[[발언]]UHD영상, 이것만 알면 70%는 이해한다!

[이군배]

UHD를 이야기 할 때, 흔히 HEVC 4K@60fps, 10bit/4:2:0 32Mbps라는 표현을 사용합니다. 이건 어떤 걸 의미할까요? 초보이신 분들은 다소 어렵다면 어렵게 들리겠지만, 조금만 신경써서 보시면, 어렵지도 않고, 이해만 되신다면, UHD를 70%는 이해하실 수 있습니다.

HEVC	4K@	60fps	10bit	4:2:0	32Mbps
압축 코덱	해상도	프레임	컬러 비트	샘플링	압축 비트 레이트
*HEVC : 영상 압축 코덱 / H.265라고도 칭함 *4K@ : 4K=3840x2160 / 8K=7680x4320(8K@) 해상도 *60fps : ①촬영이나 압축(HEVC)시에는 프레임(fps)라고 칭한다.              ②UHDTV와 재생기간 HDMI로 연결 시에는 Hz라 칭한다.              ③고로 fps=Hz로 봐도 무관              ④국내는 주로 30/60/120fps(Hz)가 주로 사용되며, 120fps는                 아직 거의 사용되지 않고 있다. *10bit : 컬러 색상 구현 용량 / 8/10/12bit가 있음 *4:2:0 : 크로마 샘플링 / 영상의 디테일 감             4:2:0/4:2:2/4:4:4 3가지 방식이 있음 *32Mbps : 압축 비트레이트 / 화질의 척도를 나타낸다.             프레임-컬러비트-샘플링의 선택에 따라 압축 비트레이트 용량은             비례해서 가감 하지만, HEVC인코더의 효율(성능)에 따라서             압축 비트레이트 용량은 다소 차이가 있다.

그럼 여기서 국내는 물론 세계적으로 통용되는 "TTA / ITU-R BT.2020기준 UHDTV 표준 규정"을 살펴보겠습니다.

TTA / ITU-R BT.2020기준 UHDTV 표준 규정
해상도	3840x2160(4K) 7680x4320(8K)
프레임(fps) 또는 주사율(Hz)	29.97, 30, 59.94, 60, 120
크로마 샘플링	4:2:0, 4:2:2, 4:4:4
컬러비트	8, 10, 12
색상기준	BT.2020
HDR	추가 중
인터페이스 (TV와 재생기 연결)	HDMI 2.0
	SuperMHL(추가 예상)

위 자료를 바당으로 보면, 현재 4K UHD영상의 표준처럼 정착 되어가는 4K@60fps에 10bit/4:2:0 32Mbps는 결국 4K UHD영상의 화질을 나타내는 것임을 알 수 있습니다. 그래서 4K@60fps에 10bit/4:2:0는 그리 높은 UHD화질이 아니라는 것도 알 수 있을 것입니다. 그럼 이를 바탕으로 UHD영상의 핵심이 되는 HEVC(H.265) 압축 코덱에 대하여 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

이상에서 보듯이 HEVC는 버전과 레벨이 다양합니다. 레벨이 4K와 8K로 구분이 되면서, 버전은 30/60/120fps(Hz)까지 3단계가 있고, 컬러비트는 8/10/12bit로 3가지나 되며, 크로마 샘플링은 4:2:0/:4:2:2/4:4:4로 3가지로 구분이 되어 있어 복잡한 구성으로 되어 있음을 알 수 있습니다.

그래서 4K UHD의 레벨과 버전만 해도, 프레임 3가지, 컬러비트 3가지, 샘플링 3가지 해서, 3x3x3=27가지의 HEVC압축 방식이 생기는데, 여기서 3가지 중 하나만 높은 수치(단계)로 올라 간다면, 한 단계(수치)만 낮은 HEVC디코더를 내장한 UHDTV라면, 높은 수치(단계)의 4K UHD영상은 디코딩(재생)하지 못하는 문제가 생긴다는 것입니다.

