[테마특강] 차세대 영상.기업매체 DVD-멀티시대 "꽃중의 꽃"

DVD(Digital Video Disc)는 흔히 「VCR의 支柱」 또는 CD롬·MOD·ODD를대체할 새로운 미디어라고 말한다. 지난 94년 12월 소니와 필립스가 MMCD(Multi­Media Compact Disc)규격을 제안한 후 1개월 뒤인 95년 1월 일본의 도시바·마쓰시타·히타치·파이어니아를 비롯 유럽의 톰슨, 미국의 영화업체인 워너브러더스·MCA 등이 SD(Super Density)규격을 제안, 양 진영은 8개월간에 걸쳐 동조세력의 확보를 위한 치열한 DVD규격 논쟁을 벌였다. 그러나어느 진영에도 가담하지 않은 미국의 영화업체들과 세계적인 PC업체들의 DVD규격 통합요구와 양 규격의 제품 출하시 시장형성의 불투명 등 외부적 규격통합 압력에 따라 양 진영은 95년 9월15일 DVD규격통합에 합의, 3개월후인 12월8일 Digital Versatile Disc(DVD)라는 명칭으로 DVD 영상 및 DVD롬의 통합규격을 제정, 발표했다.

치열한 규격경쟁을 야기시킨 DVD와 현재 상품화되어 있는 CD계열의 비디오CD 또는 CD롬은 저장용량면에서 차이점을 발견할 수 있다. CD의 경우 약 6백80MB(1M는 1백만)의 데이터를 저장하는 반면 DVD의 경우 단면구조 디스크가4.7GB(1G는 10억), 양면구조 디스크가 8.5GB의 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 DVD의 데이터 저장용량은 영상압축 데이터를 저장하는 비디오CD와 비교해보면 얼마나 큰 저장용량을 갖는지 쉽게 알 수 있다.

비디오CD의 저장용량은 약 6백80MB이다. 따라서 비디오CD는 MPEG1(MovingPicture Expert Group1)규격의 1.2Mbps(1초당 1.2Mb)로 압축된 영상데이터와MPEG1 오디오층2로 압축된 오디오데이터를 74분가량 저장한다. MPEG1으로 압축된 영상데이터를 재생해 복원된 영상화질은 기존 VHS VCR의 화질정도이고재생시간이 74분이므로 1편의 영화를 감상하려면 2장 이상의 CD가 필요하다.

DVD는 단면 디스크의 경우 MPEG2규격으로 평균 4.7Mbps로 압축된 영상화면과 멀티채널로 압축된 오디오신호를 최소 1백33분을 저장(영상화면을 평균3.7Mbps로 압축할 경우 1백69분 저장)하고, 양면구조 디스크의 경우 최소 2백42분을 저장(영상화면을 평균 3.7Mbps로 압축할 경우 최소 3백7분 저장)한다. 압축된 영상데이터를 복원한 영상화질도 레이저 디스크(LD)의 재생화질보다 선명한 고화질이다. 뿐만 아니라 1장의 디스크에서 최소 1백33분을 재생해 비디오CD처럼 한편의 영화를 보기위해 도중에 디스크를 교체하는 불편도 없다. 음질도 영화관에서나 듣고 느낄 수 있는 웅장하고 박진감 넘치는완벽한 디지털 서라운드 음향으로 감상할 수 있다. 이같이 큰 저장용량과 고화질·서라운드 음질은 할리우드 영화업계가 추구하는 새로운 미디어의 조건을 충분히 충족시켜준다.

미국 할리우드 영화업계의 새로운 미디어에 대한 요구에 맞추고 고밀도 광디스크 기술개발이 이뤄지면서 DVD가 출현하게 된 것이다.

DVD 통합규격은 기본적인 사항인 디스크의 물리적인 구조, 광원·비디오·오디오의 규격, 변복조 방식과 에러정정 방식 등이 핵심사항이다.

