3DTV 기술표준화 현황·3D 입체영상산업 활성화 방안

키워드 : 3D 입체영상, 홀로그램 디스플레이, 3DTV의 제품화, 가상현실(VR), 증강현실(AR), 3DTV 방송표준, 3D 입체영상의 시각적 피로감, 3DTV 프로그램 제작 및 유통, 3DTV 표준 가이드라인, 3DTV 선호도

서언
3D 입체영상 산업은 미디어 시장의 전체 가치사슬에서 높은 부가가치와 많은 고용을 창출할 수 있는 신 성장 동력으로서의 잠재성이 있다. 

아울러 3D 입체영상 기술의 핵심인 홀로그램 디스플레이 기술은 영화, 방송, 오락, 우주항공, 군사 및 의료 등 전 산업분야에 광범위하게 응용되면서 커다란 부가가치 효과를 파급시키고 있다.

3D 입체영상 기술은 1838년 영국의 찰스 휘트스톤(Charles Wheatstone)에 의해 고안된 입체경을 통한 최초의 입체영상으로부터 현재까지 그간 수많은 획기적인 발전을 거듭해 왔다.

대화면, 고화질, 고해상도의 평판디스플레이(FPD) 기술이 3DTV의 제품화를 가속시키고 있는 가운데 각 가정에서도 3D 입체 콘텐츠를 고해상도 디스플레이를 통해 시청할 수 있는 3DTV 시대가 다가오고 있다.

디지털 홀로그램 기술이 적용된 리얼-3D 영상을 풀HDTV 모니터를 통해 시청하기까지에는 아직 해결해야 할 많은 과제를 안고 있다. 

3D 입체영상 산업의 핵심 이슈인 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 기술 분야에 대한 국내 기술력이 아직 부족하고 3D 콘텐츠를 개발하고 관리할 고급인력 역시 부족한 상황이다.

기술개발 비용 대비 수익 구조가 불투명하고 성공적인 사업화 모델도 많지 않다는 취약점도 가지고 있다. 하지만 세계 최고 수준의 국내 ICT 인프라를 적극 활용해 적극적으로 대응한다면 기술 선도국과의 기술격차를 빠르게 앞당길 수 있을 것이다.

정부에서는 2010년을 3DTV 원년으로 선포하고 범국가적으로 기술개발 및 산업 활성화에 주력하고 있다. 이에 산·학·연의 공동 R&BD 노력이 절실한 상황이다. 

국내 3D 입체영상 제작을 위한 하드웨어 및 콘텐츠 기술력은 아직 성숙단계는 아니지만 세계 최고 수준의 ICT 기술력과 디지털 환경에 익숙한 두터운 소비자층을 인프라로 적극 활용해 세계시장 선점을 위한 노력이 절실한 시점이다.

이 연구에서는 전세계적으로 아직 크게 활성화되지는 못한 상태에 있는 3DTV방송 관련 기술표준화 현황 및 각 국제표준화 단체별(ITU/MPEG/SMPTE/ATSC/DVB & ITU-R) 표준화동향과 3DTV 관련 국내 표준화현황, 3D입체영상의 시각적 피로감에 대한 개선방안과 기술선도국의 대안에 대해 설명한다.

3DTV 표준화동향 분석
국제표준화 현황 = 3DTV방송 관련 기술표준화 : 3DTV 방송 관련 기술표준화 작업은 전 세계적으로 아직 크게 활성화되지는 못한 상태다. 

MPEG에서 1998년 양안식 3D 비디오 부호화를 위해 MPEG-2 MVP(Multi-View Profile) 표준안에 대한 기고서를 제출한 이후 2008년에 MVC(Multi-view Video Coding)에 대한 표준이 제정됐다.

현재에도 FTV(Free-viewpoint TV) 부호화에 대한 표준화작업이 계속 진행되고 있으며 지속적으로 3D 비디오의 부호화 기술에 대한 표준화작업을 진행하고 있다.

미국의 ATSC 표준화단체에서도 2011년 8월부터 3DTV 기술 전반에 대한 표준화 작업을 시작했으나 아직 구체적인 결과를 제시하지는 못하고 있다. 3DTV 방송과 관련된 국내외 주요 기술표준화 현황을 [그림1]에 나타낸다.

국제표준화 단체별 표준화동향(ITU의 표준화) : ITU(International Telecommunication Union)는 국제 표준 권고안에서 3DTV 프로그램 제작을 위한 신규 인터페이스를 공개하고 3D 입체영상의 평가기준으로 화질(picture quality), 심도(depth), 시청 시 소비자가 느끼는 편안함 정도(comfort level)를 권고하고 있다.

세부 권고내용을 보면 ITU-R에서는 3DTV 프로그램 제작을 위한 신규 디지털 인터페이스를 공개하면서 720p, 1080i/p 포맷에서 3D 입체영상을 평가할 수 있는 기준을 제시했다. 

