[발언] "프레임 Vs 질감", "60fps vs 30fps" Vs "10bit/4:2:0 vs 12bit/4:4:4"

[이군배]

지상파 UHD실험방송, 케이블 UHD방송(UMAX), KT 올레TV(IPTV)의 'UHD방송(SlyUHD)+UHD VOD'서비스를, 8~4개월 정도 시청하면서 느낀 것은, 같은 UHD소스라 해도, UHD화질은 색상과 디테일 감을 살려 주는 게 낫지 않나 싶습니다.

▶시청중인 방송사별 UHD방송 정보

*지상파 UHD실방송(KBS/MBC/SBS):4K@60fps에 10bit/4:2:0(35Mbps)

*케이블 UHD방송(UMAX) : 4K@60fps에 10bit/4:2:0(35Mbps)

*KT 올레TV(SkyUHD) : 4K@30fps에 8bit/4:2:0(25Mbps)

※HEVC압축 코덱에, 오디오포함 전송 비트레이트

많은 분들은 60프레임(fps)과 30fps이 많은 차이가 있다고 생각들을 하시는 것 같습니다. 수치만 보더라도 당근 4K@60fps가 좋을 것이라고 생각을 하였지만, 최근 근 1년여 동안 KT의 4K@30fps의 UHD영상과 케이블의 4K@60fps의 영상을 같은 콘텐츠를 보았는 데도 영상의 부드러움 차이는 거의 느끼질 못하였습니다.

현재 KT의 올레TV인 'UHD방송(SlyUHD)+UHD VOD'서비스에는 케이블 UHD방송(UMAX)에서 4K@60fps로 방송하는 것과 동일한 UHD콘텐츠가 4K@30fps로 방송내지는 VOD로 서비스가 되고 있습니다. 그런데, 두 방송의 차이가, 프레임의 차이는 거의 느끼지 못하였지만, 확실히 느껴지는 건 색상과 디테일 감에선 차이가 납니다.

즉, 4K@60fps과 4K@30fps에 의한 프레임 차이는 거의 느끼기 어려웠지만, 색상(컬러 비트)과 디테일 감(컬러 샘플링)에서 차이가 났다는 것입니다. 이는 다른 UHD콘텐츠들도 마찬가지인데, 올레TV UHD영상을 보다가 케이블 UHD영상을 보면, 확연하게 그 색상과 디테일 감에서 차이가 나는 것을 알 수 있습니다.

물론 이 부분이, 케이블 UHD방송(UMAX)은 UHDTV로 직접 수신하고, KT 올레TV는 세톱박스(HDMI출력이 8bit)로 수신하여 차이가 발생할 수도 있지만, 제 생각엔 KT의 UHD소스가 8bit/4:2:0 때문이 아닌가 싶습니다. 그런데, KT를 제외하고 대다수의 IPTV업체나 지상파-케이블 방송사들은 UHD방송+UHD VOD를 모두 4K@30fps이 아닌, 4K@60fps에 10bit/4:2:0으로 서비스를 하고 있는데, 왜 그런 것일까요?

물론 기본적으로 4K@60fps이 4K@30fps보다는 훨씬 부드러운 영상을 구현하기 때문에, 당근 4K@60fps이 좋다는 건 다 아는 상식의 이야기 일 것입니다. 헌데, 문제는 방송은 전송비트레이트(용량)가 제한되어 있기 때문에, 무한정 좋은 쪽으로만 갈수는 없을 것입니다.

그런데, 왜 방송사들은 색상(컬러 비트)과 디테일 감(컬러 샘플링)을 살리지 않고, 차이도 별로 없는 프레임(fps)을 60fps로 하였을까? 하는 것입니다. 이 물음에 대한 답은 두 가지로 연유가 아닌가 싶습니다. UHD영상에 대한 표준은 사실상 일본이 거의 주도를 하여, 그 포맷을 만들었다 해도 과언이 아닙니다.

