화면 재생 빈도

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1. 개요
2. 물리적 요인
- 2.1. 음극선관 (CRT)
- 2.2. 액정 디스플레이 (LCD)
3. 컴퓨터 디스플레이
- 3.1. 가변 주사율 (VRR)
4. 스테레오 디스플레이
5. 텔레비전
6. 메모리
참조

1. 개요

화면 재생 빈도는 디스플레이 장치가 이미지를 다시 그리는 속도를 의미하며, 주로 CRT(음극선관)와 LCD(액정 디스플레이) 기술에 따라 구현 방식과 특징이 다르다. CRT는 전자빔이 화면을 주사하여 이미지를 표시하며, 낮은 재생 빈도에서는 깜빡임이 발생하여 두통, 피로 등을 유발할 수 있다. LCD는 백라이트를 사용하여 픽셀 상태를 유지하며, CRT와 달리 깜빡임이 적지만, 재생 빈도는 표시 가능한 최고 프레임 속도를 결정한다. 컴퓨터 디스플레이에서는 CRT의 경우 해상도에 따라 권장되는 재생 빈도가 존재하며, LCD는 가변 주사율 기술을 통해 그래픽 카드 프레임 속도에 맞춰 주사율을 조정할 수 있다. 텔레비전의 경우, AC 전원 주파수를 수직 재생 빈도로 사용하여 간섭을 줄였으며, 영화 및 비디오 전송 방식에 따라 50Hz 또는 60Hz 표준을 사용한다.

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화면 재생 빈도
화면 재생 빈도
정의	디스플레이 하드웨어가 새로운 이미지를 표시하는 빈도
상세 정보
단위	헤르츠 (Hz)
설명
화면 재생 빈도	모니터가 1초당 이미지를 갱신하는 횟수
측정 단위	헤르츠(Hz)
작동 원리	모니터가 초당 이미지를 빠르게 새로 고쳐 움직이는 이미지를 생성
일반적인 범위	60Hz, 75Hz, 120Hz, 144Hz, 240Hz 등
게임에서의 중요성	높은 재생 빈도는 더 부드러운 게임 플레이, 낮은 입력 지연, 잔상 감소 효과를 제공
시각적 편안함	낮은 재생 빈도는 눈의 피로와 두통을 유발할 수 있음
디스플레이 기술	액정 표시 장치(LCD) 및 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 모두 다양한 재생 빈도를 지원
참고 사항
화면 주사율 설정 변경	윈도우 XP에서 화면 주사율을 변경하는 방법은 마이크로소프트 지원 페이지에서 확인 가능

2. 물리적 요인

모든 래스터 디스플레이 장치는 고유한 화면 재생 빈도를 갖지만, 물리적 구현은 기술에 따라 다르다.

음극선관(CRT) 디스플레이에서 주사 속도는 그래픽 카드가 발생한 수직 귀선 기간에 제어받는다. 화면 재생 빈도를 높이면 깜박임을 줄여 눈의 압박을 줄일 수 있지만, 디스플레이에 권장되는 빈도 이상을 지정할 경우 손상이 발생할 수 있다.^[11]

LCD 모니터의 액정 화면 재생 빈도는 영상 데이터 및 백라이트 스캔 두 가지에 의해 결정된다. 이는 CRT 모니터는 조명과 화상 모두에 같은 구조를 이용하지만 LCD는 별도의 백라이트를 이용하여 LCD 액정 셔터가 표현하는 영상을 비추기 때문이다.

화면 재생 빈도는 단위 시간당 화면을 다시 그리는 횟수를 나타낸다. 일반적인 동적 표시의 래스터 스캔 방식 브라운관에서는 '''수직 동기 주파수'''와 동일하다. 재생 빈도가 높을수록 동영상(영상)은 더 부드럽게 보인다.

인간의 눈에는 잔상이 남는다. 브라운관 등의 디스플레이 장치는 이것을 이용하여 화면을 표시하고 있다. 화면 재생 빈도가 1Hz와 같이 낮을 경우, 인간의 눈에 보이는 것은 브라운관 상을 1초 주기로 상하로 움직이는 빛 점뿐이다. 이 화면 재생 빈도를 50Hz나 100Hz와 같은 높은 값으로 하면 빛 점의 잔상이 남아있는 동안 다시 다음 주기의 빛 점이 표시되므로 결과적으로 선이나 면이 빛 점의 집합으로 표시되는 것처럼 보이게 된다.

