데이터 정보 단위와 문자/이미지/동영상 처리방법

1. 비트(bit) 및 표현 가능 값

옵션	비트 수	표현 가능 값의 수	설명
1 bit	1	2	전기 스위치(on/off)
4 bit (Nibble)	4	16	16진수 한 자리(hex digit)
8 bit (Byte)	8	256	ASCII 문자(0–255)
16 bit	16	65,536	유니코드 BMP, 정수 범위 –32,768~32,767
32 bit	32	≈4.29×10⁹	단정도 실수, 색상(RGBA) 등
64 bit	64	≈1.84×10¹⁹	배정밀도 실수, 메모리 주소 공간(≈16 EB)

기본 개념

비트(bit)
- 정보의 최소 단위. 전기 스위치 하나(on/off)로 0과 1, 두 가지 상태를 표현
바이트(byte)
- 1byte = 8bit
- 영문자 하나(ASCII) 저장에 충분한 크기
- 한글 문자(UTF-16 등)는 보통 2바이트 이상 필요
진법과 비트
- 2진수: 비트 단위로 표현
- 16진수(hex): 한 자리당 4비트
  - 0xF4 = F(1111)·4(0100) → 8비트(1바이트)
  - 보통 0x 접두사로 표기
표현 가능한 값의 수
- n비트 → 2ⁿ 가지
  - 1bit = 2¹ = 2가지
  - 4bit = 2⁴ = 16가지
  - 8bit = 2⁸ = 256가지
  - 16bit = 2¹⁶ = 65,536가지
  - 32bit = 2³² ≈ 4.29억 가지
64비트 환경
- CPU 레지스터·포인터가 64bit
- 이론상 2⁶⁴ 바이트(≈16 엑사바이트)까지 주소 지정 가능

2. 저장 용량 단위

단위	약어	2진 기반 크기	10진 기반 표기	용도 예시
Kilobyte	KiB	2¹⁰ B = 1,024 B	1 KB = 10³ B	텍스트 파일, 작은 이미지
Megabyte	MiB	2²⁰ B = 1,048,576 B	1 MB = 10⁶ B	MP3(≈3 MB)
Gigabyte	GiB	2³⁰ B = 1,073,741,824 B	1 GB = 10⁹ B	HD 동영상(≈2 GB)
Terabyte	TiB	2⁴⁰ B ≈ 1.10×10¹² B	1 TB = 10¹² B	외장하드(1–4 TB)
Petabyte	PiB	2⁵⁰ B ≈ 1.13×10¹⁵ B	1 PB = 10¹⁵ B	AI 학습 데이터셋
Exabyte	EiB	2⁶⁰ B ≈ 1.15×10¹⁸ B	1 EB = 10¹⁸ B	글로벌 클라우드 인프라
Zettabyte	ZiB	2⁷⁰ B ≈ 1.18×10²¹ B	1 ZB = 10²¹ B	전 세계 인터넷 트래픽 연간 총합
Yottabyte	YiB	2⁸⁰ B ≈ 1.21×10²⁴ B	1 YB = 10²⁴ B	미래 엑사스케일 컴퓨팅·우주 데이터

실제 대규모 데이터 처리 사례

사례	연간 데이터 규모	목적 및 특징
구글 검색 색인	페타바이트(PB)	웹 크롤링·색인화·실시간 검색 쿼리 대응
CERN LHC 충돌 로그	수십 PB/년	물리 현상 탐지
SNS 플랫폼 (페이스북·틱톡)	엑사바이트(EB)	콘텐츠 저장·실시간 추천
위성·IoT 센서 네트워크	제타바이트(ZB) 예상	환경 모니터링·스트리밍 분석
DNA 시퀀싱 프로젝트	PB~EB	유전체 분석·맞춤형 의료
Netflix 시청 로그 분석	PB 이상	실시간 추천·QoS 모니터링
LLM 학습 데이터셋	수백~천 PB	웹문서·코드·대화록 전처리·분산 학습

