자료 제공: HDBaseT

서론

이제 대세는 이미 4K의 초고화질 TV이다. 기존보다 무려 4 배의 픽셀을 제공하는 4K는 특히 소비자 시장에서 아직 경험하지 못한 선명도, 해상도 그리고 자연스러운 화면을 제공한다.

물론 다른 모든 기술에서처럼 이 역시 선결 과제를 동반하기는 한다.  전문가 및 블로거들은 카메라, 프로젝터에서 디스플레이에 이르기까지 4K로 가능한 제품들이 부족한 현실을 감안할 때 아직 시기상조라는 의견을 보이기도 한다.

실제로 4K로 가능한 제품들이 나온다 하더라도 높은 가격은 대중화의 걸림돌이다. 또한 4K는 디스플레이 제품의 제조가 우선인지 콘텐트 제작이 우선인지에 따라 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐는 수수께끼 식 문제도 안고 있다.

아직 4K 콘텐트가 충분치 못하지만 실제로 4k 디스플레이는 표준 HD 콘텐트를 보다 잘 볼수 있도록 한다. 그러나 더 중요한 것은 연결하는 문제이다.

4K 비디오는 비압축 포맷으로 제공되어야 하지만 이를 위해 기존 HD 보다 큰 대역폭을 필요로 하므로 완전히 새로운 차원의 연결을 제공해야 하는 과제를 안고 있다. 높은 전자파 간섭 및 잡음 방지를 위해 거리 측면에서도 제한이 따른다.  그러한 대역폭 요건과 잡음 허용오차 역시 고품질과 초고가의 케이블링 솔루션을 요구하기도 한다.

본 화이트 페이퍼는 이러한 이슈를 검토한 후 어떻게 HDBaseT 표준이 이 연결 이슈에 대한 최적의 솔루션을 제공하는 지를 보여주고자 한다.

4K 해상도

4K라 불리는 초고화질 해상도는 화면 픽셀 량을 네 배로 늘려 놀라운 선명성, 미세한 디테일링 및 텍스처 뿐 아니라 기존의 HD 대비 4배에 달하는 영상 해상도를 약속하며 시장에 출현했다.

4K는 다행히도 속임수 특성(gimmicky aspect)이 없어서 분명히 설득력을 얻고 있다. 게다가 이 기술들은 경쟁 관계라기 보다는 상호 보완 관계에 있으므로 뛰어난 해상도가 실제로 3D 효과도 향상시킨다.

상업적으로 볼 때에도 영화관 및 헐리우드가 그 기술의 파워를 일찍 인지함에 따라 4K로의 진화는 사실 탄탄대로에 있는 셈이다.

소비자 시장에서 볼 때 4K 콘텐트는 아직 많지 않은 게 사실이지만 이제 점점 더 지배력을 갖기 시작했다. 디스플레이 제조업체는 2012년에 이미 상당한 가격대의 대화면(84인치 이상)으로 4K TV 도입을 시작했다.

▲ 표1. 다른 포맷들의 그래프 비교

가격 및 화면 크기가 점점 낮아짐에 따라 경쟁력을 얻기 시작한 이 제품들은 이미 가전에서 실질적인 선택 사항이 되고 있다.  4K 해상도의 혜택은 소형 화면에 별로 효과가 없게 되므로 거의 55인치 이상의 제품에 적용되어 시장에 도입될 것이다.

2013년 8월에 발표된 ABI Research의 보고서에 따르면 4K TV 가격의 감소는 4K 보급률을 가속화할 전망이다.

이 보고서는 단기적으로 아태지역이 시장 성장을 견인하지만 2018년에 이르러 북미지역의 경우 전체 TV 보유 대수의 10%가 넘을 것으로 예측한다. 4K는 8백만 픽셀의 해상도- 풀 HD 두 개의 높이와 두 개의 길이에 해당-를 지원한다. ¹

▲ 그림 1. 디스플레이 해상도 비교

4K 디스플레이의 영상 품질은 놀랍다. 이는 마치 과거 4:3 표준 화질 TV에서 16:9 HDTV로의 전환만큼이나 다르다. 또한 이러한 품질은 화면 크기가 증가한다고 떨어지지도 않는데 이는 특히 대형 상용 디지털 사이니지 프로젝트에 매우 중요한 요소이다.  4K는 매우 큰 화면의 비디오 프로젝터에 적용할 경우 1080p 보다 훨씬 상세하고 픽셀 구분이 눈에 띄지 않는 영상을 제공한다.

