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지상파 8K UHD방송은 가능할까?

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부제 : 지상파 8K UHD방송이 무늬만 8K UHD화질이 되지 않으려면...

 

4개월 앞으로 다가온 지상파 4K UHD본방송 실시(전환)를 앞두고, 지상파 8K UHD방송 이야기가 다소 쌩뚱맞은 소리처럼 들리겠시지만, 일본이 이미 8K UHD시험방송을 하고 있고, 2017년엔 다소 고가이긴 해도, 8K UHDTV를 구입 할 수 있는 수준 정도로 관련 제품이 나올 수 있을 것으로 보이기 때문에, 지상파 8K UHD방송의 8K UHD화질 문제는, 반드시 짚고 넘어가야 할 사안이다.


사실 지상파 4K UHD방송 화질이, "지상파를 통한 세계 최초의 UHD방송"이라는 거창한 타이틀(성과)때문에, UHD의 본질인 초고화질을 구현하지 못하는 "무늬만 4K UHD화질"이 되어, 지상파 4K UHD본방송엔 더 이상 기대할 것도 없어 졌다.


거기에다 4K UHD방송 자체가, 2020년을 전후로 등장하는 8K UHD방송으로 인해, 그 수명이 3~4년을 넘기기 힘들 것으로 보여, 지상파 4K UHD방송에 대한 기대는 더욱 약화가 되어 가고 있는 것인데, 그래서 지상파 8K UHD방송도 무늬만 8K UHD화질이 될 수 있기에, 무늬만 8K UHD화질이 되지 않게 하기 위한 대안들을 찾아보았다.


모든 디지털 영상은, 기본적으로 영상을 압축한다. 그래서 그동안 SD→HD→UHD(4K-8K)로 오면서, 4배씩 해상도가 상승하면서, 그에 따른 압축(전송) 용량(비트레이트)도 증가를 하였지만, 방송 전송 용량의 발전은 거의 답보상태 수준이다보니, 압축률 향상이 디지털 영상 발전의 핵심이 되어 왔다.


그런데, 문제는 그동안 새로운 코덱을 적용해 압축률을 50%씩 향상시켜 왔지만, 4K-8K UHD방송을 실시함에 있어서, 특히 무선 전파를 사용하는 지상파는, 방송 전송 용량의 한계로 4K UHD방송부터는 무늬만 4K UHD방송이 되어가고 있다는 것이다.


현재 4K UHD영상을 압축하는 코덱은, 주로 H.265(HEVC)가 사용이 된다. HEVC가 상당한 압축 효율을 보여 주고는 있지만, Full 4K UHD(4K@120fps, 12bit/4:4:4)화질의 50% 수준도 구현을 못하고 있다. 현실이 이러니, 8K UHD방송은 지금의 지상파 방송 전송기술로는 사실상 불가능한 상황이다.


그런데, 우리는 압축 코덱을 이야기하면서, 제일 중요한 사안을 소홀히 하고 있다. 바로 화질의 척도가 되는 압축(전송) 비트레이트다. 현재 4K UHD방송이 4K@60fps, 10bit/4:2:0으로 주로 가고 있지만, 압축(전송) 비트레이트가 지상파가 15~20Mbps, 국내 유료방송이 32Mbps, 일본 4K UHD방송이 35Mbps인 점을 감안하며, 국내 지상파 4K UHD방송은 수치로만 보아도 "무늬만 4K UHD화질"임을 알 수 있다.


즉, 같은 화질이라도 압축(전송) 비트레이트가 2배 이상 차이가 난다. 이는 곧 화질과 직결이 되는 것인데, 압축 비트레이트 수치가 낮으면, 그만큼 압축을 많이 한 것이고(화질 저하), 압축 비트레이트 수치가 높으면, 그만큼 압축을 적게 한 것이다(화질 향상).


그럼 왜 국내 지상파방송의 압축(전송) 비트레이트는 낮고, 국내 유료방송과 일본 4K UHD방송은 압축(전송) 비트레이트가 높은 것일까? 이는 방송방식의 전송 기술 때문이다. 유료방송은 대다수 유선을 이용하고, 일본은 위성을 이용한다. 그렇지만, 지상파방송은 지상의 중계소를 통해 방송을 하다보니, 사실상 30Mbps이상은 전송하지 못한다.


