디지털 TV방송의 주사방식과 해상도의 관계

 

    TV방송의 전송에서 주사선 방식을 채택한 이유는 기술적인 문제  때문이다. 그동안 영상의 무선 전송방식에서 아날로그 방식의 한계를 벗어나  디지털 방식의 무선 전송방식으로 발전 되면서 매우 빠르게 기술적 문제가 해결돼 가고 있다.

  우리의 눈의 특징인 잔상 (殘像)을 통해 동적 영상을 촬영하고 전송해서 사실적으로 시청할 수 있다.

  그 잔상이란  시각(視覺)에서 보여주는 자극이 사라진 뒤에도 감각 경험이 어느정도 남아 지속되는 감가을 말하는데 그 시간이 1/16초다 . 다시 말해서 1/16초보다 늦지 않게 다른 시각이 이어진다면 그 형상(形像)들이 연속되어 진다. 우리가 임의적으로 만들어낸  만화를 매초당 18장 이상 연결해 준다면 움직이는 영상으로 인식하게 되어 영상만화가 이루어질 수 있다.

  필름(pi lm)을 이용한 영상 카메라는 매초 24장의 정지화상을 촬영하고  24장의 정지화상을 연속적으로 투사하여 하나의 동영상으로 보여주고 있다. 매초당 많은 영상을 보여줌으로서 F l i c ker(깜박임)를 줄일 수 있어 부드러운 영상을 볼 수 있다. 그래서 영상기에서 1장의 영상을 2장으로 나누어 48장의 영상을 보여준다. TV방송영상은 1장의영상을 2장으로 만들어 매초당 60장 정도의 영상이 필요했다.

그런데 아날로그 Video 영상인 1 Frame을 매초당 60장 정도 전송한다는 것은 data용량이 너무많아 기술적으로 불가능 했다. 따라서 연구한 방법이 비월주사(飛越走査) 방식을 채택했다. 비월주사란 한장의 화면(Fame)을 이루는 525선을  하나는 1, 3 ,5, 7, 9 ...262.5로 해서 거친 한장(Field)을 만들고, 다음에 2, 4, 6, 8, 10 ... 525로 또 하나의 거친 한장의 영상(Field)을 만들어  2장의 영상(2 Field)으로 나누어 보내주고 받는 방식이다. 

이 방식은  기술적으로 화면의 주파수를 늘리지 않고 영상의 F licker를 방지하며 전송할 수 있는 좋은 방법으로 고안되었는데 그 방식이 비월주사(Interlaced scanning)방식이다. 

그림 1-1-1  필드(Field)와 프레임(Frame)

 

  NTSC방식의 전송에서 SDTV방식에서는 1장(Frame)의 화면 주사선 수는 525 line으로 결정해서 사용했다. 디지털이 되면서도 SDTV는 525 선을 그대로 사용했지만 HDTV방송 방식에서는 1125 line 사용하게 됐다. 그 이유는 다음에 설명한다. 

 디지털 방식의 TV방송방식이 발전하면서 TV영상의 데이타를 압축할 수 있는 기술이 개발 되면서 영상주파수를 증가시켜도 충분이 전송할 수 있는 방법을 찾았다.  그럼으로 주사선 수도 늘릴 수 있고 비월주사 방식을 채택할 이유도 없어졌다.

 그렇다고 주사선 수를 무진장 늘릴 수는 없고 우리눈의 특징을 이용해 가정용 HDTV수신기(약 40인치 중심)의 해상도에 강장 알맞은 1,125선을 선택하고 지금 사용하고 있다. 그런데 디지털기술의 발전으로 요즈음 이 두배가 되는 2,250선을 TV방송으로 사용해 보려는 기류가 일고 있다.  

  그러나 55인치 이하의 가정용 TV수신기를 사용한다면 1,125 선이나 2,250선이나  우리 눈으로 그 해상도 차이를 구분할 수 없다 그러나 TV모니터가 65인치 아상으로 커지면서 UDTV(2,250 선) 방송이 늘고 있다. 

 그러면 비월주사가 아닌 순차주사방식(Progressive Scanning )은 어떤 것인가? 

 

1.  순차주사(Progressive Scanning or Non-Interlaced Scanning)  방식

   그동안 우리가 많이 사용하고 있는 컴퓨터의 VGA 모니터는 순차주사(Progressive Scanning or Non-interlaced Scanning)방식을 사용하고 있다. 이 순차주사란 비월주사와 달리 한 영상을 완성하는데 위에서부터 차례로 주사하여 마지막 끝까지 1회에 완전한 영상화면(Frame)이 완성되는 방식이다. 컴퓨터 에서는 무선으로 송수신하는 방법이 아니기 때문에 전혀 문제가 없었다.

