4K 해상도

1. 개요

4K 해상도는 가로 4,000개 정도의 픽셀을 갖는 다양한 해상도를 포괄하는 용어이다. DCI, SMPTE, ITU-R, CEA 등 여러 기관에서 4K 해상도에 대한 표준을 정의하며, 3840x2160 해상도가 가장 일반적으로 사용된다. DCI 4K는 영화 산업에서 사용되는 4096x2160 해상도를, UHDTV 표준은 3840x2160 또는 7680x4320 해상도를, CEA는 Ultra HD라는 용어로 3840x2160 이상의 해상도를 정의한다. 4K는 2160p 해상도로도 불리며, 2010년대부터 유튜브, 넷플릭스 등에서 4K 콘텐츠를 지원하며, 2010년 이후 극장에서 4K 해상도 영화 상영이 시작되었다.

2. 4K 표준 및 용어

"4K"라는 용어는 일반적으로 사용되며, 약 4,000개의 수평 픽셀을 가진 모든 해상도를 의미한다. 여러 기관에서 다양한 4K 해상도를 표준화했다.

2.1. DCI 디지털 시네마 시스템 규격

2005년, 영화 산업의 주요 표준 기구인 디지털 시네마 이니셔티브(Digital Cinema Initiatives, DCI)는 디지털 시네마 시스템 사양(Digital Cinema System Specification)을 발표했다. 이 사양은 디지털 시네마 제작을 위한 표준화된 2K 및 4K 컨테이너 형식을 2048x1080^영어 및 4096x2160^영어 해상도로 각각 정의한다. 내부 비디오 콘텐츠의 해상도는 SMPTE 428-1 표준을 따른다. 이 표준은 4K 배포를 위한 다음과 같은 해상도를 정의한다.

2.2. SMPTE UHDTV 표준

2007년 미국 영화 및 텔레비전 기술자 협회(SMPTE)는 UHDTV1과 UHDTV2 두 가지 UHDTV 시스템의 매개변수를 정의하는 SMPTE ST 2036-1을 발표했다. 이 표준은 다음과 같은 시스템 특징을 정의한다.

* 해상도 3840 × 2160 (UHDTV1) 또는 7680 × 4320 (UHDTV2)
* 정방형 (1:1) 픽셀, 전체 화면 종횡비는 16:9
* 프레임 속도는 23.976, 24, 25, 29.97, 30, 50, 59.94, 60, 100, 119.88 또는 120Hz이며, 프로그레시브 스캔 방식을 사용한다.
* RGB, Y′C_BC_R 4:4:4, 4:2:2 또는 4:2:0 픽셀 인코딩
* 10bpc (30bit/px) 또는 12bpc (36bit/px) 색심도
* 표준에 정의된 색측정 특성(색 기본값, 양자화 매개변수 및 전기 광학적 전달 함수 포함). 이러한 특성은 나중에 ITU-R BT.2020에서 표준화되었다. UHDTV1 시스템은 60Hz까지 BT.709 색 기본값을 사용할 수 있다.

2.3. ITU-R UHDTV 표준

2012년, 국제전기통신연합 전파통신 부문(ITU-R)은 초고선명 텔레비전(UHDTV) 표준인 권고 ITU-R BT.2020을 발표했다. 이는 SMPTE ST 2036–1에 정의된 것과 동일한 이미지 매개변수를 채택한다.

ITU는 일반적으로 공개 발표 및 보도 자료에서 시스템을 "4K", "4K UHD" 또는 "4K UHDTV"라는 용어로 지칭하며, 시스템의 경우 "8K"를 사용한다. ITU의 다른 표준 문서에서는 "UHDTV1" 및 "UHDTV2"라는 약어가 사용되기도 한다.

2.4. CEA Ultra HD

2012년 미국소비자기술협회(CEA)는 소비자용 디스플레이 장치 마케팅에 사용할 초고화질(Ultra HD) 용어에 대한 정의를 발표했다. CEA는 Ultra HD 제품을 다음과 같은 특징을 가진 TV, 모니터 또는 프로젝터로 정의한다.

