Brightness & Contrast (V-Tune 4 DVD 활용강좌-2)

[김동호]

Video Level의 중요성

첫번째 강좌인 'V-Tune 4 DVD 활용강좌(2) - Video Level'에서는 디지털 영상이 RGB 색공간에서는 PC레벨(Full Range)과 Video 레벨(Limited Range)의 2가지 포맷으로 존재할 수 있다는 것을 말씀드렸다. Video는 RGB이건 YCbCr이건 무조건 Limited Range를 사용하지만, PC의 경우에는 이렇게 할 이유가 없기 때문에 0 ~ 255(8비트), 0 ~ 1023(10비트) 등의 전체 범위를 다 사용한다.

DVD플레이어나 Bluray 플레이어와 같은 하드웨어적인 영상 재생기는 물론이고 Gom Player나 Windows Media Player, Windows Media Center와 같은 소프트웨어적 플레이어들도 이러한 Video 레벨의 영향을 받는다. 또한 TV도 HDMI로 입력되는 디지털 영상 신호에 대해서는 보통 PC레벨과 Video 레벨을 구분해서 설정할 수 있도록 하는 것이 최근의 일반적인 추세이다.

밝기와 명암의 조정

일단 Video Level을 정확히 세팅한 후라면 다음 작업은 밝기(Brightness)와 명암(Contrast)을 적절히 조정하는 것이다. 사실 Video Level도 궁극적으로는 정확한(혹은 적절한) 화면 밝기, 혹은 계조별 밝기 수준을 얻기 위한 것이다. 하지만 밝기와 명암은 아날로그이건 디지털이건 공히 적용되는 것으로 다른 말로 하자면 적절한 백색과 적절한 흑색을 얻기 위해 Offset과 Gain을 조절하는 것이라 할 수 있다. 아래의 패턴 리스트에서 Brightness & Contrast 패턴이나 Grayscale 패턴을 사용하게 된다.

디스플레이의 감마(Gamma) 특성

모니터나 TV에 있는 밝기(Brightness)와 명암(Contrast) 조정 기능을 어떤 역할을 하는 지 살펴 보기 전에 먼저 감마(Gamma)라는 것을 이해할 필요가 있다. 감마 특성이란 것을 매우 단순하게 말하자면 '선형적인 입력값에 대한 비선형적 출력값'으로 나타나는 현상이라고 할 수 있다. CRT의 경우 입력 전압 레벨에 따라 화면의 밝기가 달라지는데, 이것이 일정하지가 않았다. 즉, 전압을 일정한 수준으로 증가시킬 때 낮은 전압에서는 밝기 증가율이 가파르다가 높은 전압에서는 오히려 증가율이 완만해 지는 특성이 나타난 것이다.

아주 단순화시켜서 수학식으로 대충 표시해 보면 다음의 식과 같다. 즉, 감마는 입력값에 대한 자승값의 역할을 하는 특성을 말하는 것이다. 자승값(≒감마)이 1이면 그냥 직선이고, 1보다 작으면 아래로 쳐지는 포물선이 되고, 1보다 작으면 위로 불룩한 포물선이 된다. 감마를 제대로 설명하기 위해서는 매우 복잡한 내용들을 장황하게 늘어 놓아야 하기 때문에 여기서는 매우 간결하게 대략적인 개념만 언급하고 넘어가도록 하겠다.

Y = a*X^gamma + b

비디오 카메라에서는 애초에 취득된 RGB 데이타를 선형으로 처리하지 않고 비선형으로 변환하여 처리한다. 앞서 설명드린 바와 같이 1보다 작은 자승값을 줄 경우 직선이 위로 불룩한 포물선으로 변환이 되는데 보통 0.4 ~ 0.5 사이의 자승값을 사용한다. 이렇게 변환시키는 식을 광전자적 변환함수(Opto-Electrical Transfer Function)라고 하는데, 이런 변환을 시키는 이유는 인간의 시각이 민감한 암부 계조에 더 많은 비트를 할당하고 상대적으로 덜 민감한 밝은 계조에는 더 적은 비트를 할당함으로써 적은 데이타량으로 더 좋은 화질을 기대할 수 있기 때문이다. 그리고, CRT는 그 자체적으로 대략 2 ~ 2.5 정도의 감마 특성을 가지고 있기 때문에 카메라에서의 인코딩 감마는 CRT에 의해 자연스럽게 디코딩이 된다. 아래의 Encoding Gamma와 Display Gamma를 참고하시기 바란다.

참고로, CRT 이외에 LCD와 PDP, OLED와 같은 최신 디스플레이들도 CRT와 동일한 감마 특성을 가지는지 궁금해 하시는 분들이 가끔 있다. 간단히 답변하자면... 원래는 그렇지 않다. 하지만 모든 영상 표준이 과거의 CRT를 기준으로 만들어 졌기 때문에 이들 후발 주자들도 CRT와 동일한 감마 특성을 가지도록 만들어 지고 있다. 따라서 결론적으로는 (완전히 동일하지는 않지만) 어떤 방식의 디스플레이를 사용하든 모니터나 TV로 만들어 졌을 때에는 CRT와 거의 비슷한 감마 특성을 보이게 된다.

