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DTV Transmission

Apr 07, 2015

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Kim John
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Page 1: DTV Transmission

DTV 전송기술

전유학 , 윤여현

Page 2: DTV Transmission

목차 출처 디지털 방송의 특징 디지털 방송의 변천 디지털 TV 란 ? 디지털 TV 표준의 발전역사 각 나라의 지상파 디지털 TV 방송 지상파 디지털 TV 방식의 비교 디지털 Tv 시스템의 개요 ATSC DVB ISDB-T 영상 부호화 기술 지상파 전송기술 VSB OFDM VSB 와 OFDM 의 비교

Page 3: DTV Transmission

출처

디지털 방송론

디지털 Tv 기술 / 시장 보고서

디지털 방송

http://eevision1.sogang.ac.kr/seminar/data/team/20020727-ÃÖ¿µ½Ä.PDF

http://blog.naver.com/unlawful.do?Redirect=Log&logNo=60006417812

Page 4: DTV Transmission

디지털 방송의 특징 ( 1 / 3 )

고품질의 서비스Analog 신호에 비해 잡음에 강함

동일 주파수 대역에서 보다 많은 채널 사용가능영상 , 음성 ,data 를 0,1 로만 표현하기에 압축도 가능

부가 서비스 제공 가능검색 , 가공 , 편집용이

Page 5: DTV Transmission

디지털 방송의 특징 ( 2 / 3 )

시청자 측선명한 화상과 음성 , 부가 서비스 경제적 부담

사업자 측Business 기회의 확대 , 에너지 절약

설비 교체 및 신규교육

Contents 제작자 측다 채널화 및 부가서비스 확대에

따른수요의 폭증으로 인한 시장의 확대

기술력과 자본력이 앞선 일부업체의 독점우려

Page 6: DTV Transmission

디지털 방송의 특징 ( 3 / 3 )

경제적 디지털 방송수신기 , 셋톱박스나 디지털 캠코더등 관련기기 시장이나 영상컨텐츠시장의 활성화로 인하여 대규모 신규고용 창출이 발생

사회문화적

일방향적인 수신기의 기능을 넘어서 통합형멀티미디어이자

종합정보매체로 발전 및 주문형 서비스의 활성화로 범세계적인 정보

문화 유통과 상거래가 일반화됨

혜택을 받는 자와 받지 못하는 자의 격차의

심화

Page 7: DTV Transmission

디지털 방송의 변천

전송신호

표시수단

서비스형태

제작형태

시 기

시청자

Broadcasting

Analog

NTSC/PAL/SECAM

일방적 , 획일적

대량 생산 · 공급

90’ 전반

불특정 다수

NarrowcastingAnalog+Digital

HDTV 화

특정화 , 개별화

차별화

90’ 후반

불특정 다수 /특정대상

PersonalcastingDIgital

HDTV 화 , 이동화

개별 , 쌍방향

소량상품 · 소비자선택

00’ 전반

불특정 다수 / 특정대상

Page 8: DTV Transmission

디지털 TV 란 ? (1/2)

디지털 Tv 시스템 정의 : 비디오 , 오디오 및 데이터 등 모든 것을 디지털 처리한 후 디지털 전송방식에 의거 전송하는 시스템

서비스 경로로 구분 : 지상파 , 위성 , 케이블 , 웹 캐스팅

기술적 특성으로 구분 : HDTV , SDTV , eTV , PConTV(TVonPC)

※ 보통 디지털 TV 라고 하면 지상파 DTV 를 가리킨다 .

Page 9: DTV Transmission

디지털 TV 란 ? (2/2)

아날로그 Tv 와의 비교

Analog Tv Digital Tv

화 질 수평해상도 330 선 수평해상도 약 700 선

음 질 2 채널 스트레오 5.1 채널 스트레오

화 면 비 율 4 :3 16 : 9

데이터호환 X ○

부가서비스 X ○

Page 10: DTV Transmission

디지털 Tv 표준의 발전역사 (1/4)

세계 최초의 DTV(HDTV) 방송 MUSE (84, 일본 ) : NTSC 를 개량한 1125/60시스템

위성을 통해 일본 내에서 실험방송

미국의 방송 엔지니어 집단이 이를 개량하여 미국내 표준인 ANSI 에 제안하였으나 , 기존의 NTSC시스템에서 전환하기 어렵기에 기존의 서비스와 양립할 수 없다는 이유로 채택 되지 못함

