■ 1,000개 이상의 화질요소를 꼼꼼히 관리하는 ‘화질 측정 시스템’
– 좌우상하, 대각선 방향까지 총 720도 회전하며, 120인치 디스플레이까지 측정 가능
– 2중 암막커튼으로 암실 환경 만들어 휘도, 명암비, 시야각 등 1,000여개 세부 특성 측정
■ 2년여 개발기간을 통해 완성된 인공지능 화질엔진 ‘알파9’
– 스스로 영상 분석, 최적 화질도 ‘스스로 척척’
– GPU까지 탑재, 더 빠르게 영상 정보 실시간 분석
■ 세계인의 눈과 귀를 사로잡은 맞춤형 ‘화질/사운드 튜닝’
– 영화부터 다큐멘터리까지 세계 각지의 방송 콘텐츠 녹화해 분석
– 지역별 소비자 입맛 맞춰 매년 수백 가지 사운드 튜닝

인공지능 날개 단 화질 끝판왕 ‘LG 올레드 TV’

경기도 평택시에 위치한 ‘LG 디지털 파크’는 연구개발, 생산, 품질, 교육을 모두 아우르는 LG전자의 핵심 제조복합단지다. 축구장 90개(약 19만 5천평) 크기의 ‘LG 디지털 파크’에는 HE사업본부(R&D), MC사업본부(단말생산), 생산기술원 등이 자리잡고 있다.

HE사업본부는 ‘LG 디지털 파크’ 내 R1동에 자리잡고 있다. R1동에는 LG전자 HE사업본부의 TV와 IT 제품의 연구개발 및 지원시설이 위치해 있다. 약 2천명의 인원이 근무하고 있다.

LG 디지털 파크 정문을 들어서면 지하1층 지상 3층 규모의 거대한 R1동이 눈에 들어온다. 가로 약 240미터, 세로 약 130미터 크기의 R1동은 건축 면적만 1만평이 넘는다. 축구장 5개 크기와 맞먹는 크기로 ‘LG 디지털 파크’에서 가장 큰 건물이기도 하다.

이곳 R1동 2층에 차원이 다른 올레드 TV의 화질과 음질을 책임지는 ‘TV화질/음질 개발실’이 있다.

LG 올레드 TV는 지난해 미국, 영국, 독일, 프랑스, 이탈리아, 스페인, 네덜란드, 스웨덴, 벨기에, 포르투갈, 덴마크, 호주 등 세계 12개국의 대표적인 비영리 소비자 매거진이 실시한 성능 평가에서 모두 1위를 차지, 명실공히 최고의 TV임을 증명했다.

비영리 소비자 매거진은 평가의 공정성을 기하고자 기업의 광고지원 없이 회비와 독자 기부, 잡지 판매수입 등으로만 운영하고 있다. 특히, 각국에서 판매되고 있는 제품을 직접 구매해 평가하기 때문에 더욱 신뢰성을 인정받고 있다.

■ 1,000개 이상의 화질요소를 꼼꼼히 관리하는 ‘화질 측정 시스템’

디스플레이는 종류와 스펙에 따라 각각 특성이 다르다. 압도적인 화질을 만들어 내기 위해서는 디스플레이의 특성을 정확히 파악하는 것이 중요하다.

LG전자는 디스플레이 특성을 정확히 측정하기 위한 ‘화질 자동 측정 시스템(Picture Quality Performance System)’을 갖추고 있다. 높이 2미터가 넘는 거대한 장비에 TV를 부착하고 측정기를 셋팅 하면, 기계가 정면대비 좌우상하뿐 아니라, 대각선 방향까지 총 720도를 회전하며 자동으로 화질을 측정한다.

이 장비는 최대 120인치 크기의 디스플레이까지 측정할 수 있다. 디스플레이의 휘도(밝기), 명암비, 시야각, 색재현율 등 모델별로 1,000개 이상의 세부 화질 특성을 측정하고 분석한다.

LG전자는 디스플레이의 화질 측정 항목에 대한 기준을 마련해 꼼꼼히 관리한다. 내부 관리 기준은 매우 엄격하다. 잠재된 불량을 막기 위해서다. 측정된 수치가 합격점을 받더라도 평균 이하를 밑돌면 불량으로 간주해 제품화 하지 않는다.

