수요일, 4월 15, 2015

HDMI 1.3 ¹öÀüÀÇ µîÀå, 'Ä÷¯' ±× ÀÌ»óÀ» ±¸Çö

"'풀 컬러' 차원을 넘어, 예전에는 고객들이 본 적도, 상상할 수도 없었던 세계를 보여주고 싶습니다." 소니 그룹의 CEO이자 SCE(Sony Computer Entertainment)의 사장인 켄 쿠타라기(Ken Kutaragi)의 포부다.
2006년 3월, SCE는 PS3(PlayStation 3)의 출시 시기를 당초 계획했던 2006년 봄에서 오는 11월로 연기한다고 발표했다. 디스플레이 출력 성능을 향상시키라는 소니의 요구가 제품의 출시 일정을 연기하게 된 이유 가운데 하나였던 것으로 알려졌다. 이에 SCE 는 최신 디지털 인터페이스 표준인 'HDMI 1.3(High Definition Multimedia Interface 1.3)'을 채택하기로 결정했지만, 그 당시 HDMI 1.3은 표준화 작업이 한창 진행 중이어서 부득이 일정을 늦추게 됐다는 게 이 회사 관계자의 설명이다.



2006년 6월에 발표된 HDMI 1.3의 최대 데이터 전송속도는 TV, DVD 플레이어 및 그 밖의 다른 장치에 이미 폭넓게 채택되고 있는 기존 HDMI 표준보다 약 2배가 빠르다(그림 1). 뿐만 아니라 HDMI 1.3은 각각의 R(빨강), G(초록), B(파랑)당 8bit로 구성되는 현재의 24bit 컬러보다 더 많은 정보를 전달하는 영상 신호를 처리할 수 있다. 이 표준의 개발을 주도한 것은 히타치, 마쯔시타 전기공업, 소니 등 일본의 소비가전 제조업체들이었다.
HDMI 1.3을 채택하기로 한 SCE의 결정은 새로운 인터페이스의 등장이 플레이백 시스템과 디스플레이 분야에서 콘텐츠와 전송에 이르는 컬러 정보(Color Information)를 처리하는 전 영역에 걸쳐 어떠한 효과를 미치는지를 잘 보여준다.
24bit 컬러 이상의 컬러 정보를 처리하는 인터페이스를 활용하자는 프로모션 활동은 PC 업계에서 먼저 시작됐다. 2006년 5월, VESA(Video Electronics Standards Association)는 디스플레이포트 1.0(DisplayPort 1.0) 규격을 발표했으며, 미국의 델 컴퓨터와 HP, 중국의 레노버 그룹 및 그 밖의 몇몇 업체들이 디스플레이포트 1.0 규격을 이미 공개적으로 � 痴置萬都�
미국의 인텔과 애플 컴퓨터 등 PC 분야의 제조업체! 들은 200 6년 7월 31일을 목표일로 잡고 'UDI(Unified Display Interface)'라는 새로운 인터페이스에 대한 표준화 작업을 진행 중이었다. 이 새로운 인터페이스는 24bit 컬러 이상의 컬러 정보를 전송하기 위한 독자적인 방법을 활용하고 있으며, HDMI와의 호환성은 사용자 편의를 위한 선택 사항으로 지원된다. 궁극적으로는 HDMI 1.3도 지원하게 될 것으로 보인다.

한층 부드러워진 그라데이션
HDMI 1.3과 디스플레이포트 표준이 대단한 이유는 이들 표준은 기존의 DVI(Digital Video Interface)나 HDMI 1.2 같은 인터페이스를 이용할 때보다 훨씬 자연스러운 영상을 구현할 수 있다는 점이다. 푸른 하늘에 두둥실 떠 있는 하얀 구름, 수평선 너머로 해가 기우는 멋진 해넘이 광경 또는 눈밭을 깡충깡충 뛰어다니는 하얀 토끼의 이미지 등은 일반적으로 24bit(1천6백77만) 컬러 인터페이스로는 배경이 선명하지 않거나 컬러가 흐릿해진다. 컴퓨터 그래픽 디스플레이의 경우에도 24bit 컬러 인터페이스는 그라데이션에서 '마하 밴드(Mach Band) 현상'이 나타나는 경우가 잦았다. 마하 밴드 현상은 경계면 부근에서 어두운 면은 더욱 어둡고, 밝은 면은 더! 욱 밝게 보이는 일종의 착시현상을 말한다.



