[발언] 국내 UHD방송 어디까지 왔나?

[이군배]

일본 NTT와 NEC가 공동개발해서, 4월부터 세계 최초로 실시간 4K/60P HEVC(H.265)인코더를 상용 출시함으로서, 국내외 UHD방송의 새로운 전기가 마련되었습니다. 이러한 인코더는 ELEMENTAL((주)디지베이스 수입 판매)와 같은 회사들도 활발하게 제품을 출시하고 있어, 그동안 지지부진했던 UHD방송이 상당한 진척을 보일 것으로 보입니다. 이번에 NTT와 NEC가 공동개발해서 출시한 VC-8150에 대한 사양을 통해, 국내 UHD방송의 현 주소를 살펴보았습니다.

<그림1>NTT와 NEC가 공동개발해 출시한 "VC-8150" 실시간HEVC(H.265) 4K@60fps인코더

▶VC-8150 사양

Input/Output Signal	*3840 × 2160p *I/F: SMPTE-424M (3G-SDI) × 4 or SMPTE-372M (HD-SDI Dual Link) × 4 *Format: 3840(H) × 2160(V) *Frame frequency: 59.94Hz, 60.00Hz, 50.00Hz *Interlace ratio: 1:1
Audio Input	Embedded audio BTA S-006B, SMPTE 299M
Reference	*STC/GOP Ancillary ISO/IEC 13818-1, DVB-ASI Reference signal RS-170A base analog black burst *signal, SMPTE-274M HDTV Tri-sync
Video Codec	*Coding scheme: ITU-T Rec.H.265 | MPEG-H part2/HEVC (ISO/IEC 23008-2) *Profile &level: Main, Main10 @Level 5.1 [Main tier] *Coding resolution: 3840(H) × 2160(V) *Max. bit rate 40Mbps
Audio Codec	*Coding scheme: MPEG-2 AAC-LC profile, MPEG-4 AAC-LC profile*Audio mode: 1/0, 1/0+1/0, 2/0, 3/1, 3/2, 5.1ch *Max. ES: 4ES
Control	*I/F : Ethernet 10/100Base-TX, RS-232C*Protocol : SNMP, HTTP
Operational Temperature	5℃ ～ 40℃
Power Supply	AC85～264V, 50/60Hz
Power Consumption	Less than 700VA
Dimensions	5U, 220(H) × 430(W) × 500(D) mm
Weight	Approx. 50kg

위 사양을 보면, 4K UHD영상의 프레임이 기본 60/50fps(Hz)밖에 없어 30fps로는 방송을 할 수도 없고, 또한 오디오도 5.1Ch까지만 되어 있어, 국내 유료방송사의 UHD방송 오디오(10.2/11.1채널)를 지원하지 못하고 있습니다. 그리고 아쉬운 것은 UHD영상의 화질(질감)을 결정할 수 있는 컬러비트(8/10/12 bit)와 샘플링(4:4:4/4:2:2/4:2:0)에 대한 정보는 아예 표기가 안 되어 있습니다.

국내 UHD방송 표준 규격→지상파는 가상으로 예상

구 분		위성방송((확정) (KT스카이라이프)		케이블TV 4K UHD방송 (확정)	지상파 UHD방송 (가상)
		4K UHD	8K UHD		4K UHD	8K UHD
영상	해상도	3840x2160	7680x4320	3840x2160	3840x2160	7680x4320
	주사율	30/60fps		30/60fps	30/60fps
	화소당 비트수	8/10bit		8/10bit	8/10bit
	샘플링	4:2:0/4:2:2/4:4:4		4:2:0	4:2:0/4:2:2/4:4:4
오디오	샘플링 주파수	44/48/96KHz		48/96KHz	44/48/96KHz
	샘플당 비트수	16/20/24bits		16/20/24bits	16/20/24bits
	채널	2.0~5.1, 7.1, 10.2채널		2.0~5.1, 7.1, 9.1 11.1, 10.2채널	.0~5.1, 7.1, 9.1, 11.1, 22.2채널
	부호화	AC-3/DTS		AC-3/DTS HD	AC-3/DTS HD
기타	방송방식	DVB-S2		DVB-C2(?)	DVB-T2
	전송 스트림	MPEG-2 TS →위성MMT(?)		MPEG-2 TS →케이블MMT(?)	MPEG-2 TS →지상파MMT(?)
	압축방식	HEVC(H.265)		HEVC(H.265)	HEVC(H.265)
	압축 비트레이트	25~120Mbps유동적 보편적으로는(예상) 4K UHD 32Mbps 8K UHD 64Mbps		26.97Mbps(64 QAM )	25~80Mbps유동적 보편적으로는(예상) 4K UHD 32Mbps 8K UHD 64Mbps
				38.81Mbps (256 QAM)
	부가서비스	자막/EPG/데이터		자막/EPG/데이터	자막/EPG/데이터

