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1 방통융합미래 전략체계연구 지정 차세대 방송기술 로드맵 마련을 위한 방안연구 (A Study on Road-map for Advanced Broadcasting technology) 서창호/홍권기/정은혜/오혜란 연구기관 : 한국전파진흥협회

2 이 보고서는 2013년도 미래창조과학부 방송통신발전기금 방통융합 미래전략체계 연구사업의 연구결과로서 보고서 내용은 연구자의 견해이며, 미래창조과학부의 공식입장과 다를 수 있습니다.

3 제 출 문 미래창조과학부 장관 귀하 본 보고서를 차세대 방송기술 로드맵 마련을 위한 방안연구 의 연구결과보고서로 제출합니다. 2013년 11월 연구기관 : 한국전파진흥협회 총괄책임자 : 서창호(한국전파진흥협회 책임연구원) 참여연구원 :홍권기(한국전파진흥협회 책임연구원) 참여연구원 :정은혜(한국전파진흥협회 선임연구원) 참여연구원 :오혜란(한국전파진흥협회 주임연구원)

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5 목 차 요약문 Ⅸ 제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 필요성 및 목적 1 1. 연구의 필요성 1 2. 연구의 목적 2 3. 연구 방법 2 제 2 장 국내외 UHD 실감미디어 방송 경쟁력 분석 및 발전방향 3 제 1 절 방송 산업 환경변화 및 UHD방송 산업 동향 분석 3 1. 방송 산업 환경변화 3 2. UHDTV 방송의 개념 및 특징 5 3. UHD 방송 시장 및 서비스 동향 11 제 2 절 UHD 방송 산업 주요국 정책 기술 표준화 동향 조사 국내외 정책 동향 국내외 기술 동향 국내외 표준화 동향 31 제 3 절 HD UHD 화질평가 방법 관련 해외 사례 분석 주관적 화질평가 방법 해외사례 분석 HD 객관적 화질평가 방법 해외사례 분석 UHD 객관적 화질평가 방법 해외사례 분석 82 제 4 절 UHDTV 수용도 및 만족도 조사 실시 조사 개요 95 - i -

6 2. 조사 결과 분석결과의 요약 및 활용방안 104 제 3 장 UHD 실감미디어 방송 서비스 방안 106 제 1 절 UHD 실감미디어 방송 방안 마련을 위한 연구반 운영 개요 추진협의회 운영 107 제 2 절 UHDTV 방송 매체별 추진로드맵 마련 차세대 방송기술 발전전략( 안) 매체별 UHDTV 방송 추진 로드맵 중점 추진과제 118 제 3 절 DTV 호환 UHDTV 서비스를 위한 고려사항 개념 및 정의 DTV 호환 4 K UHDTV 서비스를 위한 기술적 고려사항 지상파 4 K UHDTV 서비스 시나리오 DTV 호환을 고려한 지상파 UHDTV 서비스 기술 분석 분석 결과 137 제 4 장 결론 및 시사점 139 참고문헌 ii -

7 표 목 차 <표 2-1> 디스플레이 별 한계해상도 4 <표 2-2> HDTV와 UHDTV 주요 특징 비교 6 <표 2-3> HDTV와 UHDTV 주요 특징 비교 6 <표 2-4> 세계TV 및 UHDTV 평균단가 전망 12 <표 2-5> 세계 UHD STB 시장 전망 14 <표 2-6> 세계 UHD 방송장비 시장 전망 14 <표 2-7> 국내 UHDTV 시장 전망 14 <표 2-8> NHK 지상파 실험방송 기술규격( 12년 5월) 16 <표 2-9> MSO 별 시범서비스 송출 현황 및 개요 19 <표 2-10> 케이티스카이라이프 실험방송 현황 20 <표 2-11> 위성방송에서 각 전송로의 역할 23 <표 2-12> 4K/8K 방송을 위한 기술 항목 24 <표 2-13> 4K/8K 방송을 위한 기술 항목 25 <표 2-14> 4K 카메라 출시 현황 27 <표 2-15> 4K 실시간 부복화기 솔루션 개발 현황 28 <표 2-16> 케이블 전송기술 현황 29 <표 2-17> UHDTV 주요 오디오 및 기술개발 현황 29 <표 2-18> UHD 단말 및 디스플레이 개발 현황 30 <표 2-19> 분야별 국내외 표준화 추진 현황 31 <표 2-20> 오디오 신호 규격 관련 표준화 33 <표 2-21> 비디오 압축 기술 표준화 현황 34 <표 2-22> 오디오 압축 기술 표준화 현황 34 <표 2-23> 전송 표준기술 현황 36 <표 2-24> DVB-T와 DVB-T2 기술 비교 36 - iii -

8 <표 2-25> ACR 방법의 품질 평가 범주 42 <표 2-26> DCR 방법의 품질 평가 범주 43 <표 2-27> 시청 조건 46 <표 2-28> 시청 조건 48 <표 2-29> 실험실 환경의 시청 조건 49 <표 2-30> 가정환경의 시청 조건 49 <표 2-31> 화면 크기 및 PVD 49 <표 2-32> 평가 방법의 선택 52 <표 2-33> DSIS의 열화점수 53 <표 2-34> HDTV 주관적 영상 품질 평가를 위한 시청조건 57 <표 2-35> 실험실 환경에서의 주관적 품질평가 일반시청조건 58 <표 2-36> 가정환경에서의 주관적 품질평가 일반 시청 조건 58 <표 2-37> 최적 수평 시청각, 최적 시청거리 59 <표 2-38> 전기준법 모델의 성능 67 <표 2-39> 사이드채널 대역폭 69 <표 2-40> RR모델의 성능 70 <표 2-41> 세분화된 데이터에 대한 감소기준법의 RMSE 71 <표 2-42> ITU-T P 모델의 입력 (저해상도) 75 <표 2-43> ITU-T P 모델의 입력 (고해상도) 76 <표 2-44> ITU-T P (저해상도) 모델의 성능정보 76 <표 2-45> ITU-T P (고해상도) 모델의 성능정보 76 <표 2-46> ITU-T P 모델의 성능정보 79 <표 2-47> ITU-T P 모델 mode1의 성능정보 79 <표 2-48> ITU-T P 모델 mode2의 성능정보 79 <표 2-49> 4K-UHD 형식 82 <표 2-50> UHDTV의 시청각 및 시청거리 83 <표 2-51> 소스 비디오 84 <표 2-52> 범주와 제한 조건의 조합 85 - iv -

9 <표 2-53> 목표 비트율 85 <표 2-54> 기준 부호화기 JM 16.2 설정 86 <표 2-55> 주관적 평가를 위한 테스트 경우 86 <표 2-56> 주관적 평가를 위한 세션의 비디오 테스트 조건 87 <표 2-57> HM5.0의 설정 값 90 <표 2-58> DSIS 방법의 평가 범주 91 <표 2-59> 4K-UHD 주관적 평가를 위한 세션 구성 91 <표 2-60> test1의 시청거리 92 <표 2-61> test2의 시청거리 93 <표 2-62> 평가 설문의 예 93 <표 2-63> UHDTV 수용도 및 만족도 조사 개요 95 <표 3-1> 차세대 방송기술 발전전략(안) 중점추진과제 113 <표 3-2> UHD 분야별 핵심 후보기술 118 <표 3-3> 국제 표준 선도를 위한 노력 118 <표 3-4> 지상파 디지털 TV 전송규격 및 성능 126 <표 3-5> 4K UHDTV AV 신호 포맷 127 <표 3-6> 4K UHDTV 서비스를 위한 세부 요소기술 127 <표 3-7> 지상파 UHDTV 서비스 시나리오 별 주요 고려사항 v -

10 그 림 목 차 [그림 2-1] 방송서비스(기술)의 발전추이 3 [그림 2-2] UHDTV 특성 5 [그림 2-3] UHDTV 주요 요소기술 현황 7 [그림 2-4] 각해상도와 사실감의 관계 8 [그림 2-5] UHDTV 화면의 크기와 시청거리 9 [그림 2-6] 비트 심도에 따른 색 농도 시뮬레이션 9 [그림 2-7] 움직임 열화와 프레임율의 관계 10 [그림 2-8] HDTV와 UHDTV 색역 비교 10 [그림 2-9] 세계TV 및 UHDTV 시장 전망(매출액 및 비중) 11 [그림 2-10] 세계TV 및 UHDTV 시장 전망(판매대수) 12 [그림 2-11] 제조사 국가별 UHDTV 판매대수 및 매출액 기준 점유율 13 [그림 2-12] UHD 미디어 서비스 현황 15 [그림 2-13] NHK 지상파 실험방송 추진 개념도( 12.5월) 16 [그림 2-14] NHK 와 BBC 런던올림픽 위성방송 시연 기념도( 12.7월) 16 [그림 2-15] KBS UHD 실험방송 흐름도 18 [그림 2-16] KBS 실험방송 송신시스템 18 [그림 2-17] CJ 헬로비전의 실험방송 구성도 19 [그림 2-18] 위성 UHDTV 실험방송 개념도 20 [그림 2-19] SK 브로드밴드의 실험방송 개념도 21 [그림 2-20] 국내에서 출시한 UHDTV 30 [그림 2-21] UHDTV 관련 표준화 단체별 추진현황 32 [그림 2-22] 비디오 압축 표준 성능 비교 34 [그림 2-23] MMT 주요 기능 영역 35 [그림 2-24] ATSC 3.0 표준화 일정 37 [그림 2-25] 공간적-시간적 매트릭스 40 [그림 2-26] ACR 방법의 영상재생 방법 42 - vi -

11 [그림 2-27] DCR 방법의 영상재생 방법 43 [그림 2-28] PC 방법의 영상재생 방법 44 [그림 2-29] SP 방법의 영상재생 방법 44 [그림 2-30] 실험실 설정 예 46 [그림 2-31] PVD 그래프 50 [그림 2-32] 실험 세션의 재생 구조 51 [그림 2-33] DSIS 테스트 방법의 일반적인 구성 53 [그림 2-34] 테스트 자료의 재생 방법 53 [그림 2-35] DSCQS 방법의 일반적인 구성 54 [그림 2-36] DSCQS 평가 방법 54 [그림 2-37] 스크린 크기에 따른 PVD 함수 59 [그림 2-38] 실험실 환경의 코덱 테스트를 위한 전기준법 체감 품질 측정 방법 어플리케이션 65 [그림 2-39] 전송 체인을 테스트하기 위한 전기준법 체감품질 측정 방법 어플리케이션 66 [그림 2-40] 전기준법 모델의 처리단계 개관 68 [그림 2-41] 감소기준법 모델의 블록도 68 [그림 2-42] 감소기준법 모델의 순서도 69 [그림 2-43] SI-TI에 따른 소스영상 선택 72 [그림 2-44] ITU-T P.1202 모델 인터페이스 개요 78 [그림 2-45] 근거리 시청자와 원거리 시청자의 시청각 비교 82 [그림 2-46] 영상 형식 별 디스플레이 사이즈에 대한 시청거리 83 [그림 2-47] Class B의 Kimono 영상 제한조건 1의 결과요약 88 [그림 2-48] Class B의 Kimono 영상 제한조건 2의 결과요약 88 [그림 2-49] 모든 범주와 부호화 조건의 평균 MOS 88 [그림 2-50] TV 시청 행태 및 이용 실태-1 96 [그림 2-51] TV 시청 행태 및 이용 실태-2 97 [그림 2-52] 향후 TV 구매 의향 관련-1 97 [그림 2-53] 향후 TV 구매 의향 관련-2 98 [그림 2-54] UHDTV UHD 방송 인지도 및 이용 의향도 vii -

12 [그림 2-55] UHDTV UHD 방송 인지도 및 이용 의향도-2 99 [그림 2-56] UHDTV 만족도 100 [그림 2-57] UHDTV 호감도 및 독특함 100 [그림 2-58] UHD 방송 서비스 활성화 시기 및 이용의향도 101 [그림 2-59] UHD 관심도 및 이용의향도(비교) 102 [그림 2-60] UHD 산업활성화를 위한 정책 103 [그림 2-61] UHD 산업의 파급효과 103 [그림 2-62] UHD 산업이 관련 산업발전에 기여하는 기간 104 [그림 3-1] 차세대 방송기술 협의회 구성 106 [그림 3-2] 차세대 방송기술 협의회의 차세대 방송기술 발전전략(안) 108 [그림 3-3] UHDTV 방송 관련 산업 109 [그림 3-4] 세계 UHDTV 시장 전망 110 [그림 3-5] 국내 UHDTV 시장 전망 110 [그림 3-6] 세계 UHD 방송 진행상황 111 [그림 3-7] 차세대 방송(UHD)기술 발전전략(안) 113 [그림 3-8] 매체별 UHDTV 방송 로드맵 114 [그림 3-9] 케이블 UHDTV 방송 로드맵 115 [그림 3-10] 위성 UHDTV 방송 로드맵 116 [그림 3-11] 지상파 UHDTV 방송 로드맵 117 [그림 3-12] UHDTV 가격 변화 전망 119 [그림 3-13] 핵심요소기술별 R&D 분야 121 [그림 3-14] UHD 기술 응용분야 121 [그림 3-15] 듀얼스트림 방식의 고화질 3DTV 실험방송 전송 개념도 123 [그림 3-16] 지상파 다채널서비스 송수신 개념도 125 [그림 3-17] DTV와 UHDTV 프로그램 병존방식 서비스 시나리오 132 [그림 3-18] DTV 호환 UHDTV 서비스 시나리오에 따른 전송비트율 분배도 133 [그림 3-19] DTV와 UHDTV 프로그램 스케일러블 부호화 방식 서비스 시나리오 134 [그림 3-20] DTV 호환 하이브리드 4K UHDTV 서비스 시스템 구성도 136 [그림 3-21] DTV 호환 다운로드 4K UHDTV 서비스 시스템 구성도 viii -

13 요 약 문 1. 제 목 차세대 방송기술 로드맵 마련을 위한 방안 연구(#9) 2. 연구 목적 및 필요성 o 연구 필요성 국내 지상파 TV 방송은 2012년 12월 31일 아날로그 방송을 종료하였으며, TV 방송 매체는 기술의 발전과 시청자의 요구가 상호작용하면서 지속적으로 발전해오고 있다. 네트워크의 고도화, 미디어의 실감화에 따라 차세대 방송 서비스에 대한 기대가 증가하고 있으며, 미디어 전환주기가 짧아지고 있어 차세대 방송 서비스에 대한 준비가 필요하다. 특히, UHDTV(Ultra High Definition TV) 산업은 HD급 미디어보다 4배에서 16배선명한 비디오 화질과 고품질의 다채널 음향을 제공하여 시청자의 고품질 AV 서비스 욕구를 만족 시킬 수 있는 고품질 멀티미디어 산업으로서 각광을 받고 있다. 디지털 방송 및 미디어 산업 분야의 성장 동력을 유지하기 위해서는 차세대 방송 및 미디어 기술개발의 조기 추진이 필요하며, 이를 위한 미디어 산업 생태계에 대한 CPND을 고려한 종합적인 기술 로드맵 마련이 필요하다. o 연구목적 본 연구는 국내외 실감미디어 방송(차세대방송 UHD를 중심으로) 주요국 정책 기술 표준화 동향을 분석하고, 일반인 수용도 만족도 조사 등을 통한 경쟁력 분석 및 발전방향을 마련 하고자 한다. 또한, UHDTV 방송서비스를 위한 매체별 실험 시범 방송 추진 로드맵, 서비스 확산 방안, 콘텐츠 활성화 방안 마련을 목표로 진행되었다. - ix -

14 3. 연구의 구성 및 범위 차세대 방송 및 영상 시스템 분야 등 산학연 전문가로 구성된 연구반을 구성하고 자문회의 개최 등을 통해 연구결과 도출에 협력 수행하였다. UHD 방송 산업의 주요국 현황 및 동향에 대한 분석, 방송서비스를 위한 시나리오 및 매체별 도입계획 등을 마련하였고, 활성화를 위한 중점 추진과제 등을 도출하였다. 시장에서의 UHDTV 서비스에 대한 수요를 예측하고자 일반인을 대상으로 실시한 UHDTV 수용도 및 만족도 조사 부분은 전문 리서치 업체에 의뢰하여 설계 및 진행에 전문성을 확보 하였으며, 관련 전문가의 자문을 통해 결과를 분석하였다. 또한, 공개 세미나를 개최 등을 통해 의견수렴 및 차세대 방송 서비스의 인식확산을 위한 연구 활동을 진행하였다. 4. 연구 내용 및 결과 첫째, UHD 산업 주요국 기술 정책 표준화 동향 조사를 실시하였다. UHD 실감미디어 서비스를 위한 획득 제작, 부호화, 전송, 단말 및 디스플레이 분야의 국내외 기술개발 경쟁이 치열하며, 실감미디어 서비스를 위한 기술 검증 및 실험방송 확대 등을 통한 방송 주도권 확보 경쟁이 심화되고 있다. 미국은 미래방송 서비스가 가능한 ATCS 3.0(차세대 표준)을 개발하고 있으며, 유럽은 2012년 하반기부터 4K UHDTV 표준 제정을 위한 논의를 본격화 하고 있다. 또한, 일본에서는 11년 디지털 전환을 완료하고 입체 TV 및 초고화질 방송을 위한 기술개발을 추진하고 있으며, Super Hi Vision에 대한 국제 표준화 노력 및 적극적인 기술 홍보를 추진 하고 있다. 둘째, 기존의 영상형식인 SD 및 HD 영상에 대해서 ITU를 비롯한 국제 표준화 기구에서는 주관적 객관적 평가 방법의 표준화를 수년에 걸쳐 연구하고 있다. 주관적 평가 방법 표준은 CRT를 기반으로 하였던 기존 시스템의 평가 방법으로부터 평판 디스플레이 및 고해상도 영상을 평가하기 위한 평가 방법까지 표준화하고 있다. UHD의 경우 소비자 TV가 출시되고 방송 서비스에 대한 연구가 진행됨에 따라, 주관적 평가 방법 및 객관적 평가 방법의 표준화가 - x -

15 활발하게 진행될 것으로 예상된다. UHDTV 서비스 도입을 위한 기반을 마련하기 위해 관련 기술개발 및 국내외 표준화에 적극 대응해야 할 필요가 있을 것이다. 셋째, UHDTV 서비스에 대한 시장에서의 수요를 예측하는데 도움을 얻고자 UHDTV 수 용도 및 만족도 조사 를 실시하였다. 조사 결과, 이용자들의 전반적인 TV 시청 행태는 이용 시간, 목적, 주시청 콘텐츠가 기존 조사들과 유사하게 나타났다. TV 구매 의향 가격대는 40 인치 미만에 대한 선호가 7.7%에 불과한 결과를 얻어, 디지털 전환이 진전되고 TV 가격이 급속히 하락함에 따라 대형 TV에 대한 선호가 높아지는 현상으로 볼 수 있을 것이다. UHDTV 시연 이후의 만족도는 86.2%로 높게 나타났으며 콘텐츠 시청 전에 비해 관심도와 이용 의향이 더 높아진 결과를 얻었다. 이로 비추어 볼때 UHD 서비스가 확산되고 서비스에 대한 경험이 증가 할수록 호감도 및 이용의향이 높아질 수 있을 것으로 전망된다. 넷째, 지상파 방송에서 도입 가능한 4K UHDTV 서비스 시나리오들을 살펴보고, 현재 DTV 시스템과 호환 가능한 4K UHDTV 서비스가 실현 가능한지를 분석하여 보았다. DTV와 UHDTV 프로그램을 동시에 제공하는 병존방안과 스케일러블 비디오 부호화 방식적용방안 등이 있지만 비트율이 충분하지 않거나 비디오 부호화 표준 기술의 부재 등의 이유로 고품질의 4K UHDTV 서비스 제공이 어려울 것으로 보인다. 하지만 완벽한 호환의 개념은 아니더라도 하이브리드 망을 이용하는 방법과 다운로드 기반의 UHDTV 서비스 시나리오가 대안이 될 수 있을 것이다. 다섯째, 산학연 관련 전문가로 구성된 차세대 방송기술 협의회, UHD 방송발전 연구반 등을 운영하고 다양한 의견수렴을 통해 차세대 방송기술 로드맵을 마련하였다. 실험 시범방송을 위한 매체별 방송 로드맵, 원천기술 확보를 위한 핵심 후보기술 도출, 국제적인 이벤트(브라질 월드컵, 인천아시안 게임 등)를 통한 서비스 확산 방안, UHD 콘텐츠 제작 여건 조성 등을 통한 활성화 방안 등을 제시하였다. 차세대 방송기술 발전전략(UHD 방송기술 중심으로) 에 반영되었다. - xi -

16 5. 정책적 활용 내용 디지털 전환 완료( 12년) 이후 차세대 방송 서비스에 대한 관련 정부 정책 방향 수립에 활용이 가능할 것으로 예상된다. 특히, 관련 R&D, 법제도 개선, 표준화 대응방안, 매체별 방송 서비스 계획 관련 등 세부 추진과제 마련을 위한 기초 자료로 활용이 가능할 것이다. 미래창조과학부 차세대 방송기술 발전전략 수립에 연구결과가 반영됨( 13.7월) 6. 기대효과 본 연구를 통해 차세대 방송 및 미디어 관련 산업의 CPND를 고려한 종합 기술 로드맵을 제시 하고 향후, UHDTV 미디어 서비스 활성화와 글로벌 산업 경쟁력 강화를 기대할 수 있다. 또한, 고화질 방송에 대한 수요가 높은 계층의 니즈를 UHDTV 방송 서비스를 통해 만족시키고 관련 분야에 활용하여 국민의 삶의 질 향상에 기여하고자 한다. - xii -

17 SUMMARY 1. Title A Study on Road-map for Advanced Broadcasting Technology(#9) 2. Objective and Importance of Research o Importance of Research Analog television (TV) broadcasting via domestic ground-wave was shut down for good as of the 31th December, 2012, and TV broadcasting media has been consistently developed by the interaction of technological development and needs of audience. At the same time, the enhancement of network and more realistic presentation of media raise expectations about the next-generation broadcasting service, and turn-over period of media significantly shortens. Consequently, the preparation of the next-generation broadcasting service becomes obviously indispensible. Especially, ultra high-definition TV (UHDTV) industry provides video with 4~16 times sharper image quality than high-definition (HD) media, and high quality multi-channel sound. Therefore UHDTV is coming into spotlight as the high quality multimedia industry that can satisfy the desire of audience for high quality service. To maintain the engines of growth in the fields of digital broadcasting and media industry, it is necessary to promote early technology development of next-generation broadcasting and media. Additionally, for this promotion, it is necessary to build comprehensive technology road-maps by considering contents, platform, network, and device (CPND) of media industry ecosystem. - xiii -

18 o Objective of Research This research aims to evaluate competitive capacity by analyzing the policy, technology, and standardization trends of major countries of realistic media broadcasting (with the emphasis of next-generation UHD broadcasting technology), and by conducting acceptance and satisfaction survey of general body, and ultimately tries to suggest the direction of the development. Additionally, this research tries to prepare a promotion road-map of experimental and pilot broadcasting with various media for UHDTV broadcasting service, a service expansion plan, and a vitalization plan of contents. 3. Contents and Scope of the Research We organized a research team composed of professionals of next-generation broadcasting and image systems from industry and academia, and opened advisory conferences to draw the research results. We analyzed the current state and trends of major countries of UHD broadcasting industry, arranged a scenario of broadcasting service and an introduction plan for various media, and drew preferential promotion projects to vitalize UHD broadcasting industry. To estimate the needs for UHDTV service in the market, UHDTV accpetance and satisfaction survey was conducted on the general body by recruiting professional research company with expertise of survey design and execution, and its result was analyzed by consulting related professionals. Furthermore, we held open seminars to collect public opinions, and performed research activity to spread the awareness of next-generation broadcasting service. - xiv -

19 4. Research Results First, we conducted trend survey on technology, policy, and standardization of major countries of UHD industry. There is intense competition of technology development in acquisition/ production, encoding, transfer, terminal and display for UHD realistic media. The major countries contest to take hegemony of broadcasting by verifying the technology for realistic media service and by expanding experimental broadcasting. The United States is developing the next-generation standard, Advanced Television Systems Committee (ATCS) standards 3.0, covering future broadcasting service. Europe is warming up the discussion to standardize 4K UHDTV since late Japan already finished the digital changeover in 2011, and is developing the technology for stereoscopic 3DTV and UHD broadcasting. They actively promote their efforts on the international standardization of Super Hi Vision. Second, international standardization organizations such as International Telecommunication Union (ITU) have been studied the standardization of subjective and objective assessment methods of conventional standard-definition (SD) and high-definition (HD) images. In the standardization of subjective assessment methods, they discuss assessment methods not only of conventional systems based on cathode ray tube (CRT), but also of plat panel displays and of high-resolution images. More specifically on UHD, the standardization of subjective and objective assessment methods is expected to be active with the marketing of consumer UHDTV and with the progress of research on its broadcasting service. Therefore, we need to respond strongly to the development of related technology and to the domestic and international standardization to establish the foundation to introduce UHDTV service. Third, we conducted UHDTV acceptance and satisfaction survey to estimate the market needs for UHDTV service. The survey showed the similar results as other surveys in general TV audience behavior in terms of watching time, objective, main - xv -

20 contents consumption. The preference to the purchase of TV smaller than 40 inches was only limited to 7.7%. This can be interpreted as the phenomena that the consumers become favorable to larger TV s and insensitive to the price because the price of TV drops in a very fast speed with digital changeover. The satisfaction rate after UHDTV demonstration appeared to be as high as 86.2%, and the interest and the willingness of use significantly increased compared with the measurement before watching contents on UHDTV. Therefore, we can expect the interest and the willingness of use will be increased with the spread of UHD service and the accumulation of the experience of the service. Fourth, we collected 4K UHDTV service scenarios that can be introduced to ground-wave broadcasting, and analyzed whether 4K UHDTV service can be compatible with the current DTV systems. There are scenarios such as coexistence of DTV and UHDTV programs, and scalable video encoding. However high-quality 4K UHDTV service will confront difficulty because bit-rate is not enough and/or there is no standard technology for video encoding. Nevertheless, the UHDTV service scenario using hybrid network or download-based service can be alternative solutions despite their imperfect compatability. Fifth, we operated next-generation broadcasting technology council and UHD broadcasting development research team composed of professionals from industry and academia, and collected various opinions to create next-generation broadcasting technology road-maps. We suggested experimental/pilot broadcasting road-maps for various media, candidates for core technology to secure source technologies, a plan to spread the service utilizing international events such as Brazil World Cup and Incheon Asian Game, a vitalization plan by the formation of environments of UHD contents production. These results were reflected on the Development Strategy of Next-generation Broadcasting Technology (with the emphasis of UHD broadcasting technology) - xvi -

21 5. Policy Suggestions for Practical Use The results from this research are expected to be utilized in the policy establishment of next generation broadcasting service, following the completion of the digital changeover on Especially, the results will be used as the baseline data to arrange detailed projects such as related R&D, improvement of legal system, reaction plan for standardization, and broadcasting service plan for various media. This research results were reflected on the establishment of Development Strategy of Next-generation Broadcasting Technology of Ministry of Science, ICT, and Future Planning (MSIP) (July, 2013) 6. Expectations Throughout this research, comprehensive technology road-maps considering CPND of next-generation broadcasting and media industry could be suggested, and in the future, the vitalization of UHDTV media service and the reinforcement of industrial competitiveness in global market can be expected. Additionally, we can satisfy needs of the population who wants high-quality broadcasting and contribute to the improvement of national quality of life by utilizing the results in the related fields. - xvii -

22 CONTENTS C h a p t e r 1. I n t r o d u c t i o n 1.1 Importance and Objective of Research 1. Importance of research 2. Research objective 3. Research method C h a p t e r 2. O b j e c t i v e a n d I m p o r t a n c e o f R e s e a r c h 2.1 Environmental Change of Broadcasting Industry and Trend Analysis of UHD Broadcasting Industry 1. Environmental change of broadcasting industry 2. Concept and characteristics of UHDTV broadcast 3. Trends of UHD broadcast market and service 2.2 Trend Survey of Policy, Technology, and Standardization of Major Countries of UHD Broadcast Industry 1. Trends of domestic and foreign policy 2. Trends of domestic and foreign technology 3. Trends of domestic and foreign standardization 2.3 Foreign Case Analysis of HD UHD Image Quality Assessment Methods 1. Foreign cases of subjective image quality assessment methods 2. Foreign cases of HD objective image quality assessment methods 3. Foreign cases of UHD objective image quality assessment methods 2.4 UHDTV Acceptance and Satisfaction Survey Conduction 1. Survey overview 2. Survey results 3. Summary of analysis results and application plans - xviii -

23 C h a p t e r 3. C o n t e n t s a n d S c o p e o f t h e R e s e a r c h 3.1 Operation of Research Team to Establish UHD Realistic Media Broadcasting Plan 1. Overview 2. Operation of promoting council 3. Operation results 3.2 Establishment of Promotion Road-map for Various UHDTV Broadcast Media 1. Next-generation broadcast technology development strategy (proposal) 2. UHDTV broadcast promotion road-maps for various media 3. Preferential promotion projects 3.3 Suggestions of Considerations for DTV-compatible UHDTV Service 1. Concepts and definitions 2. Technological considerations for DTV-compatible 4K UHDTV service 3. Service scenario of ground-wave 4K UHDTV 4. Analysis of ground-wave UHDTV service technology considering DTV-compatibility 5. Results of analysis C h a p t e r 4. R e s e a r c h R e s u l t s Implication and Conclusions Bibliography - xix -