HDMI 1.3, 디스플레이포트 및 유사 규격을 표준화하는 그룹은 48bit(2백81조4천7백49억) 컬러를 이용하여 천연색에 한층 가까운 컬러 출력을 구현할 수 있게 되기를 바라고 있다. 이들 규격은 일반적으로 HD(High Definition) 1080p 포맷으로 불리는 순차 출력으로, 60fps로 1920×1080 픽셀을 처리하게 된다.
휘도 신호 및 색차 신호의 경우, YCbCr (4:4:4) 신호 포맷은 이미 새로운 인터페이스 레벨에서 24bit 컬러 이상을 처리한다. HDMI 1.2는 36bit 컬러 이미지를 전송하려면 색차 신호를 YCbCr(4:2:2)로 다운샘플(Downsample)하며, 인접 픽셀이 색차 신호를 공유하므로 정보량은 더 줄어든다. YCbCr(4:4:4) 포맷은 특정 색차 신호를 개별 � 횝옜�할당하기 때문에 왜곡이 적은 이미지 전송이 가능하다.
디 스플레이의 진화
24bit의 장벽을 뛰어넘는 색 표현이 가능하게 된 핵심 요인으로는 다음의 세 가지를 꼽는다.
첫 번째 요인은 현재 디스플레이 기술을 견인하는 것이 그림 2에 제시된 바와 같이 PDP(Plasma Display Panel)와 LCD(Liquid Crystal Display) 같은 픽셀 디스플레이 디바이스라는 점이다. 기존 CRT(Cathode Ray Tube) 디스플레이는 전자 빔으로 주사하기 때문에 픽셀 디스플레이 디바이스보다 인접 픽셀 간 그라데이션 차이를 구분하기가 근본적으로 더 어렵다. 일본 NHK 과학기술 연구소 재료공학팀의 타이이치로 쿠리타(Taiichiro Kurita) 선임 연구원은 "픽셀 디스플레이 디바이스에서는 색조 차(Tonal Difference)가 CRT보다 더욱 확연하게 나타난다"고 말했다. 픽셀 디스플레이 디바이스가 CRT보다 그라데이션을 훨씬 정확하게 나타낸다는 뜻이다.
예컨대 게임 개발자들은 그러한 그라데이션 디스플레이 성능 차이를 잘 알고 있다. CRT TV 스크린용으로 개발된 기존 게임 타이틀을 최신 LCD TV에서 실행하면, "영상이 엄청나게 거칠고 흉하다"는 게 일본 폴리포니 디지털(Polyphony Digital)의 카즈노리 야마구치(Kazunori Yamauchi! ) 사장의 지적이다.
화면의 대형화 추세 역시 그라데이션 디스플레이 성능을 향상시키기 위한 노력을 부추기는 요인이다. 최근에는 50인치 및 60인치 LCD TV와 100인치 이상의 영상을 디스플레이하는 배면투사 시스템 신제품을 쉽게 구할 수 있다. 20인치나 30인치 디스플레이에서는 그라데이션 차이나 색 편차를 인식하기가 쉽지 않았지만 이제는 디스플레이 기기가 대형화됨에 따라 시청자도 쉽게 알아차릴 정도로 커졌다.

