UHD 'TV-방송', 역호환성을 가져가야 하는데...

[이군배]

부제 : 지상파 UHD방송 표준 제정, 주파수 배정보다 더 어렵고 힘들다

현재 UHD 'TV-방송' 대중화에 있어서 제일 어려운 부분이 바로 역호환성이다. 즉, UHD 'TV-방송' 기술이 빠르게 변화 하면서, 불과 몇 개월 전에 구입한 UHDTV가 무용지물이 되는 경우가 발생하고 있다.

실제 이러한 현상은, 2013년 중반 이후부터 출시되기 시작한 UHDTV가 2014년 4월 케이블 UHD방송이 실시되면서, 6개월전 구입한 2013년 UHDTV가 2014년 UHD방송을 전혀 수신하지 못하는 문제가 발생을 하였다. 바로 HEVC디코더 때문이다.

물론 당시에는 삼성-LG가 2013년에 판매한 UHDTV 수량이 많지 않아, 2014년에 보드교체 등을 통해 조치를 해주어 문제없이 넘어가긴 하였지만, 이러한 문제는 2016년에 또다시 발생이 될 것으로 보인다.

헌데 문제는 2015년까지 판매된 UHDTV 수량이 너무 많고, TV제조사들이 이러한 제품에 대한 무상 업그레이드 약속이 없다는 점에서, 2016년에 우리는 UHDTV의 역호환성 문제로 상당한 진통을 겪을 것으로 보인다. 그럼 왜 2015년까지 판매된 UHDTV가 2016년에 무용지물이 될까?

1.지상파 UHD방송 수신기(HEVC디코더) 성능향상 채택

2.HDMI 2.0성능부족 및 성능 한계→SuperMHL단자 채택

3.BT.2020적용

4.HDCP 2.2적용

5.HDR적용

2016년엔 이상과 같은 기능과 성능이 기본 지원이 될 것으로 보이기 때문에, 2015년까지 판매된 UHDTV는 대다수 위 기능과 성능을 지원하지 못해 무용지물이 될 수 있다. 일부에서는 방송사나 TV제조사들이 호환성 문제를 들어, UHD방송 수신기(세톱박스)에 내장된 HEVC디코더는 2015년 제품을 기준으로 갈 것이라고 전망하고 있다.

하지만, 2015년 12월에 4K 블루레이가 출시가 되면, 2015년 UHDTV가 상당수 4K 블루레이에 대응하기 위해 HDCP 2.2/BT.2020/HDR(HDMI 2.0a)을 적용할 수밖에 없기 때문에, UHDTV의 성능향상은 불가피한 현실이 되고, 또한 지상파 UHD방송의 성능 향상도 외국과의 경쟁을 감안한다면, 불가피할 수밖에 없다는 것이다.

그래서 UHDTV의 UHD패널도 8bit에서 10bit를 처리할 수 있는 패널로 교체가 될 것이고, 또한 UHDTV나 4K 세톱박스에 내장된 HEVC디코더도 4K@60fps, 10bit/4:2:2에 BT.2020과 HDR에 적합한 디코더로 교체가 될 것이라는 것이다.

물론 아직 확실치는 않지만, SuperMHL(Full 4K UHD화질 구현)칩셋이 조만간 TV제조사 등에 공급이 된다면, 2016년 제품은 이러한 기능들이 모두 포함이 되어, 2016년 UHDTV가 출시되기 때문에, UHD 'TV-방송'의 성능 향상은 불가피한 현실이 되고 있다는 것이다.

현재 일본의 NTT는 4K@120fps으로 송출해도 기존 4K@60fps만 되는 TV에서도 HEVC디코더 변경 없이 4K@60fps로 송출하는 UHD방송을 시청할 수 있는 기술을 개발하였다고 한다. 바로 역호환성 기술을 개발한 것이다.

허나 NTT가 개발한 기술은, 현실적으로  120fps을 적용하기가 당장은 어렵다는 점에서, 많은 아쉬움을 남겼다. 만일 NTT가 컬러비트나 샘플링까지 역호환성을 가져가는 기술을 개발하였다면, 이는 세계적 특허가 되어 UHD 'TV-방송'의 안정적 대중화에 혁신을 제공 하였을 것이다.

어찌되었든 아무리 기술이 좋아도, 프레임(HEVC레벨)과 컬러비트/샘플링(HEVC버전)까지 모두 역호환성을 가져가긴 힘들다고 본다. 차라리 4K@120fps, 12bit/4:4:4(Full 4K UHD)를 지원하는 HEVC디코더가 조기에 개발되어, 그것을 4K UHDTV나 4K 세톱박스에 내장을 한다면, 역호환성에 문제는 없어질 것이다.

하지만, 그러한 기술은 언제 상용화 될지 알 수 없기 때문에, UHD 'TV-방송'에서의 역호환성을 가져간다는 것은 사실상 불가능한 상황이다. 결국 이러한 기술 때문이라도, 지상파 UHD방송에 대한 표준 제정은 전무가라해도 쉽지 않다는 것이다. 언제 어디서 어떤 기술이 새로 나올지 알 수 없기 때문이다.

우리는 이제 지상파 UHD방송 주파수 배정보다 더 어렵고 힘든 지상파 UHD방송 표준을 금년 내에 제정을 해야 한다, 이번에 정한 지상파 UHD방송 표준은 앞으로 최소 20년간 바꿀 수 없다. 지금처럼 하루가 모르게 변하는 UHD 'TV-방송' 기술 변화에, 지상파 UHD방송 수신기를 UHDTV에 의무 내장(20년간 표준을 바꿀 수 없음)하는 것이 과연 올바른 방법인지, 우리는 한번 깊이 고민을 해봐야 할 것이다.