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25 제 1 장 서 론 제 1 절 연구의 필요성 및 목적 1. 연구의 필요성 TV 방송 매체는 기술의 발전과 시청자의 요구가 상호작용하면서 지속적으로 발전해오고 있으며, 미디어 전환주기가 짧아지고 있어 차세대 방송 서비스에 대한 준비가 필요하다. 국내 지상파 TV 방송은 1956년 아날로그 TV, 1980년 컬러 TV(NTSC) 방송, 2001년 DTV 방송을 개시하였으며, 2012년 12월 31일 아날로그 방송을 종료하였다. 지상파 아날로그 방송 종료 후 디스플레이 기술의 진화, 네트워크 고도화 등에 따라 차세대 방송서비스에 대한 기대가 증가하고 있으며, 특히 HDTV 이후의 3DTV, UHDTV 1) 등 실감미디어 기술이 본격 논의 되고 있다. 특히, TV 디스플레이의 크기가 지속적으로 확대되고 있고, 디지털 시네마가 활성화 되는 것을 고려할 때, 미래 미디어 산업은 HD에서 UHD로 발전할 것이라고 전망되며, UHDTV를 중심 으로 한 UHD 미디어 산업은 방송 뿐만 아니라 교육, 게임 등 다양한 분야에서 활용되어 향후 미디어 산업 전반에 걸친 막대한 파급효과를 가져올 것으로 기대할 수 있다. 일본, 미국, 독일, 프랑스, 중국 등 주요 선진국의 제조 및 방송업계에서는 UHD 관련 단말 적극 출시, 기술 개발, 표준화 대응, 시험/상용화 방송 추진 등을 통해 차세대 방송 서비스 주도권 확보를 위한 노력을 기울이고 있다. 국내의 경우에는 단말 및 디스플레이 부문에 서는 세계 최고의 기술력을 확보하고 있으나, 차세대 방송 및 미디어 기술에 대한 관심은 상대적으로 소홀한 편이다. 디지털 방송 및 미디어 산업 분야의 성장 동력을 유지하기 위해 서는 차세대 방송 및 미디어 기술 개발의 조기 추진이 필요하다. 1) UHDTV(Ultra High Definition TV) 영상산업은 HDTV(2K:1,920x1,080)가 제공하는 화질보다 4배~16배 선명한 초고선명 비디오(4K:3,840x2,160 ~ 8K:7,680x4,320)와 다채널 (10채널 이상) 오디오 재현으로 초현장감 체험을 가능하게 함 - 1 -

26 또한, 방송, 디스플레이, 가전, 콘텐츠 및 서비스 산업 등 미디어 산업들을 융합하여 차세대 미디어 산업으로 전환이 필요하며, 이를 위한 미디어 산업 생태계에 대한 CPND를 고려한 종합적인 기술 로드맵 마련이 시급하다. 2. 연구의 목적 국내외 UHD 실감미디어 방송 경쟁력 분석 등을 통해 발전방향을 모색하고 UHD 실감 미디어 방송 서비스 방안 등을 연구하고자 한다. 첫째, 국내 UHD 산업의 경쟁력을 분석하기 위해 방송 산업 환경 변화 및 현황을 분석하고 주요국 정책 및 기술 표준화 동향 조사 등을 살펴보고자 한다. 둘째, 새로운 영상 표준이 대두되면 이 영상을 구현하는 많은 시스템이 개발되고, 필연 적으로 시스템의 성능을 객관적 주관적으로 정확하게 측정하고자 하는 수요가 발생한다. 현재 UHD의 경우 UHDTV가 출시되고 국내외 방송 서비스에 대한 연구가 활발하게 진행 되고 있음에 따라, 관련 화질평가 방법 관련 해외사례를 분석하고자 한다. 셋째, 도입 가능한 4K UHDTV 서비스 시나리오들을 살펴보고 서비스를 위한 기술적 고려 사항 등을 제시하고자 한다. 또한, 현재 DTV 시스템과 호환 가능한 4K UHDTV 서비스가 실현 가능한지를 분석하고자 한다. 넷째, 시장에서의 UHDTV 서비스에 대한 수요를 예측하고자 일반인을 대상으로 'UHDTV 수용도 및 만족도 조사'를 실시하고 분석결과와 향후 기술개발 및 계획 등을 연계하여 활성화 방안을 마련하고자 한다. 마지막으로 UHDTV 방송서비스를 위한 매체별 실험 시범 방송 추진 로드맵, 서비스 확산 방안, 콘텐츠 활성화 방안 등을 제시하였다. 3. 연구방법 연구결과의 활용성 및 전문성을 확보하기 위해 차세대 방송 및 영상 시스템 분야 산학연 전문가로 구성된 연구반을 운영하였으며, 관련 유관기관(방송사, 연구소 등)에서 발간하였던 보고서, 자료 등을 분석하였다. UHDTV 수용도 및 만족도 조사 부분은 전문 리서치 업체에 의뢰하여 설계 및 진행에 전문성을 확보하였으며, 관련 전문가의 자문을 통해 결과를 분석하였다

27 제2장 국내외 UHD 실감미디어 방송 경쟁력 분석 및 발전방향 제 1 절 방송 산업 환경변화 및 UHD방송 산업 동향 분석 1. 방송 산업 환경변화 TV 방송 매체는 기술의 발전과 시청자의 요구가 상호작용하면서 지속적으로 발전해오고 있으며, 미디어 전환주기가 미디어 발전에 비례하여 짧아지고 있어 차세대방송 서비스에 대한 준비가 필요하다. 디스플레이, 전송 및 신호처리 관련 기술의 진화 등에 따라 차세대 방송 서비스에 대한 기대가 증가하고 있다. 2000년 후반을 기점으로 주요 선진국들의 디지털 TV 전환이 마무리됨에 따라, HDTV 이후에 [그림 2-1]과 같이 3DTV, UHDTV 등 초고화질 실감미디어 기술이 본격적으로 논의되고 있다. 특히, TV 디스플레이 크기가 지속적으로 확대되고 있고, 디지털 시네마가 활성화 되는 것을 고려할 때, 미래 미디어 산업은 HD에서 UHD로 발전할 전망이다. [그림 2-1] 방송서비스(기술)의 발전추이 주) 1956년 : 아날로그 TV, 1980년 : 컬러TV, 2001년 : 지상파 DTV 방송을 개시하였으며, 2012년 12월 31일 아날로그 방송을 종료하였음. HVS(Human Visual System) : 인간의 시각시스템 자료: ETRI 김진웅, UHD 방송 콘텐츠 기술현황,

28 콘텐츠 사용자들의 현실감과 몰입도를 높이기 위해 IT 기기의 디스플레이 크기가 확대 되는 추세이며, 사람이 눈으로 식별 가능한 한계해상도 2) 에 근접한 수준으로 최근 IT 기기의 고해상도 발전이 진행되고 있다. 3) 해상도는 디스플레이의 크기와 비례하여 증가하는 특성으로, UHDTV는 IT 기기의 대형화 고해상도의 트렌드를 반영하고 있다고 할 수 있겠다. 고해상도 디스플레이, 고화소 카메라 모듈에 익숙해진 소비자들은 제품 선택 시 디스플레이 해상도를 중시하는 경향이 있으며, 향상된 화질을 추구하는 소비자 수요는 증가되는 추세되고 있다. 특히, UHDTV 경우 디지털 압축 기술, 디스플레이의 기술의 발달을 요구하지만 별도의 안경 착용이 불필요하여 이용자 친화성 측면에서 3DTV 보다 시장 형성에 유리할 것으로 예측할 수 있다. <표 2-1> 디스플레이 별 한계해상도 화면크기 용도 눈으로부터의 거리 최대 화소밀도 한계해상도(근사치) 5인치 스마트폰 20~30cm 291~437ppi 4) 1,920x1,080 10인치 태블릿PC 20~30cm 218~291ppi 2,540x1,430 13인치 노트북 20~30cm 175~218ppi 2,470x1,390 65인치 TV 1.6~3m 29~55ppi 3,120x1,760 84인치 TV 1.6~3m 29~55ppi 4,030x2,270 자료: LG 경제연구원, 고해상도 경쟁, 어디까지 갈까 인용 UHD 영상산업은 콘텐츠 제작, 송출, 수신, 소비에 이르는 전 과정을 구성하는 장비, 기기, S/W 및 부품을 포괄하는 산업으로 전후방 산업의 부가가치 파급효과가 매우 큰 산업이다. 또한, 조기 도입할 경우 핵심 기술 리더쉽 확보가 가능할 것이다. 이를 고려하여 UHD 실감미디어 서비스를 위한 획득 제작, 부호화, 전송, 단말 및 디스플레이 분야의 국내외 기술개발 경쟁이 치열하며, 2) 연구결과에 따르면 개인시력 차이에 따라 가변적이긴 하나, 평균적인 사람의 눈을 기준 으로 시야각 이내에 60개 이내의 점을 구분 할 수 없다고 함, 이를 토대로 디스플레이 사용거리에 따른 최대 화소밀도를 가정해 보면 스마트폰은 약 440ppi, TV는 55ppi까지 화질 차이를 체감 가능한 것으로 나타남. 3) KDB 산업은행 경제연구소 조사분석부, UHDTV 출현이 업계에 미치는 영향과 시사점, 2013 자료 인용 4) ppi : Pixels per inch(인치당 화소수) - 4 -

29 실감미디어 서비스를 위한 기술 검증 및 실험방송 확대 등을 통한 방송 주도권 확보 경쟁이 심화되고 있다. 2. UHDTV 방송의 개념 및 특징 가. UHD 방송 정의 및 특징 5) UHD 6) (Ultra High Definition) 방송은 선명한 초고화질(4K : 3,840 x 2,160 ~ 8K : 7,680 x 4,320)과 다채널의 오디오로 사실감과 현장감을 체감할 수 있는 실감방송을 의미한다. 7) UHDTV의 특징으로는 [그림 2-2], <표 2-1>와 같이 HDTV 대비 해상도가 4~16배 높으며, 비트 심도(bit depth)도 화소당 10~12bit로 큰 화면에서 보다 섬세하고 자연스러운 영상 표현이 가능하며, 오디오 채널수도 HDTV 대비 2배~4.4배 많아 현장감 있는 음향을 제공할 수 있다. 특히 시야각(Fov: Field of view)은 8K UHD기준 최대 100도 수준으로 확대되어 정면 주시 시, 사람의 주요 시야각인 좌우 60도를 커버할 수 있어 몰입감을 극대화 할 수 있다. [그림 2-2] UHDTV 특성 5) KCA PM Issue Report : 4K & 8K UHD 기술 및 산업동향, 2013 인용 6) HDTV 해상도를 초월한다는 의미에서 명칭이 유래되었으며, 해상도 구현 정도에 따라 4K, 8K로 구분 7) 사실감(Sense of reality)은 해상도와 밀접하게 관련되어 있으며, 화면 속 사물이 현실에서 보는 것과 동일한 느낌을 말하며, 현장감(sense of presence)는 화면 크기와 시야각에 비례하며, 시청자가 현장에 있는 것 같은 느낌을 말한다

30 <표 2-2> HDTV와 UHDTV 주요 특징 비교 구 분 UHD-1(4K) UHDTV UHD-2(8K) 해상도(pixels/frame) 3,840 x 2,160 7,680 x 4,320 1,920 x 1,080 프레임율 (frames/sec) 120, 60, 60/1.001, 50, 30, 30/1.001, 25, 24, 24/1.001 비트심도(bits/pixel) 24, 30, 36bits 24 컬러 샘플링 형식 (chroma format) 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 4:2:0 화면비(aspect ratio) 16:9 16:9 표준 수평 시야각 (standard viewing angle) 표준 시청거리 (standard viewing distance) 1.5H 0.75H 3H 오디오 채널 수 (audio channels) 10.1 ~ 자료: ITU BT.2020 Parameter values for UHDTV systems for production and international programme exchange, 2012 인용 HD 30 <표 2-3>와 같이 해상도, 프레임율, 비트심도, 컬러샘플링 등의 파라미터 값의 증가로 UHD는 동일 기준의 1,080 HD 대비 데이터 량이 최소 4배에서 192배까지 증가하게 된다. 이에 따라 해당 콘텐츠를 압축할 수 있는 고효율 압축 부호화 기술이 필요하다. <표 2-3> HDTV와 UHDTV 주요 특징 비교 구 분 데이터량 HD 1,920 x 1,080, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 746Mbps 4K UHD (UHD-1) 8K UHD (UHD-2) 3,840 x 2,160, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 3Gbps(HD의 약 4배) 3,840 x 2,160, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 5Gbps(HD의 약 7배) 3,840 x 2,160, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 10Gbps(HD의 약 14배) 3,840 x 2,160, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 18Gbps(HD의 약 24배) 3,840 x 2,160, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 36Gbps(HD의 약 48배) 7,680 x 4,320, YUV4:2:0, 8bits, 30fps 12Gbps(HD의 약 16배) 7,680 x 4,320, YUV4:2:2, 10bits, 30fps 20Gbps(HD의 약 27배) 7,680 x 4,320, YUV4:4:4, 12bits, 60fps 72Gbps(HD의 약 96배) 7,680 x 4,320, YUV4:4:4, 12bits, 120fps 144Gbps(HD의 약 192배) 자료: 한국전자통신연구원 발표자료,

31 나. UHD 방송 요소기술 UHDTV 서비스 기술은 서비스 제공경로에 따라 크게 콘텐츠 획득, 편집 기술, 부호화 기술, 전송기술, STB 기술, 디스플레이 기술로 분류 할 수 있다. 주요 요소기술은 [그림 2-3]와 같다. [그림 2-3] UHDTV 주요 요소기술 현황 자료: 실감미디어포럼, UHDTV 산업육성 및 서비스 활성화 계획(안), 2013 UHD 미디어 획득 및 편집 기술은 4K 8K 해상도의 영상을 획득하기 위한 카메라 기술 및 10채널 이상의 다채널 오디오를 획득하고, 카메라 및 마이크로폰을 통해 획득한 가공하지 않은 UHD 미디어를 저장하고 편집하는 기술을 포함한다. UHD 미디어 부호화 기술은 대용량의 UHD 신호를 효율적으로 전송하기 위해 압축 부호화하고, 동기화 및 다중화를 통해 전송스트림 (TS)을 생성하는 기술을 말한다. 압축 부호화된 UHD 미디어를 지상파/케이블/위성/IP망으로 매체의 특성을 고려하여 효율적으로 전송하기 위한 기술과 이를 수신하여 이용자가 소비할 수 있도록 하는 단말(STB) 기술, 수신하여 재생한 신호를 디스플레이 및 스피커에 재현하기 위한 기술 등이 UHDTV 기술의 주요 요소기술이다. UHD 미디어 획득 및 편집 기술과 관련하여서는 4K급 카메라는 이미 상용화, 8K급 카메라는 소형화 단계에 있으며, 부호화 및 전송 기술은 12Gbps의 8K UHD 동영상을 최대 72M bps로 압축 할 수 있는 코덱 시스템이 개발 완료된 상태이다. 단말 및 디스플레이 기술과 관련하여 - 7 -

32 4K UHD 디스플레이는 상용 제품들이 다수 출시되어 있는 상태이며, 8K UHD 디스플레이는 145인치 PDP TV가 개발된 상태이다. 이와 관련한 자세한 기술 동향은 제2장 제2절에서 자세히 다루고자 한다. 다. UHDTV 주요 파라미터 8) 각해상도(angular resolution), 시야각(viewing angle), 비트 심도(bits/pixel), 프레임율 (Frame per sec) 등 주요 파라미터에 따른 UHDTV 특성에 대해 살펴보도록 하자. 각해상도는 사실감과 밀접한 상관관계가 있는데, 실물과 영상을 서로 비교했을 때 구분 하지 못하게 될 때 사실감이 최대가 된다. [그림 2-4]와 같이 각해상도가 높아질수록 사실감이 더 좋아진다. 40cpd는 100도의 시야각에 8,000화소에 해당하며, 사실감은 약 60cpd 넘어 설 때 완만한 곡선을 그리며 포화되며, 155cpd를 넘었을 때 실물감과 구분 되지 않게 된다. [그림 2-4] 각해상도와 사실감의 관계 자료: 한국전자통신연구원 현장감은 화면의 크기와 시야각(Viewing angle)에 비례하며, 2D 영상을 통해 느끼는 현장감은 시야각이 약 80도부터 100도까지의 범위에서 포화 상태가 된다. 1.0의 시력을 가진 시청자가 시야각의 화면에서 화소 구조를 느끼지 못하는 거리는 8K UHD 8) KCA PM Issue Report, UHDTV 방송 기술 동향 및 전망, 2013 인용 - 8 -

33 영상일 때 화면 높이의 0.75배에 위치하게 된다. 따라서 현장감과 동시에 사실감을 극대 화하기 위해서는 시야각을 100도로 할 수 있도록 시청거리를 화면 높이의 0.75배 정도로 유지하고, 영상의 수평도는 각해상도가 약 40cpd 정도가 되면서 HD 해상도의 정수배를 갖도록 7,680으로 결정하게 된다. 즉, 시청거리가 2.5m이고 63인치 ~ 132인치 이상의 디스 플레이의 경우 4K(3,840 x 2,160) 해상도가 필요하며, 그 이상의 디스플레이에서는 8K(7,680 x 4,320)의 해상도가 필요하다고 볼 수 있다. [그림 2-5] UHDTV 화면의 크기와 시청거리 자료: ITU-R BT , 'The present state of ultra-high definition television', 한편, 화면이 커지면 gradation 영역이 계단처럼 보이는 효과가 증대되는 경향이 있는데, 이를 해결하기 위해서는 비트 심도를 증가 시키는 것이 좋다. [그림 2-6] 비트 심도에 따른 색 농도 시뮬레이션 주) 좌. 비트 수준이 낮은 색 농도 우. 비트 수준이 높은 색 농도 자료: LG전자 - 9 -

34 또한, 화면이 커지고 밝을수록 화면의 깜빡임(Flickering), [그림 2-7]와 같은 움직임 열화 (motion blur, judder) 측면에서의 영상 품질 향상을 위해서는 프레임율(frame/sec)의 향상이 필요하다. 화면이 커지고 밝을 수로 깜빡임 현상이 심해지며, 통상적으로 82인치 디스플 레이가 밝기 300 환경의 경우에 60 fps 이상이 필요하다. 80 fps 이상일 때 깜빡임 현상을 제거할 수 있다. 최근 SMPTE, DVB/EBU에서는 120 fps 이상 필요함에 대해서도 논의하고 있다. [그림 2-7] 움직임 열화와 프레임율의 관계 UHDTV 60Hz UHDTV 120Hz 주) 영상 전체적으로 카메라 패닝이 있을 때 움직임 열화가 발생 하며, 화면이 커질수록 심해짐. 영상의 움직임 열화를 감소시키기 위해서도 프레임율이 높아야 함. 자료: 한국전자통신연구원, 한국전파진흥협회 인용 UHDTV는 색 표현 향상을 위해 Wide color Gamut을 채용하였다. [그림 2-8] HDTV와 UHDTV 색역 비교 주) 삼각형 면적이 넓을수록 재현 할 수 있는 색 범위가 넓음

35 3. UHD 방송 시장 및 서비스 동향 대화면과 고해상도 구현을 통한 UHD 실감방송에 대한 전 세계적 관심이 고조됨에 따라 12년 이후 각국 TV 제조 및 방송업계는 Post HD 시장을 선점하기 위한 경쟁을 가속화 하며 UHD에 적극 투자를 하고 있다. 방송사에서는 차세대 압축 전송기술을 적용하여 실험 시범 방송을 통해 UHD 방송 도입을 검토하고 있다. TV 단가의 급속한 하락으로 새로운 부가가치를 창출 할 수 있는 성장 모멘텀으로 UHDTV에 주목하여 제품개발 경쟁 중에 있다. 대화면 디스플레에서는 고해상도 지원이 필요하며, UHDTV LCD 패널 기반의 제조기술력의 보편화로 제품 양산이 용이하다. 이용자 측면 에서도 UHDTV는 새로운 TV로 인식되지만 콘텐츠 및 UX 등이 이용자의 접근성이 유리 하다는 장점이 있다. 가. UHDTV 시장 동향 및 전망 9) 세계 UHDTV 시장은 2013년 28억불 규모에서 연 31.6%씩 성장하여 2017년 161억불, 2020년 194억불 규모로 7배 가까이 성장할 전망이다. 전체 TV 시장에서의 비중은 13년 2.8%에서 2017년 15.7%, 2020년에는 19.8%로 증가할 전망이다. [그림 2-9] 세계TV 및 UHDTV 시장 전망(매출액 및 비중) 주) 2013~2017년은 Quarterly Advanced Global TV Shipment and Forecast Report Displaysearch (2013.2Q) 데이터 재정리, 2018~2020년은 이의 성장추세를 기반으로 ETRI 산업전략연구부 추정 9) ETRI UHD 시장동향 및 전망 인용

36 세계 UHDTV 판매대수는 2013년 98만 3천대에서 연평균 65.4%의 초고성장세로 20년 3,329만대에 이를 전망이다. 전체 TV 에서의 판매 비중은 13년 0.4%에 불과하나 중국의 TV 제조사 들이 저가형 UHDTV 양산을 적극 추진하면서 20년에는 11.2%까지 증가할 전망이다. [그림 2-10] 세계TV 및 UHDTV 시장 전망(판매대수) 350, , , , , ,000 50, % 287, , % 267, , , , , % 231, % 20.0% 15.0% 11.2% 9.3% 7.4% 10.0% 4.2% 5.7% 33, % 1.6% 2.9% 983 3,909 7,179 10,978 15,234 20,637 26, % 0.0% 2013년 2014년 2015년 2016년 2017년 2018년 2019년 2020년 전체TV(천대) UHD(천대) UHD비중 주) 2013~2017년은 Quarterly Advanced Global TV Shipment and Forecast Report Displaysearch (2013.2Q) 데이터 재정리, 2018~2020년은 이의 성장추세를 기반으로 ETRI 산업전략연구부 추정 UHDTV의 평균단가는 13년 2,8893달러로 TV 평균단가 434달러 대비 6.6배에 이르나, 향후 UHDTV가 보편화되면서 가격이 지속적으로 하락하여 20년 평균 584달러에 이를 전망이다. 단, 이는 UHDTV와 일반 TV의 크기 및 부가 기능 등을 고려하지 않은 단순 비교이다. <표2-4> 세계TV 및 UHDTV 평균단가 전망 구분 CAGR UHDTV 2,893 1,668 1, % 전체TV % 단가비율 자료 : Displaysearch(2013.2Q), 18~ 20년은 이전 데이터에 추세선 적용 산출함

37 UHDTV 점유율은 판매대수 기준으로 중국의 4K UHDTV 시장 점유율은 12년 60.7% 에서 13년 2분기 78.7%로 증가하였으며, 한국 14.9%, 일본 6.4%으로 그 뒤를 이었다. 매출액 비중으로는 동기간 한국이 32.7%에서 44.4%로 가장 높은 비중을 차지하며, 중국이 31.8%에서 40.3%로 증가한 반명 일본은 35.3%에서 15.2%로 감소하였다. 중국이 북미지역을 뛰어넘어 최대 UHD 시장이 될 것으로 전망되고 있으며 중국 내수 시장의 대부분은 자국 업체들이 점유할 전망이다. 삼성, LG, Sony 등이 고가격-고사양의 UHD 제품을 중심으로 시장에 주력하고 있는데 반하여 중국의 정부의 보조금 혜택과 낮은 생산원가를 바탕으로 저가 제품에 주력하고 있다. [그림 2-11] 제조사 국가별 UHDTV 판매대수 및 매출액 기준 점유율 자료 : DisplaySearch(2013) 자료 재구성 UHD STB 시장은 <표2-5> 와 같이 2015년 2.9억불에서 연 33%씩 성장하여 2017년 6.3 억불, 2020년 12억불 규모로 성장할 전망이다. 판매대수는 2015년 143만 6천대에서 연 47.4%씩 성장하여 2017년 358만 3천대, 2020년에는 998만 6천대에 이를 전망이다. UHD STB 시장은 UHDTV의 판매량이 증가하면서 동반 성장할 전망이다. 세계 UHD 방송장비 시장은 <표2-6>와 같이 13년 3억 1천만불 수준에서 20년에는 72억 4천만불 규모로 연 57%씩 성장할 전망이다

38 <표2-5> 세계 UHD STB 시장 전망 구분 2015년 2016년 2017년 2018년 2019년 2020년 CAGR 판매대수(천대) 1,436 2,381 3,583 5,264 7,360 9, % 매출액(억불) % 자료 : DisplaySearch(2013)의 UHDTV 판매 대수 대비 2020년 UHD STB 판매대수 비중이 2020년 30%가량 점유할 것을 가정하여 추정 <표2-6> 세계 UHD 방송장비 시장 전망 구분 2013년 2014년 2015년 2016년 2017년 2018년 2019년 2020년 CAGR 매출액(억불) % 자료 : DisplaySearch(2013)의 UHDTV 판매가 TV시장에서 차지하는 비중에 기반하여 전체 방송장비 시장에서의 UHDTV 방송장비 확산을 고려하여 추정, 단 직접적인 UHDTV 전용 장비 및 UHD 전송을 위한 네트워크 장비 등 기타 장비의 교체를 포함함 국내 UHDTV 시장은 2013년 100억원 규모에서 연 79.7%씩 성장하여 2017년 3,521억원,2020년 6,053억원 규모에 이를 전망이다. 세계시장의 급속한 성장과 함께 수출액도 동반 성장하여, 20년 기준 생산액의 80% 이상, 내수시장의 5배 이상의 규모로 예상된다. <표2-7> 국내 UHDTV 시장 전망 구분 2013년 2014년 2015년 2016년 2017년 2018년 2019년 2020년 CAGR 국내매출(억원) 100 1,750 2,274 3,221 3,521 4,219 5,002 6, % 수출액(억원) ,951 3,408 6,877 12,094 20,589 34, % 수입액(억원) % 생산액(억원) 647 2,668 4,187 6,572 10,316 16,191 25,413 39, % 자료 : 디스플레이서치(2013,2Q), ETRI 조사결과(차세대방송 수용자반응 조사보고서, ) 및 IT산업통계(2012)에 근거하여 ETRI 산업전략연구부에서 추정(2013.8) UHD 시장의 파급효과로는 13년을 기점으로 시장이 본격적으로 성장하여 20년까지 누적 24.8조원의 생산유발, 5.5조원의 부가가치유발 및 10만명의 고용유발이 예상된다. 10) 10) 자료: ETRI 경제분석연구팀, 국내 생산액을 기준으로 08년 산업연관표를 이용하여 도출 한 유발계수를 적용하여 산출

39 생산유발효과 요인을 UHDTV, UHD STB, UHD 장비로 나누어보면 UHDTV 세트판매가 89%, STB 및 관련장비는 각각 5.8%와 5.2%의 기여율을 보일 전망이다. 나. UHDTV 방송 서비스 동향 UHD 실감미디어 서비스를 위한 기술 검증 및 실험방송을 확대하고 있다. 일본은 NHK를 중심으로 UHDTV 방송 시장을 선도 중이며, 위성 방송, 케이블 TV 및 IPTV 등 유료방송 위주로 UHD 방송을 추진하고 있다. 미국과 유럽은 위성 TV 사업자들을 중심으로 실험방송을 추진하는 등 UHDTV 관련 기술개발 및 상용화를 위해 노력하고 있다. 국내는 매체별로 UHDTV 조기 상용화를 위해 관련 네트워크 단말 기술개발, 시설 투자, 콘텐츠 확보 및 표준화 등을 통해 CPND 생태계 조성에 노력하고 있다. [그림 2-12] UHD 미디어 서비스 현황 자료 : 한국전파전자통신연구원 1)해외동향 일본은 NHK를 중심으로 2000년부터 SHV(Super High Vision) 개발을 착수하였으며, 8K 카메라 개발( 03년~ 12년) HEVC 실시간 디코더 개발( 12년) 등 추진하였다. 05년 아이치현 국제박람회 에서 최초 시연 후 매련 5월 개최되는 NHK Open House에서 시연하고 있다. 12년 5월에는 [그림2-13]와 같이 UHDTV 영상 신호를 극초단파(UHF) 2개 채널을 사용, NHK 본사 옥상 송신,

40 4.2Km 떨어진 지점에서 수신 후 영상 복원을 확인하였다. 12년 7월에는 [그림?-?]와 같이 BBC와 런던올림픽의 개막식 및 일부 경기를 8K급 초고화질 위성방송으로 시연하였다. AV규격은 7,680 x 4,320, 10bit, 4:2:0, 60p, 22.1채널이다. <표2-8> NHK 지상파 실험방송 기술규격( 12년 5월) 사용 채널 전송방식 송신 출력 전송거리 압축방식 전송속도 31ch(수직편파), ISDB-T MPEG Mbps 34ch(수평편파) (MIMO- 1W 4.2Km AVC/H Mbps (UHF 대역) OFDM) [그림 2-13] NHK 지상파 실험방송 추진 개념도( 12.5월) [그림 2-14] NHK 와 BBC 런던올림픽 위성방송 시연 기념도( 12.7월)

41 13년 2월에는 KDDI(통신회사)와 주피터 텔레콤이 SHV(4K,8K) 방송 CATV망을 이용하여 동시 전송에도 성공하였다. 미국은 미디어 기업들이 4K 서비스 또는 실험방송을 개시하고 기존 장비의 업그레이드를 통한 4K UHD 지원을 강화하고 있다. 12년 CBS는 NEP Broadcasting과 제휴를 통해 미국 최대 인기 스포츠 경기 Super Bowl UHD 시험방송을 송출하였으며, 위성방송사인 DirecTV는 UHD방송을 위한 위성추가발사 및 본방송 등을 계획하고 있다. 11) Youtube는 10년부터 4K 콘텐츠의 온디맨드 서비스를 시작하였고, 온라인 비디오 서비스 제공사인 Netflix는 15년 이전 4K UHD 콘텐츠 VOD 서비스 제공을 계획하고 있다. 자사 콘텐츠를 UHD 화질로 제공하기 위해 최종 테스트를 하고 있다. 독일의 최대 위성방송사인 12년 12월, Sky Deutschland는 4K UHD 실험방송을 개시 하였으며, TV 제조사 및 기술 보유사간 상호 협력을 통해 공동시연 및 수신기 정합테스트 등을 시행하고 있다. 프랑스 위성방송사업자인 Eutelsat이 13년 1월부터 4K UHD 실험방송을 실시하고 있다. DVB-S2/8PSK 방식으로 4K 50P 전송실험에 성공하였다. IBC 2013에서 삼성, 에릭슨, 글로벌 캐스트 등과 함께 협력하여 4K UHD를 시연하기도 하였다. 2) 국내동향 12년 4월, KBS, MBC, SBS, EBS 지상파 4사는 UHD 실험방송을 위한 협약을 맺고, 미래 지향적 시청자 서비스 제공을 위해 협력하기로 하였다. 방송4사는 4K 콘텐츠를 제공하고 KBS는 송출시스템 구성 및 통합 편성 관리하기로 하였다. 방송시스템은 KBS 연구소 주관 으로 KBS 관악산 송신소에 설치되었다. KBS는 12년 9월을 시작으로 12년 12월까지 4개월 간의 지상파 4K 30P 실험방송을 실시하였다. 실험방송을 위해 서울 전파관리소로부터 실험방송 허가를 승인 받았다. 66번 채널(782~788MHz)에서 DVB-T2 전송방식을 사용하였으며, 압축코덱은 HEVC를 사용 11) DirecTV의 2012년 주주총회 자료에 명시되어 있는 차세대 DirecTV의 위성 발사예정 계획 및 2013년 4K UHD에 대한 투자 및 향후 4K channel의 trademark 관련 내용 등을 기반 으로 작성

