[발언] UHD화질에 대하여....

[이군배]

우리는 TV를 선택함에 있어, 좀 더 좋은 화질에 화면이 큰 것을 선택하고 싶어 한다. 하지만, 80인치 이상의 화면은 가격이 비싸거나, 환경(TV와의 시청거리) 안되어 구입을 못하는 경우가 대부분이다.

그렇다고 80인치 미만이라해도, 화질이 좋은 TV를 선택하려면, 비용이 적지 않게 든다. 그래서 화질과 음질은 돈에 비례한다는 말도 있지만, 실제 우리들은 TV화질에 대해 얼마나 알고 TV를 선택할까?

사실 화질을 이야기 하는 것만큼 난해한 것도 없다. 개인적 취향에 따라 같은 화면을 보고도 다르게 받아 들이기 떄문에, 그래서 대다수의 분들은 매장 직원이 추천하는 것 중에, 예산과 집안의 크기(TV의 크기), 브랜드로 제품을 결정하는 경우가 대다수다.

그리고 많은 분들이 HDTV나 UHDTV의 화질 차이를 느끼기 힘들다며, UHDTV에 대한 기능이나 화질 등은 그다지 생각하지 않고 구입을 한다. 허나, UHDTV의 화질은 상당한 의미가 있다. 해서 UHD의 화질에 대해 살펴보았다.

UHD는 단순히 해상도만 HD에 비해 4배(4K)~16배(8K)로 높아지는 것이 아닌, 프레임은 30→60→120fps로 향상이 될 수 있고, 색 재현력도 기존 BT.709표준 색상보다 20~30%향상된 BT.2020표준 색상을 적용(최적화)함으로서, 8→10→12bit까지 자연스런 컬러를 구현할 수 있다.

또한 디테일감도 기존 4:2:0→4:2:2→4:4:4로 향상 시킬 수 있고, 휘도(HDR)를 적용(최적화)하여, 화면의 명암비도 좀 더 또렷하게 구현이 가능하여, 디스플레이가 온전하게만 구현을 해준다면, Full UHD는 마치 거울처럼 자연스런 영상을 구현할 수 있다. 이것이 바로 UHD인 것이다.

하지만, 시중에서 판매되는 UHDTV의 화질은 Full UHD를 담아내기엔 아직 부족함이 많다. 또한 우리들이 보고 있는 UHD콘테츠도 그리 좋은 편이라고 이야기 하기도 그렇다. 해서 UHD화질은, 화질의 3대 요소인 "촬영-(편집)압축-(인터페이스)디스플레이"와 화질의 척도인 "압축(전송) 비트레이트"가 함게 수반이 되어야 양질의 화질이 구현 될 수 있을 것이다.

*화질의 3대 요소 : 촬영-(편집)압축-(인터페이스)디스플레이

*화질의 척도 : 압축(전송) 비트레이트

1.촬영(카메라)

카메라	프레임	컬러비트 /샘플링	저장방식	저장 비트레이트
스마트폰	4K@30fps	8bit/4:2:0	H.264	15Mbps내외
캠코더	4K@30fps	8bit/4:2:0	H.264	30~100Mbps
업무용 캠코더	4K@30fps 4K@60fps	8bit/4:2:0 10bit/4:2:0	H.264 AVCHD	80~150Mbps
방송용/ 영화용	4K@60fps 4K@120fps	10bit/4:2:0 12bit/4:2:0	AVCHD RAW	100~300Mbps RAW(무압축)
촬영 환경	조명(밝기), 촬영 기술(떨림/조작)에 따라 화질 차이
※카메라의 성능에 따라, 또는 촬영 환경과 촬영자의 상태에 따라 원본 화질은 달라질 수 있다. ※방송용 카메라는 Full UHD까지 담아낼 수 있는 제품이 나와 있다.