12bit 컬러
1080p 영상을 처리하는 디스플레이 개발이 어느 정도 궤도에 올랐기 때문에 엔지니어들은 가령 명암비(Contrast Ratio)를 높이거나 색 재현폭(Color Reproduction Range)을 확대하는 방법으로 화질 향상에 노력을 기울이고 있고, 또한 이들의 이러한 노력은 그라데이션 처리 성능 향상으로 이어지고 있다. 콘트라스트를 높이거나 색 재현 범위를 확장할 때, 그라데이션이 좋지 않으면 부자연스러운 디스플레이 영상이 더욱 두드러지기 때문이다.
예컨대, 지원 그라데이션 수를 늘리지 않고 명암비를 높이면 휘도 해상도가 떨어진다(그림 3). 이는 색 재현폭에도 똑같이 적용된다. xvYCC 색 공간(Color! Space) 표준은 현재 업계에서 널리 사용되고 있는 sRGB 표준이 지! 원하는 � 故릿�더 넓은 색 공간을 제공하는데, 이 xvYCC 색 공간 표준이 2006년 1월에 국제 표준이 됐다.
이러한 색 재현폭을 지원하는 디스플레이를 기존 sRGB 모니터가 사용하던 동일한 그라데이션 수로 디스플레이하면, 다이내믹레인지(Dynamic Range, 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 비)가 늘어나 인접 컬러 간 색상차가 커지고 색 표현 해상도는 낮아진다.
많은 디스플레이·비디오 장치 개발자들이, 적어도 시작 단계에서는, 컬러당 12bit 그라데이션을 가지고 36bit 컬러를 구현하는 것을 목표로 하는 것처럼 보인다. 인터뷰 한 여러 명의 엔지니어들은 12bit 그라데이션이면 육안으로 색상차를 감지하기가 사실상 불가능해져서 마하 밴드가 사라질 것이라고 보고 있었다.
NHK의 쿠리타 선임연구원은 총 36bit 컬러의 경우, 생리학적으로 컬러당 최소 12bit가 적절하다고 주장한다. 인간 시야의 명암 식별 경계를 정리한 독일의 생리학자 에른스트 베버(Ernst Weber)에 따르면 인간의 눈은 휘도가 2% 차이 나는 경계를 감지할 수 있다. 이를 바탕으로 살펴볼 때, 밝은 영역의 명암비 50:1로 디스플레이의 그라데이션 차를 없애려면 최소한 12bit 그! 라데이션이 필요하다. 새로운 표준이 48bit 컬러 정보를 처리하도록 설계된 이유가 바로 이 때문이다.

더 늘어난 그라데이션 단계
24bit 이상의 컬러 정보 전송을 위한 새로운 인터페이스의 등장은 다양한 영상 처리 장비 개발 작업에 엄청난 영향을 끼치고 있다. 24bit 컬러 처리를 위한 기존 제품과 비교할 때 '컬러 정보'의 중요성이 극적으로 변했다.
LCD와 PDP TV는 보다 향상된 그라데이션을 구현하는 능력이 다른 기기보다 탁월하며, 24bit 컬러 시대에 들어선 이후로는 감마 보정이나 보간(Interpolation) 등의 기능을 통해 색 표현 범위를 보다 넓힐 수 있도록 컬러당 8bit 이상으로 데이터를 처리하고 있다. 신호 처리에는 수 많은 분할과 기타 작업들이 요구되기 때문에, 오직 8bit 데이터만을 처리할 때에는 오류가 누적되어 엔지니어들이 컬러당 12~16bit를 처리하도록 시스템을 재설계해야 한다. 이 기술이 성공적으로 자리잡는다면 8bit 이상의 그라데이션을 처리하는 신호처리 회로를 개발하는 게 힘들지만은 않을 것이다.
컬러 처리가 향상된 신호 처리 IC도 선보이고 있다. 일례로 일본의 도시바는 2006년 2월에 발표된! 레그자(REGZA) LCD TV에 그런 IC를 사용했다. 도시바 관계자는 "� 뻠括岵막 � 신호 처리는 14bit 정밀도(Precision)를 가지고 수행되며, 출력은 10bit 해상도로 처리한다. 이는 늘어난 그라데이션 표현에 대한 도시바의 대응이다"라고 말했다.
디스플레이 패널 생산업체들 역시 24bit 컬러 이상을 디스플레이 하는 새로운 기술을 개발하기 위해 박차를 가하고 있다. PDP 디스플레이는 이미 컬러당 10~12bit를 처리하고 있으며, 10bit 해상도를 지닌 드라이버 IC를 실장한 첫번째 LCD 패널이 올 연말 이전에 출시될 것으로 예상된다.
이미 DVD 플레이어나 다른 디스플레이용 영상을 출력하는 플레이백 디바이스를 생산하고 있는 제조업체들까지도 향상된 그라데이션 표현을 적용하기 시작했다.
예컨대 일본 마란츠 컨수머 마케팅(Marantz Consumer Marketing)은 2005년 8월에 DVD9600 DVD 플레이어를 출시했는데, 이 기기는 30bit 컬러 영상 신호를 출력하는 데 기존의 HDMI 표준을 사용했다. 이 온보드 영상처리 IC는 IP 변환 및 그라데이션 처리를 동시에 수행하며, 30bit 컬러로 1080p 60fps 영상 신호를 출력한다.


