[발언] HDMI 2.1, 지금 이대로 가도 괜찮은가?

[이군배]

부제 : HDMI 2.1 발표 4년의 현실은?

HDMI Forum은, 2017년 1월 CES 2017에서, HDMI 2.1 표준(기준)을 발표하면서, HDMI 2.1에 DSC(압축전송)를 적용하면, 최대 128.3Gbps(8K-10K/120Hz)까지 전송할 수 있다고 발표하였다. 하지만, 4년 3개월이 지난 HDMI 2.1의 상용화 수준은, 기본인 40/48Gbps(8K/60Hz)까지만 전송이 가능한 수준에 머물러 있다.

HDMI 2.1에 대한 문제의 심각성은, 2021년에 출시되는 신제품에서도 달라진 것이 없다는 것이다. 즉, HDMI 2.1에 DSC를 적용한 TV나 재생기, AV리시버 등이 2021년에도 없다는 것이다. 그리고 무엇보다 HDMI 2.1이, 기본인 40Gbps(10Gbps x4 FRL)와 48Gbps(12bps x4 FRL)로 상용화가 되어, 성능미달은 물론 호환성 문제까지 나오고 있다라는 것이다,

그럼 HDMI 2.1 DSC(8K-10K/120Hz)는 언제쯤 상용화가 가능할까? 지금으로 봐서는 2022년은 되어야 하지 않을까 싶지만, HDMI 2.1 DSC에 대한 기준(표준?)이 애매한 것들이 많아, 실제 어느 정도 수준에서 상용화가 될지도 아직은 예단조차하기 힘들다. 해서 HDMI 2.1의 문제점을 짚어 보았다.

▶HDMI 2.0/2.1 차이점 비교

인터페이스 명		HDMI
버전		2.0	2.1
최대 대역폭		18Gbit/s	48Gbit/s
데이터 전송 속도량		14.4Gbit/s	42.6Gbit/s
인코딩	체계	8b/10b	16b/18b
	효율성	80%	88.8%
전송 모드(기준)		TMDS 6G	FRL 10G/12G
전송 채널(Lane)		D0~D2/3ch *6Gbps x 3ch=18Gbps	L0~L3/4FRL *10Gbps x 4FRL=40Gbps *12Gbps x 4FRL=48Gbps
DSC(압축 전송)		X	DSC 1.2
※인코딩 효율성은, 최대 대역폭에 데이터 전송 속도량을 기준으로 한 것이다. ※HDMI 2.0(TMDS)까지는 3개의 데이터 채널과 1개의 클럭 채널을 사용하지만, HDMI 2.1(FRL)은, 클럭을 사용하지 않아, 1개의 클럭 채널을 Data 레인(Lane)으로 사용하여, 총 4개의 레인(Lane)을 사용한다. ※YCbCr 4:2:0 sampling mode는, 4K/60p에 8/10/12bit와 8K/60p에 10/12bit, 10K/120p, 10/12bit에서만 지원한다. ※HDMI 2.1 DSC는, 12bit는 지원하지 않으며, 48Gbps 링크에서만 지원한다. ※HDMI Forum 기준 최대 전송량 128.3Gbps를 전송하려면, 기본 48Gbps에 DSC x2.7배=129.89Gbps는 되어야 한다.

▶HDMI 2.1의 문제점(위 도표 참조)
1.하위버전과 인코딩 체계가 달라 호환성 문제가 발생하고 있다.
HDMI 2.0까지는 인코딩 체계가 '8b/10b'를 적용하였지만, HDMI 2.1은 인코딩 체계를 '16b/18b'를 적용하여, HDMI 2.0에 비해 전송 효율이 8.8% 향상되지만, 이로 인해 제품 간 호환성 문제가 발생하고 있다(참조 : 8b/10b는, 8bit 입력 신호를 10bit 코드로 변환하는 인코딩 방식이다).

2.전송 채널(Lane) 기준이 3가지로 상용화 되어, 역호환성 문제가 발생하고 있다.
①40Gbps(10Gbps x 4FRL)
*8K/60Hz, 10bit/4:2:0(40bps)
삼성-LG TV / AMD RDNA 기반 그래픽카드-PS5/Xbox Series X/Radeon RX 6000시리즈 PC용 비디오카드 / 8K AV리시버(데논, 마란쯔, 야마하 등)

②48Gbps(12Gbps x 4FRL)
*8K/60Hz, 12bit/4:2:0(48bps)
창홍-스카이워스 8K TV / ASUS ROG Strix XG43UQ 게이밍 모니터 등

③48Gbps(12Gbps x 4FRL)+DSC →TV는 2022년~ 상용화 예상
*8K/60Hz, 12bit/4:4:4(96.23Gbps)
NVIDIA GeForce RTX 30xx시리즈 PC용 비디오카드
※중국 창홍 8K TV와 NVIDIA GeForce RTX 30xx시리즈로 연동해서, 8K/60Hz, 12bit/4:4:4(96.23Gbps)로 연동하는데 성공→창홍 8K TV는 HDMI 2.1 DSC지원을 공식적으로 언급하지 않고 있고, RTX 30xx시리즈는, 8K/60Hz, 12bit/4:4:4까지 지원 한다고 언급하고 있다.