TV 디스플레이 뿐 아니라 그래픽 디자이너 및 홈 유저용 사진에서도 게임, 인터넷 탐색, 멀티플레이어 게임에 보다 높은 해상도가 필요함에 따라 디지털 시네마, TV와 상용 애플리케이션이 4K의 가장 큰 시장만은 아니게 되었다. 예상한 바와 같이 4K는 대역폭 사용 측면에서 수요가 매우 높은데 애플리케이션과 관계없이 4K 해상도를 적절히 제공하기 위해서는 그에 적합한 인프라가 필요하다.

4K의 이면

기존의 디스플레이 조건하에 4K를 제공하는 데에는 높은 대역폭으로 장거리 전송, 설치의 복잡성, 높은 케이블링 비용 그리고 신호 완전성과 같은 네 가지 해결 과제가 동반된다.

대역폭: 풀 HD는 초당 5 Gbit 이하를 요구하지만 4K 비디오는 매우 낮은 latency의 높은 영상 품질을 보장하기 위해 비압축 상태로 제공되어야 하므로 4K 요건이 초당 10 Gbit로 급상승한다. 이는 기존 케이블링 옵션이 1m 이상의 거리에서 4K 신호를 제공할 수 없음을 의미한다. 즉, 대부분의 상용 프로젝트 및 일부 소비 가전 애플리케이션에서는 비현실적인 상황인 것이다.

복잡성: 이는 4K에 국한되지 않는 전체 HD TV의 이슈이지만, 케이블을 filed terminate하는 문제가 있다. 이러한 termination 처리는 프로젝트 복잡성을 증대하고 설치 비용을 영향을 주는 중요한 요소이다. termination처리 없이는 설치 작업전에 꼼짝없이 케이블 길이를 우선 요건으로 고려해야 한다. 어떠한 실수라도 비용 증가, 지연 확대 현상을 초래할 수 있기 때문이다.

비용: 비용 이슈에는 두 가지 요소가 있다. 첫째, 복잡도가 늘어남에 따라 각 프로젝트에서 인력으로 처리해야 할 시간도 증가하게 된다. 둘째, 4K가 성능을 보장하기 위해 고급 케이블을 요구함에 따라 케이블링 비용 자체도 모든 경우의 설치 비용 증가를 초래한다는 것이다.

신호 완전성: 거리 및 잡음 간섭의 증가가 실제 신호 전송을 어렵게 할 만큼 신호 품질을 크게 위협할 수 있으므로 높은 대역폭 요건으로 인한 신호 완전성은 4K 연결성의 중요한 이슈이다.

HDBaseT 기술로 4K 구현

4K 비디오를 높은 신뢰도로 제공하는 데에 가장 효과적인 원가절감 형의 간단한 전송 인프라는 트위스티드 동 케이블에 적용되는 HDBase™기술이다.

HDBaseT는 비압축 HD 멀티미디어 콘텐트의 주거용 및 상업용 배포를 위한 연결 표준이다. HDBaseT 기술의 근간은 5Play™ - 단일 LAN 케이블을 통해 비압축 풀 HD 디지털 비디오, 오디오, 100BaseT 이더넷, 파워 오버 케이블, 다양한 제어 신호를 제어하는 기능-이다. 

▲ 그림 2. HDBaseT 상의 5play

이는 소비자의 입장에서 파워 플러그의 위치에 국한되지 않고 가정에서 하나의 케이블로 모든 장치를 연결할 수 있음을 의미한다. 공항 터미널 전역의 디지털 사이니지 네트워크와 같은 상용 프로젝트의 경우, 단일 CAT 케이블을 활용하면 시간과 돈을 절약할 수 있다.

영국의 시장 조사 기관인 Futuresource Consulting의 최근 보고서는 벤더들이 틈새 시장과 Rental 시장을 목표로 60인치 급 이상의 4K 패널을 론칭함에 따라 HDBaseT의 4K 호환성이 평판 디스플레이로 기술 통합을 촉진한다고 발표한 바 있다.

Futuresource는 또한 소비 가전용 TV 시장의 발전으로 인해 벤더들이 메인스트림 40인치와 55인치 화면에 4K 솔루션을 제공함에 따라 2015년부터 제조업체들이 4K의 상용화에 박차를 가할 것으로 예측했다.

