[[발언]]UHD(HDR) 화질의 허와 실

[이군배]

UHD는 단순히 해상도만 HD에 비해 4배(4K)~16배(8K)로 높아지는 것이 아닌, 프레임은 30→60→120fps로 향상이 될 수 있고, 색 재현력도 기존 BT.709 색상보다 20~30%향상된 BT.2020 색상을 적용(최적화)함으로서, 8→10→12bit까지 자연스런 컬러를 구현할 수 있다.

또한 디테일감도 기존 4:2:0→4:2:2→4:4:4로 향상 시킬 수 있고, 휘도(HDR)를 적용(최적화)하여, 화면의 명암도 좀 더 또렷하게 구현이 가능하여, 디스플레이만 온전하게 구현을 해준다면, Full UHD는 마치 거울처럼 자연스런 영상을 구현할 수 있다. 허나, 작금의 UHD는, Full UHD의 절반도 구현하지 못하고 있는 게 현실이다.

▶UHD영상 대중화 수준
구분	Full UHD(8K)	현 대중화	대중화 수준 (Full UHD대비)
해상도	7680x4320	3840x2160	25%수준
프레임	120fps	30/60fps	50%수준
샘플링(디테일)	4:4:4	4:2:0	33%수준
컬러 비트	12bit	8/10bit	50%순준
색 표준	BT.2020	BT.709	BT.709는 BT.2020에 비해 20~30%부족

이런 작금의 UHD현실 속에, 우리는 또 다른 UHD에 대한 고민을 해본다. TV로 방송이나 영화를 감상함에 있어서, 몇 가지 의구심이 들 때가 있다. 우선 방송용으로 촬영한 화질과 영화용으로 촬영된 영상의 질감이 다르다는 것이다. 즉, 영화용으로 촬영된 영상보다 방송용으로 촬영된 영상이 TV에서는 더 좋게 보인다.

왜 그럴까? TV로 방송이나 영화를 감상함에 있어서, 질감이 다른 이유는, 컬러 구현 방식과 촬영 효과 때문이다. 보통 방송용 영상은 컬러 구현 방식이 NTSC나 BT.709을 사용하고, 실시간 방송이다보니, 효과처리를 거의 하지 않는다.

하지만, 단편으로 제작되는 영화는 대다수 시네마컬러에 효과 작업을 많이 하다 보니, TV에서 보는 영화보다는 방송용 드라마 화질이 TV에 더 적합하다보니, 방송용 화질이 더 좋게 보이는 것이다.

그리고 또 다른 의구심은, 방송용은 프레임이 4K에 30/60fps이고, 4K 블루레이 영화 원본 소스가 4K에 24fps인데도, TV에센 아직도 프레임(fps))이 부족하여 60/120fps을 이야기를 하는데, 극장에선 24fps인데도 프레임 부족을 이야기 하지 않는다.

이러한 결과를 역설적으로 본다면, TV에서 구현하는 프레임 구현이 아직은 완벽하지 않다는 것이다. 주사방식으로 1초에 4K 해상도를 30~60fps(Hz)을 구현 한다는 것 자체가 쉬운 일은 아닐 것이다.

TV에서 프레임 구현의 핵심이 되는 것은 패널의 응답속도인데, 보통 LCD(LED)패널의 응답속도는 TV용이 1~5ms다. 반면 OLED는 0.01ms로 LCD(LED)보다 1,000배는 빠르다고 하는데, TV에서 60/120fps정도를 온전하게 구현하려면, 패널의 응답속도가 OLED정도는 되어야 한다.

그런데 여기서 또 다른 의구심을 가진다. LG전자 4K UHDTV를 사용해 보신 분들이 느끼는 의구심이다. 삼성 LCD(QD)형 4K UHDTV와 LG 4K OLED TV로 보는 영상의 부드러움은 오히려 삼성 LCD(QD)형이 응답속도가 느림에도 더 부드럽게 구현이 된다.

왜 이런 현상이 발생되고 있는 것일까? 사실 이 문제는 LG 4K OLED TV에서만 나타나는 것이 아닌, LG 4K UHDTV 전체에서 나타나고 있는 문제다. 즉, LG전자 4K UHDTV는 2014년 제품에서부터 이러한 문제가 확인되고 있는데, LG가 2016년에 와서도 이 문제를 완벽하게 해소하지 못하고 있기 때문이다.

이 문제의 근본적인 원인은, 4K UHDTV는 여러 형태의 소스를 받아서 초당 3840x2160에 60fps로 구현을 해주어야 한다. 우리가 보는 영상 소스만 해도, i/p가 있고, 또한 해상도도 480, 720p, 1080i/p, 20160p에, 프레임도 24, 25, 30(29.97), 50, 60(59.94), 120fps등 다양하다.

