Chapter 03. Telecine & IVTC

Chapter 03. Telecine & IVTC

 ♣ 이 부분의 내용은 매우 복잡하게 생각되실 수도 있습니다만, 그리 복잡한 것은 아닙니다. 또한, 이 부분의 이해가 선행되지 않고는 깨끗한 동영상을 만들어내기 어렵습니다. ♣

 1. 개요

 1) Telecine

 영화 필름을 VHS, VCD, DVD 등의 매체용 동영상으로 변환하는 과정을 Telecine 라고 합니다.

보통 Telecine 라고 하면 24 fps 인 영화 영상을 30 fps(29.97 fps)로 프레임수를 늘리는 것을 지칭하는 말로 사용되고도 있으나, 엄밀하게는 프레임수를 늘리는 것을 뜻하는 것은 아닙니다.

하지만, 우리나라나 미국에서 사용되는 NTSC방식의 표준 프레임수가 30 fps 이기 때문에 영화의 24 fps 와는 맞지 않고, 따라서 Telecine 과정에서는 프레임수의 증가 작업이 수반되어야 하는 것은 당연하다 하겠습니다.

 2) Interlacing 과 Progressive 모드

 우리가 접하는 일반적인 TV의 화면은 Interlacing 방식으로 화면을 보여줍니다. Interlacing 방식이란 화면 주사선이 왼쪽 맨 위의 픽셀에서부터 오른쪽으로 주사를 해 갈 때 수평 라인들을 한 줄 씩 건너 뛰어 가면서 주사하는 방식을 말합니다. (비월주사 방식이라 합니다.)

TV 화면과는 달리 컴퓨터의 모니터는 Progressive 방식을 사용합니다. (일부 허접한 모니터들을 제외하고...) 프로그레시브 방식은 수평 라인을 한칸씩 건너뛰지 않고 매 라인을 주사하는 방식입니다. (순차주사방식이라 합니다.)

이를 그림으로 표현하자면 아래와 같습니다.

그림에서 보는 것처럼 Interlacing 방식은 화면의 수평 라인 중 홀수 라인을 먼저 주사한 다음 다시 짝수 라인을 주사하는 방식으로 하나의 화면을 이루게 되기 때문에, 결국 하나의 화면이 2개의 필드로 구성되어지게 됩니다. 프로그레시브 방식은 매 수평 라인을 차례로 주사하기 때문에 필드라는 개념 자체가 없습니다.

 

3) 방송 방식 (NTSC, PAL, SECAM)

 

DVD, VHS, VCD 등은 모두 TV를 통해 시청하는 것을 기본으로 제작되고 있습니다. 또한, TV의 방식 자체가 각 국가별로 다르기 때문에 DVD 등도 판매국가에 따라 그 방식이 상이하기 때문에 TV 방송 방식에 대해서 약간의 이해는 필요합니다.

 

① NTSC

 

NTSC는 미국의 National Television System Committee의 약자로서 1953년 12월에 제정된 컬러TV 방송방식의 명칭으로도 사용됩니다. 수평 주사선은 525 라인이지만, 이중 487 라인만 실제 화면에 사용되며 나머지는 기타 정보를 담게 됩니다. NTSC방식은 흑백 TV와의 양립성을 유지하기 위해 휘도 신호에 색정보를 사람의 시각에 맞춰 교묘히 삽입함과 동시에 전송하는 것으로서 회로가 간단하여 TV수상기 가격이 저렴한 이점이 있습니다. NTSC방식의 특색은 인간의 눈이 미소면적에 대해서는 색체를 거의 느끼지 못하는 점을 이용하여, 비교적 큰 면적의 신호(약 500KHz)는 3원색을 충실히 전송하고, 중면적의 신호(500kHz ~ 1.5MHz)에 대해서는 색채의 포화도를 낮게, 휘도(輝度)는 정확히 전송하며, 미소면적의 신호(1.5MHz 이상)에 대해서는 휘도 신호만을 전송하는 생략법을 실시하고 있는 점인데, 이에 따른 재현(再現) 화상의 색채상의 불편은 일어나지 않는다고 합니다만, 색채가 정밀하게 제대로 표현되지 않는 것은 사실입니다.

