Samsung.. log?

Davinci Resolve의 최신 업데이트에서 Prores의 Win/Linux 지원과 더불어 눈길을 끄는 것이 있었다.

Samsung log는 대체 무엇일까?

어디선가 본 것 같다

Log 촬영에 대한 삼성의 설명을 보자

로그 촬영은 카메라 센서가 가장 어두운 암부부터 가장 밝은 명부까지 더 넓은 루미넌스(밝기) 범위를 기록합니다.
일반적인 비디오 촬영은 포맷에 맞춰 다이내믹 레인지를 압축하여 저장하지만, 로그 촬영은 더 많은 데이터를 보존합니다.
이를 통해 영상 제작자는 후반 작업에서 더 큰 색감 조정과 후처리에 대한 유연성을 확보할 수 있으며,
보다 시네마틱하고 시각적으로 매력적인 결과물을 생성할 수 있습니다.

삼성이 제공하는 Samsung Log의 whitepaper를 보면, Prosumer를 위한 단계이지 절대로 Pro단계를 위한 Log는 아닌 것으로 보인다.

흔히 Pro 단계에서 사용하는 S-Log와 비교하면 태생 부터가 다르다. S-Log는 Cineon의 특성을 살리는 것이 목표였으나, Samsung Log는 낮은 밝기와 높은 밝기 영역을 커버하기 위해 로그 곡선이 중첩되어 있다.

Log 곡선을 중첩은 Apple Log에서 발견할 수 있는데, Apple Log whitepaper에서는 작은 센서에서 발생하는 암부 영역의 노이즈 특성을 배려 하였다는 워딩이 있다.

The Apple Log transfer function has been optimized for sensors with pixel sizes typically found in mobile devices such as iPhone. The function is a logarithmic curve smoothly transitioning into a parabola in order to better capture negative signal values for improved preservation of the noise signal component.

삼성 역시 비슷한 내용을 설명하고 있다.

Samsung Log has designed a log curve that offers both extended tonal range in low-light areas and smooth highlight gradation without banding. With Samsung Log, we aim to provide professional-level quality for experts and accessibility for general users.

아래에서 따져보게 될텐데, 삼성은 조금 더 공격적으로 암부 노이즈에 대해 대처하려 하는 것으로 보인다.

Apple vs Samsung

동영상에서 Pro 시장을 노리는 것, 최소한 Pro급의 영상에서 사용할 수 있는 기능을 넣는다는 것은 반길 부분이다.

공식 백서에 따르면 삼성 로그 감마는 기준 중간 회색인 18% 반사율을 0 스톱으로 두고, 약 1% 반사율 부근에서 두 로그 구간이 전환되도록 설계되었다.

이를 통해, 암부에서는 완만한 기울기를 통해 부드러운 그라데이션을 제공하고, 밝은 영역에서는 점진적인 압축을 통해 부드러운 하이라이트를 확보한 뒤 센서의전체 신호범위를 0-1023에 매핑한다.

• 18% Gray를 10bit값의 540 값에 두고 0스톱으로 둔다.

• +6스톱은 1023에 매핑한다

• 1% 반사율은 -4스톱(-4.17)에 해당하며, 211에 매핑된다.

• 0% 반사율은 -12스톱이 되고, 128에 매핑된다.

• 90% 반사율은 +2.3(2.32)스톱에 해당하며, 725 수준이다.

• 0% 미만은 노이즈 영역으로 간주되는 영역이지만, 클리핑을 방지하려 했다. (1D LUT 참고)

  • 0% 이하인 음수 영역까지 곡선이 이어짐. 709 변환시 0%미만이 자연스럽게 처리되도록 설계한 것으로 보임.
  • Scene Reflection 값이 -0.05 미만일 경우 (매우 어두운 영역) 에는 인코딩 값이 0으로 클리핑될 수 있음. 하지만 0% 반사율 자체가 이미 매우 어두운 영역이므로, 0% 미만 을 "노이즈 영역"으로 간주하는 것은 합리적임.