물론 지상의 중계소를 이동통사들처럼 가까운 거리에 중계기(1km내외)가 있고, 중간에 장애물(건물 등)이 없다면, ATSC 3.0이나DVB-T2방식을 사용하는 지상파방송도 40Mbps~도 전송이 가능하겠지만, 중계가가 많지 않은 지상파방송을 20km내외까지 안정적 전송을 하려면, 사실상 30Mbps이내가 한계다.


그래서 유럽(DVB-T2)은 4K UHD방송을 30Mbps이내로 하고 있고, 국내 지상파 4K UHD방송(ATSC 3.0)은, 25Mbps로 정하고 있는데, 문제는 국내 지상파 4K UHD방송 표준엔 이동(모바일) HD방송이 포함이 되어 있어, 이동 HD방송 용량과 각종 부가 서비스 용량을 빼고 나면, 총 전송 비트레이트 25Mbps에서, 지상파 4K UHD본방송 1채널의 용량은 15~20Mbps 정도가 된다.


이러한 수치는 지상파 HD방송(19.93Mbps)보다 낮은 압축(전송) 비트레이트여서, 지상파 4K UHD방송을 "무늬만 4K UHD화질"이라고 하는 것이다. 결국 ATSC 3.0 전송 비트레이트의 한계와 2개의 방송(4K UHD+HD)을 함께 하려는 지상파방송사들의 욕심 때문에, 국내 지상파 4K UHD방송의 화질이, 인터넷 스트리밍 서비스 화질보다 못한 저 화질로 전락하고 있는 것이다.


그래서 우리는 화질의 척도가 되는 압축(전송) 비트레이트를 8K UHD방송에서도 생각해 보지 않을 수 없는 것이다. 현재 세계에서 유일하게 8K UHD시험방송을 하고 있는 일본의 경우, 8K HEVC를 사용하여, 8K@60fps, 10bit/4:2:0, 80~90Mbps정도로 8K UHD시험방송을 하고 있다. 사실 8K UHD화질로는 부족함이 있다.


하지만, 일본의 8K UHD시험방송에서 한 가지 놀라운 것은, 전송 비트레이드를 100Mbps까지 송출 할 수 있다는 것이다. 즉, ATSC 3.0이나 DVB-T2가 사실상 30Mbps이상을 전송하지 못하는 것에 비해, 일본의 전송(ISDB-S3) 기술은 상당한 수준이라는 것이다. 하지만, 일본의 8K UHD시험방송은 위성을 통한 것이다.


다시 말해 지상파를 통한 30Mbps이상은, 아직 일본도 못하고 있다는 것이다. 그래서 일본은 지상파를 통한 UHD(4K-8K)방송은 실시하지 않고 있다. 해서 지상파를 통해 8K UHD방송을 하려면, 방송방식의 전송 비트레이트를 향상 시키던지, 아니면, 현존 최고의 압축률을 자랑하는 HEVC(H.265)보다 최소 50%이상 압축 효율이 좋은 새로운 차세대 압축 코덱을 개발해야 한다는 것이다.


물론, 현재 ATSC 3.0이 4096QAM이나 NIMO기술 등을 적용하면, 최대 60Mbps까지 전송이 가능하다고는 하지만, 아직 모두 이론적 단계의 기술들이다. 또한 DVB-T2도 그동안 사용하던 1채널당 주파수 대역(6MHz폭)을 넘어 8~10MHz폭을 사용하는 등의 대안으로 전송 비트레이트를 높이기 위한 방안을 찾고 있지만, 실현 가능성은 크지 않아 보인다.


그래서 세계 방송사들은, 방송방식 개선을 통한 전송 비트레이트 향상보다는, 새로운 압축 코덱 개발에 열을 올리고 있는데, 현재 가장 눈에 뛰는 압축 코덱은 기존 H.265(HEVC)의 기술을 향상시킨 SHVC와 일본의 JVET가 연구 중인 기술들이 새로운 차세대 압축 코덱으로 부상을 하고 있다.


국내에서는 KBS가 8K SHVC에 대한 연구 개발을 착수한 상태이고, 일본이나 몇몇 국가들도 이미 8K SHVC를 개발하고는 있지만, 현실은 그리 녹록한 편은 아니다.


