[발언] UHDTV로 온전한 UHD영상을 감상하려면...

[이군배]

UHDTV 국제 표준(ITU-R BT.2020/2100) & 현 수준
UHDTV 표준			4K UHD	8K UHD
영상	ITU-R BT.2020 (2012년)	해상도	3,840x2,160(16:9) 4,096x2,160(17:9)	7,680x4,320(16:9) 8,192x4,320(17:9)
		프레임(fps)	29.97, 30, 59.94, 60, 120
		컬러(bit)	8, 10, 12
		샘플링	4:2:0, 4:2:2, 4:4:4
		색표준	BT.2020
	ITU-R BT.2100 (2016년)	HDR	PQ(HDR10/HDR10+/Dolby Vision)
			HLG
음성(오디오)			2~32ch(5.1/10.2/22.2ch)
※분홍색은 현 수준, 적색은 2021년~ 구현 가능 수준 ※UHDTV는, 2000년 일본 NHK연구소에서 8K UHD(Super Hi-Vision)로 연구가 시작이 되었고, 2012년 일본의 주도로 국제 UHDTV표준이 제정 되면서, 4K UHDTV가 추가 되었다. 고로 UHDTV는 8K UHD가 먼저 시작이 된 것이다.

UHDTV 국제 표준(ITU-R BT.2020/2100)을 보면, Full 8K UHD는, 8K@120fps, 12bit/4:4:4까지 나와 있다. 하지만, Full 8K UHD구현은, 현실적으로 구현되긴 힘들 것으로 보인다. 이유는 Full 8K UHD로 영상을 압축 복원할 수 있는 인코더와 디코더가 없고, 앞으로도 나오기도 힘들 것으로 보이기 때문이다.

설사 Full 8K UHD로 압축 복원하는 인코더와 디코더가 나온다 해도, Full 8K UHD영상을 구현해줄 수 있는 디스플레이(현 10bit수준)도 없고, UHDTV의 표준 색상인 BT.2020 색을 70%이상 구현할 수 있는 디스플레이도 없다. 그리고 8K@120fps에 12bit/4:4:4로 편집하는 것도 당장은 역부족이다.

Full 8K UHD(8K@120fps, 12bit/4:4:4)가 구현되려면...(요약)

☞화질 구성 3요소

1)프레임 : 30→60→120fps

　2)컬러 표준&비트

　　*컬러 표준 : BT.709(HDTV/8bit) → DCI-P3(디지털영화/10bit) →

                      BT.2020(UHDTV/12bit) 100%구현

　 *컬러 비트 : 8(24)→10(30)→12(36)bit

3)샘플링 : 4:2:0→4:2:2→4:4:4

☞화질 3대 조건

　1)촬영(카메라)

　2)(편집)압축

   3)(인터페이스)디스플레이

※Full 8K UHD영상 구현은, 화질의 3대 조건인, "촬영(카메라)-(편집)압축-(인터페이스)디스플레이"가 모두 8K@120fps, 12bit/4:4:4를 지원해야 한다. 그리고 좀 더 나은 화질 향상을 위해 아래 조건들이 부가적으로 향상되어야 한다.

☞HDR지원

　1)PQ : HDR10/HDR10+/Dolby Vision

　2)HLG : UHD방송

   3)HDR구현 nit : 최소 1,000nit

☞화질 척도-압축(전송) 비트레이트 유지

☞디스플레이(TV/모니터/프로젝터) 올바른 화질조정

결국 Full 8K UHD영상은, 이론상으로나 존재하게 될 것으로 보이기 때문에, 현재 현실적으로 대중화되고 있는 4K UHD영상과 8K UHD영상을 온전하게 감상할 수 있는지가 더 중요한 요소가 될 것이다.

현재 4K-8K UHD영상은, 60fps, 10bit/4:2:0수준밖에 구현이 안 되고 있다. 그리고 무엇보다 4K UHD영상은, 이미 출시된 HEVC디코더 때문에라도 더 이상의 화질향상은 어렵다.