42 하고, 출력은 100W로 진행하였다. 실험방송을 통해 지속적인 연구를 진행하고 CES 2013 전시, NAB 2013, DVB-EBU Workshop에서 관련내용을 발표하였다. [그림 2-15] KBS UHD 실험방송 흐름도 13년 5월부터는 5개월 간 미래창조과학부의 허가를 통해 2차 실험방송을 진행하였다. 지상파 4K 60P로 동일한 송신시스템과 파워를 사용하였다. 제작/송출/송신의 시스템 간 신호전송 안정성 확보를 위한 실험도 진행하였으며, 이동차량을 이용하여 필드테스트를 진행하는 등 다양한 기술적 검토를 진행하고 있다. [그림 2-16] KBS 실험방송 송신시스템 자료 : KBS 기술연구소 발표자료 케이블의 경우에는 13년 1월, CJ 헬로비전과 ETRI가 공동으로 국내 최초 가입자망을 통한 UHDTV 실험방송을 시작하였다. 채널 본딩 기술 12) 을 이용하여 기존보다 2배의 전송 대역을 확보하였다

43 [그림 2-17] CJ 헬로비전의 실험방송 구성도 13년 7월에는 5개 MSO 권역 내 가입자를 대상으로 세계 최초 UHD 시범방송을 시작 하였다. LG전자의 UHDTV 퀌튜너가 활성화(클리어쾀 방식)된 UHDTV와 삼성전자의 UHDTV 서비스를 이용하여 4K 30P UHD 영상을 수신할 수 있다. UHD 콘텐츠는 홈초 이스를 통해 HEVC 압축방식을 이용하여 확보하였고 각 MSO는 TS 스트리머 및 QAM 변조기를 통하여 각 가정에 UHD 신호를 송출한다. <표2-9> MSO 별 시범서비스 송출 현황 및 개요 구분 송출권역 수신방식 티브로드 종로, 중구, 서대문 Clear QAM CJ헬로비전 해운대, 양천 PC 기반 SW STB C&M 강남, 서초 Clear QAM 현대HCN 서초 PC 기반 SW STB CMB 영등포 Clear QAM 12년 10월에는 ETRI와 스카이라이프는 공동으로 위성 4K UHD 실험방송을 개시하였다. 실험위성인 천리안 위성을 이용하여 1개의 4K UHD 실험방송 채널의 24시간 송출을 통해 기술개발 및 검증을 진행하였다. 초기에는 현재 HD 방송에 사용되는 H.264 방식으로 실험 방송을 진행하였으며, 13년 8월부터 UHD 표준화 기술은 H.265(HEVC) 방식의 실험방송 12) 채널 본딩 : 대용량 비디오 스트리밍을 여려개의 주파수 채널로 분산하고 수신측에서 병합하여 복원하는 기술

44 으로 전환하여 운영하고 있다. 2013년에는 실험방송을 위한 4K UHD 콘텐츠의 자체제작을 통해 UHD 방송의 제작 및 편집 기술의 확보를 추진하고 있으며, 14년 2분기에는 현재 위성방송 상용서비스를 제공하고 있는 무궁화 6호 위성을 통한 시범방송 확대 추진예정이다. <표2-10> 케이티스카이라이프 실험방송 현황 구 분 내 용 비 고 사용 주파수 Ka 대역 천리안 위성 대상지역 전국 서울, 대전 등에 STB 설치 실험방송 채널 24시간 1채널 프리 인코딩 방식 전송방식 DVB-S/S2 현 상용방식과 동일 압축방식 HEVC [그림 2-18] 위성 UHDTV 실험방송 개념도 IPTV의 경우에도 13년 8월, LG U+가 업계 최초 상용망에서 시험방송을 송출하였다. 100Mbps 속도의 광랜에서 송출 하였으며, UHDTV에 직접 연결하여 수신하였다. 13년 9월, SK브로드밴드는 전국 Multicast 망을 통하여 UHD 실험방송을 송출하였다. KT도 IPTV를 통해 NVoD 방식으로 Multicast 채널을 송출하였으며, 방송용 샘플 칩셋을 기반으로 Live 채널 영상을 재생한다. 실험방송을 통해 SW 기반과 HW기반 STB의 성능

45 비교, 화질비교, 다양한 대역폭 변화 인가 등에 대한 연구를 통해 상용화 기반을 마련하였다. [그림 2-19] SK 브로드밴드의 실험방송 개념도 다. 기타 동향 1) CES 2013 전 세계 많은 방송업계가 본격적인 UHDTV 콘텐츠 제작 및 서비스를 위한 준비작업에 돌입하였으며, 삼성, LG, 소니, 파나소닉, 하이얼, 하이센스 등 한 중 일 메이저 가전 업체들이 UHDTV를 전시관 전면에 배치하였다. 삼성, 하이센스, TCL 등은 110인치 4K UHDTV를, 샤프는 NHK와 협력하여 8K UHDTV를 전시하였다. 파나소닉은 20인치 4K 태블릿 PC를 발표하였다. 주요 업체들은 업스케일링 기술을 이용한 UHDTV 콘텐츠를 통해 자사 홍보전략으로 활용하였다. Sony의 X-Reality PRO', LG전자의 Triple XD, Toshiba의 CEVO 4K 쿼드, 듀얼프로세스 등이 대표적이다. 13) 2) NAB 2013 소니, 블랙매직, JVC, 캐논 등 주요 업체가 UHD 카메라와 TV 신제품을 출시하였다. 소니는 5000달러(약 569만원)와 7000달러(796만원)의 파격적인 가격의 55/66인치 UHDTV를 출시하였다. 또한, 방송장비 업체도 기존 제품보다 저렴한 4K 카메라를 출시 되었다. 13) STRABASE(' ), 'CES 2013이 주목한 UHDTV, 기대주에서 주인공으로 도약하기 위한 선결과제는? 인용

46 제 2 절 UHD 방송 산업 주요국 정책 기술 표준화 동향 조사 1. 국내외 정책 동향 가. 국내 정책동향 2010년 지식경제부 100대 전략제품 에 UHDTV, R&D 전략기획단 산업기술혁신 비전 2020 기획 보고서에 유망제품으로 UHDTV가 포함되었다. 10년 5월 방송통신위원회는 미래 성장 동력으로 10대 방송통신 미래 서비스를 선정하였고, 이중 첫째 항목이 4G방송 (3DTV/UHDTV) : 눈 앞에 펼쳐지는 실감방송이다. 13년 미래창조과학부는 UHD 방송 로드맵을 담은 차세대 방송기술 발전전략 을 발표하였 으며, 이후 미래창조과학부와 방송통신위원회는 차세대 방송산업의 핵심 성장동력인 UHD 방송을 성공적으로 정착시키기 위한 종합 발전 방안을 함께 마련하기 위해 양 기관 공동의 UHD 방송 발전 연구반 을 구성하고 운영하고 있다. 나. 일본 14) 일본에서는 11년 디지털 전환을 완료하고 입체TV 및 초고화질 방송을 위한 기술개발 15) 및 총무성의 적극적인 UHD 관련 산업 활성화 정책을 추진하고 있다. 최근( 13년 6월) 일본 총무성은 방송 서비스 고도화 관련 검토 회의 결과를 발표하였다. 일본 방송통신 서비스 업계의 변화에 대응하기 위한 것으로, 4K/8K(슈퍼하이비전), 스마트 TV, 케이블 플랫폼 등을 중심으로 주요 방송 서비스 분야의 현황 및 추진방안을 담고 있다. 슈퍼하이비전을 둘러싼 해외 각국의 발 빠른 행보가 이어지고 있는 상황에서 일본 정부는 슈퍼하이비전의 조기도입은 일본 방송 산업의 글로벌 경쟁력 제고를 위해 필수적 판단이라고 하였다. 그 결과, 총무성은 슈퍼하이전의 전송로 및 도입 주체, 단계별 추진 목표 등을 포함한 로드맵을 작성하였다. 14) 자료 : 일본총무성, 방송서비스 고도화에 관한 검토회 15) 7대 신산업창조전략의 하나로 UHDTV 기술 개발을 지원

47 일본 정부는 슈퍼하이비전 전송로에 위성, 케이블 TV, IPTV 등을 통한 서비스를 우선적으로 제공하기로 하였다. 총무성이 발표한 슈퍼하이비전을 위해 활용 가능한 전송로 후보는 다음과 같다. 슈퍼하이비전(4K/8K)의 방송 서비스에 대해서는 주파수 활용이 상대적으로 용이한 동경 124/128 CS, 케이블 텔레비전, IPTV, 현행 서비스와의 양립이 용이한 동경 110도 BS 우선, 동경 110도 CS의 좌선 등 새롭게 개척되는 전송로 등을 활용한다. 위성 전송로에 관해서는 위성방송 중, 사용 가능한 주파수 제약시 상대적으로 엄격한 위성기 간 방송 분야는 4K/8K 방송에 사용 가능한 대역으로 다음의 세가지 전송로가 상정되었다. <표 2-11> 위성방송에서 각 전송로의 역할 전송로 124/128도 CS (현행) 110 도 CS 우선 ( 右 旋 ) (현행) 좌선 ( 左 旋 ) (예정) 110도 BS (현행) 역 할 - 124/128도 CS에서의 방송은 지금까지도 다른 위성 미디어에 앞서, 3D 등 선진 서비스에 대응 - 계속해서 선진적, 전문적, 그리고 다양한 방송 프로그램을 제공하여 다양한 시청자 수요에 보답할 것을 기대 - 구체적으로는 4K를 비롯해 향후 개발이 예정된 새로운 압축 기술에 대응한 방송과 스마트 텔레비전에서의 새로운 방송 연동 어플리케이션의 실험 등의 선행적 실시가 예상 - 현재 3개 파 공용기로 시청하고 있는 폭넓은 시청자에 대하여 지상파와 같은 고화질(2K)을 중심으로 다양한 채널을 제공하는 것을 역할로 한다. - 덧붙여 이 대역에 대해서는 최근의 기술 진보 성과와 경영 환경 변화를 감안 한다면, 현재의 방송 서비스에서 활용되고 있는 압축 방식 아래에서도 개별 방송 프로그램에 사용하고 있는 슬롯 수의 일정한 압축이 허용 가능한 것 으로 되어 있다. - 이 대역에 기대되는 역할을 감안하여 방송 프로그램의 다양화를 위하여 가능한 조기에 현재 주파수 활용 방법의 재정리에 대처할 필요가 있다. - 4K/8K를 중심으로 폭넓은 시청자에게 다양한 채널을 제공하는 것을 상정한다. - 현재 3개 파 공용기로 시청하는 폭넓은 시청자에게 8K를 포함하여 가능한 고화질의 채널을 제공하는 것을 역할로 한다. - 향후 BS 2K의 시청자가 새롭게 4K/8K대응 수신기를 구입하는 경우, 계속 2K 콘텐츠가 시청 가능 하는 등 무리 없이 구입할 수 있는 환경 정비 관점에서 4K/8K 방송 시작부터 일정 기간은 2K, 4K 및 8K 방송을 혼재(병존)시키고, 혹은 4K/8K 대응 수신기에서 2K 콘텐츠를 수신하는 기능 제공에 노력하는 등 관계 사업자의 연구와 노력이 요구될 것이 상정된다

48 - 또한, 현재 추진 중인 새로운 주파수 이용에 관한 연구 개발을 계속하여 새로운 주파수 확보가 된 경우에는 지금까지의 연구 성과를 활용하여 이대역을 사용 하는 4K/8K 이용을 촉진한다. 첫째, 동경 11도 BS 우선은 현재 도입 당시의 압축기술은 MPEG-2로 운용되고 있지만, 최신 압축기술을 도입할 경우 적은 대역폭에서도 현재 수준의 화질 및 기능을 확보할 수 있어, 남게 되는 대역을 활용할 수 있다는 장점이 있다. 둘째, 2016년을 목표로 발사가 검토되고 있는 동경 110도 좌선에 현재와 동일한 12개 위성중계기 (Transponder)가 탑재되면 그 대역을 활용할 수 있을 것이다. 마지막으로 국제 주파수 조정 결과에 따라 새로운 대역을 획득할 수 있다며 장래에 그대역을 활용할 수 있을 것이다. 이러한 콘텐츠를 방송하는 주체는 ALL JAPAN 16) 의 추진 체제 등으로 4K/8K의 콘텐츠 확보 를 도모하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 일본 정부는 2013년 5월 2일, 방송 사업자, 수신기 제조사 등 관계사업자가 참가 하는 조직인 사단법인 차세대방송 추진 포럼 을 발족시켰다. 일본 방송사업자들은 포럼을 통해 채널 운영에 필요한 기술, 설비, 콘텐츠를 비롯해 기술 설비 운용을 위한 노하우 및 콘텐츠 제작 노하우 확보를 위해 협력하고 있다. 총무성이 발표한 슈퍼하이비전 로드맵은 전송로 관련 항목 외에 <표2-12>와 같이 영상 및 음성 부호화, 프레임 주파수, 변조방식, 대역폭, 다중화 방식 등의 기술 항목을 포함하고 있다. <표 2-12> 4K/8K 방송을 위한 기술 항목 1 영상 부호화 6 변조방식 11 CAS 2 프레임 주파수 7 대역폭 12 프레임 포맷 3 음성 부호화 8 회선 가동률 13 크로마 포맷 4 음성 채널 수 9 다중화 방식 14 비트 길이 5 소요 비트레이트 10 데이터 방송 15 색역( 色 域 ) 16) ALL JAPAN 추진 체제 : 일본 기업, 연구기관, 정부 등 민관학 협력을 통해 사업 추진 및 상품화를 전개함으로써 그 역량을 총 가동하는 체제를 지칭함

49 기술사항에 대해서는 위성기간 방송의 전파이용을 중심으로 2014년 3월까지 기술적 조건을 구체화하고 6월까지 구체화된 사항을 전제로 하여 소요 기술기준 정비를 도모한다. 위성, 케이블, IPTV 등 가능한 범위에서 공통화를 도모하는 것이 중요하다. 일본 정부는 2014년 미국 및 유럽의 4K 방송 개시 가능성, 일본 내 4K/8K 방송의 조속한 도입 필요성, 일본 지상파 방송의 디지털 방송으로의 이행, 전송로 로드맵 등을 감안하여 최대한 도입 시기를 앞당길 계획이다. ALL JAPAN 체제를 통해 개별 방송 사업자들까지 4K/8K 콘텐츠 방송 기술 및 노하우 구축을 통해 4K 콘텐츠는 2016년까지, 8K 콘텐츠는 2020년까지 개별 방송 사업자를 통해 자국민에게 제공될 전망이다. <표 2-13> 4K/8K 방송을 위한 기술 항목 2014년 [위성] [케이블] [IPTV] 2016년 [위성] 2020년 [위성] (브라질(리우데자네이루) 월드컵 개최 해) [가능한 조기에 관심을 가진 시청자가 4K를 체험할 수 있는 환경 정비] 124/128도 CS를 활용. STB 등을 통해 희망하는 시청자가 자택과 판매점 등에서 시청 가능한 환경 정비를 목표로 함 케이블망에서의 방송은 향후 방송 관련 기술의 책정과 위성을 통한 시험 방송 준비 상황을 주시하며 같은 시기에 시작할 수 있도록 준비 진행 2014년 VOD 서비스를 시험적으로 시작 IP방송 서비스는 향후 방송 관련 기술 책정과 위성을 통한 시험방송 준비 상황을 주시하며 같은 시기에 시작할 수 있도록 준비 진행 (리우데자네이루 올림픽 개최 해) [가능한 조기에 관심을 가진 시청자가 8K를 체험할 수 있는 환경 정비] 124/128도 CS 외에 110도 CS 좌선 등의 활용을 상정 8K는 STB 등을 통해 희망하는 시청자가 자택과 판매점 등에서 시청 가능한 환경 정비를 목표로 함 4K는 보다 많은 시청자가 STB 등을 통해 보다 다양한 방송 프로그램을 자택에서 시청 가능한 환경 정비를 목표로 함 (올림픽 개최 해) [희망하는 시청자가 텔레비전을 통해 4K/8K 방송을 시청 가능한 환경 실현] 124/128도 CS 및 110도 CS 좌선 외에 110도 BS 우선 등의 활용을 상정 4K/8K 양측 방송이 시청 가능한 텔레비전을 통해 보다 많은 시청자가 자택 등에서 다양한 4K/8K 방송 프로그램을 시청 가능한 환경 정비를 목표로 함

50 이외에도 일본은 ITU-R을 통한 8K 비디오 해상도에 규격화를 추진하는 등 SHV에 대한 국제 표준화 노력 및 12년 런던올림픽 시범서비스 실시, 국제전시회에서의 시연 등을 통해 적극적인 기술 홍보도 추진하고 있다. 다. 미국 및 유럽 1) 미국 미국은 FCC(연방통신위원회)에서 13년 2월~8월(6개월 간)의 UHD 실험방송을 승인하 였다. 볼티모어 소재의 WNUV-TV 社 에서 기존 채널 6MHz에서 DVB-T2 방식으로 UHD 전송가능성 확인 등 미래 방송 표준을 위한 기술적 가능성을 점검하였다. 결과로는 기존 지상파 방송 환경(출력 등)에서 24.92Mbps 전송을 확인하였다. 2) 유럽 프랑스 방송 위원회(CSA)와 이탈리아의 RAI 방송사는 DVB-T2/HEVC의 방식의 4K 방송서비스에 관심을 표명하고 있으며, 4K 방송서비스는 2020년내에 가능할 것으로 보 인다고 하였다. 하지만, 현재 기술적 솔루션 구축에 대해서는 너무 이르다는 반응을 보였다. SES, Eutelsat, Sky Deutshland 등 위성방송사가 4K UHDTV 서비스를 실시하거나 계획 하고 있지만, 정부차원의 UHD 방송 정책 및 계획 등은 구체적으로 제시되고 있지 않다

51 2. 국내외 기술 동향 가. 비디오 획득기술 UHD 미디어 획득 및 편집 기술과 관련하여 <표2-14>와 같이 4K급 카메라는 이미 상용화, 8K급 카메라는 소형화 단계에 있다. 13년 NAB를 기점으로 저가형 카메라가 대거 출시됨에 따라 가격 경쟁이 본격 시작되고 있다. 4K 카메라의 경우 초기에는 주로 영화 제작에 많이 사용되었으나 근래에는 국내 방송사에서도 4K 카메라(Red One 또는 SONY F65등)를 드라마나 다큐멘터리 제작에 활용하고 있다. 8K UHD 미디어 획득기술은 00년 초반부터 일본 NHK 가 이미지 센서 및 카메라를 중심으로 연구를 수행하였으며, 07년 NHK가 3,300만 화소 CMOS 촬상 소자를 개발, 08년 8K급 UHD 카메라시제품을 개발하였다. 특히 2012년도에 는 120Hz 8K 1.5인치 이미지 센서 및 컴팩트 단일 칩 카메라를 개발하였다. 15년 1.25인치 3CMOS Full-resolution 카메라 개발을 목표로 하고 있으며, 20년에는 8K 상용카메라 개발을 목표로 지속적인 연구를 진행하고 있다. <표 2-14> 4K 카메라 출시 현황 업체명 모델명 지원규격 출시시기 Red Digital Red one, 4,096 x 2304(9.4M pixels, 30p), '07년 Red Epic DCI 4K: 4,096 x 2,160(8.8 M pixels, 120p) 12년 JVC GY-HMQ10 3,840 x 2,160(8.3 M pixels, 24,50,60p) '12년 sony cinealte F65 DCI 4K: 4,096 x 2,160(1.8 M pixels, 1~60p) '12년 Canon EOS C500, DCI 4K: 4,096 x 2,160(8.8 M pixels, 1~60p), EOS-1D C DCI 4K: 4,096 x 2,160(8.8 M pixels, 24p) DSLR '12년 Astrodesign AH ,840 x 2,160(8.3 M pixels, 60p) '12년 자료: 한국전자통신연구원 나. 부호화 및 전송기술 UHD 콘텐츠는 데이터량이 HD 대비 최소 4배에서 최대 96배 많기 때문에 해당 콘텐츠를 압출할 수 있는 부호화 기술이 필요하다. 일본 NHK는 06년 MPEG-2, 07년 H.264/AVC 기반 부호화 시스템 개발을 통해 12Gbps의 데이터량을 갖는 8K UHD 비디오를 약 120Mbps로 압축, 12년도 초에는 H.264/AVC 기술을 확장해 약 72Mbps로 압축할 수 있는

52 코덱 시스템을 개발하였다. 특히 13년도 5월에는 8K UHD 영상에 대한 HEVC 기반 복호화 시스템 17) 을 Mitsubishi와 공동으로 개발하여 시연하였다. 또한, NTT는 13년 8월 HEVC-1000 SDK software encoder(최대 7,680 x 4,320 해상도와 120fps 프레임율 부호화를 지원)를 출시하였다. 이 외에도 4K 실시간 부복호화기 솔루션 개발 현황은 <표2-15>와 같다. <표 2-15> 4K 실시간 부복화기 솔루션 개발 현황 업체명 ATEME Allegro DVT Broadcom NTT Docomo DivX 내용 12년 IBC 전시회에서 4K HEVC 부호화기 데모(UHD 60p 비디오를 15Mbps로 부호화) 13년 CES에서 4K HEVC 디코더 IP 데모 13년 CES에서 4K( @60p) HEVC 디코딩 칩 발표, 2014년 중반 양산 예정 13년 2월 WMC에서 4K HEVC 실시간 디코딩 시연(3,840x2,160@60p, 2.7 GHz quad core Ivy Bridge CPU 채용 PC) 13년 5월 DicX HEVC draft version을 출시 국내에서도 HEVC 기반 4K급 UHDTV 부복호화 기술 개발을 진행하고 있으며, 13년 8월 에는 4K 실시간 복호화기를 개발하였으며, 14년까지 4K UHD@30P 실시간 부호화기 개발 완료를 목표로 하고 있다. 전송기술과 관련하여 지상파의 경우에는 NHK에서 6MHz 2채널을 결합하여 약 180Mbps를 전송할 수 있는 기술 18) 개발을 추진 중에 있다. 국내 DTV 전송을 위해 채택한 ATSC 방식은 6MHz 대역폭 내에서 19.39Mbps 데이터 전송율을 얻을 수 있지만, UHD의 요구 전송용량에 미치지 못하여 새로운 전송기술의 개발이 필요하다. KBS에서는 DVB-T2를 이용하여 채널 66번에서 (100W 출력으로 6MHz 대역폭) 지상파 실험방송을 실시하고 관련 연구를 진행하고 있다. 케이블의 경우 <표2-16>과 같이 기존의 전송망을 이용한 전송실험과 전송 효율을 향상시 키기 위한 신규 전송기술을 개발 중이다. 17) Main 10 profile@level 6.1 : 8K@{60P, 10bit}, 최대 340Mbps 부호화율을 지원하며, 입력 은 17 x 3G-SDI로 7,680x256 Pixels 씩 17개로 분할하여 병렬처리 하였다. 18) 4,096 QAM-OFDM 방식으로서 동시에 두 개의 수평, 수직 편파를 이용하는 이중 편파 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 방송

53 위성의 경우에는 일본 및 유럽을 중심으로 시연 및 실험방송을 추진하고 있으며, IPTV의 경우에는 UHDTV 서비스를 위한 대역폭 확보와 관련 2013년 기가인터넷 시범사업을 확대 하여 오는 2017년까지 전국 90%에 기가 인터넷망을 구축할 계획에 있다. <표 2-16> 케이블 전송기술 현황 구 분 NHK DVB 북미 CableLabs KDDI 내 용 '10년 6MHz 대역에서 256-QAM기반 4채널을 결합아혀 8K UHD 콘 텐츠 전송 실험 실시 10년 2월 기존대비 전송효율을 30% 이상 향상할 수 있는 새로운 케이블 전송규격인 DVB-C2 규격을 발표 12년 6월 케이블망에서 하향 10Gbps까지 전송할 수 있는 새로운 규격에 대한 표준화 착수 13년 2월 DOCSIS 3.0모뎀을 이용하여 Full HD, 4K, 8K 영상 동시 전송을 시연 다. 오디오 기술 UHDTV 오디오 부호화 기술은 10년 10월 94차 MPEG 미팅에서부터 본격적으로 논의 되었다. NHK의 22.2채널 오디오를 포함하여 10.2채널 오디오 신호까지 고려되고 있다. 현재 고려요소는 음상정위를 위한 2D와 3D 방향성, 거리감 등이며, UHDTV 뿐만 아니라 3D 비디오를 위한 3D 오디오 부호화도 논의되고 있다. 국내의 경우 11년부터 UHDTV를 위한 3차원 실감 오디오 부호화 및 재현기술을 개발 중에 있으며, KAIST는 2차원 및 3차원 스피커 정렬을 이용하여 자유로이 음원을 배치할 수 있는 사운드 볼 기술을 개발중에 있다. <표 2-17> UHDTV 주요 오디오 및 기술개발 현황 구 분 MPEG NHK Dolby DTS 내 용 '13년 103차 회의에서 CFP(Call for proposals)을 발간 채널과 같은 다채널 신호 뿐만 아니라 객체 오디오 신호, 다채널 음장 신호, 다양한 스피커 레이아웃에 적응적인 재현 기술을 고려 SHV를 위한 초실감 오디오 시스템으로 22.2채널 시스템을 개발하였고, AAC 기반 부호화 기술 및 콘텐츠 제작 기술을 개발 중 기존의 극장용 오디오 시스템을 획기적으로 개선하기 위한 객체 기반 및 고차 다채널 오디오 시스템은 Dolby Atmos를 개발 객체 오디오 신호를 기존 다채널 오디오 신호와 결합하여 활용할 수 있는 Hybrid Audio Codec에 대한 기술 개발 중

54 라. 디스플레이 기술 단말 및 디스플레이 기술과 관련과 관련, 4K UHD 이미 기술 개발이 완료되어, 소형/저가형 상품이 출시되고 있으며, 8K 디스플레이의 경우 11년 5월 일본 Sharp사가 8K급 LCD 모니터를 세계 최초로 출시하였으며, 12년 4월 NHK와 Panasonic이 공동 개발한 8K PDP TV는 145 인치의 제품이다. 국내의 경우, LG전자가 12년도 84/65/55인치 4K LCD TV를 출시하였고, 삼성전자는 13년도 110/95/85인치 4K LCD TV를 출시하였다. 13년도 7월, LG전자는 55/65인치 HEVC 복호지원 4K UHDTV를 출시하였다. 또한, 대형 디스플레이 분야 외 모바일 및 테블릿 분야에도 UHD 디스플레이 기술이 수년내에 일반화될 전망이다. [그림 2-20] 국내에서 출시한 UHDTV <표 2-18> UHD 단말 및 디스플레이 개발 현황 구 분 Astrodesign Sony, 티브이로직, Panasonic, Sharp, Toshiba, JVC 중국의 Hisense, TCL, Hier 내 용 '09년 화소당 비트수가 10bit인 28인치 모니터를 출시 12년 5월, 60/56/32/9인치 4K LCD 디스플레이를 출시 4K 모니터 제품을 출시 년 4월 NAB 전시회에서는 일본 가전사들의 저가 출시제품 출시로 시장 경쟁 가속화 '12년 10월 65/58/50인치 4K LCD TV 출시(Hisense) 13년 1월 110인치 4K LCD TV 출시(TCL, Hisense) 13년 1월 84인치 4K LCD TV 출시(Hier, Konka) 13년 7월 50인치 4K LCD TV 출시(TCL)

55 3. 국내외 표준화 동향 19) UHDTV 방송 서비스를 위한 표준화 분야는 AV 신호 규격, 압축 기술, 다중화, 전송기술, 인터페이스 등으로 구분할 수 있다. UHDTV와 관련된 국제 표준화는 비디오 신호와 오디오 신호 규격에 대해서 일부 표준이 제정된 상태이며, 인터페이스 관련 3,840 x 2,160(4K) 60P 영상을 지원하는 표준 HDMI 2.0가 2013년 9월 발표되었다. UHDTV 분야별 표준화는 [그림 2-21]와 같이 다양한 표준화 단체들을 중심으로 진행되 고 있다. 비디오/오디오 압축, 전송 레이어, 변조 시스템, 후방 호환성 등은 ITU-R, 변조기 술은 DVB, ETSI, ATSC, ARIB, ETRI에서 수행 중에 있다. 또한 압축과 전송기술은 MPEG, ITU-T, 콘텐츠 생태계와 관련하여서는 SMPTE, 분배 생태계 관련 IEEE/BTS에서 진행하고 있다. <표 2-19> 분야별 국내외 표준화 추진 현황 구 분 신호 규격 압축 규격 비디오 오디오 비디오 오디오 다중화 전송기술 인터페이스 기술 표준 화 단체 ITU-R, SMPTE ITU-R, SMPTE MPEG MPEG ATSC MPEG ATSC, DVB HDMI SMPTE 국제 ITU-R BT.2020 ( 12), SMPTE ( 09) 표준화 완료 SMPTE ( 08) ITU-R SG6 ( 14완료 목표) AVC ( 04) HEVC ( 13) 표준화 완료 목표) AAC ( 97) AC3 MPEG-H 3D- Audio ( 15완료 MPEG2- TS( 96) MMT ( 14) DVB-T2( 09) ATSC 3.0: (15완료 목표) DVB-S2 DVB-C2 ANSI/SCTE 54('09) 10G-SDI ( 09) HDMI2.0 ( 13) TTAK.KO TTAK. 국내 (TTA) ( 10) 표준화 KO ( 11) 표준화 지상파, 위성, 케이블 등 각 매체별 UHDTV 송수신정합 표준화 추진 비대상 완료 완료 19) 자료: 한국정보통신기술협회 "UHDTV 국내외 표준화 현황

56 [그림 2-21] UHDTV 관련 표준화 단체별 추진현황 자료: 한국전자통신연구원 가. UHDTV 비디오 신호 규격 ITU-R에서 UHDTV 비디오 신호 규격 표준화를 2010년부터 시작하였다. 일본, 이탈리아, 한국 등이 참여하였으며 2012년 8월 UHDTV 비디오 신호 규격을 제정하였다. 20) UHDTV 부호화 방법과 관련하여 국내(삼성전자)는 밝기 신호와 색차 신호의 상호간섭 때문에 밝기 정보가 왜곡되는 문제를 해결할 수 있는 CL(Constant luminance) 색부호화 방법을 제안한 반면, 일본(NHK)는 기존 HDTV에서 사용하는 Non-CL에 기반 색 부호화 방법을 제안하였으며, 최종으로는 복수 규격으로 채택되었다. Frame Frequency 120Hz 를 추가하였으며, System Colorimetry에는 광색역 RGB Primaries를 반영하였다. ITU-R에서 2012년 제정된 규격은 2009년 SMPTE에서 제정된 규격 21) 과 Frame rate 및 색역계 등에서 차이가 있어 SMPTE에서도 이를 반영한 규격이 개정될 것으로 전망된다. 국내(TTA) 에서는 ITU-R에서 제정된 표준 규격 등을 반영하여 2013년 말 표준 개정을 완료할 예정이다. 20) BT.2020 : Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange 21) SMPTE : Image Parameters for UHDTV, UHDTV1(4K), UHDTV2(8K)로 정의

