고선명 텔레비전(HDTV)은 표준 화질 텔레비전(SDTV)보다 더 높은 해상도를 제공하는 텔레비전 방송 시스템이다. HDTV는 화면 영역의 라인 수, 주사 방식(순차 주사 또는 비월 주사), 초당 프레임 수 또는 필드 수로 표기하며, 720p, 1080i, 1080p 등이 대표적인 해상도이다. HDTV는 아날로그에서 디지털로 전환되었으며, MPEG-2, MPEG-4, H.264 등의 압축 코덱과 5.1 채널 서라운드 사운드를 지원하여 고품질의 영상과 음향을 제공한다. 대한민국에서는 2000년대 초 시험 방송을 거쳐 2012년 아날로그 방송 종료 후 HD 방송으로 완전히 전환되었다.
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ATSC - 디지털 표준 텔레비전 디지털 표준 텔레비전(SDTV)은 아날로그 TV의 디지털화를 위해 개발된 표준으로, 디지털 TV 방송과 DVD 플레이어 등에서 사용되며, 고스트 현상과 노이즈를 제거하지만 수신 불량 시 블록 현상이 발생할 수 있고, DVB, ATSC, ISDB 등의 표준이 이를 지원하며 다양한 해상도로 국가별 정의 기준에 차이가 있지만 여러 분야에서 활용된다.
ATSC - ATSC 3.0 ATSC 3.0은 고효율 물리 계층, OFDM 변조, LDPC FEC 코드를 사용하는 차세대 방송 기술 표준으로, 다양한 비디오 형식을 지원하고 암호화, 디지털 워터마킹, 긴급 재난 경보 시스템 등의 기능을 제공하며 대한민국이 세계 최초로 상용화했다.
고선명 텔레비전 - ISDB ISDB는 일본에서 개발된 디지털 방송 표준으로, 지상파, 위성, 케이블 등 다양한 매체를 지원하며 모바일 수신에 강점을 가진 1세그먼트 부분 수신 서비스와 고화질 방송을 위한 효율적인 주파수 사용, 콘텐츠 보호 기능을 제공한다.
고선명 텔레비전 - 고선명 비디오 고선명 비디오는 표준 해상도보다 높은 해상도를 제공하는 비디오 기술로, 1980년대 초 일본에서 개발된 1125라인 TV 표준에서 비롯되어 디지털 방송과 고화질 디스크 시스템을 통해 발전해왔으며, 현재 다양한 해상도와 주사 방식으로 영화, 방송, 온라인 스트리밍 등 다양한 분야에서 활용된다.
예를 들어, 720p60 형식은 1280x720 픽셀이 순차 주사 방식으로 초당 60 프레임(60 Hz)이 전송되는 신호를 말한다. 1080i50 형식은 1920x1080 픽셀이 비월 주사 방식으로 초당 50 필드(25 프레임)가 전송되는 신호를 말한다.[57] 종종 맨 뒤의 프레임 혹은 필드의 수는 생략되기도 하는데, 그럴 경우에는 일반적으로 해당 TV 시스템에 따라 50 혹은 60이라고 가정된다.
초당 프레임 혹은 필드의 수(프레임률)도 해상도와 독립적으로 사용될 수 있다. 예를 들어 24p는 초당 순차 주사 방식의 24 프레임을 의미하고, 50i는 초당 비월 주사 방식의 25 프레임을 의미한다.[51]
50 Hz 시스템은 50i, 25p, 50p의 세 가지 주사율을 지원하는 반면, 60 Hz 시스템은 59.94i, 60i, 23.976p, 24p, 29.97p, 30p, 59.94p, 60p 등 훨씬 더 다양한 프레임 속도를 지원한다.
일부 국가에서는 1440x1080i: 777,600 픽셀 (필드당) 또는 1,555,200 픽셀 (프레임당)과 같은 비표준 해상도를 사용하기도 한다.
프레임당 2메가픽셀로 전송될 때, HDTV는 표준화질TV(SDTV)보다 약 5배 많은 픽셀을 제공하여, 해상도가 높아짐에 따라 더욱 선명하고 디테일한 영상을 제공한다.
지원되는 비디오 형식 [화면 해상도]
기본 해상도 [고유 해상도] (가로×세로)
픽셀
종횡비 (가로:세로)
설명
실제
표시 (메가픽셀)
영상
픽셀
720p (HD 레디) 1280×720
1024×768 XGA
786,432
0.8
4:3 (1.33:1)
1:1 (1.00:1)
일반적으로 PC 해상도(XGA); 또한 정방형이 아닌 픽셀을 가진 많은 저가형 플라즈마 디스플레이의 기본 해상도.
1280×720
921,600
0.9
16:9 (1.78:1)
1:1
표준 HDTV 해상도 및 일반적인 PC 해상도(WXGA); 고급 비디오 프로젝터에서 자주 사용됨; 또한 SMPTE 296M, ATSC A/53, ITU-R BT.1543에 정의된 대로 750선 비디오에도 사용됨.
1366×768 WXGA
1,049,088
1.0
683:384 (약 16:9)
1:1
일반적인 PC 해상도(WXGA); 또한 LCD 기술을 기반으로 하는 많은 HD 레디 TV 디스플레이에서 사용됨.
1080p / 1080i (풀 HD) 1920×1080
1920×1080
2,073,600
2.1
16:9
1:1
표준 HDTV 해상도. 고급 LCD, 플라즈마 및 후면 투사 TV와 같은 풀 HD 및 HD 레디 1080p TV 디스플레이에서 사용되며, 일반적인 PC 해상도(보다 낮은 WUXGA); 또한 SMPTE 274M, ATSC A/53, ITU-R BT.709에 정의된 대로 1125선 비디오에도 사용됨.
