정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 134. UHDTV(Ultra High Definition TV)

134. UHDTV(Ultra High Definition TV)

 

디지털 기술 및 통신 기술의 발전으로 방송, 영화뿐만 아니라 인터넷 및 개인 미디
어 등 다양한 영역에서 오디오, 비디오 중심의 멀티미디어 콘텐츠 보급 및 수요가 급
속도로 확대되고 있다. 나아가 방송 및 영화를 통하여 입체감을 제공하는 3DTV/3D
영화가 보편화되면서 사실감과 현장감을 제공하는 실감미디어에 대한 소비자 요구가
증가되고 디스플레이 기술의 발전과 더불어 가정에서의 TV 화면이 대형화 됨에 따라
초고화질에 실감나는 콘텐츠를 즐기고자 하는 UHDTV(Ultra High Definition TV) 소
비자가 증가할 것으로 예상된다.

가. UHDTV의 개요
UHDTV는 HDTV와 비교하여 4~16배 해상도의 비디오와 10채널 이상의 다채널
오디오로 소비자의 초고화질, 초고품질 욕구를 만족시킬 수 있는 방송 서비스이다.
기존의 HD 해상도로는 60인치 이상의 대형 디스플레이에서 화질이 떨어지는 문제
가 발생하게 되고, HD 해상도보다 고해상도의 UHD 서비스가 필요하다. 가정의 거
실 환경의 경우를 예를 들면, 시청거리가 2.5m에서 63~132인치 디스플레이의 경우
4K(3,840×2,160)급 고해상도가 필요하며, 그 이상의 경우는 8K(7,680×4,320)급의
고해상도가 필요하다. UHDTV는 무엇보다도 HDTV의 4배에서 16배의 화소수, 비
트심도(bit depth) 24~36bits로 색을 표현하며, 컬러포맷 4:2:2 이상으로 큰 화면에서
더욱 섬세하고 자연스러운 영상의 표현이 가능하다. 또한 동일 디스플레이 크기에서
는 물리적인 화소의 크기가 더욱 작아지게 됨으로써 시청거리가 짧아져도 화소 간격
(pixel pitch)을 인지할 수 없게 되며, 100도의 시야각으로 실제감을 최대화한다. 오디
오는 10채널 이상을 사용하여 수평 및 수직에서의 서라운드 효과로 어느 방향에서나
실제 현장에서와 같은 음향을 제공한다. [표 8-1]은 UHDTV와 HDTV의 신호규격을
나타낸 것이며, [그림 8-33]은 SDTV, HDTV, UHDTV(4K), UHDTV(8K)에서의 화
면해상도를 비교한 것이다. 4K UHDTV는 Digital Cinema라고도 하며, 8K UHDTV
는 Super Hi-Vision으로도 불리운다.

 

<UHDTV와 HDTV의 주요 특징 비교>

UHDTV 오디오 신호는 일반적으로 10채널 이상의 다채널 오디오로 정의하고 있으
며, 극장과 같은 넓은 공간에서 [그림 8-34]와 같은 모습으로 상단, 중단, 하단 3개의
계층 구조로 구성하여 22.2채널의 오디오를 제공한다.

나. UHDTV의 요소기술
UHDTV는 [그림 8-35]와 같이 콘텐츠 기술, 전송 기술, 디스플레이 및 셋톱박스
(Set-Top Box, STB) 기술 등 다양한 요소기술이 필요하지만, 무엇보다도 부호화 기
술 및 전송 기술이 중요하다. UHD 영상은 풀 HD 보다 4배∼16배 화소가 많기 때문
에 그만큼 많은 전송해야할 데이터의 양이 증가한다. 4K UHD 영상을 전송하기 위해
서는 33Mbps의 대역폭이 필요하지만, 현재의 MPEG-4 AVC/H.264 압축기술을 이
용하면 19.7Mbps 밖에 전송할 수 없다. 따라서 고화질 영상 서비스를 위해 해결해야
할 문제점 중 하나는 데이터양의 증가이다.

 

<다양한 비디오 포맷에 따른 데이터양 비교>

[표 8-2]는 다양한 비디오 포맷에 따른 압축 전 원본 영상의 데이터양을 나타낸 것
이다. 해상도가 증가하고 색공간 및 색깊이, 프레임율이 증가할수록 데이터양이 기하
급수적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 예를 들어, YUV 4:4:4 컬러 포맷의 컬러당 12
비트인 8K UHD 영상을 60Hz로 전송 또는 저장하기 위해서는 현재 서비스 중인 YUV
4:2:0 컬러 포맷의 컬러당 8비트인 30Hz HD 영상의 약 96배에 해당하는 공간이 필
요하다. 이러한 데이터양은 현재의 저장 매체와 전송 매체에서 소화하기 어려울 뿐만
아니라 그 비용이 매우 높다는 문제점을 가진다. 따라서 실감 미디어 시대를 위해서는
고화질 영상을 효과적으로 압축할 수 있는 비디오 압축 표준의 역할이 매우 중요하다.
HEVC(High Efficiency Video Coding)는 MPEG과 ITU-T의 비디오코딩전문가그룹
(VCEG)이 공동으로 개발한 영상압축 기술로 기존 H.264에 비해 압축률이 2배 가까
이 우수하므로 UHD 압축 기술로 HEVC가 활용될 가능성이 매우 크다고 볼 수 있다.
HEVC는 [그림 8-35]와 같이 계층적 부호화 단위 및 구조, 최대 35가지 방향성을 고
려한 화면 내 예측, Merge 모드 및 AMVP(Advanced Motion Vector Prediction)를 이
용한 화면 간 예측, DCT(Discrete Cosine Transform) 및 DST(Discrete Sine Transform)
변환, DCT 기반 보간, SAO(Sample Adaptive Offset), 디블록킹 필터 등 다양한 새로
운 부호화 알고리즘을 포함하고 있다.

HEVC 부호기의 구성도