4월10일, 세계 최초로 UHD방송 표준을 정해서, UHD방송을 개국하는 케이블 UHD방송은 어떤 규격으로 UHD방송을 할까요? 현재까지 확인된 바로는, 케이블TV의 UHD방송은 4K@60fps에 10bit/4:2:0(35Mbsp수준)로 실시할 것으로 보여, 어느 정도 UHD영상의 진수는 보여 줄 수는 있을 것으로 보입니다.

지상파방송사들도 4월부터 UHD실험방송을 할 것으로 보이는데, 지상파 UHD실험방송도 케이블TV의 UHD방송 규격과 큰 차이는 없을 것으로 보입니다. 그래서 이들 UHD방송은 사실상 기대보다는 다소 미흡한 게 사실입니다.

우선 UHD영상의 질감이 HD방송 대비 크게 상승하지 않았다는 것입니다. 이는 프레임을 60fps로 높였기 때문인데, 향후 UHD방송이 활성화 되면, 논란이 커질 것으로 보입니다.

그리고 UHD방송의 핵심사항 중 하나였던 오디오가 돌비 5.1Ch을 넘기가 어려울 것으로 보입니다. 물론 HEVC인코더가 좀 더 다양하게 출시가 된다면, 변동 가능성은 있겠지만, 설사 HEVC인코더 성능이 개선이 된다 해도, 국내 방송 콘텐츠 제작 여건이 5.1Ch이상으로 제작을 한다는 게 쉽지 않아, 5.1Ch이상의 UHD오디오는 사실상 규격으로만 끝날 공산도 커 보인다는 것입니다.

현재 국내 유료방송사 UHD방송 표준엔, 10.2채널(케이블TV), 11.1채널(위성 KT스카이라이프)까지 들어가 있으며, 일본의 경우는 22.2채널로 되어 있고, HMMI 2.0 오디오 규격엔 32채널에 1536KHz까지 표준에 들어가 있어, 향후 UHD방송의 UHD오디오에 대한 논란도 불거질 전망입니다.

현재 국내외적으로 보급된 대다수의 오디오 시스템은 5.1~7.1Ch의 홈시어터 시스템입니다. 하지만, UHD오디오는 기존 홈시어터 구조보다 다른 형태로 되어 있기 때문에, 이에 대한 대안도 함께 제시가 되어야 할 것으로 보입니다.

<그림2>기존 5.1Ch/7.1Ch 홈시어터 구조

<그림3>NHK연구소가 제안한 UHD방송용 22.2채널 UHD오디오 스피커 위치 구성도

<그림4>HDMI 2.0 표준 32채널/1536KHz 오디오

그리고 무엇보다 중요한 것은 전송방식에 대한 표준입니다. 현재 케이블TV든 지상파든 UHD방송 전송시스템을 기존 HD방송에서 사용하던 MPEG-2 TS를 그대로 사용함으로서, 안정적 전송에 문제가 있다고 합니다. 현재 케이블TV의 UHD방송이 35Mbps에 MPEG-2 TS로 전송을 하다 보니, 전송 신호가 다소 불안정한 모습을 보이고 있습니다.

