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디지털 TV 화질, HDMI 2.1 지원 여부가 결정한다고?- 48Gbps 대역폭 지원하는 HDMI 2.1, 고화질 및 고음질 위한 필수 인터페이스로 떠올라
이준문 기자  |  jun@newstap.co.kr
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승인 2021.08.10  19:35:51
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“순간의 선택이 10년을 좌우합니다”

LG전자가 금성사 시절 컬러TV를 출시하며 부르짖던 광고 문구이다. 40년이 지난 지금까지 회자될 정도로 기억 속에 남아 있는 명카피이다. 당시에는 제품의 내구성이 그만큼 뛰어나다는 것을 강조해 주목을 받았다. 그러나 하루가 멀다 하고 수많은 제품들이 쏟아지는 요즘은 어떤 제품을 선택하느냐에 따라 만족도가 달라진다는 것을 강조하기 위해 사용되곤 한다.

이제는 가전제품이 고장 나 버리고, 바꾸고, 새로 구입하는 경우는 많지 않다. 대부분 기능이나 성능이 뒤쳐져서, 또는 유행이 지나서 교체하는 게 대부분이다. 그러니 꼼꼼하게 따져보지 않고 덥석 구매했다가 후회하는 일을 간혹 겪게 된다. 값비싼 수업료(?)를 치른 셈이다. 특히 기술이 빠르게 업그레이드되는 요즘은 어제 산 제품이 하루 아침에 구형으로 전락하는 일도 있다.

TV를 구매할 때도 마찬가지이다. 그렇지 않아도 코로나19로 집안에서 보내는 시간이 부쩍 늘어난 요즘은 TV가 답답한 숨통을 터 줄 친구이기 때문에 더욱 세심하게 골라야 한다. 10년까지는 아니더라도 제품에 따라 더욱 오래 만족하면서 쓸 수 있기 때문이다. 화면 크기, 화질, 패널 타입 등 살펴봐야 할 것이 많지만 최근 TV 시장에서 자주 오르내리는 게 있으니 바로 ‘HDMI 2.1’이다. 국내 TV 시장을 주도하고 있는 삼성, LG 등 대기업 TV를 보면 HDMI 2.1 포트를 단 TV를 심심치 않게 볼 수 있다. 최신 제품이다 보니 가격도 만만치 않지만 주변 조언을 들으면 이왕 살 거 HDMI 2.1을 쓴 TV를 고르라 한다. 당장 화질을 보면 별 차이가 없는데 말이다. 무슨 이유일까?

   
▲ HDMI 2.1 규격을 충족하는 HDMI 케이블 / 출처 : www.hdmi.org

48Gbps… 기존보다 대역폭 2.5배 이상 향상된 ‘HDMI 2.1’
‘HDMI’는 비디오 및 오디오 전송을 위한 인터페이스 규격이다. 2002년 HDMI 1.0이 탄생한 이후 지속적으로 업그레이드되었으며, 지금 이야기하고자 하는 HDMI 2.1까지 표준이 공개된 상태다. TV 뒤쪽을 보면 3~4개의 HDMI 포트가 있으며, 여기에 셋톱박스, 플레이스테이션이나 XBOX와 같은 콘솔게임기, 또는 크롬캐스트와 같은 스트리밍 장치를 연결한다. 요즘은 안테나로 수신하는 지상파 방송보다 인터넷으로 스트리밍되는 영상을 주로 보다 보니 TV에서 HDMI가 차지하는 역할은 매우 크다. HDMI는 PC 환경에서 모니터를 연결하기 위한 인터페이스로도 쓰인다.

HDMI는 버전에 따라 성능 차이가 난다. 현재 UHD(4k) TV에서 주로 쓰는 HDMI 버전은 2.0이다. HDMI 2.0의 최대 전송 대역폭은 18Gbps이다. HDMI 2.1은 48Gbps로 HDMI 2.0보다 2.5배 이상 넓다. 대역폭은 도로의 차선과 같다. 차선이 많은 도로일수록 한 번에 많은 차가 도로를 이용할 수 있다. HDMI 대역폭도 마찬가지이다. 대역폭이 넓으면 그만큼 많은 양의 비디오 신호와 오디오 신호가 지나갈 수 있다. 이 얘기는 결국 해상도 및 주사율과도 연관이 있다. 해상도, 주사율이 높다는 것은 한 번에 전송해야 할 영상신호의 양이 많다는 얘기이며, 많은 대역폭을 필요로 한다는 뜻이다.

