2015 차세대 방송기술 세미나에서 발표한 UHD HDR 발표자료
Rapa (한국전파진흥협회)지원을 받아 제작한 UHD 다큐멘터리 "Dance Untold Story"의 Trailer를 HDR로 제작한 경험을 바탕으로 작성한 세미나 문서입니다. 문서제작을 위해 도움을 주신" Canon Korea"의 양효섭 과장님과 "PICF"의 좋은 세미나를 통해 TV Logic의 신수근 이사님의 명강의도 많은 도움이 되었습니다.
UHD HDR을 공부하시는 분들에게 도움이 되었으면 좋겠으며
저의 강의 자료도 틀린점이 있을 수 있습니다. 보시고 문제되는 점이 있으시면 말씀해 주시면 더욱 감사하겠습니다.
다큐멘터리는 네이버 TV Cast와 Remedia 홈페이지를 통해 감상하실 수 있습니다.
http://tvcast.naver.com/remedia
http://www.remedialab.com
HDR 트레일러는 홈페이지에서 보시는 영상은 모두 SDR 입니다.
HDR 영상은 UHD HDR Hevc 파일이 지원되는 TV에서만 볼 수 있습니다.
4. - 4K를 정의하는 요소는 다양한 부분이 있으며 가장 먼저 해상도를 이야기할 수 있습니다.
일반적으로 4,096X2,160 또는 3,840X2,160의 해상도를 지닌영상을 4K 또는 UHD (Ultra High Definition)라고
부릅니다. 4,096은 영화 관련 해상도의 기준이고 3,840은 방송 관련 해상도의 기준입니다.
※ 출처: Sony Blog(http://www.stylezineblog.com)
5. - 2014년부터는 4K 색공간에 대한 개념이 주목을 받았습니다.
풀 HD 영상(rec.709)보다 훨씬 넓은 색공간을 기반으로 보다 실제에 가까운 영상을
제작하기 위해 rec.2020이라고 하는 UHD의 확장된 색공간 개념이지만 너무 기술적인
내용이며 현실적으로 정확한 모니터링이 되지 않아 4K 영상을 구분하는데 큰 역할을
하지 못했습니다.
- Gamma 는 디스플레이에 들어오는 입력신호와 출력되는 광량의 상관관계를 표시하는
수식입니다. 예전 CRT 시절, TV에 들어오는 전기적 신호와 화면에 출력되는 빛의 양이
1:1로 선형적이지 않았고, 이것을 카메라와 TV 사이에 보정하기 위해 2.2, 2.4 등의
Gamma값이 만들어진 겁니다. 만약 80% 크기의 신호가 들어오면 0.8의2.2승(0.822)
즉 최고 밝기의 61.22% 밝기로 출력되도록 정의한 방식이죠.
이것이 현재 디지털 시대에도 동일하게 적용되고 있습니다.
6. - 해상도만으로 UHD를 정의한다면 단지 풀 HD 대비 4배 더 큰 영상일 뿐, 특정 사이즈 이하의 모니터에서 보게 되면
구분이 어렵게 됩니다.
- 사람의 눈이 채도(색의 맑고 탁한 정도)보다 휘도(밝기 정도)에 훨씬 민감하다는 사실에서 출발한 개념으로
HD 영상에서 보이지 않던 밝은 부분의 디테일을 보여주어 실제에 가까운 표현을 가능하게 하는 것입니다.
이로 인해 다른 개념들보다 풀 HD와 4K의 차이를 더욱 확실하게 느낄 수 있게 해줍니다.
※ 출처: Sony Blog(http://www.stylezineblog.com)
7.
8. 휘도
- 자연에서는 0 Nits 에 근접한 완전한 어둠부터 태양 빛에 준하는 엄청 밝은 휘도 범위가 동시에 공존합니다.
하지만, 아래 그림에서 보는 것처럼 일반 TV나 극장의 디스플레이는 우리 눈이 볼 수 있는 밝기의 범위보다
무척 제한적인 영역의 밝기만 표시할 수 있죠. 실제 눈이 보는 풍경과 TV로 송출되는 동일한 풍경의 밝기에
큰 차이가 있는 것은, 이처럼 극장의 최대 휘도는 46 Nits, 일반 TV는 보통 100 Nits인 휘도만 출력 가능하기
때문입니다.