57 나. UHDTV 오디오 신호 규격 UHDTV 위한 오디오 신호 규격으로는 NHK에서 개발한 22.2채널 오디오 재생 시스템을 기반으로 한 SMPTE 가 현재까지 표준화된 멀티채널 오디오 재생 시스템 중 가장 많은 출력 채널을 가진다. 48kHz 표본화 주파수를 기본으로 하면서, 96kHz 표본화 주파수를 선택적으로 사용할 수 있고, 오디오 신호에 대한 양자화 비트수는 16, 20, 24를 사용할 수 있다. ITU-R BS.1909 차세대 멀티채널 입체음향 시스템 성능 요구사항( )에 따른 멀티채널 오디오 표준화가 진행 중이다. ITU-R BS.2159에는 국내 UHDTV를 위한 10.2채널 오디오 신호 규격 22) 을 추가하였으며, HDMI 2.0에 국내 10.2채널 UHDTV 오디오 신호규격도 포함하였다. <표 2-20> 오디오 신호 규격 관련 표준화 ITU-R BS.775(1992) 5.1채널 SMPTE (2008) 22.2채널 TTAK.KO (2011) 10.2채널 L B C R L C R LFE1 LH RH LFE2 LS 1 60 RS LS RS LS 2 RS 2 LB CH RB BS 다. AV 부호화 AV 부호화 표준화와 관련하여 UHD 비디오의 경우, ISO/IEC MPEG에서 2008년 7월 HD 이상의 해상도를 주 대상으로 하는 새로운 비디오 부호화 기술의 표준화에 대한 논의가 시작되어 2009년 말에 ISO/IEC의 MPEG과 ITU-T의 VCEG은 공동으로 JCT-VC를 결성하였 으며, 차세대 비디오 부호화 기술인 HEVC 기술의 표준화를 진행하였다. UHDTV와 관련하여 <표 2-21>와 같이 MPEG에서 제정된 AVC('04), HEVC('13)를 고효율 코덱으로 사용하고 있으 며 특히 국내 UHDTV 송수신 정합 표준에서는 HEVC를 적용 및 고려하고 있다. 현재 MPEG에서는 기본계층으로 AVC/HEVC 향상 계층으로 HEVC를 지원하는 SHVC(scalable HEVC) 표준화를 진행 중에 있으며, 이는 2014년 완료를 목표로 하고 있다. 관련하여 UHDTV용 HEVC 실시간 인코더는 2014년 말 경에 출시될 것으로 전망된다. 22) TTAK.KO , 초고선명 디지털 TV 오디오 신호, '11. 12월

58 <표 2-21> 비디오 압축 기술 표준화 현황 압축 기술 HD (1920x1080, 60i, 4:2:0 기준) 4K-UHD (3840x2160, 30p, 4:2:0 기준) 8K-UHD (7680x4320, 30p, 4:2:0 기준) MPEG-2(1994) 15~18Mbps 60~72Mbps 240~288Mbps H.264/AVC (2004) 7.5~9Mbps 30~36Mbps 120~144Mbps HEVC(2013) 4~4.5Mbps 15~18Mbps 60~72Mbps [그림 2-22] 비디오 압축 표준 성능 비교 오디오 압축 기술과 관련하여 2012년부터 차세대 고품질 오디오 코덱 개발을 위한 MPEG-H 3D Audio 표준화가 2015년 완료를 목표로 진행 중이며, 2013년 7월 105차 MPEG 회의에서 CO(Channel + Object) 부분에서는 프라운호퍼가, HOA(High Order Ambisonic) 부분에서는 Technicolor-Orange가 제안한 모델이 기준 모델로 선정되었다. 향후 성능을 개선하기 위한 기술에 대한 논의가 계속 진행될 예정이다. <표 2-22> 오디오 압축 기술 표준화 현황 오디오 압축기술 채널 수 Total Bit rate 비고 AC3(1995) Kbps~ ATSC AAC(1997) Kbps MPEG HE-AAC(2005) 2 32 Kbps MPEG USAC(2012) 2 28 Kbps MPEG

59 라. 다중화 기술 비디오, 오디오 및 부가정보를 전송하기 위해 스트림에 멀티미디어 정보를 다중화 하는 방식으로 MPEG-2 TS가 있으며, MPEG Media Transport는 유무선 통합 인터넷 환경을 지원하는 전송기술로 2014년 표준화 완료 예정이다. 일본은 차세대 방송 전송시스템 기술로 MMT를 고려중이며, MMT 지원 장비는 2014년 표준화 완료 이후 본격적으로 개발될 것으로 전망된다. MMT 주요 기능 영역은 그림 [그림 2-23]과 같으며, Composition은 시공간적인 레이 아웃을 제어, Encapsulation은 효율적 처리를 위한 멀티미디어 데이터의 구조화, Delivery는 효율적이고 적응적인 멀티미디어 데이터의 패킷화 및 다중화, Signaling은 패키지의 구조와 전송 프로토콜의 구성 정보를 전송하는 기능을 담당한다. [그림 2-23] MMT 주요 기능 영역 마. 전송 기술 전송관련 표준화 동향으로는 미국의 디지털 케이블 전송규격에서는 ITU-T J.83 Annex B, 64/256QAM 단일 반송파 방송 및 6MHz 대역을 기반으로 전송효율을 높이기 위하여 1024QAM이 제안되었다. 2009년 기존 DVB-T 대비 30~50% 전송용량 증대를 가지며 역 호환성이 없는 DVB-T2가 표준화 되었으며, 파라미터별 자세한 내용은 <표2-24>에 기술 되어 있다. ATSC 3.0 표준화는 <그림2-24>와 같이 추진되고 있으며, 2013년 3월, 물리 계층에 대한 CfP가 배포되어 제안서가 13건 접수되었으며, 제안된 기술에 대해 2014년 6월 까지 후보기술 평가를 진행한 후, 2015년 표준화 완료를 목표로 하고 있다

60 <표 2-23> 전송 표준기술 현황 Parameters ATSC DVB-T ISDB DTMB Bandwidth 6, 7, 8 MHz 6, 7, 8 MHz 6, 7, 8 MHz 6, 7, 8 MHz FEC Trellis + RS CC + RS CC + RS LDPC + BCH Modulation 8VSB Code rate 2/3, 1/2, 1/4 QPSK, 16QAM, 64QAM 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 DQPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 4QAM, 16QAM, 32QAM, 64QAM 2/5, 2/3, 4/5 Max. data rate 19.39Mbps 23.5Mbps 23.2Mbps Mbps <표 2-24> DVB-T와 DVB-T2 기술 비교 Parameters DVB-T DVB-T2 FEC CC + RS LDPC + BCH Code rate 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 Modulation QPSK, 16QAM, 64QAM QPSP, 16QAM, 64QAM, 256QAM FFT size 2K, 8K 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K Guard Interval 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32, 1/128 Scattered Pilots 8% of total 1%, 2%, 4%, 8% of total Continual Pilots 2.0% of total 0.4%~2.4% (0.4%~0.8% in 8K-32K) Bandwidth 6, 7, 8 MHz 1.7, 5, 6, 7, 8, 10 MHz Bandwidth Extension Standard Extended (8, 16, 32K FFT) Typical data rate (UK) 24 Mbit/s 40.2 Mbit/s Max. data rate(@ 20dB C/N) 31.7 Mbit/s (using 8MHz) 45.5 Mbit/s (using 8MHz) Required C/N(@24 Mbit/s) 16.7 db 10.8 db 유럽의 디지털 케이블 전송규격에서는 ITU-T J.83 Annex A, 16/32/63/128/256 QAM 단일 반송파 방식 및 8MHz 대역을 기반으로 하고 있다. 케이블 모뎀 규격에서는 광대 역 데이터 전송을 위한 채널 결합 기법이 기 표준화 완료된 상태이다. DVB-S2의 규격은 80MHz 대역에서 최대 155Mbps급 전송이 가능하나 일반 무선전송 채널 환경에서 이 같은 전송은 어려우며, 8K 급에서 요구하는 200Mbps급이 실현되기 위해서는 2채널 결합이 필요하다

61 [그림 2-24] ATSC 3.0 표준화 일정 바. 방송 송수신 정합 규격 UHDTV 서비스를 위한 매체별 공통 부분(AV 포맷 등)은 지상파 방송 PG(PG802)에서 표준화를 추진하고 있으며, 매체별 종속적인 부분은 각 매체별 PG에서 표준화를 추진 하고 있다. o 케이블 기반 UHD 콘텐츠 전송기술 - 디지털 케이블 방송 시스템을 통하여 UHDTV 방송 전용 채널 서비스를 제공하기 위해 해당 요구사항, 데이터 포맷, 다중화 및 시그널링 방법 등을 규정하는 표준을 제정하였다. 23) SVC 또는 HD 영상은 AVC로 4K UHD 영상은 HEVC로 동시 전송 하는 호환 채널 디지털 케이블 UHD 방송 송수신 정합 표준을 2014년 6월 제정 목표로 논의 중에 있다. 초당 60프레임 4K UHD 콘텐츠의 경우 단일 채널 용량을 초과 할 수 있기 때문에 복수 물리 채널을 이용하여 전송하는 송수신 정합 규격도 함께 논의 중에 있다. 23) 디지털 케이블 UHDTV 방송 송수신 정합 - 제1부 전용채널(TTAK.KO , )

62 o 위성 기반 UHDTV 서비스 송수신 정합 규격 - 위성 UHDTV 송수신 표준화는 3단계로 나누어 1단계에서는 현재 디지털 위성 송수신 기술에서 4K 비디오를 추가하여 조기에 시범방송을 실시할 수 있는 표준을 추진하고 있다. TTA 영상 신호, 오디오 신호 표준을 준용하고 비디오 코덱은 HEVC를 적용 하였으며 현재 초안 작성이 완료되어 표준화 절차에 따라 12월 중 표준 총회에서 제정 예정이다. 2,3단계에서는 멀티채널 오디오와 MPEG 등 국제표준화 동향을 고려 하여 고도화된 비디오 포맷 지원, 8K UHD 등을 단계적으로 검토하여 표준화를 추진할 예정이다. 사. 방송장비 간 인터페이스 기술 SMPTE에서 2010년 인터페이스 규격 표준을 제정하였다. Multi-ling 3G-SDI는 3Gbps 이상의 데이터를 전송할 수 있는 표준으로 SMPTE 32NF committee내의 40 subcommittee의 Multi-line 3G AhG에서 개발되고 있다. 3G-S야 보다 큰 payload를 제공 하기 위한 규격은, 10Gbps payload를 제공하는 SMPTE 435, 25Gbps를 제공하는 SMPTE , 10Gbps를 복수개 링크하는 SMPTE 이 표준 개발 중이다

63 제 3 절 HD UHD 화질평가 방법 관련 해외 사례 분석 1. 주관적 품질평가 방법 해외 사례 분석 ITU에서는 권고안 ITU-T P.910 및 ITU-R BT.500을 통해 멀티미디어 및 텔레비전 화상에 대한 주관적 비디오 품질평가 방법을 표준화 하였다. 이 표준권고안에서 서술하고 있는 방법들은 대부분의 멀티미디어 비디오 및 텔레비전 형식을 포함하지만 HD영상에 대한 주관적 품질평가 방법은 별도의 권고안을 통해 보완하였다. ITU-R BT.710에서는 HDTV의 주관적 품질평가 방법, ITU-R BT.1210에서는 품질평가에 이용하는 테스트 재료, 그리고 ITU-R BT.2022에서는 HD영상을 평판 디스플레이에서 품질평가 할 때의 일반적인 시청 조건을 표준화 하였다. UHD의 주관적 화질 평가 방법은 현재까지 표준화 되어 있지 않다. 가. 일반적인 주관적 품질평가 표준 권고안 분석 1) ITU-T Recommendation P.910 멀티미디어 어플리케이션의 주관적 비디오 품질평가 방법 (Subjective video quality assessment methods for multimedia applications) 권고안 ITU-T P ) 은 비대화형 주관적 평가 방법을 설명한다. 이 방법은 화상회의, 저 장 및 검색 어플리케이션, 원격진료 어플리케이션 등 단방향 서비스의 전반적인 비디오 품 질을 측정한다. o 소스신호 소스 영상의 특성을 조절하기 위해 테스트 영상은 실험의 목적에 따라 정의하여야 하며, 디지털 저장 매체에 기록하여야 한다. 실험자의 목적이 여러 연구실의 실험 결과를 비교 하는 것에 있다면 공통 소스 집합을 포함하여 사용하여야 한다. 녹화환경과 관련하여 광원(전구 또는 형광등)은 위쪽이나 카메라 쪽에 위치하도록 한다. 실험실의 밝기 조건은 100lux 1000lux의 범위로 하며 교류를 사용하는 형광등의 경우 24) ITU-T Recommendation P.910 멀티미디어 어플리케이션의 주관적 비디오 품질평 가 방법 (Subjective video quality assessment methods for multimedia applications)

64 비디오 촬영 시 플리커링이 발생하므로 유의하여야 한다. 밝기 조건, 벽 색상, 표면 반사율 등은 주의 깊게 조절하고, 모든 상태를 기록한다. 영상은 고품질 CCD 카메라를 이용하여 촬영한다. 입력 영상을 정의할 때는 YUV 신호의 다이내믹 레인지, 감마 보정 수치(0.45), 필터의 대역폭 및 기울기, 아주 낮은 빛에서의 카메라 감도 및 자동 게인 조정(Automatic gain control) 등을 명시하여야 한다. 카메라로 촬영한 소스 영상은 샘플링하여 사용하며, 소스의 왜곡을 방지하기 위하여 4:2:2 테이프 형식 등의 디지털 포맷으로 저장하는 것이 좋다. 테스트 영상의 선택 시, 장면에 대하여 공간적 시간적으로 지각하는 정보는 결정적 변수 이므로 고려하여야 한다. 이러한 변수는 압축률을 결정하는데 중대한 역할을 하며, 그 결과에 따라 디지털 전송 서비스 채널에서 발생하는 열화의 수준을 결정하기 때문이다. 디지털 전송 채널이 제공하는 서비스의 목적에 적합한 공간적, 시간적 정보를 포함한 테스트 영상을 선택하여야 한다. 다음은 테스트 영상의 공간적 정보와 시간적 정보를 정량화하는 방법을 나타낸다. 공간적 정보와 시간적 정보를 평가하는 방법은 향후 비디오 품질 실험에도 적용될 수 있다. 전송된 영상의 품질은 [그림 2-25]과 같은 공간적-시간적 매트릭스의 어느 위치에 해당하는지에 큰 영향을 받으므로 실험 영상의 공간적-시간적 매트릭스 상의 위치는 매우 중요하다. 공간적 정보와 시간적 정보의 측정은 영상의 매 프레임마다 계산하므로 영상 전체의 시간에 따라 변화할 수 있다. 이 문제는 영상에서 최댓값을 선택하는 방법으로 해결할 수 있다. [그림 2-25] 공간적-시간적 매트릭스 주) 공간적 지각 정보(Spatial perceptual information, SI) 시간적 지각 정보(Temporal perceptual information, TI)

65 공간적 지각 정보(Spatial perceptual information, SI)는 Sobel 필터를 기본으로 한다. 영상의 각 프레임의 휘도 채널에 대해 Sobel 필터를 취하고, 결과 값의 표준편차를 계산한다. 모든 프레임에 대해 동일한 과정을 거치며 각 표준편차의 최댓값을 영상의 SI로 결정한다. max 시간적 지각 정보(Temporal perceptual information, TI)는 인접한 두 프레임의 휘도 채널에 대해 동일한 픽셀 값의 차를 구하고, 차이 값의 표준편차를 계산한다. 모든 프레임에 대해 동일한 과정을 거치며 각 표준편차의 최댓값을 영상의 TI로 결정한다. max, 장면 전환이 포함되어 있는 영상에 대해 시간적 지각정보는 두 개의 값을 가질 수 있다. 하나는 TI측정에 장면 전환 프레임을 포함한 값이고, 다른 하나는 해당 프레임을 제외한 값이다. o 테스트 방법 영상의 인지 품질을 측정하는 것은 주관적 기준화 방법(Subjective scaling methods)을 사용하여야 한다. 서로 다른 목적의 다양한 실험적 방법들이 입증되었으며, 실험의 목적 등의 몇 가지 요소를 고려하여 실험 방법을 선택해야 한다. 방법으로는 Absolute category rating (ACR), Absolute category rating with hidden reference(acr-hr), Degradation category rating (DCR), Pair comparison method (PC)이 있다. (1) Absolute category rating (ACR) ACR 방법은 실험 영상을 한 번 보여주고 재생된 영상의 품질을 범주화 하여 측정하는 방식이 실험방법이다. [그림 2-26]는 시간 패턴에 대한 것으로 만약 영상을 평가하는 시간이 필요하다면 10초 이하로 한다

66 [그림 2-26] ACR 방법의 영상재생 방법 <표 2-25>은 영상의 품질을 평가하는 다섯 가지 범주이고, 만약 더 세분화 된 범주가 필요할 경우 9단계의 척도를 사용할 수 있다. <표 2-25> ACR 방법의 품질 평가 범주 5 Excellent 4 Good 3 Fair 2 Poor 1 Bad (2) Absolute category rating with hidden reference(acr-hr) ACR-HR 방법은 실험 영상을 한 번 보여주고 재생된 영상의 품질을 범주화하여 측정하는 방식이다. 이 방법의 실험 영상 중에는 원본 영상을 포함하도록 한다. 데이터 분석 시에 품질 점수 차이(Differential quality score)를 계산하며, 이는 처리 영상과 이에 해당하는 원본 영상의 평가 점수 차이로 계산한다. 평가 시간이 필요할 경우 최대 10초 이내로 한다. 영상의 품질을 평가하는 범주는 ACR 방법과 같이 <표 2-25>을 사용한다. 평가자의 ACR 점수는 각각의 처리 영상(processed video sequence, PVS)에 대해 시청자 차이 점수(differential viewer scores, DV)를 계산한다. 은닉 참조영상(REF)의 평가 점수는 시청자 차이 점수(DV)를 계산하는데 사용되며, 계산식은 다음과 같다

67 V는 평가자의 해당 영상에 대한 ACR 점수이다. DV 값이 5인 경우, Excellent 품질을 의미하며, 1을 나타낼 경우 Bad 를 의미한다. DV가 5를 넘을 경우도 있으며, 이 경우 아래 수식을 이용하여 조정한다. (3) Degradation category rating (DCR) DCR 방법은 실험 영상이 한 쌍으로 재생되는 것을 의미한다. 첫 번째 재생되는 영상은 열화가 없는 원본 영상이고, 두 번째로 재생되는 영상은 원본 영상을 처리한 처리 영상이다. [그림 2-27]은 시간 패턴에 대한 것으로 평가 시간이 필요할 경우 10초 이내로 한다. [그림 2-27] DCR 방법의 영상재생 방법 DCR 방법의 경우, 평가자는 원본 영상에 대한 처리영상의 열화 정도를 측정한다. <표 2-26>는 영상의 열화 정도를 평가하는 5가지 범주이다. <표 2-26> DCR 방법의 품질 평가 범주 5 Imperceptible 4 Perceptible but not annoying 3 Slightly annoying 2 Annoying 1 Very Annoying

68 (4) Pair comparison method (PC) PC 방법은 실험 영상이 한 쌍으로 재생되며, 각각의 영상은 다른 형태로 처리된 영상이다. 즉, 첫 번째 재생되는 영상과 두 번째 재생되는 영상은 같은 원본 영상에서 다른 방식으로 처리된 처리영상이다. [그림 2-28]는 PC법의 시간 패턴에 대한 것으로 평가 시간이 필요할 경우 10초 이내로 한다. [그림 2-28] PC 방법의 영상재생 방법 PC 방법 및 DCR 방법과 같이 한 쌍의 영상을 비교하는 실험의 경우 동시 재생 (Simultaneous presentation, SP)을 통해 주관적 평가를 진행할 수 있다. [그림 2-29]와 같이, 50% 단계의 회색 배경에 평가할 두 영상을 동시에 보여준다. [그림 2-29] SP 방법의 영상재생 방법

69 위의 언급한 평가 방법들은 두 가지 범주로 분류할 수 있으며, 분류의 기준은 원본영상의 명시 유무이다. DCR의 경우 원본영상이 명시되어 있으며, ACR, ACR-HR 그리고 PC 법의 경우 원본영상이 명시되어 있지 않다. DCR 방법은 원본영상에 대해 전송된 영상의 정확 도를 테스트하고자 할 때 사용되어야 한다. 이 방법은 고품질 시스템 평가에 중요한 요인 으로 이용할 수 있다. ACR 방법은 실험이 쉽고 빠르며, 영상의 재생이 보통의 시스템과 유사한 특성을 지닌다. ACR-HR 방법은 ACR 방법의 재생과 속도의 모든 장점을 가진다. ACR 방법과 비교하여, ACR-HR 만의 주요한 장점은 주관적인 점수에서 원본 영상의 시각 적인 영향을 제거할 수 있다는 점이다. ACR-HR 방법은 모든 원본 영상이 최소한 최고의 품질을 제공하므로 대형 실험 환경에 적합하다. PC 방법은 거의 동일한 품질을 나타내는 몇몇의 영상에 대해서도 평가할 수 있도록 하는 차별성을 가지고 있다. 기타 고려사항으로 화질 평가의 결과는 재생된 영상의 품질 뿐만 아니라 실험 조건의 전체 품질 범위와 평가자의 경험, 예상 등의 다양한 요인에 따라 나타날 수 있다. 이러한 영향을 제어하기 위하여 몇몇 개의 예행연습 테스트 조건을 추가하여 이를 기준으로 사용 할 수 있다. o 실험 디자인 <표 2-27>은 영상 품질 평가에 사용되는 시청 조건을 나타낸다. 실제 실험에 사용하는 변수 및 설정 값을 명시하여야 한다. 실험 결과를 비교하기 위해서, 모든 시청 조건은 반드시 고정되어야 하고, 유사한 실험을 진행하는 모든 기관에서 동일해야 한다. 실험에 사용하는 모니터의 크기와 타입은 실험의 응용분야에 적합해야 한다. 만약, PC 기반 시스템을 통해 영상을 재생할 경우, 모니터의 dot pitch, 비디오 카드 등의 여러 가지 특성을 명시하여야 한다. 영상 재생 시, 스크린 전체를 이용하여 재생하는 것을 선호한다. 만약, 여러 이유로 인하여 화면의 일부만을 재생에 사용할 경우, 배경 색상은 Y=U=V=128인 50% 회색 색상 으로 하도록 한다. [그림 2-30]은 실험실 설정의 예를 보여주며, 실험실 조명 설정, 디스플레이 설정 및 시청 거리 설정을 할 수 있고, 표준안을 준수하며 실험의 목적에 맞게 실험실을 설정하여야 한다

70 <표 2-27> 시청 조건 파라미터 설정 값 시청거리 (Note 1) 1-8 H (Note 2) 화면의 최대 조도 cd/m 2 (Note 2) 비활성 화면과 최고 조도의 비 0.05 암실에서 검정색만을 출력했을 때의 조도와 최고 밝기 흰색을 0.1 출력했을 때의 비 영상 모니터 뒤의 배경 조도와 영상의 최고 조도의 비 (Note 3) 02 배경의 채도 (Note 4) D 65 실험실 배경 조명 (Note 3) 20 lux Note1 시청거리는 품질평가 전에 결정되어야 하고, 상황에 따라 달라질 수 있다. Note2 H는 영상 높이를 의미한다. 시청거리는 화면 크기 뿐 아니라, 적용 분야와 실험 의 목표를 함께 고려해야 한다. Note3 이 값은 열화를 감지할 수 있는 최댓값이다. 적용분야에 따라 다른 값을 사용한 다. Note4 PC 모니터에서 배경의 채도는 모니터의 채도로 변경될 수 있다. [그림 2-30] 실험실 설정 예 (1) 처리와 재생 시스템 촬영한 소스 영상으로부터 실험 영상을 재생하는 방법은 크게 2가지가 있다. 촬영한 소스 영상을 실험 조건의 시스템을 통과시켜 재생하는 동시에 평가자로 하여금 실시간으로 영상을

71 보고 평가하도록 하는 방법과 처리영상으로 제작한 후, 제작 영상을 저장하여 저장한 영상을 평가자들에게 보여주고 평가하도록 하는 방법이 있다. 두 번째 방법은 저장 과정에서 발 생될 수 있는 열화요인을 제거하기 위해 디지털 VTR을 사용하도록 한다. 또한, CRT, LCD, Plasma, Projection 또는 여러 타입의 모니터가 실험의 목적과 응용분야의 종류를 고 려하여 사용할 수 있다. 아울러, 실험에 사용하는 모니터의 크기와 타입은 실험의 응용분 야에 적합해야 한다. (2) 실험 참가자 실험에 참가하는 평가자의 수는 4명-40명이다. 일반적으로, 최소 15명의 평가자가 품질 평가 실험에 참가해야 한다. 평가자는 품질평가 실험의 제작 및 평가 경험이 없어야 한다. 실험에 앞서 평가자 선별 과정을 거쳐야 하며, 선별 과정에는 시력과 색맹, 색약 테스트를 사용한다. (3) 실험참가자 안내와 학습세션 실험을 시작하기에 앞서 평가자에게 실험의 의도 및 진행 과정에 대한 시나리오를 제공 해야 한다. 실험의 타입에 대한 설명과 평가 점수의 스케일 그리고 재생과 관련된 정보가 서면의 형태로 평가자에게 제공되어야 한다. 열화의 정도와 형태는 예비 실험의 형태로 재생되어야 하며, 재생되는 영상은 실제 실험에 포함된 영상 이외의 것을 사용해도 된다. 평가자의 실험에 관한 질문이나 설명된 내용에 관한 질문 등은 실제 실험이 시작되기 전에 답변해야 한다. o 통계 분석과 결과 보고 실험의 결과는 실험의 세부 설정 내용과 함께 기록되어야 한다. 각 실험 변수의 조합에 대해 평가된 점수의 평균과 표준편차를 계산하여야 한다. 평가 데이터로부터 평가자 개개 인의 신뢰성을 계산하여야 하며, 사용한 계산 방법을 기록하여야 한다. 점수의 누적 분포를 분석하는 것이 유익하다. 이는 누적 분포는 선형성에 민감하지 않은 특징을 가지기 때문인데 이러한 방식은, ACR 방법과 DCR 방법을 사용할 때 나타날 수 있는 선형성이 의심되는 데이터에 특히 유용하다. ACR 방법에 대해, 데이터는 <표 2-28>에 나타난 예시의 형태로 정리할 수 있다

72 고전적인 기술인 분산 분석법이 실험 변수의 중요성을 평가하는데 사용되어야 한다. 만약 실험이 변수와 화질과의 관계를 평가하는 목적이라면, 데이터를 보간하기 위해 곡선 맞춤 (Curve fitting) 기술을 사용할 수 있다. <표 2-28> 시청 조건 Condition Total votes Excellent Good Fair Poor Bad MOS CI Std %GOB %PDW Condition: 테스트 변수의 조합을 표시하는 표시 Total votes: 해당 조건에 대한 수집 평가 수 Excellent, Good, Fair, Poor, Bad: 각 평가의 발생 횟수 2) ITU-R Recommendation BT.500 텔레비전 화면의 주관적 품질평가 방법 (Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures) 주관적 평가방법은 특정 시스템의 시청자 예상 반응 수치를 이용하여 텔레비전 시스템의 성능을 정립하는데 사용한다. 이것과 관련하여, 객관적 방법을 이용하여 시스템의 성능을 완전히 특징짓는 것은 불가능 한 것으로 고려되고 있다. 따라서 주관적 평가 방법을 이용 하여 객관적 화질 평가 방법을 보완하는 것이 필요하다. 일반적으로 주관적 평가에 대해 두 가지 분류가 있다. 첫 번째는 최적의 조건아래에서 시스템의 성능을 정립하는 방법이다. 이는 전형적으로 품질 평가라고 불린다. 두 번째는 전송과 관련된 최상이 아닌 조건에서 품질을 유지하기 위한 시스템의 기량을 정립하는 평 가이다. 이는 전형적으로 열화 평가라고 불린다. o 공통 특징 (1) 시청 조건 주관적 품질평가를 진행하기 위한 환경을 설정하기위해 일정한 기준을 만족시켜야 한다. 시청조건은 실험실 환경 및 가정환경을 별도로 설정할 수 있으며 <표 2-29> 및 <표 2-30>에 나타나 있다

73 <표 2-29> 실험실 환경의 시청 조건 조건 설정 값 비활성 화면의 조도와 최고 조도와의 비율 0.02 암실에서 검정색만을 출력할 때의 조도와 최고 밝기의 흰색을 출력할 때의 조도 비율 0.01 디스플레이 밝기 및 대비 PLUGE를 통해 설정 (BT.814, BT.815) 최대 시청각 (CRT) 30 화상 모니터 뒤의 배경과 화상의 최대 조도의 비 0.15 배경의 채도 D 65 다른 광원에서의 조명 low <표 2-30> 가정환경의 시청 조건 조건 설정 값 비활성 화면의 조도와 최고 조도와의 비율 0.02 디스플레이 밝기 및 대비 PLUGE를 통해 설정 (BT.814, BT.815) 최대 시청각 (CRT) 30 4:3 형식의 스크린 크기 PVD (preferred viewing distance) 16:9 형식의 스크린 크기 PVD 모니터 처리 디지털 처리 제외 최대 조도 200 cd/m 2 화면 위의 환경 조도 200 lux 시청거리와 화면의 크기는 PVD를 만족하도록 선택해야 한다. PVD(스크린 크기의 함수)는 [그림 2-31] 및 <표 2-31>에 나타난다. [그림 2-31]은 SDTV와 HDTV에 적용가능하다. <표 2-31> 화면 크기 및 PVD 가로 화면 (인치) 세로화면 (H) PVD 4:3 비율 16:9 비율 (m) (H) >100 >120 >

