“8K TV vs 4K TV” 실제 사용자 테스트로 확인한 약간의 차이

필자는 오래 전부터 8K 디스플레이의 가치는 화소수 증가에 있지 않다고 주장했다. 사람이 일반적인 시청 거리에서 비디오 화면에서 판별할 수 있는 해상도에는 한계가 있으며, 그 한계를 넘어 화소 밀도를 높여봐야 아무런 이득이 없다.

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그렇다면 그 한계치는 정확히 어떻게 될까? 더 구체적으로, 8K 디스플레이는 정상적인 시청 조건 및 환경에서 4K와 비교했을 때 ‘디테일’ 인식 측면에서 이점이 있을까? 워너 브라더스는 최근 픽사, 아마존 프라임 비디오, LG, ASC(American Society of Cinematographers)와 협력해 잘 고안된 이중맹검 조사(Double-blind study)를 통해 이 문제를 다루었다. 다양한 콘텐츠에서 사람들이 4K와 8K의 차이를 분별할 수 있는지 알아본 것이다.

4K는 3840×2160 해상도, 8K는 7680×4320 해상도를 의미한다. 잘 알려져 있는 것처럼, 이런 정의는 사실 잘못되었다. 기술적으로 정확히 정의하면, 4K는 4096×2160, 8K는 8192×4320 해상도를 가리켜야 한다. 그러나 가전산업은 TV 해상도에 앞서 설명한 정의를 적용해 사용하고 있기 때문에, 여기에서도 이 정의를 사용한다.

콘텐츠 선택 및 준비

총 7개의 네이티브 8K 클립을 준비했다. 길이는 10초이며, 압축되지 않은 동영상 클립이다. 2개 클립은 워너 브라더스 영화 덩케르크(Dunkirk) 클립이다. 70mm 필름을 8K 스캔한 것으로 각각 인물 클로즈업과 해변을 광각 촬영한 장면으로 구성되어 있다. 또한, 픽사의 애니메이션 브레이브(Brave)와 벅스 라이프(A Bug’s Life)를 8K 동영상 클립으로 렌더링해 사용했다. 아마존 라이브 액션 시리즈인 더 틱(The Tick)의 동영상 클립 2개를 사용했다. 레드 디지털 시네마 카메라를 이용해 8K로 촬영한 동굴 장면, 우주선 장면을 담은 클립이다. 그리고 스테이시 스피어스(Stacey Spears)의 자연을 담은 동영상 클립 한 개를 사용했다.

7개 클립 모두 네이티브 HDR이며, HDR10으로 인코딩했다. <그림 1>은 각 클립의 HDR10 관련 통계 수치들이다.

그림 1. 모든 동영상 클립은 HDR 10으로 인코딩했다. 이 표는 각 클립의 MaxFALL(Maximum Frame Average Light Level)과 MaxCLL(Maximum Content Light Level)을 표시했다. ⓒ Warner Bros.

그리고 업계에서 표준처럼 사용하는 후반 작업 소프트웨어인 누크(Nuke)를 사용해 해상도를 4K로 낮췄다. 그런 다음, 누크 큐빅 필터를 사용해 4K 클립을 다시 8K 해상도로 높였다. 기본적으로 각 픽셀을 4차례 중복시켜 약간의 ‘스무딩(Smoothing)’ 처리를 한 것이다. 즉, 최종 결과물은 8K ‘컨테이너’ 안에 든 4K 클립이다.

4K 클립을 다시 8K로 높인 이유는 무엇일까? 나중에 더 자세히 설명하겠지만, 임의의 방식으로 동일한 8K 디스플레이에서 두 버전의 동영상 클립을 재생해 조사를 해야 했기 때문이다. HDMI 지연 문제를 없앤 상태에서, 또는 디스플레이가 잠시 입력 신호의 해상도를 표시하지 않도록 만들면서 각 클립의 4K 및 8K 버전을 원활하게 재생하기 위해서는 두 버전이 디스플레이에는 8K로 ‘보이도록’ 만들어야 한다.

테스트 장비와 절차

모든 클립을 재생하는데 사용한 디스플레이는 필자가 리뷰를 했던 LG 88Z9 88인치 8K OLED TV였다. 모든 클립을 윈도우 PC에 로딩했다. 인텔 18코어 i9 CPU, SSD RAID 스토리지, 엔비디아 1080Ti GPU를 탑재한 PC이다. 블랙매직(BlackMagi) 8K 프로 비디오 인터페이스의 12G SDI 링크를 통해, 출력이 HDMI 2.0인 4개의 AJA Hi5-12G SDI-HDMI 컨버터로 비디오를 전송했다. 4개 컨버터는 애스트로디자인(Astrodesign) SD-7075로 HDMI 2.0을 전송했다. 여기에서 단일 HDMI 2.1 비트스트림으로 변환해서 TV로 전송했다.

그림 2. 재생 시스템은 비압축 8K 동영상 처리를 위해 일부 육중한 하드웨어가 필요하다. ⓒ Warner Bros.

