[e테크]고선명 이미징시스템-꿈같은 안방극장 열린다

고선명 이미징 시스템(High Definition Imaging System)은 고해상도의 시각정보를 전자상태에서 처리해 그 형태를 변형, 저장, 전송함으로써 각종 응용제품을 통해 이미지를 표시해준다. 응용제품에 따라 이들 시스템은 스틸 이미지, 애니메이션 그래픽 또는 동영상을 표시한다. 또 어느 응용제품의 경우는 특정 그래픽 워크스테이션 사이에서만 이미지를 교환할 수 있는 반면 다른 응용제품은 다수의 지점으로 이미지를 전송할 수 있다. 대부분의 고선명 이미징 시스템의 기본 기술은 같다.

　고선명 이미징 시스템은 사람의 시각신경에 매우 효과적으로 작용하기 때문에 저해상도 시스템보다 단위시간당 정보파악을 더 많이 할 수 있게 해준다. 현대 사회인들은 매일 같이 쏟아져 나오는 대량의 정보를 흡수하고 처리할 수 있게 해주는 효율적인 수단이 필요하며 이를 위해 날이 갈수록 더욱 해상도가 높은 고선명 이미징 시스템을 요구하고 있다.

　고선명 이미징 기술의 주요 요소는 이미지의 포착, 압축, 저장, 처리, 전송, 표시 등으로 정보분야가 확대됨에 따라 이들 각 요소가 발전해야 한다.

　이미지 포착기술에는 고체촬상소자(CCD:Charge-Coupled Device)와 상보성금속산화막반도체(CMOS:Complementary Metal-Oxide Semiconductor device)가 주로 사용된다. CCD는 내부 데이터에서 디지털방식으로 생성되는 이미지를 처리하는 데 사용된다. CCD는 번인(burn-in) 문제가 거의 없고 저전압에서 작동하며 단단하다는 등 종전의 촬상관에 비해 몇 가지 장점을 갖고 있다. 또 반응속도가 빨라 카메라로 하여금 고속의 프레임 속도로 이미지를 기록하게 해준다. 최근 디지털카메라시장이 확대됨에 따라 CCD의 수요가 늘어나고 있다. 하지만 CCD는 가격이 비싸 디지털카메라 업체들이 CMOS센서로 눈을 돌리고 있다.

　CMOS는 CCD보다 가격이 낮을 뿐 아니라 5V 이하의 낮은 전압을 사용해(CCD는 10∼30V 사용) 전지사용을 가능하게 하고 회로를 추가할 수 있다. 그렇다고 CMOS에 문제점이 없는 것은 아니다. CMOS는 여러가지 기능을 탑재할 수 있는 반면 그만큼 기능상의 문제가 많이 발생할 수 있다. 또 이것은 이미지 왜곡이 일어나고 움직이는 동작을 정확히 포착하지 못하는 등의 결점이 있다.

　CCD가 주도하고 있는 고해상도 디지털카메라 시장에서의 CMOS 부상을 CCD가 막을 수 있을지는 의문이다. CMOS업계가 증대된 매출을 투입, 성능향상을 위한 새로운 기술을 개발한다면 CCD업계는 타격을 받을지도 모른다.

　고선명 이미지는 저해상도의 비디오나 컴퓨터 이미지보다 정보의 밀도가 훨씬 더 높다. 가령 해상도 1280×1024픽셀(화소)인 컬러 워크스테이션의 그래픽 이미지는 1500만비트 정도의 데이터를 갖고 있는 반면 1920×1125픽셀의 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers:미국 영화 및 TV엔지니어협회) 240 고선명TV(HDTV:High-Definition Television)는 초당 1485메가비트의 이미지를 처리해야 한다.

　광저장 및 광통신기술이 발달해 시스템의 정보처리 능력이 확대되기는 했으나 데이터 전송 및 저장 시스템을 가지고 고선명 스틸 이미지나 HDTV 신호에 있는 엄청난 정보를 처리하기에는 적절하지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위해 예측코딩, 동작추정/보상, 변환 코딩기술 등 몇가지 이미지압축기술이 사용되고 있다.

　예측코딩 기술은 이미지 신호 속의 공간적 중복을 줄임으로써 이미지를 압축하는 것으로 약간의 또는 적당한 정도의 압축이 필요한 응용제품에만 적용할 수 있다. 동작 추정/보상기술은 현재의 프레임에 있는 화소 또는 화소블록을 앞뒤의 것과 비교, 그 차이만을 부호화함으로써 이미지를 압축하는 것인데 이는 처리밀도가 높아 실리콘 회로의 3분의 2를 차지한다는 문제가 있다. 변환코딩 압축기술은 이미지 화소배열에서 최대한의 정보를 최소숫자의 샘플로 묶어주는 다른 배열로 변환하는 것으로 그 중 가장 많이 사용되는 압축방법은 개별 코사인 변환이다.

　이미지를 처리하기 위해 HDTV나 워크스테이션 응용제품 등 모든 고선명 시스템에는 강력한 프로세서가 필요하다. 그러나 HDTV 시스템에는 신호를 부호/복호화해 데이터를 실시간으로 압축할 수 있을 만큼 속도가 빠르고 성능이 우수한 프로세서가 있어야 하는 반면 워크스테이션 응용 시스템에는 이미지를 전송하고 저장하기 위한 데이터 압축 프로세서가 필요하다.

