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영화보다 선명한 최상의 화질…문제는 콘테츠 개발

글 | 조숙희 박사(한국전자통신연구원)

UHDTV(Ultra High Definition TV)란 가정에서 70mm 영화보다 좋은 화질과 음질을 제공하는 차세대 고선명 텔레비전을 말한다. 화질은 기존의 HDTV보다 16배 높은 화소 수(7680×4320)와 10~12비트로 색을 표현하고, 컬러 포맷도 4:2:2 이상으로 큰 화면에서 더욱 섬세하고 자연스러운 영상 표현이 가능하다. 따라서 시청 거리가 짧아져 100도 이상의 시야각을 확보할 수 있어 극장과 같은 현장감을 느낄 수 있다.

TV 방송의 역사는 <그림 1>에 나타낸 바와 같이 1930년대 영상의 밝기 정보만을 제공하는 흑백방송을 시작으로 한다. 1980년대에는 영상의 밝기 정보에 색 정보가 추가되어 제공되는 컬러 방송으로 발전하였고, 2000년 초에 디지털 기술이 방송 분야에 적용되면서 우리나라는 10여 년간의 HDTV 시범방송 기간을 걸쳐, 2012년 말 아날로그 TV 방송이 종료되고 디지털 TV 방송으로의 전환을 완료하였다. 또한, 2009년 영화 ‘아바타’가 흥행에 성공함에 따라 입체감을 제공하는 3D 콘테츠가 보편화되었고, TV 방송에서도 사실감과 현장감을 제공하는 실감방송이 차세대 방송 서비스로 관심이 높아지는 계기를 마련하게 되었다.

이와 같이 사실감과 현장감을 제공하는 실감방송은 크게 3DTV와 같이 깊이(Depth) 정보를 이용하는 방법과 UHDTV(Ultra High Definition TV)와 같이 시야각을 극대화하는 방법으로 분류할 수 있다. 본고에서는 Post-HDTV 시장을 대비하여 3DTV와 더불어 부각되고 있는 UHDTV 방송에 대한 특징을 살펴본다.

고해상도 화면과 실감나는 음향으로 소비자 욕구 만족

UHDTV는 Full-HD 비디오와 비교하여 4배~16배 해상도의 비디오와 10채널 이상의 다채널 오디오로 극 사실적인(highly realistic) 초고품질 AV 방송 서비스를 통하여 소비자의 품질 욕구를 만족시킬 수 있는 방송 서비스를 목표로 하고 있다. DTV 보급 확산으로 DTV 가격이 점차 하락되고 있으며, 이와 더불어 화면 크기도 점점 커지는 추세에 있다. 인간의 시각 분해능 특성은 디스플레이 크기에 비례하므로, 기존의 HD 해상도로는 60인치 이상의 대형 디스플레이에서 화질이 떨어지는 문제가 발생하게 되고, HD 해상도보다 고해상도의 UHD 서비스가 필요로 하게 된다. 일반적인 가정의 거실 환경의 경우를 예를 들면, 시청거리가 2.5m에서 63인치에서 132인치 디스플레이의 경우 4K(3840x2160)급 고해상도가 필요하며, 그 이상의 경우는 8K(7680x2160)급의 고해상도가 필요하다.

UHDTV 비디오 신호는 무엇보다도 HDTV 대비 4배에서 16배의 화소 수, 비트심도(bit depth)는 10~12bit로 색을 표현하며, 컬러포맷 4:2:2 이상으로 큰 화면에서 더욱 섬세하고 자연스러운 영상의 표현이 가능하다. 또한 동일 디스플레이 크기에서는 물리적인 화소의 크기가 더욱 작아지게 됨으로써 시청거리가 짧아져도 화소 간격(pixel pitch)을 인지 할 수 없게 되며, 100도의 시야각으로 실제감을 최대화한다. UHDTV 오디오에 있어서는 10채널 이상을 사용하여, 수평 및 수직에서의 서라운드 효과로 어느 방향에서나 실제 현장에서와 같은 음향을 제공받게 되어, HDTV보다도 시청각적으로 더욱 좋아진 화질과 풍부한 음질을 통해 고급의 AV(Audio-Video) 시청을 가능하게 한다.

방송 상용화엔 성공했지만 넘어야 할 산은 많아

<표 1>은 신호규격에 대한 표준을 개발하는 표준화 단체 중 하나인 ITU-R에서 정의하는 UHDTV와 기존 HDTV 비디오 신호규격을 비교한 것이다. 4K-UHDTV의 경우는 3840x2160 화소수, 8K-UHDTV는 7680x4320 화소수로 정의되어 있으며, 나머지 화소당 비트수(비트심도), 화면 주사율(초당 프레임수), 비디오 샘플링 형식(컬러 포맷) 등은 다양한 값을 포함하도록 정의되어 있다. 따라서, UHDTV는 HDTV에 비해 4배 또는 16배 큰 해상도로 구성되지만, 화면 주사율, 화소당 비트수 및 샘플링 형식에 따라 비디오 데이터량은 HDTV에 비해 최소 4배에서 최대 96배 클 수 있다.

이렇듯 대용량의 UHDTV 비디오 및 오디오 신호를 방송하기까지는 획득, 압축, 전송 및 디스플레이 등 많은 분야에서의 기술개발을 필요로 한다. 이러한 분야의 기술개발에 의해 현재는 4K UHDTV 방송을 위한 카메라, 인코더, TV 등의 관련 제품이 상용화되어 판매되고 있다. 우리나라는 이미 케이블 방송에서 2013년 7월부터 4K UHDTV 시범방송을 세계 최초로 실시하여, 2014년 4월 UHD 전용채널인 UMAX 개국하여 상용서비스를 시작하였다. 또한, 위성/지상파 방송에서는 2012년부터 계속하여 실험방송을 추진해 오고 있다.

글 | 조숙희 박사(한국전자통신연구원)
조숙희 박사는 요코하마국립대학 전자정보통신공학과에서 박사학위를 받았다. 이후 캐나다 CRC 객원연구원을 거쳐 현재 한국전자통신연구원 방송통신미디어연구소 실감방송미디어연구부 영상미디어연구실 책임연구원으로 재직하고 있다. 아울러 차세대방송표준포럼 UHDTV 실무반 의장(2008년 ~ 현재)과 TTA 지상파방송프로젝트그룹 UHDTV 코덱 및 시스템 실무반 의장(2013년~현재)을 맡고 있다.