01 · 픽셀 · 해상도 · 종횡비

이 문서가 답하는 질문: 픽셀과 해상도란 정확히 무엇이며, 왜 1920×1080이 16:9가 아닐 수도 있는가? 선행: 없음 (챕터 입문)

한 줄 답

해상도는 “픽셀의 개수”이고 종횡비는 “그 픽셀들이 차지하는 공간의 비율”인데, 픽셀이 정사각형이 아닌 경우가 있어 둘은 자동으로 일치하지 않는다.

Why — 왜 이게 헷갈리는가

오늘날 PC/스마트폰의 픽셀은 정사각형이다. 그래서 1920×1080은 자동으로 16:9다. 그러나 방송·DVD·디지털시네마의 세계에는 직사각형 픽셀(non-square pixel) 이 살아있다.

→ 저장된 픽셀 격자와 화면에 보일 종횡비가 분리되어 있다 — DAR/SAR/PAR 3개 단어가 필요한 이유.

How — 세 비율의 관계

DAR / SAR / PAR

DAR (Display Aspect Ratio)  = 최종 화면 가로 : 세로   (관객이 보는 비율)
SAR (Storage Aspect Ratio)  = 저장 픽셀 가로 : 세로   (= width : height)
PAR (Pixel Aspect Ratio)    = 픽셀 한 개의 가로 : 세로 (= 픽셀 모양)

DAR = SAR × PAR

예시 1 — 정사각 픽셀 (모던)

• 1920×1080, PAR=1:1 → SAR=16:9, DAR=16:9 ✅

예시 2 — NTSC DV anamorphic 16:9

• 720×480, PAR=40:33 (≈1.212) → SAR=3:2, DAR=3:2 × 40:33 = 16:9
• 저장은 720×480이지만 재생 시 가로로 stretch.

예시 3 — HDV anamorphic

• 1440×1080, PAR=4:3 → SAR=4:3, DAR=4:3 × 4:3 = 16:9
• 1440 가로를 1920로 stretch해서 보여준다.

해상도 사다리

→ “4K”는 두 가지 — 방송 UHD-1(3840×2160)과 영화 DCI 4K(4096×2160). 다르다.

픽셀이란 무엇인가

• 물리 픽셀: 디스플레이의 빨강·녹색·파랑 서브픽셀 한 묶음 (실제 발광 단위).
• 논리 픽셀(CSS px): 96 DPI 기준의 밀도 독립 픽셀. iPhone Retina에서 1 CSS px = 2~3 device px.
• 이미지 픽셀: 비트맵의 한 칸. 색 1개를 담는 데이터 셀.
• 비디오 픽셀: YUV 색공간에서는 휘도(Y)는 픽셀당 1개, 색차(U/V)는 4픽셀당 1개 일 수도 있다 — 4:2:0 서브샘플링. → 04-yuv-and-chroma-subsampling.md

What — 자주 만나는 종횡비 표

해상도 정보 추출 (ffprobe)

ffprobe -v error -select_streams v:0 \
  -show_entries stream=width,height,sample_aspect_ratio,display_aspect_ratio \
  -of default=noprint_wrappers=1 input.mp4

width=1920
height=1080
sample_aspect_ratio=1:1     ← PAR
display_aspect_ratio=16:9   ← DAR

종횡비 강제 변환

# anamorphic 720×480 NTSC를 정사각 픽셀 854×480로 변환
ffmpeg -i ntsc.mov -vf "scale=854:480,setsar=1:1" out.mp4
 
# 16:9 영상을 21:9로 letterbox 없이 cropping
ffmpeg -i in.mp4 -vf "crop=ih*21/9:ih" out.mp4
 
# 9:16 세로 영상을 16:9 컨테이너에 letterbox+blur 배경으로
ffmpeg -i vert.mp4 -vf "split[a][b]; \
  [a]scale=1920:1080:force_original_aspect_ratio=increase,boxblur=20:5,crop=1920:1080[bg]; \
  [b]scale=-1:1080[fg]; [bg][fg]overlay=(W-w)/2" -c:a copy out.mp4

What-if — 잘못 다루면 어떻게 깨지는가

❌ 함정 1 — anamorphic을 정사각으로 가정하고 인코딩

NTSC DV 720×480 anamorphic 16:9를 그대로 H.264로 압축 후 PAR 메타를 1:1로 박으면, 플레이어가 720×480 = 3:2로 출력 → 인물이 세로로 길쭉해진다.

