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안녕하세요? 은서윤서입니다.


최근 HDR UHDTV 과 UHD BD 플레이어 등을 장만하고서 이것저것 테스트를 하는데, 몇몇 케이블이 제대로 작동하지 않거나 화면이 나오지 않는 경우가 발생하였습니다. 길어야 5M 짜리 HDMI 케이블인데, UHD BD 타이틀을 재생하는 동안 화면이 몇 분에 한번씩 깜박이거나, 처음부터 화면이 나오지 않는 경우가 있었습니다. 예전엔 잘 썼는데 오래 쓰다보니, 고장이 났을 수도 있겠습니다만, 왜 그런지 궁금하여 이곳저곳 검색을 하다 아래와 같이 게시물을 찾게 되었습니다.


다음은 특정 HDMI 케이블 제조사가 올려놓은 'HDMI 케이블의 품질 평가 방법'에 대한 저의 발번역 자료로, 특정 환경에서 HDMI 케이블이 작동하지 않는 원인 등을 이해할 수 있는 좋은 글이라고 생각되어 공유합니다.

원 게시물은 http://www.audioquest.com/resource_tools/downloads/whitepapers/HDMI_eyepattern_BER_and_cliffeffect_rev_1_00.pdf 입니다.


HDMI 의 'Eye Pattern', 'BER', 그리고 절벽 효과에 대한 이해


디지털 전송에 대해 잘 이해하려면 우선 아날로그 비디오 전송에 대해 살펴볼 필요가 있습니다.

케이블 길이에 따른 아날로그 비디오 신호의 특성

아날로그 비디오 케이블의 경우 길이가 증가하면 비디오 신호의 품질은 점차적으로 하강합니다.

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그림 1: 아날로그 신호의 영상 품질은 케이블의 길이가 길어질수록 점차적으로 떨어지게 됩니다.  



아날로그 비디오 신호의 손실은 다음의 주요 형태가 있습니다.

  1. 신호 진폭 손실 : 이미지가 어두워짐
  2. 고주파 신호 손실 : 이미지가 옅어짐(soft)
  3. 저주파 신호 손실 : 이미지에 가로 번짐현상 발생


케이블 길이에 따른 디지털 비디오 신호 : 절벽 효과 

디지털 비디오 신호의 경우 아날로그 신호와는 무척 다르게 동작합니다. 
케이블 길이가 길어지면 일정 길이에 도달하기 전까지는 인간의 시각에는 이미지 품질이 완벽한 것으로 인지됩니다. 그 한계 길이를 넘어가게 되면 이미지는 전혀 볼 수 없는 수준이 되거나 아예 사라집니다. 아래 그림 2 에서 '절벽효과'라는 현상을 보여줍니다. 

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그림 2: 디지털 신호의 영상 품질은 특정 길이 이상의 케이블에서 갑자기 떨어집니다.  




만약 케이블이 절벽에 도달하기 전의 길이라고 하더라도 인간의 시각은 어떤 이미지의 오류를 인지하지 못합니다. 전송 중 데이터 오류가 발생하는데도 말이죠. 절벽에 도달하기 전에 이미 신호의 오류는 증가하게 됩니다. 그림 3을 보세요.

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그림 3: 절벽 현상에 도달하기 훨씬 전부터 신호의 오류는 케이블의 길이와 함께 같이 증가합니다.  



왜 우리는 절벽 근처에 다가와도 이런 오류를 볼 수 없는 걸까요? 그 해답은 디지털 전송에 사용되는 오류 복구 기술 때문입니다.  디스플레이는 어떤 정도까지 초당 에러 비트를 감내할 수 있습니다. 다시 말해 어떤 임계치 아래로 오류가 발생할 경우는 완벽한 화면을 보여줄 수 있습니다. 그리고 한번 그 오류가 디스플레이의 한계를 넘어서게 되면 신호 복구는 실패하게 되죠.  


HDMI 케이블은 모두 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다. 그렇다면 화면에서 그 차이를 확인할 수 없다면 어떻게 그 차이를 확인할 수 있을까요? 업계에는 HDMI 케이블 관련 2개의 표준 테스트가 있습니다. 바로 BER 테스트와 'Eye Pattern' 테스트 입니다. 


BER 테스트:

BER 은 Bit Error Rate 의 약자입니다. BER 테스트에는 신호 생성기가 수 십억개의 데이터 비트를 출력하여 케이블로 보냅니다. 그리고,  케이블의 반대편에서 그것을 수신하는 거죠. 그리고, 보낸 데이터 비트를 하나씩 비교하는 겁니다. 그 뒤, BER은 특정 시간 동안 발생한 전체 에러 비트를 결과로 표시합니다.
BER 테스트는 어떤 특정 조건에서 디스플레이어가 수신하는 실제 오류 비트를 정확하게 보여줍니다. 그 숫자가 높을 수록 신호가 나쁜 것이죠.. BER 테스트는 HDMI 케이블의 성능과 품질을 판단하는 좋은 테스트입니다. 