74 [그림 2-31] PVD 그래프 전문가용 모니터의 해상도는 휘도 범위는 일반적으로 주관적 평가에 필요한 기준을 충족 하지만 모든 모니터가 200 cd/m 2 최대 조도를 만족하는 것은 아니다. 따라서, 사용 하는 휘도 값에 대한 최대 해상도와 최소 해상도를 체크하고 기록해야 한다. 만약, 상용 CRT를 장착한 TV를 주관적 평가에 사용할 경우, 휘도 값에 따라 해상도가 불충분할 수 있다. 주관적 평가 실험에 사용되는 모니터나 TV의 해상도를 체크하기 위한 가장 실용적인 시스템은 swept test pattern을 사용하는 것이다. 대비는 조도 환경에 큰 영향을 받는다. 전문가용 모니터는 매우 높은 조도 환경에서 대비를 개선하는 기술을 사용하지 않으며, 따라서 높은 조도 환경에서 사용될 경우에 요구되는 대비 기준을 따르지 않을 수 있다. 소비자의 일반 CRT는 일반적으로 높은 조도 환경에서 대비를 개선하는 기술을 사용한다. (2) 소스 신호 소스 영상은 참조 영상을 직접적으로 제공하며, 실험중인 시스템의 입력으로 사용된다. 소스 영상은 텔레비전 표준 규격에 사용할 수 있도록 최적의 화질이어야 한다. 재생하는 영상의 쌍에서 참조 영상에 결점이 없어야 안정적인 결과를 얻을 수 있다. 반복해서 사용할 수 있는 디지털로 저장된 정지화상 및 연속화상 형태로 저장된 소스 신호를 더 선호한다. (3) 조건 범위 대부분의 평가 방법이 보인 조건의 변경과 변경 범위의 변동에 민감하기 때문에, 평가

75 세션은 요인의 변화에 따른 전체 영역을 포함해야 한다. 그러나 극단적인 점수를 받을 수 있는 몇 가지 조건의 영상을 보여줌으로써, 평가 세션은 보다 제한된 범위의 영상을 포함하게 할 수 있다. (4) 관찰자 최소 15명의 평가자가 필요하다. 평가자는 비전문가여야 하며, 화질 평가와 관련된 일에 종사하지 않아야 하고, 이전에 화질 평가 관련 경험이 없어야 한다. 실험에 앞서, 평가자 선별과정을 거쳐야 하며, 선별과정에는 시력과 색맹, 색약 테스트가 포함된다. 또한 실험 자에 대한 직업, 성별, 나이에 대한 간략한 정보도 기록해야 한다. (5) 실험 설명 평가자는 평가 방법과 영상에 발생하는 열화 또는 발생할 수 있는 품질 요인, 점수 기입, 영상 재생 시간에 관련된 내용에 대해, 주의 깊게 안내 받아야 한다. (6) 실험 세션 실험은 최대 1시간 30분 정도로 진행된다. 첫 번째 세션이 시작될 때, 실험의 안정성을 위해 약 5개의 예행연습 영상을 평가자에게 소개한다. 예행연습 영상으로부터 얻은 데이터는 실험 결과에 포함시키지 않는다. 이후의 세션에 대해서도, 필요할 경우, 3개 정도의 예행연습 영상을 사용할 수 있다. 영상 재생은 임의 순서를 사용해야 한다. 그러나 피로나 적응으로 인해 점수에 영향을 미치지 않도록 세션별로 균형을 가지게 배치해야 한다. 세션별 일관성 조사를 위해 몇몇 영상을 반복할 수 있다. [그림 2-32]은 실험 세션의 재생 구조를 보여준다. [그림 2-32] 실험 세션의 재생 구조

76 (7) 결과 분석 각 실험 변수에 대해서, 평가 점수로 얻은 통계적 분포의 평균과 95% 신뢰 구간이 주어 진다. 만약 평가가 변수의 변화에 따른 열화의 변화정도를 위한 것이라면, 곡선 맞춤 (curve fitting) 기술이 사용된다. o 테스트 방법의 선택 다양한 평가 방법이 텔레비전 평가에 사용되었다. 그러나 실제로 특정 방법은 특수한 평가 상황에서 사용되어야 한다. <표 2-32>은 평가 상황에 따른 평가 방법을 제시한다. <표 2-32> 평가 방법의 선택 평가 상황 평가 방법 관련 문서 참조에 대한 시스템의 품질 측정 DSCQS 권고안 BT.500 시스템의 내구도 측정 DSIS 권고안 BT.500 시스템 품질 정량화 (참조가 없을 때) 비율-스케일링 방법/범주 스케일링 (개발 중) 보고서 BT.1082 대체 시스템의 품질비교 (참조가 없을 때) 직접 비교, 비율-스케일링 방법, 범주 스케일링 보고서 BT.1082 (개발 중) 품질 체감 차이 시스템 요인 확인 및 체감 영향 정도 측정 (개발 중) 보고서 BT.1082 열화가 느껴지는 지점 설정 강제선택에 의한 한계 제거 보고서 BT.1082 방법, 조정 방법 (개발 중) 어떤 시스템이 다르게 느껴지는지 결정 강제선택 방법 (개발 중) 보고서 BT.1082 스테레오 이미지 부호화 품질 측정 DSCQS 권고안 BT.500 두 개의 열화 영상 간의 충실도 측정 SDSCE 권고안 BT.500 다른 오류회복 도구 비교(error resillience) SDSCE 권고안 BT.500 (1) The double-stimulus impairment scale (DSIS) 방법 Double-stimulus(EBU) 방법은 평가자로 하여금 첫 번째는 열화가 없는 참조영상을 보 고, 두 번째는 열화가 포함된 동일한 내용의 영상을 보게 한다. 영상을 본 후, 평가자로 하여금 첫 번째 영상을 고려하여 두 번째 보인 영상의 점수를 측정하게 한다. DSIS의 일반적인 방법은 [그림 2-33]에 나타난다

77 실험 세션은 다수의 영상으로 구성되어 있고, 두 가지 형태로 구성할 수 있다. - Variant I: 참조 영상과 처리 영상이 한번만 재생 [그림 2-34, a] - Variant II: 참조 영상과 처리 영상이 두 번 재생 [그림 2-34, b] 평가 방법으로는 <표 2-9>와 같이 다섯 단계의 열화 점수를 사용한다. 각 세션에서 영상은 무작위로 재생되어야 하며 같은 내용을 담고 있는 영상이 연속으로 재생되지 않도록 한다. 평가자가 모든 점수를 체크하도록 하고, 각 평가자의 평균점수가 3점이 되도록 한다. [그림 2-33] DSIS 테스트 방법의 일반적인 구성 [그림 2-34] 테스트 자료의 재생 방법 <표 2-33> DSIS의 열화점수 5 Imperceptible 4 Perceptible but not annoying 3 Slightly annoying 2 Annoying 1 Very Annoying

78 (2) The double-stimulus continuous quality-scale (DSCQS) 방법 전형적인 평가는 새로운 시스템과 화질과 관련된 전송 경로 영향의 측정을 요구한다. DSCQS 방법은 테스트 컨디션이 넓은 범위의 화질을 갖지 않을 때 특히 유용하다. 평가자는 동일한 원본영상으로부터 생성된 한 쌍의 영상을 반복적으로 보도록 요구된다. 한 쌍의 영상은 프로세스를 거쳐 처리된 영상과 원 영상 자체의 영상으로 구성된다. 평가자는 두 영상 모두의 화질을 평가하게 된다. 30분 동안 지속되는 세션동안 평가자는 무작위로 배열되고 모든 조합을 포함하면서 무작위로 처리된 영상 군을 평가한다. 세션이 종료되면 각 테스트 컨디션과 테스트 영상의 평균 점수가 계산된다. [그림 2-35] DSCQS 방법의 일반적인 구성 [그림 2-36] DSCQS 평가 방법 DSCQS의 일반적인 방법은 [그림 2-35]에 나타나고, 두 가지 형태로 구성할 수 있다

79 - Variant I: 실험자가 A, B 영상을 선택할 수 있는 스위치를 사용할 수 있고, 만족할 때까지 영상을 확인할 수 있다. A, B 영상 중 하나는 참조영상, 하나는 테스트 영상이고, 테스트 조건에 따라 임의로 변화한다. - Variant II: 실험자는 연속적으로 A 영상과 B 영상을 확인 후 평가한다. 평가자는 각 영상의 전반적인 화질을 평가하며 평가는 수직 눈금자위에 표시함으로써 이루어진다. 한 쌍의 영상의 평가가 용이하도록 수직 눈금자 역시 쌍으로 제공된다. 눈금자는 양자화 에러를 피하기 위해 연속적인 평가 시스템을 사용하지만 ITU-R의 5단계 화질 등급에 부합하도록 5개의 균등한 길이로 분할된다. [그림 2-36]은 DSCQS 평가 단계를 보여 준다. 각 테스트 컨디션에 대한 평가된 쌍은 평가지의 점수 길이를 측정하여 0부터 100점 까지의 범위로 정규화 한다. 기준 영상과 테스트 컨디션의 테스트 영상의 점수 차이가 계산된다. DSCQS 방법은 다른 평가 방법으로부터 얻어진 등급과 비교하기엔 위험하다. DSCQS의 평가 점수는 절대적인 점수로 취급되기 보다는 기준 영상과 테스트 영상의 점수 차이로 다루어져야 한다. 또한, 이외에도 상황에 맞게 다른 대체 품질평가 방법으로 stimulus-comparison 방법을 사용할 수 있다. single-stimulus 방법과 (3) Single stimulus (SS) 방법 평가 시 한 개의 영상이 재생되고 평가자는 모든 재생되는 영상에 대해 품질을 측정한다. 테스트 세션은 연속적인 영상으로 구성한다. 각 실험자별로 다른 순서를 갖는 임의 순서의 영상을 보고 평가한다. (4) Stimulus comparison (SC) 방법 두 영상이 재생되며, 평가자는 두 영상의 관계에 대한 지수를 제공한다. 테스트 자료는 SS 방법과 동일하게 생성한다. 결과 영상들은 쌍을 이루도록 구성한다. Stimulus-comparison 방법은 모든 가능한 쌍을 비교 판단하여 조건들 간의 관계를 평가 하는 방법이다. 그러나 시청할 영상이 지나치게 많아진다면 평가자를 나누어 전체 쌍 중 일부만을 평가하도록 진행하는 것이 가능하다

80 나. HDTV를 위한 주관적 화질평가 방법 세계의 많은 기관에서 HDTV 평가 시스템을 사용하고 있으며, HDTV 방송은 금세기의 주요한 미디어가 되었다. HDTV 시스템을 디자인하고 선택하는데 있어 주관적 평가는 필수요소가 되었다. 권고안 ITU-R BT.500은 일반적인 주관적 평가 방법에 대한 개요를 보여주며, 많은 방법의 세부사항은 HDTV에도 적합하다. 그러나 권고안 ITU-R BT.500은 기존 TV화면의 주관적 품질을 측정하기 위한 일반적인 정보와 방법을 제공한다. HDTV의 화질평가를 위해 권고안 ITU-R BT.500의 일반적인 방법을 따르고, HDTV의 시청조건이나 주관적 화질평가 방법은 다음을 사용한다. 1) ITU-R Recommendation BT.710 HD 텔레비전 영상을 위한 주관적 화질평가 방법 (Subjective assessment methods for image quality in high-definition television) o 시청 조건 HDTV 영상 시스템은 <표 2-34>과 같은 시청조건에 따라 설정한다. o 평가 방법 HDTV 영상 시스템의 전체적인 품질을 주관적 평가하기 위해 스튜디오 품질의 참조 영상과 함께 DSCQS 방법(ITU-R BT.500)을 사용해야 한다. HDTV 시스템의 오류 특징을 평가하기 위해 HDTV 스튜디오 영상 혹은 열화 영상을 참조영상으로 하여 DSIS방법 (ITU-R BT.500)을 사용해야 한다. 이 방법을 사용할 때, up-conversion과 같은 기본 시스템 형식으로부터 발생하는 영향을 제거해야 한다. 만약 적용 가능하고 적절하게 느껴진다면, 다른 영상 형식을 다른 디스플레이에서 보충 실험으로 진행할 수 있다. 몇몇의 HDTV 시스템은 기존 TV포맷을 포함하고 있다. 따라서 기존 TV 포맷의 적절성을 화질 측면에서 계산할 필요가 있다. 이러한 시스템을 위한 시청 조건 및 평가 방법은 권고안 ITU-R BT.1128과 BT.1129에서 제공되고 있고 적용되어야 한다. 권고안 ITU-R BT.1129에서 설명하는 기본 개념 및 절차는 비트율 축소를 사용하는 디지털 HDTV 시스템에 적용되어야 한다

81 <표 2-34> HDTV 주관적 영상 품질 평가를 위한 시청조건 조건 내용 값 1) a 화면 높이와 시청거리의 비 3 b 화면의 최고조도 (cd/m 2 ) 2) c 비활성 화면의 조도와 최고 조도와의 비 3) 0.02 d 암실에서 검정색만을 출력할 때의 조도와 최고 밝기의 흰색을 출력할 때의 조도 비 4) 약 0.01 e 화상 모니터 뒤의 배경과 화상의 최대 조도의 비 약 0.15 f 다른 광원에서의 조명 5) low g 배경의 채도 D 65 h 위 조건을 만족하는 배경을 대하는 각 6) 53 high x 83 wide i 시청자의 배치 디스플레의 중앙으로부터 수평으로 ±30 j 디스플레이 크기 7) 1.4 m (55 인치) 1) 현재 이 조건을 전부 만족시키지 못할 수 있다, 이럴 때 임시 값을 사용한다. 2) 100% 크기를 가지는 비디오 신호의 최고조도. 상기 값이 기술적으로 사용 가능할 때까지, 70 cd/m 2 이상의 값을 사용한다. 3) 이 값은 디스플레의 대비 범위와 함께 실험실의 조명에 영향을 받는다. 4) 비디오신호의 0% 값을 가지는 검정 레벨 5) 조건 c, e를 만족시키는 범위에서 방 밝기를 조절해야 한다. 6) 최소 28 high X 48 wide가 권장된다. 7) 상기 크기가 사용 가능하지 않을 때, 76.2 cm (30 인치) 이상의 크기를 사용한다. o 테스트 재료 권고안 ITU-R BT.1210 넓은 범위에 정지영상과 동영상을 열거한다. 이것들은 HDTV 품질 측정의 공통 실험 재료로 사용해야 한다. 2) ITU-R Recommendation BT.1210 화질 평가를 위한 테스트 재료(Test materials to be used in assessment of picture quality) 평가자는 다양한 장면을 가지고 있어야 한다. 어려움 정도는 객관적 측정 방법으로 확인해야 한다. 주관적 평가는 가능한 범위의 어플리케이션과 상황을 고려하여야 한다. 기본적인 품질을 측정하는 장면이 포함되어야 하고, 처리가능성 (크로마키, 슬로모션, 특수효과), 오류 성능 그리고 음향/화면 동기화를 고려해야한다. 실험의 일관성을 위해 서로 다른 두 시스템에 거의 유사한 장면이 모두 포함되어야 한다

82 실험 장면의 자료는 다음 조건을 반드시 따르고 포함해야 한다. - 서로 다른 수준의 난이도를 가지는 영상 (다양한 점수, 다양한 움직임 방법) - 기고 및 분배 사용에 적합한 재료, 색상 측정에 적합한 장면 쌍, 가능한 가장 적은 노이즈를 가지는 최고 품질의 영상, 그러나 코덱 성능 등을 측정하기 위해 알려진 노이즈를 포함하는 영상이 필요 - 다양한 프로그램 종류를 다루는 장면들, 코덱의 성능을 평가하기 위해 보통 조건과 오류 조건 (오류 은닉, 오류 비 은닉 모두) 아래서의 장면 3) ITU-R BT.2022 평판 디스플레이를 사용하는 SDTV 및 HDTV의 주관적 품질평가를 위한 일반 시청 조건 (General viewing conditions for subjective assessment of quality of SDTV and HDTV television pictures on flat panel displays) ITU-R BT.500은 주관적 평가에서 CRT 디스플레이를 사용하는 것을 고려하여 개발되었다. 그러나 CRT에서 비CRT로의 디스플레이의 변화가 일어났으며, 비CRT 디스플레이를 이용한 주관적 품질 평가가 필요하여 연구되었다. o 시청 조건 주관적 화질 평가 시스템은 <표 2-35> 및 <표 2-36>의 조건에 맞게 설정한다. <표 2-35> 실험실 환경에서의 주관적 품질평가 일반시청조건 조건 설정 값 실험실 조명 low 배경의 채도 D 65 최고조도 (cd/m 2 ) 모니터 대비 0.02 화상 모니터 뒤의 배경과 화상의 최대 조도의 비 0.15 <표 2-36> 가정환경에서의 주관적 품질평가 일반 시청 조건 조건 설정 값 스크린에서의 주변 조명 (주변 환경에서 원치 않게 스크린에 발생하는 조명도 스크린과 수직으로 측정해야 한다) 200 lux 최고조도 (cd/m 2 ) 비활성 스크린과 최고 조도의 모니터 대비

83 o 시청 거리 (1) 선호 시청 거리 (Preferred viewing distance; PVD) PVD는 실험적으로 결정한 시청자의 선도를 기반으로 한다. 스크린 크기에 따른 PVD는 [그림 2-37]에 나타나있다. [그림 2-37] 스크린 크기에 따른 PVD 함수 <표 2-37> 최적 수평 시청각, 최적 시청거리 영상시스템 Reference 종횡비 픽셀종횡비 최적 수평 최적 시청각 시청거리 720x483 ITU-R BT.601 4: H 640x480 VGA 4: H 720x576 ITU-R BT.601 4: H 1024x768 XGA 4: H 1280x720 ITU-R BT.1543 ITU-R BT : H 1400x1050 SXGA+ 4: H 1920x1080 ITU-R BT : H 3840x2160 ITU-R BT : H 7680x4320 ITU-R BT : H

84 (2) 시청거리 설계 시청거리는 (혹은 최적 시청거리) 시청자의 눈에 두 개의 인접한 픽셀이 1 각분 (arc-min)이 되도록 설계한다. <표 2-37>은 다양한 영상 해상도 시스템에 대한 시청 거리를 나타낸다. 영상 시스템의 종류에 따라 수평 시야각 및 시청 거리를 확인하고 최적 시청각, 시청 거리를 만족하도록 실험을 설계한다. o 시청각 스크린의 색상재현의 편차가 시청자에게 보이지 않도록 일반각에 대한 최대 시청각을 제한한다. 시청각을 결정하기 위하여 테스트하기 위한 영상 시스템의 최적 수평 시청 거리도 고려해야 한다. o 모니터 처리 영상의 원치 않는 열화를 피하기 위해 영상스케일링, 프레임율 변환, 영상 향상 장치 등의 모니터 처리를 수행해야한다. 인터레이스 신호에 대해서는 디인터레이싱 기술이 사용되었는지 여부를 표시해야 한다. 인터레이스 신호를 디인터레이싱 기술 없이 재생 할 수 있다면 사용하지 않는 것을 권장한다. 전문가용 모니터는 보통 주관적 평가를 위한 조도 범위 표준을 따른다. 모니터 해상도를 확인 및 보고하기 위해 사용한 조도 값에서의 최대, 최소 해상도 값이 제시되어야 한다. 만약 주관적 평가를 위해 일반 평판 디스플레이 TV를 사용한다면, 사용 조도 값에서의 최대, 최소 해상도 값을 확인 및 보고하는 것을 강하게 권장한다. o 모니터 조정 모니터의 밝기 및 대비는 권고안 ITU-R BT.814에 따라 주변 조명에서 PLUGE 웨이브 폼을 사용해야 한다. 모니터의 대비는 권고안 ITU-R BT.815에 따라 측정해야 한다. (1) 모니터 대비 대비는 주변 조명에 강하게 영향을 받는다. 전문가 모니터는 높은 조명 환경에서 대비를 향상시키는 기술을 대부분 사용하지 않기 때문에 높은 조명 환경에서 대비 표준을 따르지

85 못할 가능성이 있다. 일반 모니터는 일반적으로 높은 조명 환경에서 대비를 향상시키는 기술을 포함하고 있다. (2) 모니터 밝기 LCD 모니터 밝기 조정에 있어, 비트 정확도를 유지하기 위해 신호를 조절하는 것보다 모니터의 백라이트를 조정하는 것을 선호한다. 백라이트를 조절할 수 없는 디스플레이의 경우, 백색 단계는 신호 스케일링이 아닌 다른 방법으로 조정되어야 한다. o 모니터 움직임 열화 사용 디스플레이는 특별한 디스플레이 기술로 인해 움직임 열화를 발생시키지 말아야 한다. 입력 신호에 포함되어 있는 움직임 효과는 디스플레이에 표시 되어야 한다. o 일반 모니터 특징 다른 특징의 모니터를 사용하면 다른 영상 품질을 나타낼 수 있기 때문에 모니터의 특징 사전 확인을 강하게 권고한다. 주관적 품질평가를 위해 사용하는 전문가용 평판 디스플레이 특징 설정을 위해 권고안 ITU-R BT.1886 및 보고서 ITU-R BT.2129를 참조 할 수 있다. o SDTV 및 HDTV 16:9 와이드 종횡비의 안전영역 625, 720 및 1080 형식의 영상 디스플레이에 대한 안전영역이 권고안 ITU-R BT.1848을 통해 제공되었다

86 2. HD 객관적 화질평가 방법 해외 사례 분석 HDTV의 보급과 다양한 서비스의 제공으로 HDTV의 품질을 정확하게 측정하고자 하는 노력이 진행되었고, 이와 더불어 화질 평가 기술의 국제 표준화가 진행되어 다수의 표준화를 완성하였다. HDTV 객관적 비디오 품질 평가 표준은 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 이는 영상 정보를 이용하는 방법, 비트스트림 정보를 이용하는 방법, 그리고 이 둘을 함께 이용 하는 방법이다. 영상 정보를 이용하는 방법의 국제 표준은 2011년 완료 되었으며, 비트스트림 정보를 이용하는 방법의 국제 표준은 2012년 완료하였다. 이 둘을 함께 이용하는 하이브리드 방법의 표준화는 현재 진행 중이다. 가. HDTV 전기준법/감소기준법 화질평가 방법 1) VQEG HDTV Test plan HDTV 콘텐츠의 비디오 화질평가 모델의 테스트플랜 (Test plan for evaluation of video quality models for use with high definition TV contents) o 모델 종류 VQEG HDTV는 화질평가를 위해 전기준법 (FR), 감소기준법 (RR) 그리고 무기준법 (NR)을 제출하기로 동의했다. 감소기준법의 사이드 채널은 56 kbps, 128 kbps, 256 kbps가 허용된다. 제안자는 모든 비디오 HD 비디오 형식에 적용 가능하도록, 각 종류의 (전기준법, 감 소기준법, 무기준법) 한 모델을 제출할 수 있다. 즉, 한 제안자는 다섯 개까지 다른 모델을 제출할 수 있다. o 소스 영상 소스 비디오는 다양한 콘텐츠와 어플리케이션을 대표해야 한다. 각 실험의 소스 비디오는 다음과 같은 기준에 따라 결정한다. - 모든 소스 비디오는 같은 프레임율을 가진다. (25 fps/30 fps) - 모든 소스 비디오는 인터레이스 신호이거나 프로그레시브 신호여야 한다. - 적어도 하나의 장면은 압축하기 매우 어려워야 한다

87 - 적어도 하나의 장면은 압축하기 매우 쉬워야 한다. - 적어도 하나의 장면은 아주 높은 공간 디테일을 포함해야 한다. - 적어도 하나의 장면은 높은 움직임이나 빠른 장면을 포함해야 한다. (예: 한 프레임에서 다음 프레임으로 50 픽셀이상 움직이는 객체나 배경) - 가능하면, 하나의 장면은 여러 개의 객체가 임의로, 예측 불가능한 움직임이 있어야 한다. - 적어도 하나의 장면은 아주 다채로운 색을 가져야 한다. - 가능하면, 하나의 장면은 애니메이션이나 애니메이션 오버레이를 포함해야한다. (예: 만화, 문자스크롤) - 가능하면, 적어도 하나의 장면은 낮은/높은 대비를 가져야 한다. (low/high contrast) - 가능하면, 적어도 하나의 장면은 낮은/높은 밝기를 가져야한다. o HRC(Hypothetical Reference Circuit) 제작 주관적 평가는 약하고 심각한 오류를 모두 포함하는 HRC 오류 조건을 조사하기 위해 진행한다. 하나의 실험의 HRC 들은 다른 실험의 HRC와 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. HDTV 그룹은 다른 종류의 HRC 간의 모델 성능을 종합하기 위한 공정한 방법을 결정 하였다. HRC의 전체적인 선택에 있어서 다음에 설명하는 코덱, 비트율, 압축 모드 그리고 열화 방법들을 대부분 사용해야 하지만 전부 사용할 필요는 없다. 압축 코덱은 MPEG-2, H.264 (AVC high profile, main profile)만 허용되며, 비트율은 압축 코덱을 고려하면서 넓은 범위의 비디오 품질을 보이도록 결정해야 한다. 압축모드는 CBR (Constant-bit-rate encoding), VBR (Variable-bit-rate encoding)을 포함 할 수 있지만, 이것 으로 제한하지는 않는다. 프레임율을 자동으로 결정하는 코덱에 대해서는 프레임율을 코덱이 결정하게 한다. 프레임율을 자동이나 수동으로 결정하는 선택을 가진 코덱에 대해서는 수동으로 프레임 율을 설정하고, 최소 프레임율은 24 fps를 사용한다. 수동 프레임율 설정은 다음의 값을 포함한다 p SRC: 24,25,29.97,30 fps i SRC: 24,25,29.97,30 fps

88 전송오류 조건이 가능하다. 전송 오류의 종류는 패킷 손실, 패킷 지연, 지터, 오버플로, 언더플로와 같은 패킷 에러 (IP 및 전송스트림)와 공중파 전송 오류를 포함한다. 가능하면 오류 은닉 및 순방향 오류 정정 기술을 HRC에 포함할 수 있다. 전송 오류는 임의 패킷 손실, 연속 패킷 손실 그리고 G.1050에서 정의한 유선 조건에 의해 제작할 수 있다. o MOS 계산 무기준법 모델의 데이터 분석은 MOS(mean opinion score)를 사용한다. 전기준법과 감소기준법의 데이터 분석은 DMOS (difference mean opinion score)를 사용한다. DMOS 값은 PVS별, 실험자 별로 계산할 수 있다. 해당하는 은닉 소스신호(SRC)를 각 PVS의 DMOS를 계산하는데 사용한다. DMOS 값은 다음과 같은 방법으로 계산한다. DMOS = MOS (PVS) - MOS (SRC) + 5 위 계산식을 사용하면 높은 DMOS 값은 높은 품질을 의미한다. MOS의 하한 값은 1 이지만, 상한 값은 5보다 높을 수 있다. 5보다 높은 DMOS의 값을 가진 비디오(은닉 원본 영상보다 높은 점수를 얻은 처리 영상)는 유효하다고 고려하고 데이터 분석에 포함한다. 1) ITU-T Recommendation J.341 디지털 케이블 TV를 위한 HDTV의 전기준법 객관적 비디오 화질평가 모델 (Objective perceptual multimedia video quality measurement of HDTV for digital cable television in the presence of a full reference) 권고안 ITU-T J.341은 전기준법 신호가 이용 가능할 때 HDTV의 객관적 체감 비디오 품질을 측정하는 방법을 제공한다. 이 권고안은 다음과 같은 어플리케이션에 사용할 수 있다. - 소스에서의 잠재적 실시간, 서비스 품질 모니터링 - 측정 위치에서 소스의 복사본이 이용 가능할 때, 원격 품질 모니터링 - 영상의 압축과 압축해제 기술을 사용하는 저장 및 전송 시스템의 모니터링을 위한 품질 측정 (단방향 또는 연속방향 기술) - 비디오 시스템의 실험실 테스트 이 권고안은 몇몇의 HD 영상을 전자형식으로 포함하고 있다. 이들의 주관적 품질 수치를 예측 하였으며, 5개 HD 데이터베이스에 대해 예측된 주관적 품질 지수는 VQEG을 통해 이용가능하다

89 o 전기준법 적용분야 체감 비디오 품질을 고려한 객관적 측정 방법인 전기준법 방법은 대상 시스템을 왜곡되지 않은 참조 입력 비디오와 (시스템의 입력) 열화된 신호를 (시스템의 출력) 비교하여 성능을 측정한다. [그림 2-38]은 실험실 환경에서 코덱 테스트를 하기 위한 전기준법 어플리케 이션의 예를 보여준다. [그림 2-38] 실험실 환경의 코덱 테스트를 위한 전기준법 체감 품질 측정 방법 어플리케이션 입력과 출력 신호를 비교하기 위해서, 시간적 정렬이나 공간적 정렬 과정을 필요로 한다. 이를 통해 후에 수직 수평 영상 이동이나 영상 크랍 (crop) 등을 보상해 줄 수 있다. 또한 휘도나 채도 채널에서 발생하는 Gain이나 오프셋 (gain or offset) 차이를 보정해 줘야 한다. 이후에 인간 시각 체계의 체감 모델을 적용하여 객관적 영상 품질을 계산한다. 정렬 및 게인 조정은 정합으로 알려져 있다. 대부분의 전기준법 방법은 기준 영상과 처리 영상을 픽셀 대 픽셀 기본으로 비교하기 때문에, 정합 과정을 요구한다. 영상 품질 메트릭은 권고안의 부록에 정합방법과 함께 설명되어 있다. 비디오 품질 메트릭은 일반적으로 특정 부호화 열화 특징의 측정보다 인간 시각 반응의 근사화를 기본으로 하기 때문에 아날로그 시스템이나 디지털 시스템에서 기본적으로 동일 하게 작동한다. 비디오 품질 메트릭은 아날로그 시스템과 디지털 시스템이 혼합되어 있 거나 디지털 압축 시스템이 연결되어 있을 때도 유효한 특징을 가진다. [그림 2-39]는 전송 체인을 테스트하기 위한 전기준법 방법의 예를 보여준다

90 [그림 2-39] 전송 체인을 테스트하기 위한 전기준법 체감품질 측정 방법 어플리케이션 위 경우에는, 참고 복호화기는 전송 체인의 다양한 지점에서 입력으로 들어갈 수 있 다. 예를 들어 [그림 2-38]과 같이 네트워크 지점에 위치할 수 있고, [그림 2-39]과 같이 부호화기의 출력에 위치할 수 있다. 만약 디지털 전송 체인이 어떠한 오류도 첨가하지 않는다면, 소스위치에서의 객관적 영상 품질 지수는 체인의 이후 지점에서의 객관적 영 상 품질 지수와 동일하다. 일반적으로 전기준법은 최고의 정확도의 체감 영상 품질 측정법을 제공한다. 전기준 법 방법은 [ITU-T P.910]의 ACR-HR 방법을 사용한 주관적 평가와의 높은 상관도로 증 명 되었다. o VQEG 성능 전기준법 모델의 성능은 <표 2-38>에 요약되어 있다. [ITU-T J.340]에 따라 계산한 PSNR 결과는 전기준법 결과와의 비교를 위해 분석에 포함되어 있다. Superset RMSE 는 6개의 실험을 하나로 합친 확대세트에서 주요 메트릭 RMSE를 계산한 결과이다. Top Performing Group Total 은 모델이 최고 성능의 모델이거나 최고 성능 모델과 통계적 으로 동일한 성능을 보이는 실험의 수를 의미한다. (0에서 6) Better Than PSNR Total 은 PSNR보다 통계적으로 더 좋은 성능을 보이는 실험의 수를 의미한다. (0에서 6) Better Than Superset PSNR 은 모델이 하나로 합친 확대 세트의 PSNR 보다 통계적으로 더 좋은 성능을 보이는지를 의미한다. Superset Correlation 은 하나로 통합한 확대세트 에의 Pearson 상관도를 의미한다

