영상의 Frame rate와 Time Code 관계 : 추가설명

1. 영상의 Frame rate의 결정 

정지된 한 장의 사진을 팩스로 전체를 보내는 데는 시간적인 구애를 받지 않겠으나 영상화면은 순간순간 움직이는 피사체의 동적인 변화를 표현해야 하기 때문에 1초 동안 몇 장의 영상화면을 전달해야 하는지 전달속도비율이 정해져야 한다.

그런데 우리의 눈의 특성으로 보이는 상(像)의 자극은 매우 순간적이지만 일정한 시간동안 유지되는 잔상(殘像, After Image)현상이 존재한다. 이렇게 유지되는 눈의 잔상 때문에 연속하여 뒤따라 들어오는 영상이 조금씩 바뀌면서 연결되어  움직이는 느낌을 갖는다.

이렇게 일어나는 잔상기간이 약 초라고 한다. 따라서 움직이는 영상은 1초에 16장 이상의 영상이 연속되어야 움직이는 동적인 영상으로 인식될 수 있다. 1초당 16장으로 이어지는 영상은 동적인 느낌은 주지만 좀 부자연스럽다. 따라서 부드러운 동적인 만화영상을 만들려면 1초당 16장보다 더 많은 18∼20장 정도로 제작되어야 한다.

물론 더 많은 영상 장수를 사용하면 아주 부드럽고 면밀한 화면을 얻을 수 있으나 제작과정에서 경제적인 측면과 기술적인 문제을 고려하지 않을 수 없다. 그래서 처음 등장한 영화영상은 같은 이유로 1초당 24장을 사용하도록 결정했다.

다음에 등장한 TV영상은 흑백으로 시작하여 미국과 한국, 일본, 대만 등등의 국가들은 미국의 NTSC(National Television System Committee) 방송방식으로 1초당 30장의 영상을 송·수신하고, 유럽은 PAL(Phase Alternation by Line) 방송방식을 사용해 1초당 25장의 영상을 송·수신하도록 결정 했다. 그 이유는 사용되는 교류전기의 주파수 관계로 미국과 우리는 60Hz 주파수이고 유럽은 50Hz를 사용하고 있기 때문이다.  우리는 최대 60장, 유럽은 최대 50장의 영상을 사용한다.

그러면 처음 흑백TV영상은 왜 30 frame/sec로 결정했을까? 아날로그 시절에는 30 frame/sec보다 더 이상 많은 영상 데이터를 송·수신할 수 없는 기술적인 문제로 가능한 최대한계로 정해진 것이다. 그런데 영상화면의 밝고 어둠이 심할 때 영상의 깜박이는 Flicker현상을 줄이기 위해 영상 장수를 늘리는 방법으로 1 frame을 2 Field로 나누어 60 field/sec를 송·수신하는 방법을 찾았다.

그런데 디지털시대가 되면서 영상 데이터의 압축기술이 점점 발달하면서 기술적 한계가 해결돼 60 field/sec 대신 영상화질이 더 좋은 60 Frame/sec를 송·수신할 수 있는 방법까지 생겼다. 따라서 지금은 TV방송은 송·수신이 최대 60 Frame/sec까지 가능할 수 있게 됐다.

영화가 처음 24 Frame/sec로 결정돼 오늘에 이르렀지만 Flicker현상을 줄이기 위해 화면를 내보내는 영사기에서 1개의 Frame이 영사되는 동안 기계적적인 셧터를 사용하여 2개의 Frame으로 나누어 준다. 따라서  비춰지는 스크린의 영상은 48 Frame/sec가 된다.  

우리가 영상을 촬영하는 단계부터 카메라의 Frame Rate를 결정 해야할 필요가 있다. 그런데 흑백 TV방송에서 Color TV방송으로 바뀌면서 NTSC에서 Color 신호를 추가해 송수신해야하는 컬러의 반송파(Sub-carrier) 주파수가 3.58MHz로 1초당 30 frame을 전송하지 못하고 컬러 동기신호와 일치하기 위해 사용되는 정확한 프레임은 30 Frame/sec가 아닌 29.97002616 Frame/sec이다. 

따라 흑백TV는  1초당 30 프레임이지만 컬러 TV에서는 정확히 29.97 Frame/sec로,  60 프레임은 59.94 Frame/sec으로 사용되게 됐다.

영상 화면만 생각하는 가장 좋은 촬영의 선택은 60p(59.94 Frame/sec)라 보고, 다음이 60i(29.97  Frame/sec인데  비월주사방식인 59.94 Field/sec)이고, 마지막이 24 Frame/sec의 순서라고 본다.

여기에서 Frame rate와 시간을 표시하는 Time code와는 밀접한 관계가 있다. 따라서 Time code 표시는 드롭프레임(Drop Frame)방식과 넌드롭 프레임(Non-drop Frame)방식 2가지가 있다. 우리는 영상을 촬영하기 전에 주의해서 선택해야 한다. 대부분 방송에서 사용되는 타임코드는 정확한 시간을 나타내는 드롭프레임(Drop Frame)방식을 사용하고 있다.

2.  1 시간 중심으로 Drop Frame과 Time Code의 관계 

흑백영상에서  30 Frame/sec을 사용할 경우 정확히  30 Frame을 1초로 하여 시간을 표현할 때는 전혀 문제가 없었으나 컬러영상으로 바뀌면서 1초가  29.97 Frame이 되어 시간을 나타내는 Time Code와 시간이 일치하지 않게 됐다.따라서 그 방법을 찾은 것이 드롭프레임(Drop Frame)방식이다.

흑백영상 30 Frame/sec인 경우 :       60분  X  60초  X  30       = 108000

컬러영상 29.97 Frame/sec인 경우 : 60분  X  60초  X  29.97 = 107892

108000 – 107892 = 108 Frame 임의 차이로 108/30 = 3.6초의 시간 차이가 발생한다. 따라서 컬러 TV영상은 1시간을 마치 1시간 3.6초로 잘못 알게 만든다. 따라서 매 분마다 2 Frame씩 Drop시키면 2 X 60 = 120 Frame이 되어 120-108 = 12 Frame이 오히려 더 Drop 되는데 이를 해결하기 위해  00분, 10분, 20분, 30분, 40분, 50분은 Frame Drop을 시키지 않게 한다면 완벽하게 시간이 해결된다.

다시 정리하면 드롭프레임(Drop Frame)이란 1시간을 중심으로 타임코드의 00, 10, 20, 30, 40, 50분을 제외하고 매분마다 2 frame을 Drop시켜 정확한 시간을 Time Code로 나타낼 수 있다. 그래서 시간을 중요시하는 TV방송국에서는 드롭프레임(Drop Frame)방식을 채택해 사용하고 있다.

그러면 넌드롭 프레임(Non-drop Frame)방식은 언제 사용되는가?  긴 시간이 필요없는 3차원 컴퓨터 그래픽스장비를 사용해 프로그램 타이틀 LOGO를 만든다거나 길지 않은 광고영상 등을 제작할 경우 반듯이 사용하여야 시간 르을 정확히 할 수 있다.

Time Code를 표현할 때 Drop Frame 방식에서는 00:00:00:00으로 표시되고, 넌드롭 프레임(Non-drop Frame)방식일 경우 00,00,00,00 으로 표시 된다.