- 휘도 : Luminance Level, 쉽게 말해 밝기
(휘도는 보통 Nits 로 표시하는데,제곱미터 당 칸델라(cd/m2)와 동일한 의미라고 보시면 됩니다.)
9. - 일반적인 의미로 HDR은 SDR(Standard Dynamic Range, 기존 방식의 휘도) 범위에 비해 더 넓은 영역의 휘도를
보여주는 기술 혹은 이미지 프로세싱을 말하며 영상에서의 HDR 이란 기존의 0.01 Nits - 100 Nits 범위를
탈피하여 좀 더 밝은 휘도를 포함한 다이나믹한 영상을 생산/전송/재생하는 기술을 의미합니다.
시청자의 입장에서는 영상의 어두운 부분과 밝은 부분의 밝기 차이가 커지기 때문에 영상에서 느끼는 2D 입체감이
더 커지게 되며 실제 영상에 좀 더 근접한 영상을 시청하게 되는겁니다.
현재 영상업계에서는 Dolby가 최초로 영상용 HDR 기술인 Dolby Vision을 2014년 CES에서 선보였으며 차례로
BBC & NHK 와 Technicolor 나 필립스 등에서도 자신만의 HDR 기술을 선보이고 있습니다.
※ 출처: http://www.realhd.co.kr/
10. - 사진 왼쪽이 일반적인 UHDTV 화면이라면 오른쪽이 Dolby Vision을 적용한 화면입니다.
기존 방식보다 훨씬 더 넓은 계조의 영상을 볼 수 있다는 의미인데, 아래 사진은 Dolby Vision을
시물레이션한 것으로 실제 영상은 아닙니다.
(실제 Dolby Vision을 지원하지 않는 모니터나 TV에서는 실제 그 밝기의 차이를 표현할 수 없습니다.)
- Dolby 의 HDR 은 듀얼 레이어 구조라고 하여 쉽게 말하여 영상 스트림이 기본 영상을 담고 있는
기본 레이어와 HDR 정보를 담고 있는 추가 레이어로 구성되는 방식입니다.
그래서 영상을 디코딩 할 때도 듀얼 레이어의 스트림을 디먹싱(Demux)하여 2개의 스트림으로 바꾸고,
각 레이어를 디코딩 한 뒤 다시 화면으로 출력하는 방식입니다. 이 방식은 기존 대응을 하지 못하는
영상장비를 사용할 수 있다는데 장점이 있다고 합니다.
11. - 현재 HDR 기술은 이미 2014년말에 SMPTE(Society of Motion Picture & Television Engineers)에서
표준이 제정되었습니다. 물론 Dolby 가 SMPTE 에게 HDR 관련 많은 자문을 하였구요.
SMPTE 에서 제정한 HDR 관련 ST 2084/2086 표준 같은 경우는 영상 스트림이 싱글 레이어로
구성되어 있고 HDR 정보가 SEI(Supplementary Enhancement Information)라는 메타데이터(메세지)의
형식으로 HEVC 코덱 등에 그 정보가 추가되는 방식입니다.
- SMPTE ST 2084 규약은 HDR을 지원하는 영상에서의 새로운 Gamma를 지정하는 것이며,
SMPTE ST 2086은 메타데이터의 방식으로 확장 색영역 정보(VUI) 및 HDR 정보(SEI)를 HEVC 코덱에
실어 전달하는 방식을 규정한 표준입니다.
- 전세계 시장 점유율이 높은 업체는 로열티를 주지 않으려고 당연히 Dolby Vision 대신 SMPTE 표준을
따르거나 독자적인 방식을 계획 중이며 기타 중소 업체들은 Dolby 의 기술을 채용하여 HDR을
구현하는 것 같습니다.
북미 영화 협회
12. - 미국가전협회(CEA, Consumer Electronics Association)는 최근 TV와 모니터, 프로젝터 등에 적용되고 있는
‘HDR(High Dynamic Range)’ 영상 지원 디스플레이에 대한 정의를 발표했다. CEA의 ‘Video Division’이 정한
HDR 대응의 정의는 CEA가 책정한 ‘CEA-861-F’에서 정한 HDR 신호에 대해 적어도 하나의 인터페이스를 지원하고
있거나, ‘CEA-861.3’에 근거한 고정 HDR 메타 데이터의 수신/처리에 대응하고 있는지, IP 및 HDMI 등 ‘HDR10’ 미디어
프로필 수신/처리에 대응하고 있는지, 영상을 렌더링 하기에 앞서 EOTF(전기 빛 전달 함수) 처리를 행하는지 등
4가지가 요구된다.
