Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
4K 영상 시대의 본격적인 막이 올랐다. 몇 해 전부터 4K나 4K UHD 촬영 장비가 선을 보였고 국내에서도 4K UHD 공중파 시험 방송이 몇 차례 있었으며 유튜브의 고화질 서비스나 넷플렉스 등의 OTT 서비스에서도 4K UHD 콘텐츠가 심심찮게 등장하며 4K 디스플레이 장치들 또한 이제는 새로 구입하는 모니터나 TV에서 고려해야 하는 것이 당연해졌다. 이런 시류에 이제 와서 4k 타령을 하고 있으니 때늦은 뒷북이냐고 탓할지 모르겠다. 무욕 청빈?한 수다쟁이에겐 아직도 4k 고해상력 관련된 장비가 거의 없어 UHD의 신박함을 체감하지 못한 바도 있었고, FHD 해상력에도 나름 소소하게 추가되는 HDR 등과 이와 결합된 새로운 색역(게멋)의 지원을 받는 로그 프로파일 등의 옵션 선택으로 나름 만족하면 지냈던 점도 4K의 유혹에서 한걸음 떨어져 있을 수 있는 힘이 되었지 싶다. 하지만, 이제는 고화질/고해상력의 삿된 욕망에 점점 잠식당해서 업그레이드가 필요한 시기임을 인정하지 않을 수 없는 지경이 되었다. 그 가장 큰 현실적인 유혹은 HLG가 지원되는 디스플레이 장치와 카메라 등의 등장이라 할 수 있다.
사실 4K UHD 화질을 온전히 즐기기에는 아직은 해당 콘텐츠 등이 턱없이 부족하고 이를 구현하는 장비(디스플레이 장치 등) 마련 등등에 지불해야하는 높은 비용에 비해 상대적으로 제대로 즐길 수 있는 환경 즉, 가성비 측면에서 미흡한 점을 미리 이야기해 두고 싶다. 머지않아 4K UHD 고화질 영상이 표준이 되리라는 점은 믿어 의심치 않지만, 실제 효용을 갖는 시기의 판단은 저마다 다를 수 있다. 미리 준비가 필요하다고 느낄 수도 있고, 충분히 여건이 성숙되었을 때에 4K UHD 행렬에 동참해도 늦지 않다고 생각할 수 있다. 이는 각자의 판단과 선택의 영역이다.
최근에 종종 영상 녹화나 편집에서 4k 고화질의 필요/선택 여부를 다투는 경우를 종종 본다. 아직은 주류 디스플레이 장치 등의 재생 환경을 고려할 때 FHD로 충분하다는 등의 의견이 팽팽하다. 각자의 주장 모두 일응 타당하고 주장하는 바 요지도 충분히 이해된다. 하지만, 종종 간과하는 것이 4k나 4k UHD 등의 기술로 언급될 때, 단지 화소의 증감이나 해상도의 차이에 대한 주장/분석에 머물러 있는 점은 조금 아쉽다. 실제 Ultra High Definition 기술을 표현하는 명칭이 일반적으로 4K 해상도의 차이로 표시되었지만, 해당 ‘화질’의 실질적인 차이를 만드는 요인은 해상도의 차이뿐만 아니라 초고화질을 실현하기 위한 계조와 색조 기준 등을 포함한 확장된 기술 표준이고 High frame rate 또한 중요하다. 즉, 4K UHD와 관련해서 4K의 해상력과 더불어 UHD에는 HDR(High dynamic range)와 색역/색공간의 기술적인 변화에 대해서도 함께 고려하여야 하지 싶다. 현재 FHD 해상력에 영상을 즐기고 있다 하여도, 다양한 HDR 구현을 위한 하이퍼 감마나 로그 감마 픽처 프로파일과 확장된 색 영역을 사용하고 있다면 이미 초고선명 영상(Ultra High Definition) 기술에 한 발을 담그고 있는 것이고 비록 3840x2160의 해상도로 콘텐츠를 즐기거나 영상 콘텐츠 등을 만든다 해도 HDR이나 확장된 색 영역을 사용하고 있지 않다면 반 쪽짜리 초고선명 영상에 머무르고 있는 것이라고 생각한다. (색 심도와 비트 뎁스에 대해서는 이번 수다에서는 언급하기 어렵겠고 수다 중간의 링크로 대신하자)
디지털 이미지의 크로마 샘플링 등의 세부적인 기술적인 방식에 대해서도 언급하지 않을 수 없는데, 이는 이미지 센서의 포토 다이오드에서 획득된 아날로그 정보를 디지털화하는 A/D 변환 후 디지털 정보화하는 일련의 과정에서 기술적인 부분이라 따로 언급하지 않았다.(사실 문과적 사고로 이해하는 수준이라 내세울 것도 없다) 이는 사용자가 조정할 수 있는 측면의 것이 아니고 디지털카메라나 영상 기기에 따른 고유의 내재된 성능이고 하드웨어와 프로세싱 과정에서 화질(해상도/다이내믹레인지/색정보 등)과 직접적으로 관련되어 있다.