밝기(Brightness) 조정기능이란...

밝기 조정기능이 무엇인지를 알려면 Offset 조정의 정체를 먼저 파악해야 한다. 단순 무식하게 한 마디로 말하자면 '덧셈 기능'이다. 즉, Offset을 높이면 모든 계조 레벨에 일정한 값을 더해 주는 결과가 되고, Offset을 낮추면 모두 계조 레벨에서 일정한 값을 빼는 결과가 된다. 수식으로 표현하자면 아래의 식에서 'b'의 역할이라 하겠다.

Y = a*X^gamma + b

더하기/빼기 연산이기 때문에 이 Offset의 조정결과는 모두 레벨에서 동일한 영향을 미친다. 하지만 인간의 눈은 밝은 색의 변화에는 상대적으로 둔감하지만, 어두운 색의 변화에는 상대적으로 민감하기 때문에 이 Offset을 변화시키면 암부 계조들이 들뜨거나 블랙에 묻히는 경향을 먼저 발견하게 된다.

특히, 이 Offset의 조정 결과가 디스플레이 감마의 영향을 받아 나타난다. 따라서 밝기(Brightness)를 높이거나 낮출 경우에 실제 출력되는 가시광선의 증감은 아래의 그래프와 같다. 즉, Offset은 더하기/빼기 연산을 의미하지만 실제 출력값(빛)은 감마의 영향을 받기 때문에 밝기(Brightness) 조정기능을 사용하면 아래의 그래프에서와 같이 Offset과 Gamma가 결합된 형태로 나타나게 된다. 또한 이 gamma의 영향으로 인해 밝기 조정기능은 Black 레벨에 더욱더 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 밝기 조정은 주로 블랙 레벨을 조정하는데 사용한다.

명암(Contrast) 조정기능이란...

명암(Contrast) 조정기능은 gain 조정에 의한 결과가 감마의 영향을 받아 구현된다. 쉽게 말해서 Gain은 아래의 식에서 a와 같은 역할을 하는 것으로 즉, 곱셈 기능이다. 전체적인 영역에 조정한 만큼의 수치를 곱해 주면 높은 수(높은 계조)에서 더 큰 변화가 생긴다. 예를 들어, Black ~ White를 0 ~ 100으로 나눈다고 했을 때 전체에 5%를 상향 조정해 준다면 0 ~ 100에 모두 1.05를 곱하는 꼴이 된다. 따라서 레벨 10은 10*1.05=10.5가 되지만, 레벨 50은 50*1.05=50.25가 되고 레벨 90은 90*1.05=90.45가 된다.

Y = a*X^gamma + b

결국 Gain을 높이거나 낮추는 것은 어두운 계조에는 크게 영향을 미치지 않지만 밝은 계조로 갈 수록 큰 영향을 미치는 것이다. 따라서 밤에 실내의 조명을 모두 끄고 영화를 볼 때 TV가 밝아 눈이 부시다면 Offset 조정 - 밝기(Brightness)를 낮출 것이 아니라 Gain 조정 - 명암(Contrast)을 낮춰야 하는 것이다. 밝기를 낮추면 어두운 계조쪽에서의 변화가 훨씬 더 가시적이기 때문에 암부쪽 계조가 뭉게질 수 있기 때문이다.

물론, 이 Gain의 조정도 CRT의 감마 특성의 영향을 받기 때문에 실제 명암(Contrast)를 조정했을 때의 결과는 아래의 그래프에서와 같이 곡선의 형태로 나타난다. 따라서 명암 조정은 주로 전체적인 영상의 밝기를 조정하거나 백색 레벨을 조절할 때 사용한다.

V-Tune을 이용한 Brightness와 Contrast 설정

* 밝기 = Brightness = Black Level = Offset

* 명암 = Contrast = Picture = Gain

V-Tune의 Pattern 코너로 가시면 Brightness & Contrast라는 패턴이 있을 것이다. 클릭 해 보면 ScreenTest에서 많이 본 태극기 패턴이 나타난다. 이 태극기의 바탕색과 건곤감리 4괘를 이용하여 밝기와 명암을 효과적으로 조정할 수 있다. 먼저 아래와 같은 블랙 배경에서도 건곤감리가 모두 다 잘 보인다면 매우 좋은 TV나 모니터라 하겠다.