* 해상도 3840 × 2160 이상
* 가로세로비 1.78:1 (16:9) 이상
* 8bpc(24bit/px) 이상의 색심도 지원
* 24, 30 및 60Hz 프로그레시브 스캔으로 3840 × 2160을 지원할 수 있는 HDMI 입력 및 HDCP2.2 지원
* ITU-R BT.709에 정의된 색 공간에 따라 이미지를 처리할 수 있는 기능
* HD 콘텐츠(예: 720p/1080p) 업스케일링 기능

CEA 정의는 제조업체가 Ultra HD 로고와 함께 '4K'와 같은 다른 용어를 사용할 수 있도록 허용한다. CEA 정의에서 해상도는 최소 요구 사항일 뿐이므로, 4096 × 2160 또는 5120 × 2880과 같은 더 높은 해상도를 가진 디스플레이도 다른 요구 사항을 충족하는 경우 "Ultra HD" 디스플레이로 분류된다.

2.5. 2160p 해상도

"2160p"는 세로 해상도가 2160 픽셀인 모든 형식을 지칭할 수 있지만, 주로 4K UHDTV 해상도인 3840 × 2160 해상도를 가리키는 데 사용된다. 이는 720p, 1080p와 같은 HDTV 형식에서 사용되던 명명 규칙을 따른 것이다. 3840 × 2160 해상도는 4K 해상도이자 2160p 해상도이지만, 모든 4K 해상도가 2160p는 아니며, 모든 2160p 해상도가 4K는 아니기 때문에 두 용어를 항상 바꿔 사용할 수는 없다.

4K UHDTV (4K UHD)는 국제전기통신연합(ITU)에서 정한 규격으로, 풀HD (1080i)의 4배에 해당하는 화소 수를 가진다. 일본에서는 일반적으로 "4K"라고 하면 이 해상도를 가리키는 경우가 많다.

미국에서는 유료 인터넷 방송 업체들이 4K로 자체 제작한 드라마를 방송하고 있으며, 한국에서는 2012년 10월부터 지상파 방송이 시작되었고, 2014년 4월에는 3개 채널로 확대되었다. 케이블 방송에서도 4K 방송을 시청할 수 있다.

하지만, 일부 회사들은 실제로는 4000 픽셀에 미치지 못하는 2160p 해상도 지원 장치를 "4K"라고 칭하기도 한다. 예를 들어, 많은 "4K" 대시캠은 2880 × 2160 (4:3) 해상도를 지원하는데, 이는 2160p 해상도이지만 4K 해상도는 아니다.

2.5.1. M+ 또는 RGBW TV 논란

LG디스플레이는 2015년에 기존 RGB 서브픽셀에 흰색(W) 서브픽셀을 추가한 M+라는 새로운 기술을 IPS 패널 기술에 적용했다고 발표했다. 이후 언론과 인터넷 사용자들은 흰색 서브픽셀 때문에 이를 "RGBW" TV라고 불렀다.

M+ 기술은 대부분 4K TV에 적용되었는데, 흰색 서브픽셀을 기존 RGB 구조에 추가하면 해상도가 약 25% 감소한다는 테스트 결과가 나오면서 논란이 되었다. 인터텍의 테스트 결과에 따르면 LG M+ TV의 주소 지정 가능 해상도는 빨강, 녹색, 파랑 각각 2880 x 2160으로, 이는 기술적으로 2.8K 수준이었다. LG디스플레이는 이 기술을 노트북, 야외용 디스플레이, 스마트폰 등에 사용하기 위해 개발했지만, TV 시장에서 4K UHD로 판매되면서도 CTA가 정의한 진정한 4K UHD 해상도(3840x2160, 8비트 색상)를 충족하지 못해 논란이 커졌다. 특히, 텍스트 렌더링에 부정적인 영향을 미쳐 흐릿하게 보이며, TV를 PC 모니터로 사용할 때 두드러졌다.

2.6. CinemaWide 4K

2019년, 소니(Sony)는 유럽연합 지적재산청(EUIPO)으로부터 CinemaWide 상표를 부여받았는데, 이 상표는 스마트폰을 포함한 '9류' 전자기기들을 포함한다. 소니와 SID에 따르면, 이 표준은 다음과 같은 특징을 가진 CinemaWide 4K 제품을 정의한다.