참조>역호환성 문제

가령 40Gbps를 적용한 HDMI 2.1은, 8K/60Hz, 10bit/4:2:0(40Gbps)은 전송이 가능하지만, 8K/60Hz, 12bit/4:2:0(48Gbps)은 전송하지 못해, 같은 HDMI 2.1인데도 역호환성 문제가 생기는 것이다. 즉, '10Gbpsx4FRL=40Gbps'를 적용한 HDMI 2.1은, 8Gbps가 많은 8K/60Hz, 12bit/4:2:0(48Gbps)의 8K 영상은 전송하지 못해, 같은 HDMI 2.1이라 해도 역호환성 문제가 발생하고 있는 것이다. 또한 기본 40/40Gbps만 지원하는 HDMI 2.1은, HDMI 2.1 DSC(8K/120Hz)로 전송할수 있는 화질을 전송하지 못해, 같은 HDMI 2.1이라 해도 역환성이 발생하는 것이다 

3.DSC기준이 아직도 명확하지 않다.
HDMI Forum은, DSC는 YCbCr 4:2:0 sampling mode에 48Gbps에서만 DSC를 지원을 한다고 밝히고 있다. 또한 최근엔 12bit도 지원을 못하는 것으로 알려지고 있다. 하지만 더 큰 문제는 DSC기준이 아직도 명확하지 않다라는 것이다.

즉, VESA가 제안한 DSC는, 최대 3배까지 압축 전송이 가능하지만, 실제는 그 보다는 못한 것으로 보여 지고 있고, DSC적용 기준이 명확하지 않아, 제품을 만드는 회사별로 차이가 있어, 추후에 호환성 문제가 불거질 것으로 보인다.

해서 HDMI 2.1 DSC가, 48Gbps를 기본으로 하면서 12bit는 지원하지 못하는 점과 DSC를 지원하는 YCbCr 4:2:0 sampling mode가, 4K/60p에 8/10/12bit와 8K/60p에 10/12bit, 10K/120p, 10/12bit에서만 지원 된다는 점을 감안하면, 실제 HDMI 2.1(기본 48Gbps)의 최대 지원 화질은, 8K/60Hz, 12bit/4:2:0까지가 될 것으로 보이고, HDMI 2.1+DSC(100.24Gbps)는, 10K/120Hz, 10bit/4:2:0까지가 될 것으로 보이지만, 제일 중요한 8K/120Hz, 10bit/4:2:0은, YCbCr 4:2:0 sampling mode에 표함되어 있지 않아, 실제 지원이 될지는 알 수가 없다.

▶HDMI 2.1의 역효과
최근 출시되고 있는 프리미엄 4K TV 또는 8K TV에 HDMI 2.1 기본(40/48Gbps)을 적용하여, 8K TV로 4K/120Hz로 활용(게임) 하라는 어처구니없는 일이, TV제조사들에 의해 자행되고 있다(8K/120Hz는 구현 못함). TV로 4K/120Hz로 설정해서 사용할 만한 것은 게임 외에는 특별한 것이 없기 때문에, TV에서 4K/120Hz는 큰 의미가 없다(방송이나 디스크 같은 콘텐츠는 모두 4K/60fps).

특히 8K TV를 4K/120Hz로 사용하게 되면, 8K TV용 패널이 8K/60Hz이기 때문에, 120Hz는 MEMC로 구현되어 Real 4K/120Hz는 구현이 안 된다. 또한 텍스트와 같은 선명도를 최대한 살리려면, 재생기와 디스플레이는 1:1 픽셀 매칭(8K)이 가장 이상적인 연동이다. 해서 8K TV에서 4K/120Hz로 설정하는 것은 TV성능을 역주행하는 것이나 다름이 없다(8K TV에서 4K/120Hz가 제대로 동작하려면, 8K/120Hz패널 채용해야).