Page 11: DTV Transmission

디지털 Tv 표준의 발전역사 (2/4)

유럽 ( 표준 DVB)

1.86 년에 유럽에 알맞은 1250/50 의 HDTV 표준개발 착수

2.88 년에 유럽표준인 HD-MAC (Hign definition multiplexed analog componant) 을 선 보임

3.유럽 각 나라 방송사업자간의 이해충돌로 93 년에 공식철회

4.93 년 말에 유럽 내 미디어 집단에 의한 DTV 표준개발 프로젝트인 DVB(Digital Video Broadcasting) 착수

5.97 년에 DVB 가 유럽표준으로 공식 채택

Page 12: DTV Transmission

디지털 Tv 표준의 발전역사 (3/4)

미국 ( 표준 ATSC)1.87 년 초 HDTV 개발을 위한 자문기구 ACATS (advisory

Committee on Advanced Television System) 설립

2.88 년 여러 사업자가 제출한 표준안을 평가할 ATTC (Advanced Television Test Center) 설립함 . 당시 표준안이 모두 기준 미달

3.ACATS 가 사업자들에게 공동표준안을 내놓을 것을 제안

4.95 년에 ACATS 의 검토를 거쳐서 ATSC(Advanced Television Systems Committee) 의 등장

Page 13: DTV Transmission

디지털 Tv 표준의 발전역사 (4/4)

일본 (ISDB-T)1.68 년부터 NHK가 차세대 텔레비전 개발에 착수

2.80 년에 기존 방식을 1125/60 으로 개량한 시스템 발표

3.84 년에 세계최초의 DTV 방송을 위성으로 실험방송

4.89 년부터 하루 4 시간씩 본 방송을 시작

5.97 년에 디지털의 추세가 불가피해 기존의 아날로그와 디지털 혼합방식인 MUSE를 버리고 ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) 을 채택

Page 14: DTV Transmission

각 나라의지상파 디지털 Tv 방송 (1/5)

영국 ( 세계 최초의 지상파 DTV 방송 )

98’ 9’ 23’ 영국의 BBC 에 의해 최초로 지상파 DTV 방송이 시작

멀티 플렉스

: TV 채널 1 개에 해당하는 6㎒의 할당 주파수 대역을 주파수 블록으로 쪼갠 것

멀티 플렉서 : 멀티플렉스를 가지고 사업하는 자

대역폭

Analog Tv

멀티플렉스

멀티플렉스

멀티플렉스

멀티플렉스

멀티플렉스

방영당시 멀티플렉서개념을 도입하여 멀티플렉스의 반을 기존방송사업자에게 나머지를 BDB( 현 Ondigital) 에게 배당함

98 년에 BBC 에서 4 개 채널로 본방송을 시작 , 년말에 Ondigital 에서 15 개의 채널로 유료방송시작

현 재6 개의 멀티플렉스를 통해 (5 개의 아날로그채널포함 ) 9 개의 무료채널과 30 개의 유료채널 , 6 개의 text 채널 및 5 개의 PPV 채널을 제공

2006 년과 2010 년 사이에 아날로그 방송을 중단할 예정

Page 15: DTV Transmission

각 나라의 지상파 디지털 Tv 방송 (2/5)

미국 기존 아날로그 사업자들에게 우선권을 부여하면서 디지털 방송주파수를 무료로 할당

상위 4 대 네트워크방송사인 ABC, CBS, FOX,NBC 를 선두로 99 년부터 03 년까지 모든 방송사가 Digital방송을 개시토록 규정

01’ 8’ 월에 TV 를 가진 가구수 70% 를 커버하고 있음06 년까지 85% 보급률을 전제로 아날로그방송을 중단

Page 16: DTV Transmission

각 나라의 지상파 디지털 Tv 방송 (3/5)

일본

94 년에 12 개의 업체가 DTV 컨소시엄을 구성한 것으로 시작

96 년에 독자적인 DTV 개발에 착수

97 년에 우정성이 지상파 Tv 디지털 계획을 발표

98 년에 DTV 기술기준을 지정방송 주파수의 부족으로 2000 년에 시험방송을 시작하면서 전국적으로 디지털 방송으로 전환을 완료할 예정이었지만 , 주파수의 부족으로 2003 년에 할 본방송 실시계획도 연기중

Page 17: DTV Transmission

각 나라의 지상파 디지털 Tv 방송 (4/5)