2.(편집)압축

아무리 잘 촬영한 원본 영상이라 해도, 편집 상태에 따라 화질 차이가 발생할 수 있다. 특히 60fps이상은 편집에 시간이 많이 걸리면서, 120→60fps, 60→30fps로 다운해서 편집을 하는 경우가 많다. 이렇게 편집한 것을 미디어에 담거나 방송으로 송출하기 위해 압축을 하는데, 미디어 용량과 전송용량에 맞추기 위해, 4:4:4/4:2:2→4:2:0으로 다운이 되고, 12→10bit로 다운되거나 심지어 12/10→8bit로 다운되어 인코딩 하는 경우도 많다.

또한 HD로 촬영한 영상을 4K UHD로 업스케일링한 것을 UHD라며 방송으로 송출하는 경우도 상당수다. 이처럼 (편집)압축하는 과정에서 화질 저하가 가장 심하게 발생하는데, 여기서 중요한 것은 압축할 때, 압축(전송) 비트레이트를 어느 정도로 하느냐에 따라 또다시 화질 차이가 발생을 한다.

현재 4K UHD영상은 대다수가 4K HEVC(H.265)로 압축을 하는데, 4K HEVC압축 인코더가 4K@60fps, 10bit/4:2:0까지 밖에 압축을 못하고, 또한 압축 전송 비트레이트도 50Mbps이내까지가 대다수이다. 물론 일부 4K 블루레이용은 100Mbps까지 가능하다.

☞일정 수준의 UHD화질이 유지되려면(HEVC/HDR적용 기준)...

*4K UHD : 4K@60fps, 10bit/4:2:0, 35Mbps
*8K UHD :  8K@60fps, 12bit/4:2:0, 120Mbps

※8K UHD영상은 압축 효율이 향상된 새로운 압축 코덱을 적용(?/H.266/ JVET JEM)하면, 70~80Mbps로 해도 일정 수준의 화질은 유지가 될 것으로 보임.

3.(인터페이스)디스플레이

인터페이스(HDMI)는 세톱박스나 재생기 등을 사용할 경우, HDMI(인터페이스)전송 용량에 따라 화질 전송 기준이 달라진다. 하지만, 4K UHDTV가 4K UHD방송을 직접 수신한다면, 인터페이스(HDMI)와는 관계없이, TV(디스플레이)용 패널과 메인보드 등에 따라 화질이 결정 된다.

HDMI 2.0(18Gbps)은, 최대 4K@60fps, 12bit/4:2:2까지의 무압축 전송이 가능하지만, 현재 나와 있는 4K HEVC압축 인코더가 4K@60fps, 10bit/4:2:0까지밖에 압축이 안 되고, 또한 TV(디스플레이)용 패널과 메인보드(디코더)가 모두 10bit까지 밖에 처리가 안 되어, 사실상 10bit이상은 의미가 없다.

※fps(프레임), 컬러비트(8/10/12bit), 샘플링(4:2:0/4:2:2/4:4:4)

8bit는 1,600만 컬러, 10bit는 10억 컬러, 12bit는 687억 컬러를 구현한다. 이때 컬러를 구현하는 색 표준은 HDTV는 BT.709를 UHDTV는 BT.2020을 적용하도록 표준이 되어 있지만, BT.2020을 적용하기 위한 시설이 마련되어 있지 않아서, UHDTV에는 아직도 BT.709나 DCI-P3(디지털 시네마 색표준)를 적용(최적화)하고 있다.

BT.709나 DCI-P3는 10bit로 100%에 가까운 색상을 구현할 수 있지만, BT.2020의 색상이 100%가 나오려면, 적어도 12bit는 되어야한다. 허나, 12bit를 처리하는 4K UHDTV(패널/메인보드)가 없기 때문에, 12bit에 BT.2020 색상 100%는 8K UHDTV에서나 가능할 것으로 보인다. 현재 샤프는 유일하게 85" 8K UHD디스플레이에 12bit패널을 적용하고 있다.