화질 자동 측정 시스템 주변으로는 빛을 가리는 암막 커튼이 2중으로 쳐져 있다. 1차로 창문을 막고, 2차로 측정 시스템 주변을 막는다. 완벽한 암실환경이어야 정확한 측정이 가능하기 때문이다.

올레드 TV의 최고 강점 중 하나가 3,300만개의 서브픽셀이 스스로 빛을 내고 꺼져 완벽한 블랙을 표현할 수 있다는 점이다. 완벽한 블랙은 다른 색상들을 더 생생하게 표현할 수 있도록 해준다.

올레드 TV는 화질 자동 측정 시스템을 통해 좌우상하 어느 방향으로 회전하며 측정하더라도 변화가 없는 완벽한 블랙을 보여준다. 반면 LCD TV는 백라이트에서 새어 나오는 빛 때문에 좌우로 회전할수록 점점 회색 빛을 띠게 된다.

■ 2년여 개발기간을 통해 완성된 인공지능 화질엔진 ‘알파9’

올해 LG 올레드 TV 신제품의 가장 큰 특징은 인공지능 화질엔진 ‘알파9’을 적용한 것이다. ‘알파9’은 스스로 영상을 분석해 최적의 화질을 만들어 준다.

‘알파9’은 18년형 올레드 TV에 탑재하는 것으로 목표로 개발된 화질엔진이다. LG전자는 자연색 그대로 볼 수 있는 올레드 패널의 잠재력을 최대한 끌어낼 수 있는 화질엔진을 만들기 위해 2년여의 개발 기간을 들였다. ‘알파9’은 CPU(중앙처리장치)와 GPU(그래픽처리장치)를 모두 이용해 영상을 처리한다. LG전자가 TV에 GPU를 적용한 것은 ‘알파9’이 처음이다. GPU를 통해 영상 정보를 실시간으로 분석해 보다 빠르게 최적의 화질을 찾아준다.

‘알파9’ 핵심 기능은 ▲4단계 잡음 제거 ▲입체감 강화 ▲정교한 색상보정 알고리즘이다.

▲ 4단계 잡음 제거
‘화질 알고리즘’을 적용하기 전 가장 먼저 하는 것이 ‘잡음(노이즈) 제거’다. 일반적으로 TV로 들어오는 영상신호에는 잡음이 섞여 있다. 잡음은 카메라로 영상을 촬영하고 압축/전송/복원하는 과정에서 불가피하게 발생한다. 잡음이 섞인 영상에 화질 알고리즘을 적용할 경우, 최종 영상의 질도 떨어질 수 밖에 없다. 요리하기 전에 식재료를 씻고 다듬는 이유와 마찬가지다.

‘알파9’은 스스로 입력영상을 분석해 잡음을 제거하는 4단계 처리 과정을 거친다. 1, 2단계에서 영상의 깨진 부분이나 잡티를 제거해주고 3, 4단계에서 영상에 줄이 생기는 밴딩 노이즈나 색상의 뭉개짐을 완화해 준다.

▲ 입체감 강화
알파9은 화면에 입체감을 더해 마치 현장에 있는 것 같은 느낌을 준다. ‘알파9’은 스스로 영상을 분석해 주요 인물과 배경을 분리한 뒤, 각각 최적의 명암비와 채도를 찾아 값을 조정한다. 이를 통해 사물은 선명해지고 배경은 원근감이 더해져 더욱 입체적인 영상이 만들어진다.

▲ 정교한 색상보정 알고리즘
TV가 정확한 색을 찾아 표현할 수 있도록 도와주는 것이 색상보정 알고리즘이다.

예를 들어 1부터 9사이에 옅은 빨강부터 짙은 빨강까지 있다고 가정하고, TV에서 5에 해당하는 빨강을 표현하려면 기준이 되는 색이 필요하다. 이 기준을 색좌표라고 부르는데 이 색좌표가 정교할수록 4.9 또는 5.1이 아닌 정확히 5에 해당하는 빨강을 보여줄 수 있다.