화면 재생 빈도가 낮으면 화면이 깜빡거려 보이고, 반대로 높으면 깜빡거림이 감소하여 보기 쉬우며, 동영상은 더욱 부드럽게 보인다. 화면 재생 빈도가 낮아서 일어나는 깜빡거림은 사람에 따라 두통, 구토, 피로(눈의 피로) 등을 일으킬 수 있으므로 주의해야 한다.

화면 재생 빈도에는 각 장치 자체의 상한이 있으며, 또한 화면 해상도와 수평 동기 주파수, 도트 클럭의 각 상한의 조합에서 오는 상한이 있다. 일반적으로 70~75Hz 이상이 권장된다.^[9]

카메라로 브라운관을 촬영하면, 대부분 띠 모양으로 찍히지 않는 부분이 있거나 휘도에 얼룩이 생기는데, 이는 래스터 스캔 때문이다. 사진의 경우, 화면 재생 빈도보다 노출 시간 즉 셔터 속도가 짧을 경우, 띠 모양으로 찍히지 않는 부분이 생긴다.

비디오 카메라의 경우, 브라운관과 카메라 양쪽의 화면 재생 빈도가 동기되지 않으면 검은색, 또는 휘도 얼룩의 띠가 위 또는 아래로 항상 흐르는 것처럼 찍힌다. 이는 일종의 비트 혹은 스트로보 효과이다.

2. 1. 음극선관 (CRT)

음극선관(CRT)은 전자빔을 사용하여 화면을 표시하는 방식이다. CRT는 화면을 갱신해야 이미지가 유지되는데, 이는 인광체가 퇴색되어 정기적으로 재생하지 않으면 이미지가 빠르게 사라지기 때문이다.^[3] CRT에서 수직 주사율은 전자빔이 새로운 프레임을 그리기 위해 화면의 왼쪽 상단 모서리로 돌아가는 초당 횟수를 의미한다. 재생 빈도는 수평 주사 빈도를 수평 라인 수로 나누고, 빔이 맨 위로 돌아갈 수 있도록 약간의 시간을 더하여 계산할 수 있다. (일반적으로 1.05배)^[4]

CRT 재생 빈도는 과거 비디오 게임 프로그래밍에서 중요한 요소였다. 초기 비디오 게임은 수직 블랭킹 간격 동안에만 계산을 수행할 수 있었다.^[5]

2. 2. 액정 디스플레이 (LCD)

LCD 모니터의 액정은 화면 재생 빈도가 영상 데이터(data) 및 백라이트 스캔(Backlight scan) 두 가지에 의해 결정된다. 이는 CRT 모니터가 조명과 화상 모두에 같은 구조를 이용하지만, LCD는 별도의 백라이트를 이용하여 LCD 액정 셔터가 표현하는 영상을 비추기 때문이다.

음극선관과 달리, 액정 표시 장치의 픽셀은 전원이 공급되는 동안 상태를 유지하므로 화면이 갱신되지 않아 이미지가 흐려지는 현상이 없다. 따라서 재생 빈도와 관계없이 본질적인 깜빡임이 없다. 그러나 재생 빈도는 여전히 표시할 수 있는 최고 프레임 속도를 결정하며, 수직 블랭킹 간격은 각 갱신 주기에서 화면이 업데이트되지 않는 기간이다. 이 기간 동안 호스트 시스템의 프레임 버퍼에 있는 이미지 데이터를 업데이트할 수 있다. 수직 동기화 옵션을 사용하면 전체 이미지를 동시에 렌더링하여 화면 찢김 현상을 제거할 수 있다.^[1]

단위 시간당 화면을 다시 그리는 횟수를 나타내며, 일반적인 동적 표시의 래스터 스캔 방식 브라운관에서는 '''수직 동기 주파수'''와 동일하다.^[1]

재생 빈도가 높을수록 동영상(영상)은 더 부드럽게 보인다.^[1]

액정 디스플레이에서는 도트 자체가 점멸하는 것이 아니라 항상 (엄밀히는 인버터에 의한 수~수십 킬로헤르츠의 주기로) 켜져 있는 백라이트를 광원으로 사용한다. 이 때문에 브라운관과 달리 깜빡임 (플리커)이 눈에 띄지 않는다.^[1]