   
▲ HDMI 버전에 따른 대역폭 / 출처 : www.hdmi.org

18Gbps 대역폭을 지닌 HDMI 2.0는 4k 해상도에서 60Hz가 구현할 수 있는 최대 해상도 및 주사율이다. 이보다 대역폭이 넓은 HDMI 2.1(48Gbps)은 10k 해상도에서 120Hz까지 비디오 신호를 전송할 수 있다. 4k 해상도라면 240Hz까지 전송이 가능하다. 더 높은 해상도에서 더 높은 주사율로 영상을 볼 수 있으니 HDMI 2.1 인터페이스가 탑재된 TV라면 기존 TV보다 뛰어난 영상을 즐길 수 있다. 최신 콘솔게임기인 플레이스테이션5와 Xbox 시리즈 X의 경우 4k@120Hz를 지원하니 고해상도에서도 매우 부드러운 영상으로 게임을 즐길 수 있다. 하지만 HDMI 2.1이 지원하는 최대 해상도와 주사율 구현이 가능한 TV는 시중에 없다. 10k는 고사하고, 8k TV도 찾기 어렵다. 8k로 제작된 콘텐츠도 매우 제한적이다. 그렇다면 지금 HDMI 2.1 인터페이스가 탑재된 TV 구입은 시기상조일까?

   
▲ HDMI 2.1은 최대 10k 해상도를 지원한다. / 출처 : www.hdmi.org

HDMI 2.0으로 디스플레이 성능 최대한 이끌어내기에는 역부족
- 4k@60Hz에서 YCbCr4:4:4/10비트 HDR 기술을 동시에 모두 쓸 수 있는 HDMI 2.1이 최적
TV로 출력되는 영상 품질은 해상도와 주사율에 의해서만 결정되지 않는다. 밝기의 범위를 확장하는 HDR 기술, 일부 색상 데이터를 누락시켜 비디오 데이터 용량을 줄이는 크로마 서브샘플림, 그리고 표현 가능한 색상의 수를 나타내는 비트(bit) 등도 영상 품질에 영향을 미친다. HDR, 크로마 서브샘플림, 비트는 모두 데이터로 구성되어 있으며, HDMI로 전송되는 비디오 전송 데이터에 포함된다. 한마디로 정리하면 HDMI 2.0이 지원하는 18Gbps 혹은 HDMI 2.1이 지원하는 48Gbps 전송대역 내에 위에 열거한 모든 데이터가 포함되어야 한다는 얘기다.

예를 들어보자. 4k@60Hz 영상의 경우 YCbCr4:4:4(RGB)로 영상을 전송하기 위해서는 17.82Gbps 대역폭이 필요하다. HDMI 2.0 최대 대역폭인 18Gbps에 매우 근접한 수치이다. 여기에 10비트 HDR 기술을 사용해 화질을 끌어올리고 싶지만 포기해야 한다. HDMI 2.0이 허용하는 대역폭을 넘기 때문이다. 반대로 18Gbps 대역폭 내에서 4k@60Hz/10비트 HDR을 쓰기 위해서는 크로마 서브샘플링을 YCbCr4:2:2로 낮춰야 한다. YCbCr4:4:4와 10비트 HDR을 모두 쓰고 싶다면 4k 해상도에서 주사율을 30Hz로 낮추는 방법 밖에 없다. 모두 HDMI 2.0 최대 대역폭인 18Gbps를 초과하기 때문에 생기는 문제이다.

4K 60Hz YCbCr4:4:4 (no HDR) = 17.82Gbps
4K 30Hz YCbCr4:4:4 10b-HDR (no 60fps) = 11.14Gbps
4K 60Hz YCbCr4:2:2 10b-HDR (no 4:4:4) = 17.82Gbps

4K 60 4:4:4 10b-HDR = 22.28Gbps

하지만 HDMI 2.1 인터페이스를 쓴다면 얘기는 달라진다. 4k@60Hz에서 YCbCr4:4:4와 10비트 HDR을 구현하기 위해서는 22.28Gbps 대역폭이 필요하다. HDMI 2.1 대역폭인 48Gbps가 모두 수용하고도 남는다. 정리하면 HDMI 2.1은 4k@60Hz에서 YCbCr4:4:4와 10비트 컬러, HDR 기술을 동시에 모두 쓸 수 있지만, HDMI 2.0 인터페이스라면 셋 중 하나는 포기해야 한다. 결국 HDMI 버전에 따라 영상 품질이 달라질 수 있으며, 현재의 HDMI 2.0으로는 디스플레이 성능을 최대한 이끌어내기에는 역부족이란 얘기이다.