지원되는 비디오 형식
화면 해상도 (가로×세로)
픽셀
종횡비 (가로:세로)
설명
실제
표시 (메가픽셀)
영상
픽셀
720p (HD 레디) 1280×720
1248×702 깨끗한 조리개
876,096
0.9
16:9
1:1
SMPTE 296M에 정의된 대로 더 빠른 아티팩트/오버스캔 보정 기능을 갖춘 750선 비디오에 사용됨.
예를 들어 720p60은 1280x720 픽셀이 순차 주사 방식으로 초당 60프레임(60Hz)이 전송되는 신호이다. 1080i50은 1920x1080 픽셀이 비월 주사 방식으로 초당 50필드(25 프레임)가 전송되는 신호이다. 보통 뒤의 프레임/필드 수는 생략되는데, 이 경우 일반적으로 50 또는 60으로 간주한다. 1080p의 경우 현재 HDTV에서 1080p24, 1080p25, 1080p30 정도만 지원한다.[50]
초당 프레임/필드 수(프레임률)는 해상도와 별개로 사용 가능하다. 예를 들어 24p는 초당 순차 주사 방식 24프레임, 50i는 초당 비월 주사 방식 25프레임을 의미한다.[51]
대부분 HDTV 시스템은 몇 가지 표준 해상도와 프레임률을 지원한다. 일반적인 표준은 다음과 같다.
HDTV는 SDTV보다 최소 2배 이상의 해상도를 가지므로 아날로그 텔레비전이나 일반 DVD보다 더 세밀한 묘사가 가능하다. 게다가 HDTV 방송의 기술 표준에서는 레터박스 없이 가로세로비가 16:9인 영상을 처리할 수 있으므로, 이러한 (영화와 같은) 영상물을 시청하는 경우에는 해상도를 더 효율적으로 조정할 수 있다.[1]
주 1: 이 그림의 NTSC와 PAL의 화소 수 표기는 잘못되어 있으며(화소가 정사각형인 컴퓨터용 모니터나 휴대전화 등에서 표시할 경우의 기준임), NTSC 스튜디오 규격의 유효 화소 수는 720×483(VGA의 정방 화소와는 달리 세로로 긴 비정방 화소임), PAL은 720×576(가로로 긴 비정방 화소)이다.
주 2: 이 그림은 인터레이스(엇갈림 주사) 방식에 의한 효과를 무시하고 있으며, 2:1 인터레이스 방식의 수직 해상도는 프로그레시브(순차 주사) 방식의 약 70%로 알려져 있다.
4. 역사
고선명 텔레비전(HDTV)은 20세기 중반에 개발된 1세대 표준 방송(NTSC, PAL, SECAM 등)의 약 2배에 달하는 주사선 수를 가진 것을 말한다.
주사 방식이 1본씩 건너뛰는 방식(인터레이스)이며, 하나의 영상의 주사선 수가 1,125본 이상인 것
주사 방식이 순차적(프로그레시브)이며, 하나의 영상의 주사선 수가 750본 이상인 것
국제전기통신연합(ITU)에서는 2000년에 제정한 국제 표준 규격에서 주사선 1125본(유효 주사선 1080본, 화면 종횡비(화면비) 16:9)의 시스템만을 HDTV로 정의하고 있다.
HDTV는 일본, 미국, 유럽에서 각각 독자적으로 연구·개발되었다. 1964년부터 일본의 NHK 방송기술연구소가 세계에 앞서 「고품위 텔레비전」으로 연구를 시작하여 1970년대 후반에 HDTV의 아날로그 전송 방식인 MUSE를 개발하고, 「하이비전」이라는 애칭으로 유럽과 미국에 앞서 HDTV 방송을 시작했다.
NHK(일본방송협회)는 자체 개발한 MUSE 방식을 HDTV 방송의 세계 통일 규격으로 만들고자 "고품위 텔레비전"의 영어 번역으로 "High Definition Television"이라는 용어를 사용했다. 하지만 디지털 전송 기술의 실용화, 정치적 및 기타 여러 가지 이유로 일본, 미국, 유럽은 각각 다른 방식으로 디지털 전송 기술을 사용한 HDTV 방송을 하게 되었다. "High Definition Television"이라는 용어가 일본에 역수입되었을 때, 「고품위 텔레비전」이 아닌 영어 직역인 「고선명도 텔레비전(HDTV)」이라는 일본어가 만들어졌다.
2000년대 초반(2000~2003년)의 HD 방송은 시험 방송 성격이 강했다. HDTV 보급률은 2002년 기준 2%로 매우 낮았는데, HDTV 가격이 비쌌고 화질 개선 외에 큰 변화가 없어 구매 필요성을 느끼지 못했기 때문이다. 2003년 9월 24시간 HD 위성방송 개설을 시작으로, 2004년부터 HD 방송은 시험방송기를 끝내고 대중화 단계로 접어들었다. 2000년대 후반까지 아날로그와 디지털 방송은 비슷한 점유율을 보였으며, HD 방송은 2006년에 전국 방송되었다.