이에 따라 향후에는 3DTV 프로그램 제작 및 배포의 원활화를 기반으로 3DTV 시장이 성공적으로 안착할 것으로 전망된다.

ITU의 3DTV 표준 권고안은 미래 TV포맷 연구의 자극제로 작용할 것으로 예상된다. 3D 입체영상 산업 발전에 전세계의 이목을 집중되고 있는 가운데 ITU의 3DTV 표준 권고안은 방송 및 TV제조 산업 분야의 발전을 선도할 수 있을 것으로 전망된다.

아울러 미래의 3DTV 전송포맷 연구에 중요한 계기를 마련하게 될 것으로 보인다. 예상되는 파급효과를 간단히 요약하면 다음과 같다.

- 3DTV 프로그램을 제작, 유통하는 사업자들에게 미래 지향적인 가치를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

- 3DTV를 보다 편안하게 즐길 수 있는 기술을 구현하는 데 촉진제 역할과 아울러 3DTV 발전과 성공을 촉진시키는 매우 중요한 계기가 될 것이다.

- ITU-R은 3DTV에 가장 적합한 표준 가이드라인으로 권고안을 통과시킴으로써 3DTV의 성공적인 사업화에 긍정적인 요인이 될 수 있을 것으로 판단된다.

국제표준화 단체별 표준화동향(MPEG의 표준화) : MPEG(Moving Picture Experts Group)에서는 MPEG-2 MVP와 AVC(MPEG-4 Part 10) 기반의 MVC(Multi-view Video Coding)를 표준화했으며 다시점 영상과 뎁스 맵(depth map) 정보를 함께 부호화하는 표준을 제정했다.

주요 내용으로는 부가영상을 나타내는 새로운 스트림 타입(stream type)과 프레임 컴패터블(frame-compatible) 서비스를 위해 MPEG-2 스트림에 포함돼야 하는 MPEG-2 스테레오스코픽 비디오 포맷 데스크립토(stereoscopic video format descriptor) 및 서비스 컴패터블(service-compatible) 서비스를 위한 부가영상의 스테레코스코픽 비디오 인포 데스크립토(stereoscopic video info descriptor) 등이 있다.

프레임 컴패터블 서비스는 영상구성 형태로 이뤄진 3D콘텐츠 포맷 방식, 즉 사이드바이사이드(side-by-side) 또는 탑앤바텀(top-and-bottom) 등을 의미한다. 서비스 컴패터블 서비스는 해당 스트림이 기준 영상인지 또는 부가 영상인지를 알려준다.

부가영상일 경우 그 해상도를 알려줌으로써 수신기가 정확한 신호를 복원할 수 있도록 한다. 그간 MPEG에서 제정한 표준들을 간단히 요약하면 [표1]과 같다.

MPEG은 ISO 및 IEC에서 비디오 및 오디오 등 멀티미디어 전송 및 압축 표준을 개발하는 소규모의 연구그룹으로, 정식명칭은 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11이다. 

1988년 발족이후 현재 약 350명의 산·학·연 전문가들의 참여 아래 비디오신호 전송 및 압축과 관련된 국제표준을 개발하고 있다. 연 4회의 표준화총회를 통해 ITU 산하의 비디오압축 표준화단체인 VCEG과 함께 JVT(Joint Video Team)를 구성해 H.264/AVC 표준을 공동 제정한바 있다. 

국제표준화 단체별 표준화동향(SMPTE의 표준화) : SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)는 미국 디스플레이산업협회(USDC)와 인사이트 미디어(Insight Media)의 주도로 결성된 3D@홈(Home) 컨소시엄이 중심이 돼 3D입체영상 관련 표준화에 주력하고 있다.

SMPTE는 1916년에 설립된 영화 및 방송과 관련된 표준, 권고, 공학적 가이드라인 등을 제정 발간하는 북미 중심의 표준화 단체다.

주요 표준화 내용을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- 가정용 3DTV 방송을 목표로 스테레오 3D 마스터링(mastering) 포맷을 개발하고 있다.

- 3D 입체 콘텐츠 제작 및 저장, 휴먼 팩터 기반의 세이프티 가이드(Safety guide) 관련 표준을 개발하고 있다.

- 3D 디지털 영화관의 규격(3DDCI)에 대한 표준을 개발하고 있다.

SMPTE의 HDTV 영상규격 등 3DTV 기술과 관련된 주요 표준화 내용을 간단히 요약하면 [표 2]와 같다.