게임 체인저가 될 ‘HDMI 2.1’
- HDR10+/Dolby Vision 제한 없이 즐길 수 있는 최초의 HDMI 규격

HDMI 2.1은 대역폭이 대폭 확장되니 위와 같은 장점을 가지고 있다. 하지만 이게 전부는 아니다. HDMI 2.1은 영상 품질 향상을 위한 기타 여러 기술을 포함하고 있다. 먼저 살펴볼 것은 가변 주사율(Variable refresh rate)이다. PC에서 쓰는 AMD 프리싱크, 엔비디아 지싱크 호환 모드와 비슷하다고 보면 된다. HDMI 2.1은 최대 240Hz까지 이전 버전보다 더 높은 주사율을 지원하므로, PC와 콘솔게임에서 프레임 변화로 인한 화질 저하를 막기 위해 새로 도입된 기능이다.

   
▲ HDMI 2.1은 가변 주사율 기술을 지원한다. / 출처 : www.hdmi.org

게임 환경을 고려해 빠른 프레임 전송(Quick frame transport) 기술도 들어갔다. PC와 콘솔게임기 등 소스 기기에서 TV로 비디오 신호가 전송되는데 걸리는 시간을 줄여준다. 속도전이 뒤따르는 1인칭 슈팅 게임 환경에 유용하다. 자동 저지연 모드로 부르는 ALLM(Auto low-latency mode)도 지원한다. 입력 소스를 전환할 때 일시적으로 검은색 화면이 나오는 것을 제거하는 퀵 미디어 스위칭(Quick media switching) 기능을 가지고 있다.

ARC도 eARC(Enhanced Audio Return Channel)라는 이름으로 업그레이드되었다. 기존 ARC(최대 1Mbps)보다 대역폭이 최대 37Mbps로 높아 압축되지 않는 최대 해상도의 오디오를 들을 수 있다. 특히 DOLBY ATMOS에서 제 성능을 발휘한다. 기존 ARC에서 DOLBY ATMOS는 압축 오디오 신호인 ‘돌비 디지털 플러스’로 동작하지만, eARC에서는 무손실 고해상도 오디오 신호인 ‘돌비 트루 HD’로 최고 수준의 사운드를 들을 수 있다. 물론 DTS-HD MA, DTS:X 등 압축되지 않은 상태의 5.1 또는 7.1 채널 오디오도 문제없이 이용할 수 있다.

   
▲ HDMI 2.1은 대역폭이 확대된 eARC를 지원한다. 표는 기존 ARC와 eARC 기능 비교/ 출처 : www.hdmi.org

특히 주목할 부분은 동적HDR(Dynamic HDR) 지원이다. 정적 메타데이터를 기반으로 한 지금의 HDR과는 달리 동영상의 모든 순간을 장면마다 또는 프레임마다 이상적인 채도, 디테일, 밝기, 대비, 더 폭넓은 색 재현으로 연출해 기존과 비교할 수 없는 뛰어난 화질을 만들어낸다. 동적HDR 기술인 돌비비전(Dolby Vision), 그리고 HDR10+를 비로소 제대로 활용할 수 있게 된 것. HDMI 2.1을 기반으로 한 HDR을 진정한 HDR이라고 평가하는 가장 큰 이유이다.