  NTSC 방송방식에서 비월주사방식으로 사용되는 주사선수가 525Line으로 1초당 30Frame을 만들면서 수평주파수(Horizontal Frequency)는 15,750Hz에 불과하다. 그러나 컴퓨터 VGA 모니터는 방식에 따라 수평주파수는 30KHz에서 120 KHz 이상까지 다양하다.

   우리가 컴퓨터 영상을 그대로 방송에 사용하지 못하는 이유는 이러한 수평주파수의 차이를 생각할 수 있다. 때문에 컴퓨터 모니터를 SDTV용 카메라로 촬영할 경우 수평주파수와의 매칭(Matching Scanning Line)이 안돼서 아래위로 어떤 굵은 바(Flicker Bar)의 움직임이 보기 싫게 나타난다.

  한편 디지털 모니터는 525 Line의 주사를 1초당 60 field 대신 60 frame으로 처리하는 방식을 채택하기도 한다. 보통 HDTV에서 주사선수가 1,125 Line 중 유효주사선수를 1,080 Line으로 보고 있는데 1,080Line을 60Field의 비월주사로 처리하거나 60 Frame의 순차주사로 처리한다. 60 Frame으로 순차주사 할 수 있는 것은 디지털방식에서 많은 영상 데이터(Data)를 압축할 수 있는 기술의 발전 때문에 가능하다.

  TV Sets에서 60 Frame 주사를 60 Hz 수직주사 주파수라고도 표현한다. 오늘날 TV모니터의 수직주사 주파수를 240 Hz, 480 Hz까지 개발해 사용한다. 이는 수신되는 60 Hz를 매우 빠르게 반복하여 4번 또는 8번까지 주사하여 Flicker 현상을 줄이고 더욱 선명한 영상을 얻게 하는 기술이다.

  때문에 비월주사 방식보다 순차주사를 택함으로서 훨씬 높은 영상의 해상도를 유지할 수 있다.

 

2. TV방송 영상콘텐츠 제작의 카메라 선택

  TV방송용 카메라는 방송방식과 일치하는 수평주사선 수의 카메라를 활용하는 것이 보통이다. 그동안 그렇게 사용했다.

  좀더 구체적으로 말하면 수평주사선이 525 선(유효수평주사선 483)인 SDTV방송용 카메라는 525 선 카메라. 수평주사선이 1,125 선인 HDTV방송방식에서는 1,125선(유효수평주사선 1080) 카메라를 사용했다. 그런데 수평주사선수가 높은 2,250(유효수평 주사선 2,160) 선용 카메라로 촬영하여 편집한 후 1,125 선으로 down converting 한 영상이 훨씬 해상도가 높아 보인다. 만약 수평주사선이 무한대인 Film 카메라로 촬영하여 편집한 후 1125 선으로 변환하여 방송한다면 더욱 선명한 해상도를 얻을 수 있다. 

  왜 그럴까?  그 이유는 수평주사선이 무한대인 영상에서 1,125 선을 추출해 내는 것과 1,125 선만으로 촬영한 영상에서 1,125 선을 추출해 내는 과겅에서 약간의 위치가 달라지면 1,125 선을 모두 추출해 낼 수 없다.따라서 만들어진 영상은 1,125 선을 유지할 수 없어 해상도가 떨어진다. 결론적으로 해상도가 아주 높은 카메라로 촬영하여 편집하고 최종적으로 방송방식에 맞는 영상으로 변환하는 것이 좋다.

  방송방식에서 수평주사선이 1,125 선의 HDTV방송보다 2,250 선의 방송방식이 높은 해상도를 유지 할 수 있어 좋을 것 같다. 80인치 이상의 TV수신기에서는 현격한 차이를 느낄 수 있다. 그러나 우리 눈의 특성상 TV수상기가 40인치 정도의 가정용에서 1,000 선을 넘어가면 2,000 선이나 3,000 선이나 해상도의 차이를 느낄 수 없다는 연구가 나왔다. 즉 가정용 작은 TV 수상기에서 1,125 선이나 2250 선의 해상도를 구분을 할 수 없다는데 있다.

 우리가 한 때 3차원 TV방송을 금방 할 것처럼 야단법석을 떨었지만 이제 그 방향은 없던 일이 된것 같다.