▶UHD 'TV-방송'의 문제점
구분	UHDTV	UHD방송
자체 문제	*삼성-LG에 의한 TV시장 독과점으로 인해, 세계 최고 수준의 UHDTV가격이 형성되어, UHDTV대중화의 최대 장애 요소. *중소기업 내지는 외산 업체의 기술 부재로 UHDTV성능 미달.	*지상파가 UHD방송을 실시하고, UHDTV에 지상파 UHD방송 수신기를 내장해야 UHD방송이 되는 것으로 인식하는 문제 *유료방송사 중심으로 UHD방송이 주도되면서, 화질 보다는 양(채널 수)으로 가고 있다.
기능 문제	*HDMI 2.0자체 성능부족과 온전한 HDMI 2.0성능  미 지원 *검증안된 HDCP 2.2지원 *온전한 UHD영상 구현을 위한 UHD패널의 성능 부족→8bit+dedering	*SFN구성시 전파 구성방식 특성과 UHD방송 전송용량 증가로 난시청 증가 *MPEG-2 TS의 불안으로 UHD영상의 안정적 전송이 안되고, 자막/데이터/EPG등 모바일(인터넷)기기등과의 호환성 유지 필요→MMT가 대안 *방송시차 발생→8~9초
공통 문제	*HEVC버전의 다양성으로 역호환성 문제 발생 *HDR미적용 *BT.2020 미 적용(최적화)

▶지상파 4K UHD실험방송을 통해 드러난 문제점
   →지상파 4K UHD방송 표준 제정시 고려되어야 할 사항 

1.'DVB-T2 Vs ATSC 3.0' 방송방식 선정과 주파수 구성 문제

   →SFN구성시 전파구성방식 특성과 UHD방송 전송용량 증가로 난시청 증가
   →지상파 4K UHD실험방송(DVB-T2/SFN주파수 구성)→4K@60fps, 8bit:4:20/

      26Mbps로 송출→HD방송(19Mbps/2KW송출)대비 2.5배 높은 5KW(26Mbps)로

      송출하는데도 기존 안테나로 지상파 UHD방송을 수신하지 못하는 경우가 다반사

2.MPEG-2 TS(Transport Stream)전송시스템의 안정적 전송에 문제

   →MMT(MPEG Media Transport)로 대처→표준화 제정 필요

   →UHD영상의 안정적 전송과 자막/데이터/EPG등 모바일(인터넷)기기등과 호환성

      유지 필요→MMT가 대안

3.HDR/Rec.2020 UHD방송 적용 기준 마련.

4.UHD오디오(10.2채널) 적용의 현실적 어려움→STEREO이상 제작의 한계

5.UHD방송 시차 발생 문제(8~9초)→HD방송 시차 1~1.5초

6.지상파 4K UHD실험방송은 최저수준의 UHD방송 화질이어서 화질 향상 필요
   지상파 UHD방송 화질 향상시, 기존 UHDTV로 향상된 UHD방송 화질 시청 못함

   →역호환성 문제 발생

   →현 지상파 4K UHD실험방송 화질 수준 : 4K@60fps, 8bit:4:20/26Mbps

▶HD/UHD '방송+VOD' 화질/음질 표준 규격(제안)
구분	HD		4K UHD		8K UHD
방송사	지상파	유료방송	지상파/케이블TV/ 위성(스카이라이프)	IPTV(KT/ SKB/LG U+)	전체
압축코덱	MPEG-2	H.264	4K HEVC(H.265)		8K HEVC
압축 전송 비트레이트	19.93 Mbps	10Mbps	35Mbps	25Mbps	80/100 Mbps
해상도/ 프렘임	1080@60i (1080@30fps)		4K@60fps	4K@30fps	8K@60fps
색 표준	BT.709			BT.2020
컬러비트	8bit		10bit	10bit	10/12bit
샘플링	4:2:0		4:2:2	4:2:2	4:2:2/4:4:4
오디오	2.1~5.1		2.1/5.1/11.1		5.1/11.1 /22.2
※HDR은 방송사 제량에 따라 서비스 제공 ※위 표준이 적용되기 위해서 4K UHDTV의 성능 개선 필요    *HEVC디코더 성능 업→4K@60fps, 10bit/4:2:2(L5.1, Main 4:2:2 10)    *UHDTV의 UHD패널 컬러 처리가 Real 10/12bit지원    *HDR지원 및 BT.2020적용(최적화) 필요    *HDMI 2.0성능 보완→SuperMHL채용 ※위 도표에서 제시한 전송 비트레이트는 호환성과 방송 전송 한계를 고려한 최소한의 화질 보장을 위한 전송 비트레이트임. ※참조>4K 블루레이(ULTRA HD BLU-RAY) & 일본 4K UHD방송 표준 규격    *4K 블루레이 : 4K@60fps, 10bit/4:2:2, ~128Mbps(오디오 포함)                        HDR/BT.2020/HDCP 2.2적용    *일본 4K UHD방송 : 4K@60fps, 10bit/4:2:0, 35Mbps                                BT.2020/HDCP 2.2적용, HDR은 미 포함

[전수현]

공감이 갑니다. 좋은글 잘 보았습니다.