# 잘못
ffmpeg -i anamorphic.mov -c:v libx264 out.mp4  # PAR 정보 유실 가능
 
# 올바름
ffmpeg -i anamorphic.mov -c:v libx264 -aspect 16:9 out.mp4
# 또는 사전 스케일링
ffmpeg -i anamorphic.mov -vf "scale=854:480,setsar=1:1" -c:v libx264 out.mp4

❌ 함정 2 — 홀수 해상도

H.264는 2의 배수 해상도를 요구한다 (chroma 4:2:0 서브샘플링 때문). 4:2:0의 경우 width/height 모두 짝수여야 한다 — 안 그러면 인코더가 에러.

# 1080p 영상을 16:9에 맞추는 stupid crop
-vf crop=1919:1079  # ❌ libx264: width not divisible by 2
 
# 안전한 패턴
-vf "crop=floor(iw/2)*2:floor(ih/2)*2"
# 또는 padding
-vf "pad=ceil(iw/2)*2:ceil(ih/2)*2"

❌ 함정 3 — 모바일에 4K 그대로 송출

4K HEVC를 5인치 화면에 보내면 시야 픽셀밀도는 이미 한계를 넘어 낭비인데, 디코딩 비용과 다운로드 트래픽은 4배. 모바일은 1080p로 충분 → ABR ladder의 이유 (08-codec-h264.md).

❌ 함정 4 — CSS px와 device px 혼동

iPhone 14 Pro: 1179×2556 device px, 393×852 CSS px (DPR 3)

webp sprite 썸네일을 80×45 CSS px 로 쓴다면 device px는 240×135 — 디자인 시안과 실제 출력이 다르다.

Insight — 흥미로운 이야기

“4:3은 1892년 토머스 에디슨이 정했다”

35mm 필름 한 장에 16mm × 24mm 영역을 쓰면서 비율이 4:3이 됐고, 100년 뒤 NTSC TV는 그걸 그대로 받아 1953년 4:3을 표준화했다. 16:9는 1980년대 일본의 HDTV 연구에서 모든 와이드스크린 영화 비율의 기하 평균으로 도출된 절충안. “4:3은 인쇄·1.85:1은 미국 영화·2.39:1은 시네마스코프” — 셋의 평균이 16:9 (≈1.78).

→ 종횡비는 기술이 아니라 역사·물리·필름의 폭 위에 쌓인 결정.

“왜 4096×2160이 4K인가”

“K”는 kilo (1000)의 K — 가로 픽셀이 약 4000개라는 뜻이다. 영화는 가로(horizontal) 기준 → 4096이 자연스러움. 방송 UHD는 1080p의 4배(가로/세로 각 2배) → 3840. “8K”도 마찬가지 — 가로 7680.

→ “K”는 가로 픽셀, “p/i”는 세로 + 주사방식 — 두 표기가 섞이는 이유.

요약 + Mermaid

해상도는 픽셀의 개수, 종횡비는 픽셀이 차지하는 공간의 비율 — 그 사이에 PAR(픽셀 모양)가 끼어 있다. DAR = SAR × PAR. 모던 워크플로는 PAR=1:1로 통일되어 있지만, 방송 자산은 여전히 anamorphic이 살아있다. 인코딩 시 짝수 해상도를 지키고, anamorphic 자산은 사전 스케일링으로 정사각 픽셀로 정규화하라.