PS5에 추가된 가변 주사율(VRR) 기능, 어떤 이점과 한계 있을까?

[IT동아 권택경 기자] 지난달부터 플레이스테이션5가 가변 주사율(Varaible Refresh Rate, 이하 VRR) 지원을 시작하면서 VRR에 대한 관심이 높아지고 있습니다. VRR은 화면 주사율을 화면 출력에 맞춰주는 기술을 말합니다.

보통 우리가 흔히 사용하는 모니터나 TV 등 디스플레이는 보통 60Hz의 고정 주사율을 지닙니다. 주사율은 단순하게 말하면 화면이 1초에 깜빡이는 횟수를 말합니다. 우리 눈에는 디스플레이에 화면이 계속 떠있는 것처럼 보이지만 사실은 60번씩 깜빡이고 있는 것이죠. 이 주사율이 높으면 높을수록 화면 속 움직임은 더 부드럽고 선명하게 느껴집니다. 그래서 빠른 움직임이 잦고, 반응 속도가 중요한 게이머들을 위한 게이밍 모니터, TV 등은 120Hz 이상 고주사율을 지원합니다.

하지만 단순히 모니터나 TV가 고주사율을 지원한다고 해서 게임 화면이 저절로 부드러워지는 건 아닙니다. PC나 콘솔 게임기가 그에 걸맞는 속도로 화면을 그려낼 수 있는 성능을 지니고 있어야 합니다. 이는 흔히 초당 프레임(Frames Per Second, 이하 FPS)이라는 수치로 표현합니다. 60FPS는 1초에 60장의 화면(Frame)을 그려낸다는 것을 의미합니다. 이를 위해선 60분의 1초 만에 1장의 화면을 그려낼 수 있는 성능이 필요한 셈이죠. 성능이 높으면 높을수록 이 시간은 더욱 단축되고, 더 높은 FPS를 낼 수 있습니다.

가장 이상적인 상황은 디스플레이가 1초에 화면을 깜빡이는 횟수와 PC가 새로운 화면을 그려내는 속도가 완벽히 일치하는 것입니다. 60Hz 주사율에는 60FPS, 120Hz에 120FPS를 내는 거죠. 화면이 한 번 깜빡일 때마다 그에 맞춰 새로운 화면을 표시하니 아무런 문제없이 완벽하게 부드럽고 선명한 화면을 표시할 수 있습니다.

웹서핑을 하거나, 문서 작업을 하는 등의 일반적인 PC 사용 상황에서는 화면 주사율에 맞춰 화면을 그려내는 데 큰 문제가 없습니다. 하지만 게임처럼 높은 성능을 요구하는 상황에서는 종종 문제가 생깁니다. 주사율보다 FPS가 낮아지는 경우가 흔히 발생합니다. 반대로 게임이 요구하는 성능보다 PC 성능이 월등해 주사율을 아득히 뛰어넘는 FPS를 뽑아낼 때도 있습니다. 이렇게 화면 주사율과 FPS가 불일치할 때는 여러 문제가 발생합니다.

가장 대표적인 게 화면 찢김(스크린 테어링) 현상입니다. 화면 주사율보다 FPS가 높을 때 흔히 발생합니다. 디스플레이가 화면에 현재의 화면을 온전히 다 표시하기도 전에 새로운 화면으로 전환이 이뤄지면서 발생합니다. 서로 다른 두 화면이 섞이면서 어긋난 화면을 만들어내는 거죠. 이를 막기 위해 주로 쓰이는 기능이 수직동기화입니다.

수직동기화는 간단히 설명하면 일단 온전히 화면을 표시할 때까지 기다렸다가 다음 화면을 보내주는 방식입니다. 문제는 이 기다리는 시간 때문에 화면과 실제 상황 사이에 지연이 발생한다는 점입니다. 찰나의 순간조차 놓칠 수 없는 게임에서는 치명적으로 작용할 수도 있죠. 반면 VRR은 FPS에 화면 주사율을 맞추기 때문에 화면 찢김 현상을 막으면서도 이러한 지연이 발생하지 않습니다.

반대로 화면 주사율보다 FPS가 낮을 때는 스터터링(Stuttering)과 저더링(Juddering) 현상이 일어납니다. 스터터링과 저더링은 우리가 게임을 하다가 종종 받는 미세하게 멈추거나 버벅이는 느낌, 움직임이 부자연스럽게 끊기거나 떨리는 듯한 느낌을 주는 현상 등을 말합니다. 여러가지 원인이 있지만 흔히 프레임 페이싱에 문제가 생기면서 발생합니다.

예를 들어 60Hz 디스플레이에서 30FPS로 게임을 표시한다고 가정해봅시다. 이때는 비록 주사율과 FPS가 일치하지 않아도 30FPS가 안정적으로 유지되기만 한다면 큰 문제가 없습니다. 60을 30으로 나누면 깔끔하게 2로 나누어 떨어집니다. 이 경우, 한 프레임을 60분의 1초 동안 표시하는 대신 30분의 1초 동안 표시하면 모든 프레임을 같은 간격을 두고 표시할 수 있습니다. 60FPS에 비해 부드러움은 덜하더라도, 부자연스럽거나 불규칙적이란 느낌을 주지는 않습니다.

