른 형식으로 변환하는 것을 말합니다. 한자어로는 “부호화”라고 합니다. 즉, 다시 말해 정보를 정해진 규칙에 따라 변환하는 것을 말합니다. 인코딩의 반대어로는 "디코딩", “복호화”입니다.
컴퓨터 내부에서 텍스트는 “아스키코드”, “유니코드” 형식으로 표현됩니다.
(아스키코드와 유니코드는 “컴퓨터공학개론 #2 데이터 표현과 논리회로(1)” 포스팅에서 설명하였으니 https://kangdy25.tistory.com/4 참고하시길 바라겠습니다.)
(2) 텍스트 파일 형식
“파일 형식”은 데이터를 컴퓨터 파일로 인코딩하는 절차입니다. 저장을 위함이며 파일 형식이 다를 경우, 저장된 정보의 형태 또한 다르게 나타납니다. 텍스트의 파일 형식 경우 “TXT”, “HWP”, “DOCX”, ”PDF” 등이 있습니다.
- TXT: 대부분의 운영체제에서 기본으로 제공하는 텍스트 편집기를 이용하여 저장할 수 있으며, 아스키코드나 한글코드로 구성되어 있기에 어디에 다른 편집기에서도 읽을 수 있으나, 문자코드 정보 자체만 저장합니다.
- HWP: 한글과컴퓨터사의 아래아한글에서 사용하는 형식이며, 고어를 포함한 한글을 완벽히 지원하며 특수 기호, 수식, 그림 등을 사용할 수 있습니다.
- DOCX: 마이크로소프트사의 MS워드에서 사용하는 형식이며, 전 세계적으로 시장 점유율이 가장 높으며, 문서 표준을 공개하기에 모든 워드프로세스와 문서 편집기에서 호환이 가능합니다. 기능은 HWP 파일과 비슷합니다.
- PDF: 어도비사에서 만든 문서파일 포맷이며, 원본의 글꼴, 이미지, 그래픽 등의 문서 형태를 그대로 보존하며, 문서를 확대하고 축소해도 해상도가 깨지지 않습니다. 인쇄업계에서 주로 사용하는 파일 형식이며 자체적 압축 기능을 사용하고 보안성이 좋기에 배포 하기에 좋은 파일 형식입니다.
이러한 파일 형식 이외에도 “RTF”, “TEX”, “HTML”, “XML” 등 여러가지 파일 형식이 있습니다.
2) 이미지 (Image)
“이미지”는 2차원 평면 위에 나타나는 시각적 표현물입니다. 일반적으로 사진, 그림, 도형 등의 형태로 저장되며 “픽셀” 단위로 표현됩니다. 픽셀은 디지털 이미지의 최소 단위이며, 이미지의 정보를 담고 있습니다.
(1) 이미지 표현 방식
컴퓨터에서 이미지를 디지털화하는 방식으로는 “비트맵 이미지 방식”과 “백터 이미지 방식”이 있습니다.
- 비트맵 이미지 방식: 픽셀이라는 미세한 격자 위에 이미지를 표현하는 방식이며, 주사선(Scanning LIne)을 이용해 2차원의 컴퓨터 화면을 픽셀 형태로 분할한 뒤 사용합니다. 비트맵 파일 형식으로는 “PNG”, “JPG”, “JPEG”, “BMP”, “PSD” 등이 있습니다.
- 벡터 이미지 방식: 드로잉 계열의 프로그램에서 사용되는 방식이며 점, 직선, 곡선, 다각형 등의 객체 위치와 기울기를 산술적인 데이터로 기록한 후 외곽선을 만들어 내부에 원하는 색상이나 패턴을 적용시킨 후 저장합니다. 복잡한 이미지는 표현 불가능합니다. 벡터 파일 형식으로는 “AI”, “WMF”, “CDR” 등이 있습니다.
(2) 이미지 표현을 위한 컬러 모델
“컬러 모델”은 컴퓨터 환경에서 컬러 영상을 효율적으로 처리하기 위해 개발되었습니다. 컴퓨터에서 구현 가능한 색상을 정리하고 재현할 수 있는 “색 공간”을 정합니다. 대표적인 컬러 모델로는 “RGB”와 “CMYK”가 있습니다.
- RGB: 빛의 3원색인 빨간색(Red), 초록색(Green), 파란색(Blue)로 구성된 가산 혼합 모델입니다. 빛을 기반으로 한 색상 표현 모델이며 빛이 하나도 없을 때는 검은색, 모든 색상이 빛이 보일 때는 흰색이 되는 원리에 기초합니다.
- CMYK: 인쇄 메체에서 사용하는 청록색(Cyan), 선홍색(Magenta), 노란색(Yellow), 검은색(Black)으로 구성된 감산 혼합 모델입니다. 종이에 프린트되는 잉크 색에 기초하는 색상 표현 모델입니다.
(3) 이미지 파일 형식
이미지 파일 형식은 비트맵 방식과 벡터 방식에 따라 나뉩니다. 대표적인 이미지 파일 형식 몇 가지만 알아보도록 하겠습니다.