일본은 UHD를 8K 해상도까지 바라보고, 우리가 HD방송을 시작(2000년)하던 때부터 UHD방송에 대한 연구를 하여 왔습니다. 그리고 그들은 UHD방송은 80인치 이상 대형으로만 생각을 하여 왔습니다. 그러던 중 3~4년 전에 145인치 8K PDP TV와 85인치 8K LCD TV를 샘플로 만들면서, 그들은 한계에 부딪히게 되었습니다.

디스플레이 크기가 커지고 휘도가 높아질수록 깜박임(flicker) 현상이 높아지게 되므로, 이를 해결하기 위해서는 비디오의 초당 프레임(fps) 수가 높아져야 한다. 가령 82인치 300cd/m2 디스플레이의 경우, 60fps이상이 필요하다.

그래서 일본은 2012년 UHDTV규격을 제정하면서 UHD영상 포맷에 120fps까지 포함이 되었던 것입니다. 결국 이러한 규격은 그대로 국내 UHD방송에도 적용이 되었고, 세계 1~2위 TV제조사인 삼성-LG도 세계 최초로 상용 출시한 UHDTV도 84-85인치였습니다. 허나 두 제품에 대한 상용 판매는 2~4천만 원이나 하는 고가여서 대중화에는 실패를 하였습니다.

결국 소니가 2013년 4월에 55-65인치로 1,000만원 미만에 내 놓으면서, UHDTV판매 경쟁은 본격화되기 시작을 하였습니다. 당시 삼성-LG는 UHDTV는 2~3년 후에나 대중화가 될 것이라고 하다가, 소니의 UHDTV판매에 놀라, 2~3달 만에 급조해서, 동급 사이즈를 출시하는 현상이 발생이 되었고, 55-65인치는 2013말에 절반가격으로 뚝 떨어지는 가격 폭락까지 생기면서, UHDTV는 그렇게 대중화가 되기 시작을 하였던 것입니다.

그래서 지금은 UHDTV가 30인치 대까지 나와 있고, 주로 판매되는 사이즈도 50인치 전후로 대중화가 형성되고 있는 실정입니다. 이는 TV제조사나 방송계에 계신분들의 예상을 모두 벗어난 결과여서 충격으로 받아들여지고 있지만, 실제 UHDTV를 구입해서 시청해보면 왜 50인치 전후가 적정 UHDTV인지도 알 수 있습니다.

UHD소스를 65인치와 49인치에서 보면, 65인치는 거친 감을 느낄 수 있지만, 49인치는 거의 느끼기 힘들기 때문에, 아무리 동영상이라 해도, TV의 PPI도 100PPI는 되어야 하지 않나 싶은 생각이 듭니다. 그래서 100ppi를 기준으로 적정 TV사이즈를 보면, Full HDTV 22인치, 4K UHDTV 44인치, 8K UHDTV 88인치가 됩니다.

사실 우리가 매일 같이 사용하는 Full HD급 스마트폰(1920x1080/5.5"/400ppi)이나 WQHD폰(2560x1440/5.5"/538ppi)에 비해, TV용 PPI는 너무 낫게 잡혀 있다는 것입니다. 이제 우리는 UHDTV화면 크기 기준을 새롭게 정립할 필요가 있다고 봅니다. 적어도 4K UHDTV라면 50인치 이내가 적절하다는 현실에 대해 고민 해볼 필요가 있다고 봅니다(시청 경험).

그리고 우리는 한가지 더 고민을 해봐야 할 것이, 80인치 이상을 가정에 들여 놓는다는 것이 말처럼 쉽지가 않다는 현실론 입니다. 일단 돈을 떠나 크기 때문에, 어지간한 집에서 현관문을 통해 들여 놓기가 쉽지 않다는 현실적 난제가 존재를 합니다. 결국 UHDTV는 아무리 화질이 좋은 8K UHDTV가 나온다 해도, 80인치 이상은 현실적으로 쉽지 않다은 점이 있다는 것입니다. 물론 돗자리처럼 둘둘마는 형태의 TV가 나온다면, 100인치 이상도 가능은 할 것입니다.

