디지털 방송

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1-1. 디지털방송의 이해

디지털방송이란 ?

우리가 흔히 사용하는 휴대폰, 유선전화, 초고속 인터넷 통신 등은 이미 몇 년 전에 디지털화가 완료되었다. 방송은 통신에 비해 전달해야 할 정보의 양이 훨씬 많으므로 최근에서야 디지털화가 본격적으로 진행중이다. 반도체와 통신분야 등에서의 눈부신 과학기술발전으로 인해 디지털방송이 가능해진 것이다.

디지털 신호를 이용한 디지털방송은 아날로그방송에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있다. 아날로그방송은 영상, 음성, 데이터 등의 정보, 즉 프로그램을 아날로그 신호(정보를 연속적으로 표현)의 형태로 변환하여 이를 전송한다. 아날로그 신호는 압축과정이 없기 때문에 정보를 전달할 수 있는 용량이 매우 제한적이며, 전송과정에서 잡음 및 왜곡의 영향을 크게 받으며 이로 인해 손상된 신호를 완벽하게 복원하기가 어려워 신호품질이 떨어지게 된다. 이러한 현상은 텔레비전 수상기에서 화면의 이중상(ghost) 및 색번짐 등으로 나타나게 된다. 디지털 방송은 영상, 음성, 데이터 등의 정보를 디지털 신호(정보를 0과 1로 표현)의 형태로 변환하여 이를 전송한다.

디지털 신호의 경우는 압축 기법을 이용하여 대용량의 정보를 손쉽게 전달할 수 있어, 아날로그방송에서는 1개 채널에 1개의 프로그램밖에 전달하지 못하나 디지털방송에서는 여러 개의 일반 프로그램 또는 1개의 고화질 프로그램을 전송할 수 있다. 또한 전송과정에서 발생하는 잡음 및 왜곡의 영향을 적게 받으며, 신호가 손상되더라도 이를 완벽하게 복원할 수 있어 시청자는 방송국에서 보내는 프로그램과 동일한 품질로 시청할 수 있다.

현재 디지털 지상파 텔레비전은 2001년 말에 수도권에서부터, 디지털 위성방송은 2002년 3월부터 전국적으로 본방송을 시작하였으며, 케이블 텔레비전도 디지털 전환을 서두르고 있다. 이외에도 디지털 오디오방송 및 데이터방송은 서비스를 위한 표준제정 및 실험방송 등이 이루어지고 있다.

 

 

디지털방송 FAQ

1. 디지털과 아날로그는 어떻게 다릅니까 ?

아날로그(analog)는 ‘비슷하다’라는 뜻이 말하듯, 어떤 물리량을 실제의 양과 유사한(대칭되는) 크기로 표현하는 것을 의미합니다. 디지털(digital)은 손가락으로 셈을 할 때 그 단위가 되는 손가락 하나 하나를 의미하는 ‘디지트(digit)’로부터 나온 단어로 물리량을 수치로 표현함을 의미합니다. ‘자'(尺)는 아날로그 계산기라고 할 수 있고 주판은 역사적으로 가장 오래된 디지털 계산기라고 할 수 있습니다.

아날로그와 디지털은 어떤 물리량에 대한 표현수단의 문제이지 그 물리량을 근본적으로 변화시키는 방법은 아닙니다. 쉽게 예를 들면 음악을 들을 때 사용하는 아날로그 카세트 테이프는 소리를 전기신호의 연속적인 세기(강약)로 자성체인 테이프에 기록합니다. 반면 디지털인 CD는 똑같은 소리를 양자화(소리신호를 수치로 계량화 하는 방법)라는 기법을 통해 오로지 ‘0’과 ‘1’의 이진수로 기록합니다. 현대사회의 엄청난 기술적 진보는 디지털의 장점을 최대한으로 이용하는 측면에서 이루어지고 있습니다.

우리가 살고 있는 현실세계는 모두 아날로그이며 인간의 오감은 디지털로 처리된 정보를 느끼거나 파악할 수 없습니다. 따라서 디지털은 어떤 물리적인 양(이를 정보라고 표현합니다)을 효율적으로 전달하기 위한 수단을 의미하며 인간이 느끼는 최종적인 형태는 역시 아날로그입니다.