2010년대 정부는 아날로그/SD 방송 종료 계획을 확정하고 홍보를 시작했다. HDTV 보급률이 급증하며 2000년대 후반까지 유지되던 아날로그 방송은 쇠퇴했다. 지상파 방송은 2010년 이후 예능 프로그램까지 HD로 전환했고, 2011년~2012년에는 대부분의 프로그램이 HD 방송을 시행했다. 2012년12월 31일 수도권에서 아날로그 방송이 종료되며 디지털 TV 시대가 열렸다. 2013년부터 모든 지상파 프로그램이 디지털 방송으로 제작되어, 아날로그 방송 시절의 그래픽과 연출은 사라졌다. 케이블 아날로그 방송은 2021년까지 제공되었으나 2022년부터 완전히 종료되어, 현재 대한민국에서는 아날로그 방송을 볼 수 없다.
4. 1. 아날로그 HDTV
"고화질"이라는 용어는 1933년에 처음 발표되었고,[4] 1936년 8월부터 시작된[5] 일련의 텔레비전 시스템을 묘사하는 데 사용되었다. 하지만 이 시스템들은 30선 정도의 해상도를 가진 기계식 시스템에 비해 고화질이었을 뿐이다. 진정한 HDTV를 만들기 위한 기업과 국가 간의 경쟁은 20세기 전체에 걸쳐 이어졌으며, 각각의 새로운 시스템은 이전 시스템보다 더 높은 해상도를 제공했다.
영국의 고화질 TV 서비스는 1936년 11월 2일 (기계식) 베어드 240선 순차 스캔(나중에 '프로그레시브'라고 불림)과 (전자식) Marconi-EMI 405선 인터레이스 시스템을 사용하여 정규 서비스를 시작했다. 베어드 시스템은 1937년 2월에 중단되었다.[6] 1938년 프랑스는 자체 441선 시스템을 도입했으며, 이 시스템의 변형은 다른 여러 국가에서도 사용되었다. 미국의 NTSC 525선 시스템은 1941년에 도입되었다. 1949년 프랑스는 819선의 더 높은 해상도 표준을 도입했는데, 이 시스템은 현대 표준으로도 고화질이었지만 흑백만 지원했고 의도된 해상도를 달성하지 못하게 하는 기술적 한계가 있었다. 이러한 시스템들은 모두 인터레이스와 4:3 종횡비를 사용했다. 단, 240선 시스템은 프로그레시브(당시 기술적으로 정확한 용어인 '순차적'이라고 묘사됨)였고, 405선 시스템은 5:4로 시작하여 나중에 4:3으로 변경되었다.
컬러 방송은 비슷한 선 수로 시작되었으며, 먼저 1953년 미국의 NTSC 컬러 시스템이 이전의 흑백 시스템과 호환되므로 프레임당 525선을 사용했다. 유럽 표준은 1960년대까지 PAL과 SECAM 컬러 시스템이 흑백 625선 방송에 추가될 때까지 도입되지 않았다.
NHK(일본방송협회)는 1972년에 1125선, 5:3(1.67:1) 종횡비, 60Hz 재생률을 포함하는 NHK 컬러 시스템을 만들었다. 찰스 긴즈버그가 이끄는 미국 동영상 및 텔레비전 엔지니어 협회(SMPTE)는 국제 무대에서 HDTV 기술의 시험 및 연구 기관이 되었다.
1970년대 후반 SMPTE는 네 가지 주요 HDTV 시스템을 테스트했으며, 1979년 SMPTE 연구 그룹은 "고화질 텔레비전 시스템 연구"를 발표했다.
1949년 프랑스는 819선 시스템(737선 활성)으로 방송을 시작했다. 이 시스템은 흑백 방송만 가능했으며, 프랑스 최초의 TV 채널에 VHF 대역으로만 사용되었다. 1983년에 중단되었다.
1958년 소비에트 연방은 "Тransformator"(Трансформаторru, "변압기"라는 뜻)를 개발했는데, 이는 1,125선 해상도의 영상을 생성할 수 있는 최초의 고해상도(고선명) 텔레비전 시스템으로 군사 지휘부를 위한 화상 회의를 목표로 했다. 연구 프로젝트였으며, 군이나 민간 방송에서 실제로 배치되지는 않았다.[8]
1986년 유럽 공동체는 1,152선의 아날로그 고선명 텔레비전 시스템인 HD-MAC을 제안했다. 1992년 하계 올림픽 바르셀로나 대회에서 공개 시연이 이루어졌다. 그러나 HD-MAC은 1993년에 폐기되었고, 디지털 고선명 텔레비전 표준 개발을 예상한 DVB 프로젝트가 시작되었다.[9]
1979년, 일본의 공영 방송사인 NHK는 5:3 화면 비율을 가진 소비자용 고화질 텔레비전을 최초로 개발했다.[10] 다중 서브 나이퀴스트 샘플링 인코딩(MUSE) 방식으로 신호를 인코딩하는 Hi-Vision 또는 MUSE로 알려진 이 시스템은 기존 NTSC 시스템의 약 두 배의 대역폭을 필요로 했지만, 약 네 배의 해상도(1035i/1125선)를 제공했다. 1981년, MUSE 시스템은 일본 시스템과 같은 5:3 화면 비율을 사용하여 미국에서 처음으로 시연되었다.[11] 워싱턴에서 MUSE 시연을 방문한 로널드 레이건(Ronald Reagan) 미국 대통령은 깊은 인상을 받고 미국에 HDTV를 도입하는 것을 "국가적 이익의 문제"로 공식 선언했다.[12]
1989년 6월 4일, 세계 최초의 고화질 프로그램의 위성 시험 방송이 시작되었고,[14] 1991년 11월 25일, 1,125선 해상도를 의미하는 "Hi-Vision Day"부터 정기적인 시험 방송이 시작되었다.[15]
일본의 MUSE 시스템을 포함하여 여러 시스템이 미국의 새로운 표준으로 제안되었지만, 모두 더 높은 대역폭 요구 사항 때문에 미국 연방 통신 위원회(FCC)에서 거부되었다. 당시 텔레비전 채널 수는 급증하고 있었고 대역폭은 이미 문제였다. 새로운 표준은 기존 NTSC보다 HDTV에 필요한 대역폭이 적어야 했다.