중간회색 기준으로 12스톱아래의 암부부터 6스톱, 명부까지 총 18스톱의 다이나믹레인지를 제공할 수 있다.

뭔 말인지 헷갈리니, 표로 정리해보자

반사율	Samsung_Float	Apple_Float	Samsung_10bit, full range	Apple_10bit, full range	Step
0	0.125124	0.150477	128	154	Black Level
18	0.527859	0.488272	540	500	Middle Gray
90	0.708700	0.681686	725	697	90% White
1200	1.0	1.0	1023	1023	Limit

Apple Log vs Samsung Log

둘의 Log 함수를 살펴보면 흥미롭다.

Apple의 Raw to Log

$$\begin{gathered} P=f(R)=\{\begin{array}{ll}\gamma {\log }_2(R+\beta )+\delta ,& \text{if }R\ge R_t,\\ c(R-R_0{)}^2,& \text{if }{R}_0\le R<R_t,\\ 0,& \text{if }R<R_0,\end{array} \\ \text{with} \end{gathered}$$$$\begin{array}{r}{R}_0=-0.05641088,R_t=0.01\\ c=47.28711236,\beta =0.00964052,\gamma =0.08550479,\delta =0.69336945\end{array}$$

Samsung의 Raw to Log

$$\begin{gathered} y=f(x)=\{\begin{array}{ll}{a}_1{\log }_{10}(x+{\beta }_1)+{\gamma }_1,& \text{if }x>x_t\\ a_2{\log }_{10}(-x+{\beta }_2)+{\gamma }_2,& \text{if }{x}_0\le x<x_t\\ 0,& \text{if }x<x_t\end{array} \\ \text{with} \end{gathered}$$$$\begin{array}{r}{x}_0=-0.05,x_t=0.01\\ a_1=0.258984868,{\beta }_1=0.0003645,,{\gamma }_1=0.720504856\\ a_2=-0.20942,{\beta }_2=0.016904,,{\gamma }_2=-0.24597\end{array}$$

공통점

• 둘 다 센서가 캡처한 넓은 다이나믹 레인지를 최대한 보존하여 후반 작업 시 색 보정 및 그레이딩의 자유도를 높이려 함

• 로그 함수를 기반으로 한 transfer function을 사용하여 휘도 정보를 효율적으로 인코딩하려는 목적.

• ITU-R BT.2020 color space를 사용하여 넓은 색 영역을 지원하려 함.

차이점

특징	Apple Log	Samsung Log
Transfer Function	로그-파라볼라 혼합형 로그 함수와 파라볼라 함수를 부드럽게 연결,shadow 영역에서 파라볼라 형태를 사용하여 노이즈 감소에 유리하도록 설계	S-Curve 형태 (2개 로그 함수 결합) 2개의 로그 함수를 특정 구간에서 결합하여 S자 형태의 곡선을 만들어, dynamic range를 효과적으로 활용하고, 특히 shadow 디테일 표현에 강점을 가지도록 설계
Shadow Detail	자연스럽고 부드러운 shadow 표현 파라볼라 함수의 특성 덕분에 shadow 영역의 노이즈를 효과적으로 억제하면서 자연스러운 계조를 표현. Extreme shadow detail은 Samsung Log 대비 상대적으로 덜 강조.	뛰어난 shadow detail 표현력 S-curve 형태 덕분에 매우 어두운 영역까지 세밀하게 계조를 표현. Extreme shadow 영역의 정보까지 최대한 보존하여 후반 작업 시 디테일을 살리기 용이 하지만 노이즈에 더 민감할 수 있음.
Highlight Handling	자연스러운 롤오프 로그 함수 특유의 자연스러운 롤오프를 통해 highlight 영역을 부드럽게 처리하여 갑작스러운 클리핑 없이 자연스러운 highlight 표현이 가능.	넓은 dynamic range 활용 highlight 영역 정보 또한 최대한 보존하여 넓은 dynamic range를 확보하나 롤오프 특성은 Apple Log와 다를 수 있음.
주요 장점	모바일 기기 최적화 iPhone과 같은 모바일 기기의 센서 특성에 최적화되어 노이즈 억제 및 자연스러운 이미지 품질을 제공. 노이즈 감소, 자연스러움 강조.	넓은 Dynamic Range 및 후반 작업 유연성 넓은 dynamic range와 뛰어난 shadow detail 표현력으로 후반 작업 시 최대한의 flexibility를 제공. 디테일, 유연성 강조.
주요 단점	Extreme Shadow Detail 표현 제한 가능성 매우 어두운 영역의 디테일은 Samsung Log 대비 상대적으로 덜 강조될 수 있음.	Shadow 노이즈에 민감 shadow 영역을 강조하는 특성상 노이즈가 두드러져 보일 수 있음. 후반 작업 시 노이즈 처리가 까다로울 수 있음. Highlight 롤오프 특성이 Apple Log와 다를 수 있습니다.
가장 큰 차이점	Transfer Function (곡선 형태) 로그-파라볼라 혼합형으로 shadow 영역 노이즈 감소에 초점.	Transfer Function (곡선 형태) S-curve 형태로 넓은 dynamic range와 shadow detail 극대화에 초점.