디스크의 구조, 피트(Pit)의 길이, 트랙(Track)의 폭 등 물리적 구조는 디스크의 데이터 저장용량을 결정한다. CD의 디스크 구조는 1.2㎜ 두께의 단면구조에 데이터를 구성하는 피트의 열이 나선형으로 트랙을 형성하고 있다. DVD는 0.6㎜ 두께의 디스크를 2장 접합한 양면구조로 총 두께가 기존 CD와 같은 1.2㎜이다. DVD는 최소 피트의 크기가 0.87㎛(1㎛는 1백만분의 1 )인 CD보다 작은 0.40㎛이고 트랙의 폭도 0.86㎛(CD의 경우 1.6㎛)로 좁게 설계해디스크의 기록밀도를 높였다. 또 0.6㎜ 두께의 디스크 2장을 접합한 구조여서 데이터의 기록저장면을 양면으로 확대할 경우 9.4GB와 17GB로 데이터 저장 능력을 증가시킬 수 있다.

이같이 고밀도 디스크로부터 데이터 신호를 읽어내려면 기존 픽업(Pick up)장치로는 불가능하다. 왜냐하면 디스크의 데이터 기록면에 맺히는 레이저광의 크기가 크면 큰 피트만을 데이터 신호로 읽어내고, 레이저광의 크기가작으면 작은 피트까지도 데이터 신호로서 읽어낼 수 있기 때문이다.

픽업장치에서 레이저광의 크기에 직접적인 영향을 주는 요소는 레이저 다이오드의 파장(λ)과 대물렌즈의 개구율(Numerical Aperture, NA)이다. 레이저광의 직경은 레이저의 파장에 비례하고 대물렌즈의 개구율에 반비례한다.

CD의 경우 반도체 레이저 다이오드의 파장은 7백80nm이며 대물렌즈의 개구율은 0.45이다. 따라서 디스크의 데이터 기록면에 맺히는 레이저광의 직경은약 1.6㎛이다. DVD에서는 레이저 다이오드의 파장이 6백50nm 혹은 6백35nm이고, 대물렌즈의 개구율은 0.6이므로 디스크의 데이터 기록면에 맺히는 레이저광의 직경은 약 1㎛이다.

개구율 0.6인 DVD의 렌즈는 CD의 대물렌즈처럼 비구면으로 설계, 플라스틱재질로 사출하나 양산성이 낮고 정밀도가 높아 렌즈의 가격이 비싼 편이다.

상용화된 대부분의 레이저 다이오드는 반도체 레이저 다이오드이다. 현재레이저 다이오드는 파장이 6백35nm까지 상품화됐으며 레이저의 파워가 6백35nm에서 5mW까지 가능하다. 동작온도는 6백35nm에서 50 까지 가능하다. DVD에서 요구하는 레이저 다이오드의 파장은 6백35nm 또는 6백50nm로 레이저 다이오드 분야에서 최첨단이어야 한다.

이처럼 고밀도의 디스크와 고밀도 디스크에서 데이터 신호를 읽어내는 픽업장치가 개발되었다 하더라도 DVD가 제대로 보급되기 위해서는 한가지 문제점이 남아 있다. 전세계적으로 1년에 수억장씩 판매되고 현재 소비자들이 많이 보유하고 있는 기존 CD규격의 디스크를 DVD플레이어에서 재생할 수 있어야 하는 점이다.

디스크의 두께가 1.2㎜인 CD에서 픽업의 초점거리와 디스크의 데이터 기록면이 0.6㎜인 DVD에서 픽업의 초점거리 사이에는 약 6백㎛ 정도 차이를 갖는다. 그런만큼 동일한 픽업으로 초점위치가 서로 다른 CD와 DVD를 재생할 수있게 하는 양 초점방식의 픽업 개발이 필수적이다.

일본의 마쓰시타가 개발한 홀로그램방식의 픽업은 대물렌즈의 한쪽면을 홀로그램 처리해 항상 DVD 재생초점과 CD 재생초점이 동시에 존재하게 하는 방식이다. 또 미쓰비시가 개발한 픽업은 DVD를 재생하는 경우 개구율 0.6인 대물렌즈로 절환하여 픽업의 초점거리를 맞추고 CD를 재생하는 경우 개구율 0.