영상 소스의 질이라는 측면에서는 아래에서 다룬 해상력, 다이나믹 레인지, 색역 외에도 색심도와 FPS 또한 중요한 요소가 될 수 있다. 특히 초고화질에서 확장된 HDR이 적용되므로 계조와 색 심도에 있어서 현재의 8bit 비트 심도에 아쉬움이 큰데 이에 대해서는 추후 물고 뜯고 맛볼 수 있도록 아껴두고 싶다.(사실 생각이 맴돌기만 할 뿐 뭐라 딱히 정리되지 않아서 수다를 떨 정도가 아니다. 무조건 10 bit나 12 bit라고 말하기에는 현실적인 문제점 등이 꽤 있다)
▶ 디지털 HD(FHD)와 4K(4K UHD) 화질의 차이
- 해상력 / Resolution
명칭에서 알 수 있듯이 가장 눈에 띄는 변화는 해상도의 차이다.
고해상력 문제에서 한 가지 주목해야 할 부분은 소형 또는 FHD 이하의 해상도를 갖는 디스플레이 장치에서 4K 이상의 고해상력의 이미지나 영상은 해상력으로 인한 화질 차이를 체감하기 어렵다는 점이다. FHD, 2K, 4k UHD, 4k, 6k, 8k로의 변화는 더 큰 재생 화면에서 선명한 이미지를 재생하기 위한 기술이다. 즉, 해상력은 디스플레이(재생) 환경에서의 화면의 크기와 밀접한 관련이 있다. 영화/시네마처럼 아주 큰 화면으로 화상을 감상할 때 해상력의 차이는 의미 있게 체감된다. 따라서 고화질 이미지와 영상을 위한 디스플레이 장치는 해상도에 증가에 비례해서 더 크게 만들어지는 경향이 있다. 일반 시청용 TV의 화면이 고해상력 기술에 발맞추어 점차 크게 만들어지는 것도 이런 맥락에서 이해할 수 있다.
그렇다면 해상도 외에 변화되는 것은 없는 걸까. 4K 기술의 고민 중 하나는 디스플레이 장치의 크기가 작은 디스플레이 환경에서는 FHD와 이를 넘어서는 4K UHD의 차별성이 부각되지 않는 점이다. 따라서, 단순히 해상력의 문제가 뿐만 아니라, 명암의 표현 범위가 넓고 미세한 명도 차이까지 더 세밀하게 표현할 수 있는 High dynamic range/HDR)와 향상된 색 표현을 위한 색역(Gamut)의 확대가 필요하다. 즉, 4K UHD의 고화질에는 해상도의 증가뿐만 아니라 명도/계조 표현에서의 HDR과 색 표현에서의 색역과 색 심도(Color depth)를 포함하는 복합적인 고화질로 이해하는 것이 타당하다.
- HDR / High Dynamic Range
사람 시각의 특징은 색보다는 밝기 단계(명도)의 변화에 더 민감하게 반응/인식하는 특성이 있고 밝기의 단계에 따라 시각의 반응 정도에서 차이가 있는 일명 비선형적 시각 인식 특징을 보인다. (감마/Gammar - 농도 변화와 노광량의 변화를 수치로 나타내는 것) 디지털 데이터는 선형으로 저장(Linear recording)되는 것이 유리하고 일반적이므로 이런 선형의 데이터는 비선형적인 사람 시감각 지각 특성에 알맞는 이미지/화상이 되기 위해서 선형으로 저장된 이미지 데이터를 변형하는 비선형(Non-linear) 형태로의 감마 보정이 필요하다. (기존 디지털 HD 방송의 표준은 REC. 709의 비선형 감마 곡선이다)
앞서 밝혔듯이 사람의 시각은 한 장면에서 인식할 수 있는 최대 다이나믹 레인지는 대략 14 stop에 달하고, 밝기 단계의 변화(명도)에 매우 민감하게 반응하여 세밀한 계조 단계까지 구분할 수 있는데 이를 현재의 상용되는 일반적인 디지털 디스플레이/재생 장치로 구현하는 것이 만만찮다. 넓은 다이내믹 레인지와 세밀하고 촘촘한 명도(계조) 단계는 화질을 결정하는데 중요한 요소이며, 기존 디지털 HD 방송의 기준인 Rec. 709에서 더 확장된 다이나믹 레인지와 세밀한 계조를 표현할 수 있도록 4K UHD에서는 새로운 다이나믹 레인지 기준 즉, HDR(High dynamic range)과 계조에서는 10 bit depth가 기준으로 제시되었다. 다이나믹 레인지와 관련해서 ITU 국제 표준에서 권고한 수준에 부합하는 HDR 방식에는 PQ(perceptual Quantizer), HDR10, HDR10+, Dolby vision, HLG(하이브리드 로그 감마) 등이 있다.