1990년대 아날로그 HDTV의 표준화가 제한적이었던 이유는 당시 기술적 및 경제적 제약으로 인해 HDTV가 일반 TV보다 더 큰 대역폭을 사용할 수 없었기 때문이다. NHK의 MUSE와 같은 초기 HDTV 상용 실험은 표준 화질 방송 대비 4배 이상의 대역폭을 필요로 했다.
하이비전/뮤즈 시스템은 1991년 11월 25일 출시 당시에도 상업적인 문제에 직면했다. 당시 132만 대라는 기대와 달리 2,000대의 HDTV 세트만 판매되었다. 하이비전 세트는 대당 최대 3만 달러에 달하는 고가였고, 이는 소비자의 저조한 채택에 기여했다.[18]
1994년 2월 23일, 일본의 한 최고 방송 관리자는 미국의 디지털 방식이 세계적인 표준이 될 가능성이 더 높다고 말하며 아날로그 기반 HDTV 시스템의 실패를 인정했다.[22] 그러나 이 발표는 아날로그 시스템에 많은 투자를 한 방송사와 전자 회사들의 격렬한 항의를 불러일으켰다. 결과적으로 그는 다음 날 자신의 발언을 철회하고 정부가 하이비전/뮤즈를 계속 홍보할 것이라고 말했습니다.[23] 그 해 NHK는 미국과 유럽을 따라잡기 위해 디지털 텔레비전 개발을 시작했다. 이는 ISDB 형식으로 이어졌다.[24]
NHK(일본방송협회)는 자체 개발한 MUSE 방식을 HDTV 방송의 세계 통일 규격으로 만들고자 "고품위 텔레비전"의 영어 번역으로 "High Definition Television"이라는 용어를 사용하여 1974년 국제전기통신연합의 전신인 CCIR에서 제안하고 유럽과 미국에서 활발한 표준화 활동을 계속했다. 하지만 디지털 전송 기술의 실용화, 정치적 및 기타 여러 가지 이유로 일본, 미국, 유럽은 각각 다른 방식으로 디지털 전송 기술을 사용한 HDTV 방송을 하게 되었다.
4. 2. 디지털 HDTV
NHK(일본방송협회)는 1964년 도쿄 올림픽 이후 "비디오와 사운드의 상호 작용을 다섯 가지 인간 감각과 연결하는 기본 메커니즘을 밝히는" 연구를 시작했다. NHK는 NTSC의 이전 "HDTV"보다 주관적인 테스트에서 훨씬 높은 점수를 얻는 HDTV 시스템을 만들고자 했다. 1972년에 만들어진 이 새로운 시스템인 NHK 컬러는 1125선, 5:3(1.67:1) 종횡비, 60Hz 재생률을 포함했다.[7]
2000년대 중반부터 디지털 비디오 방송(DVB)의 와이드스크린 HDTV 전송 모드가 공식적으로 채택된 이후 525선 NTSC(및 PAL-M) 시스템과 유럽의 625선 PAL 및 SECAM 시스템은 "표준 해상도" 텔레비전 시스템으로 간주되었다. 고화질 디지털 텔레비전은 비압축 비디오를 사용해서는 불가능했는데, 이는 스튜디오급 HD 디지털 비디오에 대해 1Gbit/s를 초과하는 대역폭을 필요로 했기 때문이다.[25][26] 디지털 HDTV는 이산 코사인 변환(DCT) 영상 압축의 개발로 가능해졌다.[27][25] DCT 코딩은 나시르 아메드가 1972년에 처음 제안한 손실 영상 압축 기술이며,[28] 나중에 동작 보상 DCT 알고리즘으로 채택되어 1988년 이후 비디오 코딩 표준인 H.26x 포맷과 1993년 이후 MPEG 포맷에 사용되었다.[29][30] 동작 보상 DCT 압축은 디지털 TV 신호에 필요한 대역폭을 크게 줄였다.[25][31] 1991년까지 스튜디오급에 가까운 HDTV 전송에 대해 8:1에서 14:1의 데이터 압축률을 달성하여 70~140 Mbit/s까지 줄였다.[25] 1988년에서 1991년 사이에 DCT 영상 압축은 HDTV 구현을 위한 비디오 코딩 표준으로 널리 채택되어 실용적인 디지털 HDTV의 개발을 가능하게 했다.[25][27][32] 동적 램(DRAM)도 프레임 버퍼 반도체 메모리로 채택되었으며, DRAM 반도체 산업의 생산량 증가와 가격 인하가 HDTV 상용화에 중요한 역할을 했다.[32]
1972년 이후 국제전기통신연합의 무선통신 부문(ITU-R)은 아날로그 HDTV에 대한 세계적인 권고안을 만들기 위해 노력해 왔다. 그러나 이러한 권고안은 가정 사용자에게 도달할 수 있는 방송 대역에 맞지 않았다. 1993년 MPEG-1의 표준화는 ITU-R BT.709 권고안의 채택으로 이어졌다.[33] 이러한 표준을 예상하여 방송사, 소비자 가전 제조업체 및 규제 기관의 연합인 DVB 조직이 설립되었다. DVB는 ETSI에 의해 공식적으로 표준화되는 사양을 개발하고 합의한다.[34]
DVB는 먼저 DVB-S 디지털 위성 TV, DVB-C 디지털 케이블 TV 및 DVB-T 디지털 지상파 TV 표준을 만들었다. 이러한 방송 시스템은 SDTV와 HDTV 모두에 사용될 수 있다. 미국에서는 그랜드 얼라이언스가 ATSC를 SDTV와 HDTV의 새로운 표준으로 제안했다. ATSC와 DVB 모두 MPEG-2 표준을 기반으로 했지만, DVB 시스템은 더 새롭고 효율적인 H.264/MPEG-4 AVC 압축 표준을 사용하여 비디오를 전송하는 데에도 사용될 수 있다.