지금은 HDMI 표준의 한계로 인해 영상 신호용으로 YCbCr(4:2:2) 포맷을 사용하는 상황이지만 D&H 홀딩스(D&M Holdings, 마란츠의 지주회사) 오디오 개발국 OPT 개발부의 마사하루 야츠하시(Masaharu Yatsuhashi) 매니저는 "그라데이션 성능 향상이 엄청난 화질 향상으로 이어진다는 결론을 얻었다"고 설명했다. 마란츠는 YCbCr(4:4:4) 포맷을 사용하여 30bit 컬러를 지원하기 위해 HDMI 1.3과 다른 표준을 활용할 계획이다.
2006년 1월, 미국에서 개최된 2006 인터내셔널 CES에서 SCE는 PS3의 블루레이 디스크(Blu-ray Disc) 플레이어에 적용될 것으로 보이는 기술을 선보였으며, 현재 개발 중이다.
셀(Cell) 마이크로프로세서는 블루레이 디스크 표준 비디오 스트림 데이터를 디코딩하여 그것을 LCD TV에 12bit 그라데이션 화상 데이터로 출력한다. 가령, 컬러당 8bit에서 12bit로 증가시키는 등의 화질 향상을 위한 처리 작업을 셀 마이크로프로세서가 수행하는 것으로 보인다.
인코딩 기술의! 발전으로 24bit 컬러를 넘어서는 색 표현 확산이 더욱 가속화될 � 痼막�예 상된다. H.264/MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) 표준은 새로운 프로파일인 High 10(디지털 카메라와 고화질 영상), High 4:2:2 및 High 4:4:4용 규격을 2005년 12월에 확정했다. High 10과 High 4:2:2 프로파일은 최대 10bit 컬러를 사용하며 High 4:4:4는 12bit 컬러를 사용한다. H.264/MPEG-4 AVC의 현재 버전과 기존 MPEG-2 표준은 최대 8bit 컬러를 지원한다.

주변 장치 기술
디지털 카메라와 캠코더, 스캐너 등 최종 사용자가 이미지 데이터를 만들기 위해 활용하는 기기도 24bit 컬러를 넘는 컬러 정보를 처리할 수 있도록 준비 중이다. 이들 시스템에 사용되는 영상 디바이스는 원색당 10~16bit를 처리하게 될 것이다.
예를 들어 상당수 디지털 SLR(Single-Lens Reflex) 카메라는 RAW 포맷으로 데이터를 저장한다. 영상 디바이스는 영상 처리 없이 ADC(Analog-Digital Converter)에서 생성된 전기 신호 데이터를 8~14bit로 저장한다. 일반 JPEG 포맷은 8bit 그라데이션만 저장하지만, RAW 포맷을 이용하면 이미지 데이터를 가능한 모든 그라데이션 정보와 함께 ADC에 저장할 수 있다.
정지 이미지와 비디오 이미지를 편집하는 P! C 소프트웨어도 24bit 이상의 컬러 정보를 지원하기 시작했다. 미국 어도비 시스템즈(Adobe Systems)의 새로운 제품 패키지인 애프터 이펙츠 7.0(After Effects 7.0)은 예전의 16bit에서 32bit로 컬러당 비트 심도를 높였다. 이미지에 더 낮은 그라데이션 단계를 사용할 때라도 연산 작업으로 인해 발생되는 왜곡의 영향을 최소화하는 게 목적이었다(그림 4).



