[스크랩] HD 카메라 촬영정보(2)

ENG카메라맨을 위한 HD Camera 활용 방법(2)                                                             - HD Luminance Signal에 대한 이해

구재모(hdtvcam@hanmail.net)
서강대학교 영상대학원 석사수료

지난 글에서는 Sony HDCAM 시리즈 중 최상위 기종인 HDW-F900 카메라 메뉴시스템의 대략적인 구성 체계를 살펴보았고, 그 중에서 Luminance Signal Control에 관한 기본 개념과 기능들을 몇 가지 예를 통해서 살펴보았다. 이번 글에서는 지난 글에 이어서 HD Video Luminance Signal의 기본적인 특성을 조금 더 자세히 살펴보고 이것을 통해서 HD 영상신호가 기존에 사용하고 있는 NTSC 방식의 영상신호와 어떻게, 무엇이, 왜 차이가 나는지를 살펴보고 이것을 바탕으로 제작현장에서 유념해야 할 사항들을 노출과 조명의 측면에서 살펴보고자 한다.
기존에 사용하고 있는 NTSC 방식의 카메라와 비교했을 때 HD카메라는 우선 노출에서 약간의 차이를 보이며, 이에 따라 사용되는 조명량에서 차이를 보인다. 국내에서 몇몇 테스트 자료들이 발표된 적이 있으나 방법상의 문제로 인해서 객관적인 자료로 받아들이기에는 어려운 부분이 많은데, 대표적인 예로 들 수 있는 ENG 카메라 기종으로 Sony Digital Betacam, HDW-700(A), HDW-750, HDW-F900 카메라가 나타내고 있는 Luminance Signal의 차이는 NTSC Video Signal과 HD Video Signal의 Color Encoding 방식의 차이에서 기인하는 것이며, 카메라 스펙상의 차이점과 Signal을 제어하는 Menu Setup의 상태에 따라서 서로 다른 차이점들을 나타낼 수 있기 때문에 테스트 작업을 할 때에는 이러한 변인들이 완전히 통제된 조건 하에서 실시해야 한다.

  <표1> 카메라 기종별 감도(Sensitivity) 특성 비교

	Digital Betacam				HDCAM
Model	DVW-700	DVW-707	DVW-709	DVW-790	HDW-700A	HDW-750	HDW-F900
Pickup Device	HAD Type CCD					FIT Type CCD
Sensitivity	f8.0	f10.0	f9.0		f8.0	f10.0
	2000 Lx, 89.9% Reflective

위의 표에서 보여주고 있는 것처럼, 카메라의 기종별로 감도특성이 차이가 나고 있음을 알 수 있는데, 단순히 HD카메라와 SD카메라(Digital Betacam)가 차이를 보여 주고 있는 것이 아니라, 같은 포맷의 카메라라도 각 기종별로 스펙상의 감도 특성이 차이가 있음을 확인 할 수 있다.
다음으로, HD카메라에서는 아래의 표들과 같이 색온도와 프레임 레이트에 따라서 감도특성이 달라지기 때문에 숙지하고 참고해야 한다.

  <표2> HDW-F900 노출지표(ASA) : 1080/60i, 3,200K 기준

Gain / Filter	-3db (-½ stop)	0db	+3db (+½ stop)	+6db (+1 stop)	+12db (+2 stop)	+18db (+3 stop)
ClearFilter	400	500	750	1000	2000	4000
1/4 ND (2 stops)	100	125	185	250	500	1000
1/16 ND (4 stops)	25	32	50	64	125	250
1/64ND (6 stops)	6	8	12	16	32	64

  <표3> HDW-F900 노출지표(ASA) : 1080/60i, 5,600K 기준

Gain / Filter	-3db (-½ stop)	0db	+3db (+½ stop)	+6db (+1 stop)	+12db (+2 stop)	+18db (+3 stop)
ClearFilter	225	300	450	600	1200	2400
1/4 ND (2 stops)	60	75	112	160	300	640
1/16 ND (4 stops)	15	18	30	40	80	1600
1/64ND (6 stops)	4	5	7	10	20	40

  <표4> HDW-F900 노출지표(ASA) : 1080/24P, 3,200K 기준

Gain / Filter	-3db (-½ stop)	0db	+3db (+½ stop)	+6db (+1 stop)	+12db (+2 stop)	+18db (+3 stop)
ClearFilter	240	320	480	640	1280	2560
1/4 ND (2 stops)	60	80	120	160	320	640
1/16 ND (4 stops)	15	20	30	40	80	160
1/64ND (6 stops)	4	5	8	10	20	40