국제표준화 단체별 표준화동향(ATSC의 표준화) : ATSC(Advanced Television Systems Committee)는 새로운 기술과 서비스를 도입하기 위한 지속적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 

아울러 미래 기획그룹의 하나인 PT-1(Planning Team 1)에서는 그동안 차세대 표준연구(ATSC 2.0) 내용의 일부로 3DTV 서비스에 대한 기술적인 요구조건들을 연구해왔다. 그 결과 2011년 7월에 연구보고서를 완성한바 있다.

ATSC에서는 2011년 9월부터 새로운 기술그룹(SG 12)을 결성하고 3가지 범주를 포함한 본격적인 표준화를 추진하고 있으며 서비스 시급성을 고려해여 단계적으로 추진할 예정이다.

ATSC에서 추구하고 있는 가장 중요한 이슈는 지상파TV와 인터넷을 혼용하는 실시간 하이브리드 3DTV 방송 및 비실시간 양안식 하이브리드 3DTV 방송표준 규격이다. 

이는 기준영상은 지상파TV로 부가영상은 인터넷 또는 ATSC NRT 전송규격을 사용해 전송하는 방식이다.

이 방식은 부가 영상을 실시간 혹은 방송서비스 시간 이전에 비실시간으로 전송하는 서비스 시나리오를 바탕으로 표준화를 진행하고 있다.

ATSC는 북미와 한국이 표준으로 채택하고 있는 지상파 디지털TV 방송표준을 제정한 단체다. 표준규격을 제정하는 테크놀로지그룹과 표준 관련 이슈에 대한 필요성, 동향 등을 조사·분석해 보고하는 플래닐 팀(Planning team)으로 나누어져 있다. TG에는 현재 13개의 기술 분과(Specialist group)가 있으며 이중 3DTV 표준화와 관련해 한국의 주도로 3DTV 표준화를 전담하는 S12(Specialist group on 3DTV)가 2011년 7월 설립됐다. 

국제표준화 단체별 표준화동향(DVB & ITU-R의 표준화) : 유럽의 DVB(Digital Video Broadcasting)에서는 2011년 초에 프레임 컴패터블 3DTV 방송방식에 대한 표준초안(Frame Compatible Plano-Stereoscopic 3DTV)을 제출한바 있다.

여기에는 1080i/1080p/720p50/60㎐에 대한 사이드바이사이드 또는 탑앤바텀 포맷이 포함돼 있다. 모든 방송매체를 통한 서비스에 활용되는 것을 목표로 하고 있다.

이는 화질이 약간 좋지 않더라도 최소한의 시스템 변경을 통해 3DTV 서비스를 제공하고자 하는 매우 실용적인 접근성을 추구하고 있다. 

특히 3DTV 방송서비스 형태를 3DTV 프로그램이 제공되는 정도에 따라 24/7(항상 3DTV 프로그램만 서비스), 타임 익스클루시브(time-exclusive: 일정한 시간에만 서비스), 프리도미넌트(predominant: 주로 3DTV 서비스를 하고 가끔 HDTV 서비스 제공), 컴포지트(composite: HDTV와 3DTV 서비스를 혼합해 제공), 오케이셔널(occasional: 주로 HDTV를 서비스하고 가끔 3DTV를 서비스함)로 나누어 정의하고 있다.

ITU-R의 SG-6에서도 DVB와 밀접한 관계를 갖고 3DTV 전송 포맷과 안전성에 관한 표준화를 추진하고 있다. 

유럽의 방송표준을 다루고 있는 DVB에서는 매체에 공통으로 적용될 수 있는 프레임 호환 3DTV 서비스에 대한 표준화 작업을 완료한바 있다. DVB의 3DTV 시스템 구조도를 [그림 2]에 나타낸다.

기술적으로는 3D 시그널링, 부호화 포맷, 서브타이틀에 대한 부분을 핵심으로 명시하고 있으며 HDTV 서비스와의 혼용 서비스를 위한 서비스 타입 등을 명시하고 있다.

DVB의 3DTV 서비스 형태는 24시간 3D 전용 서비스, 시간 지정형 3D 전용 서비스, 3D 주도형 혼용 서비스, 임의 혼용 3D 서비스 및 2D 주도형 혼용 서비스로 분류하고 있다. 

24시간 3D 전용 서비스를 제외하고는 HD-TV와 3D가 혼용돼 제공되는 형태의 서비스로 특정 시간을 고정적으로 할당해 3D 입체영상을 제공하거나 3DTV 채널에 임의 구간을 HDTV로 전송하는 형태 또는 2D 평면영상과 3D 입체영상을 임의로 혼용하는 형태로 구분된다.

3DTV 관련 국내 표준화 : 2010년 국내 차세대 방송표준 포럼에서 제안한 스테레오 스코픽 비디오 응용포맷(Stereo Scopic Video Application Format, SS VAF)이 국제 표준으로 채택돼 모바일용 3D 콘텐츠 제작과 유통에 이용이 가능하게 됐다.