24bit 컬러 이상의 컬러 정보를 처리하는 환경이 머지 않아 PC에서 표준이 될 것이다. 미국 마이크로소프트의 차세대 OS인 윈도우 비스타(Windows Vista)에는 RGB 컬러당 최대 32bit를 처리하는 WinFX API(Application Programming Interface) 기능이 포함될 것이다. 기존 Win32 API는 일반적으로 컬러당 8bit만 처리한다. 프린터 스캐너 등 I/O 디바이스와 데이터 교환을 지원하는 API는 � 銹커�WinFX를 넘어설 정도로 변화될 가능성이 있으며, 점점 더 많! 은 PC 주 변장치가 24bit 이상의 컬러 정보를 처리할 것이 확실시 된다.

신호 처리
플레이백· 디스플레이 디바이스를 연결하는 인터페이스와 디스플레이 디바이스 자체의 그라데이션 성능이 최대 48bit 컬러까지 처리할 수 있게 된다면, 이미지 충실도와 기타 성능 지수를 높이기 위해 신호 처리 기술을 개선하려는 추진 동력이 극적으로 달라질 수도 있다. 플레이백 디바이스가 포맷 변환과 픽처메이킹(Picture-Making) 같은 신호 처리를 담당하고, 가공되지 않은 데이터를 그 자체로 디스플레이에 출력할 수도 있다.
예컨대 DVD 플레어어는 24bit 컬러 비디오 스트림을 담당하고, IP 변환 및 해상도 변환 등 480i 소스에서 포맷 처리를 수행한 후, 디스플레이를 하기 위해 정교한 '픽처메이킹' 영상 처리를 실행한다. 지금은 이 신호 처리가 디스플레이와 플레이백 디바이스 사이에 나뉘어져 있다(그림 5). 둘을 연결하는 인터페이스는 최대 24bit 컬러만 처리하기 때문에 플레이백 디바이스의 처리 결과를 완전하게 디스플레이 하는 게 불가능하다. 하지만 24bit 이상의 컬러 정보를 처리하는 인터페이스가 있으면, 현재 두 디바이스 간에 분리된 � 족關섹缺�한 곳에서 처리되어 연산 오류로 인해 야기되는 화질 저하를 막게 된다.



향후 HD DVD와 블루레이 디스크 플레이어가 더욱 보편화되고 비디오 소스 해상도도 증가하면, 제조업체는 이런 연산 오류 유형을 최소화하기 위한 엄청난 노력을 하게 될 것이다. TV 등 디스플레이 디바이스는 입력 영상 데이터를 얼마나 충실하게 구현하는지가 핵심 평가 사항이 될 것이다. 일본 파이오니아의 관계자는 "지금은 TV가 처리하고 있는 픽처메이킹 기능을 언젠가 주변 장치가 담당하게 되는 일이 생기지 말라는 법은 없다"고 경고했다.
사실 DVD 플레이어 개발자들은 예전에 플레이어의 디스플레이 디바이스가 처리하던 신호 처리 기능을 구현하기 위해 진작부터 열을 올려 왔다. 하지만 플레이백 시스템이 픽처메이킹 기능을 완벽하게 처리하려면, TV와 기타 ! 디스플레이는 플레이백 시스템에 디스플레이 특성을 알려줘야 한다! . 그렇게 하려면 소비가전제품이 PC와 주변 장치의 컬러 관리를 위해 이미 사용되고 있는 '프로파일' 같은 시스템을 채택해야 한다.

치카시 호리키리(Chikashi Horikiri), 타쿠야 오타니(Takuya Otani), 타다시 네즈(Tadashi Nezu)

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