그리고 비압축 파일을 초당 24프레임 프로그레시브(24p)의 DPX 프로페셔널 포맷으로 전송했다. BT.2020 색 영역과 PQ EOTF(Electro-Optical Transfer Function)을 사용하는 BT.2100에서 10비트 정도로 인코딩했다. 이는 HDR10 표준에 해당된다. 이들 파일에 대한 파일 읽기 속도가 지속적으로 3GB 이상이 되어야 한다(초당 3기가바이트). 아주 강력한 하드웨어 시스템이 필요했던 이유이다.

총 139명이 3일 동안 실시된 조사에 참여했다. 약 30분 동안의 각 조사 세션에 참여한 참여자는 5명이었다. 2명은 스크린에서 약 1.5m 떨어진 앞줄에, 3명은 스크린에서 약 2.7m 떨어진 뒷줄에 앉았다. 스크린에서 약 2m에 해당하는 거리는 스크린 높이의 2배에 해당된다. 국제전기통신연합(ITU)에 따르면, 2m는 스크린 크기에 상관없이 가정에서의 평균적인 시청 거리이다.

각 세션에서 각 클립의 4K 및 8K 버전을 3가지 순서로 재생했다. 그러나 각 동영상 클립의 시퀀스를 즉시 제시하지는 않았다. 2번은 4K와 8K 버전에 임의로 ‘A’와 ‘B’라는 라벨을 붙여 A-B-A-B식으로 번갈아 2차례 재생을 했다. 그리고 참여자들에게 점수표에 점수를 부여하도록 만들었다(그림 3 참조). 세 번째에는 4K 버전을 4차례 연속 재생했다. 그렇지만 참여자들에게는 A와 B라는 라벨을 번갈아 보여줬다. 이후 참여자들이 점수를 부여하도록 했다. 더 견고한 통계치를 보장하기 위한 통제군을 제공했다.

그림 3. 참여자는 동영상을 시청한 후 점수를 매겼다. A나 B가 얼마나 나은지를 평가했다. ⓒ Warner Bros.

각 세션 동안, 참여자들은 특정 순서로 클립을 시청했고, 다른 순서로 다른 클립을 시청했다. 이런 식으로, 임의로 21번의 시퀀스가 제시될 때까지 조사를 했다. 동일한 클립을 그 즉시 2번 연속 재생해 보여준 경우는 없다.

시력 측정

테스트를 시작하기 전 참여자들의 시력을 조사했다. ‘디테일’을 식별할 능력이 없다면 조사 결과가 무의미해지기 때문이다. 검안소에서 사용하는 스넬렌(Snellen) 시력표를 사용해 표준 시력 검사를 실시했다.

시력 표시 방법 중 하나는 ‘20/X’ 식으로 2개 숫자를 나열하는 방식이다. 20/20이 보통 시력으로 간주된다. 즉 20/20의 시력을 가진 사람은 6m 거리에서 보통(정상) 시력을 가진 사람과 동일한 수준으로 ‘디테일’을 식별할 수 있다. 20/200의 시력은 20피트 거리에서 디테일을 식별할 수 있는 능력이 보통 시력을 가진 사람이 60m 거리에서 식별할 수 있는 능력과 같다는 의미이다. 즉 시력이 좋지 않다는 이야기이다. 반대로 20/10은 20피트 거리에서 디테일을 식별할 수 있는 능력이 보통 시력을 가진 사람이 3m 거리에서 식별할 수 있는 능력과 같다는 의미이다. 즉 보통 사람보다 시력이 좋다는 이야기이다.

이번 조사에 참여한 참여자 절반 이상이 20/20 이상의 시력을 갖고 있었다(그림 4 참조). 27%는 시력이 20/20을 넘었으며, 34%는 20/20이었다. 20/20 미만인 비율은 39%였지만, 절대다수는 20/25나 20/30이었다.

그림 4. 참여자 61%는 시력이 20/20 이상이었다. ⓒ Warner Bros.

테스트 결과 : 아주 약간의 차이

점수를 몇 가지 방식으로 표로 만들었다. 평균적인 결과를 설명하면, 8K 클립이 4K 클립보다 ‘아주 조금 더 나은(Marginally slightly better)’ 것으로 평가되었다(그림 5 참조). 평균값이 0.252 이하였다. ‘조금 더 나은(Slightly better)’ 값의 1/4에 해당하는 값이다. 그림 5는 20/20 이상의 시력을 가진 참여자들을 대상으로 했을 때의 평균적인 결과이다. 평균값을 봤을 때, 일부 클립은 8K에 조금 높은 점수가 부여되었지만, 그렇지 않은 클립들도 있다.

그림 5. 모든 결과치 평균에서 8K 버전이 4K 버전보다 아주 조금 더 나은 것으로 나타났다. 시력에 따른 차이도 크지 않았다. ⓒ Warner Bros.

앞 자리에 앉은 20/10 시력을 가진 참여자들의 평균 결과를 보면(그림 6 참조), 벅스 라이프와 스테이스 스피어의 자연 경관 동영상 8K 버전의 점수가 꽤 높았다. 정확히 ‘조금 나은’에 해당하는 값이었다. 하지만 다른 클립들의 차이는 크지 않았다. 이 집단의 결과가 특히 강조되었는데, 그 이유는 더 기술적이고 정확한 시력 한계 표현에 따르면, 이 거리에서 88인치 스크린의 8K 해상도를 완전히 분별할 수 있었기 때문이다.