- BMP: 마이크로소프트사에서 개발한 형식이며, 이미지를 저장하는 파일 형식 중 가장 간단한 파일 형식입니다.
- JPEG: 오늘날 가장 보편적으로 사용하고 있는 이미지 포맷이며, RGB와 CMYK 컬러 모델을 지원하며 이미지 데이터를 압축 저장해 처리 속도를 획기적으로 끌어올린 모델입니다.
- PNG: 무손실 압축 방식을 사용하여 이미지 손실이 일어나지 않으며 인터넷 상의 원본 이미지를 그대로 표현 가능한 모델입니다.
3) 애니메이션 (Animation)
“애니메이션”은 움직임이 없는 사물에 생명을 불어넣어 움직이는 것처럼 보이게 하는 촬영 기법 또는 영화를 말합니다.
(1) 디지털 애니메이션
“디지털 애니메이션”은 2D 또는 3D 이미지들을 결합하여 화면에서 연속적으로 움직이는 것처럼 보이게 구현하는 기술입니다. 디지털 애니메이션은 “2D 디지털 애니메이션”과 “3D 디지털 애니메이션”으로 나뉩니다.
- 2D 디지털 애니메이션: 포토샵, 페인터와 같은 그래픽 소프트웨어를 사용하여 2차원 평면 이미지로 제작한 애니메이션입니다.
- 3D 디지털 애니메이션: 입체적인 가상공간을 구현한 애니메이션입니다. 가상공간에 배경과 3차원 캐릭터를 배치하고 여러 카메라를 제어하며 역동적인 장면을 만듭니다.
(2) 애니메이션 파일 형식
애니메이션 파일 형식에는 “애니메이션 GIF”, "FLA와 SWF" 등이 있습니다.
- 애니메이션 GIF: 하나의 파일에 여러 개의 이미지를 저장하여 이미지 순서, 지속 시간, 반복 횟수를 나타내는 파일 형식입니다. 제한된 이미지 저장 개수와 8비트의 한계성으로 인해 움직임의 유연성이 많이 떨어집니다. 또한 정해진 애니메이션만 보여줄 수 있으며 파일 용량이 크다는 단점이 있습니다.
- FLA와 SWF: 플래시 파일이라고 불리는 FLA, SWF 파일은 2D 애니메이션 소프트웨어인 플래시로 작업을 통해 저장할 수 있습니다. FLA는 압축되지 않은 형태의 플래시 애니메이션 파일 형식으로 편집과 수정이 가능하며, SWF는 웹에서 FLA를 애니메이션 형태로 보기 위한 변환 파일입니다.
4) 사운드 (Sound)
“사운드”는 청각과 관련된 매체로, 음원이 공기 분자를 진동시켜 발생한 공기의 파동을 고막으로 인지하는 소리입니다.
(1) 사운드 구성 요소
사운드는 공기를 매체로 진동하는 압축성 파동 형태를 띠는데 이를 “음파”라고 합니다. 음파는 일정한 진동수로 반복되는 파형입니다. 파형은 같은 모양으로 계속 나타나는데, 이를 “사이클”이라고 합니다. 사이클 한 개당 음파의 압력 변화가 한 번 온전히 반복되는 시간을 “주기”라고 하며, 1초당 주기의 개수는 “주파수”라고 합니다. 주파수의 단위로는 헤르츠(Hz)를 사용합니다.
사운드 구성 요소로는 “주파수”, “진폭”, “음색”이 있습니다.
- 주파수: 주파수는 소리의 높낮이를 결정합니다. 주파수가 높을수록 고음이 되고, 낮을수록 저음이 됩니다. 주파수는 음원의 형태에 따라 다르게 나타납니다.
- 진폭: 진폭은 파형의 기준선에서 최고점까지의 거리를 의미하며 소리의 크기를 결정합니다. 진폭이 클수록 소리가 크고 진폭이 작을수록 소리가 작아집니다.
- 음색: 음색은 파형이 가지는 고유한 특징으로, 음의 높낮이가 같아도 사람이나 악기의 종류에 따라 음파의 모양이 다르게 나타납니다. 파형이나 진동수의 차이로 나타나는 음의 독특한 색깔이 음색입니다.
(2) 사운드 파일 형식
사운드의 파일 형식으로는 “웨이브”, “미디”, “MP3”, “”WMA” 등이 있습니다.
- 웨이브: 마이크로소프트사와 IBM사에서 만든 표준 저장 형식입니다. 개인용 컴퓨터에서 사운드 정보를 녹음하고 재생할 때 사용하며, 가공되지 않은 사운드를 윈도우에서 재생하는 무압촉 형식의 포맷입니다. 확장자명은 “.wav”입니다.
- 미디: 컴퓨터를 이용해 악기를 연주하기 위한 파일 형식입니다. 연주장치 정보만 표현하므로 사운드를 직접 다루는 방식보다 파일 크기가 작지만, 명확한 사운드 제어는 불가능합니다.