현재 TTA에 3DTV PG가 구성돼 3DTV 방송 송수신 정합 규격, 3D품질안전 규격 등 가장 우선순위가 높은 항목에 대한 표준화작업이 활발하게 진행되고 있다.

[그림 3]에는 3DTV 방송관련 국내외 표준화 현황을 보여주고 있다. 방송 외의 3D 산업 분야에서의 표준화 필요성도 제기되고 있으며 기술표준원에서 표준화 작업을 진행하거나 계획하고 있다.

국내 케이블 3DTV 방송서비스를 위한 표준화는 2010년 한국 디지털 케이블 포럼( Korea Digital Cable Forum, KDCF)에서 케이블TV 방송의 경쟁력 제고를 위해 산학연이 중심이 된 케이블 3DTV 실무반을 결성해 케이블 3DTV 방송서비스 관련 표준 초안을 제정한 바 있다.

이 초안을 기반으로 2011년 TTA 케이블 방송 프로젝트 그룹(PG803)에서 디지털 케이블 3D 방송 송수신정합 표준을 제정한 바 있다.

세부 내용은 디지털 케이블 3DTV 방송서비스 및 시스템 요구사항, 스테레오 스코픽 비디오 구성, 스테레오 스코픽 비디오 부호화 및 복호화, 스트림 다중화 및 프로그램 지정 정보 TL그널링, 시스템 및 서비스 정보 신호방식, 3D 프로그램 전송, 부가정보 서비스, 제한 수신 서비스, 단말 인터페이스 및 디지털 케이블 3DTV 방송 서비스 시나리오 등을 정의하고 있다.

케이블 3DTV 표준화의 경우에도 지상파TV 표준과 마찬가지로 서비스 호환 방식을 채택해 1080i급 고화질의 3DTV 방송서비스가 가능하며 기존 방송 서비스와의 역호환성을 만족하고 있다. 

추가적으로 케이블TV 방송의 경우 지상파TV 방송과는 달리 채널운용이 비교적 자유롭기 때문에 역호환성이 배제된 프레임 호환방식에 대한 표준화도 이뤄졌다. 프레임 호환방식의 표준화는 북미 케이블TV 표준화단체인 SCTE 및 케이블 랩스(Cable Labs)의 표준과 MPEG에 근거해 진행됐다. 

또 PG803에서는 현재 제정된 표준을 기반으로 해 서비스 호환 방식의 케이블 3DTV 국제 표준화를 추진하고 있다.

디지털 케이블 3D 방송표준 : TTA는 케이블TV 전송망을 통해 고화질 3DTV 서비스를 제공할 수 있는 디지털 케이블 3D방송 송수신 정합표준을 제정한바 있다.

이 표준은 TTA 케이블TV 방송표준화 위원회를 중심으로 한국디지털케이블포럼(KDCF)과 케이블 방송사업자, 한국전자통신연구원 등 케이블TV 관련 업계 및 연구기관의 적극적인 참여를 통해 이뤄진 결과다.

케이블TV 방송 시스템을 통해 3DTV 방송서비스를 제공하기 위한 요구사항부터 데이터 포맷, 다중화 및 신호방식 등을 규정하고 있다. 

표준안에는 좌우 영상의 원래 해상도를 축소해 하나의 영상 프레임 안에 스테레오 영상을 구성하는 프레임 호환(Frame-compatible) 방식과 기존의 2D 방송서비스와 호환이 가능하도록 좌우 영상을 독립적으로 전송하는 서비스 호환(Service-compatible) 방식을 포함하고 있다.

특히 서비스 호환 방식 기술은 전세계적으로 표준화된 사례가 없고 TTA에서 최초로 표준화한 기술이다. 따라서 이 표준화는 국내 기술력이 3DTV 관련 국제표준화를 선도할 수 있는 매우 중요한 계기를 마련한 것으로 평가받은바 있다.

아울러 케이블 3DTV 표준 개발은 각 방송 매체별로 3D 입체방송 플랫폼 구축을 본격화하고 있는 현 시점에서 3D 입체영상 관련 산업 활성화와 더불어 3D 입체영상 시장을 3D영화 중심에서 3DTV 방송 영역으로 확장시키는 계기를 마련했다고 평가받고 있다. 

이 표준은 2011년 9월 TTA 표준총회에서 국내 기술표준으로 최종 제정됐으며 SCTE, ITU-T등의 국제표준화 단체를 통해 국제표준으로 제정될 수 있도록 연구를 지속하고 있다. 

SCTE(Society of Cable Telecommunications Engineers)는 케이블TV 통신 분야의 표준화 기구로 160여개 단체를 회원으로 보유하고 있다.

디지털 케이블 3DTV 방송 시스템의 개념도를 [그림3]에 나타낸다.

