이런 테레비 한번쯤은 본 적 있잖아요.

 

 

저는 01년생이지만 이런 테레비 본 적 있습니다. 귀저기 때기 전에 본 거라 기억은 잘 안 납니다.

이건 상당히 Traditional하고 Mechanical하죠. 

 

그나마 기술이 좀 더 발전하여 90년대 중 - 00년대 초쯤에는 

 

 

이런 테레비를 많이 보게 됩니다.

얘는 OSD도 있고 그나마 디지털적인 요소를 찾아볼 수 있습니다.

 

하지만 입력단은 여전히 아날로그죠.

RF, S-Video, 컴포넌트, 컴포지트 입력을 사용할 수 있습니다. 당연히 RF가 

가장 이렇지만, 텔레비전 신호를 수신할 수 있고 연결이 간편하여 자주 사용되었던 규격이죠. 

저는 아직도 어렸을 때 4번 채널을 맞추면 대우전자에서 만든 4헤드 VHS가 나오고 <도라도라 영어나라> 가 나온다는 걸 기억하고 있습니다. 그때는 정말 아무것도 몰랐지만요. 엄마한테 왜 꼭 4번이냐고 물어봤는데 모른데요.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/RF_modulator

3번과 4번이 가장 안 쓰이는 채널이라 비디오 입력 채널을 여기다가 배정했다네요.

 

그 이후에는

CVBS를 사용하였습니다.

그러니까 컴포지트죠. 예전과 지금 달라지지 않은 점이 있다면, 컴포넌트와 컴포지트를 헷갈린다는 겁니다.

 

 

여튼 잡소리는 여기까지.

 

이것들이 과연 픽셀일까요?

 

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사실 CRT는, 

이 물건과 크게 다르지 않습니다.

 

원한다면 저 오실로스코프에 입력을 x y z출력을 잘 맞춰주면 저걸 아날로그 모니터로 쓸 수도 있습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=5FYF5uhCzAM

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이 주제에 대해 심층 탐구하기 전, 아날로그 TV의 작동 원리에 대한 배경 지식을 Arabogo 갑시다.

 

흑백 텔레비전에는 마이크로프로세서가 전혀 없습니다. 그니까 계산을 수행하는 어떠한 아날로그 or 디지털 회로가 없고, 그저 입력한 신호를 출력하는 멍청한 기계일 뿐입니다. 대체 자신이 어떤 영상을 출력하고 있는지, 새끈한 처자가 나오는 동영상을 출력하는지 물리학 인강을 출력하는지, 이 텔레비전은 아무것도 모릅니다.

 

또한, 다른 모든 종류의 텔레비전에서 볼 수 있는 어떠한 픽셀 모양 문양도 없습니다. 

깔끔합니다.

 

이런 텔레비전이 밝게 빛을 내는 이유는

이렇게 생긴 전자총이 뒤에서 전자를 빵빵 쏴대고 있기 때문입니다.

이 전자들이 유리에 맞습니다. 그럼 유리에 묻은 형광 물질이 빛을 내고, 화면이 비로소 보이게 됩니다.

 

 

아날로그 TV는 Raster Scanning을 통해 영상을 디스플레이 합니다.

 

 

Line 1의 좌측 끝에서, Line 1의 우측 끝까지 하나의 빔이 굉장히 빠른 속도로 이동합니다.

이동 과정에서 빔의 출력이 조절되며, 이렇게 하여 한 Line의 이미지를 생성합니다.

 

이후, 빔이 Line 1의 우측 끝을 통과함과 동시에 즉시 Line 2의 좌측 끝으로 이동하며 같은 스캔을 반복합니다. (Horizontal Retrace)

(마지막 Line - 1) 번째 Line에서 마지막 Line까지 이동한 뒤에는, 빔이 다시 Line 1의 좌측 끝으로 이동합니다. (Vertical Retrace)

 

이 과정에서 1개의 Field가 생성됩니다. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=3BJU2drrtCM 참조

 

 

CRT의 문제 중 하나인 phosphor persistence 효과 때문에, 하나의 '픽셀' (논리적으로 실존하는 개념이 아니지만, 편의상 픽셀으로 지칭합니다) 이 그려지고 있는 동안 남아있는 잔상이 동시에 표시됩니다. 따라서 아날로그 영상에서 픽셀은 존재할 수 없는 개념입니다.

주사선이 이동하는 가로선으로는 나눌 수 있지만, 세로선으로 나누는 것 자체가 불가능합니다. 단지 그 자리에는 전자 빔이 지나가는 흔적과 잔상이 약간 남아있을 뿐이죠.