현재까지 알려진 바로는 MPEG-2 TS는 20Mbps정도(HD방송 전송)까지 전송하는 데는 문제가 없으나, 그 이상인 UHD방송 (25Mbps~)을 전송하는데 있어서는 다소 불안정 하다고 합니다.

그래서 MPEG-2 TS를 업그레이드한 MMT(Mpeg Media Transport)가 현재 국제표준으로 제안이 되고 있는데, 이는 아직 국제 표준화로 확정이 안 되어 있고, 설사 국제 표준이 정해진다 해도, MMT에 대한 국내 표준도 추가로 마련을 해야 하기 때문에, 국내외 UHD방송이 최종 완성이 되려면, MMT와 함께 UHD방송의 양방향 통신을 위한 통신 프로토콜(TLV)도 함께 표준화가 진행이 되어야 하기 때문에, 국내 UHD방송 표준은 2015년 말은 되어야 어느 정도 완성이 되지 않을까 싶습니다.

다만, 여기서 우리 시청자들이 제일 관심을 갖는 화질과 음질에 대한 논란은, 올 연말쯤에 출시가 예상되는 4K 블루레이 타이틀과 4K 블루레이 플레이어가 큰 변수로 작용할 것으로 보입니다.

현재 예상은 4K 블루레이 타이틀의 질감은 UHD방송의 질감보다 높은 수준으로 갈 것으로 보이는데, 일각에서는 UHD영화 등이 24fps이기 때문에, 4K 블루레이 타이틀은 컬러를 10/12bit에 샘플링도 4;2:2 또는 4:4:4로 갈 것으로 보여, 4K 블루레이는 프레임보다는 질감에 역점을 둘 것으로 보입니다.

UHD방송이 60fps로 가려는 이유는, UHD방송 표준이 대다수 일본이 개발하여 제안을 하였고, 또한 UHD방송 장비도 상당수가 일본에서 생산이 되고 있어, 국내 UHD방송은 선택의 여지도 없이, 60fps로 갈수밖에 없는 상황이라는 것입니다. 그래서 우리는 일본이 왜 60fps으로 가고 있는지에 대한 배경을 이해할 필요가 있다고 봅니다.

일본은 10년 전부터 UHD방송을 구상 했는데, 당시에는 UHDTV도 없는 상황이었고, 또한 일본은 UHDTV를 8K UHD방송을 기본으로 하고 있다가, 기술개발에 너무 많은 시간이 걸리고, TV제조사들의 현실을 감안해서, 4K UHD를 먼저 가기로 하여, 2012년부터 4K UHD방송 표준도 정하기 시작을 한 것입니다.

그리고 당시에는 UHDTV는 모두 85인치 이상 대형TV로만 생각을 하였다는 것입니다. 헌데, 당시 이러한 대형 UHDTV는 85인치 이상이었고, 패널응답속도도 떨어져서, 30fps의 영상을 온전하게 구현하기가 힘들다보니(깜박임 현상), 일본은 그것을 해결하기 위해 UHD영상은 60fps 또는 120fps로 해서 그 문제를 해결하려 하였다는 것입니다.

헌데, 문제는 4K UHDTV가 70인치 이내로 정착이 되어 가고 있고, LCD(LED) TV의 패널 응답속도 등도 상당수 개선이 되면서, 현재 70인치 이내의 LCD(LED)형 UHDTV들이 30fps의 UHD영상을 구현하는 데는 문제가 없기 때문에, 이번 국내 60fps방송은 신중히 고민을 해봐야 하지 않을까 싶습니다.

물론 시청자 입장에서는 60fps로 방송이 제대로만 된다면, 나쁠 거야 없지만, 문제는 60fps전송 때문에, UHD영상의 질감이 HD영상의 질감과 거의 차이가 없다는 것입니다.