   
▲ HDMI 2.1은 동적HDR 기술을 지원한다. / 출처 : www.hdmi.org

   
▲ HDMI 버전에 따른 부가 기능 지원 여부 목록 / 출처 : www.hdmi.org

2017년 모습을 드러낸 HDMI 2.1… 하지만 적용된 TV는 비싸고 종류도 부족
앞서 살펴본 것처럼 HDMI 2.1은 영상 품질 향상을 위한 많은 기능을 담고 있다. 대부분 기술이 그러하듯 새 기술이 발표된 지 몇 해가 지나야 제품이 시장에 자리잡기 마련이다. HDMI 2.1도 마찬가지이다. 2017년 HDMI 2.1 표준이 발표되었지만 2019년이 되어서야 하나 둘 나오기 시작했다. 올해 들어 본격 출시되는 분위기이지만 여전히 HDMI 2.1이 탑재된 제품은 많지 않다. 프리미엄 모델에 주로 채택되어 가격도 비싼 편이다. 또한 최신 제품이라고 해서 HDMI 2.1이 적용되어 있겠거니 생각하면 오산이다. 가격이 저렴한 보급형일수록 여전히 HDMI 2.0인 경우가 많다. HDMI 2.1로 표기되어 있지만 간혹 실제 대역폭이 48Gbps에 못 미치는 경우도 있다. 대역폭이 부족하면 앞서 설명한 크로마 서브샘플링, 비트, HDR 등이 지원되지 않아 화질이 떨어질 수 있다.

   
▲ HDMI 2.1 TV는 대체로 가격이 비싸며, 삼성전자, LG전자 제품 외에 중소기업 제품은 찾기 어렵다.

국내 HDMI 2.1 TV 시장은 삼성전자와 LG전자를 제외하면 불모지나 다름없다. 대기업 제품 대비 뛰어난 가성비로 인기를 얻고 있는 중소기업TV 브랜드 중 HDMI 2.1을 지원하는 제품은 2021년 8월 초 기준 ‘0’이다. QLED, 미니LED 등 패널은 서로 경쟁을 통해 계속 진화하고 있지만 인터페이스는 아직 HDMI 2.0으로 제자리 걸음 중이다.

고화질 TV일수록 HDMI 2.1은 필수
- 국내 HDMI 2.1 TV 시장, 가성비 내세운 중소기업 브랜드 TV의 역할 기대

간혹 HDMI 2.1하면 ‘4k@120Hz’가 전부인 것으로 생각하는 이들이 있다. 일부 최신 콘솔 게임기를 제외하면 120Hz라는 고주사율이 필요 없으니 굳이 돈을 더 들여 HDMI 2.1 TV를 구매할 필요가 있을까 갑론을박이 펼쳐지기도 한다. 하지만 앞서 살펴본 내용대로 HDMI 2.1은 대역폭이 크게 증가함에 따라 화질에 영향을 주는 HDR을 비롯해 크로마 서브샘플링, 컬러 비트 등을 모두 수용할 수 있으며, 화질 및 음질 개선을 위한 다양한 부가 기능도 품었다. 따라서 조금이라도 더 나은 영상 품질을 원한다면 HDMI 2.1 인터페이스는 필수이며, 특히 OLED를 비롯해 QLED, 미니LED 등 최신 기술이 담긴 고화질TV일수록 HDMI 2.1 인터페이스는 절대적이다. 제아무리 초고화질 패널을 달고 있어도 충분한 대역폭의 영상 신호가 전달되지 않는다면 반쪽짜리 TV에 불과하다.

   
 
특히 HDMI 2.1 TV와 관련하여 올해 하반기 주목하는 점은 중소기업 브랜드의 향방이다. 75인치 이상의 초대형TV는 물론이고, 최근 들어 QLED, 미니LED 등 고화질 패널을 적극 도입하고 있으며, 안드로이드 OS를 탑재해 대기업 제품과 비교해도 부족함이 없는 가성비로 시장 공략에 적극 나서고 있기 때문이다. 아쉽게도 HDMI 2.1이 탑재된 TV가 현재로서는 전무하지만 시장 관계자에 의하면 하반기에는 더함과 같은 강소 기업이 중심이 되어 HDMI 2.1을 얹은 중소기업 브랜드 TV가 본격적으로 나올 예정이다. 작은 시장 변화에도 발빠르게 대처 가능한 중소기업의 장점을 십분 발휘해 소비자가 원하는 다양한 제품에 HDMI 2.1 인터페이스가 적용될 것으로 보인다.

기술은 지금 이 순간에도 빠르게 변화하고 있으며, 10년까지는 아니지만 1~2년만 지나도 구식이 되어버리는 요즘, 이왕이면 최신 기술이 담긴 HDMI 2.1 TV를 구매하는 것이 현명한 소비임을 강조하고 싶다. 특히 가성비를 내세운 부담 없는 가격으로 출시될 중소기업 브랜드 TV가 어떤 모습으로 시장에 등장할지 기대가 된다.

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