 

Raster Scanning으로 한 프레임을 동시에 그리는 경우를 가정한다면, 

하나의 프레임이 모두 그려진 그 순간, 더 먼저 그려진 픽셀의 밝기는 상대적으로 감소합니다. 이 특성으로 인해 하나의 프레임을 한 번에 주사할 경우 Flickering 현상이 발생합니다. 

 

인간의 눈에는 'Phi Phenomenon' 이라고 불리우는 일종의 착시 효과가 있습니다. 빠르게 변화하는 영상을 잔상으로 처리한다는 내용이며, Flickering을 막기 위해서는 phosphor persistence를 늘리면 됩니다. 하지만 이렇게 할 경우 화면의 이미지 처리 속도가 느려져 반응 속도가 감소하고, 결과적으로 화질을 저하시킵니다.

 

Phosphor Persistence가 클 경우 일어나는 현상은, 추운 겨울에 차량 시동을 걸 경우 계기판의 디지털 출력부 액정이 변하는 속도를 연상하실 수 있습니다. 

 

위와 같은 Filckering을 막고 보다 보기 편안한 영상을 출력하기 위해, 아날로그 TV에서는 보통 인터레이싱 방식을 사용합니다. 물론 이 목적도 있고, 대역폭을 줄이기 위한 목적도 있습니다.

 

 

처음 아날로그 텔레비전이 개발되었을 때에는, 비디오 신호를 저장할 수 이는 마땅한 기술이 없었습니다. 광 신호는 생성과 동시에 전송되어야 CRT 표시가 가능하였습니다. 따라서, 카메라를 CRT 모니터에 직접 연결하여 사용하기 위해서는 카메라의 Raster Scanning 타이밍과 비디오의 Raster Scanning 타이밍이 정확히 맞아떨어져야만 하였습니다.

 

마지막 Line까지 스캔을 마친 뒤에 첫 번째 라인까지 돌아가는 시간이 있습니다. 이를 Vertical blanking interval (VBI) 라고 부르며, 하나의 프레임이나 필드가 끝나면 타이밍을 맞추기 위해 약간의 쉬는 시간을 줍니다.

 

위 그래프는 NTSC 영상에서 다음 필드가 시작되기 전의 타이밍을 나타낸 것입니다.

이 시간 동안 영상 출력 장치에는 어떠한 의미 있는 정보가 표시되지 않습니다. 그래서 이곳에 방송 정보나 Closed Captioning 등의 디지털 신호, Macrovision 등의 복사 방지 신호 등을 기록한 사례도 있습니다.

 

다 많은 정보가 있으나, 이 주제를 넘어가는 내용은 다루지 않겠습니다.

 

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이후 컬러 아날로그 TV가 출시됩니다.

 

컬러 텔레비전이 출시된 시점에서, 흑백 TV를 보유한 사람들이 많았고 기존의 텔레비전과의 호환성은 필수불가결하였습니다. 따라서 컬러 신호는 흑백 신호와 완벽히 호환되며, 그저 색상 신호만 추가한 형태가 되었습니다.

 

이 경우, 기존의 RGB 신호를 그대로 사용할 수 없기에, YPbPr으로 정보를 수신합니다. 흑백 TV에서는 Y 신호만을 수신하여 방송하면 되고, 컬러 텔레비전에서는 Pb와 Pr을 모두 사용할 수 있습니다.

 

인간의 눈에는 Photoreceptor Cells (광수용체) 가 존재합니다. 광수용체는 크게 간상세포와 원추세포로 구분되는데, 간상세포는 흑백을 감지하는 대신 반응 속도가 빠르고 민감하여 적은 양의 빛에도 충분히 반응할 수 있다는 특성이 있습니다. 또한 그 갯수도 약 9천만 개로 유채색을 감지하는 원추세포에 비해서 굉장히 많습니다. 따라서 인간은 chrominance(색)보다 luminance (광량) 신호에 더 민감합니다.

 

이렇게, 색과 광량을 분리함으로써 흑백 기기와의 호환성을 보장할 수 있으며, 상대적으로 덜 민감한 색 신호를 압축하여 데이터의 용량을 효과적으로 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.

 

이 방식의 단점으로는, 무선 신호 수신 중 상태가 좋지 않거나 위상이 틀어졌을 경우 색이 이상하게 출력되거나 흑백으로 출력되는 경우가 있습니다. 특히 NTSC 방식에서 자주 발생되는 현상으로,

그래서 이런 드립도 나왔죠. 두번 다시는 같은 색이 안 나온다고(...)