참고) LLM 파라미터 수

모델	파라미터 수	용도 및 특징
BERT Base	110M	문장 분류·전처리
BERT Large	340M	고성능 QA, 문장 이해
GPT-2	1.5B	텍스트 생성·언어 모델링
GPT-3	175B	대화형 AI·코드 생성·번역
GPT-3.5 Turbo	~6B–175B (버전별 차이)	실시간 어시스턴트 최적화
GPT-4	~1T (추정)	멀티모달·고급 추론
PaLM	540B	멀티태스크 대규모 언어 이해·생성
LLaMA 2	7B, 13B, 70B	경량화 모델 (개발자·리서처용)
BLOOM	176B	오픈소스 다국어 LLM

3. 16진수(hex) 변환

16진수	2진수	10진수
0x0	0000	0
0x1	0001	1
…	…	…
0xA	1010	10
0xB	1011	11
0xC	1100	12
0xD	1101	13
0xE	1110	14
0xF	1111	15
0xF4	1111 0100	244
0xFF	1111 1111	255

자리수 관계:
- 1 hex digit = 4 bit
- 2 hex digits = 8 bit = 1 Byte
- 16 hex digits = 64 bit = 8 Byte

주요 진법 활용

진법	기수	1자리 비트 수	용도 예시
이진수(2진)	2	1	하드웨어·기계어
8진수(octal)	8	3	UNIX 파일 권한(`chmod 755` 등)
10진수	10	자연수 표시	사람 인터페이스(화면 출력·입력)
16진수(hex)	16	4	메모리 주소·디버깅·색상 코드
Base64	64	–	바이너리 → ASCII 인코딩
BCD	10	4비트 = 0–9	금융 시스템 10진수 정확도 유지

16진수 표기가 사용되는 예로
색상 / 컴퓨터 하드웨어 주소 / 메모리 값 등이 있다.

CSS에서도 16진수로 색상을 표기한다.
#B7 1C 1C
( R G B )
(각각 8bit씩 / 2⁸ = 0~255까지 / 256가지 표현 가능)
R 8bit = (255,0,0)
G 8bit = (0,255,0)
B 8bit = (0,0,255)

4. 양자 컴퓨팅: Qubit

개념	설명
비트(bit)	고전 컴퓨팅 기본 단위, 0 또는 1
큐비트(qubit)	0과 1의 중첩(superposition) 상태, n qubit로 2ⁿ 상태 동시 표현 가능

특징
- 얽힘(entanglement), 간섭(interference)을 이용해 특정 연산 가속
- 조합 최적화·양자 시뮬레이션 등에 잠재력

5. 문자 처리: 코드 값과 인코딩

컴퓨터는 모든 데이터를 숫자(이진수)로 다루기 때문에, 글자 하나도 일정한 숫자 값(코드)으로 매핑해야 함.

개념	설명
코드 포인트	문자마다 고유한 숫자 값(예: 십진수 65)
16진수 표현	0x41 (65₁₀ → 0100 0001₂) → ‘A’
ASCII	7비트(0–127) 표준. 영문 대문자·소문자·숫자·기호 등 기본 문자 집합
Extended ASCII	8비트(0–255). 유럽어 계열 특수 문자 추가
Unicode	전 세계 모든 문자를 위해 설계된 코드 체계. 코드 포인트 범위 U+0000–U+10FFFF
UTF-8	1–4바이트 가변 길이. ASCII 호환(0–127은 1바이트)
UTF-16	2바이트 기본(0–FFFF), 보충 영역은 4바이트(쌍으로 인코딩)
문자 렌더링	코드 포인트 → 글꼴(Font)의 글리프(Glyph) 매핑 → 화면·인쇄 시 픽셀로 변환

문자 인코딩별 바이트 수 예시

문자	코드 포인트(U+)	ASCII 바이트 수	UTF-8 바이트 수	UTF-16 바이트 수
‘A’	U+0041	1	1	2
‘€’ (유로 기호)	U+20AC	(없음)	3	2
‘가’ (한글)	U+AC00	(없음)	3	2

6. 이미지 처리: 픽셀과 컬러 뎁스

모니터 화면상의 ‘점’ 하나를 픽셀(pixel)이라 하고, 픽셀마다 저장되는 비트 수를 컬러 뎁스(color depth)라고 부름.

