차세대 영상에 필요한 요소

차세대 방송을 위한 대응과는 별개로 영화 콘텐츠 응용이나, CG(Computer Graphics), VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), MR(Mixed Reality) 등을 활용한 의료, 보안 교육 등의 분야에서 새로운 영상 표현에 대한 대응이 가속화되고 있습니다. 이번 차세대 영상을 위한 움직임은 SD에서 HD로 해상도가 이동했던 시기와 달리 (1)해상도 (2)프레임 레이트 (3)색역 (4)다이내믹 레인지라는 각 요소의 표준 규격이 이동하는 것이 특징입니다. "보다 자연스러운, 실제와 가까운 영상 표현이 가능해진다." 라고 간단히 표현하고 있지만, 실은 이러한 요소를 제대로 균형에 맞춰 표현하는 것이 어렵습니다.

각 요소의 표준이 바뀌면 무엇이 바뀌는지 정리하겠습니다.

1. 고해상도화

풀 HD의 화상 수는 수평 1920 x수직 1080 화소지만, UHD 해상도는 수평·수직 각각 2배인 3840 x 2160 화소, 8K 해상도는 수평·수직 각각 4배인 7680 x 4320 화소가 됩니다. 덧붙여서 DCI의 풀 4K 해상도는 4096 x 2160화소입니다. 고해상도화로 인해 영상을 대형 화면에서 표시했을 때도 부드러운 영상 표시가 가능해집니다.

시력이 1.0인 사람이 화면의 화소를 의식하지 않고 시청할 수 있는 거리를 최저 시청 거리라고 하고 텔레비전 시청의 최적 거리를 표합니다. 이 최저 시청 거리는 풀 HD의 경우, 화면의 세로 길이의 3배 정도의 거리가 필요했습니다. 이 거리의 경우, 화면 가로 크기는 시야각 33도 정도입니다. UHD 해상도는 수평·수직 2배의 해상도라 최저 시청 거리는 화면의 세로 길이의 1.5배로, 이때 화면 가로 크기는 시야각 66도입니다. 더욱이 8K 해상도는 수평·수직 2배의 해상도이기에 최저 시청 거리는 화면의 세로 길이의 0.75배, 화면 가로 크기는 시야각 132도가 됩니다. 8K 해상도 최적의 시청 거리는 인간의 시야각이 가득 차는 곳에 화면을 배치하여도 화소가 보이지 않게 됩니다.

2. 고 프레임 레이트화

차세대 방송은 인터레이스를 폐지하고 모두 프로그레시브로 바꿈과 동시에 풀 스펙의 경우, 하이 프레임 레이트 120p도 규정되어 있습니다. 프레임 표시 방식이 프로그레시브로 변경되어 주사선 노이즈가 사라지고 1프레임의 해상감도 향상됩니다. 프레임 레이트를 늘림으로써 빠른 움직임에 대해서도 흔들림이 적고 움직임이 부드러운 영상 표현이 가능합니다. 고해상도화로 인하여, 매끄러운 움직임을 표현할 수 있게 됩니다.

3. 광색역화

기존 색역에 비해, 더 넓은 색의 범위를 표현할 수 있도록 함으로써 인간이 인식할 수 있는 색의 범위에 가까워질 수 있게 되었습니다. 기존의 색 영역에서는 같은 색으로 밖에 표현할 수 없었던 부분에도 미세한 색의 변화를 다른 색으로 판별할 수 있게 됩니다. 하이 다이내믹 레인지 기능과 병용함으로써, 섀도 부분이나 하이라이트 부분에도 넓은 색 표현이 가능해집니다. 현재, 색역 ITU-R BT.709에서는 자연계에 존재하는 색의 약 75% 밖에 표현할 수 없지만, 차세대 방송에서 채용된 ITU-R BT.2020에서는 약 99.9%까지 색 재현이 가능합니다.

4. 하이 다이내믹 레인지화

이미지 센서가 촬영할 수 있는 어두운 부분부터 밝은 부분까지의 그러데이션 차이, 또는 디스플레이로 표현할 수 있는 검은색에서 흰색까지의 밝기 차이를 다이내믹 레인지라고 합니다. 하이 다이내믹 레인지(HDR)화 함으로써 매우 어두운 암부나 매우 밝은 하이라이트 부분의 계조 표현이 가능해졌고, 빛의 차이가 있는 장면에서도 사람의 눈에 가까운 이미지를 얻을 수 있습니다.

ITU-R BT.2020의 규격에는 HDR은 규정되어있지 않았기 때문에 ITU-R은 HDR 규격에 관해 국제 표준 규격화를 추진하고 있습니다. 현재에는 각 회사가 독자적인 HDR을 추가함으로써 표현의 폭을 넓히고 있지만 가까운 장래에 ITU-R 권고가 나올 것 같습니다. 본래의 색채 표현은 다이내믹 레인지와 색 영역은 연계한 것으로 컬러 공간의 범위에 밝기를 더한 컬러 볼륨으로 다룰 필요가 있습니다.

이러한 각 요소의 움직임에 따라 고화질화에 덧붙여 연산 처리의 양자화(비트 심도)의 높은 비트 화도 도모합니다. 비트 심도란, 연산 처리에서 몇 단계의 계조를 표현할 수 있을지를 비트 수로 표현한 것. 지금까지의 HD 방송에서는 표시 부분의 계조는 8bit 256 단계로 내부 신호 처리는 8bit 또는 10bit로 실행되어져 왔습니다. 표시 색상은 오랫동안 RGB 색상별 256 단계 조합으로 약 1,677만 색을 24bit 풀 컬러로 다뤄왔습니다. 차세대 방송에서는 표시 10bit 1024단계, 내부 신호 처리는 10bit 또는 12bit로 처리됩니다. RGB 색상별 1024 단계가 되면 표시 가능한 색의 수는 약 10억 7,374만 색의 30bit 칼라 표현이 가능하게 됩니다. 보다 높은 비트수로 처리함으로써, 보다 옅은 색이나 그러데이션의 차이도 표현 가능하게 되어 연산 처리의 오차에서 생기는 그러데이션 문제를 줄일 수 있습니다.