[발언] 압축전송(DSC)에 대하여...

[이군배]

부제 : HDMI 2.1과 DisplayPort 1.4b/2.1에 적용되는 DSC란?
 
인터페이스(HDMI-DisplayPort)는 그동안 무 압축 전송을 원칙으로 하여왔다. 하지만, TV나 모니터의 발전 속도에 비해 무 압축으로 전송할 수 있는 전송량 기술이 따라오지 못하면서, 인터페이스도 DisplayPort 1.4b를 시작으로 HDMI 2.1까지 데이터를 압축해서 전송(DSC/Display Stream Compression)하기 시작하였다.

DSC는 VESA(Video Electronics Standards Association)가 2014년에 발표하였고, 2019년 2월 22일에 출시한 NVIDIA GeForce GTX 16xx시리즈(DP 1.4b)에 처음으로 DSC가 적용은 되었지만, 2021년에나 업데이트가 되면서 DSC기능을 제한적으로 사용할 수 있었고, 아직도 온전하게 DSC는 구현되지 않고 있다.   
 
이처럼 DSC가 온전하게 구현되지 못하는 이유는, DSC가 복잡한 구조에 높은 대역의 전송량을 실시간으로 압축해서 다시 압축을 풀어 실시간으로 영상을 보여준다는 것이 말처럼 쉽지가 않다보니, 발표 10년이 되도록 아직도 온전하게 DSC를 지원하는 제품이 없는 것이다. 해서 DSC는 일반인들이 이해하기도 쉽지가 않다. 다만, DSC를 그나마 이해하려면, TV나 모니터가 어떻게 색을 구현하는지부터 알면 다소 이해가 쉬울 것이다.
 
TV나 모니터는 빛의 삼원색인 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue) 3색을 배합하여 다양한 색상을 구현한다. 이때 R/G/B 3색을 구현하는데 필요한 용량이 각각 8bit 내지는 10bit가 필요하다(상용화 기준). 고로 R/G/B 3색을 합치면 24bit 내지는 30bit로 1화소를 구현하는 용량이 된다(아래 이미지 참조).

자 그럼 좀 더 범위를 넓혀보자. 위에서 1화소(R/G/B 3색)를 구현하는 용량에 대해 알아보았다. 영상을 저장(전송)하는 방식은 R/G/B 3색 방식보다는, 1화소를 YCbCr(크로마 서브 샘플링)방식으로 대다수 저장한다. 그런데, YCbCr방식은, 4:4:4방식과 4:2:2방식, 4:2:0방식이 있는데, 저장 용량의 한계로 거의 모든 영상은 YCbCr 4:2:0로 저장(전송) 한다.
 
이때 YCbCr 4:4:4는 R/G/B 1화소와 같은 용량이지만, 4:2:2는 4:4:4 1화소의 ÷1.5정도의 용량이고, 4:2:0은 4:4:4 1화소의 ÷2정도로 용량이 작아, 영상은 대다수 YCbCr 4:2:0으로 저장(전송)을 하는 것이다. 해서 큰 틀에서 1화소의 영상을 저장(전송)하는 방식은, 'R/G/B'방식과 'YCbCr 4:2:0'방식으로 생각하면 될 것이다.

그럼 이제 남은 문제는, 1화소 R/G/B 방식과 YCbCr방식의 저장(전송) 용량을 어떻게 압축해서 전송할 것인지를 고민하면 된다. 1화소 영상(이미지) 데이터를 압축하는 데는 6/7/8/10/12/14/16bit로 압축을 하면 된다(아래 도표 참조).

▶1화소 당 압축비

1화소 당 컬러 bit		압축비(1화소 당 컬러 bit ÷ 압축 bit)
Color Format	무 압축 비트	압축(DSC) 비트
	Color Depth	6bit/px	7bit/px	8bit/px	10bit/px	12bit/px	14bit/px	16bit/px
RGB & YCbCr 4:4:4	8bpc(24bit/px)	X	X	3.000:1	2.400:1	2.000:1	1.714:1	1.500:1
	10bpc(30bit/px)	X	X	3.750:1	3.000:1	2.500:1	2.143:1	1.875:1
	12bpc(36bit/px)	X	X	4.500:1	3.600:1	3.000:1	2.571:1	2.250:1
	16bpc(48bit/px)	X	X	6.000:1	4.800:1	4.000:1	3.429:1	3.000:1
YCbCr 4:2:2 (4:4:4의 ÷1.5)	8bpc(16bit/px)	X	2.286:1	2.000:1	1.600:1	1.333:1	1.143:1	1.000:1
	10bpc(20bit/px)	X	2.857:1	2.500:1	2.000:1	1.667:1	1.429:1	1.250:1
	12bpc(24bit/px)	X	3.429:1	3.000:1	2.400:1	2.000:1	1.714:1	1.500:1
	16bpc(32bit/px)	X	4.571:1	4.000:1	3.200:1	2.667:1	2.286:1	2.000:1
YCbCr 4:2:0 (4:4:4의 ÷2)	8bpc(12bit/px)	2.000:1	1.714:1	1.500:1	1.200:1	1.000:1	X	X
	10bpc(15bit/px)	2.500:1	2.143:1	1.875:1	1.500:1	1.250:1	1.071:1	X
	12bpc(18bit/px)	3.000:1	2.571:1	2.250:1	1.800:1	1.500:1	1.286:1	1.125:1
	16bpc(24bit/px)	4.000:1	3.429:1	3.000:1	2.400:1	2.000:1	1.714:1	1.500:1

▶DSC의 장점은 무엇인가?
DSC를 사용하면, 제한된 전송량으로 최대 3.75배까지(상용화 기준) 압축 전송할 수 있다. 가령 HDMI 2.1이 48Gbps까지밖에 전송을 못하지만, DSC(RGB/8bit DSC=3.75:1)를 적용하면, 최대 180Gbps까지 전송효율을 낼 수 있다. 또한 DisplayPort 2.1의 경우는 80Gbpsx3.75=300Gbps까지 전송효율을 낼 수 있다.
 