이러한 다양한 영상 소스를 3840x2160에 60fps로 구현을 해주는 과정에서, 프레임 편차가 발생을 하는데, LG가 이부분에서 화면을 부드럽게 구현하지 못하는 것이다. 결국 LG전자는 패널의 응답속도가 좋은 OLED패널의 특성을 제대로 살려주지 못하고 있는 것이다.

이러한 것들을 감안한다면, TV화질의 기술은, 패널의 우수성도 중요하지만, 영상을 표현하는 화질 칩과 프레임 기술과 같은 부가적인 기술도 중요하다는 것을 알 수 있다.

어찌되었든 TV로 방송이나 영화를 시청함에 있어서, TV는 극장용 스크린(24fps)보다 훨씬 복잡한 기술과 다양한 부가기능이 결합된 디스플레이(TV)라는 것이다. 그래서 TV의 화질을 평가할 때는 좀 더 다양한 기준으로 봐야 한다는 것이다.

그런데 우리는 TV의 화질을 평가할 때, 디스플레이 자체만을 놓고 평가하는 경우가 대부분이다. 물론 TV가 결과물이기에, 결과를 보고 이야기 하는 것이 맞다고 볼 수도 있겠지만, 그 결과물로 보여주는 핵심은 콘텐츠라는 것이다. 그래서 TV의 화질은, 소스(콘텐츠)부터 감안해서 종합적으로 평가를 해야 한다는 것이다.

해서, 소스(콘텐츠)까지 감안한 화질의 평가는, 화질의 3대 요소를 함께 감안해야 한다는 것이다. 즉, "카메라(촬영)-(편집)인코더-(HDMI)디스플레이"를 우리는 화질의 3대 요소라고 하는데, 이 화질의 3대요소가 바로 화질의 평가 기준이 되는 것이다.

그런데, 이러한 화질의 3대 요소에, 최근 HDR이 화질에 영향을 주고 있어, HDR에 대한 평가도 함께 이루어 져야 하지 않을까 싶다. 헌데, 문제는 HDR에 대한 화질 기준도, 상당수 UHDTV만을 놓고 이야기를 하는 경우가 대부분이라는 것이다. 즉, HDR도 소스(콘텐츠)부터 감안해서 종합적으로 평가를 해야 한다는 것이다.

현재 상용화된 HDR콘텐츠는, 4K 블루레이와 스트리밍서비스에서 사용하는 "HDR 10"방식과 "Dolby Vision"방식인데, 이들 콘텐츠들은 대다수가 영화다. 즉, 이들 영화들은 "HDR 10"방식이나 "Dolby Vision"방식의 HDR포멧으로 영화가 만들어 진 것이 아니어서, 온전한 HDR을 구현하기엔 한계가 있다.

그래서 현재 상용화가 되고 있는 4K 블루레이 타이틀이나 스트리밍서비스의 HDR콘텐츠는, 온전한 HDR이 구현이 되고 있다고 보기도 함들다. 즉, 이들 HDR콘텐츠들이 온전하게 HDR로 구현이 되려면, "HDR 10"방식이나 "Dolby Vision"방식에 맞게 처음부터 촬영해서, 그에 맞게 편집과 인코딩을 해야 온전하게 구현이 된다는 것이다.

사실 지금과 같은 평면TV로 HDR영상을 구현한다는 자체도 한계가 있다. 현재 출시되는 4K UHDTV가 400~1,000nit이내이고, 실물영상이 수십만 nit라는 점을 감안한다면, 1,000nit이내에서 구현되는 HDR영상 자체는 분명 한계성이 있다. 거기에다 2시간짜리 영화 한편에서 HDR효과를 느낄 수 있는 장면은 채 5분도 안 된다.

그래서 HDR도 3D처럼 일시적인 마케팅으로 끝나거나, 특정 용도로 전락할 가능성이 벌써부터 제기가 되고 있는 것이다. 하지만, HDR은 3D와는 다른 점을 가지고 있다. 3D는 다소 과장된 효과(어지럼증 유발)에 안경을 끼고 봐야하는 한계성이 있었지만, HDR은 UHD화질 개선이 도움이 되기 때문에, 3D와는 차원이 다른 다는 것이다.

이처럼 HDR이 UHD화질 개선에 도움이 됨으로서, HDR이 빠르게 상용화가 되고는 있지만, HDR구현방식이 너무 많고, 현재 상용화가 되고 있는 "HDR 10"과 "Dolby Vision"도 그 한계성이 속속 노출이 되면서, HDR의 한계성이 지적이 되고 있는 것이다. 우선 "HDR 10"만해도, HDR미지원 4K UHDTV에서는 화면이 뿌옇게 나오는 역효과 문제가 있다.

"Dolby Vision"은 HDR미지원 4K UHDTV와의 역호환성은 좋지만, 하드웨어 적용의 한계(24fps/12bit)가 노출이 되고 있고, 무엇보다 라이센스 비용 너무 비싸, 대중화에는 한계가 있다는 것이다. 그리고 "HDR 10"과 "Dolby Vision" 모두 실시간 UHD방송에 적합한 방식은 아니라는 것이다.

