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EXR: 무손실 압축

게시일: 2021년 8월 4일

태그: #렌더링 #성능

OpenEXR 이미지 파일 포맷에서 제공하는 다양한 무손실 압축 옵션을 살펴보던 중, 주요 압축 방식인 Zip과 PIZ에 대한 성능 차이를 직접 테스트해보았습니다. 기존 문서(예: "Technical Introduction to OpenEXR")에서는 Zip은 쓰기 속도가 느리지만 읽기 속도가 빠르고, PIZ는 쓰기 속도가 빠르지만 읽기 속도가 Zip보다 느리다고 설명하고 있습니다. 하지만 실제로 어느 정도 차이가 있는지 확인해 보았습니다.

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테스트 환경

• 하드웨어: MacBook Pro 16" (2019, Core i9 9980HK, 8코어 / 16스레드)
• 소프트웨어: OpenEXR 3.1.1 (Apple Clang 12.0으로 RelWithDebInfo 설정에서 컴파일)
• 테스트 데이터: 18개의 EXR 이미지 (총 1057MB, RGBA 16비트 float)
  • 렌더링된 프레임, HDRI 스카이박스, 라이트맵, 반사 프로브 등 다양한 유형 포함

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평가 요소

무손실 압축에서는 보통 다음 세 가지 요소가 중요합니다.

1. 압축률: 압축률이 높을수록 파일 크기가 작아짐 (예: 압축률 4.0 = 4배 작은 데이터)
2. 압축 속도: 데이터를 얼마나 빠르게 압축할 수 있는가?
3. 압축 해제 속도: 압축된 데이터를 얼마나 빠르게 읽을 수 있는가?

어떤 요소가 더 중요한지는 사용 사례에 따라 다릅니다.

• EXR 파일을 자주 읽고 한 번만 저장하는 경우 (예: HDRI 텍스처) → 읽기 속도가 중요
• 한 번 저장하고 여러 번 읽지 않는 경우 (예: 렌더링 후 영상 인코딩) → 쓰기 속도가 중요
• 스토리지 또는 네트워크 속도가 느린 경우 → 압축률이 중요

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초기 테스트 결과 (멀티스레드 비활성화)

(※ 클릭하여 대화형 차트 보기: 링크)

• 비압축 EXR
  • 쓰기 속도: 400 MB/s
  • 읽기 속도: 1400 MB/s
• Zip 및 PIZ 압축률: 약 2.4배
• Zip 및 PIZ 성능: 매우 느림 (쓰기 및 읽기 속도 모두 저조)

문제점:

기본적으로 OpenEXR 라이브러리는 단일 스레드(single-threaded) 로 동작합니다. EXR 포맷은 PNG와 달리 내부적으로 이미지를 작은 블록으로 나누어 병렬 압축이 가능하지만, 기본 설정에서는 이를 활용하지 않습니다.

따라서 Imf::setGlobalThreadCount() 함수를 호출하여 멀티스레드를 활성화한 후 다시 테스트를 진행했습니다.

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멀티스레드 활성화 후 결과

(※ 클릭하여 대화형 차트 보기: 링크)

• 압축률:
  • Zip과 PIZ 모두 2.4배 수준
• 쓰기 속도:
  • PIZ: 600 MB/s (비압축 EXR보다 빠름!)
  • Zip: 200 MB/s (비압축 대비 2배 느림)
• 읽기 속도:
  • Zip: 1600 MB/s (비압축과 비슷)
  • PIZ: 1200 MB/s (Zip보다 약간 느림)
• 기타 압축 방식:
  • RLE: 빠른 속도(쓰기 및 읽기)지만 압축률이 낮음 (1.7배)
  • Zips: Zip보다 약간 빠르지만 압축률이 다소 낮음

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결론: 어떤 압축 방식을 선택할 것인가?

1. EXR을 빠르게 저장하고 싶다면? → PIZ 추천

• PIZ는 쓰기 속도가 가장 빠름 (비압축보다 1.5배 빠름)
• 단, 읽기 속도는 Zip보다 약간 느림

2. EXR을 빠르게 읽고 싶다면? → Zip 추천

• Zip은 읽기 속도가 비압축과 동일한 수준
• 그러나 쓰기 속도는 느림

3. 스토리지 공간이 제한적이라면? → Zip 또는 PIZ 모두 가능

• 둘 다 압축률은 2.4배 수준으로 동일

4. CPU 성능이 부족하거나 메모리 사용량이 중요한 경우? → RLE 고려

• RLE는 압축률이 낮지만 빠른 쓰기/읽기가 필요할 때 유용

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추가 고려 사항

압축 방식 선택 시, 단순한 속도 비교 외에도 다음과 같은 요소를 고려할 필요가 있습니다.

• 메모리 사용량
• 랜덤 액세스 지원 여부 (특정 부분만 빠르게 읽기 가능 여부)
• 압축/해제 알고리즘의 복잡도

위 테스트에서는 성능 및 압축률을 중심으로 비교하였으며, 특정 작업 환경에서는 추가적인 고려가 필요할 수 있습니다.