하지만 60Hz에 40FPS인 상황이라면 어떨까요? 60을 40으로 나누면 정수로 깔끔하게 나뉘어 떨어지지 않습니다. 이 경우에는 40프레임 중 절반은 60분의 1초, 나머지 절반은 30분의 1초 동안 표시하는 식으로 간격을 달리하는 수밖에 없습니다. 이렇게 프레임마다 간격이 달라지면 화면이 마치 부자연스럽게 끊기거나 떨리는 느낌을 줍니다. 이러한 현상을 막기 위해 성능이 다소 부족한 콘솔 게임에서는 30FPS로 FPS 상한을 두는 경우가 많습니다. 어정쩡하게 30~60 구간에서 출렁이는 수치보다는 안정적이고, 프레임 페이싱도 일정하게 유지할 수 있는 고정 30FPS가 더 쾌적한 게임 환경을 제공할 수 있기 때문입니다.

VRR은 이처럼 FPS가 주사율에 못 미칠 때 발생하는 여러 문제를 해결하는 데도 도움이 됩니다. 주사율과 FPS가 일치한다면 애초부터 프레임 페이싱 문제가 발생할 일이 없기 때문입니다. 따라서 굳이 FPS에 상한을 둘 필요없이 성능 여력이 되는 만큼 FPS를 뽑아낼 수 있으니 조금이라도 더 부드러운 화면을 느낄 수 있는 거죠. PS5의 VRR을 지원에 맞춰 ‘스파이더맨’ 시리즈, ‘라쳇 앤 클랭크: 리프트 어파트’ 등의 게임이 현재 VRR 지원 기능을 추가했으며 FPS 상한을 제거해 더 높은 FPS에서 게임을 즐길 수 있도록 하고 있습니다.

이점 많지만 만능은 아냐

VRR을 지원하는 디스플레이라면 플레이스테이션5 설정에서 VRR을 활성화할 수 있습니다. 원한다면 VRR을 미지원하는 게임에 강제로 적용하는 설정을 켤 수도 있습니다. 다만 VRR이 이점이 많다고 해도 만능인 건 아닙니다.

디스플레이가 주사율을 낮출 수 있는 범위에도 한계가 있습니다. 보통 아무리 낮아도 30 정도가 하한선입니다. 플레이스테이션5의 VRR 기능은 이보다 높은 48로 하한이 설정돼 있습니다. 다시 말해 이 하한선 아래로 FPS가 떨어진다면 스터터링이나 저더 현상이 발생할 가능성이 여전히 있는 것이죠. 이를 막기 위해 프레임이 하한선 아래로 떨어지면 이전 프레임을 복사해서 이를 보정하는 LFC(Low Frame Compensation)라는 기술이 활용됩니다.

하지만 플레이스테이션5는 하드웨어 자체에서 LFC를 지원하지 않습니다. 따라서 게임 개발사가 직접 소프트웨어적으로 이 LFC를 구현해야 합니다. 앞서 언급한 ‘스파이더맨’ 시리즈와 ‘라쳇 앤 클랭크: 리프트 어파트’가 게임 자체에서 LFC를 구현한 사례에 해당합니다. 반대로 VRR을 공식적으로 지원하지 않거나, LFC 기능이 적용되지 않은 게임이라면 아무리 VRR을 적용해도 48FPS 아래에서는 전혀 효과를 보지 못한다는 뜻이기도 합니다.

이용자들 사이에서는 VRR 기능을 켜면 화질이나 색감이 오히려 안 좋아진다는 증언들도 나옵니다. 여기에는 여러 가지 원인이 있을 수 있습니다. LCD 패널을 사용한다면 로컬 디밍이 원인일 수 있습니다. 로컬 디밍은 백라이트 밝기를 화면 구역에 따라 다르게 조절함으로써 밝은 부분은 더 밝게, 어두운 부분은 더 어둡게 표현할 수 있는 기술입니다. 화면 명암비를 높임으로써 화질을 향상시킵니다.

그런데 TV에 따라서는 VRR 기능 활성화 시 로컬 디밍 기능이 꺼지거나, 로컬 디밍 성능이 제한되는 경우가 있습니다. TV 칩세트의 연산 능력에도 한계가 있다 보니 로컬 디밍에 의한 연산 부담을 덜어서 VRR이 좀 더 원활히 작동하게 하려는 의도로 보입니다. 로컬 디밍을 지원하는 LCD TV에서 VRR을 켰을 때 화면 명암비가 안 좋아진 듯한 느낌을 받았다면 이게 원인일 가능성이 높습니다.

대역폭 문제가 원인일 수도 있습니다. HDMI 2.1 단자의 대역폭은 원래 48Gbps지만 플레이스테이션5는 어째서인지 32Gbps로 대역폭이 제한된 걸로 알려졌습니다. 32Gbps라도 4K 해상도, 60Hz 주사율, 10비트 색상 화면을 전송하는 데는 아무런 문제가 없습니다. 하지만 4K 해상도, 120Hz 주사율, 10비트 색상에 고명암 대비(HDR) 기능을 포함한 최상급 화질을 온전히 전송하기에는 32Gbps는 다소 모자랍니다. 이 때문에 현재 PS5에서 4K 해상도, 120Hz 화면을 구현하려면 일부 색상 데이터를 누락시키는 등의 타협이 필요합니다. VRR 기능의 이점을 최대한 누리기 위해 120Hz 모드를 켠다면 대역폭 한계로 일부 색상 데이터 누락 등 화질 저하가 일어나는 것으로 보입니다.

글 / IT동아 권택경 (tk@itdonga.com)