45인 대물렌즈로 절환하여 픽업의 초점거리를 맞추게 하는 것으로 2개의 대물렌즈를 용도에 따라 절환하는 방식이다. 국내에서 LG가 개발한 LCD 셔터를이용한 방식의 픽업은 한개의 대물렌즈를 사용하고 픽업내에 설치된 LCD를 ON·OFF함으로써 서로 다른 두개의 초점거리가 발생되게 하여 초점거리를 절환하는 방식이다.

통합규격은 또 최소한 레이저 디스크보다 우수한 화질을 나타내는 국제표준인 MPEG2의 규격을 하드웨어로 구현했다. 즉 MPEG2로 압축된 영상데이터를복호화할 수 있는 MPEG2용 비디오디코더 IC를 개발했는데 이것은 반도체의고집적화 기술이 발전한 것이다. 여기에 더하여 화질의 고선명화를 추구하기위해 또 한가지의 기술이 추가되어 있다. 영상을 MPEG2의 규격으로 압축할때 사용되는 기술 VBR(Variable Bit Rate·가변 전송레이트)기술이다. 영상신호를 디지털 데이터화하여 MPEG2규격으로 압축할 때 동일한 압축률을 적용하게 되면 움직임이 적은 영상이나 복잡하지 않은 영상은 정보의 손실이 적어 복원한 영상이 고화질을 유지한다. 하지만 움직임이 많은 영상이나 복잡한 영상의 경우 정보의 손실이 많아 디지털 데이터를 복원한 영상은 사람이느낄 정도의 블록 영향이 나타난다. 따라서 한정된 저장용량에서 움직임이적은 영상이나 복잡하지 않은 영상의 경우에는 화질의 열화가 없을 때까지데이터의 압축율률 높여 저장해 영상압축 데이터의 양을 적게 하고, 움직임이 많은 영상이나 복잡한 영상은 화질의 열화가 생기기 않는 수준까지 데이터의 압축률을 낮추어 영상압축 데이터의 양을 많게 해 균일한 고화질의 영상을 유지하는 것이 VBR기술이다.

변복조 방식은 기존 CD의 8 _ 14변조를 변형한 EFM 플러스(8 _ 16변조)방식을, 에러정정 방식은 RS _ PC(Reed Solomon _ Product Code)방식을 채택했다.

DVD는 차세대 AV기기로 고화질이 가능한 MPEG2의 비디오 데이터뿐 아니라최대 32개 국어를 자막처리할 수 있는 서브픽처(Sub _ Picture) 데이터가 있다. 고음질의 오디오는 소프트 제작시 선형PCM·돌비AC3·MPEG오디오 등 3가지 중에서 선택하여 디지털 서라운드 음질(5.1채널) 또는 스테레오 음질을선택할 수 있고, 최대 8개 국어의 언어를 수록할 수 있는 데이터 구조를 갖는다.

DVD규격에는 이미 제정된 비디오규격과 ROM규격뿐만 아니라 97년 발표예정인 CD오디오에 대응하는 오디오규격 CD _ R와 같은 형태의 WORM규격, PC의주변기기인 ODD·MOD와 같은 RAM규격을 포함하고 있다. 규격통합을 주도하는일본의 도시바는 기존 CD롬이 재생되는 1.5배속 DVD롬(CD롬의 약 10배속) 시작품 등을 올해말에 출시하겠다고 발표했다. 이러한 DVD롬의 가격이 CD롬과비슷해지면 기존 CD롬시장은 대용량인 DVD롬으로 옮겨갈 것이다. 도시바는특히 97년에 데이터를 한번 기록할 수 있는 DVD-WORM의 제품을 상품화하고,DVD의 최종 목표라고 할수 있는 기록·재생의 반복이 가능한 DVD RAM을 2000년 이전에 상품화하겠다고 한다. 이 계획이 실현되면 DVD는 고화질의 영상뿐아니라 대용량의 데이터를 기록·재생하는 영상·기억매체로 자리잡을 것이다. 결국 DVD는 앞으로 전개될 멀티미디어의 응용분야에서 빼놓을 수 없는미디어가 될 것이 분명하다.