이처럼 UHDTV가 대중적 사이즈가 변화한다는 것에 우리는 주목할 필요가 있습니다. 바로 서두에서 언급한 "4K@60fps Vs 4K@30fps"의 효용성을 한번 따져봐야 한다는 것입니다. UHDTV가 80인치 이상으로 가지 않는다면, 굳이 우리는 4K@60fps에 대해 고민할 필요는 없다고 봅니다.

물론 서두에서 지적을 하였지만, 전송비트레이트(용량)만 문제가 없다면, 4K@60fps에, 색상(컬러 비트)과 디테일 감(컬러 샘플링) 모두 함께 올려서 방송을 한다면, 시청자입장 에서는 더 없이 좋을 것입니다. 허나, 현실은 전송비트레이트(용량) 제한 때문에, 프레임과 색상(컬러 비트), 디테일 감(컬러 샘플링) 모두 올려서 하기는 쉽지 않기 때문에, 여기서 바로, "프레임 Vs 질감"중 어느 것을 살릴 것인가가 문제가 대두 된다는 것입니다.

우리는 극장에서 영화를 300~500인치로 보고 있지만, 극장의 4K영상은 24fps에 불과 합니다. 그런데도 극장용 영상의 프레임이 부족하다고는 이야기 하지 않습니다. 이유는 극장용 스크린이 초당 24fps의 영상을 완벽하게 구현해 내기 때문입니다. 결국 같은 4K 해상도를 TV로 구현하면서는 왜 프레임 부족하다는 이야기가 나올까요? 결국 지금의 4K UHDTV가 아직 4K의 영상조차 완벽하게 구현하지 못하고 있기 때문일 것입니다.

그래서 UHD영상을 1년여 가까이 시청을 해보면서 느낀 것이 있다면, 4K UHD영상은 4K@30fps로 가면서, 색상(컬러 비트)과 디테일 감(컬러 샘플링)을 살리는 쪽으로 가는 것이 더 시청자들에게는 좋다는 것입니다. 즉, 4K@30fps에 12bit/4:4:4로 간다 해도, 전송용량은 크게 늘지 않고, 4K UHDTV의 99%가 LCD(LED)라는 점을 감안(패널 응답속도 한계)하면, 4K@60fps보다는 4K@30fps로 가는게 더 낫다는 것입니다.

▶컬러 비트(bit)에 따른 색상 비교
*8bit color = 2^8 x 3 = 2^24 = 16.7 million colors
*10bit color = 2^10 x 3 = 2^30 = 1.07 billion colors
*12bit color = 2^12 x 3 = 2^36 = 68.7 billion colors

▶컬러 샘플링에 따른 디테일감 비교

근데, 여기서 또 다른 고민에 빠집니다. HEVC인코더나 디코더와 UHD패널이 12bit를 지원하는 제품이 아직은 없다는 것입니다. 현재까지 나온 UHD패널은 최고가 10bit이고, HEVC인코더도 10bit까지밖에 없기 때문에, 결국 HEVC 인코더와 디코더를 국내에서 새롭게 개발을 하기 전에는 우리만 그렇게 가기가 힘들다는 것이라는 것입니다. 물론 UHD패널이 12bit로 가는 문제도 어려움은 있지만, 2016년 쯤엔 가능할 것으로 보입니다.

그래서 HEV가 문제인데, 국내에서 HEVC관련 소스(프로그램) 특허는 많이 가지고 있다지만, 실상 중요한 HEVC 압축 인코더나 디코더 관련 칩셋이나 제품을 상용화 하는 기술은 거의 없다는 것입니다. 한국이 일본 다음으로 UHD방송에서 선도적으로 가고 있다지만, UHD영상의 핵심기술에선 일본이나 기타 나라들에 끌려가고 있다는 것입니다.