재생 빈도와 영상의 타이밍이 동기화되지 않은 경우, 프레임 전환 중간이 디스플레이에 표시되는 현상이 발생한다. 프레임 상하가 어긋나 보이는 이 현상을 테어링이라고 한다.^[1]

기종마다 대응 가능한 재생 빈도가 정해져 있으며, 60Hz가 일반적이다. 더불어 더 부드럽게 표시할 수 있는 120Hz, 144Hz, 240Hz, 나아가 360Hz, 500Hz 등에 대응하는 것도 있다.^[1]

3. 컴퓨터 디스플레이

음극선관(CRT) 디스플레이에서 주사율은 그래픽 카드가 발생시키는 수직 귀선 기간에 의해 제어된다. 해상도가 높아질수록 더 많은 주사선이 필요하므로 모니터의 최대 수평 주사 속도와 해상도에 제한을 받는다. 화면 재생 빈도를 높이면 깜박임을 줄여 눈의 피로를 덜 수 있지만, 권장 빈도 이상으로 설정하면 디스플레이가 손상될 수 있다.^[11]

래스터 스캔 방식의 CRT는 화면을 주기적으로 재생해야 한다. 인광체가 퇴색되어 정기적으로 재생하지 않으면 이미지가 빠르게 사라지기 때문이다. CRT에서 수직 주사율은 전자빔이 새로운 프레임을 그리기 위해 화면 왼쪽 상단으로 돌아가는 초당 횟수를 의미한다.^[3] 이는 수직 블랭킹 신호에 의해 제어되며, 비디오 컨트롤러가 생성하고 모니터의 최대 수평 주사율에 의해 부분적으로 제한된다.

재생 빈도는 수평 주사 빈도를 수평 라인 수로 나누고, 빔이 맨 위로 돌아갈 수 있도록 약간의 시간을 더하여 계산할 수 있다. 일반적으로 1.05배를 곱한다.^[4] 예를 들어, 1280 × 1024 해상도에서 96 kHz의 수평 주사 빈도를 가진 모니터는 96,000 ÷ (1024 × 1.05) ≈ 89 Hz (내림)의 재생 빈도를 갖는다.

CRT 재생 빈도는 비디오 게임 프로그래밍에서 중요한 요소였다. 초기에는 수직 블랭킹 간격 동안에만 계산을 수행할 수 있었다.^[5] 최신 게임에서도 그래픽 깜빡임이나 화면 찢김을 방지하기 위해 수직 리트레이스 중에만 컴퓨터의 비디오 버퍼를 변경하는 것이 중요하다.

액정 표시 장치(LCD)는 픽셀이 전원이 공급되는 동안 상태를 유지하므로 재생 빈도와 관계없이 본질적인 깜박임은 없다. 그러나 재생 빈도는 여전히 표시할 수 있는 최고 프레임 속도를 결정하며, 수직 블랭킹 간격은 각 갱신 주기에서 화면이 업데이트되지 않는 기간이다. 수직 동기화 옵션을 사용하면 화면 찢김 현상을 제거할 수 있다.

CPU 팬이 0, 300, 1300 분당 회전수로 회전하는 비디오, 60 초당 프레임 수로 녹화됨

소형 CRT 모니터(약 38cm까지)에서는 60~72Hz 사이에서 불편함을 느끼는 사람이 거의 없다. 대형 CRT 모니터(43cm 이상)에서는 대부분 72Hz 이상으로 설정해야 불편함을 느끼지 않는다. 100Hz는 거의 모든 크기에서 편안하다. 그러나 LCD 모니터는 프레임 속도가 60fps로 고정되는 경우가 많고, 백라이트가 일반적으로 최소 200Hz로 작동하기 때문에 큰 문제가 되지 않는다.

운영 체제에 따라 기본 주사율 설정이 다르다. 윈도우 95 및 윈도우 98은 디스플레이가 지원하는 최고 주사율로 설정하는 반면, 윈도우 NT 기반 운영 체제(윈도우 2000, 윈도우 XP, 윈도우 비스타, 윈도우 7 등)는 기본 주사율을 보수적인 60Hz로 설정한다. 많은 게임들은 사용자가 주사율을 재구성할 수 있도록 하지만, 대부분은 보수적인 해상도와 주사율을 기본값으로 사용하고 옵션에서 설정을 높일 수 있다.