* 이상의 해상도
* 의 종횡비
* 종횡비의 4K 해상도 비디오(2160p) 재생 기능
* 비 4K 콘텐츠(예: 720p/1080p) 업스케일링 기능

소니 엑스페리아(Sony Xperia) 스마트폰, 예를 들어 엑스페리아 1(Xperia 1), 엑스페리아 1 II(Xperia 1 II), 엑스페리아 1 III, 엑스페리아 1 IV(Xperia 1 IV) 및 엑스페리아 1 V(Xperia 1 V) 등은 CinemaWide 4K 디스플레이를 탑재한 가장 널리 알려진 제품이다.

3. 해상도

4K 해상도는 여러 종류가 있으며, 주로 사용되는 해상도는 다음과 같다.

여러 다른 4K 해상도가 다양한 기관에 의해 표준화되었다.

2005년, 영화 산업의 주요 표준 기구인 디지털 시네마 이니셔티브(Digital Cinema Initiatives, DCI)는 디지털 시네마 시스템 사양(Digital Cinema System Specification)을 발표했다. 이 사양은 디지털 시네마 제작을 위한 표준화된 2K 및 4K 컨테이너 형식을 각각 및 해상도로 정의한다. 내부 비디오 콘텐츠의 해상도는 SMPTE 428-1 표준을 따른다. 이 표준은 4K 배포를 위한 다음과 같은 해상도를 정의한다.
* 4096×2160 (풀 프레임, 256:135 또는 ≈1.90:1 종횡비)
* 3996×2160 (플랫 크롭, 1.85:1 종횡비)
* 4096×1716 (시네마스코프 크롭, ≈2.39:1 종횡비)

일부에서는 "2K"와 "4K"라는 용어가 DCI에 의해 만들어졌으며 DCI 표준에 정의된 2K 및 4K 형식을 전적으로 가리킨다고 주장한다. 그러나 영화 산업에서 이러한 용어의 사용은 DCI 표준 발표 이전부터 존재했으며, 일반적으로 약 2000 또는 4000픽셀 너비의 해상도를 나타내는 일반적인 용어로 이해된다.

일부 4K 해상도, 예를 들어 은 종종 "2160p"로 약칭된다. 이 명칭은 이전 HDTV 및 SDTV 형식에서 사용되던 명명 규칙을 따르는 것으로, 가로 픽셀 수가 아닌 세로 축을 따라 픽셀/선의 수로 형식을 나타낸다.

"2160p"라는 용어는 높이가 2160픽셀인 모든 형식에 적용될 수 있지만, 의 4K UHDTV 해상도를 참조하는 데 가장 일반적으로 사용된다. 은 4K 해상도이자 2160p 해상도이지만, 모든 4K 해상도가 높이 2160픽셀인 것은 아니며 모든 2160p 해상도가 너비 ≈4000픽셀인 것은 아니므로 이러한 용어는 항상 서로 바꿔 사용할 수 있는 것은 아니다.

👆

좌우로 밀어서 보기

📌 열 고정 해제

일부 디스플레이 및 미디어에서 사용되는 몇 가지 4K 해상도의 예

형식	해상도	종횡비		픽셀
-		1.		12,582,912
-		1.6		10,485,760
-		1.		9,437,184
DCI 4K (풀 프레임)		≈1.90		8,847,360
DCI 4K (시네마스코프 크롭)		≈2.39		7,020,544
DCI 4K (플랫 크롭)		1.85		8,631,360
WQUXGA		1.6		9,216,000
4K UHD		1.		8,294,400
-		2.0		7,372,800
-		2.370		6,220,800
-		2.4		6,144,000
DFHD		3.		4,147,200

3840×2160 해상도는 소비자 미디어 및 디스플레이 업계에서 가장 많이 사용되는 4K 해상도이다. 이는 SMPTE ST 2036–1에 정의된 UHDTV1 형식과 ITU-R이 Rec. 2020에서 정의한 4K UHDTV 형식의 해상도이며, CEA의 초고화질(Ultra HD) 디스플레이 및 프로젝터 정의에 대한 최소 해상도이기도 하다.