TTA 표준화 현황 : 국내에서는 TTA 내에 3DTV 프로젝트 그룹(PG806)을 구성해 표준화 작업을 진행하고 있다. 

TTA의 방송기술위원회(TC8) 산하에는 지상파TV, DMB, 케이블TV, 위성TV 및 데이터 방송에 대한 표준화를 각각 맡고 있는 5개의 프로그램 그룹이 활동하고 있다. 지상파TV, DMB, 케이블TV, 위성TV 및 데이터 방송 등 모든 전송매체에 공통적인 3DTV 방송기술 표준화의 필요성이 인정돼 2010년 1월에 3DTV 프로그램 그룹이 설립됐다.

현재 3DTV PG 내에는 3DTV 방송을 위한 표준영상 및 전송포맷에 대한 표준화를 담당하는 워킹 그룹(Working group: WG 8061)과 3DTV 시청 안전 가이드라인 및 권고안에 대한 표준화를 담당하는 WG 8062이 활발히 활동하고 있다. 이들 각 워킹 그룹의 역할을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- WG 8061에서는 2011년 6월에 각 방송 매체별 3DTV 방송에 공통으로 적용될 수 있는 스테레오 스코픽 비디오 영상 및 전송포맷에 대한 표준을 제정했다(TTAK.KO-07.0090, ‘3DTV 방송을 위한 스테레오 스코픽 비디오 영상 및 전송 포맷 기술’, 한국정보통신기술협회, 2011. 6).

- WG 8062에서는 2010년 12월 3DTV 방송안전 가이드라인을 제정했다(TTAK.KO-07.0086, ‘3DTV 방송 안전 가이드라인’, 한국정보통신기술협회, 2010. 12).

이를 기반으로 3DTV PG는 매체별 표준화 PG와 함께 현재 지상파TV 및 케이블TV 방송에서의 3DTV 방송 송수신 정합규격을 제정했다. WG 8061에서 표준화한 스테레오 스코픽 비디오 영상 및 전송포맷의 주요 내용을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- 3DTV 방송 공통 서비스 및 시스템 요구사항

- 스테레오 스코픽 비디오 포맷

- 스테레오 스코픽 비디오 부복호화 규격

- 스테레오 스코픽 비디오 다중화 및 신호방식

공통 서비스 요구사항의 대부분은 수신품질, 서비스 최대 지연시간, 채널전환 시간 등 기존 2D 평면방송에 대한 요구사항과 크게 다르지 않으나 기존 디지털TV 방송과의 호환성(양립성)을 추가로 명시하고 있다.

이는 3DTV 방송이 디지털TV 방송 수신기에 영향을 주지 않아야 하며 디지털TV 방송 수신기에서는 디지털TV 방송프로그램을 이상 없이 수신할 수 있어야 한다는 것을 의미한다.

비디오 포맷에서는 전술한바 있는 서비스 컴패터블 및 프레임 컴패터블 영상 포맷을 모두 규정하고 있으며 이 각각의 경우에 대해 사용 가능한 비디오 부호화 포맷을 별도로 규정하고 있다.

비디오 부호화 포맷은 현재 MPEG-2 MP@ML, MP@HL, AVC MP@레벨(Level) 4.0 및 HP@레벨 4.0으로 한정하고 있으나 향후 압축효율이 월등한 새로운 부호화방식이 표준화되면 별도로 추가돼야 할 것이다. 기타 다중화 및 신호방식은 MPEG-2 TS 아멘드먼트(amendment) 표준을 따르는 것으로 규정하고 있다.

WG 8062에서 표준화한 3DTV 방송안전 가이드라인의 주요 내용은 편안하고 안전한 3DTV 시청을 위해 필요한 시청환경, 시청자조건, 디스플레이 및 콘텐츠에 대한 권고사항을 포함하고 있다.

3D 입체영상의 개선점
3D입체영상의 시각적 피로감 = 원인과 해결방법 : 3D 입체영상 산업과 관련된 전후방 기술개발에 있어 가장 불편한 점 중의 하나가 바로 시각적 피로감(Visual fatigue: 시각적 피로감은 3D 디스플레이에서 경험하는 시각피로 뿐 아니라 장시간 2D 디스플레이 앞에서 작업할 때 발생하는 피로까지 포함한다.)이나 어지럼증일 것이다.

이는 3D 입체영상 산업 활성화를 위해 우선적으로 해결해야 할 사안임을 시사하고 있다. 

특히 사용자의 심리적, 생리적 상태를 나타내는 시각적 피로감은 3D 입체영상을 시청하기 시작한 후 약 30분을 전후해서 나타나는 것으로 알려져 있지만 실제 시각적 피로감은 이를 유발하는 요인에 따라 약간 다르게 나타날 수도 있다.