PAL은 이 문제를 대폭 해결하였습니다. 물론 전혀 없는 건 아니지만.

 

일상생활 속의 예로는, FPV 드론 영상에서 드론이 조종기로부터 멀어졌을 때 입력 영상의 색이 왜곡되고 흑백으로 변하는 경우, 여러 번 VHS를 녹화하는 경우 색상이 깨진다는 것 등이 있겠습니다.

 

NTSC 기준으로, 영상 신호는 YIQ 색공간에서 AM으로 변조되어 전송되며 이때 프레임 레이트는 29.97fps입니다.

나머지 0.03fps는 증발했습니다.

총 대역폭을 일정하게 유지하면서 색상 신호까지 추가했어야 하기 때문에, 이 부분을 메꾸기 위해 초당 15,734 주사선이었던 기존 흑백 영상이 초당 15,730 주사선으로 줄었던 것이 그 이유입니다.

 

 

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잡설과 배경지식은 여기까지로 합시다.

 

본론으로 넘어와서

 

이게 픽셀일까요?

 

앞선 배경지식을 읽어 보셨다면 바로 이해하실 수 있겠지만,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

위의 글을 진지하게 읽어보시고 이해하셨다면 아래에 등장할 내용도 쉽게 이해를 하실 수 있겠습니다.

 

컬러 CRT 텔레비전이나 모니터는, 위에 언급한 신호를 받아서 출력합니다. 

CRT는 Raster Scanning을 통해서 영상을 출력하며 따라서 픽셀이라는 개념이 명확히 정해질 수 없다고 언급하였습니다.

단순히 여기에 섀도우 마스크와 3원색이라는 개념이 추가되었을 뿐, 이 작동 원리는 전혀 변하지 않습니다.

 

 

 

 

초창기의 CRT 모니터를 가까이 확대해서 본다면, 새됴 마스크의 색 배치가 삼각형으로 되어 있습니다.

 

 

 

 

이게 3개가 들어있어, 3개가 각각 따로 컨트롤됩니다. 3가지 각각의 이미지 출력 원리는 위에 언급한 텔레비전의 스캔과 완전히 동일하며. 이 3개의 출력은 섀도 마스크를 통과하여 각각 빨간색 도트, 초록색 도트, 파란색 도트가 되는 것입니다.

 

최신 CRT들은 내부 구조가 살짝 바뀌어, 전자총이 하나만 들어가고 픽셀이 보다 현대적으로 모양이 바뀌었다는 차이가 있습니다. 하지만 여전히 작동 원리는 변하지 않습니다.

 

따라서, 한 개의 phosphor dot에 하나의 색 정보가 지정되는 방식이라고 이해하시면 심히 곤란합니다. 이 도트들은 이미지를 생성하는 단위가 아닙니다.

CRT는 그저 아날로그적으로 돌아가는 물건일 뿐이고, 섀도우 마스크와 컬러 도트는 그저 색에 대한 정보를 지정해주고 이미지를 그리는 캔버스와 비슷한 역할을 할 뿐입니다. 

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이 이미지는 디지털입니다. 596*916 픽셀로 구성되어 있습니다.

 

 

그러나, 이 사진은 아날로그입니다.

위와 같이 여러 조각으로 분리합니다. 

 

 

양질의 글을 위해 사진 한 장 정도는 희생할 가치가 있습니다. 맴찢

 

과연, 한 조각이 과연 픽셀입니까?

아날로그 이미지를 여러 개로 조각내고 한 개의 조각을 떼어낸 뒤 그거 하나를 픽셀이라고 칭할 수 있을까요? 아니죠?

 

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위와 같은 특성은 다른 영상 재생기기와는 비교할 수 없는 한 가지의 장점을 가집니다.

"해상도가 1:1로 대응되지 않는다" - 따라서 어떤 해상도이든 왜곡 없이 사용이 가능합니다.

 

 

이 텔레비전은 흑백이지만 해상도는 무한대입니다. 물론 회로의 문제로 '화질'이 무한대일 수는 없겠지만, 빔의 두께를 무한대로 가정한다면 '해상도'는 무한대입니다. 이 텔레비전에 제 컴퓨터를 물려서 흑백에 4K 해상도를 출력하는 것은 이론상으로는 가능합니다. 물론 실질적으로는 글자를 알아볼 수 없는 등 여러 가지 문제가 생기겠지만 말입니다.

 

문제는, 컬러 CRT에서의 색상 해상도입니다. 섀도 마스크에 뚫리는 구멍의 갯수는 어찌되었든 제품마다 차이가 나게 되어 있고, 이 차이가 텔레비전의 화질을 결정한다는 것도 틀린 말이 아니구요.