8K SHVC는 H.265(HEVC)에 비해 압축 효율이 20%정도 향상이 되는 것으로 알려지고 있고, 아직 코덱 이름이 정해지지 않은 JVET에서 개발 중인 새로운 코덱은, H.265(HEVC)에 비해 압축 효율이 30%정도 향상 되는 것으로 알려지고 있다(아래 도표 참조). 

▶압축 코덱의 발전에 따른 향상된 압축률

압축

코덱

MPEG-2

H.264

H.265

(HEVC)

?

향상

(Mbps)

100

50(50%)

25(50%)

SHVC

20(20%)

JVET(?)

17(30%)

용도

지상파

HD방송

유료 HD방송-블루레이

4K UHD방송

4K 블루레이

8K UHD방송

4K@60fps, 10bit/4:2:0화질로 MPEG-2로 압축하였을 경우를 100Mbps로 하였을 경우, 같은 화질을 유지하면서, 변화되는 압축 비트레이트 수치


현재 차세대 압축 기술에 있어서 가장 두각을 나타내고 있는 JVET는, 이미 2016년 5월에 NHK기술 공개 행사에서 관련 시연(8K UHD)을 하였고, 2020년엔 국제 표준 채택을 목표로 개발에 박차를 가하고 있다.


만일 JVET에서 개발 중인 코덱이 조만간 성공을 한다면, 지상파(ATSC 3.0 또는 DVB-T2)을 통해, 어느 정도 8K UHD화질을 유지(8K@60fps, 12bit/4:2:0)하는 방송을 55~60Mbps정도로 할 수 있을 것으로 보여 진다.


다만, 현재 ATSC 3.0표준의 최대 전송 비트레이트가 60Mbps이내(전송 기술이 개선되었다고 가정하였을 때)이기 때문에, 안정적 전송을 위해선 50Mbps이내를 유지해야 하기 때문에, 사실상 JVET에서 개발 중인 코덱으로도 어느 정도 8K UHD화질을 유지한 8K UHD방송은 사실상 어려운 상황이다. 물론 무늬만 8K UHD화질의 8K UHD방송은 가능할 것이다.


그래서 현재로서는 지상파 8K UHD방송을 위해서는, H.265(HEVC)에 비해 압축 효율이 최소 50%이상은 향상되어야만, 어느 정도 8K UHD화질을 유지하는 8K UHD방송이 가능할 것으로 보인다(단, ATSC 3.0의 전송 기술 향상이 반드시 전제되어야).


참고로 어느 정도 8K UHD화질이 유지되려면, 8K HEVC보다 50%정도의 압축 효율이 좋은 차세대 압축 코덱을 이용해, 8K@60fps, 12bit/4:2:0, 50Mbps내외로 8K UHD방송을 할 수 있어야 할 것이다.


결국 지상파를 통한 8K UHD방송은, ATSC 3.0 이든 DVB-T2든 전송 비트레이트를 향상시키는 기술적 보완과 함께, H.265(HEVC)에 비해 압축 효율이 50%이상 향상되는 새로운 차세대 압축 코덱을 개발하지 않으면, 지상파 8K UHD방송도 "무늬만 8K UHD화질"이 될 확률이 크다는 것이다.


2~3년 후, 즉, 차세대TV는 8K UHD화질을 기본으로 하면서, 12bit로 처리되는 영상 기술과 12bit로 압축 복원하는 차세대 압축 코덱(인코더/디코더)을 누가 먼저 개발해서 적용을 하느냐에 따라 차세대 'TV+방송'시장의 주도권을 가져 갈 것으로 보인다. 다시금 바라는 것은, 8K UHD방송만큼은 무늬만 8K UHD화질이 되지 않았으면 한다.

 

 

출처 : http://cafe.daum.net/HDTV/1SrA/13295 

 

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4 Comments
S 마카  
와~어려운 문제가 산적해 있네요~제대로 방송되기 쉽지않을거 같아요~
S 현아  
역시.. 비트레이트가 제일 큰 문제인데
역시나 한국은 무늬만 이군요...
아무리 키운다 한들
비트레이트가 허접하면 어휴..

좋은글 감사합니다.
10 이강도  
이제 화질은 갈때까지 다 갔음
핸폰 카메라 화질 따지는게 웃기는것과 마찬가지

하드웨어는 더 이상 의미없음. 소프트웨어가 문제
S 맨발여행  
블루레이도 구경 못하는데...
4K TV도 사지를 못하는데요.

4K는 냅두고 8K로 건너뛰자는 말도 있더군요.