즉, 우리가 UHD영상을 시청해본 경험을 가지고 UHD화질을 한 단계만 상승을 시키고 싶어도(4K@60fps에 10bit/4:4:4), HEVC 인코더와 디코더를 새로이 개발을 해야 하기 때문에, 현실적으로 우리는 UHD화질 개선을 위해 할 수 있는 것이 아무것도 없다는 것입니다.

결국 UHD영상을 우리의 현실에 맞게 가고 싶어도, 우리의 기술 한계로, 우리는 UHD영상에서도 외국에 끌려가는 형국이 되고 있다는 것입니다. 이러한 현실에서 700MHz주파수 대역 배정만 가지고 논란을 벌이고 있으니, 참으로 한심 할 따름입니다.

그렇지만, 분명한 것은 앞으로 1~2년 내로 12bit/4:4:4를 지원하는 HEVC인코더와 디코더는 나올 것으로 보여, 지금 UHD방송이나 UHDTV에서 사용되는 HEVC를 지금의 상황에서 표준으로 삼는다면, 우리는 최저 화질의 UHD방송을, 앞으로 최소 20년 이상은 그대로 해야 한다는 것입니다.

▶현 HEVC(H.265) 수준 정보

*HEVC Version 1 Level 5(L5/Main) 4K@30fps/8bit/4:2:0

*HEVC Version 1 Level 5.1(L5.1/Main 10) 4K@60fps/10bit/4:2:0

※HEVC는 Version 1(2종)과 Version 2(7종)가 있으며, Level은 4K용 5, 5.1, 5.2과 8K용 6, 6.1, 6.2가 있다. 현재는 HEVC 최하위 버전(Main 10)과 레벨(Level 5.1)을 사용 중이다. 참고로 하위 버전과 레벨로는 성능이 업 된 상위 버전과 레벨의 HEVC영상을 디코딩(재생)하지 못해, 2013년 UHDTV(L5/Main)가 2014년 UHD방송1(L5.1/Main 10)을 디코딩(수신)하지 못하는 현실이 발생하였다.

결과적으로 우리는 지금의 UHD방송 실시도 중요하지만, HEVC에 대한 기술 개선과 HEVC를 어떤 표준을 정해서 어떻게 나갈 것인지가 더 중요한 시점이라고 봅니다. 그러한 관점에서, 우리는 이제 진솔하게 현실성을 반영한 "프레임 Vs 질감", "60fps vs 30fps" Vs "10bit/4:2:0 vs 12bit/4:4:4"와 같은 HEVC표준을 정하는 부분을 심도 있게 논의를 해야 한다고 봅니다.

만일 지금과 같은 4K@60fps/10bit/4:2:0(4:2:2)로 간다면, 우리는 1~2년 후, 엄청난 후회를 할 것으로 보입니다. 분명한 것은 지금의 UHD방송 화질은, TV사이즈에 비해 과도한 프레임으로 질감을 너무 죽여 놓았다는 것은 확실한 현실입니다. 그래서 어떤 형태로든 이에 대한 개선은 있어야 할 것으로 보입니다.

[박찬호웅]

안녕 하세요 잘 보았 씁니다 질문하나 올림니디 대기업 제품과 중소기업제품 uhd tv hxvc(H265)
4k60fps 10 bit/4:2:0 rkxdmf 같은 경우에 화질이 같은지요 알려 주시면 고맙게 씁니다 꾸벅

[이군배]

화질이 같다곤 보기 어렵습니다. 화질에서 해상도는 모두 같겠지만, 일단 대기업 제품이라도 TV에 사용된 패널이 다르고, 메인보드가 다르기 때문에, 같은 소수라 해도, 차이를 보입니다. 마찬가지로 중소기업 제품들도 TV에 사용된 패널과 메인보드에 따라 그 화질이 다 다르기 때문에, 막연히 대기업과 중소기업으로 이야가 한다는 것이 정말 어렵습니다. 다만, 대기업 제품이 좋은 것은 ASㅇㅘ 기술지원, 그리고 제품에 대한 검증을 많이 해서 나왔다는 것이 있을 것이고, 중소기업 제품들은 패널과 모드를 각기 다른 곳에서 만들어, 조립형태로 제품이 나오다 보니 제품에 대한 검증이 많이 부족할 수 있을 것입니다.