그림 6. 앞쪽에 앉은 시력이 좋은 참여자는 몇몇 동영상에서 8K 버전의 손을 들어주었지만, 차이는 “조금 나은” 정도에 그쳤다. ⓒ Warner Bros.

‘조금 더 나은’, ‘더 나은’, ‘훨씬 더 나은(Much better)’을 ‘더 나은’에 해당하는 점수로 통합을 했다. 연구 보고서 저자 중 한 명인 워너 브라더스의 마이클 징크 기술 담당 VP는 “미묘한 차이를 제거하는 데 목적이 있었다. 지각의 차이 측면에서, 특정인에게 ‘조금 더 나은’이 다른 사람들에게는 ‘훨씬 더 나은’이 될 수도 있다. 우리는 기본적으로 사람들이 부여한 ‘동일함’이라는 점수와 ‘더 나은’이라는 점수 사이에 차이가 있는지 확인하고 싶었다”라고 설명했다. <그림 7>의 오른쪽에 그 결과가 설명되어 있다.

그림 7. 색상으로 구분한 점수 분포표와 더 나은 결과를 하나로 합친 점수. ⓒ Warner Bros.

<그림 7>의 왼쪽에 설명되어 있는 조사 데이터도 흥미롭다. 이는 ‘4K 영상이 8K보다 우수’, ‘둘이 동일’, ‘8K 영상이 4K보다 우수’라는 대답의 분포도이다. 흥미롭게도 스테이스 스피어의 자연 경관 동영상의 점수 분포도는 다른 클립과 차이가 있다. 4K 버전보다 8K 버전을 높게 평가한 점수가 훨씬 더 많다.

4K 버전이 8K 버전보다 더 낫다고 대답한 경우도 놀랄 만큼 많았다. 이에 대해 마이클 징크에게 이유를 묻자, “4K가 8K보다 낫다고 대답한 사람들이 많은 이유는 차이를 분별하지 못해 추측을 했기 때문이다”라고 대답했다. 더 흥미로운 부분은 클립 7(자연 경관 동영상)을 제외한 모든 클립에서 대부분의 사람들이 4K와 8K가 동일하다고 대답한 것이다. 두 번째로 많은 대답은 ‘8K가 4K보다 우수’라는 대답이었다. 클립 7의 경우는 달랐다. 대부분이 ‘8K가 4K보다 우수’라는 대답을 선택했다. 흥미로운 부분이다.

결론 : 차이를 느끼는 시력과 거리도 중요

징크와 동료 연구원들은 이러한 결과에 대한 결론 몇 가지를 제시했다. 첫째, 일반적인 시청 환경 아래 4K의 공간 해상도를 8K로 높여도 시각적인 측면에서 큰 향상으로 이어지지 않는다. 또한 콘텐츠에 따라 지각적인 차이가 조금 달라진다. 스테이스 스피어의 자연 경관 동영상은 다른 동영상 클립보다 ‘8K가 우수’라는 대답이 많았는데, 고주파’ 디테일이 많은 것이 이유일 수 있다.

더 중요하게, 시력과 시청 거리가 지각적인 차이에 영향을 준다. 이와 관련, 앞 줄에 앉은 20/10 시력의 참여자들은 벅스 라이프와 자연 경관 동영상 클립의 8K 버전에 다른 클립보다 훨씬 더 높은 점수를 부여했다. 부수적으로 ITU가 시청 거리에 20/10이나 20/15 시력을 포함시키는 방향으로 권고사항을 수정할 필요가 있다는 결론을 내렸다.

이 조사가 다루지 않은 부분이 한 가지 존재한다. 디스플레이 기술이 8K 분별 능력에 영향을 미치는지 여부에 대한 조사이다. 디스플레이가 OLED가 아닌 8K LCD TV였다면 결과가 다르게 나왔을까? 필자는 다르지 않을 것으로 추정한다. 그러나 이를 객관적으로 판단할 별개 조사가 필요하다.

이번 조사는 ‘디테일’ 인지 및 지각 측면에서 8K는 4K보다 아주 조금 더 나을 뿐이라는 주장을 뒷받침한다. 스크린에서 꽤 가까운 거리에서 시청하고, 시력이 좋을 때에만 분별이 가능하다. 나머지 경우에는 4K도 대부분의 소비자들에게는 꽤 비슷한 수준의 ‘디테일’을 제공한다. 그렇지만, TV제조업체들은 계속 8K TV를 만들 것으로 확신한다. 또 4K에서 그랬던 것처럼 중간 가격대 모델에도 8K를 도입할 것이다. 하지만 가까운 장래에는 스튜디오들이 8K 네이티브 콘텐츠를 많이 만들 것으로 판단하지 않는다. 따라서 8K TV의 저 해상도 영상 업스케일 성능이 중요할 것이다. 그리고 이것이 다음 연구의 주제가 될 수도 있다. editor@itworld.co.kr

Scott Wilkinson editor@itworld.co.kr
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