[발언] 압축전송(DSC)의 허와 실

[이군배]

부제 : 인터페이스 무 압축 전송량을 늘릴수는 없을까?

TV에 적용되고 있는 HDMI 2.1이 최대 48Gbps(41.89Gbit/s)까지밖에 전송을 못하면서, 8K UHD영상을 8K/60Hz까지밖에 전송을 못해, 80Gbps(77.37Gbit/s)의 전송량을 갖는 DisplayPort 2.1이나 USB-C(USB4 v2.0 & Thunderbolt 5)에 대한 관심이 높아지고 있다.
 
물론 HDMI 2.1에 적용할 수 있는 DSC(Display Stream Compression/압축전송)를, 8bit DSC(3.75:1)로 적용하면 최대 180Gbps(157.09Gbit/s)의 전송 효율을 낼 수 있어, 8K/120Hz, 10bit/RGB(YCbCr 4:4:4)까지도 전송은 할 수 있다.
 
하지만, DSC 구현이 아직 온전하게 지원이 안 되면서 8K/120Hz도 지원이 안 되고 있는 것이다. 여기에다 DSC로 연동을 하게 되면, 1대 이상의 TV나 모니터를 동시에 연동하지 못하고, 또한 DSC로 전송 시, 안정적으로 연동이 되지 않는 경우도 발생하여, 온전한 DSC적용은 이루어지지 않고 있다.
 
하지만, DSC의 가장 큰 문제는, RGB & YCbCr 4:4:4와 같은 경우는 압축 효율이 좋지만, 영상에서 주로 사용하는 YCbCr 4:2:0은 압축 효율이 떨어져, 실질적 압축 효과가 크지 않다는 점에서, DSC를 적용하는 것도 부담이 되고 있다.
 
가령 4K/240Hz, 10bit/RGB & YCbCr 4:4:4(무압축 69.96Gbit/s)의 영상과 4K/240Hz, 10bit/4:2:0(무압축 34.98Gbit/s)의 영상을 8bit DSC(3.75:1)로 압축 전송을 하면, 둘의 압축 전송량은 18.65Gbit/s로 동일하다. 해서 영상이 RGB & YCbCr 4:4:4로 되어 있다면, 압축 효율이 3.75:1로 좋지만, YCbCr 4:2:0은 압축 효율이 1.875:1밖에 안되어 압축 효율이 크지 않다는 것이다.
 
즉, 영상은 RGB & YCbCr 4:4:4가 아닌 대다수 YCbCr 4:2:0밖에 없기 때문에, HDMI 2.1에서 DSC의 실질적 효과는 크지 않다는 것이다. 해서 영상은 DSC의 한계 등을 감안해서 압축 전송 보다는 무 압축으로 전송량을 늘리는 방안을 생각해야 한다는 것이다.

▶1화소 컬러 bit별 압축비(DSC 1.2a→HDMI 2.1, DP 1.4/2.1에 적용)

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

▶컬러 bit별 압축비 예시

해상도 주사율	Color Format	Color Depth (bpc/ bit/px)	무 압축 전송량 (Gbit/s) CVT-RB	압축 전송량(Gbit/s) CVT-RB 기준
				6bit	7bit	8bit	10bit	12bit	14bit	16bit
4K/ 240Hz	RGB & YCbCr 4:4:4	8/24	55.96	X	X	18.65	23.32	27.98	32.65	37.31
		10/30	69.96	X	X
		12/36	83.95	X	X
		16/48	111.93	X	X
	YCbCr 4:2:2	8/16	37.31	X	16.32
		10/20	46.64	X
		12/24	55.96	X
		16/32	74.62	X
	YCbCr 4:2:0	8/12	27.98	13.99					x	x
		10/15	34.98						32.65	x
		12/18	41.97							37.31
		16/24	55.96
4K/ 480Hz	RGB & YCbCr 4:4:4	8/24	127.78	X	X	42.59	53.24	63.89	74.54	85.19
		10/30	159.72	X	X
		12/36	191.67	X	X
		16/48	255.56	X	X
	YCbCr 4:2:2	8/16	85.19	X	37.27
		10/20	106.48	X
		12/24	127.78	X
		16/32	170.37	X
	YCbCr 4:2:0	8/12	63.89	31.94					x	x
		10/15	79.86						74.54	x
		12/18	95.83							85.19
		16/24	127.78
8K/ 120Hz	RGB & YCbCr 4:4:4	8/24	103.25	X	X	34.42	43.02	51.63	60.23	68.84
		10/30	129.07	X	X
		12/36	154.88	X	X
		16/48	206.51	X	X
	YCbCr 4:2:2	8/16	68.84	X	30.12
		10/20	86.05	X
		12/24	103.25	X
		16/32	137.67	X
	YCbCr 4:2:0	8/12	51.63	25.81					x	x
		10/15	64.53						60.23	x
		12/18	77.44							68.84
		16/24	103.25
10K/ 120Hz	RGB & YCbCr 4:4:4	8/24	136.97	X	X	45.66	57.07	68.49	79.9	91.31
		10/30	171.21	X	X
		12/36	205.46	X	X
		16/48	273.94	X	X
	YCbCr 4:2:2	8/16	91.31	X	39.95
		10/20	114.14	X
		12/24	136.97	X
		16/32	182.63	X
	YCbCr 4:2:0	8/12	68.49	34.24					x	x
		10/15	85.61						79.9	x
		12/18	102.73							91.31
		16/24	136.97

결국 HDMI 2.1이든 DP 2.1이든, DSC를 적용하는 것도 한계가 있기 때문에, 무 압축 전송량을 늘리는 것이 현재로선 최선의 방안이지만, 지금까지 HDMI 2.1이나 DP 2.1의 상용화 상황을 봐서는 48Gbps(41.89Gbit/s)나 80Gbps(77.37Gbit/s)의 전송량으로는 모두 한계가 있다는 것을 알 수 있다.
 
해서 대안으로 제시를 할 수 있는 것이 바로 USB-C(USB4 v2.0 & Thunderbolt 5)다. USB-C(USB4 v2.0 & Thunderbolt 5)는, Lane당 40Gbps를 전송할 수 있다. 아울러 영상은 한쪽으로만 신호를 보내면 되기 때문에, 현재 송신과 수신 각각 2Lane(80Gbps)을 사용하는 것을, 수신 2Lane(80Gbps)을 송신으로 바꾸면 최대 160Gbps를 전송할 수 있고, 또한 USB 2.0으로 사용하는 2Lane을 송신으로 사용하면 2Lane(80Gbps)를 더해 무 압축으로 총 240Gbps를 전송할 수 있다.
 
물론 160Gbps를 전송하기 위한 것도 그렇고, 240Gbps를 전송하기 위한 것에 대한 기술적 보완은 있어야 할 것이다. 하지만, 지금까지지 공개된 기술만으로 이론적으로는 충분히 전송이 가능하다. 만일 이 이론이 가능하다면, 지금의 인터페이스에 DSC를 적용하지 않아도 되고, 또한 10K/120Hz, 12bit/RGB & YCbCr 4:4:4(무압축 205.46Gbit/s)의 영상도 무압축으로 전송이 가능하다.

▶인터페이스(I/F)별 전송량 및 차기(가상) USB-C(USB5) 전송량

인터페이스 (I/F)	HDMI 2.1	DisplayPort 2.1	USB-C (USB4 v2.0)	New USB-C (USB5/가상)
사용 라인(Lane)	4	4	2/3	6
라인당 최대 전송량	12Gbps	20Gbps	40Gbps	40Gbps
총 전송량(최대)	48Gbps	80Gbps	80/120Gbps	240Gbps