 

그럼 대체 진실은 뭡니까?

 

 

(또 이야기하지만)한 개의 도트가 한 개의 정보를 표시하는 것이 아닌 그냥 빛이 나오는 무늬일 뿐이므로, 하얀색으로 되어 있는 Magic이라는 글자는 도트 피치가 넓은 구형 텔레비전에서도 잘만 나옵니다.

 

그러나, 

 

 

색깔이 있는 글자를 표시할 때에는 이 낮은 해상도가 문제가 됩니다.

'영상의 해상도' 는 줄지 않았지만, 도트의 개수와 크기 때문에 '색상 해상도' 는 크게 너프되었습니다.

 

 

 

 

다음에는 Macrovision이라는 이름도 그렇고 알맹이도 그렇고 정말 여러모로 훌렁 깨는 아날로그 복사 방지 규격에 대해서 다루어 보겠습니다.

 

 

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위 글에 포함된 오류 일부를 수정합니다.

쮸쀼님 감사합니다.

 

 

평판 디스플레이도 어떤 해상도든지 보여줄 수는 있습니다. 스케일러를 통해서 업스케일링 혹은 다운스케일링을 하면 말이죠. 실제로 CRT 모니터를 써보셨다면 아시겠지만, CRT 모니터에도 엄연히 입력받을 수 있는 해상도의 제약사항이 있습니다. 이것은 수평 동기주파수 및 수직 동기주파수에 의해 결정되고, 이 값을 넘는 신호를 CRT에 입력하면 모니터에 손상이 올 수도 있습니다. 예를 들면 TV에서 사용하는 NTSC 비디오 신호의 수평주파수는 15,750 Hz인데, 이 값을 30 Frame/sec으로 나누어 보면 525본(lines/sec)이 나옵니다. 수직귀선기간(VBI) 등의 이유로 실제로 화면에서 볼 수 있는 것은 최대 483본이 한계라고 하지만요. 컴퓨터용 모니터의 경우에는 받을 수 있는 수평주파수 값이 훨씬 높긴 하지만, 그래도 무제한으로 받을 수 있는 건 아니에요.

그럼 만약에 전자총에서 어떤 주파수의 신호라도 다 받아주면 CRT가 무한한 해상도를 보여줄까요? 그것도 아니죠. 섀도우 마스크의 도트 피치가 (“해상도와 비슷한 개념의 화질”이라고 칭한) 공간 분해능을 결정할 테니, 출력되는 이미지의 공간적 해상도는 어느 수준 이상으로 높아지지 않습니다. 저도 한때 CRT 모니터를 오래 들여다 봤습니다만, CRT 모니터에도 엄연히 최적 해상도라 할 만한 것이 있어요. 비록 LCD처럼 딱 어느 해상도의 픽셀과 정확하게 맞아떨어져야 한다는 것은 아니었지만, 1024x768 해상도가 최적인 모니터를 1152x864나 1280x1024 해상도로 맞추면 화면이 나오기는 하는데 글자가 너무 작아지는 것은 둘째치고라도 도트 피치 문제로 점들이 너무 자글자글하게 보여서 결국에는 도로 1024x768로 돌아오고 그랬습니다. 뭐 섀도우 마스크가 아니라 애퍼쳐 그릴 방식의 CRT라면 수직 방향의 도트 피치 개념이 없으니 수직 해상도는 무한이 아닌가 생각할 수도 있지만, 그 경우에도 입력받는 비디오 신호의 해상도와 전자총이 쏘아주는 전자 빔의 두께에 의해 실질적인 해상도는 제한됩니다.

아무래도 아날로그 오실로스코프나 초창기 컴퓨터에 쓰였던 벡터 디스플레이를 보고 CRT에는 해상도가 없구나라고 착각하신 것 같은데, 이건 래스터화되지 않은 신호를 받는다는 것이지 해상도가 무한대라는 것은 아닙니다. 전자총이 쏴주는 전자 빔의 두께가 있기 때문에, 너무 작은 것을 표시하려고 하면 공간 분해능이 받쳐주지 못하게 되죠.

참고 :
http://dojeun.egloos.com/320954
https://blog.naver.com/smc74/54273745
https://wiki.kldp.org/HOWTO/html/XFree86-Video-Timings-HOWTO/basic.html
https://wiki.kldp.org/HOWTO/html/XFree86-Video-Timings-HOWTO/x172.html
https://www.youtube.com/watch?v=3BJU2drrtCM