한편 최근에 발표된 HDBaseT Spec 2.0은 4K 시장을 지원하는 기술에 USB 지원(무 letency 및 KVM), 광 연결(대역폭 및 거리 증가에 적용), 멀티포인트 연결성(예를 들어, 디지털 사이니지 애플리케이션에서 비디오의 데이지 체인 제공 또는 주거용에 비디오의 분산 멀티스크린 제공)을 추가했다.  Spec 2.0은 신호의 HDBaseT-패킷화를 제공한다(T-Packets² ).

HDBaseT 2.0 스위치를 이용하면 HDBaseT 패킷이 스위칭되어 네이티브 인터페이스로의 재 변환이 최종 장치에서 단 한번만 수행된다. 이러한 단일 스위칭 기능과 불필요한 네이티브 신호 터미네이션 결여의 결합은 HDBaseT 스위치의 비용을 줄일 뿐 아니라 기능 구현도 단순화한다.

▲ 그림 3. HDBaseT 네트워크상의 T-패킷 스위칭

이에 따라 제조업체는 1세대 HDBaseT 제품에 필요했던 다수의 인터페이스 및 변환용 부품들을 제거할 수 있다. 그 결과는 보다 작고 보다 우아하면서도 보다 저렴한 스위치이다.

그러한 HDBaseT 2.0 스위치는 4K 비디오, 오디오 및 USB와 같이 시간 및 대기에 민감한 애플리케이션 제공에 이상적이어서 설치 및 부품 수의 측면에서 경제적인 가격에 모든 필요한 서비스를 제공한다. 또한 4K 비디오는 HD보다 매우 높은 사양을 필요로 하므로 4K 연결성과 관련된 가장 중요한 이슈는 신호 완전성(integrity)이다.

설치 인프라가 4K용으로 늘어난 대역폭을 지원하지 않을 경우 이미지 지터는 신호 손실이 너무 커서 시스템이 작동하지 않을 정도로까지 시스템을 크게 악화시킬 것이다.

▲ 그림 4. 신호 완전성 – HDBaseT 가 채택되지 않은 경우

지터는 신호의 변조에 의해 또는 전자기 간섭에 의해 초래되는데 신호 이동 거리가 늘어날 수록 악화된다. 아래의 다이어그램은 어떻게 신호 저하 현상이 깨끗하고 맑은 신호를 가지는 기존의 ‘아이(eye)’ 형상을 없애는지를 보여준다. 이 경우, 높은 대역폭 및 긴 거리로 인해 지터가 늘어남에 따라 '눈' 사실상 감기게 된다.

▲ 그림 5. 신호 완전성 - HDBaseT가 채택된 경우

HDBaseT는 100m/328ft 에서의 신호 완전성을 해치지 않고도 필요한 대역폭 관련 이슈를 해결해 준다. 아래의 다이어그램은 높은 대역폭 및 거리 지원에도 불구하고 신호가 전자기 간섭 및 지터로부터 자유로워짐에 따라 '아이(eye)'이 다시 회복되는 것을 보여준다.

결론

HDBaseT는 설치 과정을 보다 간단하고 보다 원가절감 형으로 제공하므로 4K 디스플레이에 4K 콘텐트를 제공하기 위한 고유 표준으로 자리잡았다. 위에서 주요 과제를 재정리하면 다음과 같다.

높은 대역폭: HDBaseT는 100m/328ft 범위에서 초당 10 Gbit의 비압축 4K 비디오를 제공한다
복잡성: HDBaseT는 간단한 유비쿼터스 LAN 케이블(Cat5e/6)상에서 4K를 제공한다. 이처럼 간단하고, 유연한 Field Terminal형 케이블은 설치 복잡성뿐 아니라 비용도 낮춰준다.
비용: LAN 케이블은 저렴하고 설치가 쉬우므로 비용을 크게 낮춘다. 거리가 추가되어도 리피터 및 익스텐더가 필요 없으므로 비용이 더욱 낮아진다.
신호 완전성: HDBaseT은 잡음 및 지터를 제거하여 신호 완전성을 보호하여 4K 해상도에 적합하도록 보다 깨끗한 영상을 제공한다.

HDBaseT 기술은 4K의 원가절감 형, 고 신뢰도의 간단한 구현을 위한 최적의 방법으로 초고화질 비디오를 가능케 하는 미래형 포맷이다.

¹4K Ultra High Definition은 디지털 시네마 표준으로 정의되었으며 소비자 포맷은 3,840 X 2,160이다.

² IP 패킷과 혼동해서는 안된다. HDBaseT 기술은 간단한 이더넷(LAN) 케이블을 활용하지만 IP 패킷을 전송하지 않으며 표준 HDBaseT 패킷(T-패킷)을 전송한다.

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