  <표5> HDW-F900 노출지표(ASA) : 1080/24P, 5,600K 기준

Gain / Filter	-3db (-½ stop)	0db	+3db (+½ stop)	+6db (+1 stop)	+12db (+2 stop)	+18db (+3 stop)
ClearFilter	150	200	300	400	800	1600
1/4 ND (2 stops)	40	50	75	100	200	400
1/16 ND (4 stops)	10	12	20	25	50	100
1/64ND (6 stops)	2	3	5	6	12	25

위의 표들은 HD카메라의 감도특성을 일반적으로 많이 사용하고 있는 (원래 Film에서 사용하기 시작한 개념인) 노출지표(EI, Exposure Index)의 개념으로 설명하고 있는 것이며, 노출계를 사용하게 되는 경우가 있다면 위의 표를 참고하면 된다. 그러나 노출과 관련해서는 주의해야할 두 가지가 있다.
첫 번째로 위의 노출 지표는 카메라의 셔터 개각도 180도를 기준으로 한 것이므로 카메라의 셔터스피드 스위치가 ON으로 설정된 상태임을 확인해야 한다. 만약 OFF 상태로 있다면 감도 계산은 위의 표에서 제시하고 있는 값의 두 배로 계산해야 한다. 예를 들어 24P 모드인 경우, 초당 프레임은 24프레임이지만, 각각의 프레임은 두 개의 Segment로 이루어져 있기 때문에 개각도 180도 상태인 셔터스피드 스위치 ON 상태는 1/48초가 기본 설정이다. 또한 HD카메라에서의 셔터스피드 스위치는 일종의 이중 메커니즘으로 되어 있기 때문에, 카메라 외부 셔터스피드 스위치가 ON으로 놓여진 상태이더라도 메뉴 시스템에서 OFF로 놓여져 있다면 실제로는 개각도 360도로 설정되는 경우가 있다. 그렇기 때문에 카메라의 메뉴시스템을 초기화했을 경우에는 이 부분을 반드시 확인해야만 비정상 노출 상태와 불필요한 Motion Blur 현상으로부터 발생할 수 있는 실수를 방지할 수 있다.
두 번째로는, 일반적으로 사용하는 대부분의 노출계는 Film의 특성에 맞게끔 만들어진 것이기 때문에 Video에 사용하게 되면 약간의 차이를 발생시킬 수 있다. 다시 말해서, Film의 감광 특성은 Blue 영역 이후 자외선 영역 방향에서 실제 가시광선에서의 스펙트럼과는 다른 특성을 보여주기 때문에 노출계는 이것을 수정 계산해서 만들어진 제품이다. 그러나 CCD의 경우는 Film과는 달리 빛이 프리즘을 통해 분광처리 되고, Red 영역 이후 적외선 방향에서 실제 가시광선의 스펙트럼과 차이를 보여주기 때문에, Film의 감광 특성을 계산해서 만들어진 노출계를 사용하는 경우 오차를 발생시킬 수 있는 위험이 있다. 그렇기 때문에 가장 정확하게 판단을 하기 위해서는 노출계를 이용하는 것 보다 Waveform Monitor 상에서 나타나는 Signal을 기준으로 삼는 것이 정확하다.

다음으로 살펴 볼 것은, Color의 특성별로 나타나는 Luminance Signal의 특성과 차이점을 NTSC 방식과 HD 방식의 비교를 통해서 살펴보고자 한다.
앞서 간단하게 언급했다시피, NTSC와 HD에서의 노출차이는 카메라의 기종별 감도특성에서 기인하는 것도 있지만, 가장 중요한 것은 각각의 방식에서 채택하고 있는 Color Encoding 방식의 차이로부터 기인하는 것인데, 이것을 확인하기 위해서는 표준 Color Bar를 이용한 색채별 Signal 특성 분석을 통해서 확인할 수 있다.
자세한 설명을 위해서 표준 장비들을 이용한 간단한 확인작업을 실시하였는데, 실험 방법은 하나의 Signal Generator로부터 출력된 표준 Color Bar를 HD용 Waveform Monitor와 SD용 Waveform Monitor에 각각 입력시키고 이 두 가지의 계측기를 통해 출력된 각 색채별 Luminance Signal 차이를 분석해 보았다.
<사용된 장비>
1. Leader Multiformat HD Digital Signal Generator LT441D
2. Leader HD Digital Waveform Monitor LV5151DA (HD용)
3. Tektronix WFM 601i (SD용)
4. HDW-F500 Recorder (HKDV-501A HD-SD Converter Board)
우선, HD Digital Signal Generator에서 100% Full Color Bar(16:9)를 출력시키고 이것을 HD용 Waveform Monitor에 연결하고, SD용 Waveform Monitor에는 HDW-F500 Recorder의 HD-SD Converter Board를 이용해 신호를 변환시킨 다음 연결하여 출력시켰는데, 각 Color Bar의 Luminance Signal Level을 정리해 보면 아래와 같다.
     