1983년, 국제전기통신연합의 무선통신 부문(ITU-R)은 단일 국제 HDTV 표준을 설정하는 것을 목표로 하는 작업반(IWP11/6)을 설립했다. 가장 어려운 문제 중 하나는 적절한 프레임/필드 재생률에 관한 것이었는데, 세계는 이미 상용 주파수의 차이로 인해 25/50 Hz와 30/60 Hz라는 두 개의 진영으로 나뉘어 있었다.
처음에 기존의 5:3 종횡비가 주요 후보였지만, 와이드스크린 영화의 영향으로 16:9(1.78) 종횡비가 5:3(1.67)과 일반적인 1.85 와이드스크린 영화 형식 사이의 합리적인 타협안으로 등장했다. 16:9 종횡비는 BBC 연구 개발 기관인 킹스우드 워렌에서 열린 IWP11/6 작업반의 첫 회의에서 공식적으로 합의되었다. 그 결과로 나온 ITU-R 권고 ITU-R BT.709-2("Rec. 709")에는 16:9 종횡비, 지정된 색채계, 그리고 1080i(1,080개의 활성 인터레이스 해상도 라인) 및 1080p(1,080개의 프로그레시브 스캔 라인) 스캔 모드가 포함된다.
고선명 텔레비전(HDTV) 기술은 1990년대 초 미국에 도입되었으며, 1993년 AT&T 벨 연구소, 제너럴 인스트루먼트, 필립스, 사르노프, 톰슨(Vantiva), 제니스와 매사추세츠 공과대학교(MIT) 등의 TV, 전자 장비, 통신 회사들로 구성된 디지털 HDTV 그랜드 얼라이언스에 의해 공식화되었다. 미국의 199개 지역에서 실시된 HDTV 현장 테스트는 1994년 8월 14일에 완료되었다.[36] 미국의 최초 공개 HDTV 방송은 1996년 7월 23일에 노스캐롤라이나주 롤리(Raleigh, North Carolina)의 방송국 WRAL-HD가 롤리 남동쪽에 있는 WRAL-TV의 기존 송신탑에서 방송을 시작하면서 이루어졌다.[37][38][39] 미국의 고급 텔레비전 시스템 위원회(ATSC) HDTV 시스템은 1998년 10월 29일, 우주왕복선 ''디스커버리''호를 타고 우주로 돌아온 존 글렌(John Glenn) 우주비행사의 귀환 임무 생중계 방송 중에 공식 출범했다.[40] 신호는 전국으로 송출되었으며, 특수 장비를 갖춘 과학 센터 및 기타 공공 극장에서 시청할 수 있었다.[1][41]
1988년부터 1991년까지 여러 유럽 기관들은 표준화질(SDTV)과 고화질(HDTV) 모두를 위한 이산 코사인 변환(DCT) 기반의 디지털 비디오 부호화 표준을 개발하고 있었다. CMTT와 ETSI의 EU 256 프로젝트와 이탈리아 방송사 RAI의 연구를 통해 약 70~140 Mbit/s의 속도로 스튜디오급 화질에 가까운 HDTV 전송을 가능하게 하는 DCT 비디오 코덱이 개발되었다.[25][42] 유럽 최초의 HDTV 방송은 가정 직접 수신 방식은 아니었지만, 1990년 RAI가 디지털 DCT 기반 EU 256 코덱,[25] 혼합 아날로그-디지털 HD-MAC 기술, 그리고 아날로그 MUSE 기술을 포함한 여러 실험적인 HDTV 기술을 사용하여 1990년 FIFA 월드컵을 방송하면서 시작되었다. 유럽에서 일부 HDTV 방송이 이루어진 후, 이 표준은 1993년 DVB의 디지털 포맷으로 대체되었다.[45]
정규 방송은 2004년 1월 1일, 벨기에 회사 Euro1080이 전통적인 빈 신년 음악회와 함께 HD1 채널을 개국하면서 시작되었다.[46]
HD 신호의 픽셀 종횡비는 1.0이다(픽셀의 가로와 세로가 같다. 정방형 픽셀이라고 불린다). 새로운 HD 압축/녹화 방식에서는 더 효율적인 압축을 위해 직사각형 픽셀을 이용하는 경우도 있다.
텔레비전 방송국이나 지역 내 배포를 담당하는 업체 또는 프로덕션 업체에서는 베이스밴드(비압축) HDTV 신호를 보내기 위해 시리얼 디지털 인터페이스(HD-SDI)(SMPTE)를 사용한다.
베이스밴드 HDTV 신호는 공중파나 케이블로 보내기에는 매우 넓은 대역폭을 차지하므로, 공중 방송에서는 압축된 영상 신호를 전송하고 텔레비전 수신기에서 이를 디코딩한다. 또한 가정용 텔레비전 수상기에서는 HDMI 인터페이스를 통해 BD 플레이어 등에서 출력되는 암호화된 베이스밴드 HDTV 신호를 수신할 수 있다.
