좀더 좋은 화질 구현하기 혹은 왜 모니터에서 가로줄무늬가 보이나?

Progressive Scan & De-Interlacing

글 : 박진홍 (홈시어터 가이더 park@dvdprime.com)

DVD와 HD 방송에 대한 관심이 높아지면서 각종 AV 관련 기기에 ‘프로그레시브 스캔 지원’이란 문구를 많이 접하게 됩니다. 카탈로그에 포함하여 자랑하는 걸 보면 뭔가 좋은 기능 같기는 한데 도대체 어떤 기능이기에 호들갑을 떠는지 궁금하지 않을 수 없습니다.

영화 필름의 한 장면은 수많은 점들로 이루어져 있으며 이러한 하나의 점을 화소(Picture Element)또는 픽셀(Pixel)이라고 합니다. 영화에서는 이런 1장의 사진을 1프레임(Frame)이라고 하며 1초에 24프레임을 연속적으로 전송하여 동영상을 표현하고 있습니다.

TV나 PC 모니터에서 재생하기 위해서는 모든 화소들을 전기 신호로 변환, 케이블을 통해서 전송해야하며 이때 그림의 화소들을 순차적으로 훑어 나가면서 전기적인 영상신호를 만들어 내는 일련의 작업하게 되는데 이를 주사 (Scanning)라고 합니다.

순차 주사 (Progressive Scan)
주사에는 좌측에서 우측으로 주사하는 수평 주사와 위에서 아래로 주사하는 수직 주사가 있습니다. 한 장면을 주사할 때 최상단의 화소 좌측에서 최하단의 화소 우측끝까지 순차적으로 주사해 나가는 것을 순차 주사, 즉 프로그레시브 스캔이라고 합니다.

순차 주사의 대표적인 예는 PC 모니터가 되겠습니다. 그런데 그 원인이 어떻든 간에 TV 방송 시스템에서는 1초에 30프레임을 투영해야합니다. 게다가 기술 개발 초기에는 그림의 최상단 좌측에서 최하단 우측가지 주사하는데 많은 시간이 소요되고 주사 속도가 느리면 재생시 화면이 흔들리거나 깜박거리는 소위 '깜박임(Flicker)' 현상이 나타났습니다. (물론, 최근에는 고속의 주사 주파수로 이런 단점을 제거한 순차 주사가 실용화되었으며, PC 모니터, HDTV시스템 고해상도의 TV카메라, 디지털 카메라 등에 이용되고 있습니다.)

비월 주사 (Interlaced Scan)
TV에서 이와 같은 순차 주사의 단점을 극복하기 위해서 고안된 것이 비월주사(Interlacing Scan)입니다. 비월 주사는 최상단의 화소열을 주사한뒤 다음 단의 화소열을 건너뛰고 그 다음 단의 화소열을 주사합니다. 이렇게 홀수의 단들을 수직 주사한 뒤에 얻어지는 영상을 필드(Field)라고 하며 이어서 짝수의 단들을 차례로 수직 주사해서 2차 필드를 얻어냅니다.

<프레임(Frame)과 홀수열로 구성된 필드(Field), 짝수열로 구성된 필드>

TV 재생은 30프레임인데 이와 같은 방식 즉, 짝수열, 홀수열을 번갈아 주사하게 되면 30프레임의 두 배인 60 프레임, 더 정확히 표현하면 60 필드를 얻는 효과가 있습니다.

비월주사는 사람의 눈에 잔상이 남는 착시현상을 이용한 것인데 위와 같이 해상도가 반으로 줄어들지만 눈으로 느끼지는 못합니다. 또, 형광등의 깜박임을 대부분의 사람들이 느끼지 못하듯이 60 프레임 정도가 되면 화면의 깜박임도 거의 구별할 수 없습니다.

디인터레이싱(De-Interlacing)
하지만, 비월주사 역시 단점을 가지고 있습니다. 하나의 프레임을 둘로 나누어 재생하므로 단순히 생각해 보아도 해상도가 반으로 줄어들게 되어 고밀도의 영상을 재생하기에는 한계가 있습니다. 이렇게 해상도가 낮아진 화면을 다시 되돌리는 방법은 없을까요? DVD에서 인터레이스 소스를 다시 프로그레시브 스캔 방식으로 재생하는 것을 디인터레이싱이라고 합니다.

홈시어터의 주인공인 DVD는 TV와 PC 모두에서 재생 가능합니다. 하지만, DVD는 PC 모니터 같은 프로그레시브 스캔이 가능한 디스플레이 기기보다는 기존의 TV에서 화질을 최적화하는 것이 주요 목적입니다. 따라서, DVD는 프로그레시브가 아닌 인터레이스 방식으로 인코딩되어 있습니다.

2:3 풀다운 (Pull-Down)
그런데 다음과 같은 문제가 있습니다. 영화는 1초당 24 프레임으로 재생되지만 TV는 1초당 60 필드(30 프레임)으로 재생됩니다. 그래서 필름 소스를 TV에서 재생하기 위해서는 프레임이 변경이 필요한데, 이를 2:3 풀다운이라고 합니다.

원리는 그림과 같습니다. 첫 번째 프레임을 2개로 나누고 두 번째 프레임은 3개로 나눕니다. 즉, 필름의 4개 프레임이 TV에서는 5개 프레임으로 변경되는 것입니다. 그런데 이 문제는 생각만큼 간단하지는 않습니다. 프레임을 필드로 나누고 합쳐지는 과정에서 다소 복잡한 문제가 발생합니다. 하여튼, 이런식으로 24개 프레임을 계산하면, 12×2 + 12×3 = 60, 즉 60개의 필드가 산출되는데 TV에서 60Hz(정확히 말해 59.94Hz)로 재생됩니다.