2018년형 LG 올레드 TV는 2017년형 올레드 TV보다 색좌표의 기준색상을 7배 이상 촘촘하게 나눠, 보다 정확하고 생생한 색 표현이 가능하다.

■ 영화부터 다큐멘터리까지 세계 각지의 방송 콘텐츠 분석

화질팀의 주요 업무가 ‘좋은 화질’에 대한 기준을 잡는 것이다. 소비자들의 TV 시청 환경과 선호하는 화질에 대해 철저히 분석해 제품에 적용한다.

일반 TV 시청환경에서 화질에 대한 명확한 표준화는 힘들다. 개개인의 선호도와 지역별 차이 때문이다. 특히 지역별 기후와 생활 환경은 선호도의 차이를 크게 만든다.

태양의 고도차는 지역에 따라 색 온도를 서로 다르게 만든다. 태양의 고도가 높은 적도 지방이 극지방보다 색 온도가 높아 강하고 차가운 빛을 만든다. 따라서 지역별로 자연스럽게 느끼는 색이 다르다. 피부 톤을 봤을 때도 우리나라 사람이 보는 피부 톤의 자연스러움과 유럽 사람들이나 미국 사람들이 보는 피부 톤의 자연스러움이 다르다.

지역별 TV 시청환경도 다양하다. 우리나라나 동남아시아의 경우 형광등 같은 직접조명 아래서 TV를 시청하지만, 유럽의 경우 붉은 빛이 나는 스탠드를 간접조명으로 많이 사용한다. 때문에 유럽 소비자들은 밝고 화려한 영상보다 자연스럽고 눈이 편한 화질을 더 선호한다.

이처럼 각 지역의 관습이나 문화적 차이로 인해 나타나는 고객들의 다양한 선호도와 요구를 알아내기 위해 연구원들은 국내외를 직접 발로 뛰면서 소비자 조사를 실시한다. 연구원들은 전세계 각국에서 방영 중인 영화, 드라마, 뉴스, 예능, 다큐멘터리까지 다양한 장르의 콘텐츠를 녹화해오고, 그 지역의 시청환경과 비슷한 환경을 만들어 화질을 테스트 한다.

일반 콘텐츠만 보는 것은 아니다. 수 백 가지의 ‘전문가용 영상’을 보면서 색상, 명암비, 선명도 등을 비교 분석하기도 한다. 전문가용 영상은 선, 도형, 그래픽 영상 등 정교한 패턴으로 이뤄져 있어 일반 영상으로 보이지 않는 부분이 보다 눈에 잘 띄기 때문이다. 이를 통해 선명도가 떨어지는 부분 이라든지 컬러가 원본과 다르게 나오는 부분을 찾아내 원인을 분석하고 개선한다. 예를 들어 도형 패턴을 보고 원본과 비율이 다르게 나오는 부분이 있으면 이를 수정하는 식이다.

■ 지역별 소비자 입맛 맞춰 매년 수백 가지 사운드 튜닝

R1동에서 300미터 정도 떨어진 G3동에는 TV 음질 성능을 평가하는 무향실과 청음실이 있다.

무향실(無響室)은 말 그대로 소리의 울림이 없는 방이다. 처음 무향실에 들어서면 귀가 먹먹해진 느낌이 든다. 주변에서 반사돼 들려오는 자연스러운 소리가 사라지기 때문이다. 일반적으로 사람들이 듣는 소리는 70~80%가 주변 물체에 부딪혀 반사되어 들린다. 무향실은 천장, 벽, 바닥 등에서 발생하는 소리의 반사가 0에 가깝게 설계돼, 순수하게 TV에서 나오는 소리만 측정할 수 있다.

무향실은 고성능 흡음재가 마치 돌기처럼 튀어나와 벽면 전체를 감싸고 있다. 외부진동을 억제하기 위해서 바닥으로부터 1m 정도 높이에 철망을 깔고 그 위에서 제품을 테스트한다.

무향실에서는 음향 주파수의 특성을 측정한다. 예를 들어 TV 스피커가 얼마나 큰 소리를 낼 수 있는지, 얼마나 고르게 음을 내는지, 음의 왜곡이 작은지 등을 TV와 마이크 하나만을 두고 측정한다.