이 해상도는 16:9 종횡비를 가지며 총 8,294,400개의 픽셀로 구성된다. 1080p (1920×1080) 해상도의 가로 및 세로 해상도의 정확히 두 배이며, 픽셀 수는 4배이다. 이전 720p 및 1080p HDTV 표준에서 확립된 명명 패턴을 기반으로 "2160p"라고도 불린다.

이 해상도는 주로 디지털 시네마 제작에 사용되며, 종횡비가 256:135(≈19:10)이고 총 8,847,360픽셀이다. DCI가 디지털 시네마 시스템 사양에서 정의한 4K 컨테이너 형식의 해상도로 표준화되었으며, 모든 DCI 호환 4K 디지털 프로젝터와 모니터의 네이티브 해상도이다. DCI 사양은 원하는 종횡비에 따라 컨테이너 내부 콘텐츠에 대해 여러 가지 다른 해상도를 허용한다. 허용되는 해상도는 SMPTE 428-1에 정의되어 있다.

DCI 4K 표준은 DCI 2K ()의 가로 및 세로 해상도의 두 배이며, 전체 픽셀 수는 네 배이다.

4K로 제작된 디지털 영화는 사용되는 저장 종횡비에 따라 여러 다른 해상도로 제작, 스캔 또는 저장될 수 있다.

4. 방송 상용화

대한민국에서는 2015년부터 케이블 상용화, 2018년 지상파 상용화를 목표로 2013년 시험 방송을 시작했다. 2017년 5월 31일부터 수도권 지역을 기준으로 UHD 지상파 본 방송이 시작되었다.

일본에서는 2014년 7월부터 4K 텔레비전 방송이 시작되었으며, NHK는 초고선명 텔레비전(8K) 방송을 2025년 본 방송 개시를 목표로 하고 있다.

유튜브(YouTube)와 텔레비전 업계는 3840×2160 해상도를 4K 표준으로 채택했다. 초기에는 방송사의 4K 콘텐츠가 제한적이었으나, 2014년 말부터 애플 TV, 유튜브, 넷플릭스 등 온라인에서 4K 콘텐츠를 쉽게 이용할 수 있게 되었다. 2013년에는 일부 UHDTV 모델이 일반 소비자에게 600달러 가격대에 판매되었고, 2015년에는 소형 컴퓨터 및 텔레비전 패널 가격이 400달러 이하로 떨어졌다.

미국에서는 다이렉트TV(DirecTV)가 2014년 11월에 최초로 4K 콘텐츠 접근을 제공하는 유료 TV 제공업체가 되었다. 영국에서는 BT 스포츠(BT Sport)가 2015년 8월에 4K 방송을 시작했다.

캐나다에서는 비디오트론(Vidéotron), 로저스 케이블(Rogers Cable), 벨 파이브 TV(Bell Fibe TV) 등이 2015년 말과 2016년 1월에 4K 호환 셋톱 박스를 제공하기 시작했다. 로저스 커뮤니케이션즈(Rogers Communications)는 스포츠넷(Sportsnet)을 통해 2016년에 101개의 스포츠 방송을 4K로 제작할 계획이라고 발표했고, 벨 미디어는 더 스포츠 네트워크(TSN)를 통해 2016년 1월 20일부터 일부 토론토 랩터스(Toronto Raptors) 경기와 지역 NHL 경기를 4K로 방송했다.

2016년 스포츠넷은 영국 런던에서 열린 NBA 경기를 4K로 제작하여 방송했고, TSN은 북미 최초로 라이브 4K 방송을 선보였다. 스포츠넷은 최초로 4K로 NHL 경기를 방송하기도 했다.

벨 미디어와 로저스 미디어는 4K 모바일 제작 유닛을 건설하여 스포츠넷과 TSN의 4K 방송에 활용했다. CTV 텔레비전(CTV)은 2016 주노 어워드(2016 Juno Awards)를 4K로 방송했다.

유니비전(Univision)은 2016년 2월에 멕시코 축구 국가대표팀(Mexican national football team)과 세네갈 축구 국가대표팀(Senegal national football team)의 친선 경기를 4K로 시험 방송했고, 다이렉트TV(DirecTV)와 CBS 스포츠(CBS Sports)는 마스터스 토너먼트(Masters Tournament)의 일부를 4K로 제작했다.