                
  <표6> NTSC와 HD의 Color Luminance Level 차이 비교(1)

	HD(ITU-709)	SD(NTSC)	차이(절대값)
White	100	100	0
Yellow	92.8	89	3.8
Cyan	78.7	70	8.7
Green	71.5	59	12.5
Magenta	28.5	41	12.5
Red	21.3	30	8.7
Blue	7.2	11	3.8
Black	0	0	0

* 단위 : IRE
* 소수점 이하 2자리 반올림
                              
위의 <그림2>, <그림3>, <표6>, <표7>에서 보여주고 있는 것처럼, NTSC와 HD에서 각 색채별로 Luminance Signal Level이 차이가 나고 있음이 확연하게 드러나고 있는데, 이것이 의미하고 있는 바는 매우 크며 중요하다. 동일한 신호를 출력해서 정확하게 Setup된 모니터에 각각 출력시켰을 경우, 모니터 상에 나타나는 각 Color Bar가 동일한 색상을 보여주고 있다고 하더라고 실제로 각 색채가 포함하고 있는 Luminance Signal Level은 다르게 분포되는데, 위에서 살펴보았다시피, Green과 Magenta 사이를 중간지점으로 해서 Color Bar의 좌측 영역에 분포하고 있는 색채들에서는 HD가 NTSC보다 높은 Luminance Signal Level을 가지고 있으며, Color Bar의 우측 영역에 분포하고 있는 색채들에서는 NTSC가 HD보다 높은 Luminance Signal Level을 가지고 있다.
이러한 특성 차이는, 현재 사용하고 있는 비디오의 영상처리 방식의 가장 기본이 되는 색차신호 처리방식의 차이에서 기인하는데, 우선 NTSC방식을 살펴보면 Black이 0%, White가 100%의 Luminance 양을 가지고 있다라고 할 때, 실제로 기본 3원색 Red, Green, Blue Color가 포함하고 있는 Luminance 양은 각각 59%(G), 30%(R), 11%(B) 정도밖에 되지 않는다. 이러한 원리로부터 도출되는 것이 바로 밝기 신호 계수(Luminance Coefficient)라는 개념이며, 이를 바탕으로 NTSC에서 사용하고 있는 공식은 Y=(0.59×G)+(0.3×R)+(0.11×B)로 설명된다. Color Bar에서 나머지 색상 Yellow, Cyan, Magenta는 빛의 가법혼색 원칙(Yellow=Red+Green, Cyan=Green+Blue, Magenta=Red+Blue)에 따라 위에서 설명하고 있는 각각의 값으로 계산된다.
그러나 HD에서는 NTSC에서 사용하고 있는 것과는 다른 밝기 신호 계수(Luminance Coefficient)를 사용하고 있는데, 현재 국제표준으로 사용하고 있는 ITU-709 표준을 따르면 Y=(0.7154×G)+(0.2125×R)+(0.0721×B)라는 공식으로 각각의 Luminance Level이 산출되며, 이것은 위의 도표에서 보여주는 것과 같으며 실제 Waveform Monitor에서도 동일한 분포로 출력된다. (참고로 HDW-700A, HDW-750, HDW-F900 카메라들은 공통적으로 6가지의 기본 Color Matrix 기능을 가지고 있는데, HDW-F900의 경우는 Pain Menu #3, #10, #11에서 선택이 가능하며, 이 중 포함되어있는 SMPTE-240M 표준의 경우는 또 다른 밝기 신호 계수(Luminance Coefficient) 공식으로 계산된다.)