♣ 단순히 말한다면, NTSC는 색상부분을 대충 표현함으로써 데이터량을 줄였다고 보시면 됩니다.

 

그러나 NTSC방식은 고도의 대역압축을 위해서 전송회로의 고성능이 요구되므로 이것의 개량형으로서, 독인은 PAL(Phase Alternation Line) 방식을 제안하였으며 프랑스는 SECAM(Squential Couleur Memoire) 방식을 제안하였습니다. 수차례에 걸친 국제회의에서 컬러 텔레비전 표준방식의 국제적 통일이 계획되었으나 실현되지 못하고, 1967년 가을부터 독일, 영국은 PAL방식, 프랑스,소련은 SECAM방식으로 컬러텔레비전 방송을 개시하였습니다.

 

② PAL

 

PAL은 Phase Alternation by Line의 약자로서 독일에서 개발된 컬러TV 방송방식입니다.

NTSC방식과 비슷하지만 색(色)신호를 취급하는 방법에 차이가 있으며, NTSC방식에 비해 신호전송계에 따른 색변형이 적고 방송설비에 고도의 규격이 필요없다는 이점이 있습니다. 그리고 초당 25프레임을 갖는 방송방식으로 NTSC(초당 30프레임)보다 프레임에서 뒤지지만 수평 주사선이 625라인(이중 576 라인만 실제 화면에 사용됨)으로 더 많고 더 높은 대역폭을 사용하기 때문에 해상도가 높습니다. 하지만, 수상기가 NTSC방식에 비해 다소 비쌉니다.

 

③ SECAM

 

SECAM은 SEquential Couleur A Memoire의 약자로서 프랑스가 개발한 컬러TV방식입니다.

이 방식의 특징은 2가지 색도신호를 NTSC 및 PAL방식의 경우과 같이 동시에 보내지 않고 연속적으로 보내는 것입니다. 즉, 휘도신호를 1 Field 보내고, 색차신호를 1 Field 보내 1 Frame을 구성합니다. 그로 인해, 송신장치나 수상기의 회로가 복잡하여 TV수상기 가격이 가장 비싸고 시청범위가 좁다는 결함이 있으며 흑백 TV로서는 전혀 시청할 수 없다는 결점이 있습니다. 수평 주사선은 625라인으로 PAL방식과 동일합니다.

 

④ 각 방식별 사용국가

 

2. NTSC와 PAL에서의 Telecine

 

1) 3:2 Pulldown (NTSC)

 

DVD는 기본적으로 TV로 감상하는 것을 생각해 제작됩니다. 또한, NTSC방식의 TV는 기본적으로 30 fps의 프레임레이트를 가집니다. 여기에는 가정용 전기의 표준 주파수가 60Hz 라는 데 근본적인 이유가 있습니다.

TV는 Interlace 방식으로 화면을 주사하므로 화면의 수평 라인 중 홀수 라인과 짝수 라인을 각각 주사해야 하나의 화면이 만들어집니다. 결국 하나의 화면이 2개의 필드로 나뉘어지게 되며, 필드의 주사 주기가 60Hz(초당 60회)가 되므로 온전한 화면의 frame rate는 30 fps가 되게 됩니다.

흑백 TV 시대에는 30 fps가 표준으로 사용되었으나, 컬러 TV로 넘어오면서 여러 가지 기술적 문제로 인해 프레임 레이트가 약간 줄어들어 30 fps가 아닌 29.97 fps로 바뀌게 되었습니다. 그러나, 그 본질은 30 fps와 동일하다 하겠습니다.

 

영화 필름은 24 fps의 프레임 레이트를 가지며, TV는 30 fps 이므로, 영화 필름을 TV용 동영상으로 바꾸기 위해서는 프레임 수를 늘려주어야 합니다. 이런 프레임수 증가를 위해 사용되는 방법이 3:2 Pulldown입니다.

 

영화 필름 중 4개의 화면을 기준으로 설명하자면 아래와 같은 원리입니다.