( HDR10은 블루레이디스크에 파나소닉과 소니가 제안한 오픈 기술로 구성된 HDR의 수록 방식이다. 덧붙여서 HDR10라는 것은
정식 명칭은 아니지만, 단순한 「HDR」에서는, iPhone 등이 탑재 된 HDR 기능 등과 혼동되어 버릴 가능성이 있기 때문에 이런
명칭이 사용되고 있다.)
( cf. HDMI 2.0a는 HDR영상 데이터를 HDMI케이블로 전송 가능하게 한다.)
- HDR10 미디어 프로필은 다음과 같이 정의된다.
EOTF: SMPTE ST 2084
컬러 서브샘플링: 4:2:0
색 심도(Bit Depth): 10bit
색역(Color Primaries): rec.2020
메타데이타: SMPTE ST 2086, MaxFALL(Maximum Frame Average Light Level),
MaxCLL(Maximum Content Light Level)
북미 영화 협회
13. - 감마(Gamma)는 HDR이 도입되기 이전에만 적합한 방식이라고 할 수 있습니다.
즉, 최대 밝기가 1,000 Nits 혹은 10,000 Nits 까지 올라가는 최신 UHD TV 와 영상의 경우는 기존 방식을 고수할 수
없죠. 그래서, Dolby 가 주장한 PQ(Perceptual Quantizer) 방식의 ST 2084 가 새로운 Gamma 대체자로 SMPTE에서
표준으로 제정되었고, 이 또한 UltraHD Bluray 에서도 표준이 되었습니다.
- 아래 그림은 가로 축이 밝기, 세로 축이 최소 명암단계를 표시하고 있는데, 오른쪽 상단 분홍색으로 표시된 부분은
인간의 시야가 영상에서 밴딩이나 계단현상을 확인할 수 있는 영역이며 해당 Gamma 값은 분홍색과 녹색을 갈라놓는
지점 이하에 위치해야 시각적으로 문제가 없습니다.
※ 출처: http://www.smpte.org
14. ※ 출처: http://www.smpte.org
- 파란색의 사선으로 표시된 기존 방식의 감마는 빛의 밝기가 낮을 경우는 유용하지만, 100 Nits 혹은 1,000 Nits
이상으로 갈수록 비효율적이 됩니다. 그리고, 붉은색 가로선(로그 방식의 감마)는 고휘도의 영상에서는 유효하지만, 낮은
밝기에서는 효과적이지 못합니다.
15. - 아래 그림 가운데의 검정색 곡선은 가장 효율적인 새로운 Gamma PQ를 제안하게 되었습니다.
- 절대적인 밝기와 감각적인 밝기의 관계는 선형이 아니라 로그(log)의 관계로 되어 있기 때문에 SDR영상의 밝기는
계조성의 효율이 나쁘지만 HDR영상은 PQ커브로 인해 보다 실제의 눈에 가까운 좋은 표현을 한다.
16. TV Pipeline for HDR contents
PQ
EOTF
HDR HEVC
Decoder
TV, DisplayACES
mastering
HDR
Grading
16bits 10bits
PQ
OETF
ST. 2084
HDR HEVC
Encoder
(VUI, SEI)
ST. 2086
BT.2020
PQ OETF (입력감마) PQ EOTF (출력감마) Linearizatin
- SMPTE ST.2084규격의 OETF에서 계조 압축된 10bit깊이의 HEVC동영상 데이터를 읽어 내 “반대”함수의
“Electro-Optical Transfer Function”(전기 빛 전달 함수)로 변환하여 절대 명도로 되돌립니다.,
Input Luminance Input Luminance
o
u
T
P
u
t
o
u
T
P
u
t
32bits
17. - 즉, HDR은 영상 센서가 인식하는 넓은 다이내믹 레인지를 그대로 압축하지 않고 출력한다는 말입니다.