영상 안정성 관련 글로벌 표준에서는 영상물 제공시 안전성에 대해 광과민성 발작(photosensitive epileptic seizures), 시각 운동유도 멀미(visually-induced motion sickness), 시각적 피로(visual fatigue) 등을 고려해야 한다고 명시하고 있다. 

특히 어린 아이들이 좌우 정렬되지 않은 영상을 시청할 때 발생할 수 있는 사시의 위험성에 대해서도 경고하고 있다.

시각적 피로감이 발생하는 이유가 무엇인지에 대한 해답은 아직 없지만 몇 가지 가설을 요약하면 다음과 같다.

- 스테레오 스코픽 3D 디스플레이 방식은 기준면에서 튀어나오고 들어가 있는 공간을 재현하는 기술로 사용되고 있다. 이는 초점 조절과 폭주 사이의 관계 등의 요인과 일치하지 않는 것이 있기 때문에 재현되는 공간에 부자연스러움과 어지러움을 초래하는 요인이 있을 수 있다(3D 입체영상의 깊이감을 나타내는 여러 요인을 종합적으로 이용해 시각적 불편함은 감소될 수 있으며 매우 편안한 시청 환경을 제공해줄 수 있을 것이다.).

- 스테레오 스코픽 3D 디스플레이 방식은 3D 영상을 시청할 때 여러 형태의 왜곡(distortion)을 경험할 수 있다. 이는 카메라 배열의 선택에 따른 영상의 획득, 신호의 압축전송, RGB+깊이신호로부터 스테레오 정보를 재현하는 경우 렌더링 현상, 디스플레이 단계와 연관되어 발생할 수 있다.

시각적 피로감을 유발하는 요인 중 가장 밀접한 관계가 있는 스테레오 스코픽 장애에는 조절과 수렴의 불일치, 부자연스러운 영상, 운동시차의 불일치, 좌우 영상의 광학적 특징을 들 수 있다.

불완전한 스테레오 스코픽 영상의 원인이 되는 요소로는 키스톤 왜곡(keystone distortion), 평면 심도 왜곡(depth plane curvature), 카드보드 효과(cardboard effect), 상정효과(puppet theatre effect), 전단왜곡(shear distortion), 크로스토크(cross-talk), 피켓 펜스 효과(picket fence effect), 영상 반전(image flipping) 등이 있다.

이러한 시각적 피로와 불안정 증세가 나타나는 형태와 원인 및 이를 측정할 수 있는 객관적인(표준화된) 방법에 대한 솔루션이 필요하다. 

시각적 피로와 불안정 증세로는 눈의 피곤함(eyestrain), 눈의 무겁게 느껴짐(eyes feel heavy), 이중상(double vision), 눈의 건조(dry eyes), 머리가 무거워짐, 두통, 어깨가 뻣뻣해짐, 어깨와 등 아픔, 멀미증상(nausea), 현기증(giddiness) 등이 있다. 

2D 영상 시청에서 광민감증, 수면 결함, 피로 등의 경험이 있는 사람들은 3D 입체영상의 시청을 피해야 한다.

시각적 피로감과 불안정에 대한 객관적인 평가방법으로 임계융합 주파수(Critical Fusion Frequency, CFF), 시각함수, 동공이나 혈압 등 자율적 신경시스템 등을 이용하는 방법들이 있으나 아직 표준화된 방식은 없으며 개발이 진행 중이다.

기술선도국의 대안 : 3D 입체영상에 대한 부작용을 가장 염려하고 있는 국가는 일본이다. 

3D 입체영상을 장기간 시청하면 어지러움과 구토, 심하면 간질 증세까지 나타날 수 있다는 연구조사가 발표되면서 일본 경제산업성은 3D 입체영상 시청에 따른 문제점을 심층 조사한바 있다.

일본이 3D 입체영상 부작용에 대해 가장 먼저 대응한 시기는 1997년의 ‘포켓몬 쇼크’ 때문이다. 

당시 애니메이션 포켓몬스터를 시청하던 어린이가 구토와 발작, 간질 증세 등을 일으켜 수백 명이 병원에 실려 가고 그 중 몇 명이 사망하는 등 국가적인 재난사태가 있었다.

결국 일본은 4개월간 포켓몬스터 방송을 중지하고 모든 애니메이션 방영 전 ‘TV를 보실 때에는 방안의 조명을 밝게 하고 멀리 떨어져서 시청하시오’라는 문구를 삽입하기도 했다. 이 때문에 일본에서는 3D 입체영상과 관련된 부작용 문제에 사전조사가 비교적 철저하게 이뤄지고 있는 편이다.

이에 비해 우리나라는 관련 연구가 아직 미흡한 수준이다. 