한국97 년에 정통부가 지상파 Tv 디지털화를 위한 기본방침을 정함

01 년에 SBS 을 시작으로 KBS, MBC ,EBS 등 서울 소재의 지상파 방송들이 본 방송을 시작

지역별로 2005 년까지 전국적으로 확대함

2010 년에 아날로그방송을 종료

Page 18: DTV Transmission

각 나라의 지상파 디지털 Tv 방송 (5/5)

그 밖의 나라들•스웨덴 유럽에서 두 번째로 본 방송을 시작 ,

세계최초로 지상파 방송을 이용해 쌍방향 홈쇼핑 서비스를 개시함

•호주 98 년에 디지털 법을 확정하여 방송의 디지털화를 추진

HDTV 의 의무방송시간이 지정

그 밖의 유럽의 나라들은 스페인이나 아일랜드 같은 나라들이 디지털방송을 실시하고 있으며 다른 나라들도 01~03 년 사이에 본방송을 개시할 예정

Page 19: DTV Transmission

지상파 디지털 Tv 방식의 비교 (1/2)

표준방식 ISDB-T DVB-T ATSC

압축 방식

영상음성

다중화방식

채널간격구 분

특 징

MPEG-2 video

AAC-3 MPEG-2 AC-3

MPEG-2 Transport

6Mhz 6,7MHz 6MHz 멀티 캐리어 싱글 캐리어

이동수신에 강함휴대단말에 사용가능

이동수신도 가능

멀티패스 방해에 강함

생산이 용이

이동수신이 어려움

Page 20: DTV Transmission

지상파 디지털 Tv 방식의 비교 (2/2)

HDTV 와 SDTV

디지털 화에 따른 신호 압축의 기술로 인해 동일 주파수 대역에서 보다 많은 데이터 처리 가능

기존의 주파수 대역을 쪼개서 디지털 다 서비스를 하는 것

가용한 데이터를 보다 선명한 화질과 음질개선으로 하는 것

SDTV

HDTV

(Standard Definition TV)

(High Definition TV)

기존의 아날로그 Tv 보다는 화질이나 음질이 좋음 (HDTV 보다는 못함 )

지상파를 통해서 다양한 채널 운용이 가능

셋톱 박스만으로 여러 가지 서비스를 받을 수 있음

대부분의 유럽국가가 사용

기존의 아날로그 Tv 보다 4~6배 가량 화질이 좋음

여유주파수 대역을 이용한 서비스의 가능

전용 수상기를 따로 구입

미국과 우리나라가 SDTV와 병행하되 최종적으로는 HDTV 를 지향함

6 Mhz

아날로그

Tv 1 채널

Or Or

SDTV

SDTV

SDTV

SDTV

SDTV

SDTV

HDTVDATA

DATA

DATA

DATA

20 ~

30 Mhz

Page 21: DTV Transmission

디지털 TV 시스템의 개요

Video

Audio

Service

Multiplex

TransportChannel coding

Modulation

Video source coding and compression

Audio source coding and compression

Ancillary Data

Control Data

ITU-R 에서 채택한 모델

1.소스 부호화 및 압축부 (source coding and compression)

:Bit Rate 를 줄이는 부분으로서 오디오 ,비디오 및 보조 디지털데이터 스트림을 압축함

2. 보조 데이터

: 제어데이터 , 제한 수신 데이터 및 프로그램 오디오 / 비디오 서비스 관련 데이터 포함 , 독립적 프로그램서비스를 의미할 수도 있음

• 서비스 다중 및 전송부 (service multiplex and transprot) : 디지털 데이터 스트림을 정보를 갖는 , 패킷으로 나누는 방법 , 패킷 또는 패킷 유형을 고유하게 규정하는 방법 , 그리고 모든 데이터 스트림 패킷을 하나의 데이터 스트림으로 다중화하는 적합한 방법을 규정

RF / Transmission 부

: 채널 부호화 및 변조를 수행

Channel Coding

: 데이터 비트 스트림에 정보추가 ( 전송 과정 중에 손상된 신호를 복구하는데 사용 )