비트 심도에 의한 계조와 색심도, 그리고 압축을 위한 색공간 변환 및 샘플링 등은 제법 다룰 주제가 많으므로 아래 링크로 대신하자.
계조(階調), 디지털 이미지(사진)의 계조 - 비트 심도 그리고 Raw와 JPEG에 대하여 Part.2 / Gradation & gray scale - bit depth II
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 전편의 계조에 대한 수다를 계속 이어가 보자. 몇몇 웹에..
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계조(階調), 디지털 이미지(사진)의 계조 - 다이나믹 레인지와 감마 곡선 Part.3 / Gradation & gray scale - DR & gamma curve III
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 계조와 관련해서 못다 한 수다를 계속 이어보자. 두서없..
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HDR은 이를 촬영하여 영상을 데이터화하는 카메라의 기술적 측면과 영상 데이터를 시각적으로 재생하는 디스플레이 기술적 측면에서 이해할 수 있다. 즉, 촬영하는 카메라에서는 14 stop 이상의 동적 범위를 의미하고, HDR 디스플레이 장치에서는 사람 눈으로 지각되는 밝기(휘도)의 범위는 대략 10,000 nits 정도이므로 HDR을 구현하는 디스플레이 장치는 10,000 nit 이상의 다이내믹 레인지를 구현할 수 있어야 한다. (nit는 휘도 단위로 1 nit는 평방미터 당 1 칸델라에 해당한다) 둘의 단위를 stop과 nits로 각각 다르게 설명해서 헷갈리는 면이 있는데, 사실 사람이 보는 또는 카메라가 촬영하는 측면에서 밝기는 정도가 고정된 것이 아니라 밝기에 따라 가변적인 범위의 개념으로 이해할 필요가 있고, 디스플레이 장치의 경우에는 밝기의 기준이 가변적일 이유가 없으므로(일부 주변 밝기에 따라 디스플레이 장치에서도 소폭의 밝기 변화가 가능한 기능 등이 있지만, 그 변화의 폭은 그리 크지 않다) 밝기의 기준이 명확한 휘도 단위(nits)를 쓰는 것이지 싶다.
이 중에서 주목해 볼 만한 것은 우리나라에서도 4K 공중파 방송 기준으로 표준화의 가능성이 가장 큰 하이브리드 로그 감마(HLG)이다. 각 나라마다 송출 표준이나 기준 조금씩 차이를 보인다. 유럽과 일본에서는 HLG가 이미 표준 HDR로 채택되었고 국내에서는 아직 미정이지만, HLG로 귀결될 가능성이 매우 높아 보인다. 아래에서 보다 자세히 다뤄보자. 그리고 최근에 등장한 HDR10+도 꽤 흥미롭다. 이는 삼성과 아마존이 공동 개발한 것으로 기존 HDR10을 기반으로 향상된 HDR 성능을 보여준다. TV 등 디스플레이 장치에서 상용화될 가능성이 높은 기술 중 하나이며 공개 기술이며 로열티가 없다는 점 등등 앞으로 주목해 볼만하다.
그 외에 방송 표준을 목표로 하지 않지만 영상에서 넓은 다이내믹 레인지를 실현하기 위한 다양한 HDR 기술도 있는데 익히 일반 소비자에게 잘 알려진 카메라 제조사들의 하이퍼 감마, 로그(Log) 감마 등이 있다.