2018 FIFA 월드컵(2018 FIFA World Cup)은 모든 경기가 4K로 제작된 최초의 FIFA 월드컵(FIFA World Cup)이었다.

4K 방송 배포의 기술적 제한으로 인해, 일부 방송사는 1080p/HDR 방송을 선택하기도 한다. UEFA(UEFA)는 2024년에 UEFA 유로(UEFA Euro)와 UEFA 챔피언스리그(UEFA Champions League) 결승전에 대한 4K 방송을 중단했고, CBS 스포츠(CBS Sports), 폭스 스포츠(미국)(Fox Sports (United States)), USA 네트워크(USA Network) 등 일부 미국 방송사는 1080p/HDR 방송을 4K로 업컨버전하여 제공하기도 한다.

4.1. 일본의 4K 방송 현황

일본에서는 2014년 6월 2일에 채널 4K(Channel 4K)가 개국하여 4K 협대역 위성방송을 시작했다. 2018년 12월에는 BS 및 110도 CS에서 ISDB-S 방식의 4K/8K 방송이 시작되었다.

5. 보급 현황

유튜브(YouTube)와 텔레비전 업계는 3840×2160을 4K 표준으로 채택했다. 2014년부터 애플 TV, 유튜브, 넷플릭스, 훌루, 아마존 등 온라인에서 4K 콘텐츠를 더 쉽게 이용할 수 있게 되었다. 2013년 이후 UHDTV 모델 가격이 하락하여 보급이 확대되었다.

한국에서는 2017년 5월 31일부터 수도권 지역을 기준으로 UHD 지상파 본방송을 시작했고, 일본에서는 2014년 7월부터 4K 텔레비전 방송을 시작했다. 미국에서는 유료 인터넷 방송 업체들이 4K로 자체 제작한 드라마를 방송하고 있다.

5.1. ATSC

고급 텔레비전 시스템 위원회(ATSC)는 2013년 3월 26일에 최대 3840x2160 또는 7680x4320 해상도의 UHD 방송을 구현하는 ATSC 3.0이라는 새로운 표준에 대한 제안을 발표했다. 이 표준에는 최대 120Hz의 프레임 속도, HEVC 인코딩, 넓은 색 영역, 하이 다이내믹 레인지가 포함될 것이었다.

5.2. DVB

2014년, 디지털 방송(DVB) 프로젝트는 방송 TV에서 고해상도 콘텐츠 구현을 위한 새로운 표준 집합인 DVB-UHDTV를 발표했다. DVB-UHDTV는 UHD-1(4K 콘텐츠용)과 UHD-2(8K 콘텐츠용)의 두 가지 표준을 설정한다. 이 표준들은 각각 3840×2160과 7680×4320 해상도, 최대 60 Hz 프레임 속도, 최대 10 bpc (30 bit/px) 색심도를 가지며, 전송에는 HEVC 인코딩을 사용한다. DVB는 현재 UHD-1 표준 구현에 중점을 두고 있다.

2016년, DVB는 2017년에 방송사 서비스 도입이 예상되는 UHD-1 Phase 2를 확정했다. UHD-1 Phase 2는 하이 다이내믹 레인지 (10비트 또는 12비트 HLG 및 PQ 사용), BT. 2020/2100 색측정, 고프레임 레이트 (최대 120 Hz)와 같은 기능을 추가한다.

5.3. 비디오 스트리밍

유튜브는 2010년부터 4K 해상도를 지원하기 시작했다. 현재는 UHD(2160p, 3840×2160)로 표시된다. 고효율 비디오 코딩(HEVC) (HEVC 또는 H.265)는 20~30 Mbit/s의 대역폭으로 4K 콘텐츠 스트리밍을 가능하게 한다.

5.4. 휴대 전화 카메라

2160p 해상도로 녹화할 수 있는 최초의 휴대전화는 2013년 말에 출시되었는데, 삼성 갤럭시 노트 3가 초당 30프레임으로 2160p 녹화가 가능했다.

2014년에는 초당 24프레임으로 DCI 4K 녹화 옵션을 제공하는 원플러스 원과 광학식 손떨림 보정 기능을 갖춘 LG G3 및 삼성 갤럭시 노트 4가 출시되었다.