그래서 HEVC가 우수한 압축 코덱이긴 해도, 너무 많은 버전과 레벨로 되어 있어, 역호환성 문제가 발생을 하여, UHD영상 대중화에 오히려 최대 장애 요소가 되고 있다는 것입니다.

이러한 사례는, 2014년에 이미 한번 발생이 되어, 2013년에 생산된 UHDTV에 내장된 HEVC디코더(메인보드)를 교체를 해주는 사례가 발생을 하였었고, 2016년에 또다시 발생이 될 가능이 높아, UHD화질을 개선 할 때마다 이러한 악순환은 반복이 될 수 있기 때문에, 그 문제의 심각성이 있는 것입니다. 이러한 부분은 지상파 UHD방송 수신기(HEVC디코더 내장)를 UHDTV에 내장하는 지상파 UHD방송 표준 적용에도 적지 않은 어려움을 줄 것으로 보입니다.

그래서 일각에서는 4K UHD영상은 HEVC 4K@60fps. 10bit/4:2:0 하나로 가자는 제안이 있지만, 세계적 추세는 벌써 HEVC 4K@60fps 10bit/4:2:2로 한 단계 업이 된 HEVC가 속속 선을 보이면서, 기술의 발전을 표준 규정 제정으로 막기는 쉽지 않기 때문에, 2016년은 4K@60fps 10bit/4:2:2가 4K UHD영상의 표준으로 정착이 될 것으로 보입니다.

참고로 HDMI 2.0(18Gbps)이 4K@60fps. 12bit/4:2:2까지만 전송이 가능하여, HDMI 2.0을 SuperMHL(100Gbps이상)과 같은 새로운 인터페이스로 변경해서 대중화 되기 전에는, 4K UHD영상은, 4K@60fps 10bit/4:2:2로 정착이 될 가능성이 커지고 있는 상황입니다.

끝으로 HEVC 압축 전송 비트레이트는 레벨과 버전, 즉, 프레임 3가지, 컬러비트 3가지, 샘플링 3가지의 수치를 한 단계씩만 올려도 압축 비트레이트(Mbps)가 1.5~2배나 증가하는 문제가 있습니다. 그래서 비트레이트는 화질의 척도가 되기도 합니다.

[전수현]

어려운 내용을 잘 정리를 해주셨네요. 감사합니다.

[이군배]

HEVC(H.265) 버전 & 레벨
▶4K@30fps-9가지
8bit 4:2:0
8bit 4:2:2
8bit 4:4:4
10bit 4:2:0
10bit 4:2:2
10bit 4:4:4
12bit 4:2:0
12bit 4:2:2
12bit 4:4:4

▶4K@60fps-9가지
8bit 4:2:0
8bit 4:2:2
8bit 4:4:4
10bit 4:2:0
10bit 4:2:2
10bit 4:4:4
12bit 4:2:0
12bit 4:2:2
12bit 4:4:4

▶4K@120fps-9가지
8bit 4:2:0
8bit 4:2:2
8bit 4:4:4
10bit 4:2:0
10bit 4:2:2
10bit 4:4:4
12bit 4:2:0
12bit 4:2:2
12bit 4:4:4

☞4K만 총 27가지

[장이근]

이 좋은 정보를 여기에서만 공유하기에는 아깝네요. 감사합니다.

[이군배]

좋은 지적이십니다. 우리 카페의 글은 그동안 모두 OPEN되어 있고, 누구나 퍼 나를 수 있었습니다. 헌데, 최근에 저의 글이 인터네상에 출처없이 퍼져 나가면서, 상업적 또는 마치 제가 그곳에서 관련글을 퍼온 것처럼 되어버리는 경우가 있어서, 글에 대한 내용을 스크랩을 허용하지 않는 것입니다. 만일 본 글에 대해 알리고 싶으시다면, 링크 주소를 걸어주시면, 자유게시판에 올려져 있기 때문에, 회원이 아니라해도, 본 글은 누구나 보실 수 있습니다.

[양현수]

자세한 내용과 친절한 링크 소개까지.. 감사합니다.