끝으로 UHD화질을 좀 더 개선하기 위해, 최근에는 UHD영상에 HDR을 적용하여, 밝고 어두운 부분을 좀 더 정확히 표현함으로서, UHD화질을 향상시키고 있지만, HDR방식에 따라 또는 UHDTV가 HDR을 지원하느냐에 따라서 화질은 달라질 수 있다. HDR 10방식은 SDR 4K UHDTV에서 화면이 뿌옇게 되는 역효과가 있고, HLG나 Dolby Vision은, 그러한 역효과가 없지만, 구현하는 TV들이 이제서나 보급이 되고 있다.

참고로 디테일 감을 구현하는, 4:2:0/4:2:2/4:4:4 샘플링은, 압축 인코더와 인터페이스 전송의 한계로 대다수 4:2:0으로 대중화가 되고 있다. 4:2:2/4:4:4는 촬영 원본에서나 적용이 되고 있다.

프레임(fps)은, 카메라가 120fps까지 촬영이 가능한 것이 있지만, 압축 인코더가 대다수 60fps까지만 가능하고, 또한 TV의 패널이 LCD(LED/QD)인 경우 패널 응답속도가 아무리 좋아도 1ms이상을 넘지 못해 사실상 온전한 60fps이상을 구현하긴 힘들다. OLED는 0.001ms로 응답속도는 좋지만, TV에 내장된 HEVC디코더 또는 영상 처리 패널의 한계로 인해, 60fps이상은 한계성을 가지고 있다.

그리고 LCD(LED/QD)형 패널의 경우, 기본적으로 빛샘과 시야각이 존재하여, 온전한 화질을 구현하는데 있어서 패널의 한계성도 있고, OLED같은 경우에는 시간이 지나면서, 화면의 밝기 등이 다소 떨어지는 문제등이 있을 수 있다.

4.TV성능과 조정, 그리고 콘텐츠에 따른 화질

이상에서 살펴본 것처럼, 화질은 촬영부터 디스플레이까지 모두 그에 비례해서 성능이 받쳐주어야만 온전한 화질 구현이 된다. 하지만, Full UHD영상의 구현은 사실상 구현이 불가능하다. 그래서 대다수의 4K UHD화질은, 4K@60fps, 10bit/4:2:0 정도인데, 문제는 같은 4K UHD화질이라 해도, 콘텐츠의 압축(전송) 비트레이트에 따라서 화질은 달라진다.

가령 지상파 4K UHD방송은 18Mbps이고, 케이블TV 4K UHD방송은 32Mbps, 일본 4K UHD방송은 35Mbps로 압축전송 비트레이트가 두 배 가까이 차이가 난다. 일본은 HDR(HLG)을 적용한 방송을 하지만, 국내 지상파 4K UHD방송을 HDR을 적용하지 않아, 같은 4K UHD화질(60fps, 10bit/4:2:0)이라 해도, TV로 보여주는 화질의 쨍한 느낌은 상당한 차이가 있다. 그래서 18Mbps의 지상파 4K UHD화질을 무늬만 4K UHD화질이라고 하는 것이다.

이처럼 콘텐츠(방송+미디어)의 질에 따라서 화질 차이가 있지만, 이러한 콘텐츠를 보는 TV에 따라서도 화질 차이가 발생을 한다. 즉, TV의 성능과 TV에 적용된 각종 색상 표준에 따라 화질이 다르게 느껴진다. 가령, LG전자 M+(RGBW)패널을 적용한 4K UHDTV는 해상도는 3840x2160를 지원한다해도, 패널의 유효화소수가 2880x2160밖에 안되어, 온전한 4K UHD화질을 구현하긴 힘들다.

그렇지만, 현존 TV중 최고의 화질을 구현한다는 LG 4K OLED TV와 같은 TV로, 18Mbps의 지상파 4K UHD방송을 시청한다면, 4K OLED TV의 화질 구현 성능이 50%도 구현되지 못한다. 그래서 콘텐츠의 화질이 그만큼 중요한 것이다.