(디스플레이의 성능에 따라 다르게 표현)
- 촬영 카메라의 DR(명암 차이)이 인간의 눈과 비슷한 수준까지 진화하고 있으며 영상 표시 장치의
휘도도 점점 오르고 있다.
(최신 LED TV는 로컬 디밍(부분 구동)기능으로 화면의 일부분만 더욱 밝게 처리가 가능)
18.
19. 왜 HDR로 영상 제작을 하게 되었는가?
- 미국 최고의 안무가들이 펼치는 댄스영상을 더욱 현장감 있게 표현
- HDR을 고려한 조명과 노출의 새로운 세팅방법을 시도
- 피해왔던 촬영(역광, 어두운 창고, 빛이 강한 조명)을 과감하게 도전
- 넓은 색상의 재현력(rec.2020)에 의한 화질의 향상
Concept
“Something, you’ve never seen” - 당신이 보지 못했던 그 무엇 -
Sub Title(Theme)
- The Color, you’ve never seen
- The Contrast, you’ve never seen
- The Detail, you’ve never seen
20. 최근 한 회사가 색맹인 사람들을 위해 개발한 특수 안경이 화제가 되었습니다.
안경을 쓰고, 처음으로 석양을 제대로 본 사람들은 쉽게 말을 잇지 못했습니다.
“이것이 정말, 그동안 제가 무심코 보았던 석양인가요?”
그렇습니다. 세상에는, 무엇보다 자연 속에는
이미 존재하지만 우리가 미처 보지못했던 아름답고 경이로운 색상들이 숨겨져 있습니다.
아름답고 경이롭기까지한 수천 수만가지의 내추럴 컬러와 풍경…
그동안 제대로 보지 못했던 자연의 색을 찾고, 그 감동과 경이로움을 HDR로 표현하는 작업
The color, you’ve never seen
24. 조명과 노출 그리고 연출
- 맑고 눈부신 햇살이 비추는 야외에서 노출을 1stop 낮게
- 어두운 창고와 스튜디오 내에서는 1stop 높게
- 조명을 최대한 Evenly 하게
- 다양하고 독특한 배경에서 의외성있고 신선하게 연출
DI & Compositing
“Full range(Super white & Sub zero)”
- 블랙과 화이트 영역의 확장
- ACES 컬러매니지먼트를 사용해서 보다 풍부한 색감을 표현
- 높은 비트뎁스(16bits)로 인한 Data량이 SDR 대비 2배 이상 증가
- 높은 휘도(1,000 Nits 이상)로 인한 눈의 피로감 증가
- Log Composite (CGI EXR HDR 파일 사용)
25. 도시의 명암은 자연의 그것과는 대조를 이룹니다.
빌딩숲의 빛과 그림자와 같이 명료하고 강렬합니다.
도시의 Contrast는 가시적인 부분 뿐만이 아닌
인종, 문화, 빈부의 차이와 같은 영역에서 다양하게 나타납니다.
분명히 존재하지만 제대로 직면하지 못했던 도심 속 Contrast를
파워풀하고 다이내믹한 기법으로 연출
The Contrast, you’ve never seen
29. 몰입감이 강하다
- 정밀감과 디테일의 깊이를 향상
- PQ커브에 의한 효율이 좋고 높은 명암
- BBC NHK의 Hybrid Log-gamma로 스포츠나 콘서트등의 생중계 계획중
(SDR과 HDR을 선택적으로 볼 수 있음)
百聞不如一見
“Seeing is believing”
- 태양빛의 눈 부심, 호숫가에 찰랑찰랑 한 빛, 밤의 모닥불
- 실감영상으로 인한 간접 체험
- 보지 않고서는 믿을 수 없으며 그 어느 것과도 비교 불가
- 빠른 기술의 발전으로 접근성이 쉬워 질 것
30. 나뭇잎을 현미경으로 보았을 때 잎맥과 엽록소를 볼 수 있고,
평범한 물체를 자세히 보았을 때 숨겨진 무늬나 글씨를 볼 수 있는 것처럼
같은 것을 얼마나 집중해서, 가까이, 세밀하게 보느냐에 따라
전혀 다른 것을 보고 느낄 수 있습니다.
극한의 디테일을 표현하는 미션
The Detail, you’ve never seen