91 <표 2-38> 전기준법 모델의 성능 메트릭 PSNR 전기준법 모델 Superset RMSE Top Performing Group Total 1 5 Better Than PSNR Total - 4 Better Than Superset PSNR - Yes Superset correlation o 알고리즘 이 모델은 실험에서 주관적 피험자가 비디오 품질을 어떻게 느끼는지를 예측한다. 예측 모델은 주관적 피험자 지각을 모방하기 위해 심리-비주얼과 인식 모델링을 사용 한다. 전기준법 방법으로 모델은 고화질의 참조비디오와 상응하는 테스트를 위한 열화비디오를 비교한다. 이 절차는 [그림 2-40]에 나타나 있다. 점수 예측은 다음과 같은 단계를 기반 으로 한다. - 먼저, 영상을 처리한다. 특별히 프레임 필터링을 통해 노이즈를 제거한 후, 프레임을 서브샘플링, 참조 비디오와 처리 비디오의 시간 프레임 정렬을 수행한다. - 처리 비디오 프레임과 상응하는 참조 비디오 프레임의 공간 프레임 정렬을 수행한다. - 지역 공간 품질 특징을 계산 한다: 지역 유사도, 영상 지각을 기반으로 한 지역 차이 측정하고 지역 유사도와 차이 특징의 분포를 분석과정을 수행한다. - 블로킹 특징을 통해 전역 공간 열화를 측정한다. - 저키니스 (Jerkiness) 특징을 이용하여 전역 공간 열화를 측정, 저키니스 특징은 지역 및 전역 움직임 강도와 프레임 디스프레이 시간을 이용하여 계산한다. - 위의 특징들의 비선형 통합을 통하여 품질 지수를 예측한다. - 참조 영상과 처리 영상 사이의 큰 차이의 공간 정렬 오류를 피하기 위해 위의 단계를 3개의 다른 수평 수직 방향으로 공간 정렬을 계산하고, 이 중 가장 높은 예측 값을 최종 품질 지수로 선택한다

92 [그림 2-40] 전기준법 모델의 처리단계 개관 3) ITU-T Recommendation J.342 디지털 케이블 TV를 위한 HDTV의 감소기준법 객관적 비디오 화질평가 모델 (Objective perceptual multimdeia video quality measurement of HDTV for digital cable television in the presence of a reduced reference signal) 권고안 ITU-T J.342는 감소기준법의 신호가 이용 가능할 때, HDTV의 객관적 품질 측정 방법을 제공한다. 이 권고안은 IP 네트워크 인터넷을 통한 전송을 포함하는 케이블 네트 워크를 이용한 인터레이스 비디오 텔레비전 스트리밍, 사이드 채널이 이용 가능할 때, 수신 측에서의 영상 품질 모니터링, 전송과 수신 지점 사이의 위치한 지점에서의 영상 품질 모니터링 어플리케이션에 사용할 수 있다. [그림 2-41] 감소기준법 모델의 블록도

93 o 감소기준법 방법 [그림 2-41]은 어떻게 감소기준법 모델이 동작하는지 설명한다. 모니터링 지점에서 영상 품질 측정에 사용될 특징이 추출되고 전송된다. <표 2-39>는 VQEG HDTV 실험을 통해 테스트를 완료한 특징에 사용되는 사이드채널 대역폭을 보여준다. <표 2-39> 사이드채널 대역폭 비디오 형식 1080i 60 Hz (29.97 fps), 1080p (29.97 fps) 1080p (25 fps), 1080i 50 Hz (25 fps) 테스트 대역폭 56 kbit/s, 128 kbits/s, 256 kbits/s 56 kbit/s, 128 kbits/s, 256 kbits/s o 알고리즘 감소기준법 모델은 경계선 부분의 열화를 주로 측정한다. 이 모델에서는 참조 비디오에 대한 경계선 검출 알고리즘이 먼저 적용되어 경계선 픽셀의 위치를 찾아낸다. 이후, 이 경계 픽셀의 열화를 평균 제곱 오차 계산을 이용하여 측정한다. 이 평균 제곱 오차에서 경계선 PSNR 25) 을 계산한다. [그림 2-42] 감소기준법 모델의 순서도 25) PSNR : Peak Signal-to-noise ration

94 참조 비디오 영상과 수신자 측에서 수신한 처리 비디오 영상의 경계선 픽셀의 차이를 계산하기 전에, [그림 2-42]과 같은 공간/시간 정합과 게인/오프셋 조정 과정을 먼저 수행 한다. 캘리브레이션 방법으로는 [ITU-T J.244]의 부록 B의 방법을 사용했다. o VQEG 성능 <표 2-16>에 RR 모델의 성능이 요약되어 있다. [ITU-T J.340]에 따른 PSNR을 비교 목적으로 계산하였다. 확장세트 RMSE 는 6개의 실험을 하나로 합한 확장세트에 대한 계산 값을 의미한다. 최고 성능 그룹 은 최고 성능을 보이는 모델이거나 통계적으로 동일한 실험의 수를 의미한다. (0에서 6) PSNR과 같거나 나은 세트 는 모델이 PSNR 성능보다 좋은 성능을 보이거나 통계적으로 동일한 실험의 수를 의미한다. (0에서 6) 확장세트 PSNR과 동일성 은 각 모델이 하나로 합한 확장세트에 대해 통계적으로 동일 한지 아닌지를 의미한다. 확장세트 상관도 는 하나로 합한 확장세트에 대한 Pearson 상관도를 의미한다. <표 2-40> RR모델의 성능 메트릭 PSNR Yonsei56k Yonsei128k Yonsei256k 확장세트 RMSE 최고 성능 그룹 PSNR과 같거나 나은 세트 확장세트 PSNR과 동일성 Yes Yes Yes Yes 확장세트 상관도 세 개의 대역폭에 대한 모델의 성능이 통계적으로 동일하기 때문에, 이 모델에 대해 적어도 사이드 채널을 56 kbit/s를 사용하는 것을 권장한다. <표 2-41>은 확장세트를 세분화한 데이터에 대한 RMSE 결과를 나타낸다. 이 결과는 부호화 종류에 (ITU-T H.264 또는 MPEG-2) 따라, 그리고 데이터가 부호화 오류만 포함하고 있는지 아니면 전송 오류를 포함하고 있는지에 따라 세분화 하였다. 실험이 각 세분화 데이터에 고른 품질을 가지 도록 설계되지 않았기 때문에, 세분화 데이터에는 RMSE 26) 결과만을 제공한다

95 <표 2-41> 세분화된 데이터에 대한 감소기준법의 RMSE HRC type PSNR Yonsei56k Yonsei128k Yonsei256k ITU-T H.264 coding ITU-T H.264 error mpeg-2 coding mpeg-2 error Coding Error 나. HDTV 비트스트림 화질평가 방법 1) ITU-T Study Gropu12 TD469 P.NAMS test plan P.NAMS는 모바일 적용분야와 IPTV 적용분야의 두 가지 범주로 나뉜다. 클라이언트에서 동작하는 패킷 헤더 정보와 부가 정보에 따라, 각 적용분야의 모델은 오디오, 비디오, 오디오-비디오 품질을 예측한다. o 비디오 소스 자료 이 분야의 전문가가 평가하였을 때, ACR 범주에서 good 혹은 excellent 를 받는 비디오 소스 자료만을 사용할 수 있다. 소스 영상은 적합한 시청거리에서 보았을 때, 부호화 열화가 보이지 않아야 한다. 업스케일링은 허용되지 않는다. 인터레이스 신호를 (예, 1080i) 비 인터레이스 실험에 (예, 1080p) 사용하기 위해서 실험 전에 디인터레이싱을 진행해야 한다. 720p 비디오로부터 확장한 1080p, 1366x768에서 확장한 1080i 또는 비슷한 비디오는 HDTV 소스로 적합하지 않다. 1080p 24fps 필름 비디오는 변환되어 1080i 혹은 1080p 실험에 이용할 수 있고, 영상 크랍 후 다운스케일을 진행하여 SD나 모바일 실험에 이용할 수 있다. 변환 하기 전 소스의 프레임율은 적어도 목표 소스의 프레임율만큼 높아야 한다. (720p 50fps 영상은 변환 후 1080i 50fps 실험에 사용할 수 있지만, 720p 29.97fps 소스는 변환 후 1080i 50fps 실험에 사용할 수 없다.) 각 실험에 사용하는 모든 소스는 촬영 시 실험의 목표 해상도나 더 높은 해상도로 촬영해야 하고, 반드시 고품질을 가져야 한다. (자세한 26) RMSE : Root Mean Square Error(평균 제곱근 오차)

96 내용을 위해 ITU-T P.910 및 ITU-R BT.500을 참고) 이에 더해, 평가 실험실은 P.NAMS 목적을 위해 자료를 배포하는 사용 권리를 가져야 한다. (제안자간의 공유가 가능해야 한다.) 소스 영상은 넓은 콘텐츠와 적용분야를 대표해야 하며, 소스 영상 자료를 선택할 때 [그림2-43]과 같이 상/중/하의 시간적 정보와 상/중/하의 공간적 정보를 조합하여 넓은 범위의 콘텐츠를 사용한다. (ITU-T P.910 참고) [그림 2-43] SI-TI에 따른 소스영상 선택 4개의 소스영상은 각 제안자별로 선택한다. 콘텐츠의 다양성을 보장하기 위해 다음의 규칙을 적용하여 소스영상을 선택한다. - 공통 영상은 SI/TI 매트릭스의 1, 2, 3, 4 번에 위치한 영상을 사용 - 나머지 영상은 5, 6, 7, 8에 위치한 영상을 사용 이에 더하여, 위의 소스는 아래의 규칙을 더해서 선택한다. - 적어도 하나의 장면은 부호화하기 매우 어려운 것을 사용 - 적어도 하나의 장면은 높은 공간 디테일을 포함하는 것을 사용 - 적어도 하나의 장면은 높은 움직임이나 빠른 장면을 포함하는 것을 사용 - 가능하다면 하나의 장면은 임의로 예측 불가능하게 움직이는 다수의 객체를 포함 - 가능하다면 하나의 장면은 애니메이션이나 애니메이션 부분을 포함

97 o HRC 및 영상 처리 주관적 테스트는 약한 오류와 강한 오류를 동시에 포함하는 HRC 오류 범위를 가져야 한다. 오류 조건은 부호화 열화 (비트율 조정, 프레임 율, 코덱 종류로 인해 발생), 전송 오류 (다양한 패킷 손실과 리버퍼링으로 인해 발생), 전처리 및 후처리 효과, 패킷손실 은폐 (PLC-packet loss concealment)으로 제한한다. 비디오 압축 방법은 모바일의 경우, MPEG4 Visual Simple Profile (VSP), H.264 baseline profile가 IPTV의 경우 MPEG2 main profile/h.264 high profile (SD), H.264 main profile (720p), H.264 high profile (1080i/p)가 허용된다. 압축 모드는 고정비트율 부호화(CBR) 및 변화비트율 부호화(VBR)을 사용한다. 비트율은 비디오 형식에 따라 다음과 같이 제한한다. - MPEG4/H.264 (모바일) - QCIF: kbps QVGA: kbps HVGA: kbps - MPEG2 (IPTV) - SD: 2-16 Mbps - H.264 (IPTV) i/p: 2-15 Mbps 720p: 2-15 Mbps SD: Mbps 프레임율은 NTSC: 30 fps, PAL: 25 fps, 720p: 50 and 60 fps, 1080i/p: 25 and 30 fps로 제한한다. 모바일 적용분야에서, I 및 P 프레임을 부호화에 사용한다. 이에 반해, IPTV 적용분야 에서는 I, P, B 프레임을 사용한다. 적응적인 GoP(Group of Pictures)나 고정 GoP의 사용이 실험에서 모두 허용된다. 적응 GoP 및 고정 GoP에 상관하지 않고, GoP 구조 및 크기는 초기 값으로 제시된다. 각 비디오 형식 별 GoP 초기 값은 다음과 같다. - IPTV 적용분야 25 fps: M=3, N=12 to fps: M=4, N=25 to 50 (계층적 B-frame 부호화) 30 fps: M=3, N=15 to fps: M=4, N=28 to 60 (계층적 B-frame 부호화) 50 fps: M=3, N=25 to

98 50 fps: M=4, N=25 to 100 (계층적 B-frame 부호화) 60 fps: M=3, N=30 to fps: M=4, N=30 to 120 (계층적 B-frame 부호화) 패킷화와 관련하여 IPTV 적용분야에는 MPEG2-TS/RTP/UDP/IP 및 MPEG2-TS/UDP/IP을 사용한다. MPEG2-TS의 payload_unit_start_indicator는 비디오 프레임의 시작을 지시하 도록 한다. 다시 말해, 하나의 비디오 프레임은 하나의 PES 패킷으로 구성한다. 비디오 와 오디오 TS 패킷은 멀티 플렉싱 한다. 전송오류 조건은 허용된다. 테스트에는 패킷 오류, 패킷 지연, 지터 및 리버퍼링을 포함하는 에러 종류를 사용한다. 패킷오류 은닉 기술은 (PLC) 적어도 몇 개의 HRC에 포함되어야 한다. 그러나 FEC나 ARQ와 같은 오류 회복 기술은 테스트에 포함하지 않는다. 전송 오류는 임의 패킷 손실이나 연속 패킷 손실을 통해 제작 한다. - 모바일 적용분야의 패킷 손실률: 0-10 % (임의나 연속 오류) - IPTV 적용분야의 패킷 손실률: 0-2 % (임의나 연속 오류) 2) ITU-T Recommendation P.1201 오디오비주얼 미디어 스트리밍 품질의 파라미터 비방해 측정법 (Parametric non-intrusive assessment of audio visual media streaming quality) 권고안 ITU-T P.1201은 패킷 헤더 정보를 기반으로 한 IP 기반의 오디오, 비디오 및 오디오 비디오 품질을 비방해 방법으로 모니터링 하는 알고리즘 모델을 제시한다. ITU-T P.1201 시리즈는 두 개의 적용 분야를 가진다. - ITU-T P : 모바일 TV와 같은 저해상도 적용분야에 대한 모델 알고리즘 - ITU-T P : IPTV와 같은 고해상도 적용분에 대한 모델 알고리즘 두 개의 ITU-T P.1201 모델 알고리즘은 패킷 캡처 형식으로부터 제공되는 각각의 패킷 추적 데이터를 통해 사용 가능한 패킷 헤더 정보 분석을 하는 무기준법 모델이다. 비디오 해상도와 같은 정보는 패킷 헤더 정보로부터 사용할 수 없고 이는 모델 알고리즘 밖에서 제공된다

99 o 모델 입력 P.1201 모델의 입력 정보는 <표 2-42> 및 <표 2-43>와 같다. <표 2-42> ITU-T P 모델의 입력 (저해상도) 입력 일반 값 동적 입력 미디어 스트림 PCAP파일 혹은 다른 캡처 형식 리버퍼링 정보 리버퍼링 정보를 포함한 텍스트파일 정적 입력 오디오 목적 포트 1234 비디오 목적 포트 5678 비디오 코덱 ITU-T H.264, MPEG4 비디오 코덱 프로파일 simple baseline 비디오 해상도 QCIF, QVGA, HVGA 비디오 스캐닝 형식 Progressive 비디오 프레임 율 5, 8.33, 10, 12.5, 15, 25, 30 비디오 패킷 오류 은닉 기술 슬라이싱, 프리징 오디오 코덱 AMRNB; AMRWB+; MPEG1L2; AAC-LC; HE-AAC v1,v2; AC3 오디오 채널 수 1, 2 오디오 대역폭 NB, WB, SWB, FB 오디오 프레임 길이 20 to RTP marker bit 사용 프레임의 마지막 프레임 o 모델 출력 정보 및 성능 ITU-T P 과 ITU-T P 모델은 세 개의 출력 파라미터를 가진다. - 오디오비주얼 추정 MOS (1-5 범위): 오디오비주얼 체감 품질 추정 - 비디오 추정 MOS (1-5 범위): 오디오가 없을 때, 체감 영상 품질 추정 (이 모델은 오디오가 있거나 없거나 사용 가능함) - 오디오 추정 MOS (1-5 범위): 비디오가 없을 때, 체감 오디오 품질 추정 (이 모델은 비디오가 있거나 없거나 사용 가능함) ITU-T P.1201 모델의 성능은 <표 2-44> 및 <표 2-45>에 나타난다. 성능을 측정하기 위해 RMSE 및 Pearson 상관도를 사용한다

100 <표 2-43> ITU-T P 모델의 입력 (고해상도) 입력 일반 값 동적 입력 미디어 스트림 PCAP파일 혹은 다른 캡처 형식 정적 입력 오디오 목적 포트 1234 비디오 목적 포트 5678 비디오 코덱 ITU-T H.264 비디오 코덱 프로파일 Main, High 비디오 해상도 PAL, NTSC, HD720, HD1080 비디오 스캐닝 형식 Progressive, Interlaced 비디오 프레임 율 24, 25, 29.97, 30, 50, 60 비디오 패킷 오류 은닉 기술 슬라이싱, 프리징 프레임 당 슬라이스 수 1, 30, 34, 68 오디오 코덱 MPEG1L2, AAC-LC, HE-AAC v2, AC3 오디오 채널 수 2 오디오 대역폭 FB 오디오 프레임 길이 to ms <표 2-44> ITU-T P (저해상도) 모델의 성능정보 RMSE Pearson 상관도 오디오비주얼 (1166 샘플) (1166 샘플) 비디오 (1430 샘플) (1430 샘플) 오디오 (690 샘플) (690 샘플) <표 2-45> ITU-T P (고해상도) 모델의 성능정보 RMSE Pearson 상관도 오디오비주얼 (3190 샘플) (3190 샘플) 비디오 (6138 샘플) (6138 샘플) 오디오 (1360 샘플) (1360 샘플)

101 3) ITU-T Recommendation P.1202 비디오 미디어 스트리밍 품질의 파라미터 비방해 비트 스트림 측정법 (Parametric non-intrusive bitstream assessment of video media streaming quality) 권고안 ITU-T P.1202는 패킷 헤더 정보 및 비트스트림 정보를 기반으로 한 IP 기반의 오디오, 비디오 및 오디오 비디오 품질을 비방해 방법으로 모니터링 하는 알고리즘 모델을 제시한다. ITU-T P.1202 시리즈는 두 개의 적용 분야를 가진다. - ITU-T P : 모바일 TV와 같은 저해상도 적용분야에 대한 모델 알고리즘 - ITU-T P : IPTV와 같은 고해상도 적용분에 대한 모델 알고리즘 두 개의 ITU-T P.1202 모델 알고리즘은 패킷 캡쳐 형식으로부터 제공되는 각각의 패킷 추적 데이터를 통해 사용 가능한 패킷 헤더 정보 및 비트스트림 정보 분석을 하는 무기 준법 모델이다. 비디오 해상도와 같은 정보는 패킷 헤더 정보 및 비트스트림 정보로부터 사용할 수 없고 이는 모델 알고리즘 밖에서 제공된다. ITU-T P 은 저해상도 적용분야의 하나의 모델을 설명한다. ITU-T P 는 고 해상도 적용분야의 두 개의 모델을 설명한다. (mode1과 mode2 둘 다 무기준법) Mode1은 분석 모드로 이 모드에서는 비트스트림의 전부를 복호화 하지 않고 비트스트림에서 얻을 수 있는 정보를 이용한다. (픽셀정보를 사용하지 않음) Mode2는 복호화 모드를 나타내고 mode1에서 사용한 정보와 더불어 비디오 스트림 복호화에서 얻을 수 있는 모든 부분을 MOS 추정에 사용한다. (픽셀 정보를 사용) 오류 은닉 기술 종류와 같은 사용자의 특정 정보는 사이드 채널 등을 통하여 별로도 제공된다. 출력으로, ACR의 MOS와 같은 다섯 단계의 범주의 값으로 영상 품질을 예측하여 나타낸다. 품질 예측 과정을 통해 다른 종류의 품질 파라미터가 도출되기 때문에 품질 저하에 관한 진단 정보도 함께 이용할 수 있다. o 모델 입력 ITU-T P.1202 모델은 부호화된 비트스트림과 정적인 사이드 정보를 받아서 이용한다. ITU-T P 에 설명한 모델에서는 부호화된 비트스트림은 전송 헤더를 포함한 PCAP 파일 형식을 사용한다. 그러나 실제 구현에 있어서는 PCAP 파일 기반 이외의 전송 레이어

102 패킷 추출 구현이 예상된다. 이 권고안에서 설명하는 모델에 대해서, 네트워크 인터페이스 에서 PCAP 파일이 제작되고, 정적 부가 정보는 미디어스트림과 복호화기 동작에 대한 정보이다. 적용 분야별 정보에 대한 개요는 [그림 2-44]과 같다. [그림 2-44] ITU-T P.1202 모델 인터페이스 개요 ITU-T P.1202는 3개의 주요 입력이 있다. - 부호화된 비디오 스트림: 이 입력은 PCAP 파일 및 네트워크를 통해 추출 - 버퍼링 정보: 이 입력은 사용자의 버퍼로부터 얻어지거나 패킷 정보를 통하여 예측 - 정적 미디어 및 복호화기 정보: 이 입력은 패킷 정보나 재생기 API로부터 획득 o 모델 출력 및 성능 ITU-T P.1202 모델은 하나의 출력 파라미터를 갖는다. - 비디오 추정 MOS (1-5 범위): 체감 비디오 품질 추정 ITU-T P.1202 모델의 성능은 <표 2-46>, <표 2-47> 및 <표 2-48>에 나타난다. 성능을 측정하기 위해 RMSE 및 Pearson 상관도를 사용한다

103 <표 2-46> ITU-T P 모델의 성능정보 RMSE Pearson 상관도 전반적인 성능 (982 샘플) (982 샘플) <표 2-47> ITU-T P 모델 mode1의 성능정보 RMSE Pearson 상관도 전반적인 성능 (3069 샘플) (3069 샘플) <표 2-48> ITU-T P 모델 mode2의 성능정보 RMSE Pearson 상관도 전반적인 성능 (3069 샘플) (3069 샘플) 다. HDTV 하이브리드 화질평가 방법 1) VQEG Hybrid Test plan 하이브리드 체감/비트스트림 테스트 플랜 (Hybrid perceptual/bitstream group test plan) 이 문서는 ITU-T SG9, SG12, ITU-R SG6의 전문가로 구성된 VQEG에 제출하는 객관적 체감 품질 모델의 성능을 측정하는 절차를 정의한다. VQEG HBS 그룹의 목표는 IP 네트워크를 통해 전달되는 비디오 및 멀티미디어 서비스의 체감 품질 모델을 평가하는 것이다. 테스트 플랜의 범위는 IPTV, 인터넷 스트리밍 및 모바일 비디오를 포함한다. 테스트를 위해 비디오는 평가자에게 보인다. 평가자는 각 비디오에 대해 직접적인 품질 지수와 (MOS) 숨겨진 참조 비디오를 통해 계산하는 간접적인 품질 지수를 (DMOS) 제공 한다. 하이브리드 과제에서는 비디오만을 평가한다. 객관적 평가 모델의 성능은 통제된 주관적인 평가를 통해 획득한 MOS 혹은 DMOS 수치와 제출 모델을 통해 예측한 MOS 혹은 DMOS 수치를 비교하여 얻는다. 이 테스트 플랜에서는 평가 방법, 소스 영상의 선택,

104 처리 테스트 조건과 객관적 하이브리드 모델의 성능을 비교하기 위한 성능 측정 방법을 정의한다. 독립된 주관적 평가가 다른 두 개의 비디오 크기에서 진행된다. - VGA (640 x 480), WVGA (852 x 480), 25fps, 30fps - HD (1080i, 1080p, 720p), 29.97fps, 59.94fps, 25fps, 50fps 제안자는 각 해상도 별로 다른 두 개의 모델을 제출한다. (HD 및 WVGA/VGA 모델) VQEG 하이브리드는 다음의 네 개의 모델을 계산한다. - 전기준법 하이브리드 비트스트림 (FR-H) - 감소기준법 하이브리드 비트스트림 (RR-H) - 세 개 부가채널 - 무기준법 하이브리드 비트스트림 (NR-H) - 무기준법 (NR) - PVS(Processed video Sequence : 열화영상)만 사용, 비트스트림 사용 안함 각 모델의 비트스트림은 두 가지 종류의 비트스트림을 사용한다. - 비암호화 페이로드 모델 (전체의 비트스트림 사용) - 암호화 비트스트림 모델 o 모델 종류 제안자에게 몇 개의 모델이 동일한 모델이 될 수 있지만, 제출 및 계산 절차에 있어서 VQEG은 22개의 모델을 별도로 취급한다. 각 제안자는 22개 모델까지 제출할 수 있다. - FR-H for HD - RR-H for HD with 56kbps side channel - RR-H for HD with 128kbps side channel - RR-H for HD with 256kbps side channel - NR-H for HD - NR for HD, - FR-H for encrypted HD - RR-H for encrypted HD with 56kbps side channel - RR-H for encrypted HD with 128kbps side channel

105 - RR-H for encrypted HD with 256kbps side channel - NR-H for encrypted HD - FR-H for WVGA/VGA - RR-H for WVGA/VGA with 15kbps side channel - RR-H for WVGA/VGA with 56kbps side channel - RR-H for WVGA/VGA with 128kbps side channel - NR-H for WVGA/VGA - NR for WVGA/VGA, - FR-H for encrypted WVGA/VGA - RR-H for encrypted WVGA/VGA with 15kbps side channel - RR-H for encrypted WVGA/VGA with 56kbps side channel - RR-H for encrypted WVGA/VGA with 128kbps side channel - NR-H for encrypted WVGA/VGA o 모델 입력 모델의 입력은 다음과 같다. - 소스비디오 (Hybrid FR 및 Hybrid RR Headend 모델에서만 사용) - 비트스트림 (전송 헤더 정보, 패킷 정보 포함) - 복호화 된 영상 신호 (PVS) 비트스트림은 PES나 TS 단계에서 암호화 될 수 있다. 비트스트림 데이터의 허용성을 결정하기 위한 참조 복호화기가 제공된다. 모델은 참조 복호화기로 복호화 할 수 있는 비트스트림 데이터를 다룰 수 있어야 한다. 복수의 복호화기 및 재생기가 PVS를 재생 하는데 사용될 수 있다. (이 때의 비트스트림도 참조 복호화기로 복호 가능해야 한다.) 참조복호화기가 복호화 할 수 있는 범위 안에서 비트스트림 데이터는 어떠한 부호화기로 제작 될 수 있다

106 3. UHD 객관적 화질평가 방법 해외 사례 분석 UHD는 차세대 영상 형식으로 많은 표준 기구에서 정의하고, 여러 가지 이름으로 정의 되고 있다. 예를 들어, SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)에서는 UHDTV1 (2160p), UHDTV2(4320p), Sony는 4K로 정의하고 있다. 4K UHDTV는 적용분야 마다 조금씩 다른 형식을 가지고 있다. 이는 <표 2-49>에 나타나 있다. <표 2-49> 4K-UHD 형식 형식 해상도 종횡비 픽셀수 4K Ultra high definition television 3820x :1 8,294,400 Digital Cinema Initiative 4k (native resolution) 4096x :1 8,847,360 DCI 4K (CinemaScope cropped) 4096x :1 7,020,544 DCI 4K (flat cropped) 3996x :1 8,631,360 Academy 4K (storage format) 3656x :1 9,739,584 Full aperture 4K (storage format) 4096x :1 12,746,752 앞서 UHDTV는 HD(1920x1080)의 네 배의 화면의 픽셀 해상도(3840x2160)이고, 시청자 에게 보다 가깝고 큰 화면을 화상의 열화 없이 전달이 가능하며, 80인치 이상의 초대형 화면의 많은 픽셀들은 보다 높은 현장감을 제공하는 특징을 지니고 있다고 하였다. 이러한 특징에 따라 UHDTV는 대형 TV에 대해 시청 거리와 공간을 감소시킬 것으로 예상된다. [그림 2-45]은 근거리 시청자와 원거리 시청자의 시청각을 나타내고, <표 2-50>는 UHDTV의 시청각 및 시청 거리를 보여준다. 또한, [그림 2-46]와 같이 영상의 크기가 대형화 될수록 시청거리는 짧아진다. [그림 2-45] 근거리 시청자와 원거리 시청자의 시청각 비교

107 <표 2-50> UHDTV의 시청각 및 시청거리 시스템 1920x x2160 시청 거리 (화면 높이에 대한 비율) 수평 시청 각 [그림 2-46] 영상 형식 별 디스플레이 사이즈에 대한 시청거리 UHD 형식 자체에 대한 표준을 완료한 지 많은 시간이 지나지 않아, 주관적 평가 방법 이나 객관적 평가 방법에 대한 국제 표준은 현재 준비 중에 있다. 화질평가에 대한 국제 표준과 별도로 MPEG/ITU JVC에서 HEVC의 표준을 진행하면서 HEVC의 성능을 확인 하기 위해 주관적 품질 평가를 진행하였으며, 논문 등을 통해 UHD를 대상으로 하는 주관적 품질 평가 연구가 발표되었다. VQEG에서 주도적으로 UHD 객관적 품질평가를 위한 표준화를 준비하고 있으며, 현재 테스트 플랜 제정을 위한 논의가 진행 중이다. 가. UHD 압축 기술 및 화질평가 1) MPEG/ITU JVC-VC A204 MPEG(Moving picture expert group) 및 ITU의 VCEG(Video coding expert group)은 UHD 해상도 비디오의 영상압축 기술을 위해 JVC-VC를 구성하고 공동으로 차세대 압축 기술은 HEVC를 개발하였다