UHD영상 기본 취지는 해상도 상승 외에 질감상승도 있기 때문에(질감 향상으로 3D영상 불필요), 질감향상을 들한시 해서는 안 된다는 것입니다. 현재 HD방송의 HD영상의 색 재현률이 72%정도밖에 되지 않기 때문에, 국내 방송사들이 일본의 구형 방식 자료 때문에, UHD방송을 60fps로만 가려는 것은 다소 문제가 있다는 것입니다. 그래서 현 시점에서는 UHD영상의 질감 향상을 위한 방안이, 편견을 갖지 말고, 현실적이면서, 객관적으로 정밀하게 재검증이 이루어 졌으면 합니다.

UHDTV의 99%를 차지하고 있는 LCD(LED)형 UHDTV가 70인치 이내로 정착이 되고 있고, 그 UHDTV가 30프레임(fps)을 제대로 구현만 해주는 상황이라면, 전송용량의 한계 때문에, 어쩔 수 없이 선택을 해야 한다면, 프레임 향상보다는 질감 향상에 더 역점을 두어야 한다고 봅니다. 고로 60fps에 대한 회의론을 이야기 하는 것은 절대 아니라는 것입니다.

사실 방송에서 60fps이 필요한 경우는 빠른 스포츠 장면이나, 일부 빠르게 움직이는 뮤직 방송 같은 제한된 방송에서나 어느 정도 그 효율성이 있기 때문에, 정적인 영상이 많은 방송에선, 60fps의 영상은 상당수 낭비적 요소가 많다는 것입니다.

만일 UHD방송이 4K@60fps에 10bit/4:2:0(35Mbsp수준)로 간다면, 우리의 UHD방송 UHD질감은 HD방송 질감에 비해 큰 차이가 없기 때문에, 입체감과 디테일감은 상당히 떨어질 것입니다. 물론 어느 정도 시간이 지나면, HEVC(H.265)인코더 성능이 개선이 되어, 압축 효율이 좋아진다면, 60fps에 컬러비트 등을 올려도 35Mbps내에 UHD방송이 가능할 것입니다.

허나, 그 부분은 그때 가서 시행해도 되기 때문에, 지금처럼 개선된 HEV인코더가 언제 나올지 알 수 없는 상황에서, 국내 방송사들이 너무 성급하게 일본 방송 규격에만 쫒아가는 것은 아닌지, 곰곰이 더 생각을 해보았으면 한다는 것입니다. 그래서 30fps Vs 60fps에 대한 실증적 실험을 70인치 이내 LCD(LED)형 UHDTV로 정밀 비교 Test를 한 후, UHD방송 프레임에 대한 기준을 정하였으면 합니다. 60fps지원 UHDTV는 2014년 4월에나 출시가 되기 떄문입니다.

그리고 끝으로, 현재 국내 IPTV업체들도, UHD방송 내지는 UHD VOD서비스를 준비하고 있는 것으로 알고 있습니다. 특히 해외의 경우는 인터넷망을 통한 UHD VOD서비스가 인기를 끌고 있습니다. 그렇지만, 그들은 벌써부터 인터넷 망에 대한 트래픽 폭주를 우려하고 있습니다.

그리고 더 큰 문제는 인터넷을 통한 UHD VOD서비스는 15Mbps가 주류인데, 많은 전문가들은 이러한 UHD영상은 해상도만 높였을 뿐 질감은 향상이 안 되어, 부족한 UHD영상이라는 지적을 하고 있습니다. 실제 인터넷 UHD VOD서비스를 시청한 상당수의 시청자들도, 그리 감동적인 UHD영상은 아니었다고 하고 있습니다.

무늬만 UHD영상인 이러한 스트리밍 형식의 UHD화질이, 자칫 UHD영상에 대한 불신으로 이어지지나 않을까 우려가 되고 있습니다. 또한 인터넷상에 올려진 상당수의 UHD샘플 영상이 H.264로 만들어져, 진정한 UHD영상의 질감을 느끼기 힘들어, 많은 분들이 우려를 나타내고 있습니다.

그래서 IPTV업체들은 UHD방송 내지는 UHD VOD서비스에 상당히 신중을 기해야 한다고 봅니다. IPTV가 초기 6Mbps 정도의 낫은 비트레이트로 HD방송을 실시하여, 최악의 HD방송이라는 오명을 받았었습니다. 만일 IPTV업체들이 UHD방송 내지는 UHD VOD서비스를 15Mbps로 한다면, 이는 또다시 IPTV업체들이 UHD화질(질감)이 최악이라는 오명을 다시 가져가게 될 것입니다.