구형 모니터는 사용자가 비디오 카드를 모니터에서 지원하는 최고 속도보다 높은 주사율로 설정하면 손상될 수 있다. 일부 모니터는 지원되지 않는 주사율을 사용한다는 알림을 표시한다.

3. 1. 가변 주사율 (VRR)

일부 LCD는 그래픽 카드에서 제공하는 현재 프레임 속도에 맞춰 주사율을 조정하는 가변 주사율(VRR) 기술을 지원한다. AMD의 프리싱크와 NVIDIA의 지싱크가 대표적이다.^[1]

재생 빈도와 영상의 타이밍이 동기화되지 않은 경우, 프레임 전환 중간이 디스플레이에 표시되는 현상이 발생한다. 프레임 상하가 어긋나 보이는 이 현상을 테어링이라고 한다.^[1]

4. 스테레오 디스플레이

LCD 셔터 안경을 3D 디스플레이 스테레오에 사용하는 경우, 각 눈이 별도의 사진을 필요로 하기 때문에 유효 주사율이 절반으로 줄어든다. 이러한 이유로, 일반적으로 최소 120Hz를 지원하는 디스플레이를 사용하는 것이 좋다. 120Hz를 절반으로 나누면 60Hz가 되기 때문이다. 주사율이 높을수록 이미지 안정성이 높아진다. 예를 들어, 비 스테레오 72Hz는 스테레오 144Hz, 비 스테레오 90Hz는 스테레오 180Hz이다. 대부분의 보급형 컴퓨터 그래픽 카드와 모니터는 특히 고해상도에서 이러한 높은 주사율을 처리할 수 없다.

LCD 모니터의 경우 픽셀 밝기 변화가 CRT 또는 플라즈마 형광체보다 훨씬 느리다. 일반적으로 LCD 픽셀 밝기 변화는 전압이 제거될 때보다 전압이 가해질 때 더 빠르며, 이는 비대칭적인 픽셀 응답 시간을 초래한다. 3D 셔터 안경을 사용하면 이전 이미지 프레임이 다음 프레임이 그려질 때 충분히 빠르게 검은색으로 페이드되지 않아 디스플레이가 흐릿하게 번지고 깊이 인식이 저하될 수 있다.

5. 텔레비전

1930년대 텔레비전 개발은 여러 기술적 제약에 의해 결정되었다. AC 전원 선 주파수가 수직 재생 빈도로 사용되었는데, 그 이유는 두 가지였다. 첫째, 텔레비전의 진공관은 잔물결을 포함한 장치의 전원 공급 장치로부터 간섭을 받기 쉬웠다. 이로 인해 가로줄이 흔들리는 현상(험 바)이 발생할 수 있었다. 같은 주파수를 사용하면 이러한 현상이 줄어들고 간섭이 화면에 정적으로 나타나 덜 눈에 띄었다. 둘째, 텔레비전 스튜디오에서 AC 램프를 사용했고, 다른 주파수로 촬영하면 스트로빙이 발생했기 때문이다.^[6]

이러한 이유로 제작자들은 미국에서 60 Hz, 유럽에서 50 Hz로 텔레비전을 작동시키는 것 외에는 선택의 여지가 거의 없었다. 이 속도는 오늘날 사용되는 텔레비전의 기반이 되었는데, 60 Hz는 System M (거의 항상 NTSC 색상 코딩과 함께 사용), 50 Hz는 System B/G (거의 항상 PAL 또는 SECAM 색상 코딩과 함께 사용) 방식이다. 유럽은 낮은 프레임 속도 대신 더 높은 해상도를 얻었다. System M (704 × 480 @ 30i)과 System B/G (704 × 576 @ 25i)를 비교해 보면 알 수 있다. 그러나 50 Hz의 낮은 재생 빈도는 더 많은 깜빡임을 유발하므로, 재생 빈도를 100 Hz로 두 배로 높이기 위해 디지털 기술을 사용하는 텔레비전이 현재 매우 인기가 있다.^[6]