▶DSC의 단점은 무엇인가?
*전송 케이블이 짧아지고(1m내외), 전송 시 오류가 발생할 가능성이 있다.
*가상 해상도 렌더링 기술 DSR/DLDSR(NVIDIA) 및 VSR(AMD)와 같은 기술은 사용할 수 없다.
*DSC가 켜져 있으면 비디오 카드의 다른 모든 모니터 연결을 사용할 수 없다.
*영상 연결에 사용되는 데이터 라인은 공통이므로 DSC를 사용하는 디스플레이 대수에 따라 연결할 수 있는 최대 모니터 대수가 다를 수 있다.
*HDMI 2.1의 경우, 8K/120Hz를 지원하지 못하고 있다→추후 기술적 보완이 있을 것으로 보인다.

▶무 압축 전송과 압축 전송의 차이?

많은 분들이 DSC를 어렵게 생각하는 이유가, 관련 정보를 찾기가 쉽지 않는 것도 있지만, "1화소 컬러 bit"와 "압축 bit"의 차이를 혼돈하기 때문이다. 즉, "1화소 컬러 bit"는, TV나 모니터가 색을 구현하기 위한 1화소 컬러 비트(bit)를 말하는 것이고, "압축 bit"는, "1화소 컬러 bit"를 압축하는 "압축 bit"를 말한다.
 
가령 4K/240Hz, 10bit/RGB 또는 YCbCr 4:4:4(CVT-RB 기준)의 영상을 HDMI 2.1로 무 압축 전송을 하면, 4000 x 2429 x 240 x 30 = 69.96Gbit/s가 된다. 헌데, HDMI 2.1이 최대 41.89Gbit/s까지밖에 전송을 못하기 때문에, 무 압축으로 전송을 못한다. 하지만, 압축 전송(DSC 8bit/px 기준→3.75:1)를 하게 되면, 69.96Gbit/s ÷ 3.75 = 18.65Gbit/s가 되어, 'HDMI 2.1+DSC'로 4K/240Hz, 10bit/RGB를 전송할 수 있는 것이다.
 
*4K/240Hz, 10bit/RGB & YCbCr 4:4:4(CVT-RB 기준)
→무 압축 전송
4000 x 2429 x 240 x 30 = 69.96Gbit/s
(HDMI 2.1 최대 41.89Gbit/s 전송량 초과)
→압축 전송(DSC 8bit/px 기준→3.75:1)
69.96Gbit/s ÷ 3.75 = 18.65Gbit/s
(HDMI 2.1+DSC로 전송 가능)
 
*8K/60Hz, 10bit/YCbCr 4:2:0(CTA-861 기준)
→무 압축 전송
8,800 x 4,500 x 60 x 15 = 35.64Gbit/s
(HDMI 2.1 최대 41.89Gbit/s로 무 압축 전송 가능)
 
*8K/120Hz, 12bit/YCbCr 4:2:2(CTA-861 기준)
→무 압축 전송
8,800 x 4,500 x 120 x 24 = 114.05Gbit/s
(HDMI 2.1 최대 41.89Gbit/s 전송량 초과)
→압축 전송(DSC 7bit/px 기준→2.571:1)
114.05Gbit/s ÷ 3.00 = 38.02Gbit/s
(HDMI 2.1+DSC로 전송 가능)

※해상도는 일반 해상도가 아닌 Timing Format 해상도 적용

▶HDMI 2.1 Vs DisplayPort 2.1

구분	HDMI 2.1	DisplayPort 2.1
최대 전송량	48Gbps	80Gbps
실 데이터 전송량	41.89Gbit/s	77.37Gbit/s
Timing Format	CTA-861	CVT-RB
최대 지원 주사율	24/25/30/50/60 /100/120Hz	1~2173Hz
특징(주용도)	*단일 디스플레이 *영상(AV)에 최적화	*다중 디스플레이 *PC(게임)에 최적화
기반	YCbCr	RGB
	*YCbCr 4:4:4는 RGB랑 같은 용량 *4:2:2는 4:4:4÷1.5 용량 *4:2:0은 4:4:4÷2 용량 ※영상은 저장(전송) 용량 때문에 대다수 YCbCr 4:2:0으로 저장(전송)
DSC	DSC 1.2a 기준 적용

[김석찬]

이해하지는 못하지만 복잡하고 기술은 발전되는거 같은데 내가보는 방송은?

[이군배]

이해를 돕기 위해 풀어서 설명을 한다고 한건데, 기술적 사안을 정리한다는게 쉽지 않네요. / 잘 이해가 안 되시는 부분이 있으시면 꼬리말 달아 주시면, 좀 더 쉽게 풀어서 설명을 드리겠습니다.