2000년대 초반(2000~2003년)의 HD 방송은 시험 방송 성격이 강했다. 단편 드라마, 일부 예능 프로그램, 음악 방송에서만 적용되었고, 2002년 FIFA 월드컵 중계 이후 시상식 등에서 HD를 사용한 것은 2002년 한 해뿐이었다. 2003년에는 다시 SD로 방송되었다. HD 카메라는 수가 한정적이고 가격이 비쌌으며, 여러 촬영 장소를 이동하는 버라이어티나 예능 프로그램에 사용하기 어려웠다. HDTV 보급률은 2002년 기준 2%로 매우 낮았는데, HDTV 가격이 비쌌고 화질 개선 외에 큰 변화가 없어 구매 필요성을 느끼지 못했기 때문이다.
이 시기 HD 방송은 화질만 좋아졌을 뿐, 방송 효과, 자막, 그래픽 등은 1990년대 SD 제작 방식을 그대로 유지하여 촌스러운 느낌을 주었다.[63] 2000~2003년의 HD 방송은 시험 방송으로 접근성이 한정되었고,[64] 1990년대식 연출에서 화질만 개선된 형태였다. 시험방송이었기에 화질은 우수했지만, 2000년대 중반 이후 HD 방송이 대중화되면서 방송국들이 화질을 낮춘 것이 현재 화질과의 차이를 만들었다.
당시 HD 방송은 거의 보급되지 않아, 대부분 비디오테이프에 녹화된 아날로그 화질로 소장하는 경우가 많았다. 2019년부터 방송국에서 초창기 HD 자료를 제공하면서 시험방송 시절 HD 자료들의 접근성이 좋아졌다.
2003년 9월 24시간 HD 위성방송 개설을 시작으로, 2004년부터 HD 방송은 시험방송기를 끝내고 대중화 단계로 접어들었다. 디지털 방송은 SD/아날로그 방송과 공존하며 점유율을 넓혀갔다. HDTV 보급률은 여전히 10% 미만으로 저조하여 예능, 뉴스 프로그램은 아날로그 방송을 유지하는 한계가 있었다. 2000년대 후반까지 아날로그와 디지털 방송은 비슷한 점유율을 보였으며, HD 방송은 2006년에 전국 방송되었다.
이 시기에는 그래픽과 방송 연출의 발전이 두드러졌다. 2000년대 초반의 단순한 화질 개선과 달리, 디지털 방송 화질에 맞춰 그래픽과 연출의 세련됨을 추구했다. 1990년대식 프로그램 진행, 자막, 연출은 사라지고 트렌드를 갖추게 되었다.
방송사들은 디지털 방송 대중화에 맞춰 KBS 2TV는 2003년 하반기 디지털 방송 마스코트 K2를 도입하고, 박진영에게 로고송 작곡을 의뢰했다. MBC는 2005년 1월 새로운 CI를 도입했고, SBS는 2004년 3월 목동으로 사옥을 이전하며 디지털 방송 전용 시설을 구축했다. 로고송, NEXT, ID 등에 그래픽을 추가하고,[65] KBS는 비, 장나라, SBS는 보아 등 대중 가수들이 로고송을 맡았다. 그러나 2000년대 후반까지 HD 방송 시청률은 14%로 부진했으며, 대부분의 프로그램은 4:3 SD로 제작되었다.
2010년대 정부는 아날로그/SD 방송 종료 계획을 확정하고 홍보를 시작했다. HDTV 보급률이 급증하며 2000년대 후반까지 유지되던 아날로그 방송은 쇠퇴했다. 지상파 방송은 2010년 이후 예능 프로그램까지 HD로 전환했고, 2011년~2012년에는 대부분의 프로그램이 HD 방송을 시행했다.
2012년12월 31일 수도권에서 아날로그 방송이 종료되며 디지털 TV 시대가 열렸다. 2013년부터 모든 지상파 프로그램이 디지털 방송으로 제작되어, 아날로그 방송 시절의 그래픽과 연출은 사라졌다. 케이블 아날로그 방송은 2021년까지 제공되었으나 2022년부터 완전히 종료되어, 현재 대한민국에서는 아날로그 방송을 볼 수 없다.
5. 기술적 세부 사항
디지털 HDTV 방송은 일반적으로 MPEG-2 압축 코덱을 사용한다. MPEG-2는 최대 4:2:2 YUV 샘플링(크로마 서브샘플링)과 10비트 양자화를 지원하지만, HDTV 방송에서는 대역폭 절약을 위해 4:2:0 방식과 8비트 양자화를 주로 사용한다. 한국의 DMB, 위성방송, 독일 방송사 등에서는 MPEG-4를 사용하기도 한다. 앞으로 유럽의 HDTV 방송은 MPEG-4를 사용할 예정이며, 아일랜드처럼 디지털 방송이 시작되지 않은 곳에서는 HDTV 및 SDTV 디지털 방송에도 MPEG-4가 고려되고 있다. 최근에는 대역폭 제한 내에서 더 많은 데이터를 전송하기 위해 MPEG-4와 DVB-S2 기술이 사용되는 추세이다.
HDTV는 5.1 서라운드 사운드를 지원하는 MPEG2 오디오(DVB), 돌비 디지털(AC-3)(ATSC), 고급 오디오 부호화(AAC)(ISDB) 형식의 사운드를 사용하여 극장 수준의 오디오를 제공한다.