108 차세대 압축 기술을 평가하기 위해 높은 압축률과 화질을 동시에 고려하였으며, 원본 영상과 압축 영상의 차이 값으로부터 계산하는 PSNR과 더불어 실제 사용자에게 영상을 평가하는 주관적 평가 실험을 진행하였다. JVC-VC A204문서는 HEVC 개발단계의 주관적 평가 결과를 보여주는 문서로 차세대 영상 압축 기술이 기존 기술에 비해 주관적 품질 측면에서 높은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. o 실험 디자인 (1) 소스비디오 <표 2-51>는 사용 소스 비디오를 보여준다. 4:2:0 컬러포맷과 8 bit 샘플이다. 다양한 해상도 및 프레임율을 가지도록 소스 비디오를 선정한다. <표 2-51> 소스 비디오 (2) 부호화 조건 Class A S01 Traffic (*) 2560x1600p 30 fps S02 PeopleOnStreet (*) 2560x1600p 30 fps Class B S03 Kimono 1920x1080p 24 fps S04 ParkScene 1920x1080p 24 fps S05 Cactus 1920x1080p 50 fps S06 BasketballDrive 1920x1080p 50 fps S07 BQTerrace 1920x1080p 60 fps Class C S08 BasketballDrill 832x480p 50 fps S09 BQMall 832x480p 60 fps S10 PartyScene 832x480p 50 fps S11 RaceHorses 832x480p 30 fps Class D S12 BasketballPass 416x240p 50 fps S13 BQSquare 416x240p 60 fps S14 BlowingBubbles 416x240p 50 fps S15 RaceHorses 416x240p 30 fps Class E S16 Vidyo1 1280x720p 60 fps S17 Vidyo2 1280x720p 60 fps S18 Vidyo3 1280x720p 60 fps * Traffic (4096x2048p)로부터 cropping PeopleOnStreet (3840x2160p)로부터 cropping 두 개의 제한 조건 아래에서 부호화를 진행한다

109 - 제한조건 1 (Random access): 구조적인 딜레이가 8 picture GoP 아래로 한다. - 제한조건 2 (Low Delay): 딜레이를 줄이기 위해 그림 재배치를 하지 않는다. 영상 범주와 제한 조건 조합은 <표 2-52>와 같다. <표 2-52> 범주와 제한 조건의 조합 Class A Class B Class C Class D Class E 제한조건 1 X X X X - 제한조건 2 - X X X X - Class A에 대한 실험은 주관적 품질 실험 없이 PSNR-bit rate를 측정한다. - Class B, C, D, E에 대한 실험은 일반 주관적 실험을 진행한다. 목표 비트율은 <표 2-53>과 같다. 제작 시 해당 비트율을 넘지 않도록 한다. <표 2-53> 목표 비트율 Class Bit Rate 1 Bit Rate 2 Bit Rate 3 Bit Rate 4 Bit Rate 5 A: 2560x1600p Mbps 3.5 Mbps 5 Mbps 8 Mbps 14 Mbps B1: 1080p24 1 Mbps 1.6 Mbps 2.5 Mbps 4 Mbps 6 Mbps B2: 1080p Mbps 3 Mbps 4.5 Mbps 7 Mbps 10 Mbps C: WVGAp kbps 512 kbps 768 kbps 1.2 Mbps 2 Mbps D: WQVGAp kbps 384 kbps 512 kbps 850 kbps 1.5 Mbps E: 720p kbps 384 kbps 512 kbps 850 kbps 1.5 Mbps HEVC와의 비교 목적으로 AVC 부호화기(JM16.2)를 사용한 기준 세트를 추가하고, 두 개의 기준 부호화를 추가한다. Random Access 제한 조건에 대해, 두 개의 기준 부호화기는 <표 2-54>에 설명되어 있는 알파(α)기준 두 개를 사용한다. Low Delay 제한 조건에 대해, 두 개의 기준 부호화기는 <표 2-54>에 설명되어 있는 베타(β) 및 감마(γ) 기준을 사용한다. o 실험진행 (1) 테스트 설계 고려사항 많은 수의 제안과 부호화 조건으로 인해 테스트를 설계하는 것에 어려움이 따른다. 많은 테스트 경우를 수용하기 위해 제안된 방법의 수, 테스트 영상의 수, 부호화 비트 율, 부호화 조건, 비디오 재료의 전체적인 품질 등을 고려하는 것이 좋다

110 테스트 진행의 목적으로 두 개의 기준 비디오는 각 테스트 조건에서 주관적으로 평가 한다. <표 2-55>은 주관적 평가를 위한 테스트 케이스의 수를 나타낸다. <표 2-54> 기준 부호화기 JM 16.2 설정 종류 알파(α) 베타(β) 감마(γ) 설정 High Profile 계층적 B 구조 IbBbBbBbP 개방 GOP 구조 num_reorder_frames = 3 ( GOP 길이 8 ) max_num_ref_frames = 4 CABAC, 8x8 transform RD 최적화 활성화 RDOQ 활성화 고속 움직임 예측 (range 128x128) High Profile 계층적 P 프레임 IpPp max_reorder_frames=0 max_num_ref_frames=4 CABAC, 8x8 transform RD 최적화 활성화 RDOQ 활성화 고속 움직임 예측 (range 128x128) Baseline Profile IPPP 코딩 구조 (num_reorder_frames=0) 2개의 참조 프레임 (max_num_ref_frames=2) RD 최적화 활성화 RDOQ 활성화 고속 움직임 예측 (range 128x128) <표 2-55> 주관적 평가를 위한 테스트 경우 Class 제안자 영상 비트율 프레임율 부호화조건 테스트조건 B C D E 총 계

111 (2) 테스트 방법의 선택 테스트 방법은 DSCQS 방법과 DSIS방법을 사용했다. DSIS 방법에서, 품질 범위는 기존의 열화 품질 범위를 대신하여 0에서 10점을 사용했다. C, D, E 범주에 대해서는 DSIS 방법을 선택했다. 이는 이 범주에서 비디오 품질이 넓게 분포할 것으로 예상되었기 때문이다. Class B 비디오에서는 높은 품질을 보일 것으로 예상되었기 때문에, 실험방법을 선택 하는데 특별한 주의가 필요했고, 높은 정확도를 갖는 실험 방법을 선택해야 했다. 이런 이유로, Class B에서는 조건에 따라 DSIS방법이나 DSCQS방법을 선택적으로 사용했다. <표 2-56>에서 주관적 평가를 위한 세션의 비디오 테스트 조건을 나타내고 있다. <표 2-56> 주관적 평가를 위한 세션의 비디오 테스트 조건 Class 실험방법 제안자 부호화 테스트조건 테스트세션 BTC B DSCQS B DSIS C DSIS D DSIS E DSIS 총 계 o 실험 결과 [그림 2-47] 및 [그림2-48]은 주관적 평가 결과의 예를 나타낸다. 결과 그래프의 수직 축은 0부터 10까지의 주관적 MOS 수치를 나타낸다. 만약 가장 나쁜 품질을 보였다면 품질 지수는 0 점을, 가장 높은 품질을 보였다면 품질 지수는 10 점을 나타낼 것이다. 결과 그래프의 수평 축은 각 제안자를 의미한다. 이 그래프에서는 각 제안자를 표시하고 있지 않지만, AVC로 부호화한 기준을 표시한다. 기준점은 그래프 지점에 원 형태로 표시하였다. [그림 2-47]은 Random Access(제한 조건 1)를 사용하여 부호화한 결과를 나타내고, [그림 2-48]은 Low Delay(제한조건 2)를 사용하여 부호화 한 결과를 나타낸다. [그림 2-49]는 전체적인 평균 MOS 값을 나타낸다

112 [그림 2-47] Class B의 Kimono 영상 제한조건 1의 결과요약 [그림 2-48] Class B의 Kimono 영상 제한조건 2의 결과요약 [그림 2-49] 모든 범주와 부호화 조건의 평균 MOS

113 위 결과를 통하여 AVC 기준점과 다섯 개의 비트율에 대한 각 제안자의 HEVC 성능을 확인할 수 있다. o 결론 주관적 화질 평가 결과는 HEVC로 제안한 방법들이 명백하게 제한된 두 개의 조건 (Random Access, Low Delay)에서 모두 AVC보다 더 좋은 품질을 달성한 것을 보여준다. 많은 테스트 지점에 대해서 제안된 HEVC 방법은 높은 부호화 성능을 보였고, 가장 높은 성능을 가지는 제안방법에서 대략 두 배의 비트율 향상 성능을 보이는 것을 확인 할 수 있다. 2) 국제 발표 논문 분석 I IEEE Transactions on Broadcasting에 2013년 6월 발표된 Assessments for Subjective Video Quality on HEVC-Encoded 4K-UHD Video for Beyond-HDTV Broadcasting Service (HDTV 이후의 방송 서비스를 위한 HEVC 압축 4k-UHD 주관적 비디오 품질 평가) 논문을 분석하여 UHD 주관적 품질 실험을 확인한다. o 주관적 품질 평가 주관적 품질 평가는 테스트 환경의 비디오를 평가자에게 보여주고 그 체감 화질을 묻는 것으로 다음 네 단계로 진행한다. 원본 및 열화 영상제작, 적합한 주관적 평가 방법 선택, 주관적 평가를 위한 장비 및 환경 구성, 평가자 모집 순이다. 각 단계별 자세한 내용은 다음과 같다. (1) 원본 및 열화 영상 제작 체감 품질은 사용하는 영상의 공간 및 시간 특징에 영향을 받기 때문에, 다양한 공간 및 시간 특징을 가지는 영상을 선택하는 것이 중요하다. 공간 특징을 측정하기 위해 MPEG-7 Edge Histogram Descriptor를 사용한다. 시간 특징을 측정하기 위해 움직임 벡터의 평균 크기를 측정한다. 이 실험에서는 16X16 블록에서 모션 예측 알고리즘을 적용 하여 움직임 벡터를 추정했다. 제공받은 300 프레임의 36개 UHD 소스 비디오를 대상 으로 공간 특징과 시간 특징을 계산한다. 시간-공간 매트릭스에서 시간 특징과 공간 특징이

114 상/중/하를 가지도록 9개의 영상을 선택한다. (하하, 중하, 상하, 하중, 중중, 상중, 하상, 중상, 상상) 영상을 부호화하기 위하여 HEVC TestModel(HM) 5.0을 참고 소프트웨어로 사용한다. HEVC는 UHD에 적합한 영상 부호화 표준으로 기존 표준보다 높은 효율의 부호화기를 제공한다. <표 2-57>에서 HM 부호화기의 설정 값을 요약하였다. <표 2-57> HM5.0의 설정 값 설정 파라미터 최대 CU 크기 64x64 최대 TU 크기 32x32 인트라 주기 16 움직임 벡터 추정 알고리즘 Enhanced Predictive Zonal Search GOP 크기 8 GOP 구조 IbBbPbBb 움직임 벡터 탐색 범위 64 Deblocking 필터 Yes Sample adaptive offset Yes Adaptive loop filter Yes LM chroma Yes Non-square transform Yes 사용한 원본 영상은 YUV444 형식으로 제공되었고, HM 5.0은 YUV420만을 입력으로 사용할 수 있다. YUV420은 YUV444에서 색상 정보의 표본을 추출하여 제작한다. YUV444 형식으로 영상을 제작하고 이를 주관적 평가 하여 비교하기 위해, 휘도 성분(Y)을 공유하는 4개의 UV 표본을 각각 제작하여 독립적으로 부호화 후, 다시 하나의 YUV444 비디오로 합하는 방법을 사용한다. 목표 비트율로는 18, 23, 36 Mbps의 3개의 비트율을 사용하고, 목표 비트율을 달성하기 위하여 각 영상별로 다른 QP값을 사용한다. (2) 적합한 주관적 평가방법 선택 이 실험에서는 BT.500에 설명되어 있는 DSIS 방법을 사용하였다. 평가 범주는 <표 2-58>과 같다

115 <표 2-58> DSIS 방법의 평가 범주 열화 측정 Scale Imperceptible 5 Perceptible, but not annoying 4 Slight annoying 3 Annoying 2 Very annoying 1 (3) 주관적 평가를 위한 장비 및 환경 구성 주관적 평가를 위해 실험실 환경을 조성한다. 국제 표준의 실험실 조도, 시청 각 및 시청 거리를 만족시킨다. 시청 거리는 0.75H와 1.5H에서 실험한다. 디스플레이로는 8비트 깊이의 4K UHD 영상을 재생할 수 있는 56인치 전문가용 LCD 모니터를 사용한다. (4) 주관적 평가를 위한 세션 구성 시청거리, 색상 형식의 차이를 알아보기 위해 <표 2-59>와 같이 실험 세션을 구성한다. <표 2-59> 4K-UHD 주관적 평가를 위한 세션 구성 Session I II III IV 영상 수 목표비트율 18, 23, 36 18, 23, 36 18, 23, 36 18, 23, 36 원본영상 YUV420 YUV420 YUV444 YUV444 열화영상 YUV420 YUV420 YUV420 YUV444 시청거리 0.75 H 1.5 H 1.5 H 1.5 H o 결과 분석 (1) 세션 1과 세션 2 결과 비교 0.75H에서 시청하는 것보다 1.5H에서 시청하는 것이 주관적 수치가 약간 더 높았다. (2) 세션 3과 세션 4 결과 비교 두 세션에서는 참고 영상의 색상 형식은 모두 YUV444이고, 열화 영상의 색상형식이 하나는 YUV420 다른 하나는 YUV444이다. 열화영상의 색상형식이 다르더라도 체감 품질 에는 큰 차이가 없이 높은 품질을 나타낸다

116 (3) 세션 2와 세션 3 결과 비교 두 세션에서는 참고 영상의 형식은 하나는 YUV420 다른 하나는 YUV444이고 열화 영상의 형식은 모두 YUV420 이다.참고 영상의 색상 형식에 상관없이 모두 높은 주관적 품질을 보이고 둘의 차이도 매우 적다. o 결론 주관적 평가의 변수로는 시청거리(0.75H, 1.5H), 사용 색상(YUV420, YUV422) 그리고 비트율(18, 23, 36 Mbps) 등이 있으며, HEVC를 이용하여 부호화 하였고, 이들의 조합으로 실험을 구성하여 DSIS 주관적 평가 방법을 사용하여 평가를 진행했다. 주관적 평가 결과 UHD영상을 HEVC로 18 Mbps로 부호화 하였을 경우에도, 매우 높은 품질을 보였다. 이는 기존의 방송 채널을 이용하여 높은 화질의 UHD 영상을 방송할 수 있다는 것을 의미한다. YUV420과 YUV444는 주관적 수치에 큰 차이가 없으며, UHD 비디오에 대해서 YUV420이 충분히 높은 품질을 보여주는 색상형식이라는 것을 의미한다. 3) 국제 발표 논문 분석 II SPIE에 2005년 발표된 Presence and preferable viewing conditions when using an ultrahigh-definition large-screen display (초대형 UHD 화면을 이용한 적합한 시청 조건) 논문을 분석하여 UHD 시청 환경을 확인한다. 이 연구에서는 심리학적 효과를 알아보기 위해 여러 조건(시청 거리, 영상 크기 그리고 영상 해상도)을 변화시키며 주관적 평가 실험을 진행하였다. 연구를 통해 UHD 시청환경의 임장감, 부작용 그리고 선호도를 조사한다. 각 테스트에서의 시청 거리는 <표 2-60> 및 <표 2-61>에 나타나 있으며, 임장감, 부작용 그리고 선호도를 조사하기 위한 설문지의 예시는 <표 2-62>에 제시되어 있다. <표 2-60> test1의 시청거리 시청거리[H] 시청각[ ]

117 <표 2-61> test2의 시청거리 시청거리[H] 시청각[ ] <표 2-62> 평가 설문의 예 sp1 sp2 sp3 sp4 inv1 inv2 inv3 inv4 real1 real2 real3 real4 n1 n2 n3 n4 p1 p2 p3 공간 임장감 내 주위를 가상세계가 둘러싸고 있다고 느낀다. 내가 단지 그림을 지각하고 있다고 느낀다. 영상 공간이 존재하고 있다고 느끼지 못한다. 내가 이미지 공간에 존재한다고 느낀다. 몰입감 영상을 볼 때, 실제 세계를 어떻게 자각합니까? (소리, 방 온도, 다른 사람 등) 실제 환경을 자각하지 못한다. 실제 환경에 계속 집중하고 있다. 영상에 묘사된 세계에 완전히 매료되었다. 사실감 영상에 묘사된 이미지가 얼마나 사실처럼 보입니까? 영상에 묘사된 이미지의 경험이 실제 세계의 경험과 얼마나 일치합니까? 당신에게 보이는 영상이 얼마나 사실처럼 보입니까? 영상에 묘사된 이미지가 실제 세계의 것보다 더 사실적이다. 부작용 영상이 눈에 편안하다 영상이 이상하게 보인다. 영상을 보는 것이 과하게 느껴진다. 영상을 보는 것이 불편하게 느껴진다. 기타 영상을 볼 때 강한 센세이션을 느꼈다. 영상을 보며 임장감을 느낀다. 나는 이 영상 조건을 선호한다

118 o 결론 영상 평가에서 시청 거리가 3H 이하일 때, 높은 선호도와 함께 임장감을 느낄 수 있었다. 영상 크기가 클 때, 짧은 시청거리에서도 낮은 부작용과 함께 더 선호되는 결과를 얻을 수 있었다. 영상의 해상도가 증가하면, 영상에서 느끼는 시청자의 실제감이 증가한다. 앞으로 넓은 시청각과 높은 해상도의 임장감을 느끼는 방송의 가능성을 주관적 평가 결과를 통하여 실증했다. 나. 국제기구의 UHD 객관적 화질평가 추진 현황 o VQEG Ultra HD Project 4K 비디오 제품은 소비자 시장에 빠르게 퍼지고 있다. 2012년, 도시바에서는 세계 최초로 3,960x2,160@60fps(QFHD)를 지원하는 TV를 팔기 시작했다. 소니에서도 소니의 첫 소비자 등급의 4K TV를 발표했다. 1080i 보다 적어도 네 배의 높은 데이터를 갖는 콘텐츠로 인해, 기존 압축 표준 보다 압축 효율을 크게 향상시킨 새로운 압축 표준인 HEVC가 저장매체 및 전송에 사용될 것으로 기대된다. 이러한 사실들로 미루어 4K UHD는 주요한 고해상도 비디오 형식이 되고, HEVC는 가장 많이 사용되는 영상 코덱이 될 것을 알 수 있다. Ultra HD 프로젝트는 HD 및 그 이상의 해상도에 집중한다. 현재는 디지털 영화를 위한 4K DCI (4096x2160@24fps, progressive), 방송 어플리케이션을 위한 4K-QFHD (3840x2160@24,25,30,50,60fps, progressive), HEVC 압축 표준 4K 비디오 형식에 초점을 맞추고 있다. Ultra HD 프로젝트는 테스트 플랜을 개발 중에 있고, 목표는 4K 비디오에 대한 객관적 품질 측정법을 입증하는 것이다. 또한, Ultra HD 프로젝트는 4K 콘텐츠를 위한 향상된 주관적 품질 평가 방법을 연구하고 있다

119 제 4 절 UHDTV 수용도 및 만족도 조사 실시 1. 조사 개요 UHDTV 서비스에 관란 수요를 파악하고 기술 개발 및 계획 등을 시장 산업 분석과 연계 하여 방송서비스의 가능 시점, 도입 적기, 활성화 방안 등을 마련하고자 UHDTV 수용도 및 만족도 조사를 실시하였다. UHDTV 수용도 및 만족도 조사는 2013년 10월 수도권(서울 및 경기, 인천) DTV를 보유한 일반인을 대상으로 면대면 방식으로 실시하였다. 만 18세 ~ 55세 일반인 65명의 유효응답을 확보하였으며 수용도 조사 개요는 <표 2-63> 와 같다. 지역별, 성별, 연령별로 응답자 규모를 미리 할당한 후, 임의로 추출하였다. 연령별로는 20대, 30대, 40대에 16명씩, 50대에는 17명을 할당하였다. 검증 및 보완조사 등의 과정을 거쳐 설문조사 결과를 분석하였다. <표 2-63> UHDTV 수용도 및 만족도 조사 개요 구 분 모집단 조사일시 및 장소 내용 수도권(서울, 경기, 인천)에 거주하는 DTV 보유자 2013년 10월 26일, 여의도 MBC 스튜디오 표본크기 65명(남 30명, 여 35명) 조사방법 27) 주요 조사내용 사전설문 및 UHD 콘텐츠 시청 후 설문조사(면대면 방식) UHDTV 방송 서비스 이용의향도, 호감도, 콘텐츠 만족도 등 설문내용은 총 4개의 Part로 구성하였으며, 사전설문으로 TV 시청 행태 및 이용실태, UHD 인지도 및 이용의향도, 콘텐츠 시청 후에는 UHDTV 만족도 및 이용의향도, 관련 정책에 대한 의견 등을 응답하도록 하였다. 모니터링에 사용된 UHD 콘텐츠는 KBS, MBC, 삼성전자, LG전자의 협조를 통해 확보하였다. 27) 위탁과제 : 전문 리서치 업체(리서치21)에서 피실험자 모집 및 설문조사 실시

120 2. 조사 결과 가. 전반적 TV 시청 행태(콘텐츠 시청 전) TV 시청 빈도, 시청 시간, 시청 시간대, 시청 목적에 대해 다음과 같이 응답하였다. 응답자의 47.7%가 매일 TV를 시청한다고 응답하였으며, 하루 평균 2~3시간 TV를 시청 하는 응답자가 가장 많았다. 시청하는 시간대는 평일과 주말이 약간 상이 하였으나, 오후 6시 ~ 12시 사이에 주로 시청하는 것으로 나타났다. TV 시청의 주목적은 53.8%의 응답자가 흥미 오락 의 용도 이며, 그 밖에도 정보의 습득, 습관적 시청, 휴식 등의 용도가 있었다. TV 주 시청 장르로는 쇼 오락, 뉴스 보도, 드라마 순으로 응답하였다. [그림 2-50] TV 시청 행태 및 이용 실태

121 [그림 2-51] TV 시청 행태 및 이용 실태-2 향후 TV 구매 의향과 관련한 결과로는 60% 응답자가 1~3년 이내에 구매 의사가 있으며, 구매 시 제조사 브랜드 신뢰(29.2%), 신기술 적용 제품(29.2%), 기능이 다양성(18.5%) 등을 고려 하는 것으로 나타났다. 향후 TV 구매를 위해 100만원부터 200만원(47.7%)까지 지불을 할 수 있 다는 응답이 가장 많았으며, 남성보다 여성이 TV 구매를 위해 조금 더 높은 비용을 지불 할 수 있는 것으로 나타났다. TV 크기는 40~60인치(49.2%)를 선호하는 것으로 나타났으며, 40인치 미만의 TV를 선호하는 응답자는 7.7%에 불과했다. 즉, 40인치 이상을 선호하는 응답자가 무려 92.3%나 되는 점을 보았을 때, 응답자들은 큰 크기의 TV에 대한 선호도가 높은 편으로 볼 수 있을 것이다. [그림 2-52] 향후 TV 구매 의향 관련

122 [그림2-53] 향후 TV 구매 의향 관련-2 나. UHDTV 인지도 및 이용의향도(콘텐츠 시청 전) UHDTV 인지도는 83.1%로 UHDTV 실험 시범 방송에 대한 인지도는 66.1%에 비해 높게 나타났으며, 신문 인터넷 TV 뉴스와 광고 를 통한 인지율이 높은 것으로 나타났다. 응답자의 75.4%는 UHDTV 방송 서비스를 필요하다고 응답하였으며, 향후 UHDTV 방송서비스를 이용하겠다는 응답도 92.3%로 매우 높게 나타났다. 이용할 의향이 없는 이유로는 낮은 매력도, 현재 TV 방송 서비스에 만족 를 꼽았지만 이용할 의향이 없는 응답자는 7.7%에 불과했다. [그림 2-54] UHDTV UHD 방송 인지도 및 이용 의향도

123 [그림 2-55] UHDTV UHD 방송 인지도 및 이용 의향도-2 응답자의 TV 시청 행태 및 UHDTV 인지도, 서비스 이용의향도 등에 관한 사전 설문을 마친 후, 응답자들에게 UHD 콘텐츠를 약 10분간 시청하게 하였다. 시청 후 UHDTV 만족도와 서비스 이용 의향도에 관한 설문을 진행하였으며, 특히, UHD 콘텐츠 시청 전과 시청 후의 관심도와 서비스 이용 의향도를 비교하기 위해서 관련 설문문항을 중복 설계하였다. 다. UHDTV 만족도 및 이용의향도(콘텐츠 시청 후) UHDTV 만족도는 86.2%로 높게 나타났으며, 매우 만족한다는 응답율도 35.4%나 나타났다. 만족하는 이유로는 현장감 사실감을 느낌, 좋은 화질, 넓은 시야각 순으로 나타났으며, 이는 UHDTV 산업의 특징이기도 하다. 또한, 화질 부분에서 기존 HD 방송 대비 화질이 좋다 는 응답자가 90% 이상이며, 1.5배~3배의 부가가치가 있다고 응답하였다

124 [그림 2-56] UHDTV 만족도 호감도와 독특함을 느끼는 지에 대해서도 비교적 높은 응답율을 보였다. 호감을 느끼는 응답자는 86.2%, 독특함을 느끼는 응답자는 81.5%를 차지하였다. [그림 2-57] UHDTV 호감도 및 독특함

125 UHDTV 방송서비스는 1~3년 이내에 활성화 될 것으로 예상하였으며 UHD 방송 서비스에 가장 적합한 프로그램 유형으로는 영화, 다큐, 스포츠 순으로 꼽았다. 또한 향후 UHDTV를 구매하기 위해 200만원부터 300만원까지의 비용을 지불 할 수 있다고 응답하였다. UHDTV 방송 서비스 의향도는 93.8%로 나타났으며, 남성의 경우는 꼭 이용하고 싶다 는 응답이 30%를 차지하여 의향도가 매우 높은 것으로 평가된다. [그림 2-58] UHD 방송 서비스 활성화 시기 및 이용의향도 앞서 언급하였듯이 실제 UHD 서비스를 경험한 후의 응답자들의 설문응답의 변화가 있는 지를 추가 비교해 보고자 한다. 특히, 관심도와 이용의향도 부분을 비교 분석하였다

126 o 시청 전 후 관심도와 이용의향도 비교 UHDTV 및 UHD 방송 서비스에 대한 관심도는 [그림 2-59]과 같이 콘텐츠 시청 전(47.7%) 보다 시청 후(89.2%)로 대폭 상승(약 41%)한 것으로 나타났으며, 이용 의향도도 92.3%에서 93.8%로 소폭 상승한 것으로 나타났다. 이용자에게 UHD 콘텐츠를 경험하게 해주는 것은 UHDTV 및 UHD 방송 서비스에 대한 인식에 긍정적인 영향을 줄 수 있는 것으로 보인다. [그림 2-59] UHD 관심도 및 이용의향도(비교)

127 라. 기타 정책에 관한 의견(콘텐츠 시청 후) UHD 산업활성화를 위한 정부지원은 약 90%의 응답자가 필요하다고 나타났으며, 중점 추진 과제로는 'UHD 콘텐츠 활성화'(49.2%)와 원천기술 확보 (35.4%)를 꼽았다. [그림 2-60] UHD 산업활성화를 위한 정책 UHD 산업이 본인에게 미치는 영향력과 관련하여서는 매우 영향을 미칠것이라는 응답은 12.3%, 어느 정도 영향을 미칠것이다라는 응답은 70.8%로 전반적으로 80% 이상이 UHD 산업이 영향력이 있다고 생각하고 있는 것으로 나타났으며, UHD 산업이 관련 실감미디어 산업의 발전에 3년 이내 (43.1%) 에 기여할 것이라는 의견이 가장 많았다. [그림 2-61] UHD 산업의 파급효과

128 [그림 2-62] UHD 산업이 관련 산업발전에 기여하는 기간 3. 분석결과의 요약 및 활용방안 28) 본 조사는 이용자들이 실제 UHD 서비스를 경험하고 시연 시청 이전과 이후로 나누어 설문을 진행하여 시장에서의 UHDTV 서비스에 대한 수요를 예측하는 데에 도움이 되고자 실시되었다. 조사 결과, 이용자들의 전반적인 TV 시청행태는 이용시간, 목적, 주시청 콘텐츠가 기존 조사들과 유사하게 나타났다. TV구매 시 결정 요인으로 중요한 요인은 제조사 및 브랜드에 대한 신뢰였으며 신기술이 적용여부도 29%로 매우 높은 수준을 차지하였다. 저렴한 가격에 대한 선호는 1.5%로 매우 낮게 나타났다. TV 구매의향 가격대도 100~200만원대가 47.7%, 200~300만원대가 35.4%로 높았으며 100만원 이하에 대한 선호는 4.6%에 지나지 않았다. 크기에 대한 선호도 마찬가지로 40인치 미만에 대한 선호는 7.7%에 불과하였다. 이러한 조사 결과는 시연 시청 이전의 응답에서 나온 것으로 이미 방송의 디지털 전환이 진전되고 TV 가격이 급속히 하락함에 따라 대형TV에 대한 선호가 높아지며 가격에 둔감 해지는 현상으로 볼 수 있으나, 본 조사의 표본이 수도권 거주 65명에 불과하다는 점을 고려할 때 전체 TV 수신가구의 성향으로 일반화하기 위해서는 추가조사를 통한 확인 작업이 필요할 것으로 보인다. 28) 자문 : ETRI 창의미래연구소 산업전략연구부 김성민 선임연구원

129 UHDTV에 대한 인지도는 83.1% 실험방송에 대한 인지도는 66.1%로 높게 나타났다. 또한 이용 의향에 대해서도 이용 의향이 없다는 응답자는 7.7%에 불과하였다. UHDTV 시연 이후의 만족도는 86.2%로 높게 나타났으며 콘텐츠 시청 전에 비해 관심도와 이용 의향이 더 높아 졌다. 3D 방송의 경우 서비스 이용 후 신기하고 호기심을 자극하기는 하였으나 생리적 불편 함으로 인해 호감도 및 구매 의향이 아주 높아지지는 않았으나, UHD의 경우 이러한 생리적 불편함 없이 현장감과 사실감이 높은 화질을 경험할 수 있으므로 시연 이후의 만족도는 매우 높아졌다. 이로 비추어 볼 때 UHD서비스가 확산되고 서비스에 대한 경험이 증가할 수록 UHD서비스에 대한 호감도 및 이용 의향은 높아질 수 있을 것으로 전망된다. 또한 본 조사 결과 TV 구매시 가격보다는 브랜드와 새로운 기술 적용, 대화면 제품을 선호하는 성향을 보여 메이저 제조사들의 UHDTV의 가격대가 200만원 가량으로 하락할 경우 시장 에서의 확산은 매우 빠른 속도로 진행될 수 있을 것으로 보인다. 그러나 본 조사의 한계, 즉 한정된 표본사이즈와 준비된 콘텐츠 시연에서 나온 결론이므로 충분한 표본을 대상으로 한 체계적인 조사를 통해 일반화할 수 있는 결론을 얻어야 할 것 이다. 또한 서비스의 활성화를 위해서는 이용자들이 선호하는 콘텐츠, 즉 스포츠, 영화, 다큐 등에 대한 양질의 UHD콘텐츠 확보가 필요할 것이다

