[발언] HDMI 전송량은 어떻게 계산할까?

[이군배]

본 글은 2021년 5월 25일, 인터페이스 특강에서 강연한 내용의 일부입니다.

HDMI에 대한 사양(기준)을 정하고, 관리(인증) 하고 있는 "HDMI Forum"은, 2017년 11월에 HDMI 2.1에 대한 사양을 공개하면서, HDMI 전송량에 대해서도 공개를 하였다(아래 이미지 도표).

헌데, 많은 분들이, 위 도표 이미지에 제시된 'HDMI 전송량'이 어떻게 나오는 것인지 궁금해 한다. 사실 HDMI가 복잡한 기술적 사안들이 많지만, 결국 HDMI도 인터페이스이기 떄문에, 그 핵심은 전송량이다. 해서 위 이미지 도표에서 제시한 'HDMI 전송량'이 어떻게 나온 것인지만 알아도, HDMI에 대해서는 물론 AV전반에 대해서도 이해를 할 수 있다. 이해를 돕기 위해 위 도표 이미지에서, 주로 상용화 되고 있는 7가지(①~⑦)를 예시로해서 설명하겠다. 단, 'HDMI 전송량' 계산에 따른 몇가지 중요한 요소를 항목별로 나누어 설명을 하겠다.

1.‘최대 전송량’과 ‘실 데이터량’

'HDMI 전송량'에 대해 이해를 하려면, HDMI 2.1의 최대 전송량(40/48Gbps)과 실제 전송되는 데이터량(35.56/42.67Gbps)의 차이에 대하여 먼저 이해를 해야 한다. 많은 분들이 흔히 HDMI 2.1은 48Gbps로 알고 있지만, HDMI 2.1은 40Gbps의 전송량을 갖는 것도 있다.

헌데, 문제는 48Gbps 전송량을 갖는 HDMI 2.1의 실제 전송 가능한 데이터량은 42.67Gbps다. 또한 40Gbps의 전송량을 갖는 HDMI 2.1의 경우는, 실제 데이터 전송량은 35.56Gbps다. 이는 HDMI 2.1이 인코딩 체계를 ‘16b/18b’를 사용하기 때문이다. 즉, 16bit 입력 신호를 18bit 코드로 변환하는 인코딩 체계를 사용하여, 전송 효율이 88.89%(16÷18=0.8889) 나오기 때문이다.

해서 HDMI 전송량 계산은, '실 데이터량’를 계산해서, ‘최대 전송량’을 계산하면 된다. 즉, 실 데이터량은 최대 전송량 에 전송효율을 곱해주면 되고, 반대로 최대 전송량은, 실 데이터량에 전송효율을 나누어주면 된다(잘 이해가 안 되시면, 아래 도표 이미지 참조).

2.허수 블랭킹 해상도

많은 분들이 4K는 3840x2160, 8K는 7680x4320으로 생각하지만, HDMI 전송량을 계산할 때는, 실 해상도가 아닌 허수의 Blank 해상도로 계산을 해주어야 한다. 가령 3840x2160은, 허수 Blank 해상도인 4400x2250으로 계산을 해주면 된다. 참고로 HDMI는 주로 CTA-861 타이밍 포맷을 허수 Blank 해상도로 사용한다(잘 이해가 안 되시면, 아래 도표 이미지 참조).

3.HDMI는 120Hz이상을 지원하지 못한다.

CTA-861 타이밍 포맷 기준엔 120Hz이상이 존재하지 않는다. 해서 HDMI 2.1로는 144Hz를 지원하지 못한다.

4.HDMI 2.1은 아직 8K/120Hz를 지원하지 못한다.

HDMI 2.1 사양엔 8K/120Hz는 물론 10K/120Hz까지 지원을 한다고 되어 있지만, 아직 8K/120Hz지원을 밝힌 회사나 제품은 없다. 즉, NVIDIA GeForce RTX 30xx시리즈와 AMD Radeon RX 6xxx시리즈는, 8K/60Hz, 12bit/4:4:4를 지원한다(실 검증 완료). 이를 전송량으로 계산하면 96.23Gbps다. 96.23Gbps 전송량이면, 8K/120Hz, 12bit/4:2:0을 전송할 수 있다. 하지만, 지금까지 그 어떤 회사도 8K/120Hz지원을 밝힌 회사나 제품이 없다.

5.0.1Gbps의 차이로 인한 호환성 문제

HDMI Forum 제시 전송량 계산치			HDMI 2.1 기준
4K/120Hz	10bit/4:4:4	40.1Gbps	40Gbps (0.1Gbps부족)
8K/60Hz	10bit/4:2:0
4K/120Hz	12bit/4:4:4	48.11Gbps	48Gbps (0.11Gbps부족)
8K/60Hz	12bit/4:2:0
※전송 속도 단위→Gbps=Gbit/s←전송 데이터 단위

'HDMI 2.1 표준'이 40Gbps와 48Gbps 2가지로로 상용화 하면서, 같은 HDMI 2.1인데, 48Gbps로는 전송할 수 있지만, 40Gbps를 사용하는 HDMI 2.1로는 전송하지 못하는 문제가 발생하고 있다. 가령 40Gbps를 지원하는 HDMI 2.1은, 48Gbps의 전송량이 필요한 8K/60Hz, 12bit/4:2:0의 영상을 전송할 수 없다. 즉, 같은 HDMI 2.1로 인증을 받았는데도 역호환성 문제가 발생하고 있는 것이다. 현재 시중에 출시된(~2020년) 8K TV나 AV리시버등 상당수가 40Gbps까지만 지원하고 있다.

또한 현재 상용화된 48Gbps지원 HDMI 2.1은, 48Gbps까지만 지원하고, 48.11Gbps를 전송하지 못하는 경우가 있다. 즉, 0.11Gbps 많은 전송량 때문에 48Gbps까지만 지원하는 HDMI 2.1이 호환성 문제를 일으키고 있는 것이다. 이러한 경우는 40Gbps도 마찬가지다. 'HDMI Forum이 제시한 전송량 목록'엔 8K/60Hz, 10bit/4:2:0이 40.1Gbps지만, 'HDMI 2.1 표준'은 40Gbps로 되어 있다. 상용화된 40Gbps도 0.1Gbps 차이 때문에 호환성 문제가 생기고 있는 것이다.