SMPTE 컬러바

3. 기술적 특징

SMPTE 컬러바는 텔레비전 방송이나 비디오 제작 환경에서 영상 신호의 품질을 표준화된 방식으로 점검하고 관련 장비를 정밀하게 조정하기 위해 고안된 테스트 패턴이다. 영상 신호는 전송 및 기록 과정에서 잡음이나 왜곡 등으로 인해 품질이 저하될 수 있으며, 특히 아날로그 신호는 이러한 문제에 더 취약하다. 따라서 일관된 영상 품질 유지를 위해 컬러바를 이용한 신호 측정과 조정이 필수적이다.^[18]

컬러바는 영상 신호의 핵심 요소인 휘도(밝기), 색상, 채도 등을 객관적으로 측정하고 시각적으로 확인할 수 있도록 체계적으로 설계되었다. 패턴의 각 부분은 특정 기술적 목적을 가진다. 예를 들어, 상단의 7가지 색상 막대는 기본적인 색 재현 능력과 휘도 응답을 확인하는 기준을 제공하며, 하단 영역의 기준 신호들(-I, +Q, 흰색, 검은색, PLUGE)은 NTSC 색차 신호의 정확성, 신호의 최대/최소 밝기 레벨, 어두운 영역의 표현력을 정밀하게 조정하는 데 사용된다.^[18]

이러한 기술적 요소들은 파형 모니터나 벡터스코프 같은 전문 측정 장비를 통해 정량적으로 분석되어 장비의 성능을 객관적으로 평가하고 교정하는 데 활용된다.^[18] 또한, 컬러바 패턴 자체를 보면서 모니터의 밝기, 명암, 색상 등을 시각적으로 조정하여 최종 결과물의 품질을 최적화할 수도 있다.

SMPTE 컬러바 표준은 기술 발전에 따라 지속적으로 개정되어 왔다. 초기 NTSC 시스템을 위한 SMPTE ECR 1-1978 규격 이후, HDTV 환경에 맞춰 ARIB에서 개발하고 SMPTE RP 219:2002로 표준화된 버전이 등장했으며,^[15] 이는 16:9 화면 비율과 SDTV 호환성을 고려했다. 더 나아가 UHD, HDR(HLG, PQ), 넓은 색 영역(ITU-R BT.2020) 등을 지원하는 RP 219-1/2,^[28] ARIB STD-B66,^[29] ITU-R BT.2111,^[30] ARIB STD-B72^[31] 등의 표준으로 발전했다. EIA 역시 자체 컬러바 표준을 가지고 있다.

방송 및 제작 현장에서는 컬러바 영상 신호와 함께 1,000 Hz의 사인파 오디오 톤을 함께 전송하는 경우가 많은데, 이를 흔히 "바와 톤(bars and tone)"이라고 부른다. 텔레비전 네트워크나 TV 방송국 등은 프로그램 송출 전에 이 신호를 내보내 전송 경로상의 장비와 수신 측 장비가 올바르게 조정되도록 하며, 영상 제작자는 비디오테이프나 디지털 파일의 시작 부분에 이를 기록하여 재생 장비의 보정 기준으로 사용한다.^[18]

3. 1. 구성 요소

• 휘도 및 색차 기준: 왼쪽 5/7 영역에는 -I 신호, 100% 흰색 사각형, +Q 신호, 0% 검은색 직사각형(NTSC 시스템에서는 7.5 IRE)이 차례로 배열되어 있다. 100% 흰색 사각형은 신호의 최대 휘도 레벨(피크 화이트 레벨)을 설정하는 기준이 되며, 검은색 직사각형은 최소 휘도 레벨(블랙 레벨) 설정의 기준이 된다. -I와 +Q는 NTSC 색 공간의 색차 신호 성분으로, 각 반송파 색 신호의 위상과 진폭을 확인하는 데 사용된다. 벡터스코프에서 이 두 신호는 기준 검은색 레벨을 중심으로 90도 떨어진 짧은 선으로 나타나며, 각각 I축과 Q축에 정확히 위치해야 한다.
• PLUGE (Picture Line-Up Generation Equipment): 오른쪽 1/7 영역, 주로 상단 빨간색 막대 아래에는 세 개의 작은 수직 막대가 있다. 가장 오른쪽은 기준 검은색보다 4% 높은 강도(11.5 IRE), 가운데는 기준 검은색과 동일한 강도(7.5 IRE), 가장 왼쪽은 기준 검은색보다 4% 낮은 강도(슈퍼 블랙, 3.5 IRE)이다. 이 PLUGE 펄스는 모니터의 밝기(Brightness)를 정밀하게 조정하여 어두운 영역의 디테일이 묻히거나(블랙 크러시) 희미하게 뜨는 현상을 방지하는 데 사용된다. 제대로 조정된 모니터에서는 가장 오른쪽 막대만 간신히 보여야 하고, 가운데와 왼쪽 막대는 구분되지 않는 완전한 검은색으로 보여야 한다.
• 나머지 영역: 가장 오른쪽 1/7 영역은 0% 검은색(7.5 IRE)으로 채워져 있다.

'''''참고:''' IRE 단위는 NTSC 컴포지트 비디오 및 방송 신호에 모두 적용되며, mV 값은 NTSC 컴포지트 비디오에만 적용된다.
값은 Tektronix TSG95 테스트 패턴 생성기 설명서에서 가져왔다.^[22]''

'''SD 75% 컬러 바에 대한 10비트 YCbCr 값'''^[23][24][25]

'''참고:''' "''Leader Teleproduction Test Volume 3 Number 4 - Digital Video Levels''"에서 값을 가져옴^[24]

이러한 표준화된 구성 요소와 값들은 방송국, 제작사, 후반 작업 시설 등에서 비디오 장비의 성능을 일관되게 유지하고 신호 품질을 검증하는 데 필수적인 역할을 한다.