텔레시네 (Telecine)
위 작업은 필름을 녹화 테이프, 정확히 말해 디지베타(DigiBeta)라는 테이프에 녹화하는 과정에서 이루어집니다. 왜 디지베타가 필요한가 하면, 영상을 필름에서 DVD로 직접 옮기기 위해서는 2:3풀다운을 거치지 않으면 안되기 때문입니다. 영화 필름 - 녹화 테이프(디지베타) - DVD 순으로 영상이 이동됩니다. [참고 : 우리나라는 녹화 테이프를 소니에서 개발한 디지베타를 주로 사용하지만, 미국에서는 파나소닉사의 D1 혹은 D2 방식의 녹화 테이프를 사용합니다.] 바로 이 작업을 텔레시네라고 부르며 DVD 영상의 색감과 품질을 좌우하는 중요한 작업이 됩니다. 이 작업에서 영상의 색감을 조정하고 재생 영역도 선택할 수 있습니다.

인버스 텔레시네 (Inverse Telecine)
위 그림을 면밀히 살펴보면 한 가지 재미있는 점을 살펴볼 수 있습니다. 인터레이스 방식으로 재생될 때 필드 하나가 반복되는 경우에는 중간 중간에 보입니다. 예들 들어, 인터레이스에서 B1/B2/B1으로 재생되는 필드에서 앞에 불필요한 B1를 떼어내고 B1/B2로 재생하는 것을 인버스 텔레시네라고 합니다.  

어떤 DVD플레이어가 ‘3:2 풀다운 복원을 통한 프로그레시브 재생이 가능하다‘고 홍보를 하는 것은 바로 플레이어에 내장된 디코딩칩이 인버스 텔레시네를 수행한다는 것과 같은 의미로 볼 수 있습니다. 따라서, DVD플레이어에서 프로그레시브 스캔의 성능은 이런 작업을 얼마나 빠르고 정확하게 해내는 칩을 가지고 있느냐에 달려 있다고 하겠습니다.

프로그레시브의 종류, Weave와 BOB
그런데 프로그레시브 스캔은 반드시 인버스 텔레시네에만 의존하지는 않습니다. 필름 소스가 아닌 NTSC 소스, 즉 태생이 24프레임이 아닌 30프레임이라면 위와 같은 작업이 불필요한 것은 물론이려니와 영상 출력에 있어 에러까지 유발하기 때문입니다.

여기까지 설명을 들어도 머리가 지끈지끈할텐데, 이에 더해 인터레이스 재생과 각 필드 간의 상관 관계, 또 NTSC 방식의 TV에서의 프로그레시브와 PC 모니터 상에서의 프로그레시브 간의 차이점 등을 모두 설명하면 '내가 왜 이 글을 읽고 있어야 하지?'하는 생각이 들지도 모르겠습니다. 그래서 모두 건너 뛰고 PC에서 항상 문제가 되는 Weave와 BOB에 대해서만 간략하게 설명하고 마치도록 하겠습니다.

Weave
아주 간단하게 말해 홀수열과 짝수열로 분리된 필드를 그대로 다시 합치는 방식을 말합니다. 원본이 영화 필름과 같은 프로그레시브 소스를 복원하는데 사용됩니다.

BOB
하지만, 필름이 아닌 방송용 카메라로 촬영된 소스일 경우에는 Weave를 통해 화면이 제대로 복원되지 않습니다. 이런 문제점을 해결하기 위해서 고안한 방법이 BOB 방식으로 각 필드의 화면을 수직으로 2배로 확대한 후 (Line Doubling) 그대로 재생합니다. 이렇게 되면 화면 사이사이에 보이는 투명한 가로줄이 나타나는 현상은 피할 수 있지만, 엄밀히 말해 수직해상도가 반으로 줄어들게 되는데, 그 차이가 해상도가 낮은 일반 TV에서는 미세하기 때문에 '그럭저럭' 감상하는데 무리가 없으며, PC 모니터에서도 눈에 거슬릴 정도의 화질 저하는 없습니다.

왜 Weave와 BOB을 구별해야 하는가? 이 문제는 PC에서 PowerDVD나 WinDVD와 같은 소프트 플레이어를 통해 PC 모니터에서 영화를 감상할 때 발생하는 문제입니다. 일반적으로 각 소프트 플레이어의 비디오 재생 기본 모드는 ‘Auto'로 설정되어 있는데, 재생하는 소스가 필름인지 아니면 비디오 소스인지를 자동으로 판단하여 Weave 또는 BOB으로 재생을 하게 됩니다. DVD타이틀 자체에 소스의 종류를 알려주는 일종의 ’표식‘이 인코딩되어 있기 때문에 일반적인 DVD타이틀에서는 전혀 문제가 발생하지 않습니다.

하지만, 몇몇 DVD타이틀은 NTSC 비디오 소스인데도 불구하고 필름 소스인 것처럼 인코딩이 되어 있습니다. 이런 경우에는 ‘Auto'로 설정되어 있으면 아래와 같은 현상이 목격됩니다.

이런 현상은 영화와 같은 필름 소스에서는 발생하지 않으며, 대부분 애니메이션 DVD나 뮤직 DVD 혹은 드라마 DVD에서 집중적으로 발생합니다. 이 문제는 비디오 재생 모드를 ‘BOB'으로 변경하면 손쉽게 해결되며 비월주사로 재생되는 일반 TV에서는 전혀 문제되지 않습니다. PC 모니터에서 이런 현상을 목격한다면 비디오 재생 모드를 ’Auto'에서 ‘BOB'으로 전환해 주시기 바랍니다.