종합하자면, 비슷해 보이는 수식이지만, 작은 값도 매우 다른 결과물을 가져올 수 있다.
다음 그래프는 각각의 로그 프로파일이 매우 다른 지점을 확대한것이다.

Apple Log는 shadow 영역의 노이즈 감소에 더 중점을 둔 로그-파라볼라 혼합형 곡선을 사용하여, 모바일 기기 환경에서 깨끗하고 자연스러운 이미지를 얻는 데 유리하다. 물론 사람마다 다를 수 있다.

Samsung Log는 넓은 dynamic range와 shadow detail 극대화에 초점을 둔 S-curve 형태를 사용하여, 후반 작업 시 디테일을 살리고 다양한 색보정 가능성을 열어 두었다.

물론 이론적인 이야기에 그친다.

그래서 뭘 써야 하나?

어떤 Log 프로파일이 더 "좋다"라고 단정 짓기는 어렵다. 촬영 환경, 후반 작업 스타일, 최종 결과물의 톤 앤 매너 등 다양한 요소를 고려하여 결정해야 한다. 너무 당연한 이야기라 미안하지만, Apple Log는 이제야 사용 해 보았고, Samsung Log는 아직 사용해 보지 못했다. 둘을 비교하려 해도, 각자의 이미지 처리 방식과 렌즈 색감, 센서 크기가 모조리 다르기 때문에 정밀한 비교는 사실상 어려울 것이란 추측이다.

그렇지만 Samsung Log는 whitepaper에서 "딸깍" 하여 색보정을 하는데 초점을 두었다고 하니, 통제된 환경에서 Log촬영본과 일반 촬영본을 획득하고, 후반작업에서 얼마나 이득을 보았는지. 같은 환경에서의 Apple Log과 비교를 해보는 것이 좋을 것 같다.

Samsung Log에서 걱정되는 점이 있다면, Shadow Detail을 강조하면서 암부에 데이터가 몰리게 되면, 상대적으로 Highlight에 대한 데이터 할당량이 줄어들 가능성이 보인다. 박사님들이 알아서 잘 하셨겠지만, 경험상 10bit는 충분해보이지만 넉넉하진 않다. 이를 넓은 다이나믹 레인지로 확보하려 했지만, 수치만으로 확정 할 수 없고, 두고봐야 한다. 센서를 만드는 회사인데 대충 했겠나?

설계 목표가 다른걸 취향으로 좋다 나쁘다 따지는건 무의미한 부분으로 보이기도하다. 실제 highlight 핸들링 성능은 카메라 센서, 이미지 프로세싱 엔진, 코덱, bitrate할당, 인코딩 parameter 등 너무나 많은 변수가 있다.