- 색 영역 / Gamut
디지털 HD 방송의 표준인 REC. 709에서의 색 영역은 JPEG 등에서 익히 봐왔던 sRGB다. 4K UHD에서는 확장된 해상도와 다이나믹 레인지에 부합하도록 확장된 색역인 BT.2020으로 ITU에서 결정되었다. 방송 표준이 아닌 HDR 기술(흔히 현재 보급되어 있는 각 카메라 제조사의 로그 감마 등)에는 이에 맞춤으로 설정된 Gamut이 꽤 있다.
▶ 하이브리드 로그 감마/ HLG
정작 다루고 싶었던 하이브리드 로그 감마를 이야기하기 위해서 지금까지 엉뚱한 수다만 늘어놓은 듯하다. 하지만, 앞의 수다 내용이 무용한 것은 아닐 것이다. HLG를 이해하기 위해서는 기존 디지털 HD 방송의 표준인 REC.709에 대해서 이야기하지 않을 수 없고 또 현재 경쟁?하는 다른 HDR에 대해서도 알아두면 도움이 된다.
HLG가 주목받는 이유는 유럽과 일본의 디지털 4K UHD 표준으로 지정되었고 우리나라의 4K UHD 표준이 될 것이 너무 유력하기 때문이다. HLG는 BBC와 NHK 2015년 공동 개발하였고, 많은 4K HDR 중에서도 유독 눈에 띄는 몇몇 장점이 있다. 이는 기존 디지털 HD 방송의 표준과 상당 호환성을 가지고 있어서 디지털 HD 방송에서 디지털 4K UHD의 과도/전환 과정에서 경제적이고 소모 값이 적은 장점이 두드러진다.(일종의 4k UHD와 HD의 하위 호환 - Backward Compatibility) 그리고 공개된 기술이며 로열티가 발생하지 않는 점도 장점이다.
왜, 하이브리드 로그 감마일까?
감마 곡선의 아래 부분은 기존 REC. 709 곡선과 동일하고 윗부분에서는 로그(대수) 곡선으로 구성되어 있기 때문이다. 즉, REC. 709와 로그가 어두운 영역과 밝은 영역을 각각 담당하며 결합된 형태이다. 따라서 하이브리드 로그 감마에 하단 부분은 REC 709와 동일한 감마 곡선이므로 SDR(스탠더드 다이내믹 레인지)의 기존 디지털 HD 방송용 디스플레이 장치에서도 큰 화질의 손실 없이 재생이 가능하다.
영상 제작에서 HLG의 효용은 무엇일까. HLG가 기존의 다양한 Log 감마(일응 우리에게 익숙한 C-log, V-log, S-log, F-log 등)와 비교해서 가지는 차별성은 무엇일까.
앞에서 언급한 디지털 4K UHD 방송 표준이라는 매력과 기존 디지털 HD 하위 호환성은 앞에서 언급했고, 4K UHD의 표준 HDR이 되었으므로 별도의 보정을 그치지 않고도 4K UHD 전용의 디스플레이 장치에서 고화질의 영상을 볼 수 있다는 점은 무엇보다 매력적일 것이다. 하지만, 세밀한 컬러 그레이딩으로 정밀하게 색 보정(컬러 컬렉션과 컬러 그레이딩)을 반드시 거쳐야 하는 경우라면 HLG와 그 외 로그 픽처 프로파일에서 별 다른 장점은 찾기 어렵지 싶다.(HLG가 기존 디지털 HD 표준인 Rec.709와 비교하여 확장된 다이내믹 레인지를 구현하지만 밝은 명도 단계가 일정 압축되므로 후보정이 전혀 필요 없는 완벽함을 의미하지는 않지 싶다) 로그 감마 곡선의 차이와 촬영 조건에 따라 각각의 장단점으로 드러나지 않을까. 하지만, 선택의 폭이 넓어진다는 점은 언제나 높게 평가하지 않을 수 없다.
기존의 로그 감마에 대한 내용은 이전 수다에서 다루었으므로 생략하자.