Modularation

: 디지털 데이터 스트림 정보를 이용하여 전송된 신호를 변조함

Page 22: DTV Transmission

ATSC

특징

공식 비트 전송속도 : 19.4Mbps

다중 화상 포맷

디지털 오디오 / 비디오 압축

Rf 신호 변조 기술 – VSB

Page 23: DTV Transmission

ATSC

비디오 시스템의 특징

수 직 화 소 횡 종 비 스캐닝 모드 응용 분야

480 640 4:3/1:1 순차 , 비월 VGA급 영상데이터 480 704 4 : 3 순차 , 비월 멀티미디어영상 (DVD) 480 704 16 : 9 순차 , 비월 멀티미디어영상 (DVD) 720 1280 16:9 /1:1 순차 , 비월 스포츠 , 애니메이션 1080 1920 16:9/ 1:1 순차 , 비월 HDTV , 고해상 필름

S D T V

H D T V 최종 승인 규격에 따르면 DTV 방송 업자는 허가 받은

채널에서 HDTV 급과 SDTV 급 프로그램을 어떻게 편성하던지 영상신호의 비율이나 순차주사 / 비월주사 , 정방구조 / 비정방구조 화소 어느 방식이든지 구속 받지 않고 프로그램마다 변경해서 방송가능심지어는 기존에 없던 규격의 영상이나 데이터 전송가능

Page 24: DTV Transmission

DVB

특징

다양한 규격 : DVB-S , DVB-C , DVB-T , DVB-MC ,

DVB-MS…

변조 방식 : COFDM 에 기초한 2k 와 8k 모드

개방 정책 , 공통기술의 사용

공식 비트 전송속도 : 23.5Mbps

2k 와 8k 모드의 비교

캐리어 대역폭 반송파번호 복조 반송파간격

2 K 1,705 8(7.61)M 0 / 1,704 64QAM 4,464Hz

8 K 6,817 8(7.61)M 0 / 6,816 64QAM 1,116Hz

Page 25: DTV Transmission

ISDB-T

특징티비나 라디오나 동일한 방식 ( 사용하는 세그먼트 차이 )

한 개의 아날로그 티비 대역폭으로 1 개의 HDTV 또는 3 개의 SDTV 가능

양호한 휴대 / 이동 수신이 가능 ( 에러정정기능이 강함 )

6Mhz 6Mhz

RadioTV

Page 26: DTV Transmission

영상 부호화 기술 (1/2)

MPEG-2 모든 디지털 Tv 의 영상 및 음성 부호화 , 정보다중화 기술의 기본

ISO 가 채택한 국제 표준화 부호화 방식으로 1995 년에 완성

움직임 보상 프레임간 DCT(Discrete Cosine Transform) 을 기본으로 함

확장성이라는 개념을 도입하여 해상도와 화질의 계층화를 실현

DCT n 개의 데이터를 n 개의 Cosine 함수의 합으로 표현하여 데이터의 양을 줄이는 방식

time domain 에서 n 개의 값은 frequenct domain 에서의 n 개의 삼각함수로 표현할 수 있다는 Fourier Transform 에서 출발한 것 JPEG/MPEG에서는 영상을 8x8 즉 , 64 개의 블럭 단위로 인코딩하는데 , 이 64 개의 데이터를 64 개의 Cosine 함수로 표기하는 것

Page 27: DTV Transmission

영상 부호화 기술 (2/2)

MPEG-2 움직임 보상 예측 기술

프레임 움직임 보상 예측

필드 움직임 보상 예측

듀얼 프라임

Page 28: DTV Transmission

지상파 전송기술

지상 방송에 사용하는 전송방식의 특징

지상파 전송의 특징

비교적 낮은 주파수이기 때문에 회절과 반사가 자주 일어남

산과 빌딩 등의 반사파에 의해 방해가 자주 발생

수신점이 보이지 않더라도 반사와 회절을 통해 수신 전계확보가 쉬움

Page 29: DTV Transmission

VSB (vestigial sideband modulation) 구조

구조 6Mhz 채널 19.39Mbps 유효속도

DataRandomiser

ReedSolomonEncoder

DataInterleaver

TrellisEncoder

DATA Randomiser

입력데이터에 난수를 발생시켜서 스펙트럼을 전 대역에 걸쳐 분산시켜 특정 주파수에 에너지가 집중되는 것을 방지하고 주기적인 패턴으로 인한 수신기의 오동작을 방지하는데 있다 .

Reed Solomon encoder

RS 부호기라고 하며 데이터 블록의 크기는 187 byte 이며 , 여기에 에러정정을 위해 20 byte 를 추가하여 데이터 세그먼트당 207 byte RS 블록을 전송 .