2015년에는 애플이 12메가픽셀 카메라를 탑재하여 초당 25 또는 30프레임으로 4K 녹화 옵션을 제공하는 아이폰 6s를 출시했다.

2017년과 2018년에는 휴대전화 칩셋의 처리 성능이 향상되어 휴대전화 제조업체들이 더 부드럽고 사실적인 영상을 위해 초당 60프레임으로 2160p 영상 녹화를 지원하는 휴대전화를 출시하기 시작했다.

6. 역사

히타치는 1984년에 단색 모드에서 최대 4K 해상도를 표시할 수 있는 ARTC HD63484 그래픽 프로세서를 출시했다. 이 프로세서는 비트맵 데스크톱 출판 시장을 겨냥한 제품이었다.

2003년에는 영화 촬영용으로 상업적으로 처음 출시된 4K 카메라인 달사 오리진(Dalsa Origin)이 등장했다. 캘리포니아대학교 샌디에이고 캠퍼스, CALIT2, 게이오 대학, 미 해군대학원 등 전 세계 여러 연구 그룹에서 4K 기술을 개발했으며, 2004년 IGrid 및 CineGrid와 같은 행사에서 여러 시연을 선보였다.

유튜브는 4K 카메라를 생산하는 주요 제조업체들이 늘어남에 따라 2010년에 비디오 업로드에 대한 4K 지원을 시작했다. 2013년 11월, 구글이 개발한 VP9 비디오 압축 표준을 사용하기 시작했는데, 이는 고효율 비디오 코딩(HEVC)보다 4K에 더 적합하다고 알려져 있다.

2011년부터 극장에서 4K 해상도로 영화를 상영하기 시작했다. 소니는 2004년 초부터 4K 프로젝터를 제공해왔으며, 2012년에는 최초의 4K 홈 시어터 프로젝터를 출시했다.

2014년, 넷플릭스는 호환되는 HEVC 디코더가 있는 텔레비전에 4K로 하우스 오브 카드, 브레이킹 배드, 및 일부 자연 다큐멘터리를 스트리밍하기 시작했다. 같은 해 아마존 스튜디오도 장편 오리지널 시리즈와 새로운 파일럿을 4K 해상도로 촬영하기 시작했다.

2016년 3월, 초당 60프레임으로 4K 해상도와 하이 다이내믹 레인지 비디오(HDR)를 지원하는 물리적 광학 디스크 형식인 울트라 HD 블루레이의 최초 플레이어와 디스크가 출시되었다.

7. 녹화

4K 표준으로 비디오를 녹화하면 미세한 공간적 세부 정보가 잘 표현된다는 장점이 있다. 3840×2160 픽셀 비디오 영상에서 추출한 개별 정지 이미지는 8.3 메가픽셀 정지 사진으로 사용할 수 있지만, 1080p에서는 2.1메가픽셀, 720p에서는 0.9메가픽셀에 불과하다. 4K 녹화에서 2K로 해상도를 줄이면 기본 2K 녹화보다 더 많은 세부 정보가 나타난다. 그러면 DVD 및 블루레이로 출력할 때 더욱 미세한 디테일과 명암이 가능해진다. 일부 촬영 감독은 비디오 처리 중에 발생할 수 있는 해상도 손실을 상쇄하기 위해 슈퍼 35 필름 포맷으로 4K로 녹화하기도 한다.

7.1. 색차 하위 샘플링

많은 소비자 가전제품(예: 휴대 전화)은 밝기 정보의 4분의 1 해상도로만 색상 정보를 기록하는 4:2:0 색 차 하위 샘플링을 사용하는 Y′C_BC_R 형식으로 영상을 저장한다. 비디오의 경우 색상 정보는 해상도로만 저장된다.

7.2. 비트 전송률

소비자용 카메라와 휴대전화는 1080p(일반적으로 10~30)보다 훨씬 더 높은 비트 전송률(일반적으로 50~100)로 2160p 영상을 녹화한다. 이렇게 높은 비트 전송률은 2160p보다 낮은 해상도의 모니터에서 보더라도 압축 인공물의 가시성을 줄여준다.