3. 2. 측정 및 조정

• 파형 모니터: 컬러바 패턴의 각 부분별 휘도 레벨을 측정하여 신호의 전체적인 밝기 범위를 확인하고 조정한다. 예를 들어, 상단 7개 바는 휘도 순서대로 배열되어 있어 파형 모니터에서 왼쪽에서 오른쪽으로 내려가는 계단 모양으로 나타난다. 하단의 100% 흰색 사각형은 신호의 최대 휘도(100 IRE)를 설정하는 기준이 되며, 7.5% 검은색 직사각형은 최소 휘도(블랙 레벨, 7.5 IRE)를 설정하는 기준이 된다.^[18]
• 벡터스코프: 색상 정보를 원형 좌표 위에 표시하여 색상과 채도의 정확성을 측정한다. SMPTE 컬러바의 7가지 주요 색상(회색, 노란색, 시안색, 녹색, 자홍색, 빨간색, 파란색)은 벡터스코프 화면의 특정 위치에 표시되어야 한다. 벡터스코프의 그레이팅(눈금)에는 각 색상이 위치해야 할 허용 범위가 상자로 표시되어 있어, 신호가 제대로 조정되었는지 쉽게 확인할 수 있다.^[18] 하단 섹션의 -I 신호와 +Q 신호(YIQ 색공간 참조)는 벡터스코프에서 각각 I축과 Q축에 정확히 위치해야 하며, 이는 NTSC 신호의 3.58 MHz 색차 부반송파가 제대로 복조되고 있는지 확인하는 데 사용된다.^[18][33]

• 휘도 조정: 하단 영역의 ''PLUGE''(Picture Line-Up Generation Equipment) 펄스를 사용하여 모니터의 블랙 레벨을 정밀하게 조정한다. PLUGE는 세 개의 작은 수직 바로 구성되는데, 가운데 바(7.5 IRE)는 기준 블랙 레벨, 오른쪽 바(11.5 IRE)는 기준보다 약간 밝은 검정, 왼쪽 바(3.5 IRE)는 기준보다 어두운 검정('슈퍼 블랙')이다. 모니터의 밝기(Brightness)를 조절하여 오른쪽 바는 간신히 보이고 왼쪽 두 바는 완전히 검은색으로 보이도록 맞추면, 어두운 영역의 디테일이 묻히거나(검은색 압착, black crush) 뜨는 현상 없이 정확한 블랙 레벨을 설정할 수 있다.^[18]
• 색상/채도 조정: 중간 부분의 성곽 모양 패턴과 상단의 컬러 바를 함께 사용한다. 모니터를 'Blue Only' 모드(파란색 채널만 표시하는 기능)로 설정하면, 이 패턴들은 파란색의 밝고 어두운 바로 나타난다. -- 이때 모니터의 색상(Color 또는 Chroma) 및 색조(Tint 또는 Hue) 컨트롤을 조절하여 상단 바와 하단 성곽 모양의 파란색 밝기가 동일하게 보이도록 맞춘다. 이렇게 하면 컴포지트 비디오 신호를 디코딩할 때 원본의 색상과 채도를 정확하게 재현할 수 있다.^[18][33]

4. 한국 방송에서의 사용

과거 아날로그 방송 시절, 텔레비전 방송사들은 방송 종료 후 정파 시 화면조정시간에 테스트 패턴을 송출했다. 이때 SMPTE 컬러바는 구 iTV 경인방송과 극초기 당시의 OBS경인TV, 일부 지역 민방사(청주방송, 전주방송, 울산방송 등)에서 화면조정시간에 사용하였다. 이는 SBS를 제외한 다른 지상파 방송사들이 주로 필립스 PM5544 패턴을 사용했던 것과 비교하면 상대적으로 드문 경우였다. 이러한 테스트 패턴은 방송국 장비 조정 및 시청자의 수상기 조정을 돕기 위한 목적으로 사용되었으며, 종종 방송국명, 콜사인, 날짜 및 시각 정보 등이 함께 표시되기도 했다.

현재는 디지털 방송으로 전환되었으며, 일부 지역 MBC 계열 방송사나 B tv 케이블 지역방송 등에서 정파 시 SMPTE 컬러바 또는 유사한 테스트 패턴을 송출하는 경우가 있다. 그러나 24시간 종일 방송을 하는 방송사가 증가하고, 방송 중단 시간에도 기상 정보, 뉴스 전문 방송국의 프로그램 재송신, 날씨 카메라 영상 등 소위 '필러' 프로그램을 편성하는 경우가 많아져 일반 시청자가 화면조정시간의 테스트 패턴을 볼 기회는 과거에 비해 크게 줄어들었다.

참조

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_[30] 서적 Recommendation ITU-R BT.2111-2 https://www.itu.int/[...] ITU-R
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_[32] 서적 Recommendation ITU-R BT.1729 - Common 16:9 or 4:3 aspect ratio digital television reference test pattern https://www.itu.int/[...] ITU-R
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_[34] 문서 ダウンコンバート:高解像度で表示された映像と音声を低解像度に変換すること
_[35] 저널 EG 1:1990 - SMPTE Engineering Guideline - Alignment Color Bar Test Signal for Television Picture Monitors https://ieeexplore.i[...] 1990-03-27
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