위의 그림에서 보듯이, 우선 영화 필름 4 프레임을 10개의 필드로 분할합니다. 이때 T는 Top Field를 B는 Bottom Field를 뜻합니다. Tr 또는 Br은 Top 또는 Bottom Field가 다시 한번 반복되는 것을 뜻하는 데 이는 프레임수를 늘리기 위한 것으로 실제 필드가 삽입되는 것은 아니고, 필드의 반복에 대한 순서 정보만 입력될 뿐입니다.

또한, Top Field가 아닌 Bottom Field가 먼저 나오는 경우가 있는 이유는 필드의 순서는 반드시 Top과 Bottom이 반복되어야 하기 때문에, 앞 프레임의 필드가 Top으로 끝난 경우에는 그 다음 프레임의 처음 필드는 Bottom Field가 되는 것입니다.

그림에서 보듯이 각각의 프레임을 3개, 2개, 3개, 2개의 순서로 필드로 쪼개어 5프레임을 만들기 때문에 3:2 Pulldown 이라고 부릅니다. (필드의 분해 순서에 따라서는 2개, 3개, 2개, 3개... 식으로 할 수도 있기 때문에 2:3 Pulldown 이라 불리기도 합니다.)

 

이 과정에서 가장 문제가 되는 것은 그림에서 빨간색 박스 안에 있는 2개의 프레임입니다. 이것들은 원본과는 다른 상태 즉, 원본 중 2개의 프레임이 섞여 있는 상태가 됩니다.

이런 프레임은 Interlace 방식으로 주사되는 TV화면에서는 별 문제가 되지 않지만, Progressive 방식으로 주사되는 PC 모니터 화면에서는 2 화면이 겹쳐진 듯이 보여지기 때문에 잔상이 생기는 등의 문제가 발생됩니다. 따라서, PC상에서 구동되는 DVD 재생 프로그램들은 이런 잔상을 없애기 위한 기능들을 가지고 있습니다.

 

2) 2:2 Pulldown (PAL)

 

PAL방식은 25 fps 의 프레임 레이트를 갖습니다. 따라서, 영화 필름의 24 fps와 큰 차이가 나지 않기 때문에 NTSC에서처럼 억지로 프레임수를 늘리는 방식은 사용되지 않습니다.

단순히 1프레임을 2개의 필드로 나누고, 이를 다시 합해 하나의 프레임을 형성하는 방법이 사용됩니다. 결국 추가되는 프레임이 없으므로 영화 필름의 24 fps를 TV에서는 25 fps로 재생하는 꼴이 되기 때문에 원본 보다는 동영상의 재생 속도가 4% 정도 빨라지게 됩니다. 이는 120분짜리 영화를 기준으로 했을 때 PAL방식에서는 115분 정도의 재생시간이 되는 격입니다.

이렇게 동영상의 재생속도가 빨라지면 사운드와의 싱크가 맞지 않게 되는데 이런 현상은 사운드의 재생속도를 4% 증가시켜(피치를 높여) 보정하고 있습니다.

 

비록 재생속도는 원래의 영상과 약간 차이가 나지만 PAL방식에는 억지로 끼워넣은 프레임이 없기 때문에 원본에 충실한 화면을 얻을 수 있게 됩니다. DivX 인코딩이라는 측면에서 본다면 NTSC방식의 소스보다는 PAL방식 쪽이 훨씬 좋다고 하겠습니다.

 

3. IVTC (Inverse Telecine)

 

앞서 설명한 것처럼 영화 필름을 Telecine 했다면, 이렇게 Telecine 된 동영상을 본래의 상태(즉, 24 fps 상태)로 되돌리는 과정을 inverse telecine 라 합니다.

DivX는 본래 PC 모니터 상에서 재생되는 것을 기본으로 하며, 따라서, Progressive 방식의 출력을 기본으로 합니다. 따라서, DivX 인코딩에서는 원본 영화 필름처럼 완전한 화면으로 되돌리는 과정이 필요합니다.

그러나, 이 IVTC 과정은 VHS, VCD, DVD 등의 동영상을 영사 가능한 필름 상태로 다시 만드는 과정은 아닙니다. VHS 등의 동영상을 필름으로 옮기는 작업은 키네스코프(Kinescope)라 합니다. (키네스코프를 보통 키네르코 또는 키네코라고 부릅니다.)