결론
지금까지 설명한 내용들에 대해서 ‘카메라맨들은 알 필요가 없는 것’이라고 생각하는 사람들도 없지는 않을 것이다. 하지만 ‘빛의 예술’을 직업으로 하는 카메라맨들의 경우, 자신이 다루고 있는 도구와 매체의 기본 특성에 대해서는 반드시 이해하고 있어야 하며, 더군다나 HD 카메라의 경우는 기존의 카메라와는 달리 복잡한 메커니즘을 갖고 있고, 내부의 Menu System이 많은 기능들과 연결되어 있는데, 그것들을 이해하고 사용하기 위해서는 비록 비디오 엔지니어의 수준은 아니겠지만 위에서 설명한 것과 같은 가장 기본 적인 특징들에 대해서만은 충분히 이해하고 있어야만 복잡하고 까다로운 HD카메라를 자유자재로 사용할 수 있으며, 완성도 높은 HD영상물을 제작할 수 있다.
지금까지 설명한 다소 딱딱하고 지루한 내용들이 실제로 함축하고 있는 의미들은 매우 많은데, 그것을 현장에서의 작업과 연결시켜 보면 지금까지 HD촬영에서 제기되었던 여러 가지 문제점들에 대한 해결이 실마리가 될 수 있다. 우선 이번 글의 주제인 노출과 관련해서 살펴보면, 실제 촬영에서 프레임안에 들어오는 정보들은 위의 실험에서 보여주었던 것처럼 단일한 원색 중심의 정보가 아니라 매우 다양하고 복잡한 색 정보가 복합적으로 들어있기 때문에 각 상황 또는 컷마다 NTSC와 비교해서 정확하게 몇 퍼센트의 노출차이와 조명량의 차이가 난다고 설명할 수는 없지만, 기본적으로 피사체와 배경의 색상과 프레임 내에서 표현하고자 하는 전체적인 톤에 따라서 달라질 수 있기 때문에 그에 따라서 적절한 수준으로 조절해야 하며, 기본적인 원칙은 위에서 설명한 두 가지 방식 비디오의 기본적인 특성에서 크게 벗어나지 않는다. 또한 HD 카메라 내부 Menu Setup의 Master Gamma Level, Gamma Coarse, Preset Color Matrix, Black Gamma, Knee/White Clip/Slope, Auto Iris Mode 설정 상태가 프레임 전체와 각 부분 노출 조절과 매우 밀접한 관계가 있으므로 작업 특성에 맞는 기본 Menu Setup에 대한 데이터들을 미리 확보해 두는 것이 중요하다.
조명의 측면에서 살펴보면, 촬영에 사용되는 카메라 기종의 감도 특성에 따라서 약간의 차이가 있지만, HD라고 해서 일방적으로 필요한 광량이 늘어나는 것은 아니다. 물론 넓어진 프레임의 면적만큼 채워 줘야할 빛의 양은 늘어나지만, 전체적인 광량의 증가보다는 프레임 내에서 표현되어야 할 피사체와 배경에 따라서 각각의 피사체가 충분히 표현될 수 있도록 특성에 맞게끔 조명량의 증감을 결정하는 것이 중요하며, 지금까지 많이 알려져 있는 것처럼, 그리고 위에서 설명한 HD의 특성에 맞게끔 직접 조명보다는 간접조명 위주의 부분조명에 대한 필요성이 매우 높아지게 됨을 알 수 있다. 또한 여러 해외 자료들에서 제시하고 있는 것처럼 HD에서는 미술, 의상, 분장 분야에도 기존의 방식과 비교해서 여러 가지 변화가 있어야 하는데, 예를 들어 동일한 노출과 조명 조건에서의 동일한 피사체는 NTSC와 HD에서 서로 다르게 표현되는 특징이 있기 때문에 이러한 점과 각각의 방식 특성을 염두 해두고 작업을 해야하며, 촬영팀 또는 조명팀과 긴밀한 협업관계의 필요성이 증대된다.
다음 글에서는 지금까지 간단히 설명했거나 언급하지 않았던 내용들 중 HD ENG 카메라맨들에게 반드시 필요한 기능과 특성들을 중심으로 살펴볼 예정이다.

출처 : 햇살좋은 집

글쓴이 : 걸이아빠 원글보기

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