컬러 뎁스	비트 구성	표현 가능한 색 수	설명
8-bit grayscale	8 bit	256 단계 회색조	흑백 사진
16-bit color	5R + 6G + 5B	65,536 색	제한된 컬러(5/6/5 포맷)
24-bit true color	8R + 8G + 8B	≈1,677만 색	일반적인 RGB 각 채널 256 단계
32-bit RGBA	8R + 8G + 8B + 8A(알파)	≈1,677만 색 + 투명도	투명도(알파 채널) 추가

비트맵(Bitmap) vs. 벡터(Vector)

구분	비트맵(Bitmap)	벡터(Vector)
표현 방식	픽셀 단위 배열	수학적 도형(점·선·곡선·다각형)
확대 시	픽셀 깨짐(계단 현상)	해상도 독립적, 깨짐 없이 선명
저장 형식	BMP, PNG, JPEG, GIF 등	SVG, PDF, EPS 등
용도	사진·디테일이 중요한 이미지	로고·아이콘·일러스트·다이어그램

주요 이미지 파일 포맷 비교

포맷	압축 방식	컬러 뎁스 지원	투명도 지원	특징
BMP	무압축	24-bit	×	단순, 용량 큼
PNG	무손실 압축	최대 48-bit	○	투명도, 그래픽·아이콘 등에 최적화
JPEG	손실 압축	24-bit	×	사진에 최적화, 용량 작음
GIF	LZW 무손실 압축	8-bit	○	애니메이션 지원, 컬러 수 제한(256색)
WebP	손실/무손실 선택	24-bit	○	현대적 포맷, JPEG 대비 작은 용량, 투명도 지원

이렇게 문자와 이미지는 각각 숫자(이진수)로 바뀌어 저장·전송되며, 다양한 인코딩·포맷으로 사람과 시스템 간 호환을 맞춤.

7. 동영상 처리: 프레임(Frame) 과 코덱(Codec)

영상(비디오)은 여러 정지 이미지(프레임)를 시간 순으로 이어 붙이고, 음성·자막 등을 결합해 하나의 매체로 만드는 과정을 거친 뒤, 각종 압축·인코딩·패키징 단계를 통해 저장·전송·재생되도록 함. 크게 7단계로 요약할 수 있음.

캡처(Capture)
카메라나 스크린 녹화 장치로 초당 N프레임(frame)을 촬영하거나 추출
전처리(Pre-processing)
노이즈 제거, 색 보정, 해상도 변환, 프레임 보간(frame interpolation) 등
코덱 압축·인코딩(Encoding)
H.264, H.265(HEVC), VP9, AV1 등 영상 코덱으로 공간·시간 중복 제거
컨테이너 패키징(Packaging)
MP4, MKV, AVI, MOV 등 컨테이너에 영상·음성·자막 스트림을 묶음
전송·스트리밍(Delivery)
HTTP 스트리밍(HLS, DASH), RTSP, WebRTC 등으로 네트워크 전송
디코딩(Decoding)
수신 측 디바이스에서 코덱 역압축을 통해 원본 프레임 복원
렌더링(Rendering)
GPU/CPU에서 화면에 프레임을 출력하고, 오디오 동기화 재생

