디지털 비디오 기술이 발전하면서 해상도와 프레임 속도는 높아졌지만, 화질은 오랫동안 제한적이었습니다. 표준 비디오 형식인 SDR(Standard Dynamic Range)은 좁은 밝기 범위를 기준으로 설계되었으며, 한 프레임에서 가장 어두운 영역과 가장 밝은 영역 사이의 차이가 제한적입니다. 일반적으로 8비트 색 심도와 Rec. 709 색 공간을 사용하므로 어두운 영역의 세부 정보가 사라지거나 밝은 영역이 과도하게 노출될 수 있습니다. 강력한 프로세서와 이미지 처리 알고리즘을 사용하더라도 화질을 개선하는 데에는 한계가 있었습니다.
이 문제를 해결하기 위해 HDR(High Dynamic Range)이 개발되었습니다. HDR은 다이내믹 레인지를 확장하여 비디오가 훨씬 더 넓은 밝기 범위를 표현할 수 있도록 하며, 이를 통해 화질을 개선합니다. HDR은 TV 자체의 기능만을 의미하지 않습니다. 비디오도 특정 방식으로 촬영되어야 하며, 표시되는 이미지에 관한 추가 정보인 메타데이터를 포함해야 합니다.
HDR 이미지는 어떻게 만들어지는가
HDR의 주요 목표는 프레임에서 가장 어두운 영역과 가장 밝은 영역의 세부 정보를 모두 보존하는 것입니다. 여기에는 두 가지 주요 방식이 있습니다.
노출 브라케팅. 서로 다른 노출 수준으로 여러 프레임을 촬영합니다. 한 프레임은 그림자 영역의 세부 정보를 포착하기 위해 더 밝게 촬영하고, 다른 프레임은 밝은 영역의 세부 정보를 보존하기 위해 더 어둡게 촬영합니다. 그런 다음 각 프레임에서 노출이 가장 적절한 영역을 선택해 여러 프레임을 하나로 합칩니다. 이 작업은 여러 대의 카메라를 동시에 사용하거나 한 대의 카메라로 프레임을 연속해서 촬영하는 방식으로 수행할 수 있습니다. 후자의 방식은 노출 사이에 피사체가 움직일 수 있기 때문에 역동적인 장면에는 적합하지 않습니다. 이로 인해 잔상이나 기타 이미지 왜곡이 발생할 수 있습니다.
넓은 다이내믹 레인지를 지원하는 센서. 최신 카메라는 여러 노출을 결합하지 않고도 하나의 프레임에서 넓은 밝기 범위를 포착할 수 있습니다. 다시 말해, 카메라가 여러 이미지를 포착하면 프로세서가 이를 분석해 하나의 최종 프레임을 생성합니다.
그 결과 세부 정보가 잘 보존되고 색상이 부드럽게 전환되는 이미지를 얻을 수 있습니다.
HDR은 어떻게 전송되고 표시되는가
HDR 비디오를 촬영하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 화면에서 올바르게 표시할 수 있도록 비디오를 인코딩하고 전송해야 합니다. 메타데이터는 비디오 스트림과 함께 전송됩니다. 여기에는 밝기, 대비, 색상에 관한 기술 정보가 포함되어 있으며, TV가 이미지를 어떻게 표시해야 하는지 알려줍니다. 따라서 TV는 해당 표준을 지원해야 합니다. 그렇지 않으면 이미지가 일반적인 SDR 형식으로 표시됩니다.
- 이 정보를 전송하는 방법에는 두 가지가 있습니다.
- 정적 메타데이터는 전체 비디오에 대해 한 번 정의됩니다.
동적 메타데이터는 장면마다 또는 프레임마다 변경됩니다.
HDR 표준 개요
HDR10
Consumer Technology Association(CTA)이 2015년에 표준화한 기본적인 개방형 HDR 형식입니다. 4K Blu-ray 디스크에 필수적으로 적용되며 HDR10+와 여러 Dolby Vision 프로필의 기반이 됩니다. 10비트 색 심도와 Rec. 2020 색 공간을 사용하지만, 실제 디스플레이는 일반적으로 이 색 영역의 일부만 표현할 수 있습니다.
정적 메타데이터는 영화 전체에 대해 한 번 정의되며, 마스터링에 사용된 모니터, 프레임의 최대 밝기, 평균 밝기에 관한 정보를 포함합니다. TV는 자체 디스플레이 성능에 맞게 밝기 수준을 어떻게 매핑할지 결정합니다. 따라서 TV 모델에 따라 이미지가 눈에 띄게 다르게 보일 수 있으며, 어두운 장면에서는 일부 세부 정보가 사라질 수 있습니다. 이 형식은 무료로 사용할 수 있으며 거의 모든 HDR 장비에서 지원됩니다.
HDR10+
2017년 삼성과 Amazon이 발표한 HDR10의 발전형입니다. 이후 삼성, Panasonic, 20th Century Fox가 설립한 HDR10+ 컨소시엄이 이 형식을 표준화했습니다. HDR10+는 기본 HDR10 스트림에 SMPTE ST 2094-40 표준을 기반으로 한 동적 메타데이터를 추가합니다. 이 메타데이터는 프레임마다 전송되므로 TV는 디스플레이 패널의 성능에 맞춰 비디오의 각 순간에 밝기와 대비를 더욱 정밀하게 조정할 수 있습니다.
HDR10+를 지원하지 않는 기기는 해당 콘텐츠를 일반 HDR10으로 표시합니다. 색 심도는 10비트로 유지됩니다. 이 표준은 로열티가 없지만 모든 장비에서 지원되는 것은 아닙니다.