최근 IPTV업체들은 상당수의 HD영상을 10Mbps로 향상 시키고 있습니다. 헌데, 이러한 현실 상황에서, HD영상보다 4배나 화질이 좋은 UHD영상을 15Mbps로 간다는 것은, 상식적으로도 납득하기 힘들 것입니다. 물론 그렇다고 IPTV업체들이 인터넷망을 통해 20Mbs이상으로 서비스하기에도 한계가 있어, 과연 IPTV로 UHD방송 서비스를 할 수 있을지 부터 신중한 접근 있어야 한다는 것입니다.

설사 IPTV업체들이 15~20Mbps로 UHD방송 내지는 UHD VOD서비스를 한다고 해도, UHD방송이 확대가 된다면, 5~10Mbps 확대만으로도 엄청난 인터넷 트래픽을 감당해야 하기 때문에, 케이블TV에 밀리지 않기 위해, 대책 없이 UHD방송 실시 내지는 UHD VOD서비스를 한다는 식의 홍보는 자제하는 것이 좋을 것 같습니다.

IPTV업체들은 UHD서비스를 하기이전에, 인터넷 회선을 대폭 개선하는 작업부터 먼저 시행을 해야 할 것입니다. 인터넷 회선 개선작업 없이 진행되는 UHD영상 서비스는 얼마가지 않아, 엄청난 트랙픽 문제로 고충을 겪을 것이기 때문입니다. 이러한 현실은 케이블TV업체들도 해당이 된다고 봅니다.

케이블TV업체들도 30Mbps이상의 영상을 원활히 전송(서비스)하기 위해서는, 노후 된 케이블TV 선로를 상당수 개선하는 노력부터 먼저 해야 할 것입니다. 그리고 지상파 UHD방송도 본격 실시가 된다면, 공청안테나로 시청하는 상당수의 세대들도 내부 케이블 선로를 손을 봐야 하고, 아파트 같은 경우에는 일부 리피터나 증폭기, 채널 분배기 같은 설비를 새로이 교체내지는 점검을 해야 할 것으로 보입니다.

UHD방송은 가까이 온 듯 하면서도 아직은 갈 길이 멀어 보입니다. KT스카이라이프가 경쟁과 의욕을 앞세워서, 세계 최초로 4월 3일 UHD방송 개국을 하려다, 5월 중순으로 연기한 것처럼, UHD방송은 의욕만을 가지고 실시해서는 안 된다고 봅니다.

특히 케이블TV도 현재, 삼성-LG 2014년 UHDTV로만 시청을 하는 UHD방송 개국은, 진정한 UHD방송 서비스가 못되기 때문에, 자칫 UHD영상에 대한 불신만을 낳을 수도 있다고 봅니다. 국내 방송사들이 세계 최초, 국내 최초라는 타이틀도 좋지만, 방송은 안정된 전송과 보편적인 수신(시청)이 기본임을 잊어서는 안 될 것입니다.

그래서 눈으로 보여주는 수치적 경쟁(60fps) 보다는 진정한 UHD영상(질감)과 UHD오디오를 살려줄 수 있는 경쟁을 하였으면 합니다. 아울러 UHD방송도 표준화된 UHD방송규격을 신중하면서도 조속히 마련하여, 국내 UHD방송을 활성화 해 나갔으면 합니다.

이상은 사견입니다.

[전수현]

세세한 분석과 알기쉽게 정리가 된것 같습니다. 잘 읽었습니다.

[권순택(FilmLike)]

디지털의 품질은 데이타량에 비례하는것 같습니다. 더욱더 중요한기술은 압축전송기술인것 같습니다. 같은 데이타전송률을 놓고, 비교했을때 그림의 해상도와 프레임수의 상관관계는 반비례하는것 같습니다.

[안익현]

와~ ㅉㅉㅉ