EOTF

EOTF (Electro-Optical Transfer Function; 전기-광학 전달 함수)는 광학적인 밝기 정보와 전기적인 정보 간의 상호변환 관계를 정의한 함수이다. 이미지에 있는 픽셀의 색상 값에 대응되는 밝기 정보를 출력하거나 그 반대로 밝기 정보를 이미지에 있는 픽셀의 색상 값에 저장하기 위하여 사용된다.

부동소수점 색상의 경우에는 표현할 수 있는 밝기 영역이 넓기 때문에 색상을 선형으로 인코딩하지만 16비트 (정수), 12비트, 10비트, 8비트 등의 경우에는 색상의 표현범위가 협소하므로 감마 곡선을 통해 미드톤에 많은 비트를 할당하고 명부와 암부를 압축하여 인코딩한다. 수신 측에서는 전송 신호에 EOTF를 역으로 적용하여 원래의 선형적인 색상으로 변환한다.

즉, 부동소수점 색상은 광학 신호와 전기적인 신호 (디지털 신호)가 1대1로 대응이 되기 때문에 별도의 전송 함수가 필요로 하지 않고, 정수 색상은 비선형적으로 인코딩 및 디코딩이 이루어지기 때문에 전송 함수를 써야만 한다. 최종적으로 출력되는 영상 신호는 선형적으로 역변환되어야 실제로 보여지는 영상이 제대로 표현된다.

부동소수점 색상은 주로 영상편집 프로그램에서 내부적으로 색상을 처리할 때에만 쓰며 영상 배급 방식으로는 용량과 디코딩 성능 문제로 잘 쓰이지 않는다.

따라서 배급 및 최종 출력 용도로는 정수 색상이 쓰이며 이로 인해 EOTF가 매우 중요하다. 기존의 EOTF는 100 nits까지 표현이 가능한 sRGB 함수나 BT.1886 함수를 사용하였다. HDR 디스플레이에서는 PQ와 HLG를 통해 1000 nits 이상의 높은 밝기의 화면을 송출하고 구현할 수 있다.

EOTF는 엄밀히 말해서 전기적인 신호를 실제 밝기의 광학 신호로 변환하여 전송하는 함수이고, OETF (Optical-Electro Transfer Function)는 EOTF에 대한 역함수로 광학 신호를 전기적인 신호로 변환하여 전송하는 함수이다. EOTF는 영상의 디코딩 및 출력 과정에서, OETF는 카메라 및 이미지 센서에서 영상 정보를 디지털 파일 및 신호로 인코딩하기 위한 함수이다.

그러나 일상적으로는 이 두 함수를 구분하지 않고 EOTF라고 주로 언급한다.

EOTF에서 어떤 것을 사용하느냐에 따라서 SDR (Standard Dynamic Range; 표준 다이나믹 레인지)과 HDR (High Dynamic Range; 높은 다이나믹 레인지)로 갈리게 된다. 디스플레이 및 영상 분야에서 다이나믹 레인지는 명암비보다는 구현 가능한 최대 휘도값을 지칭한다.

SDR이라고 불리는 영상 소스 및 장비는 sRGB이나 BT.1886 함수를 사용하고, HDR이라고 불리는 영상 소스 및 장비는 ST.2084 함수나 HLG 함수를 사용한다.

EOTF를 전혀 사용하지 않는 휘도 매핑 방식이다. 이 방식은 다이나믹 레인지가 넓은 부동소숫점 색상에 주로 쓰인다.

비디오 게임이나 CGI에 쓰이는 부동소수점 단위의 HDR 렌더링도 선형으로 휘도를 계산한다.

영상 편집 프로그램에서도 화질 열화를 줄이기 위하여 내부적인 연산 방식으로 선형 매핑을 사용한다. HDR 영상 코덱으로 인코딩할 경우에는 감마 매핑의 EOTF를 사용한다.

이미지의 경우에는 TIFF, OpenEXR, Radiance HDR 파일이 16비트 및 32비트 부동소수점 색상을 지원하고 선형 매핑으로 100 nits를 넘어가는 HDR 범위의 휘도를 저장한다.

sRGB 함수는 감마값 2.2에 맞춰진 함수이고, BT.1886 함수는 CRT 디스플레이에 최적화된 감마값인 2.4에 맞춰서 HD 디스플레이에 최적화된 함수이다. 표현 가능한 밝기 범위는 0 ~ 100 cd/m² 이다.

RGB 색상에서 (0,0,0)이 표현 가능한 검은색 색상 (0 cd/m²)이고 (255, 255, 255)가 표현 가능한 흰색 색상 (100 cd/m²)이다. 각 채널 별로 0 ~ 255를 넘는 신호를 지원하지 않는다.

PQ (Perceptual Quantizer)는 돌비가 돌비 비전에서 HDR을 구현하기 위하여 개발된 EOTF이며 이를 활용한 인코딩 기술이 SMPTE에서 SMPTE ST.2084 (이하 ST.2084)라는 이름으로 표준화되었다. PQ는 HDR10 및 HDR10+과 돌비 비전 플랫폼에서 쓰이고 있다.

HLG (Hybrid Log Gamma; 하이브리드 로그 감마)는 BBC와 NHK가 공동연구를 통해 개발한 EOTF이다. PQ와는 달리 디스플레이 기기에서 구현할 수 있는 최대 밝기에 대응하여 픽셀 색상값이 밝기로 변환될 때에 그 수치가 유동적으로 계산될 수 있도록 정의된 EOTF이다.

ARIB STD-B67라는 이름으로 표준화되었다.