이처럼 TV의 성능과 화질이 중요한 요소가 되지만, 아무리 좋은 TV라 해도, 사용자의 TV설정에 따라 화질은 또 달라진다. 가령 4K UHDTV에서 화면의 밝기나 색상 모드를 어떻게 놓고 보느냐 따라 화질은 달라질 수 있다. 즉, 화면 영상 모드를 선명한 영상 또는 영화/게임/사진과 같은 모드로 놓고 보느냐에 따라 콘텐츠의 화질은 다르게 나올 수가 있다.

이러한 측면에서, 중소업체나 중국산 4K UHDTV Ready제품은, 상당한 화질 차이를 보일 수 있다. 다만, 이러한 화질 차이를 1대의 TV만을 놓고 보면, 잘 느낄 수 없다. 바로 이러한 것 때문에, 프리미엄TV와 저가 TV의 차이에 평가가 희석이 되는 것이다.

5.결어

UHD화질은, 화질의 3대 요소인 "촬영-(편집)압축-(인터페이스)디스플레이"와 화질의 척도인 "압축(전송) 비트레이트"에 따라서 달라지지만, TV의 성능과 사용자의 조정상태, 그리고 콘텐츠에 따라서 화질은 제각각 보여줄 수 있다. 그러므로 사용자들이 이러한 것들을 감안하여, 최적의 화질로 감상할 수 있는, 화질에 대한 기본 상식을 갖추고, 최적의 TV와 최적의 콘텐츠로 온전한 UHD화질을 감상하였으면 한다.

[박문환(촉수엄금)]

좋은 내용 감사합니다.

[전수현]

좋은글 잘 보았습니다.

[윤석용]

바로 이런 글 원했는데 속이 시원하군요.

[박금규]

유익한 정보 감사드립니다.

[김병문(스카이)]

거의 매일같이 새로운 정보를 올려주시는 카페지기님의 수고에 감사를 드립니다
많은 정보로 도움을 받고 있으나, 앞으로 정부가 나아갈길이 걱정되는군요.
- 중요한건 요즘 TV가격이 상당히 다운되서(구형) 자꾸 지르고 싶어지네요..ㅎㅎ

[최성근(조청)]

그러면.... WRGB 나 그냥 RGB 방식의 올레드는 지금사면 손해인가요?

[이군배]

RGB방식은 소니-삼성이 일시 출시하였다가 원가 때문에 모두 포기하였습니다. 그러므로 RGB방식은 더 이상 나오긴 힘들 것으로 보입니다. 그래서 현재로선 LG가 생산중인 WRGB방식이 대안인데, LG 4K OLED TV는 현존 최고의 화질을 가진 TV라고 봅니다. 다만, OLED TV가 8K OLED TV에서도 유지가 될지는 모르겠습니다. TV라는 것이 화질이 우선이긴 하지만, 하루 4~5시간 보는 TV라면, 전기료도 무시할순 없다고 봅니다. 그래서 8K OLED TV(65인치 기준 최소 500W이상 될듯)가 나올지는 모르겠습니다. 어찌되었든 현재로선 최고의 화질은 LG 4K OLED TV(WRGB)가 아닐까 합니다.

[유성종]

요즘 가격이 엄청 떨어져 (G마켓에선 65 UHD가 599,000 한정판매) 혹 할때가 있는데 올려주시는 글들을 보며 비교해보고 많은 도움 받고 있습니다. 감사합니다...^^

[이군배]

그렇게 싼데도(삼성-LG 최저가 TV의 1/3가격) 많은 분들이 찾지 않는 것은, 다 그만한 이유가 있어서 입니다. 참고로 중소업체 TV는, 지상파 UHD(4K)방송 수신기가 내장되어 있지 않아, 4K UHDTV Ready이며, HDR등은 지원이 되지 않고, HDMI 2.0성능이 부족하여, 4K UHDTV로서의 성능이 나오지 못합니다.