　이처럼 고선명 이미징 시스템에 따라 프로세서의 디자인과 이미지 처리 연산속도가 달라야 하기 때문에 특정 표준 소프트웨어 알고리듬을 개발해 내기가 어렵다. 하지만 최근 들어 비용을 낮추고 성능을 높이기 위해 모든 고선명 이미징 응용제품에 강력한 초대규모 집적회로(VLSI:Very Large-Scale Integration) 프로세서 칩을 채용하고 있다.

　현재 초당 20억회의 연산이 가능한 VLSI칩이 나와 있을 뿐 아니라 고선명 스틸 이미지와 기존 해상도의 비디오 이미지를 처리할 수 있는 단일 VLSI칩도 개발됐다. 가령 미국 IBM이 단일 칩 MPEG2 부호기(encoder)를 발표한 가운데 다른 몇몇 업체들은 MPEG2 디코더를 생산하고 있다. 하지만 HDTV의 엄청난 데이터를 압축할 수 있는 단일 칩은 아직 등장하지 않은 상태다. 또 많은 고선명 이미징 시스템은 성능을 높이기 위해 명령어축약형컴퓨팅(RISC:Reduced Instruction Set Computing) 칩과 병렬처리 기술을 채용하고 있다.

　고선명 이미징 시스템은 처리한 이미지를 수시로 저장하고 검색해야 하는데 그 효율성을 높이기 위해 고속 비디오 램(VRAM:Video Random-Access Memory)을 채용한다. V램은 또 데이터 버스에 일어나는 병목현상을 없애준다.

　이미지를 장기 저장하는 데는 자기저장매체와 광저장매체가 사용된다. 자기 하드디스크드라이브는 광저장매체보다 데이터에 더 빨리 접근할 수 있는 반면 광저장매체는 자기저장매체보다 더 많은 분량의 데이터를 저장할 수 있다. 현재 3.5인치 자기디스크는 250MB의 데이터를 저장하고 5.25인치 제품은 650MB의 데이터를 저장할 수 있다.

　이 분야 기술은 계속 진전되고 있어 하드디스크드라이브 1인치당 3Gb의 데이터를 저장할 수 있는 자기장치의 실험제품이 개발되기도 했다. 광저장매체 분야에서는 12㎝ CD롬 디스크가 보통 650MB의 데이터를 저장할 수 있으나 몇개 업체들이 현재 12㎝ 디스크 양면에 10Gb의 데이터를 저장할 수 있는 디지털비디오디스크 포맷을 개발중이다. 10Gb는 디지털 HDTV 프로그램 80분을 저장할 수 있는 용량으로 대부분의 영화는 길이가 100분 이상 되므로 영화를 저장하기에는 턱없이 용량이 부족하다. 그러나 청색 레이저기술의 개발에 힘입어 저장용량이 18Gb 되는 디지털다기능디스크(DVD:Digital Versatile Disc)가 개발돼 HDTV 영화를 충분히 저장할 수 있게 됐다. 또 저장용량이 각각 140Gb와 10Gb 되는 형광 다층디스크(FMD:Fluorescent Multilayer Disk)와 형광다층카드(FMC:Fluorescent Multilayer Card)가 개발되기도 했다.

　고선명 이미징 시스템에서는 대량 데이터를 처리, 저장함은 물론 이를 전송해야 한다. 가령 표준해상도를 가진 NTSC방식 컬러 TV프로그램은 6㎒의 채널을 통해 전송할 수 있는 데 비해 HDTV신호는 정보가 이보다 6배 이상 많아 6㎒ 대역을 통해 전송하려면 이미지를 크게 압축하지 않으면 안된다. HDTV방송뿐 아니라 통신 네트워크를 통한 이미지 기반 정보의 분량이 급증함에 따라 광케이블 네트워크에 대한 수요가 늘어나고 있다. 그러나 가정을 대상으로 하는 고성능 비디오 서비스를 위해서는 광/동축 혼합 케이블을 사용하는 것이 가장 경제적이다. 이밖에 고선명 이미징 시스템의 대량 정보를 전송하는 데는 고속 데이터 네트워크, 직접 위성방송(DBS:Direct Broadcast Satellite), 기존 TV를 통한 디지털 방송 및 HDTV 채널 등이 사용된다.

　고선명 이미지를 표시할 수 있는 디스플레이에는 직시형(Direct-view) 음극선관(CRT:Cathode-Ray Tube), 프로젝션 디스플레이, 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 등이 주로 사용된다. 직시형 CRT는 가장 성숙된 디스플레이 기술로 고해상도와 완전 컬러 이미지를 제공한다. 역시 고선명 이미지의 표시가 가능한 프로젝션 디스플레이는 후면 투사방식과 전면 투사방식이 나와 있다. 평판 디스플레이에는 가스 플라즈마 디스플레이(Gas-Plasma Display)와 액티브 매트릭스 방식 액정 디스플레이(LCD:Liquid Crystal Display)가 있는데 이들에는 모두 문제가 있다. 가스 플라즈마 디스플레이는 대형 고해상도의 디스플레이를 지원할 수 있으나 컬러 이미지를 표시하는 데 문제가 있고 액티브 매트릭스 LCD는 컬러 이미지를 잘 표시할 수 있는 반면 생산상의 기술적 문제 때문에 크기와 해상도에 제약을 받는다.