제19장: 고속 비디오와 슬로우 모션

현대의 플래그십 스마트폰은 눈으로 볼 수 없는 빠른 순간을 포착할 수 있습니다. 물방울이 튀는 찰나나 운동선수의 역동적인 움직임을 부드러운 슬로우 모션으로 담아내는 것은 매우 매력적인 기능입니다. 이를 위해 카메라는 일반적인 30fps보다 훨씬 빠른 120fps, 240fps, 심지어 960fps의 속도로 프레임을 캡처해야 합니다.

안드로이드 Camera2 API는 이를 위해 일반 세션과는 다른 **"제한된 고속 캡처 세션(Constrained High Speed Capture Session)"**이라는 특수한 모드를 제공합니다. 이 장에서는 고속 촬영을 위해 세션을 구성하는 법과 하드웨어의 한계를 다루는 법을 배웁니다.

Android Camera Parameters 앱의 Streams 탭에서 여러분의 기기가 어떤 고속 해상도와 FPS 조합을 지원하는지(getHighSpeedVideoFpsRanges()) 즉시 확인할 수 있습니다.

1. 고속 비디오의 원리: 대역폭과의 싸움

고속 비디오 촬영의 가장 큰 적은 데이터 대역폭입니다. 4K 해상도로 240fps를 촬영하려면 1초에 약 20억 개 이상의 픽셀 데이터를 처리해야 합니다. 이는 현대 스마트폰 ISP(이미지 신호 프로세서)의 한계를 넘어서는 경우가 많습니다.

따라서 안드로이드의 고속 모드에는 몇 가지 엄격한 제약 사항이 따릅니다.

해상도 제한: 보통 720p나 1080p로 제한됩니다. 4K 고속 촬영은 최신 플래그십 기기에서만 가능할 수 있습니다.
스트림 수 제한: 미리보기용 서피스(Surface) 하나와 녹화용 서피스 하나, 딱 두 개만 사용할 수 있습니다. ImageReader를 동시에 돌려 분석하는 등의 작업은 불가능합니다.
자동 기능 제한: 3A(노출, 초점, 화이트 밸런스) 알고리즘이 고속 모드에 맞춰 단순화되거나 제한적으로 작동합니다.

2. 지원 여부 및 FPS 범위 확인

코드를 작성하기 전에 기기가 고속 촬영을 지원하는지, 어떤 속도가 가능한지 확인해야 합니다.

val characteristics = cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId)
val configMap = characteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)

// 고속 촬영 지원 여부 확인
val isHighSpeedSupported = characteristics.get(CameraCharacteristics.REQUEST_AVAILABLE_CAPABILITIES)
    ?.contains(CameraCharacteristics.REQUEST_AVAILABLE_CAPABILITIES_CONSTRAINED_HIGH_SPEED_VIDEO) ?: false

if (isHighSpeedSupported) {
    // 지원하는 FPS 범위 목록 출력 (예: [120, 120], [240, 240])
    val ranges = configMap?.highSpeedVideoFpsRanges
    ranges?.forEach { range ->
        Log.d("HighSpeed", "지원 FPS 범위: ${range.lower} - ${range.upper}")
    }
}

3. 고속 캡처 세션 생성하기

고속 촬영을 위해서는 전용 메서드인 createConstrainedHighSpeedCaptureSession을 호출해야 합니다.

// 1. 녹화 및 미리보기용 서피스 준비
val surfaces = listOf(previewSurface, recorderSurface)

// 2. 고속 전용 세션 생성
cameraDevice.createConstrainedHighSpeedCaptureSession(
    surfaces,
    object : CameraCaptureSession.StateCallback() {
        override fun onConfigured(session: CameraCaptureSession) {
            val highSpeedSession = session as CameraConstrainedHighSpeedCaptureSession
            startHighSpeedRecording(highSpeedSession)
        }
        // ... 생략 ...
    }, backgroundHandler
)

4. 고속 요청 리스트 생성 (핵심 단계)

고속 모드에서는 단일 요청(capture)이나 반복 요청(setRepeatingRequest) 대신, 여러 개의 요청을 묶은 리스트를 제출해야 합니다. 이는 하드웨어가 초당 수백 프레임을 처리할 수 있도록 미리 "배치 처리" 지시를 내리는 것과 같습니다.

private fun startHighSpeedRecording(session: CameraConstrainedHighSpeedCaptureSession) {
    // TEMPLATE_RECORD를 기반으로 요청 빌더 생성
    val builder = cameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_RECORD).apply {
        addTarget(previewSurface)
        addTarget(recorderSurface)
        // 240fps 범위를 선택했다고 가정
        set(CaptureRequest.CONTROL_AE_TARGET_FPS_RANGE, Range(240, 240))
    }

    // ★ 중요: 고속 전용 메서드를 사용하여 요청 리스트를 생성합니다.
    // 이 메서드는 하드웨어 요구사항에 맞춰 요청을 자동으로 복제/최적화합니다.
    val highSpeedRequestList = session.createHighSpeedRequestList(builder.build())

    // 단일 요청이 아닌 리스트를 반복 요청으로 제출합니다.
    session.setRepeatingBurst(highSpeedRequestList, null, backgroundHandler)
}

5. 슬로우 모션 구현 시 주의사항

조명(Lighting): 240fps로 촬영한다는 것은 한 프레임을 찍는 시간이 1/240초보다 짧다는 뜻입니다. 빛을 모을 시간이 매우 짧기 때문에 일반적인 실내등 아래서는 영상이 매우 어둡고 노이즈가 많게 나옵니다. 밝은 야외 햇빛 아래서 촬영하는 것이 가장 좋습니다.
플리커(Flicker) 현상: 초당 60회 깜빡이는 형광등 아래서 고속 촬영을 하면 줄무늬가 가거나 화면이 번쩍거리는 현상이 발생합니다. 이는 고속 촬영의 물리적 한계입니다.
저장 방식: 카메라 API는 프레임을 빨리 찍어줄 뿐입니다. 이를 슬로우 모션 비디오 파일로 만드는 것은 MediaRecorder나 MediaMuxer의 몫입니다. 예를 들어 240fps로 찍은 프레임들을 헤더 파일에 30fps로 재생하라고 기록하면 8배 느린 슬로우 모션 영상이 됩니다.

요약

고속 촬영은 Constrained High Speed Capture Session을 사용합니다.
미리보기와 녹화 서피스, 딱 두 개만 사용할 수 있는 강력한 제약이 있습니다.
createHighSpeedRequestList()를 통해 생성된 요청 리스트를 setRepeatingBurst()로 실행해야 합니다.
짧은 노출 시간 때문에 풍부한 광량이 필수적입니다.

다음 단계

비디오의 속도를 높여봤으니 이제 카메라의 "눈"을 늘려보겠습니다. 제20장: 멀티 카메라와 렌즈 전환에서는 요즘 폰들의 특징인 여러 개의 렌즈(광각, 망원 등) 사이를 매끄럽게 전환하고 동시에 사용하는 방법을 알아봅니다.

1. 고속 비디오의 원리: 대역폭과의 싸움​

2. 지원 여부 및 FPS 범위 확인​

3. 고속 캡처 세션 생성하기​

4. 고속 요청 리스트 생성 (핵심 단계)​

5. 슬로우 모션 구현 시 주의사항​

요약​

다음 단계​