다만, 8K UHD영상은, 아직 시작 단계이기 때문에, 2021년부터는, 프레임이 60→120fps로 올라갈 수 있고, 컬러비트도 10→12bit로 향상될 수 있을 것으로 보인다.

그럼 4K@60fps, 10bit/4:2:0의 4K UHD영상을, 지금의 4K UHDTV로 온전히 감상할 수는 있을까? 물론 가능하다(BT.2020 색 재현 100%구현 제외). 다만, 그러한 4K UHD영상이라도 온전하게 감상을 하려면, 여러 부분들이 함께 수반이 되어야 하기 때문에, 그러한 여러 부분들을 하나씩 살펴보자.

☞화질 구성 3요소

1)프레임 : 30→60→120fps

120fps구현이 좋긴 하지만, TV화면 크기가 80"(8K)이내에서 주로 대중화가 되고 있고, 120fps구현에 따른 용량대비 효용성이 크지 않아, 120fps은 큰 의미가 없기 때문에, 60fps으로 상용화가 되어도 충분할 것으로 보인다.

2)컬러 표준&비트 : BT.2020 & 8(24)→10(30)→12(36)bit

UHDTV의 컬러표준이 BT.2020이지만, UHDTV의 대다수를 차지하는 LCD(LED)형 4K UHDTV의 BT.2020 색 재현률 수준이 50%정도이고, OLED TV는 60%, QLED TV는 70%수준으로 아직 부족함이 있다.

BT.2020 색 재현률이 100%까지 되려면, TV용 패널이나 메인보드(압축 디코더)의 컬러처리 수준이 12bit는 되어야 하기 때문에, 이에 대한 기술적 보완이 우선적으로 선행 되어야 할 것으로 보인다.

현재 컬러 비트는, 8bit(천육백만 컬러)를 넘어 10bit(10억 컬러)수준에 와 있다. 2021년~ 부터는 12bit(687억 컬러) 컬러 시대에 진입할 것으로 보여, BT.2020 색 재현률이 100% 구현이 가능할 것으로 보인다. 현재 일본은 LCD(LED)로 BT.2020 색 재현률 90%까지 구현하는 기술을 선보이고 있다.

3)샘플링 : 4:2:0→4:2:2→4:4:4

4:4:4로 구현이 되면 좋기는 하겠지만, 4:4:4는 차지하는 용량에 비해, 화질 향상 효과가 크지 않아, 사실상 샘플링은 4:2:0으로만 상용화가 되고 있다. 해서 앞으로도 4:2:2나 4:4:4는 상용화가 쉽지 않을 것으로 보인다.

☞화질 3대 조건

1)촬영(카메라)

카메라는 Full 8K UHD(8K@120fps, 12bit/4:4:4)로 촬영이 가능한 수준까진 와 있으나, 문제는 그러한 RAW(무압축) 카메라가 너무 고가이다 보니, 저렴한(성능 부족) 카메라가 많고, 또한 촬영환경(조명등)이 열악하여, 콘텐츠 제작사 별로 촬영에 따른 화질 편차가 발생하고 있다.

2)(편집)압축

설사 RAW(무압축)로 Full 4K UHD 또는 Full 8K UHD로 촬영이 된다 해도, 편집이 어려워 다운 편집이 되는 경우가 다반사이고, 설사 Full UHD로 편집을 하였다 해도, 압축 인코더나 디코더가 4K-8K, 60fps, 10bit, 4:2:0 수준까지밖에 구현이 안 돼, 그 이상의 촬영이나 편집은 사실상 의미가 없다.

3)(인터페이스)디스플레이

*인터페이스 수준

  HDMI 2.0(18Gbps)→4K@60fps, 12bit/4:2:0

  HDMI 2.1(48Gbps)→8K@60fps, 10bit/4:2:0

  HDMI 2.1a/DSC(144Gbps)→8K@120fps, 12bit/4:2:2

*디스플레이(패널) 수준

  8K(7680x4320) 10bit 수준→12bit컬러처리 기술 개발 필요

☞HDR

1)PQ : HDR10/HDR10+/Dolby Vision

2)HLG : UHD방송

UHD영상의 꽃이라는 HDR이, HDR방식을 놓고, 회사 간 주도권 경쟁으로 번지면서, HDR방식이 많아지면서 UHDTV대중화의 최대 난제로 작용하고 있다. HDR구현 방식을 1~2가지로 통일 하던지, 아니면, 다양한 HDR방식을 하나로 구현하는 기술적 보완이 시급한 과제로 떠오르고 있다.