앞 서 언급하였듯이 공개 기술이며 로열티가 발생하지 않는다는 점에서 로열티 문제에 민감한 공중파 4K 방송에서 표준으로 채택 가능성이 높고 로열티 없음은 다양한 카메라에 기본으로 채택되는 것에 걸림돌은 없는 것 같다. 기존 로그 픽처 프로파일을 별도 판매하는 경우 등을 생각해보면 HLG의 로열티 없음은 너무 이뻐 보인다. 그리고 기존 SDR(스탠더드 다이내믹 레인지 - REC.709) 디스플레이 장치와 별다른 변환 과정 없이 하위 호환이 가능한 범용성에 박수를 아끼고 싶지 않다. 하지만, 하위 호환의 화질은 기존 HD 방송 수준으로 봐줄만하다 정도이지 4K UHD가 의도한 HDR 본연의 고화질은 구현하기 어렵다. 따라서 HDR을 지원하지 않는 디스플레이 장치에서 HLG를 넓은 다이내믹 레인지로 표현하기 위해서는 현재 이미 사용되고 있는 카메라 로그 감마와 마찬가지로 후반 보정/편집의 작업이 필요하다. 이때의 HLG의 효용/성능은 기존에 이미 사용되고 있는 Log 픽처 프로파일과 비교해 더 우위에 있다고 말하기는 어렵다.
그렇지만 HLG가 지원되는 디스플레이 장치에서의 재생이라면 또 조금 다르다. 지금까지는 스틸 이미지나 영상에서 JPEG와 REC.709 보다 더 향상된 넓은 다이내믹 레인지(HDR)와 보다 넓은 색역을 얻기 위해서는 정지 이미지에서는 Raw 촬영 후 후반 작업이 필요했고, 영상에서는 하이퍼 감마 프로파일이나 로그 픽처 프로파일을 적용한 이후 후반 보정 작업이 반드시 필요로 하는 수고스러움을 피할 수 없었다. 그러나 HLG 영상을 지원하는 디스플레이 장치에서는 이런 수고스러운 작업 없이도 일정 확대된 고화질(넓은 다이내믹 레인지)로 즐길 수 있는 점은 큰 장점이 아닐 수 없다. 후반 색 보정의 과정 없이도 일정 수준의 초고화질을 즐길 수 있으므로 수다쟁이와 같이 별다른 전문 기술이 부족한 일반인에게도 영상 촬영과 편집이 한발 더 다가서는 개기가 되지 않을까 기대된다. 조금 부족한 부분은 추가적인 보정 작업으로 가능하니 시네마 카메라 수준의 고화질까지는 아니라고 하여도 일정 수준 이상으로 활용할 수 있는 점은 환영하지 않을 수 없다. 지금도 많은 영상 관련 신제품에서 HLG가 채택되고 있고 앞으로 더 기대되는 것이 사실이다. 진정한 UHD의 시작은 4K 해상도가 아니라 HDR과 HLG에서 시작되지 싶다. 그 완성은 10 bit 색 심도와 컬러 샘플링의 문제인데 이에 대해서는 다음을 기약하자.
조금 혼동할 수 있는 부분에 대해 설명을 덧붙이면, HLG를 포함하는 HDR은 넓은 다이내믹레인지를 재생할 수 있는 UHD 디스플레이 재생 환경에서 본래의 효용과 의미를 가진다. 현재 영상 제작에서 자주 활용되는 Log 프로파일과 혼동할 수 있는데, Log 프로파일은 SDR(Standard Dynamic range) 재생(디스플레이) 환경에서 더 확장된 다이내믹 레인지를 표현하기 위해 (좀 풀어서 설명하자면, 6~10 stop 정도의 다이내믹 레인지를 표현하는 재생 환경에 대략 최대 14 stop 이상에 달하는 다이내믹 레인지 정보를 욱여넣고 이를 후보정에서 가다듬는) 기술(편법이나 일종의 꼼수)이므로 HLG과 Log PP(picture profile)는 넓은 다이내믹 레인지를 영상에서 구현하기 위한 방식이라는 공통점은 있지만, 기술적 토대(SDR vs HDR)는 꽤 차이가 있다. HDR을 지원하는 4K UHD 디스플레이 조건이라면 현재의 로그 픽처 프로파일은 HLG 등 UHD를 위한 HDR에 비해 별 효용을 가지지 못할 것이다. (하지만 그때는 더 넓은 다이나믹 레인지를 욱여넣기 위한 새로운 HDR 기반의 log 픽처 프로파일이 등장할지도 모르겠다)
곰곰이 생각하니 HLG가 지원되는 장비(카메라와 모니터 등 기타 디스플레이 장치)로 업그레이드를 하여야 할 듯해서 얄팍한 지갑을 쳐다보니 한숨이 나온다. 상용 UHD 방송이 시작되기 전까지 그리고 HDR을 지원하는 디스플레이 장치의 가격의 거품이 사라져서 안정화될 때까지 관망하는 것도 하나의 선택지가 되지 싶다.