순수 HD 신호의 픽셀 가로세로비(aspect ratio)는 1.0이다. (픽셀 가로 크기 = 세로 크기) 새로운 HD 압축/녹화 방식에서는 더 효율적인 압축을 위해 직사각형 픽셀을 사용한다.
TV 방송사, 지역 내 분배 업체, 프로덕션 업체는 압축되지 않은 HDTV 신호 전송을 위해 SMPTE 292M 전송 표준(1.5 Gb/s, 75옴 시리얼 디지털 인터페이스)을 사용한다. 압축되지 않은 HDTV 신호는 공중파나 케이블 전송 시 대역폭을 많이 차지하므로, 압축된 신호를 전송하고 TV 수신기에서 복원한다. 일반 TV 수신기는 가격 및 영상 저작권 문제로 SMPTE 292M 신호를 직접 수신할 수 없다.
소니가 도입하고 SMPTE D11에 정의된 HDCAM 및 HDV 형식의 아나모픽 1125선 비디오에 사용.
1080p (풀 HD) 1920×1080
깨끗한 조리개
2,005,056
2.0
16:9
1:1
SMPTE 274M에 정의된 1124선 비디오에 사용.
HDTV는 표준화질TV(SDTV)의 선형 해상도의 두 배 이상이며, 아날로그 TV나 일반 DVD보다 더 세밀한 디테일을 보여준다. HDTV 방송 기술 표준은 종횡비가 16:9인 영상을 레터박싱이나 아나모픽 스트레칭 없이 처리하여 영상 해상도를 높인다.
높은 해상도 소스는 충실도 손실 없이 전송 시 사용 가능한 대역폭보다 더 많은 대역폭을 필요로 할 수 있다. 디지털 HDTV 저장 및 전송 시스템에 사용되는 손실 압축은 수신된 영상을 왜곡시킨다.
ATSC와 DVB는 다양한 방송 표준에 사용할 프레임 속도를 정의한다.[52][53]
23.976 Hz (필름 느낌 프레임 속도)
24 Hz (국제 필름 및 ATSC 고화질 자료)
25 Hz (PAL 필름, DVB 표준화질 및 고화질 자료)
29.97 Hz (NTSC 필름 및 표준화질 자료)
30 Hz (NTSC 필름, ATSC 고화질 자료)
50 Hz (DVB 고화질 자료)
59.94 Hz (ATSC 고화질 자료)
60 Hz (ATSC 고화질 자료)
방송에 최적 형식은 비디오 기록 매체 유형과 이미지 특성에 따라 다르다. 원본 충실도를 높이려면 전송 필드 비율, 라인, 프레임 속도가 원본과 일치해야 한다.
PAL, SECAM, NTSC 프레임 속도는 아날로그 표준화질 텔레비전에만 적용되며, 디지털 또는 고화질 방송에는 적용되지 않는다. 그러나 디지털 방송, HDTV 방송 도입 시 국가들은 기존 시스템을 유지했다. 구 PAL, SECAM 국가 HDTV는 25/50 Hz 프레임 속도로 작동, 구 NTSC 국가 HDTV는 30/60 Hz 프레임 속도로 작동한다.[54]
미국에서는 SDTV 방송을 위한 디지털 전송 방식으로 MPEG-2, HDTV를 위해 MPEG-3이 제정될 예정이었으나, MPEG-2와 MPEG-3의 기본 기술이 같아 MPEG-2가 MPEG-3을 흡수·통합하여 MPEG-3 규격은 공석이 되었다. 현재는 HDTV를 포함한 영상 디지털 전송 방식으로 MPEG-2가 널리 사용된다.
MPEG-2는 최대 4:2:2 YUV 샘플링(크로마 서브샘플링)과 10비트 양자화를 지원하지만, HDTV 방송에서는 대역폭 절약을 위해 4:2:0 방식과 8비트 양자화를 이용한다. 한국의 DMB와 독일의 DVB-S2는 H.264(MPEG-4 AVC)를 이용한다. 유럽의 HDTV 방송에서도 H.264를 사용할 예정이며, 아일랜드 등 디지털 방송이 시작되지 않은 곳에서는 HDTV, SDTV 디지털 방송에 H.264 이용이 검토된다.
일본에서는 2008년 10월부터 스카파! HDTV 방송용(스카파! 프리미엄 서비스), 2009년 12월부터 국제 방송·NHK 월드 TV의 HDTV 방송용으로 H.264를 이용한다.
HDTV는 5.1채널 서라운드 사운드를 지원하는 AAC(Advanced Audio Coding)와 돌비 디지털(AC-3) 형식 사운드를 사용, 영화관 수준 오디오 감상이 가능하다.
HD 신호 픽셀 종횡비는 1.0이다(픽셀 가로와 세로가 같다. 정방형 픽셀). HD 압축/녹화 방식에서는 효율적인 압축을 위해 직사각형 픽셀을 이용하기도 한다(예: 일본의 지상 디지털 텔레비전 방송에서는 수평 화소수 1440닷의 각 픽셀이 가로로 긴 직사각형 형식으로 전송되며, 이 직사각형 픽셀을 정확하게 재현할 수 없는 수신기는 1920닷 정방형 픽셀로 변환).
텔레비전 방송국이나 지역 내 배포 업체, 프로덕션 업체는 베이스밴드(비압축) HDTV 신호를 보내기 위해 HD-SDI(SMPTE-292M: YPbPr/4:2:2/10bit/1.485Gbps)를 사용한다.