50 Hz 및 60 Hz 표준 간의 또 다른 차이점은 영화(비디오 카메라 소스와 반대되는 필름 소스)가 전송되거나 표시되는 방식이다. 35 mm 필름은 일반적으로 24 초당 프레임 (fps)으로 촬영된다. PAL 50 Hz의 경우 필름을 4% 가속하여 필름 소스를 쉽게 전송할 수 있다. 따라서 결과 그림은 부드럽지만 오디오의 피치에 약간의 변화가 있다. NTSC 텔레비전은 3:2 풀다운이라는 기술을 사용하여 속도 변경 없이 24 fps와 25 fps 자료를 모두 표시하지만, 텔레시네 저더 형태로 부드럽지 않은 재생이 발생한다.^[6]

아날로그 텔레비전 시스템은 인터레이스를 사용하여, 먼저 홀수 줄을 그리고 다음으로 짝수 줄을 그림으로써 (이를 필드라고 함) 눈에 보이는 깜빡임을 줄인다. 이렇게 하면 동일한 프레임 속도의 프로그레시브 스캔 이미지에 비해 재생 빈도가 두 배로 늘어난다. 이것은 각 필드가 별도의 노출로 생성되는 비디오 카메라에 완벽하게 작동한다. 유효 프레임 속도가 두 배가 되어 초당 25번이 아닌 50번의 노출이 이루어진다. CRT의 역학은 이 접근 방식에 이상적으로 적합하며, 빠른 장면은 50 Hz 재생 빈도의 이점을 얻고, 이전 필드는 새 필드가 쓰여질 때 대부분 사라지고, 정적 이미지는 두 필드가 눈에 의해 통합되므로 향상된 해상도의 이점을 얻는다. 최신 CRT 기반 텔레비전은 100 Hz 기술 형태로 깜빡임 없음으로 만들 수 있다.^[6]

많은 고급 LCD 텔레비전은 이제 120 또는 240 Hz (현재 및 이전 NTSC 국가) 또는 100 또는 200 Hz (PAL/SECAM 국가) 재생 빈도를 가지고 있다. 120의 속도는 24 fps (영화)와 30 fps (NTSC TV)의 최소 공배수로 선택되었으며, 영화가 텔레시네 (3:2 풀다운) 제거로 인해 볼 때 왜곡을 줄일 수 있다. PAL의 경우 25 fps에서 100 또는 200 Hz는 600 (24 × 25)의 최소 공배수의 분수 타협으로 사용된다. 이러한 더 높은 재생 빈도는 24p 소스 비디오 출력 (예: 블루레이 디스크) 및/또는 빠른 움직임의 장면에 가장 효과적이다.^[7]

6. 메모리

DRAM과 같은 동적 메모리의 기억 유지를 위한 처리 주기로, '리프레시' 또는 리프레시 사이클이라고도 불린다. 일정 시간마다 이 신호를 보내 메모리 내용을 유지한다.

참조

_[1] 웹사이트 How To Change the Screen Refresh Rate of Your Monitor in Windows XP https://web.archive.[...] 2007-10-19
_[2] 웹사이트 What is the Refresh Rate of Monitor https://web.archive.[...] 2020-12-18
_[3] 간행물 The Perfect Display https://books.google[...] Ziff Davis, Inc. 1993-07
_[4] 웹사이트 XFree86-Video-Timings-HOWTO https://www.tldp.org[...]
_[5] 간행물 Racing the Beam: How Atari 2600's Crazy Hardware Changed Game Design https://www.wired.co[...] 2020-08-16
_[6] 웹사이트 What is Monitor Refresh Rate https://techgearoid.[...] 2019-05-15
_[7] 웹사이트 What is monitor refresh rate? https://web.archive.[...] 2020-12-18
_[8] 웹사이트 Six things you need to know about 120Hz LCD TVs https://web.archive.[...]
_[9] 뉴스 鈴木直美の「PC Watch先週のキーワード」第35回：（1998年）6月15日～6月19日 https://pc.watch.imp[...]
_[10] 문서 화면 재생 빈도는 마이크로소프트사에서 윈도우 XP와 윈도우 비스타에서 사용하던 Refresh Rate를 번역한 것을 가져온 것이다
_[11] 웹사이트 How To Change the Screen Refresh Rate of Your Monitor in Windows XP http://support.micro[...]

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