각각의 건곤감리에는 3단계의 어두운 색이 들어가 있는데 흑색을 0, 백색을 1이라 했을 때 하단에 있는 리(좌하단)와 곤(우하단)에는 백색 대비 3%, 5%, 7%의 밝기를 가진 매우 어두운 회색이 들어가 있다. 태극에 가까울 수록 더 어둡고, 멀수록 더 밝다. 그리고 상단에 있는 건(좌상단)과 감(우상단)에는 각각 대략 2%, 4%, 6% 밝기를 가진 매우 어두운 회색이 들어가 있다.

※ 밝기(Brightness) 조정용 패턴

이번에는 명암(Contrast) 조정용 패턴에 대한 설명이다. 역시 건곤감리에 3단계의 밝은 회색을 넣었는데, 건(좌상단)과 감(우상단)에는 백색 대비 약 94%, 95%, 98% 정도의 밝은 회색이 들어 있고, 리(좌하단)와 곤(우하단)에는 백색 대비 약 92%, 94.5%, 97% 정도의 회색이 들어 있다.

※ 명암(Contrast) 조정용 패턴

참고로 2 ~ 5%의 어두운 색들은 조명의 영향을 많이 받는데, 밝은 거실에서 조정할 때는 2%, 3%, 4% 등이 보이지 않는다고 실망할 필요는 없다. 또한 LCD와 같이 블랙 휘도 자체가 좀 높은 편이기 때문에 조명을 모두 끈 컴컴한 방에서도 블랙이 허옇게 떠 보일 수 있다. 조정하는 요령은 제품에 따라 꽤 다를 수 있으므로 일반적인 CRT-TV를 기준으로 말씀드리겠다.

1) 명암(Contrast)를 100%로 올리고, 밝기(Brightness)를 0%로 낮춘다.

2) 밝기 조정패턴에서 건곤감리가 최대한 잘 보이도록 밝기를 조정해 준다. (서서히 높여 준다)

3) 명암 조정패턴으로 넘어가 건곤감리가 잘 보이도록 명암을 조정해 준다. (서서히 낮훠 준다)

4) 다시 밝기 조정 패턴으로 돌아가 (명암 조정으로 인해 블랙 레벨이 맞지 않을 경우) 다시 밝기를 조정해 준다.

※ 뱀다리 : 이 태극기 패턴을 열심히 사용하다 보면 태극기를 거꾸로 드는 멍청한 짓을 예방할 수도 있을 것이다. 건곤감리는 헷갈릴 수 있다 치더라도 태극의 빨강이 아래로 가고, 파랑이 위로 가는 걸 보고도 잘못된 걸 모른다면 대한민국 국민의 자격을 의심할 수 밖에 없다. 미친소 등심이 아니고서야 이런 실수(?) 하기 쉽지 않다.

위의 태극기 패턴을 사용해서 밝기와 명암을 적절히 조절할 수도 있지만 더 단순하게 하는 방법도 있다. 아래와 같은 Grayscale 패턴을 활용하는 것인데, Grayscale 1 패턴은 아래와 같이 16단계와 32단계 패턴(30초 이후 등장) 2가지가 있다. 이 중에서 가급적 32단계 패턴을 이용하는 것이 좀 더 정확하다.

※ Grayscale 1 패턴의 초반 30초에 등장하는 16단계 Grayscale

※ Grayscale 1 패턴의 후반 30초에 등장하는 32단계 Grayscale

일단 밝기를 0%, 명암을 100%로 올리는 것 까지는 동일하다. 이 상태에서 블랙과 바로 그 옆의 가장 어두운 회색이 살짝 구별될 때까지 밝기를 올려 주고, 백색과 바로 그 옆의 가장 밝은 회색이 살짝 구분될 때까지 명암을 내려 주면 된다. 가장 빠르고 편리한 방법일 수 있다.

이렇게 밝기(Brightness)와 명암(Contrast)가 적절한 수준으로 조정되고 나면 아래와 같은 동영상을 통해 확인해 볼 수 있을 것이다. 머리카락들이 구분되지 않게 떡지거나 너무 허옇게 떳다면 밝기 조정이 적절하지 못한 경우이고, 흰 색 티셔츠가 주름이 구분되지 않을 정도로 전부 허옇게 보인다면 역시 명암이 부적절한 경우이다.

TV나 모니터 제품에 따라서는 아무리 조정해도 적절한 밝기와 명암이 되지 않을 수도 있다.  '선명한 화면' 모드와 같이 강한 인상을 주기 위해 컬러를 왜곡해 놓은 경우에도 마찬가지이다. 소위 '화질 개선'이라는 명칭이 붙은 기능에는 S자형 커브, 흑신장(Black Enhancement, Black Corrector), 동적 명암(Dynamic Contrast, Advanced C.E), 백색개선(Clear White) 등과 같이 적절한 조정을 오히려 어렵게 만드는 기능들도 있다. 웬만하면 처음에는 좀 밋밋해 보이더라도 이런 기능은 최소한으로만 사용하시길 권장한다.