각 단계별 주요 역할과 대표 기술

단계 번호	단계명	주요 역할	대표 기술/형식
1	캡처 (Capture)	프레임 단위 영상·음성 데이터 획득	DSLR·스크린 캡처·캠코더
2	전처리 (Pre-processing)	노이즈 제거, 색 보정, 크롭·리사이즈, 프레임 보간	OpenCV, FFmpeg 필터
3	인코딩 (Encoding)	공간·시간 중복 제거, 비트레이트 제어	H.264/AVC, H.265/HEVC, VP9, AV1
4	패키징 (Packaging)	멀티플렉싱(Mux), 컨테이너 생성	MP4, MKV, AVI, MOV
5	전송·스트리밍 (Delivery)	네트워크 전송, 적응형 스트리밍	HLS, MPEG-DASH, RTSP, WebRTC
6	디코딩 (Decoding)	코덱 역압축으로 프레임 복원	소프트웨어 디코더, 하드웨어 가속
7	렌더링 (Rendering)	화면 출력, 오디오 동기화 재생	GPU 렌더러(DirectX, OpenGL, Vulkan)

비교

구분	문자 (Text)	이미지 (Image)	동영상 (Video)
대표 단위	코드 포인트(code point): 예) U+0041 (65₁₀) → ‘A’	픽셀(pixel): 화면상의 ‘점’ 하나 → 컬러 뎁스(color depth)로 표현	프레임(frame) 단위의 정지 이미지 시퀀스 + 오디오 샘플(audio sample)
내부 표현	비트열(bit stream)에 문자별 숫자 값 저장 - ASCII: 7비트 (0–127) - UTF-8: 가변 1–4바이트 - UTF-16: 2/4바이트	2차원 격자(grid)에 각 픽셀별 비트열 저장 - 8-bit gray - 24-bit RGB - 32-bit RGBA	시간축이 포함된 3차원(가로×세로×시간) + 오디오 트랙 - 각 프레임은 이미지처럼 비트맵으로 저장 - 오디오는 PCM 샘플 또는 압축된 스트림
인코딩 & 압축	텍스트 인코딩 - ASCII, UTF-8, UTF-16 ↳ 거의 무압축	이미지 압축 - 무손실: PNG, BMP - 손실: JPEG ↳ 컬러채널별 중복 제거(블록 단위 DCT 등)	비디오 코덱 (공간·시간 중복 제거) - Intraframe: JPEG 유사 압축 - Interframe: I/P/B-Frame ↳ H.264, H.265, VP9, AV1 등
컨테이너/포맷	텍스트 파일: .txt, .csv, .json, .xml 등	.png, .jpg/.jpeg, .bmp, .gif, .webp	컨테이너: .mp4, .mkv, .avi, .mov 등 ↳ 내부에 영상 스트림 + 오디오 스트림 + 자막/메타데이터 멀티플렉싱
처리 파이프라인	1. 입력(키보드, 파일) →2. 인코딩 변환 →3. 텍스트 처리(검색·정렬) →4. 렌더링(폰트→글리프) →픽셀 매핑	1. 입력(카메라, 스캔) →2. 전처리(리사이즈·색 보정) →3. 압축/인코딩 →4. 저장/전송 →5. 디코딩 →6. 렌더링(픽셀 버퍼에 출력)	1. 캡처(프레임+오디오) →2. 전처리(색 보정·프레임 보간) →3. 인코딩(코덱) →4. 패키징(컨테이너) →5. 전송/스트리밍 →6. 디코딩 →7. 렌더링(프레임+오디오 동기화 재생)
주요 처리 이슈	- 문자셋 호환성(인코딩 불일치) - 줄바꿈, 방향성(LTR/RTL)	- 해상도와 품질 균형 - 색 공간(sRGB vs. Adobe RGB)	- 대역폭·버퍼링 문제 - 버전 호환성(코덱 지원 여부) - 실시간 재생 시 지연(latency)
사용 예시	문서, 로그, 코드, 메타데이터	사진, 아이콘, UI 그래픽	영화, 스트리밍, 화상회의, 게임 리플레이

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