2010년 10월 ‘국가고용전략회의‘에서 3D 입체영상 산업의 장·단기 발전전략을 논의하면서 3DTV 시청시 발생할 수 있는 피로감, 어지럼증 등 부작용 방지를 위해 3D 디스플레이 기기 및 콘텐츠 인증기준, 시청자 보고규정 및 가이드라인을 마련한다’는 원칙만 표명한 상태다.

전망 : 완벽한 리얼-3D 홀로그램 디스플레이를 구현하기 위해서는 360도에서 240개 이상의 레이저 빔으로 영상을 송출할 수 있어야 가능하다. 하지만 광학기술의 한계와 빛의 간섭현상, 데이터 전송용량의 한계 등으로 인해 실제 이를 구현하기에는 많은 어려움이 산재해 있다.

현재 공연이나 전시회 등에서 구현되고 있는 플로팅 방식의 유사 홀로그램 기술이 발전해 SF 영화에서 볼 수 있는 수준의 360도 관찰 가능한 홀로그램 기술로 상용화되기까지는 최소 5년 이상이 소요될 것으로 예상된다.

완벽한 리얼-3D 홀로그램 디스플레이 기술을 구현하는 데 소요되는 개발기간에 대해서는 다음과 같이 다양한 전망치를 제시하고 있다.

- 미국 아리조나대학의 네이서 페이함바리안(Nasser Peyghambarian) 교수 연구팀은 향후 10년 내에 일반TV 화면에서 완전한 3D 홀로그램 영상을 시청할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

- MIT 미디어 랩의 마이클 보브(Michal Bove) 연구팀은 단순 소형 스크린에 홀로그램을 상용화시키는 것만 해도 최소 10년 이상이 소요될 것으로 전망하고 있다.

완벽한 리얼-3D 홀로그램 디스플레이 기술이 전세계적으로 상용화(대중화)되는 시점은 2020년 정도가 될 것으로 전망하고 있다. 관련 전문가나 수요자의 기대와 달리 이처럼 긴 시간이 필요한 결정적인 이유를 요약하면 다음과 같다.

- 50인치 급의 홀로그램 디스플레이를 구현하기 위해서는 수천개의 공간광변조기를 이용해야 하는 기술적 한계를 해결할 수 있어야 한다. 현재로서는 이러한 디스플레이를 지원하는 광학소자 기술이 미비한 실정이다. 아울러 60도 정도의 시야각을 가진 40인치급 디지털 홀로그램 영상을 전송하기 위해서는 기존의 고해상도 대비 180만 배에 달하는 약 5000테라비트(Tbits, 1조 비트(bit)에 해당하는 정보량)의 초대용량 데이터가 필요하다.

- 시야각은 일상생활에서는 180도 정도가 적당하나 공연장에서 관객석과의 각도를 고려하면 60도 정도도 가능하다는 여론이 있다. 크기의 경우 광고 분야에서는 55인치 정도, 공연 분야에서는 사람 크기 정도면 활용이 가능한 것으로 나타났다. 가격은 3D 수준을 만족할 수 있는 정도의 가격으로 나타났으며 화질은 전문가는 최소 SD급 이상, 일반인은 프로젝션TV 수준의 화질 정도는 돼야 할 것으로 나타났다.

- 리얼-3D 홀로그램 디스플레이 기술을 구현한 3D 입체영상 산업의 엔드유저는 안방의 일반TV매체 그중에서도 TV 콘텐츠의 꽃이라고 하는 드라마 시청자들일 것이다. 그렇다면 대다수의 TV 드라마 시청자들이 느낄 수 있는 피로감이나 어지럼증 등 시청관점에서의 문제점도 해결해야 할 중요한 사안이다.

홀로그램 디스플레이 기술을 보다 조기에 상용화하기 위해서는 3DTV의 시장수용 속도에 대한 예상과 달리 소비자들의 반응이 기대에 미치지 못하고 있다는 점을 심층 고려할 필요가 있다.

아울러 플로팅 방식의 유사 홀로그램 기법을 적극 수용하는 등 기술적 완성도와 기술의 효용성을 향상시킬 수 있는 관점에서의 접근방법이 필요하다. 

이는 전시 및 공연 등에 활용되고 있는 현재의 플로팅 방식에 대한 관객들의 선호도를 감안해 유사 홀로그램 기술을 먼저 구현해 시범사업을 시행할 필요가 있음을 시사하고 있다.

이후 시범사업 결과를 토대로 플로팅 방식의 실제 활용을 통한 홀로그램의 활용가능성을 진단하고 적절한 사용자 경험을 설계해나가는 방법이 대안이 될 수 있다. 국내외적으로 3DTV 출시가 확산되면서 일부 소비자들은 드라마나 뉴스 등을 당장에 3D 입체영상으로 볼 수 있을 것으로 기대하고 있기도 하다.

