[발언] ⑥HDMI-DisplayPort 전송량 계산 공식

[이군배]

'HDMI-DisplayPort-USB-C'에 대한 특별 연재→⑥

6.HD-4K-8K 영상을 HDMI로 전송하기 위해 필요한 전송량은?
  (HDMI-DisplayPort 전송량 계산 공식)

HDMI 2.1의 8가지 기능 중, DSC를 제외한 VRR, ALLM, eARC와 기능들은 대다수 소프트웨어적으로 전송을 하는 것이기 때문에, HDMI 2.0에서도 대다수 지원을 할 수 있고, 또한 DisplayPort나 USB-C(USB4)에서도 얼마든지 지원 할 수 있다. 결국 인터페이스의 성능을 좌우하는 것은, 기능이 아닌, 전송량이 높은 것이 최고의 인터페이스라 할 수 있다.

구분	HDMI 2.1	DP 2.1	USB-C (USB4 v2.0)	특기사항
최대 전송량	48Gbps	80Gbps	80/120Gbps	전송량으로는 USB-C(USB4 v2.0)가 제일 높지만, 영상 전송을 기준으로 본다면, DP 2.1과 USB-C(USB4 v2.0)의 전송량은 같다.
최대 전송 화질	10K/120Hz, 12bit/4:2:2	16K/60Hz, 10bit/4:4:4	DP 2.1과 동일 (DP 2.1 Alt Mode)

그럼 여기서 생각을 해보자. 최대 48Gbps의 전송량을 가진 HDMI 2.1은 최대 전송 화질과 또한 최대 80Gbps의 전송량을 가진 DisplayPort 2.1의 최대 전송 화질은 어떻게 계산하는 것일까? 그리고 최대 120Gbps까지 전송이 된다는 USB-C(USB4 v2.0)는 최대 전송 화질까지 짚어보자.

이러한 계산은, 기본적으로 가로x세로 해상도(화소수)에 R/G/B 3색의 컬러 비트 값과 주사율(프레임)만 곱해주면, HDMI나 DisplayPort로 전송할 수 있는 전송량이 나온다. 즉, 아래와 닽은 공식을 기준으로 하면 된다.

▶HDMI-DisplayPort 전송량 계산 공식

가로 해상도	x	세로 해상도	x	주사율	x	컬러비트	=	실 전송 데이터량
기본 해상도가 아닌 Video Timing 해상도 (허수 블랭킹 해상도) *HDMI : CTA-861 *DP : CVT-RB/R2				*30Hz *60Hz *120Hz · · ·		RGB 3색 컬러비트 값 *24(8x3)bit *30(10x3)bit *36(12x3)bit		4:4:4(RGB) 값 *4:2:2는, 4:4:4÷1.5 *4:2:0은, 4:4:4÷2

기본 공식만 봐서는 크게 어려워 보이진 않지만, 문제는 해상도이다. 즉, 해상도를 계산할때, 우리가 흔히 사용하는 HD(2K)-4K-8K 해상도를 그대로 계산하면 안 된다.

영상은 기본적인 해상도보다 많은 해상도(허수 블랭킹 해상도)를 가지고 있다. 해서 해상도를 계산할 때는 '허수 블랭팅 해상도'로 계산을 해야만 한다. 이러한 '허수 블랭팅 해상도'는 링크된 허수 블랭킹 해상도를 참조하거나, 아니면 운영자가 위에서 정리한 'HDMI-DisplayPort' Video Timing 해상도(③실제 해상도와 허수 해상도 & 주사율)를 참조로 해서 계산하면 된다.

이해를 돕기위해 예시로 3가지 계산 방법을 정리해 보았다.

▶HD(2K)-4K-8K 영상을 HDMI로 전송하기 위한 필요 전송량(예시)

구 분		HDTV	4K TV	8K TV
해상도(화소 수)		1,920x1,080= 2,073,600화소	3,840x2,160= 8,294,400화소	7,680x4,320= 33,177,600화소
허수 블랭킹 해상도 (화소 수/CTA-861기준)		2,200x1,125= 2,475,000화소	4,400x2,250= 9,900,000화소	9,000x4,400(30/60Hz) =39,600,000화소 8,800x4,500(120Hz) =39,600,000화소
컬러 비트	8bitx3색(RGB) =24bit	2,475,000화소x24bit =59,400,000bit	9,900,000화소x24bit =237,600,000bit	39,600,000화소x24bit =950,400,000bit
	10bitx3색(RGB) =30bit	2,475,000화소x30bit =74,250,000bit	9,900,000화소x30bit =297,000,000bit	39,600,000화소x30bit =1,188,000,000bit
	12bitx3색(RGB) =36bit	2,475,000화소x36bit =89,100,000bit	9,900,000화소x36bit =356,400,000bit	39,600,000화소x36bit =1,425,600,000bit
주사율 프레임	30Hz(fps)	위 '허수 블랭킹 해상도(화소 수) x 컬러비트 값 x 주사율(프레임)'을 곱하면, HDMI로 전송할 수 있는 전송량이 나온다.
	60Hz(fps)
	120Hz(fps)
필요한 전송량 (계산 에시)		24(8)bit에 60Hz(fps)면, 59,400,000bit x 60Hz =3,564,000,000bit/s =3.564Gbit/s가 필요	30(10)bit에 60Hz(fps)면, 297,000,000bit x 60Hz =17,820,000,000bit/s =17.82Gbit/s가 필요	36(12)bit에 120Hz(fps)면, 1,425,600,000bit x 120Hz =171,072,000,000bit/s =171.072Gbit/s가 필요
전송 가능 여부		HDMI 1.0로 전송 가능	HDMI 2.0로 전송 불가 HDMI 2.1로 전송 가능 ※4K/60Hz, 10bit/4:2:2는 HDMI 2.0로 전송 가능	HDMI 2.1로 전송 불가 →단, DSC(x3.75)면 가능 ※8K/60Hz, 10bit/4:2:0은 HDMI 2.1로 전송 가능
※TV나 모니터는, 기본 해상도(회소 수)보다 많은 허수 블랭킹 해상도(화소 수)까지 포함해서 보내야 한다. HDMI는 허수 블랭킹 해상도 기준을 'CTA-861' 타이밍 포맷을 사용한다(아래 도표 참조). ※위 도표에서 '필요한 전송량'은, RGB(4:4:4)에 대한 전송량이다. 해서 YCbCr 4:2:2는, RGB(4:4:4)값에÷1.5, YCbCr 4:2:0은, RGB(4:4:4)값에÷2를 해주면 필요한 전송량이 된다.