물론 두 방식이 최근 실시간 방송을 위해, 기존 4K 카메라에 HDR을 적용하기 위한 별도의 컨버터를 보급하는 방안을 제시하고 있지만, 이 또한 한계성을 가지고 있다 보니, 새롭게 제시된 방안이 촬영에서부터 HDR방송을 염두해 두고 카메라에서부터, 편집 인코딩, TV까지 그에 맞게 HDR을 구현하는 방식이 대안으로 제시가 되고 있는 것이다.

바로 영국 BBC와 일본 NHK가 방송의 보편성을 위해, HDR미지원 HD/UHDTV에서 화면이 뿌옇게 나오지 않으면서, HDR지원 4K UHDTV에서는 HDR이 구현되는 HLG(Hybrid Log Gamma)방식을 제안해, 현재 방송 쪽에서 급속하게 "HLG"방식을 채택해 나가고 있다.

일각에서는 "HLG"방식이, 역호환성 때문에, HDR구현에 있어서 "HDR 10"이나 "Dolby Vision"에 효과가 떨어진다는 지적을 하고 있지만, HDR지원 TV가 1,000nit내외에서 대중화가 되고 있고, 또 더 발전이 된다 해도, 4.000nit이상은 눈의 피로도와 소비전력 때문에 한계가 있어, "HLG"방식이 HDR구현에 있어서 "HDR 10"이나 "Dolby Vision"에 비해 HDR구현에서 부족하지 않다는 평가다.

특히 "HLG"방식은 촬영부터 이미 "HLG"방식의 TV에 맞게 구현이 되기 때문에, 서두에서 언급을 하였듯이, 방송용 영상이 영화용 영상보다, TV에서 보여주는 화질이 더 좋게 보이는 것처럼, "HLG"방식도 TV에 맞게 구현을 하는 것이기 때문에, 오히려 실제 보이는 것은 더 좋아 보인다는 것이다.

어찌되었든 HDR도 화질의 3대 요소인 "카메라(촬영)-(편집)인코더-(HDMI)디스플레이"가 모두 적용이 되어야 하기 때문에, HDR방식이 다르게 촬영되는 영화등을 "HDR 10"이나 "Dolby Vision"에 맞게 변형하는 것은 HDR구현에 한계가 있다는 것이다.

그리고 우리는 HDR을 구현하기 위한 데이터 용량으로 UHD영상 본질인 색 재현력이 떨어질 수 있다는 것도 간과하지 않을 수 없다는 것이다. 물론 이 부분이 HDR방식(HDR 10/Dolby Vision/HLG)에 따라 다소의 차이가 있기는 하지만, 분명한 것은, HDR정보 전송으로 인해, 컬러비트의 전송용량은 그 만큼 줄어든다는 것이다.

그래서 현재 10bit의 4K UHD영상을 온전하게 구현하기 위해선 12bit가 필요하고, 12bit의 UHD영상을 위해선 14bit이상의 컬러 구현 용량이 필요하다는 것이다.

지금처럼 대다수의 4K UHD영상이 8bit나 10bit로 구현이 된다는 점을 감안한다면, 이러한 4K UHD영상에 HDR을 적용한다면, 4K UHD영상의 컬러비트는 6/8bit로 떨어져, HDR이 UHD영상 색 재현력에 있어선, 오히려 더 떨어질 수 있다는 것이다.

물론 이에 대한 구체적인 검증은, 같은 4K UHD영상을 SDR(10bit)과 HDR(10bit)로 인코딩하여, 비교 평가를 해봐야 확실하게 알 수 있겠지만, 일부 1~3분의 명암(HDR)개선을 위해, 전체적인 색감이 저하되는 HDR구현이라면, 우리는 HDR구현을 다시 고민해 봐야 하지 않을까 싶다.

[최해만]

카페지기님 의 해박한지식에 감탄합니다 ^^
저는 즐길줄만 알았지 아직 전문적인것은........
잘 읽었습니다. ^&^

[신동수]

잘보았습니다...그리고 이군배 방장님의 지식에 감탄합니다

[황규삼]

감사 합니다...

[박재명2]

엘지hdr기능 제품을 사려고했는데 방장님의 글을 읽으니 망설여지네요..

[이군배]

삼성이든 LG든 다들 1~2가지 결함은 다 있습니다. 다만, 본문에서 지적한 LG전자 4K UHDTV의 다양한 소스에 대한 화면이 부드랍지 못한 부분은, 패널의 중요성과 TV보드의 중요성을 예를 들기 위해 적은 것인데, 다양한 소스에 대한 화면의 부드러움 부분은, 저 같이 삼성-LG TV를 비교해서 민감하게 보는 경우지, 일반 분들은 잘 느끼지 못하며, 설사 민감하신 분들이 느끼신다 해도, 그리 심각할 정도의 수준의 문제는 아닙니다.