HDR10+ Adaptive
주변 조명을 고려하는 HDR10+의 추가 기능입니다. TV는 내장 센서로 주변 조도를 측정하고 HDR 이미지의 밝기를 조정합니다. 조명이 밝은 방에서는 이미지가 더 밝아지고, 어두운 방에서는 밝기가 낮아집니다. 삼성은 2021년형 TV에 이 기능을 도입했습니다. 같은 시기에 호환되는 삼성 TV에서 Prime Video의 HDR10 콘텐츠를 HDR10+ Adaptive 모드로 표시할 수 있다고 발표했습니다. HDR10+ 웹사이트에서는 이 기능을 2025년에 도입된 HDR10+ Advanced 사양의 일부로 설명합니다.
HDR10+ Gaming
HDR10+ Technologies가 개발한 HDR10+의 게임용 버전입니다. 삼성에 따르면 이 형식이 도입되기 전에는 게임과 디스플레이가 서로의 성능을 파악할 수 없었습니다. 따라서 HDR 설정은 일반적인 값으로 적용되거나 사용자가 직접 선택해야 했습니다. HDR10+ Gaming에서는 게임 엔진과 디스플레이 장치가 정보를 직접 교환합니다. 이를 통해 게임은 디스플레이의 성능을 파악하고 해당 화면에 최적화된 HDR 이미지를 생성할 수 있습니다. 수동 보정 없이 자동으로 조정되는 기능이 주요 홍보 특징 중 하나입니다. 이 형식이 처음 도입되었을 때는 지원되는 NVIDIA 그래픽 카드를 탑재한 PC와 최신 삼성 TV 및 모니터에서 사용할 수 있었습니다.
HDR10+ Advanced
매우 높은 최대 밝기, 강력한 프로세서, 대형 화면을 갖춘 플래그십 TV를 위해 설계된 최신 표준입니다. Prime Video는 2026년 8월부터 삼성의 2026년형 TV에 이 표준을 도입합니다. 발표된 주요 기능은 다음과 같습니다.
- 전반적인 밝기 향상. 메타데이터를 통해 프리미엄 TV의 높은 밝기 성능을 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다.
- 지능형 모션 스무딩. 시스템이 모션 스무딩의 필요 여부를 자동으로 판단합니다.
- AI 기반 장르 감지를 통해 이미지 처리 설정을 선택하며, 콘텐츠 제작자가 제공하는 메타데이터를 바탕으로 더 넓은 색상 범위를 지원합니다.
Dolby Vision
Dolby가 개발하여 2014년에 도입한 라이선스 기반 표준입니다. 장면마다 또는 프레임마다 변경될 수 있는 동적 메타데이터를 사용합니다. 스트리밍 콘텐츠의 이미지는 일반적으로 10비트이며, 12비트 비디오는 4K Blu-ray 디스크에 사용되는 프로필과 같은 특정 프로필에서만 가능합니다. Dolby Vision에는 여러 프로필이 있습니다. 일부는 스트리밍용으로 설계되었고, 일부는 디스크용이며, 일부는 Dolby Vision을 지원하지 않는 TV에서도 HDR10과 호환됩니다.
2025년 Dolby는 Dolby Vision 2를 발표했습니다. 회사에 따르면 이 버전은 시청 환경에 맞춘 AI 기반 화질 최적화와 프레임별 모션 스무딩 제어 기능을 추가합니다. 구형 TV에서도 이 콘텐츠를 재생할 수 있지만, 새로운 기능을 사용하려면 Dolby Vision 2 지원이 필요합니다. 이 표준을 사용하려면 제조업체가 유료 라이선스를 취득해야 합니다. 삼성은 자사 TV에서 Dolby Vision을 지원하지 않고 대신 HDR10+에 집중하고 있습니다.
HLG(Hybrid Log-Gamma)
BBC와 NHK가 TV 방송 및 라이브 전송을 위해 개발한 형식입니다. ITU-R BT.2100 권고안에 포함되어 있습니다. HLG는 밝기 정보가 전달 함수에 직접 인코딩되기 때문에 메타데이터를 사용하지 않습니다. 이 전달 함수의 아래쪽 부분은 기존 SDR 감마 곡선과 유사하며, 위쪽 부분은 로그 방식으로 밝은 영역을 처리합니다.
따라서 동일한 신호를 HDR TV와 SDR TV 모두에서 표시할 수 있습니다. HDR 화면에서는 확장된 다이내믹 레인지의 이점을 누릴 수 있으며, SDR 화면에서는 일반적인 이미지처럼 표시됩니다. 다만 넓은 색 영역을 지원하지 않는 구형 모델에서는 색상이 약간 흐릿하게 보일 수 있습니다. 이 형식은 로열티가 없으며 일반적으로 10비트 색 심도를 사용합니다. 동적 메타데이터를 사용하는 형식만큼 각 장면을 정밀하게 조정할 수는 없지만, 방송에 사용하기가 더 간단하며 SDR과 HDR용 스트림을 별도로 전송할 필요가 없습니다.
HDR 표준 비교
| 표준 | 메타데이터 | 색 심도 | 라이선스 | 연도 |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | 정적 | 10비트 | 개방형 | 2015 |
| HDR10+ | 동적, 프레임별 | 10비트 | 로열티 없음 | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | 주변광 센서 조정 기능이 포함된 동적 메타데이터(HDR10+) | 10비트 | 명시되지 않음 | 2021 |
| HDR10+ Gaming | 삼성에 따르면 HDR10보다 더 광범위함 | 10비트 | 명시되지 않음 | 2022 |
| HDR10+ Advanced | 삼성에 따르면 확장된 장면 메타데이터 | 10비트 | 로열티 없음 | 2025 |
| Dolby Vision | 동적 | 10~12비트 | 유료 라이선스 | 2014 |
| HLG | 사용하지 않음 | 10비트 | 개방형 | 2015 |