S-log와의 차이점

S-log는 알다시피, 디지털 모션 픽처 카메라에 최적화되어 설계되었다. 특히, 전통적인 필름 워크플로우를 염두에 두고 만들어졌다는 점이 Apple Log, Samsung Log와 가장 큰 차이점으로 꼽을 수 있겠다.

S-log 자체가 CineAlta 라인업에서 시작하였고, Apple/Samsung Log는 모바일 기기에서 시작하였다는 점을 기억하자. 따라서 "일반 사용자" 친화적인 목적은 후자가 더 강하다.

Apple/Samsung Log가 2개의 로그 함수를 결합하여 S-curve 형태를 만들었다면, S-log는 단일 로그 함수로 구성되어 있다. 센서가 캡쳐하는 최대한을 활영하며, 중간톤을 (상대적으로)선형적으로 유지하여 필름과 유사한 느낌을 주게 된다.

다이나믹 레인지의 경우, S-log는 14에서 15스톱을 제공하는 반면, Apple/Samsung Log는 얼마를 확보해 줄 수 있을지 지금으로서는 정확히 알 수 없다. 추정치로는 12스톱 정도로 보인다.

컬러스페이스는 매우 다른데, S-Log3와 S-Gamut3을 사용하게 되면 인간의 지각보다 더 넓은 수치를 활용한다. 반면에, Apple/Samsung Log는 ITU-R BT.2020을 사용하여, S-Gamut3보다 더 좁은 색영역을 사용하게 된다. 이는 하드웨어의 한계, 효율성과 편의성을 위해서 어쩔 수 없는 부분이기도 하다.

때문에 둘의 후반작업은 매우 다르다. S-log는 ACES workflow를 염두에 두고 설계되었으나, Apple/Samsung Log는 사실상 scene-referred workflow에 가깝기 때문이다. 물론 1D LUT를 사용하거나, 3D LUT를 역산하거나 재매핑하여 ACES workflow로 변환할 수는 있지만, 그 과정에서 많은 정보가 손실될 수 있다고 본다.

결론

사용자에게 전권을 쥐어주는 카메라시스템은 렌즈나 바디를 바꿀 수 있고 각자의 하드웨어도 충실하다. 자유도가 매우 높아서 무엇이든 할 수 있겠지만, 배우고 익혀야 하는 부분이 많다. 삼성은 사용자가 쉽게 접근할 수 있도록, 거의 즉각적으로 Log촬영의 결과물을 보여주는데 중점을 두었다. 그 와중에 센서에 맞는 나름의 최적화를 거쳤으니, 이정도면 성의가 넘치는 시도라 본다.

Log 촬영을 처음 접하는 사용자는 많은 실패를 겪게 될거다. 몇 번의 성공을 통해 자신의 취향을 찾고, 더 효과적인 방법을 하나라도 확보할 수 있게 된다. Apple Log가 모바일 기기에서 가능성을 열어줬다면, Samsung Log가 물꼬를 터 준 셈이라 본다. 밀고 끌고 그림이 좋다. 물론 Prores와 같은 훌륭한 코덱이 지원되지 않아 아쉬운 마음은 상당히 크지만, Apple만큼 미디어엔진이 다양하고 훌륭하기는 어렵기는 하다. RDNA2기반 AP라고 해도, Prores급의 미디어엔진과 이를 훌륭하게 기록할 수 있는 안정성을 위해 설계를 뜯어고치고 10년 뒤에 나오는 것보단, 지금 해두는게 백배 낫다고 본다.

삼성은 자사의 이미지센서도 있으니, 더욱 정교하고 최적화된 새로운 revision이 나올 것이라 예상 할 수 있고, 모바일 기기에서의 약간의 추진력을 얻을 수 있을 것이다. 일하는 기계가 아니라 즐기는 기계가 되길 바란다.

새로운 동료는 언제나 환영이다.