130 제3장 UHD 실감미디어 방송 서비스 방안 제 1 절 UHD 실감미디어 방송 방안 마련을 위한 연구반 운영 1. 개요 UHD 방송 산업 종합적인 기술 로드맵을 마련하기 위하여 관련 산학연 전문가들로 구성된 차세대 방송기술 협의회 를 운영하였다. 지상파 및 유료방송사, 가전사, 콘텐츠 제작사, 학계 및 관련 기관의 전문 위원이 참여하였다. 협의회 산하에 미디어 콘텐츠, 지상파, 케이블, 위성 방송분과 등 4개의 실무 분과를 함께 운영하여 효율적인 방안 마련하고자 하였다. [그림 3-1] 차세대 방송기술 협의회 구성 주) 차세대 방송기술 협의회는 공동의장 미래창조과학부 전파정책관, 광운대학교 유지상 교수 등 위원 25명으로 구성, 4개의 실무분과에는 77명의 실무 TF위원으로 구성하였다. 차세대 방송 도입으로 시청자에 대한 편익과 시장 환경을 고려하여 방송 산업 생태계 활성화를 위한 전략 수립을 목표로 하였으며, 기술적 가능성 뿐만 아니라 사업적 타당성, 경제적 파급효과 등을 종합적으로 검토하기 위해 노력하였다

131 2. 추진협의회 운영 차세대 방송기술 협의회 Kick off 회의를 개최하여 차세대 방송기술 발전전략 작성방안 및 전체 생태계 육성차원에서의 전략수립의 필요성에 대해 논의 하였다. 각 실무 분과별 1차 회의를 개최하여 실감미디어포럼에서 작성한 UHDTV 산업 육성 및 서비스 활성화 기획보고서를 검토하였다. 29) 또한, 분과별 의견취합 및 발전전략의 주요 추 진내용 등을 선정하였다. 각 실무 분과별 2차 회의에서는 각 사별 추진 계획 발표 및 세부 실천 과제 발굴 등을 통해 초안을 마련하였다. 초안을 바탕으로 실무 워크숍을 개최하여 실무 위원 56명이 참석한 가운데 차세대 방송기술 발전전략 의 매체별 추진 로드맵 및 세부 추진 과제를 구체화 하였다. 이 결과를 차세대 방송 활성화 정책 수립의 참고자료로 미래창조과학부에 제출하였다. 차세대 방송기술 협의회 2차 회의를 개최하여 작성된 '차세대 방송 발전전략(UHD를 중심 으로) 내용을 검토 및 논의하였다. 추후 추진과제에 대한 세부 시행계획을 마련하기로 하였다. 차세대 방송기술 협의회 외에도 UHD 방송발전 연구반, 매체별 도입여건 검토반 등을 구성 및 운영을 통해 지속적으로 실감미디어 방송 마련을 위한 연구를 진행하였다. 차세대 방송기술 발전전략 의 자세한 내용은 제2절 UHDTV 방송 매체별 추진 로드맵에서 살펴보도록 하자. 29) 실감미디어포럼에서는 신규사업 추진 TFT 구성 및 운영( 12년 11월)을 통해 UHDTV 산 업 생태계에 대한 R&D 로드맵, 환경 구축, 시범 서비스 등의 산업 및 서비스 육성 전략 마 련을 위한 기획보고서를 작성하였다. 실감미디어포럼 ETRI 김진웅 부장 등 13명 위원 작성

132 제 2절 UHDTV 방송 매체별 추진로드맵 마련 1. 차세대 방송기술 발전전략(안) 차세대 방송 발전방안 모색을 위해 구성된 차세대 방송기술 협의회 에서 각계 의견을 기초로 하여 UHD 방송 산업 활성화 추진방안인 차세대 방송기술 발전전략 을 마련하였다. 주요내용 으로는 추진배경, 현황 및 시사점, 비전 및 목표, 6개의 추진과제 등으로 구성 되어있다. [그림 3-2] 차세대 방송기술 협의회의 차세대 방송기술 발전전략(안) 주) 차세대 방송기술 협의회에서 작성한 차세대 방송기술 발전전략(안) 을 관련 정책 수립 등의 기초자료로 활용할 것을 제안. 미래창조과학부에 제출함 가. 추진배경 추진배경으로는 UHD 방송시장 주도권 확보 경쟁심화, UHD 방송 산업 파급효과 등의 내용을 중심으로 작성하였다. 미국은 미래 방송서비스가 가능한 ATSC 3.0(차세대 지상파 표준)을 개발 하고 있으며, 유럽은 2012년 하반기부터 4K UHDTV 표준 제정을 위한 논의를 본격화하고 있다. 일본은 2002년 월드컵 이후 한국에 잃은 TV 산업의 주도권을 다시 확보하고자 UHD 콘텐츠

133 확보, 디바이스 개발 등을 적극 추진하고 있다. 일본 총무성에서는 2013년 6월 11일, 4K/8K(슈퍼하이비전) 등을 중심으로한 방송 로드맵을 발표하였으며, NHK를 비롯해 방송국, 가전업체, 통신사, 광고대행사 등 21개사가 참여하는 일반사단법인 형태의 차세대 방송추진 포럼(NexTV-F) 을 설립하고 차세대 방송 서비스에 관련된 기술 사양의 검토 및 평가 실용화를 위한 실증 실험방송의 실시 및 UHD 콘텐츠 확보, 이용 촉진을 위한 홍보 활동 등을 추진한다. 특히, UHD 콘텐츠 공급 및 유통 환경 구축을 위해 노력하겠다고 하였다. 또한, SONY는 55인치, 65인치 보급형 UHDTV를 선제 적으로 출시하여 본격적인 시장선점에 돌입하였다. UHD 방송 산업은 콘텐츠 제작에서 수신, 소비에 이르는 전 과정을 구성하는 장비, 기기, SW 및 부품을 포괄하는 동시에 관련 콘텐츠 및 서비스까지를 포함한다. UHD 미디어 서비스는 영상 획득 장치, 신호처리 부품, 초소형 초경량 대용량 초고속 저장장치, 디스플레이에 이르는 전방 위적 파급효과를 가지며, 내수 및 수출시장도 매우 커 폭발적 잠재수요를 가지고 있다. [그림 3-3] UHDTV 방송 관련 산업 이를 배경으로 Device(TV)산업의 기존 우위를 지키고, 콘텐츠와 방송장비 및 응용분야에서 관련 중소기업 양성하고자 UHD를 중심으로 차세대 방송기술 발전전략 수립 등을 통해 관련 서비스 및 표준화 일정 등을 구체화하고 적극적인 연구 개발 추진 등이 필요하다. 나. 현황 및 시사점

134 세계시장 동향 및 UHD 방송 진행상황 등을 기술하였다. 콘텐츠 분야에서는 미국(헐리우드)를 중심으로 4K 디지털 시네마가 보급되고 제작 및 상영이 확대되고 있다. 방송플랫폼 분야에서는 12년부터 일본 장비업체(SONY, Canon 등)을 중심으로 4K 카메라가 본격 출시되는 등 UHD 방송에 맞춘 상용화 방송장비가 점차 출시되고 있다. 디스플레이 분야 관련 CES 2013에서 국내외 가전업계에서 UHDTV 제품을 전시 30) 하였으 며, 4K UHD 디스플레이 산업이 주목을 받기 시작하였다. 또한, 대형 디스플레이 분야 외, 모 바일 및 테블릿 분야도 수년 내에 일반화 될 것이라고 전망되었다. 국내외 UHDTV 시장 형성은 초기 단계이나, 4K UHDTV의 보급 확산에 힘입어 세계 시장은 20년 235억불 규모의 시장으로 급성장할 전망이며, 국내 시장은 13년 100억원 규모 에서 20년 6,053억원 규모로 연평균 87%로 성장할 전망이다. [그림 3-4] 세계 UHDTV 시장 전망 세계시장전망 ETRI 산업전략연구부 ('13. 6월 ) (억불) 년 14년 15년 16년 17년 18년 19년 20년 세계시장 국내업체매출 [그림 3-5] 국내 UHDTV 시장 전망 30) CES2013에서 삼성전자는 110인치 세계 최대 4K 모니터, LG전자는 84인치, 65인치, 55 인치 등 다양한 UHDTV 라인업을 전시하였으며, 파나소닉은 20인치 4K 태블릿 PC를 발표하였다

135 세계 UHD 방송 진행상황으로는 일본, 미국, 유럽 등을 중심으로 관련 표준 및 실험 시범 방송 등을 정리하였다. [그림 3-6] 세계 UHD 방송 진행상황 13.5월 UHD 컨소시엄 구축 14.7월 위성 시범방송 14.하반기 케이블 시범방송 16년 8K 위성 시범방송 18년까지 표준화 지속추진 13년 케이블 지상파 실험방송 15년 위성방송 상용화 15년 ATSC 3.0 표준완료 예정 (독일) 12.12월 위성 실험방송 (프랑스) 13.1월 위성 실험방송 (스페인) 13.2월 지상파 실험방송 14년 영상신호 표준 제정(50p) 16년 영상신호 표준 제정(100p) 주요 시사점은 다음과 같다. 1) UHD 조기 상용화를 통한 세계시장 선도(First Mover) 전략 필요 미국 일본 유럽 등 주요 선진국보다 빠른 UHD 조기 상용화를 달성하여, 콘텐츠 및 디바이스 등 UHD 관련 시장에서 경쟁우위 확보가 필요하며, 특히, 원천기술 확보 통한 국제표준주도, UHD 콘텐츠 세계 시장 진출 촉진이 필요하다. 2) 서비스 대중화 방안 필요 UHDTV의 본격적인 보급( 14년)에 맞추어 UHD 서비스 제공체계 구축이 필요하고, 서비스

136 구현이 용이한 매체부터 가능한 빠른 시기에 서비스 제공이 필요하다. 또한, 브라질월드컵 ( 14년 6월), 인천아시안게임( 14년 9월) 등 이벤트와 연계하여 홍보 강화도 필요하다. 3) C P N D 전 분야를 아우르는 종합적인 산업 진흥책 필요 HD 방송 활성화 및 3D 비활성화 사례에 비추어 UHD 방송 활성화를 위해서는 콘텐츠의 원활한 공급이 필수적이며, 이를 위해 콘텐츠 제작을 위한 자금지원, 장비임대 등 지원책 제공이 필요하다. 디지털 방송 산업은 DTV, 셋톱박스 등 방송수신기 산업 위주로 성장하였다. 시스템과 단말로 나누었을 경우, 국내 방송 산업의 생산 규모는 디바이스가 98%, 시스템(제작 중계 송출 송신 등) 2%로 고부가가치 시스템 산업의 경쟁력이 매우 취약하다. 따라서 새로운 UHD 시스템 시장이 생성 될 것으로 예상됨에 따라 이에 대한 적극 진입이 필요하다. HDTV 시대에 DTV 및 디스플레이 산업이 급성장하여 세계 1위의 기술력과 시장 점유 율을 지니는데 새로운 기술을 통한 시장 선점이 큰 역할을 담당하였다. 이후, 기술 개발에 대한 투자를 소홀히 할 경우에 국내 디지털 방송 관련 기술경쟁력의 퇴보와 기술종속이 우려된다. 아울러, 기술개발에는 많은 비용과 긴 기간이 소요되기 때문에 민간보다는 정부가 주도하여 육성하는 것이 바람직하다. 31) 디지털 방송 및 미디어 산업 분야의 성장 동력을 유지하기 위해 HDTV 이후의 차세대 방송 및 미디어 기술 개발의 조기 추진이 필요하다. 이를 위한 미디어 산업 생태계에 대한 로드맵, 환경 구축, 시범 서비스 실시 등의 산업 및 서비스 육성 전략 마련이 시급하다. 차세대 방송기술 발전전략(안)의 비전 및 목표, 전략, 추진과제, 기대효과는 [그림 3-7] 와 같다. 중점추진과제는 <표 3-1>와 같으며 각 추진과제별 주요 내용은 추후 자세히 다 루도록 하자. 31) 민간 기업에서 독자적으로 추진하기에는 어려움이 있으며, 기술개발을 시작하서 표준화, 본 방송에 이르기까지 10년 이상의 긴 기간이 소요. HDTV의 경우 1990년 초반에 기술 개발을 시작하여, 2002년 시험방송이 실시되었음. UHDTV는 현재 관련 규격이나 관련 기술개발이 세계적으로 초기단계에 있어 관련 기술개발을 통한 세계시장 조기선점이 가능

137 [그림 3-7] 차세대 방송(UHD)기술 발전전략(안) <표 3-1> 차세대 방송기술 발전전략(안) 중점추진과제 구 분 내 용 1 조기상용화 추진 방송로드맵 수립 및 시행, 법령 제도 조기정비 2 원천기술 확보 핵심기술개발, 국제표준 연계 3 UHD 서비스 확산 UHD 방송 접근성 강화, 이벤트 연계 서비스 확산 4 상용서비스모델 구축 유료, 지상파 방송 서비스 5 UHD 콘텐츠 활성화 콘텐츠 제작여건 조성, 중소콘텐츠 업체 지원 6 연관산업 육성 방송장비 고도화, 응용 신규 서비스

138 2. 매체별 UHDTV 방송 추진 로드맵 차세대 방송기술 발전전략 첫 번째 중점추진과제로는 실험 시범방송 등을 통한 조기 상용화 추진 이었다. 방송 매체별 도입 여건 등을 고려하여 지상파, 케이블, 위성 매체별 UHDTV 방송로드맵 을 마련하였다. 케이블은 14년 셋톱박스 내장형 TV를 이용한 상용방송 추진, 15년 셋톱박스를 활용한 상용화 추진을 목표로 하였으며, 위성은 14년부터 상용위성을 활용하여 실험 및 시범방송을 개시하고 15년 상용화를 목표로 하였다. 지상파의 경우에는 15년도까지 신규 가용주파수 확보여부와 관련하여 일정 조정 검토가 필요하겠지만 15년까지 실험 및 시범방송을 실 시하고 15년 4분기 상용화를 추진하고자 하였다. [그림 3-8] 매체별 UHDTV 방송 로드맵 1) 케이블 방송 케이블 방송의 경우 현재의 변조 방식으로 기존 전송망을 통해 대용량, 고화질 콘텐츠를 전송할 수 있다. 하지만, 케이블 UHD 서비스 도입을 위해서는 별도의 전용 주파수 확보가

139 필요하며, 이를 위해서는 현재 아날로그 및 디지털 방송, VOD, 초고속 인터넷, 인터넷 전화 서비스를 제공하기 위해 포화상태인 주파수의 재배치를 통한 일부 서비스 축소가 불가피하다. 13년 1월부터 CJ 헬로비전 4K 실험방송을 시작, 14년 2분기부터 시범방송을 추진하고 14년 3분기 STB 내장형 TV, 15년 3분기 HW STB를 이용하여 4K 상용화를 추진하고자 한다. 32) 또한, 콘텐츠 확보를 위해 UHD 전용 PP를 선정하고 공동 콘텐츠 수급을 추진하고자 한다. 33) UHD 서비스 조기 상용화 및 활성화를 위해서는 실시간 인코더, 셋톱박스용 칩셋의 상용화가 필요하며, 전송을 위한 HEVC(H.265) 실시간 인코더 연구 개발 등이 필요하다. [그림 3-9] 케이블 UHDTV 방송 로드맵 32) 실험방송 : 자체 테스트베드 및 방송사별 특정 지역 대상으로 실시, 시범방송: 상용화 준비단계로 특정 가입자 대상 서비스 실시, 상용화 : 일반 가입자 대상 전국서비스 실시 33) 케이블 방송사는 4K 콘텐츠 제작/수급을 위해 향후 4년간 약 370억원의 투자를 검토하고 있음

140 2) 위성 방송 위성 방송은 위성 매체 특유의 광대역성, 전국적인 동시 서비스 가능 등의 특성을 가지고 있다. 국내 위성방송은 무궁화 6호 위성의 12GHz의 위성방송용 주파수를 별도로 이용하고 있으며, 현재 방송에 사용하고 있는 전송방식을 그대로 이용하여 UHD 방송을 제공할 수 있다. 하지만, 현재 가용할 수 있는 위성 주파수를 SD 및 HD 가입자를 위한 SD와 HD 채널로의 이원송출에 사용하고 있어 UHD 방송을 위해서는 UHD 위성 중계기 확보 방안 마련이 필요하다. 14년 2분기 까지 실험방송망(천리안 위성 및 무궁화 6호 위성 활용)을 확대하고, 14년 3분기 무궁화 6호 위성을 이용한 1개 UHD 전용채널 시범방송 실시, 15년 UHD 전용 상품 출시 및 단계적으로 UHD 전용채널을 확대 하는 등 상용화를 목표로 한다. 위성 UHD 방송을 위해서는 실시간을 지원하는 H.265 부호기, 수신칩 및 인터페이스 장비 등이 필요하다. [그림 3-10] 위성 UHDTV 방송 로드맵

141 3) 지상파 방송 지상파 방송은 무료 공공서비스의 특성으로 차세대 방송(UHD 방송) 접근에 따른 제약을 최소화하여 보편적으로 서비스를 제공할 수 있다. 하지만, UHD 방송 서비스를 도입을 위해서는 UHD 방송용 채널확보, 전송방식에 대한 연구가 필요하다. 12년 10월부터 KBS의 4K UHDTV 실험방송을 시작으로 전송방식 선정에 필요한 실험 방송을 수시 추진하고자 한다. 또한, KBS의 경우 14년 인천아시안 게임, ITU 전권회의 등의 이벤트와 연계하여 실험중계를 계획하고 있다. 15년 시범방송을 시작하고 15년 4분기 본 방송 실시를 목표로 하고 있다. 지상파 UHD 방송의 경우 국내외 표준화 동향(전송기술, 포맷 등)과 정부의 차세대 방송 추진계획 등 관련 여건에 따라 진입 시기 등이 탄력적으로 적용이 필요할 것이다. [그림 3-11] 지상파 UHDTV 방송 로드맵

142 3. 중점 추진과제 1) 실험 시범방송을 통한 조기상용화 추진 앞서 제시한 매체별 추진로드맵과 관련하여 UHD 실험 채널 지원 및 기술기준 개정 등을 통해 상용화 여건 조성이 필요할 것이다. 콘텐츠 편성(국내제작 애니메이션 수입 영화 등)의 자율성 증대를 통해 한시적인 UHD 실험채널 구성 지원이 필요하며, 무선설비 규칙(지상파 위성) 및 유선방송국 설비 등에 관한 기술기준(케이블) 등 관련 고시 조기 개정 추진이 필요하다. 2) 원천 기술 확보 산학연이 참여하여 UHD 기술 고도화 계획을 수립하고 <표?-?> 와 같이 미래 UHD 핵심 기술 개발 추진이 필요하며, 국내 UHD 방송 서비스 분야별 표준안 마련 및 방송방식 국제 표준화에 적극 대응이 필요할 것이다. 실험 시범방송 추진실적을 활용하여 국내 표준을 국제 표준에 반영하는 등의 한국 표준의 국제 표준화 노력을 기울어야 할 것이다. 또한, 이와 연계된 표준 필수 특허 확보 전략 등을 수립하고 핵심 원천 특허, 표준필수 특허 출원 및 등록을 강화하여야 할 것이다. <표 3-2> UHD 분야별 핵심 후보기술 분 야 주요내용 핵심 후보기술 영상 및 음향 취득 기술, UHD 실시간 영상처리 및 저장 편집기술, 촬상소자 제작 프로그램 저장 및 편집 기술 렌즈기술, 마이크로폰 어레이 기술 등 HEVC 기반 고효율 고압축 비디오 부호화 기술, UHD 오디오/비디오 부호화 부호화 UHD 오디오/비디오 다중화 기술, HD-4K-8K 계층별 기술, UHD 미디어 다중화 기술 부호화, 단일스트림화 전송 매체별 대용량 데이터 전송 기술 고성능 오류정정기술, 고차변복조, 채널결합, 고효율 계층 변복조 기술, MIMO 등 <표 3-3> 국제 표준 선도를 위한 노력 국내 표준화 케이블 4K UHD 송수신 정합규격( 13) 위성 4K UHD 송수신 정합규격( 13) 지상파 4K UHD 송수신 정합규격( 15) 국제 표준화 ATSC 등 표준화 기구와 협력 추진 ATSC 3.0('15년 완료예정)에 기술 반영

143 3) UHD 서비스 확산 글로벌 UHDTV 시장 추세에 따라 UHDTV 가격 하락이 예상되고 이에 따른 UHDTV 보유 가구수 증가가 기대된다. 이에 시청자의 UHD 방송 접근성 강화를 위해 플랫폼 네트 워크 고도화가 필요하다. 지상파의 경우 새로운 방송표준에 따른 시설 구축이 필요하며, 케이블 위성은 관련 시설구축, 신규 셋톱박스(차세대 STB 등), 기존 주파수 대역 효율화가 필요하다. 또한, 시장 초기 콘텐츠 제작지원으로 양질의 콘텐츠 제공이 필요할 것이다. [그림 3-12] UHDTV 가격 변화 전망 '14년 국제적인 이벤트(브라질 월드컵, 인천 아시안게임 등)을 통한 UHD 방송 및 UHDTV 방송 홍보가 필요할 것이다. 브라질 월드컵 실험방송의 경우 SBS와 협조, 인천 아시안게임 실험방송의 경우 KBS 및 MBC와 협조를 통해 추진 할 수 있을 것이다. 일본의 경우도 14년 7월 브라질 월드컵 위성 시범방송을 통하여 홍보 강화 계획을 가지고 있다. 16년 브라질 올림픽에는 본격적인 붐 조성을 위해 UHD 방송이 추진되어야 할 것이다. 4) 상용서비스 모델 구축 유료방송 서비스의 경우 14년 3분기 셋톱박스 내장형 TV를 활용한 케이블 방송 상용화를 추진하고, 15년 1분기 셋톱박스를 활용한 위성 케이블 방송 상용화를 추진하고자 한다. UHD 실험채널을 통해 24시간 다양한 형태(드라마, 영화, 스포츠 등)의 콘텐츠를 송출하거나 4K 디지털 시네마를 활용하여 UHD 영화서비스를 제공하는 등 VoD 서비스 제공이 가능

144 할 것이다. 유료방송 UHD 콘텐츠 확보를 위해 UHD 콘텐츠 제작지원 사업(정부/민간)에 참여하거나 중소PP, 유료방송사업자 등이 참여하는 UHD 콘텐츠 제작 컨소시엄을 구축할 수 있을 것이다. 지상파 방송의 경우 15년 4분기 34) 에 수도권 지상파 상용방송을 추진하고 콘텐츠 수급과 TV 보급 추이에 따라 권역별 지상파 방송 확대 일정을 검토할 수 있을 것이다. 또한, 공시청 설비 개선 등을 통해 UHD 방송 유효수신 범위를 확대 구축하고 실내 안테나 구매 여건 등을 조성하여 서비스 제공 범위를 확대할 수 있을 것이다. 또한, 시청자 편익 증진을 위해 방송과 연관된 부가정보 동시 제공 등의 부가서비스 도입을 위한 연구가 필요할 것이다. 5) UHD 콘텐츠 활성화 UHD 콘텐츠 활성화를 위해 콘텐츠 제작여건 조성, 중소 콘텐츠 업체 지원이 필요하다. 최적의 UHD 방송 기술 기준 제정을 위해 색재현, 프레임률, 압축률 등의 테스트가 가능한 다양한 장르의 콘텐츠를 제작하여 송출 실험 평가를 실시하고 최적 송수신 정합 규격을 도출하여 이를 향후 콘텐츠 제작에 활용할 수 있을 것이다. 또한, 콘텐츠 제작을 위한 장비임대 및 제작비 지원도 필요할 것이다. 13년에 완공되는 디지털 방송 콘텐츠 지원센터 등을 활용하여 고가 장비를 저비용 임대하는 것과 프로그램 제작 지원 사업 등을 통한 UHD 콘텐츠 제작비용 지원도 좋은 방안이 될 것이다. 사업자 측면으로 유료방송사업자가 MPP 및 중소 PP의 콘텐츠 제작을 지원하고 유료 방송 망으로 공급하는 협력 모델 발굴 및 보급 등을 통해 제작활성화에 기여할 수 있을 것이다. 중소콘텐츠 업체를 지원하기 위해서는 방송사업자, 가전사 등이 공동 투자를 하고 콘텐츠 제작업체(중소 PP, 외주제작사 등)가 참여하는 UHD 콘텐츠 제작 컨소시엄 구축 및 운영이 필요하다. 상대적으로 UHD 제작경험이 있는 전문가 집단을 구성하여 중소 콘텐츠 업체에 종사하는 인력에게 단계별 교육을 통한 실무 중심교육을 실시, 현장 실습 전문가 특강 등을 통해 UHD 장비운용 및 제작기술 전수가 필요할 것이다. 6) 방송장비 등 연관 산업 육성 34) 지상파 방송서비스 제공일정은 채널재배치 유휴 대역 용도결정과 연계

145 R&D와 연계하여 미래 UHD 핵심기술 개발을 추진해야 한다. 핵심 요소기술 별 선택과 집중을 통한 선도가능 분야를 개척할 수 있을 것이다. 실험방송 및 시범방송 및 상용화 로드맵과 연계하여 매체별 전송기술 연구와 동시에 장비 개발을 진행하고, 원천기술 획득 시 세계시장을 선도할 수 있을 것이다. [그림 3 13] 핵심요소기술별 R&D 분야 주) 요소기술별로 정부/민간, 장기/단기를 구분하여 정부/단기 과제에 집중 또한, UHD 기술을 방송 분야 뿐만 아니라 교육, 의료, 쇼핑, 대형 스크린을 활용한 옥외 광고, 실감영상 회의 등의 다양한 분야로 응용 확산하는 방안 연구 등을 통해 관련 산업간 시너지 유도 및 신규 수익모델 창출 기반을 확대할 수 있을 것이다. [그림 3 14] UHD 기술 응용분야 응용SW개발 지원 실감 재택 근무 실시간 원격 교육 테스트베드 지원 신생 벤처기업 촉진 실감 인터넷 쇼핑 실시간 원격 수술

146 제3절 DTV 호환 UHDTV 서비스를 위한 고려사항 1. 개념 및 정의 본 절에서는 4K UHDTV 서비스를 위한 시나리오를 기술하고, 정의된 시나리오에 대한 신호 규격 및 고려사항 등을 제시하고자 한다. 특히, 지상파 4K UHDTV 서비스 시나리오를 분류하고, DTV 호환을 고려한 UHDTV 서비스 시나리오에 대해 고려사항과 역호환성 지원 가능성에 대해서 기술하고자 한다. 우선적으로 DTV 호환 UHDTV 서비스에 대한 기본 개념 및 정의에 대해 살펴보고자 한다. 가. 지상파 DTV와의 역호환성의 의미 지상파 DTV와의 역호환성은 1개의 6MHz 대역(기존 DTV 채널 대역폭)에 DTV와 UHDTV 서비스가 동시에 이루어질 때의 환경에서 다음과 같이 정의할 수 있다. 기존 DTV 수상기에서는 UHDTV 프로그램이 감지되지 않거나 감지되더라도 이에 의해 DTV 기능에 이상이 발생하지 않아야 한다. 통상적으로 기존의 서비스를 발전시키거나 대체하기 위한 새로운 서비스를 도입할 경우, 기존 수신기 또는 표준에 대한 별도의 수정 없이 두 서비스가 공존해야 한다. 예를 들면 새로운 서비스와 기존의 서비스가 동일한 물리계층(8-VSB)과 전송 계층(MPEG-2 TS)을 사용하고, 콘텐츠 코덱과 같은 응용계층은 다른 방식(MPEG-2, MPEG-4, HEVC 등)을 적용하여도 상호 서비스에 영향을 주지 않는 경우를 말한다. 즉, 지상파 DTV 와의 역호환성을 지원하는 UHDTV 서비스는 기존의 DTV MPEG-2 TS에 MPEG-2 콘텐츠와 4K UHDTV 콘텐츠를 모두 다중화하여 기존의 수신기는 MPEG-2 DTV를 시청하고 UHDTV는 MPEG-2 콘텐츠와 4K UHDTV 콘텐츠를 모두 시청할 수 있는 방식을 말한다. 기존의 사례로는 서비스 호환방식의 3DTV 방송서비스, 지상파 다채널 서비스(MMS) 등이 있다. 지상파 DTV와의 역호환성을 지원하는 UHDTV 서비스는 UHDTV 서비스를 위한 별도의 전용 주파수를 사용하지 않을 뿐만 아니라 기존 DTV 서비스를 그대로 유지할 수 있기 때문에, 주파수 사용의 최소화를 통해 주파수 사용의 기회비용을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 별도 주파수 사용에 따른 방송제작, 송출, 및 수신에 이르는 방송 서비스 투자 비용을 최소화

147 할 수 있고, 시청자 입장에서는 주파수 효율을 극대화하면서 보다 많은 서비스를 동시에 제공받을 수 있는 장점을 가질 수 있으므로 이에 대한 기술적 타당성에 대한 연구가 필요하 다. 나. DTV와 역호환성이 보장된 방송 서비스 사례 1 : 3DTV DTV 서비스와의 호환성을 보장하면서 3DTV 서비스를 지원하기 위한 방안으로 ATSC 1.0 시스템에서 두 개의 MPEG-2 TS 스트림을 사용하여 좌영상과 우영상을 전송하는 듀얼 스트림(Dual stream) 기술이 개발되고 국제표준(ATSC)으로 지정되었다. 35) [그림 3-15] 듀얼스트림 방식의 고화질 3DTV 실험방송 전송 개념도 자료: 이광순, 정광희, 정원식, 허남호, 표경수, 듀얼스트림 방식에 기반한 고화질 3DTV 실험방송 시스템 개발, 2011 듀얼스트림 방식의 3DTV 방송의 경우 기존 DTV 서비스와 공존하기 위해서 종래의 35) 국내에서 개발되어진 방송 송수신 기술이 미국서 국제표준으로 최초로 채택된 사례이며, 지상파 3DTV 방송 송수신 표준 ( ,TTA제정)은 기존 지상파 DTV 방송 서비스와 호환성을 유지하며 3DTV 방송 서비스를 제공할 수 있다. 2012년 1월 ATSC에 정식으로 제출되었으며, 2013년 1월 반영되어 채택되었다. ATSC Standard A/104:2012 3D-TV Terrestrial Broadcasting (Part2: Service-Compatible Hybrid Coding 방식)