고품질 동영상 스트리밍의 시대를 열어주는 비구면 렌즈

넷플릭스의 최신 티비쇼, 유튜브의 인기 동영상 혹은 디즈니의 고전 프로그램이든 세계적으로 동영상 스트리밍에 대한 수요가 그 어느 때보다도 높습니다. 동영상 콘텐츠에 대한 소비가 크게 증가하면서 인터넷 대역폭에 가해지는 부담 또한 점차 증가함에 따라 네트워크 성능을 지속적으로 개선하기 위해 많은 노력이 가해지고 있습니다. 영화 촬영 기사들은 영상 압축력과 스트리밍 화질 개선을 위해 피사계의 심도가 낮은 영상 촬영 방식을 채택하지만 이러한 경우 보다 전문화된 시네마 렌즈를 사용할 필요가 있습니다. 시네마 렌즈 내부에 들어가는 고급 비구면 렌즈는 심도를 낮추어 영상의 품질을 유지해야 할 때 반드시 필요한 요소로이자 궁극적으로 전세계 넷플릭스 시청자에게 최적의 영상 체험을 선사합니다.

시네마 렌즈란 무엇인가?

시네마 렌즈(cinema 또는 cine lens)는 영화 제작 시 요구되는 고품질 영상에 맞게 특수 설계된 렌즈 조립품입니다. 이러한 렌즈는 머신 비전이나 상업용 사진 촬영에 동원되는 렌즈 조립품에 비해 부피가 더 크고 고가인 경향이 있습니다.

심도가 얕아지면 대역폭은 10% 절약¹

고품질 동영상에 대한 수요는 그 어느 때보다도 높습니다. 2019년도를 기준으로 전세계 스트리밍 동영상 시장의 규모가 미화 426억 달러에 달할 정도로 폭발적인 증가세를 보임에 따라 2020년부터 2027년 2월까지 연평균 성장률(CAGR)이 20.4%를 기록할 것으로 내다보고 있습니다. ²

영화 촬영 기사들은 스트리밍에 적합한 컨텐츠를 제작하기 위해 초점을 재조정하지 않고도 피사체의 특정 해상도를 유지할 수 있는 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점 사이의 거리를 가리키는 심도(DOF)를 얕게 촬영하는 방식을 채택해왔습니다(그림 1). 심도의 깊이가 낮다는 것은 배경이 흐릿하더라도 관심 촬영 영역 내의 주요 지점이 초점 안에 들어온다는 것을 의미합니다. 이는 시청자의 관심을 끌기 위해 자주 사용되지만, 영상물을 압축하고 스트리밍하는 데도 유리합니다.

그림 1:f/#가 낮은 "fast" lens(대구경 렌즈)는 DOF를 작게 만들어 피사체의 초점을 맞춤

동영상은 파일 크기가 상당히 크기 때문에 스트리밍을 위해서는 파일 크기를 줄이는 압축 과정을 반드시 거쳐야 합니다. 압축 알고리즘은 프레임마다 있는 모든 단일 화소의 변화가 아닌 프레임마다 변경되는 정보만을 지능적으로 암호화합니다. 흐릿한 배경은 일반적으로 프레임간 전환 시 변화가 크지 않기 때문에 심도가 얕을수록 압축된 이미지의 전반적인 품질에 관한 요건이 덜 까다롭습니다. 또한 압축은 눈에 잘 띄지 않음에 따라 흐릿한 배경은 더 많이 압축될 수 있으면서도 압축 알고리즘은 영상의 초점 영역 내에 있는 더 많은 세부 정보를 유지할 수 있습니다. 통상적으로 DOF 값이 낮으면 대역폭의 10%를 남겨둘 수 있지만, 배경의 사용 빈도와 DOF의 정확한 값에 따라 달라집니다.¹

동영상 스트리밍의 가능성을 열어준 비구면 렌즈

DOF가 낮은 영상 촬영 시 사용되는 시네마 렌즈는 낮은 f/#나 가파른 초점각에서도 고품질의 이미지를 전달할 수 있어야 합니다. 렌즈가 초점을 맺게 되는 빛의 각도가 가파를수록 구면 수차가 증가하거나 렌즈의 구경 전체에서 초점 거리가 바뀌기도 합니다. DOF가 얕은 시네마 렌즈를 설계할 때 가장 어려운 점은 구면 수차를 제거하는 것입니다. 따라서 부피가 큰 시네마 렌즈에 고급 비구면 렌즈 요소를 결합해야 이를 해결할 수 있습니다(그림 2).

그림 2: 일반적인 구면 렌즈 요소(좌측) 대 비구면 렌즈(우측)의 구면 수차

비구면 렌즈는 더욱 복잡한 구조의 표면 형태를 활용해 수차로 인한 영향을 최소화합니다. 비구면 렌즈를 제작하는 과정은 구면 렌즈에 비해 복잡하고 까다로운 면이 많기 때문에 심도를 낮추기 위해 비구면 렌즈를 활용하는 시네마 렌즈의 가격 상승을 불러일으킵니다. 언뜻 납득이 잘 안될 수도 있지만 데이터를 덜 차지하는 동영상을 캡처하려면 더욱 고가의 렌즈를 사용해야 합니다. 이제는 최신 시네마 렌즈 내부에 결합된 고급 비구면 렌즈 덕분에 넷플릭스 사용자는 주말 동안 원하는 프로그램의 시즌 전편을 시청할 수 있게 되었습니다.

에드몬드 옵틱스의 비구면 렌즈

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