Data Interleaver

RS 부호가 버스트 에러에 대해 효과적이지만 데이터 보호를 위해서 인터리빙을 해준다 .

Burst error : 어떤 현상이 짧은 시간 안에 집중적으로 일어나는 일

Interleaving : 데이터 열의 순서를 일정단위로 재배열함으로써 순간적인 잡음에 의해 데이터 열 중간의 일부 bit 가 손실되더라도 그것을 복구할 수 있도록 해주는 역할을 한다

Trellis Encoder

2/3 비율의 트렐리스 부호 ( 사전부호화 되어 부호화하지 않는 한 비트를 포함 ) 를 채택하고 있음

즉 , 2 개의 입력 비트 중에 부호화 하지 않고 하나만 ½ 비율의 컨볼루션 부호를 사용하여 2 개의 출력비트 생성하여 총 3 개의 비트를 생성함

이렇게 해서 8 레벨 (3bit) 로 되어 수신기의 구성상 유리해지고 , 전송된 신호를 8VSB 라고 함

MUX

Segment SyncField Sync

Page 30: DTV Transmission

VSB (vestigial sideband modulation) 특징 (1/2)

특징 1.낮은 C/N (Carrier to Noise Ratio) 임계치

디지털 TV 가 에러 ( 화면깨짐 ) 없이 수신하는데 필요한 최소한의 신호 대 잡음비를 C/N@Threshold 라고 한다 .

Threshold

TOV (Threshold of Visibility) : 사람의 눈으로 에러유무를 판단

BER (Bit Error Rate) : 장비를 사용하여 에러 유무를 판단

QEF (Quasi Error Free) : 장비를 사용하여 에러 유무를 판단일반적으로 시청자가 다른 장비를 사용하기 어려우므로 TOV 를 기준으로 측정

Page 31: DTV Transmission

VSB (vestigial sideband modulation) 특징 (2/2)

특징 2. 임펄스 잡음에 대한 강인성

: 임펄스 잡음은 집에서 쓰는 가전기구로 인해 VHF 밴드와 일부 낮은 대역의 UHF 밴드에서 종종 일어난다 . 이러한 잡음에 상당히 강한 이유는 10 비트의 오류정정의 RS 부호와 52 단의 인터리버를 갖기 때문

3. 낮은 피크 대 평균 전력비

: 일반적으로 디지털 방송에서 송출되는 전력은 평균전력으로 표시를 한다 . 이유는 전체적으로는 어느 일정한 평균 전력 값을 나타내게 되므로 이 평균 전력 값을 측정하게 된다 . 기존의 아날로그 방송과 동일한 구역을 서비스 하는데 낮은 출력을 갖는 송신기를 사용하면서도 가능하므로 초기 송신기 설치 비용 및 운전비용이 상대적으로 저렴

Page 32: DTV Transmission

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

개요 멀티 캐리어 변조 방식의 일종으로 , 다중경로 및 이동수신 환경에서 우수한 성능을 발휘 송신신호는 각 다수의 변조파를

합쳐 놓은 것

각 변조 방식으로는 음성방송용에 QPSK, 지상계 디지털 Tv 방송용으로 64QAM 을 사용

ODFM 에 의한 데이터 전송은 전송심볼을 단위로 하고 있다 .

Page 33: DTV Transmission

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

특징데이터를 전송대역 전체에 분산시키기 때문에 특정 주파수 대역에 방해신호가 있어도 영향을 받는 것은 일부이며 , 인터리브등으로 개선가능

멀티패스에 강한 특징을 이용해서 소전력의 다수 송신국을 통해서 단일 주파수로 서비스영역을 커버할 수 있음

반송파가 같은 주파수 간격이므로 전송로에 비선형 특성이 존재하여 상호변조에 의한 특성변화가 발생하기 쉬우므로 충분한 선형영역에서 사용할 필요가 있음

Page 34: DTV Transmission

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

응용분야

디지털 음성 방송에의 응용

지상계 디지털 Tv 방송에 응용

핸드폰등 무선 단말기에 응용

Page 35: DTV Transmission

VSB 와 OFDM 의 비교

VSB OFDM 데이터

전송률단일 주파수

방송망

평균전력비율

신호 포착의 용이성

하드웨어 복잡도

고 속 고속에서 저속까지 가변

어 려 움 쉬 움

낮 음 다 소 높 음

용 이 함 다 소 복 잡

다 소 복 잡 다 소 복 잡