☞화질 척도-압축(전송) 비트레이트

동급의 UHD화질은, UHD영상을 압축하는 압축(전송) 비트레이트에 달려 있다.

UHD콘텐츠 화질 대중화 현황
하급화질 (수준 미달)	일부 인터넷 4K 영상	4K@30/60fps, 8/10bit, 4:2:0, 10~20Mbps
	지상파 UHD(4K)방송	4K@60fps, 10bit/4:2:0, 16Mbps
중급화질 (수준유지)	케이블TV UHD(4K)방송	4K@60fps, 10bit/4:2:0, 32Mbps
	일본 UHD(4K)방송	4K@60fps, 10bit/4:2:0, 35Mbps
상급화질 (수준 최적화)	4K 블루레이	4K@60fps, 10bit/4:2:0, ~100Mbps
Full 4K UHD	상용화 가능성 없음	4K@120fps, 12bit/4:4:4
중급화질 (유지수준)	한국-일본 8K UHD방송 /Ver.1/(HEVC/10bit)	8K@60fps, 10bit/4:2:0, 85Mbps
	2021년~ 보편적 8K UHD방송/ Ver.2/(FVC/12bit)	*8K@60fps, 10bit/4:2:0,   50Mbps *8K@60fps, 12bit/4:2:0,   60Mbps *8K@120fps, 12bit/4:2:0   90Mbps
상급화질 (최적화 수준)	8K 블루레이(FVC/12bit)	8K@120fps, 12bit/4:2:0, ~150Mbps
Full 8K UHD	상용화 가능성 없음	8K@120fps, 12bit/4:4:4
※8K UHD콘텐츠도, 50Mbps이하의 수준이하 8K UHD화질이 상당수 등장할 것으로 보이고, 8K UHD영상은 HEVC(H.265)/10bit의 Ver.1을 시작으로, 2021년부터는 FVC(H.266/?)/12bit의 Ver.2로 상용화가 예상 된다.

☞디스플레이(TV/모니터/프로젝터) 올바른 화질조정

화질은 기본적으로는 디스플레이(TV/모니터/프로젝터)의 성능이 받쳐주지 않는다면, 화질 구현엔 한계가 있을 수 있다. 또한 디스플레이의 영상설정이 잘못되었다면, 같은 디스플레이라 해도, 화질이 왜곡되어 나올 수 있다. 해서 디스플레이의 올바른 영상설정은 온전한 화질 감상의 중요한 요건이 될 수 있다.

1)직접 수신을 통한 화질 조정

안테나 또는 인터넷, USB 재생 시, 영상조정이 필요하다.

2)외부입력(HDMI)을 통한 화질 조정

*HDMI 입력 단자별 영상조정이 필요하다.

*4K 재생기의 HDMI출력 영상 조정에 따라서도 화질차이가 발생할 수 있지만, 잘못 설정하면 역효과가 생기므로, 화질 조정에 자신이 없다면, 가능한 4K 재생기의 HDMI출력 영상조정은 건들지 않는 게 좋다.

화질은 기본적으로 개인적 견해에 따라 편차가 발생을 한다. 그래서 화질에 대한 평가는 개개인별로 다를 수 있겠지만, 분명한 것은, UHD화질에 대한 평가는, 위에서 제시한 모든 것들이 함께 감안이 되어야 하고, 또한 UHDTV로 온전한 UHD영상을 감상하려면, 위에서 제시한 것들을 감안해서, 그에 맞는 UHD콘텐츠로 감상을 해야 할 것이다.

[전수현]

잘 정리해 주셨네요. 잘 보고 갑니다.

[이응봉]

좋은 분석글 감사합니다 즐거운 한주 보네세요....^^

[신동수]

늦어도 3년뒤면 옳은 8k uhd도 감상할수있겠네요