- MP3: MPEG-1의 오디오 규격에 맞게 개발되어 확장된 손실 압축 포맷입니다. 음악 관련 각종 사운드 데이터를 저장하는 파일 형식이며, 압축 기술이 뛰어나고 음질도 깨끗하여 널리 사용되는 파일 형식입니다.
- WMA: 마이크로소프트사에서 개발한 음악 데이터 압축 형식입니다. MP3와 동일한 음질을 제공하지만 용량은 절반 정도 밖에 차지하지 않습니다.
5) 비디오 (Video)
“비디오”는 영상을 의미하는 용어로, 짧은 시간 동안 순차적으로 정지 화면이 재생되는 “정지 영상 구조”입니다. 비디오 데이터는 정지 이미지와 오디오 데이터로 구성되며 멀티미디어 데이터 중 용량이 가장 큽니다.
(1) 비디오 데이터의 대역폭
“대역폭”이란 단위 시간당 데이터 전송량을 의미합니다. 대역폭의 크기가 클수록 코품질의 동영상을 재생할 수 있습니다. 비디오에서 프레임이 바뀌는 속도는 “초당 프레임수”라고 하는데 , 대역폭은 초당 프레임수, 프레임의 이미지 해상도, 픽셀당 비트 개수를 곱하면 값을 알 수 있습니다. 비디어 데이터의 크기는 대역폭에 재생 시간을 곱하면 됩니다.
프레임의 데이터 크기 = 프레임의 이미지 해상도 X 픽셀당 비트 개수
대역폭 = 프레임의 데이터 크기 X 초당 프레임수
비디어 데이터의 크기 = 대역폭 X 재생 시간
(2) 비디오 압축과 코덱
- 비디오 압축: 영상 데이터의 용량을 줄이는 것으로, 압축된 데이터를 복원하는 과정에서 영상의 품질이 떨어지지 않도록 하는 것이 중요합니다.
- 코덱: 영상을 재생할 때 거치는 과정으로, 디지털 데이터로 변환된 정보를 압축해 파일 용량을 줄이는 인코딩과 인코딩된 데이터를 다시 복원해 출력하는 디코딩 작업을 포함하여 일컫는 용어입니다. 코덱의 종류는 매우 다양한데, 그 중 많이 사용되는 것은 “MPEG”, “Divx”, “Xvid”, “WMV”, “H.264” 등이 있습니다.
03. 멀티미디어 응용 기술
1) 3차원 컴퓨터 그래픽스
“컴퓨터 그래픽스”는 컴퓨터로 제작된 이미지와 이를 구현하는데 필요한 기술을 일컫는 말입니다. 3차원 컴퓨터 그래픽스는 이러한 컴퓨터 그래픽스를 3차원으로 표현한 기술입니다.
(1) 3차원 컴퓨터 그래픽스 활용
“3차원 컴퓨터 그래픽스”는 2차원 이미지를 3차원 공간에 존재하는 형태로 만드는 것입니다. 우선 3차원으로 형상화하는 모델링 작업을 거치고 음영 처리를 한 후, 질감과 필요한 효과를 넣습니다. 마지막으로 연산 처리를 한 후 렌더링 과정을 진행하면 3차원 그래픽 작업이 마무리됩니다.
(2) 3차원 컴퓨터 그래픽스 표현 방식
3차원 이미지의 표면을 표현하는 방식에는 “폴리곤 방식”과 “넙스 방식”이 있습니다.
- 폴리곤 방식: 컴퓨터 그래픽에서 구현한 3D 모델의 모든 표면을 삼각형 또는 그 이상의 다각형으로 구성하는 방식입니다. 계산 절차가 간단하고 렌더링 속도가 빠르기에 3차원 컴퓨터 그래픽스의 기본 단위로 사용되고 있습니다.
- 넙스 방식: 폴리곤 방식은 삼각형, 사각형 폴리곤을 사용하기에 유선형의 객체를 표현할 때는 테두기가 꺾여 표면이 부드럽게 표현되지 않습니다. 넙스 방식은 적은 개수의 제어점으로 매끄러운 곡선을 표현하는 “스플라인” 방식을 사용합니다.그렇기에 원, 호, 곡선부터 복잡한 3차원의 입체 곡면까지도 매우 정밀하게 표현할 수 있습니다.
2) 가상 현실과 증강 현실
(1) 가상 현실
“가상 현실”이란 컴퓨터로 구축한 가상공간에서 인간의 다양한 감각이 기계와 상호작용하며 몰입감, 입체감을 느낄 수 있게 하는 기술입니다. 사용자가 현실 감각을 느낄 수 있지만 체험하는 공간은 현실과 전혀 다른 공간을 보여주고 사용자의 시선과 동작 변화를 감지하여 그에 맞는 화면을 보여줍니다.
(2) 증강 현실
“증강 현실”이란 실제 환경에 가상 사물을 합성하여 원래 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법입니다. 가상 현실이 현실 세계로부터 완전히 차단된 상태에서 가상 공간을 경험한다면 증강 현실은 현실 세계와 컴퓨터 영상을 합쳐 기술이 적용되었을 때의 상황을 체험하는 형태입니다.