▶HDMI 2.1, 지금 이대로 가도 괜찮은가?
HDMI 2.1이 처음부터 HDMI 2.1 DSC를 지원해서 갔다면 문제가 없었을 것이다. 하지만, 기술 수준이 되지 않았는데도, 제조사들이 성급하게 제일 낮은 기준(40Gbps)으로 HDMI 2.1을 상용화를 하면서, 혼란과 부작용이 생긴 것이다. 우려가 되는 것은, HDMI Forum에서 제시한 HDMI 2.1 기준(표준)으로, HDMI 2.1이 상용화 된다면, 사실상 HDMI 2.1은 8K/60Hz, 10bit/4:2:0(8K HDR10) 수준밖에 안 된다.

만일 HDMI 2.1 성능이, 2021년 수준으로 간다면, 향후 8K TV의 성능은 물론, 8K화질도 더 이상 개선되기 힘들어, 8K/120fps에 12bit의 8K영상은 기대하기 힘들 수도 있다. 해서 강제성이 없는 HDMI 2.1 성능 향상에, 업체들의 각별한 노력이 있어야 할 것이고, 아울러 HDMI 2.1이 '40Gbps와 48Gbps, 48Gbps+DSC'로 상용화 되고 있는 것을 48Gbps+DSC 하나로 통일하는 방안이 제시 되어야 할 것이다.

▶HDMI Forum이 제시한 HDMI 2.1 전송 수준

▶HDMI 2.1 기본(비압축) 또는 DSC(압축)로 실 지원 화질

1)HDMI 2.1 기본(40Gbps/비 압축)
*4K/120Hz, 10bit/4:4:4(40.1Gbps)→현 상용화 수준
*8K/60Hz, 10bit/4:2:0(40.1Gbps)→현 상용화 수준 

2)HDMI 2.1 기본(48Gbps/비 압축)
*4K/120Hz, 12bit/4:4:4(48.11Gbps)→일부 상용화
*4K/144Hz, 10bit/4:4:4(48.11Gbps)→일부 상용화
*8K/60Hz, 12bit/4:2:0(48.11Gbps)→현실적으로 가장 이상적인 상용화 방안이지만,

  12bit패널 미비와 HDMI 2.1 성능 미달로 실 상용화가 쉽지 않은 상황.

3)HDMI 2.1 기본+DSC x2.7(129.9Gbps/압축)
*8K/120Hz, 8bit/4:4:4(128.30Gbps)→8bit는 의미 없음
*8K/120Hz, 10bit/4:2:0(80.19Gbps)→HDMI Forum 포럼 제시 YCbCr 4:2:0 sampling mode엔 없음
*8K/120Hz, 10bit/4:2:2(106.92Gbps)→HDMI Forum 포럼 제시 YCbCr 4:2:0 sampling mode엔 없음
*10K/120Hz, 10bit/4:2:0(100.24Gbps)→DSC로 유일하게 상용화 가능

[전수현]

어렵고 복잡하네요. 아직 기술이 따라주지 못해서 그런건가요?

[이군배]

1차적으로는 기술이 따라주질 못해서 그런다고 봐야 할 것입니다. 원래 HDMI는 무압축 전송을 기반으로 해 왔던 것인데, HDMI 2.1에서 DSC를 적용한 것인데, 기존 무압축 HDMI 2.0(18Gbps)보다 2.7배나 많은 전송량(48Gbps)에 압축(2~3배)까지 해서 고화질(8K/12bit) 데이터를 보내어 실시간으로 처리를 해야 하기 때문에, 쉽지가 않은 듯싶습니다. 다만, 그렇다고 해도, DSC가 12bit를 지원하지 못하는 부분은 매우 아쉬운 부분이고, 또한 8K/120fps, 10bit에서 YCbCr 4:2:0 샘플링 모드가 없다는 것도 매우 아쉬운 부분입니다.

[이군배]

해서 8K 영상은, 향후에라도 8K/60fps, 10bit에서 만족해야 할 수도 있다고 봅니다. 만일 그런 것이라면, 기본 48Gbps에서 8K/60fps, 12bit/4:2:0은 전송이 가능하기 때문에, TV용 패널이 12bit를 지원해주면 좋겠는데, 아직 TV용 패널 중에 12bit는 기술적으로 따라주지 못해, 언제 상용화가 될지 알수 없기 때문에, 48Gbps로 해서 8K/60fps, 12bit 지원도 쉽지가 않을 듯싶습니다.

[이군배]

끝으로 한 가지 더 첨언을 드린다면, HDMI 2.1의 성능이 사실상 8K TV의 성능이라 해도 무관할 정도로 중요한데, HDMI 2.1이 성능미달에 호환성 문제까지 커지고 있어, 향후 8K TV나 8K AV장비들의 앞날도 그리 순탄하게 갈거 같지는 않습니다.