[이군배]

물론 AS나 기술지원도 만힝 부족할 것입니다. 그렇지만, 가격이 저렴한것이 장점인데, 최근 중소기업 제품들은 HDMI 2.0을 지원하는 제품이 거의 없고, 특히 HEVC디코더를 내장한 UHDTV는 아예 없습니다. 그러므로 기능적으로 중소기업 UHDTV가 많이 부족한게 사실입니다. 그리고 2015년은 HDR/BT.2020과 같은 최신 기술들이 적용이 되는데, 중소기업 제품중에 그러한 기능들을 지원하기는 더 더욱 어렵습니다. 고로 UHDTV를 대기업과 중소기업으로 나누어 보는것 자체가 이젠 큰 의미가 없어 보입니다. 다만, 님께서 문의하신 동일 소스(HEVC)를 가지고 UHD화질은 이야기 한다면,

[이군배]

결국 HDMI의 성능과 패널, 메인보드에 딸 그 화질이 달라 질수 있습니다. 현재 중소기업 제품들은 대다수가 HDMI입력이 8bit만 지원이 됩니다. 그렇지만, 삼성-LG는 10bit를 지원하는 단자가 있어서, 화질은 삼성-LG가 좋을것 같습니다. 허나, 이 또한 4K 세톱박스나 4K 미디어 재생기가 HDMI출력이 10bit를 지원하야 온전한 화질이 UHDTV로 전달이 될 것입니다. 그래서 UHD화질은 TV제품 사양부터 재생기 사양, 소스정보까지 정확히 알고 판단을 해야 할 것입니다.

[이군배]

아무튼 UHD화질에 대한 좀 더 정확한 내용은 '프리미엄회원 방' 게시판에 있는 "'UHD AV', 이것만은 알자①-4K UHD화질(HEVC 4K@60fps에 10bit/4:2:0, 무얼 의미하는 것일까요?)"라는 글을 참좁해 보시면 좀 더 정확히 이해가 되실 것입니다.

[박찬호웅]

진심으로 감사합니다 이런캐 까치 세밀히 답변에 주셔서 또 한번 머리숙여 인사 합니다 꾸벅
더욱더 좋은 카페로 발전 하시기을 바랍니다

[하승종]

올레TV UHD VOD는 60P 진행하고 있습니다.....
초기에 30p 변환이 있었지만.....현재는 원본대로 하고 있습니다.
23.98/29.97/59.94 프레임으로 원본 프레임으로 사용합니다.....
최근엔 24/25/30/50/60 프레임도 시행되었습니다.
암튼....원본 프레임을 유지해야 자연스럽고, 효율이 좋아서....원본대로 하고 있습니다...참고 하세요.

[하승종]

그리고 UHD TV와 UHD셋탑 2대로 60p 영상을 각각 30p/60p로 출력 설정하고.....동시에 보면......심하게 차이납니다.
둘을 비교해서 보라면 절대 30P 못볼정도지요~.....다만 내용에 따라서 60p 효과를 못보거나 굳이 60p 제작이 필요없는 콘텐츠는 있겠지요.

[이군배]

말도 안되는 소리를... 어떻게 프레임 때문에 못볼정도라는 님의 주장에 그저 어이 없다는 말씀밖에... 극장영화가 4K 24fps인데, 극장 문 닫아야 겠네요. 올레TV든 IPTV업체들 HEVC인코딩 정보에 대해 공개한 적이 없는데, 어떻게 그렇게 단정적으로 말씀 하시는지요? 혹, 님께서 올레TV에 계신 분이시라면, 용산 카페 전용 AV연구소&시연장에 오셔서 공개 검증을 하였으면 합니다. 님의 주장대로 못 볼 정도의 차이라면, 제 눈이 이상한 것이니, 저희 카페 회원분들과 함께 공개 검증을 하였으면 합니다. / 참고로 제가 받은 올레TV의 인코딩 정보는 올레TV 홍보팀으로부터 받은 자료입니다.