베이스밴드 HDTV 신호는 공중파나 케이블로 보내기에는 넓은 대역폭을 차지, 공중 방송에서는 압축된 영상 신호를 전송하고 텔레비전 수신기에서 디코딩한다. 가정용 텔레비전 수상기에서는 HDMI 인터페이스를 통해 BD 플레이어 등에서 출력되는 암호화된 베이스밴드 HDTV 신호를 수신한다.
System-M/NTSC 호환 프레임 레이트인 29.97프레임/초 (30×1000/1001), 59.94 프레임/초(60×1000/1001)는 30, 60으로 반올림하여 표현된다.
1080i 및 1080p는 '''풀 HD''', '''풀 고화질''' ('''FHD''') , '''2K'''라고도 불린다.
예를 들어 720p60은 1280x720 픽셀이 순차 주사 방식으로 초당 60 프레임(60 Hz)이 전송되는 신호를, 1080i50은 1920x1080 픽셀이 비월 주사 방식으로 초당 50 필드(25 프레임)가 전송되는 신호를 말한다. 뒤의 프레임/필드 수는 생략되기도 하는데, 이 경우 TV 시스템에 따라 50 또는 60으로 가정한다. 1080p는 HDTV에서 1080p24, 1080p25, 1080p30 정도만 지원한다.
초당 프레임/필드의 수(프레임률)는 해상도와 독립적으로 사용될 수 있다. (24p는 초당 순차 주사 방식 24 프레임, 50i는 초당 비월 주사 방식 25 프레임)
HDTV 시스템은 몇 가지 표준 해상도와 프레임률을 지원한다. 가장 일반적인 것은 다음과 같다.
일부 국가에서는 777,600 픽셀 (≈0.78Mpx, 필드당) 또는 1,555,200 픽셀 (≈1.56Mpx, 프레임당)과 같은 비표준 CTA 해상도를 사용하기도 한다.
프레임당 2메가픽셀로 전송될 때, HDTV는 표준화질(SD) 텔레비전보다 약 5배 많은 픽셀을 제공하여, 더 선명하고 디테일한 영상을 제공한다. 프로그레시브 스캔과 높은 프레임 속도는 깜빡임이 적고 빠른 동작을 더 잘 표현한다.
방송을 위한 최적 형식은 영상물 기록 저장매체와 영상물 특성에 따라 달라진다. 해상도와 프레임률은 영상물 자체 형식과 동일해야 한다. 높은 해상도 영상물을 손실 없이 전송하려면 더 높은 대역폭이 필요하다. 모든 디지털 HDTV 방송/저장 시스템은 손실 압축 방식을 사용하므로 원본 영상에 비해 약간 왜곡이 발생한다.
극장용 필름은 높은 해상도를 가지고 초당 24 프레임을 기록한다. 가용 대역폭, 영상 세밀함, 운동량에 따라 720p24나 1080p24가 영상 전송을 위한 최적 형식이다. PAL 방식 텔레비전으로 시청하기 위해선 초당 25 프레임으로 변환(4% 속도 향상)된다. NTSC 방식은 3:2 pulldown 기술을 사용하는데, 하나의 필름 프레임은 3개 비디오 필드(1/20초), 다음 프레임은 2개 비디오 필드(1/30초)에 실리는 형식으로, 2 프레임이 1/12초 동안 전송된다.
HDTV 이전 베타캠 SP 같은 매체에 기록된 영상은 480i60이나 576i50 형식이다. 높은 해상도인 720i로 변환될 수 있지만, 비월 주사된 영상을 720p로 변환하는 과정에서 영상 왜곡이 발생할 수 있으며, 디인터레이싱 필터링이 필요하다.
영화가 아닌 HDTV 영상물은 720p나 1080i 형식으로 기록된다. 방송 형식은 텔레비전 방송사에서 결정하지만, 여러 요소들이 영향을 준다. 720p는 순차 주사 방식이라 빠른 움직임이 많은 영상에 알맞으며, 1080i는 비월 주사 방식이라 빠른 움직임을 표현할 때 화질이 저하될 수 있다. 720p는 HD 영상 인터넷 배포에 많이 사용되는데, 모든 컴퓨터 모니터는 순차 주사 방식을 사용하며, UVD나 PureVideo 적용 이전 그래픽 카드는 비월 주사 방식 영상 실시간 변환 성능이 좋지 않았다. 720p 영상은 1080p 영상에 비해 적은 용량과 디코딩 연산을 필요로 하며, 1080i는 디인터레이싱 절차를 거쳐야 하므로 1080p보다 더 많은 디코딩 연산이 필요하다. 그러나 1080i는 비월 주사 방식 특성 때문에 전송 데이터 양이 720p에 비해 차이가 거의 없으면서 해상도는 두 배 높아, HDTV에 720p가 적당한지, 1080i가 적당한지에 대한 논란은 계속되고 있다.
1080i 및 1080p는 '''풀 HD''', '''풀 고화질''' ('''FHD''') , '''2K'''라고도 불린다.
화면비율: 16:9
주사 방식: 프로그레시브(en:Progressive scan) (순차 주사)
유효 주사선 수: 720본 (총 주사선 수: 750본)
프레임 레이트: 59.94프레임/초
유효 화소 수: 1280×720/프레임
화면비율: 16:9
주사 방식: 프로그레시브(프로그레시브 스캔)
유효 주사선 수: 1080선 (총 주사선 수: 1125선)
프레임 속도: 59.94프레임/초
유효 화소 수: 1920×1080 또는 1440×1080/프레임
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