 

4. Deinterlacing

 

DVD에 수록된 mpeg2 동영상은 기본적으로 TV의 Interlacing 모드 출력을 목적으로 하지만, 실제로는 PC 모니터를 비롯한 Progressive 모드에서도 재생이 가능하도록 하는 어정쩡한 형태를 취하고 있습니다. Interlacing 형식으로 제작된 DVD를 PC 환경에서 재생하기 위해서는 Interlacing 형식으로 된 것을 Progressive 형식으로 바꾸는 조작이 필요하며, 2개의 필드로 나뉘어 저장되어 있는 하나의 화면을 모니터로 출력하기 직전에 합쳐서 하나의 화면으로 뿌려주게 되는데 이를 Deinterlacing 이라 합니다. DVD를 재생할 때 적용되는 Deinterlacing 에는 대체로 2가지 방법이 주로 사용됩니다. 물론, 이런 방법들은 WinDVD, PowerDVD 같은 재생 프로그램들을 구동할 때 옵션으로 선택해 줄 수 있습니다.

 

1) Weave

 

이 방법은 2개로 나뉘어진 필드를 하나로 묶어주는 방법입니다. 즉, Top 필드 사이사이에 Bottom 필드를 끼워넣어 하나의 완전한 화면을 만드는 방식입니다.

가장 상식적인 방법이긴 하지만, 한 가지 문제점이 있습니다. 즉, DVD의 원본 소스 자체가 Progressive 형태(영화 필름)인 경우에는 이 방법이 화질이 좋지만, 일부 DVD는 원본 소스 자체가 Progressive 가 아닌 Interlaced 형식(방송용 동영상)인 경우가 있습니다. 이런 경우에는 움직임이 없는 영상일 때는 문제가 없지만 움직임이 많은 동영상의 경우에는 수평방향으로 미세한 흰색 줄모양의 잔상이 나타나 화면이 좋지 못하게 됩니다.(이런 현상을 motion artifacts 라 합니다.)

 

2) BOB (Line Doubling)

 

Weave 방식의 motion artifacts 문제점을 해결하기 위해서 고안한 방법이 BOB 방식으로 각 필드의 화면을 수직으로 2배로 확대한 후 (Line Doubling) 그대로 재생합니다. 이렇게 되면 실제로는 30 fps가 아닌 60 fps 가 되는 꼴이며, 화면 사이사이에 보이는 투명한 가로줄이 나타나는 현상은 피할 수 있지만 엄밀히 말해 수직해상도가 반으로 줄어들게 되는 것입니다. 그러나, 해상도가 낮은 일반 TV에서는 그 해상도의 차이가 미세하기 때문에 감상하는 데 큰 무리가 없으며, PC 모니터에서도 눈에 거슬릴 정도의 화질 저하는 없습니다. 하지만, Weave 방식보다는 화질이 저하되는 것은 당연합니다. BOB 기능이 좋은 경우에는 line doubler는 위아래 라인을 합성한 새로운 라인을 만들기 위해 interpolation을 이용하기도 합니다.

 

3) Field adaptive deinterlacing

 

이 방법은 3개 이상의 필드에 걸쳐있는 각각의 픽셀을 검색하여 선택적으로 그림의 특정 부분을 BOB 또는 Weave 합니다. 이 방법은 고가의 고성능 DVD 시스템에서 제공되는 기능으로, DivX 인코딩 작업에 사용되는 프로그램 중에도 이런 기능을 가지고 있는 것이 있기는 합니다만 제대로 된 기능은 발휘하지 못합니다.

 

4) Motion adaptive deinterlacing

 

이 방법은 MPEG-2 모션 벡터(motion vector)를 검색하고 움직이는 물체의 대규모 이미지 프로세싱을 통하여 그림의 특정 부분을 BOB 또는 Weave 합니다. 이런 기능을 제공하는 DVD 시스템은 엄청난 고가격대의 것들입니다. 물론, DivX 인코딩 과정 중에 사용되는 프로그램들도 이런 기능을 가지고 있는 것도 있습니다. 하지만, 역시 만족할만한 수준은 절대 아닙니다.

 

내용출처 : Hananet Movie Club CINE   DivX Total Manual V4.2