그러나 지상파TV를 통해 입체영상을 자유롭게 감상할 수 있는 환경이 조성되기까지에는 많은 과제가 남아 있다. 우선 기존 방송설비의 3~5배 정도로 추정되는 방송 콘텐츠 제작비용이 문제다.

제작비의 부담주체가 방송사나 외주 제작사가 될 것인지에 대한 갈등도 있을 수 있다. 성공적인 입체영상 시험방송을 거쳐 3DTV가 널리 보급되고 방송사의 광고수익 모델과 연계될 수 있을 때 본격적으로 콘텐츠 제작이 이뤄어질 수 있을 것이다. 이에 따라 공연실황이나 다큐멘터리, 게임, 성인용 등 희소성을 가진 콘텐츠들을 중심으로 3D 콘텐츠가 기획될 가능성이 높다.

결언
3D 입체영상 산업의 전후방 기술시장을 주도하고 있는 미국과 일본 등 세계 각국은 정부와 관련 기업들의 주도로 글로벌 3D시장 선점을 위한 표준화 활동을 적극 전개하고 있다. 이에 대응해 국내에서도 국제 표준화 선점을 위한 연구 활동을 강화해 나가고 있다.

그러나 아직은 관련 전후방 핵심 기술력의 부족과 소비자의 불확실한 수요니즈 등으로 인해 표준화와 시장진입이 다소 지연되고 있는 상황이다.

TV방송 분야의 ICT 기술력 기반의 첨단 기술개발 사례에서 보듯이 표준특허를 확보한 국가가 글로벌 시장을 주도적으로 지배해 왔다.

정부는 2012년 국내 표준을 마련하고 국내 전문가의 국제표준기구 참여 지원 등을 통해 국내 표준을 국제표준화하기 위해 나서고 있다. 3D 입체영상 전후방 기술과 관련된 PCT 특허 출원 및 등록비용은 일반적으로 5개 국가 지정국 출원의 경우 5000만~1억원의 비용이 들어간다.

정부는 비용 부담 때문에 출원을 포기하는 사례가 없도록 대한무역진흥공사(KOTRA)에 지원창구를 마련하고 출원·등록비용 지원을 확대해 나가고 있다. 

아울러 2011년 상반기에는 3D 디스플레이 기기 및 콘텐츠 인증기준과 특히 3DTV 시청시 예상되는 눈의 피로감과 어지럼증을 줄일 수 있는 콘텐츠 제작 가이드라인을 마련한바 있다.

2015년까지 무안경식 3DTV 방송을 구현하기 위해서는 민관 공동으로 1000억원의 시업비가 소요될 것으로 예상된다. 궁극적으로 2020년으로 예상되는 디지털 홀로그램 기술이 적용된 리얼-3DTV 방송을 구현하기 위해서는 민관 공동으로 2000억원의 시업비가 소요될 것으로 예상된다.

이를 위해 2010년 하반기에 산·학·연이 참여해 3D기술 로드맵을 수립한바 있다. 아울러 선진국의 기술선점을 위한 표준활동 강화 움직임에 대응하기 위해 민간 표준화 포럼을 통해 국내 표준을 마련하고 민간전문가의 국제표준 활동을 지원해 국제표준화 노력을 전개해나가고 있다.

3D 입체영상 산업은 차세대 미디어 산업 및 디스플레이 등을 포함한 매우 다양한 응용분야로 확대될 것이다. 이 중심에 디지털 홀로그래피 처리기술이 자리 잡고 있다. 이에 핵심 인프라 기술개발 필요성이 절실한 상황이다.

3D 입체영상 산업의 국내 기술표준을 정착시키기 위해서는 범부처적 메가 프로젝트를 통해 산업을 활성화 시킬 필요가 있다.

3D 입체영상 산업은 TV 제조사에게는 포화상태인 TV시장에 새로운 시장 창출의 기회가 될 수 있으며 방송사에게는 전통적인 TV방송 방식과 다른 차별화 된 서비스를 통해 수익창출의 기회가 될 수 있을 것이다.

아울러 콘텐츠 제작업체에게는 3D 콘텐츠라는 새로운 비즈니스 창출기회를 제공하고 있다. 

이러한 고부가가치를 지닌 3DTV 방송표준을 선점하기 위해서는 국내 기술력으로 개발된 북미식 디지털방송 전송규격(VSB)을 기반으로 한 2D 및 3D 영상 동시전송 기술이 가능한 디지털방송 기술표준으로 채택될 수 있도록 정책적 뒷받침이 필요하다.

아울러 2010년 4월 한국정보통신기술협회(TTA)와 북미 지상파 DTV 규격 표준화단체(ATSC) 간에 체결된 3DTV 표준화 공동협력을 위한 양해각서 근거해 양국의 공동기술이 국제표준으로 정착될 수 있도록 양국 기관의 책임 있는 협력이 절실한 상황이다.

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