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그림 4: BER(Bit Error Rate) 테스트는 반대편 케이블 끝에 도달하는 에러 데이터의 수를 측정합니다.  

 



Eye Pattern 테스트 :

'Eye Pattern' 은 디지털 신호가 오실로스코프에 나타내는 파형을 본 따서 만든 이름입니다. 수많은 0과 1의 신호가 누적되어 오실로스코프에 사람의 눈과 비슷한 패턴을 보여주기 때문에 붙여진 이름이죠. 그림 5를 살펴보세요.


그림 5 : HDMI 'Eye' 패터
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나쁜 신호  좋은 신호


Eye Pattern 테스트는 디지털 신호의 많은 측면을 보여주는데, 다음은 주요한 2가지 측면입니다.

  1. 신호 진폭 : 'Eye' 의 크기는 신호의 진폭을 표시합니다. 그 신호는 가운데 다이아몬드 모양의 구간에 들어가거나 그 모양보다 작아지면 안됩니다. 그렇지 않아야 디스플레이가 그 신호를 복구할 수 있습니다. 
  2. 타이밍 지터 : 디지털 비트의 오름(the rising)과 내림(the falling) 은 정확한 시점에 도달하지 않을 수 있습니다. 이것을 '타이밍 지터' 라고 부르는데, 오실로스코프에서 비트들이 왼쪽 혹은 오른쪽으로 이동하여 겹치게 표시되어 눈 모양이 가로 방향으로 흐려집니다. 눈 모양의 내부 길이는 가운데에 표시된 다이아몬드 구역 안으로 들어오거나 그 모양보다 작아지면 안됩니다. 그럴 경우 디스플레이는 해당 데이터를 복구하지 못합니다.

간단히 말해 가로 또는 세로 방향으로 눈 모양을 침범하면 신호는 유실 됩니다.


BER 대 Eye Pattern 테스트

두 테스트 모두 HDMI 업계에서는 필수적입니다. 두 테스트 모두 디지털 신호의 특징을 보여준다는데서 유사합니다. 그림 6과 7은 서로 다른 테스트이지만, 이 같은 절벽 효과를 보여줍니다.

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그림 6 : "Eye Pattern' 테스트는 디지털 신호의 웨이브 모양을 시각적으로 보여주며,  '절벽' 효과도 보여주고 있습니다.  



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그림 7 : BER 테스트도 또한 절벽 효과를 보여줍니다.  



그렇지만, 두 테스트는 어떤 면에서 서로 다르기도 합니다. BER 테스트는 데이터 오류의 스케일(얼마나 많냐..)을 보여주지만, 문제의 이유를 알려주지는 않습니다. Eye Pattern 테스트는 문제의 원인을 알려주지만, 데이터 오류의 스케일을 알 수는 없습니다.



HDMI 케이블의 길이와 최대 데이터 레이트

데이터 레이트가 높을수록 HDMI 케이블의 최대 길이는 짧아집니다.

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역자주: 예전 자료지만, 18Gbps 의 HDMI 2.0 에도 동일하게 적용될 수 있겠지요?



절벽효과 관련한 케이블 길이와 데이터 레이트 관련 표를 보면, 데이터 레이트가 높을수록 절벽이 더 가까이 있다는 것입니다.

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그림 8 : 신호의 데이터 레이트에 따라 다른 '절벽'의 변화. 1080p의 최대 도달 거리는 1080i 의 절반 수준이다.  



정리 :

HDMI 케이블은 절벽효과로 인해 특정 환경에서 화면이 출력되지 않는 경우가 발생하는데, 이것은 데이터 오류가 임계치를 넘어서기 때문입니다. 여기에서 좋은 케이블과 나쁜 케이블이 구별되며, 이러한 데이터 오류를 발견해내는 테스트는 BER과 Eye pattern 테스트가 있습니다.

또한, 데이터 레이트가 높을 수록 절벽 효과가 더 가까워지고, 나쁜 케이블의 경우 절벽 효과가 더 가깝습니다.




역자주:

필자는 싸고 좋은 케이블을 선호하며, 이것은 일반 소비자라면 당연한 선택입니다. 하지만, 비싼 케이블이라고 좋은 HDMI 케이블이라 단정할 수 없고, 싼 케이블이라고 나쁜 HDMI 케이블이라고 단정할 수 없습니다.
HDMI 2.0 케이블이라는 것도 없지만, HDMI 1.4 High Speed Ethernet 케이블이라고 표시되어 있어도 맨 위에 적은 것처럼 HDMI 2.0 기기에서 화면이 깜박이거나, 화면이 나오지 않는 경우도 있었습니다.

싼 가격에 위와 같은 테스트를 패스한 케이블이 있다면 그 케이블이 믿을만하지 않나 합니다. 

그리고 참고로 HDMI.org 에 가면 아래와 같이 Eye Pattern 관련 게시물이 나옵니다.
http://www.hdmi.org/installers/eyediagram.aspx

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아마도 HDMI 컨소시엄도 Eye Pattern 을 HDMI 품질을 평가하는 최소한의 기준으로 생각한다고 볼 수도 있을 것 같습니다.


이상입니다.





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