TV에서 "업스케일링"이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

4K가 가정에서 HD를 대체함에 따라 제조업체는 "UHD(Ultra HD upscaling)"와 같은 흥미로운 마케팅 용어를 공개하고 있습니다. 그러나 업스케일링은 고유한 기능이 아닙니다. 4K TV가 1080p 및 720p와 같은 저해상도 비디오 형식으로 작동할 수 있도록 하는 것뿐입니다.

모든 TV에는 업스케일링이 있습니다.

업스케일링이란 저해상도 콘텐츠가 전체 TV 화면을 채우는 것을 의미합니다. 이것이 없으면 저해상도 비디오는 화면 공간의 절반 미만을 차지합니다. 이것은 모든 TV의 일반적인 기능입니다. 1080p TV에도 이 기능이 있었습니다. 720p 콘텐츠를 업스케일하고 1080p 화면에서 전체 화면 모드로 표시할 수 있습니다.

UHD 업스케일링은 4K TV를 다른 TV와 동일하게 작동시키는 것입니다. 저해상도 콘텐츠를 가져와 전체 4K 화면에 표시할 수 있습니다.

4K 화면에서 확대된 1080p 콘텐츠는 종종 일반 1080p 화면에서 1080p 콘텐츠보다 더 좋게 보입니다. 그러나 업스케일링은 마법이 아닙니다. 진정한 네이티브 4K 콘텐츠에서 얻을 수 있는 선명한 이미지를 얻을 수 없습니다. 작동 방식은 다음과 같습니다.

해상도는 물리적 및 시각적 수준에서 존재합니다.

업스케일링에 들어가기 전에 이미지 해상도의 개념을 이해해야 합니다. 얼핏 보면 비교적 단순한 개념입니다. 고해상도의 이미지나 비디오는 저해상도의 이미지나 비디오보다 "더 좋게" 보입니다.

그러나 우리는 물리적 해상도와 광학적 해상도의 차이와 같은 몇 가지 주요 측면을 잊어버리는 경향이 있습니다. 이러한 측면이 함께 작용하여 좋은 이미지를 만들고 업스케일링을 이해하는 기초가 됩니다. 또한 픽셀 밀도에 대해서도 다룰 예정이지만 걱정하지 마세요. 내용은 짧고 간단하게 유지하겠습니다.

• 물리적 해상도 : TV 사양 시트에서 물리적 해상도는 단순히 "해상도"라고 합니다. 디스플레이의 픽셀 수입니다. 4K TV는 1080p TV보다 픽셀이 더 많고 4K 이미지는 1080p 이미지 크기의 4배입니다. 모든 4K 디스플레이는 크기에 관계없이 동일한 수의 픽셀을 포함합니다. 물리적 해상도가 높은 TV는 추가 픽셀을 사용하여 추가 세부 정보를 제공할 수 있지만 항상 그런 방식으로 작동하는 것은 아닙니다. 물리적 해상도는 광학적 해상도에 좌우됩니다.
• 광학 해상도 : 이것이 당신의 오래된 일회용 카메라 사진이 허세 부리는 친구의 멋진 디지털 카메라 사진보다 더 나은 이유입니다. 사진이 선명하고 선명한 다이내믹 레인지가 있으면 광학 해상도가 높습니다. TV는 때때로 형편없는 광학 해상도로 비디오를 표시하여 높은 물리적 해상도를 낭비합니다. 이것은 흐릿한 이미지와 대비로 이어집니다. 때때로 이것은 업스케일링의 결과이지만 잠시 후에 다시 설명하겠습니다.
• 픽셀 밀도 : 디스플레이의 인치당 픽셀 수입니다. 모든 4K 디스플레이에는 동일한 양의 픽셀이 포함되어 있지만 더 작은 4K 디스플레이에서는 픽셀이 서로 더 가깝기 때문에 픽셀 밀도가 높습니다. 예를 들어 4K iPhone은 70인치 4K TV보다 픽셀 밀도가 높습니다. 우리는 화면 크기가 물리적 해상도와 같지 않으며 화면의 픽셀 밀도가 물리적 해상도를 정의하지 않는다는 생각을 강화하기 위해 이것을 언급하고 있습니다.

이제 우리는 모두 물리적 해상도와 광학적 해상도의 차이점을 이해했으므로 업스케일링에 들어갈 때입니다.

이미지를 "더 크게" 만드는 업스케일링

모든 TV에는 저해상도 이미지를 업스케일링하는 데 사용되는 복잡한 보간 알고리즘이 포함되어 있습니다. 이러한 알고리즘은 이미지에 픽셀을 효과적으로 추가하여 해상도를 높입니다. 그러나 이미지의 해상도를 높여야 하는 이유는 무엇입니까?

물리적 해상도는 디스플레이의 픽셀 수로 정의됩니다. TV의 실제 크기와 관련이 없습니다. 1080p TV 화면은 2,073,600픽셀로 구성되지만 4K 화면은 8,294,400픽셀로 구성됩니다. 업스케일링 없이 4K TV에서 1080p 비디오를 표시하면 비디오가 화면의 4분의 1만 차지합니다.