무향실에서 주파수의 특성을 측정했다면 청음실에서는 실제 소리를 들어보고 평가하는 과정이 이어진다. 무향실과 달리 청음실은 적절한 소리의 반사가 이뤄지도록, 마치 작은 콘서트 홀 같이 설계됐다. 공간에 의해 소리가 왜곡되지 않 음질을 평가할 수 있다.

청음실에서는 연구원들이 TV의 소리를 들으며 음의 왜곡과 균형을 잡아주는 튜닝을 진행한다. 예를 들어 저음이 약하면 저음을 강화해주는 등 제품에 맞는 최적의 사운드를 찾는다.

연구원들은 제품을 개발하면서 무향실과 청음실을 오가며, 동일한 모델에 대해 측정과 청음 작업을 거친다. 시대에 따라, 지역에 따라 소비자들이 원하는 소리가 다르기 때문이다.

뉴스, 드라마 등이 방송 콘텐츠의 대부분을 차지하던 90년대 이전까지는 소리의 명료도를 최우선시 했다. 하지만 최근 영화와 같이 사운드가 강조된 콘텐츠가 많아지면서 실감나고 입체감 있게 소리를 표현하는게 점점 중요해 지고 있다.

LG전자가 올레드 TV와 슈퍼 울트라 HD TV에 채택한 입체음향 시스템 ‘돌비 애트모스’는 화면상의 사물의 움직임이나 위치에 따라 소리가 사용자의 앞이나 뒤, 위에서 들린다. 더욱 입체적이고 사실적인 공간감을 제공한다. LG전자는 ‘돌비 애트모스’를 TV에 처음 적용함으로, TV의 입체음향 시대를 선도하고 있다.

북미, 유럽 등 지역에 따라 소비자가 선호하는 소리를 찾는 것도 튜닝시 고려사항이다. 예를 들어 북미 소비자의 경우 풍성한 저음을 좋아하는 반면, 유럽 소비자는 자연스럽고 원음에 가까운 소리를 좋아한다. 인도의 경우 대가족이 사는 경우가 많기 때문에 작은 크기라도 큰 출력을 낼 수 있는 TV를 선호한다.

또 각 나라의 언어는 모두 그 발음과 소리가 다르다. 언어의 차이는 결국 소리의 차이를 만든다. 예를 들어 영어는 한국어 보다 ‘츠츠츠’, ‘크크크’ 하는 치찰음이 많다. 이 부분이 잘 들리지 않으면 영어권 사람들은 음질이 좋다고 느끼지 못한다.

LG전자는 지역별로 맞춤형 사운드를 제공하기 위해 매년 수백 가지 사운드를 테스트하고 튜닝한다.

‘스마트 사운드’와 ‘공간인식 사운드’도 LG TV만의 장점이다.

스마트 사운드 기능은 TV 스스로 컨텐츠의 오디오 정보에 대한 주파수 대역별 특성을 분석하고, 장르를 인식해 최적의 음향효과를 자동으로 적용한다. 예를 들어 뉴스는 명료한 소리를, 음악방송은 고음질의 풍성한 사운드를 들려준다.

공간인식 사운드 기능은 TV가 주변 공간을 인식하고 소리 왜곡을 분석해 자연스러운 사운드로 보정해주는 기능이다. TV 스피커를 통해 내보낸 신호음이 실내에 울려 퍼진 뒤 매직 리모컨의 마이크로 되돌아오면, 소리의 파동 등을 분석해 음질을 최적화한다. 예를 들어 벽걸이형으로 TV를 설치할 경우, TV 뒷면이 벽과 가까워 소리의 반사가 증폭되는데, 공간인식 사운드 기능을 사용하면 이러한 소리의 왜곡을 막아준다.

LG전자 HE연구소장 남호준 전무는 “실제 눈으로 보고, 귀로 듣는 것 같은 화질과 음질을 만들기 위해서 올레드 TV 진화는 계속될 것”이라고 강조했다.

■ [인포그래픽] 인공지능 화질엔진 ‘알파9’ 주요 기능