[이군배]

그리고 제가 30fps Vs 60fps를 비교한것은 비단 올레TV 영상만 가지고 본 것이 아닙니다. H.264영상도 많고, 삼성이 매장에서 데모로 보여주는 HEVC 30fps영상등 여러 영상을 보고 말씀 드린 것입니다. 물론 60fps이 30fps보다 좋은 건 다 아는 상식의 이야기라고 본문 서두에서도 말씀을 드렸습니다. 허나, 60fps Vs 30fps을 보시면, 부드러움의 차이가 그리 크지 않다는 것입니다. 님의 주장처럼 못 볼 정라는 표현은 상당히 오버한 표현이라고 합니다. 그래서 저는 그 차이가 크지 않기 때문에, 차라리 프레임을 30fps로 줄이고, 컬러 색상인 컬러 비트와 디테일감인 샘플링 구조를 높이는 것이 더 좋다는 것을 말하는 것입니다.

[이군배]

물론 방송 전송 비틀레이트가 제한만 없다면, 모두 최적으로 올려서 하면 좋겠지만, 35Mbps가 방송의 한계선 처럼 되어 있니, 프레임 향상보다는 질감 향상에 중점을 두자는 이야기를 한 것입니다. 어찌되었든 님께서 못 볼 정라고 하시니, 30fps Vs 60fps을 소스를 가지고 공개 검을 하였으면 합니다.

[하승종]

극장은 24프레임 셔터스피드 1/48 정도로 알고 있으며,
방송용 29.97프레임 셔터스피드 1/60보다 많이 끊겨보이지 않게 느껴집니다.
특히 필름은 패닝효과?가 더 있는것인지 디지털 영화보다 더 부드럽더군요.

[하승종]

60P영상을 30p와 60P로 설정하고 TV 2대로 동시에 비교하면 그 차이가 크더군요.....
물론......TV 한대로 따로 따로 보면.....잘 모르겠다는 분들도 많이 있습니다.

[이군배]

예. 좋습니다. 저희 용산 카페 전용 AV연구소&시연장엔 삼성-LG 65인치 UHDTV가 나란히 비교 전시가 되어 있습니다. 저와 카페 회원들은 2014년 7월부터 여러 비교 검증 시연회를 하여 왔습니다. 즉, 카페 전용 AV연구소&시연장에서는 20~30명의 회원님들이 모여서 국내 UHD방송 화질 비교시연회, 삼성-LG -TCL UHDTV화질 비교 시연회, UHD AV특강까지 다양한 행사를 진행해 왔습니다. 그래서 그동안 30fps Vs 60fps를 비교 검증을 여러번 하여 왔습니다. 그러한 모든 결과를 종합해서 저는 본 글을 작성한 것입니다. 그런데, 그 결과가 30fps은 못 볼정라니, 저나 카페 회원님들이 도무지 납득이 안가서 그런 것입니다.

[이군배]

셔터 스피드라는 표현이 어디서 어떤 근거로 나왔는지는 모르겠으나, 본질은 피해가지 않으셨으면 합니다. 분명한건 UHDTV의 99%를 차지하는 LCD(LED)패널은 응답속도에 따라 프레임 처리도 달라 질 것입니다. 사실 지금 UHDTV의 LCD(LED)패널은 4K@60fps을 온전하게 구현하기에는 한계가 있습니다. 오히려 4K@30fps이 더 나은게 사실입니다. TV용 패널이 4K@60fps도 온전하게 처리하지 못하는 현실에서, 방송 프레임만 올린다고, 영상이 부드러워진다는건 좀 앞뒤가 맞지 않다고 봅니다. 어찌되었든 불필요한 논쟁은 이제 그만하고, 님께서 정말 60fps Vs 30fps이 못볼 정도라고 하셨으니, 같이 함께 비교 검증을 해보셨으면 합니다.