4K 디스플레이에 맞는 1080p 이미지의 경우 업스케일링 프로세스를 통해 600만 픽셀을 얻어야 합니다(이 시점에서 4K 이미지가 됨). 그러나 업스케일링은 보간(interpolation)이라는 프로세스에 의존하며, 이는 실제로는 미화되는 추측 게임입니다.

업스케일링으로 광학 해상도 감소

이미지를 보간하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 기본적인 것은 "최근접 이웃" 보간이라고 합니다. 이 프로세스를 수행하기 위해 알고리즘은 이미지에 "빈" 픽셀의 메쉬를 추가한 다음 4개의 인접 픽셀을 보고 각 빈 픽셀이 어떤 색상 값이어야 하는지 추측합니다.

예를 들어, 흰색 픽셀로 둘러싸인 빈 픽셀은 흰색으로 바뀝니다. 반면 흰색과 파란색 픽셀로 둘러싸인 빈 픽셀은 연한 파란색으로 나타날 수 있습니다. 간단한 프로세스이지만 이미지에 많은 디지털 인공물, 흐림 및 거친 윤곽선이 남습니다. 즉, 보간된 이미지는 광학 해상도가 좋지 않습니다.

이 두 이미지를 비교하십시오. 왼쪽에 있는 것은 편집되지 않은 것이고 오른쪽에 있는 것은 최근접이웃 보간 과정의 희생양입니다. 오른쪽 이미지는 왼쪽 이미지와 물리적 해상도가 동일함에도 불구하고 끔찍해 보입니다. 이것은 4K TV가 최근접 이웃 보간을 사용하여 이미지를 확대할 때마다 소규모로 발생합니다.

“잠깐만요.”라고 말할 수도 있습니다. "내 새 4K TV는 이렇지 않아!" 이는 최근접이웃 보간에 전적으로 의존하지 않기 때문입니다. 여러 방법을 혼합하여 이미지를 확대합니다.

업스케일링은 광학 해상도도 해결하려고 합니다.

네, 최근접이웃 보간법에 결함이 있습니다. 광학 해상도를 고려하지 않고 이미지의 해상도를 높이는 무차별 대입 방식입니다. 이것이 TV가 최근접 이웃 보간과 함께 두 가지 다른 형태의 보간을 사용하는 이유입니다. 이를 쌍삼차(평활화) 보간 및 쌍선(선명화) 보간이라고 합니다.

쌍삼차(평활화) 보간을 사용하면 이미지에 추가된 각 픽셀이 16개의 인접 픽셀을 보고 색상을 얻습니다. 결과적으로 "부드러운" 이미지가 생성됩니다. 반면에 쌍선형(선명화) 보간은 가장 가까운 두 이웃만 보고 "선명한" 이미지를 생성합니다. 이러한 방법을 혼합하고 대비 및 색상에 일부 필터를 적용하면 TV에서 광학 품질이 눈에 띄게 손실되지 않는 이미지를 생성할 수 있습니다.

물론 보간은 여전히 ​​추측 게임입니다. 적절한 보간을 사용하더라도 일부 비디오는 업스케일링된 후 "고스트" 현상이 나타날 수 있습니다. 이러한 아티팩트는 초저화질 이미지(720p 이하)를 4K 해상도로 업스케일하거나 픽셀 밀도가 낮은 엄청나게 큰 TV에서 이미지를 업스케일할 때 더욱 분명해집니다.

위 이미지는 TV에서 업스케일링한 예가 아닙니다. 대신, 이것은 Buffy The Vampire Slayer HD DVD 출시를 위해 수행된 업스케일링의 예입니다(Passion of The Nerd의 비디오 에세이에서 가져옴). 이것은 잘못된 보간법이 이미지를 얼마나 망칠 수 있는지 보여주는 좋은 (극단적이긴 하지만) 예입니다. 아니요, Nicholas Brendon은 왁스 같은 뱀파이어 메이크업을 하고 있지 않습니다. 그것은 업스케일링 과정에서 그의 얼굴에 일어난 일입니다.

모든 TV가 업스케일링을 제공하지만 일부 TV는 다른 것보다 더 나은 업스케일링 알고리즘을 사용하여 더 나은 화면을 제공할 수 있습니다.

업스케일링은 필요하고 거의 눈에 띄지 않습니다.

모든 결점이 있더라도 업스케일링은 좋은 것입니다. 일반적으로 문제 없이 진행되며 동일한 TV에서 다양한 비디오 형식을 볼 수 있는 프로세스입니다. 완벽해? 당연히 아니지. 그렇기 때문에 일부 영화 및 비디오 게임 순수주의자들은 의도된 매체인 오래된 TV에서 오래된 예술을 즐기는 것을 선호합니다. 그러나 현재로서는 업스케일링이 너무 흥분할 일이 아닙니다. 너무 화를 낼 일도 아닙니다.

8K, 10K 및 16K 비디오 형식은 우리가 매일 사용하는 일부 하드웨어에서 이미 지원된다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 업스케일링 기술이 이러한 고해상도 형식을 따라잡을 수 없다면 우리가 익숙한 것보다 훨씬 더 큰 품질 손실을 초래할 가능성이 있습니다.

그러나 제조업체와 스트리밍 서비스는 여전히 4K를 향해 나아가고 있기 때문에 아직 8K에 대해 걱정할 필요는 없습니다.