예를 들어 컴퓨터의 경우, 정보처리와 전달은 모두 ‘1’과 ‘0’으로 되어 있는 이진수 즉 디지털 방식으로 이루어지지만 인간의 눈

과 귀로 들어올 때는 디지털 정보를 아날로그로 변환된 원래의 정보입니다.

2. 기존의 아날로그 텔레비전 시스템을 왜 디지털로 바꾸나요 ?

휴대폰 같은 통신분야에서는 방송에 비해 신기술 수용이 비교적 용이하기 때문에 디지털 기술을 일찍부터 많이 이용하고 있습니다. TV에서도 디지털을 하게 되면 많은 이점이 있기 때문에, 결국 선진 각국은 TV의 고화질, 고음질 및 다기능화를 실현시킬 디지털 텔레비전(Digital TV : DTV) 방송을 추구하게 되었습니다. 물론 라디오 방송의 디지털화도 병행·추진되고 있으나 수신기 시장규모가 작아 큰 관심을 받지 못하고 있습니다.

3. 디지털 방송으로 바뀌면 어떤 좋은 점이 있습니까 ?

디지털의 장점은 제작된 콘텐츠(비디오, 오디오, 데이터)를 정보의 손실 없이 자유로이 전달, 가공, 배급, 보존할 수 있다는 것입니다. 따라서 기존의 아날로그 시대에서는 불가능했던 여러 가지 서비스가 가능해 집니다. 이로써 아날로그 TV 신호가 공기 중을 통과하면서 발생하는 Ghost(고스트 : 이중 잔상 화면, 화면의 영상이 겹쳐서 나오는 현상), 색 번짐 등과 같은 화질 열화 요소가 없어지며, 디지털 방송은 이런 디지털의 장점을 이용하여 고화질과 고음질 서비스를 제공할 수 있습니다. 그 외에 데이터 방송을 통하여 인터넷과 같이 다양한 정보를 무료로 제공받을 수 있습니다.

4. 디지털 텔레비전(DTV) 방송이란 무엇을 말하는 겁니까 ?

디지털 텔레비전 방송이란 방송 프로그램을 컴퓨터에서 사용하는 것과 같은 디지털 부호로 만들어 위성이나 지상파를 통해 시청자들에게 전송하면, 이 신호를 디지털 텔레비전으로 시청하는 것입니다. 즉, 현재 방송사가 아날로그 신호형태로 내보내던 것을 앞으로는 디지털 신호형태로 내보내는 것을 의미합니다.

정확히 표현하면 KBS, MBC, SBS 등이 서비스하는 디지털 방송이란 "디지털 지상파(또는 공중파) 텔레비전 방송"이며 한국디지털위성방송(KDB)에서 서비스하는 디지털 방송은 "디지털 위성방송"이나 일반적으로 디지털 방송이라고 하면 지상파 디지털 방송을 지칭하며 "디지털 위성방송" 통상 "위성방송"으로 불립니다.

디지털 방송을 하게 되면 TV 한 채널에 표준화질(SD)로 여러 프로그램을 동시에 내보낼 수 있을 뿐만 아니라, "고화질, 고음질"의 고화질(HD)방송도 할 수 있습니다. 더불어 우리나라가 채택한 미국식 디지털방송방식과 달리 유럽식과 일본식은 차량에서 이동 중에도 원하는 프로그램을 시청하실 수가 있습니다.

5. 표준화질 및 고화질, 고음질 서비스란 무엇입니까 ?

고화질이란 고선명과 혼용하여 사용되는데 35미리 영화수준의 매우 선명한 화질을 의미하며, 이를 고화질 텔레비전(HDTV : High Definition TV)라고 합니다. 표준화질(SDTV : Standard Definition TV)은 현행 아날로그 방송 화질보다는 약간 좋으나 고화질보다는 못한 대략 16미리 영화정도의 화질입니다. 다시 말하면 표준화질(SDTV)는 DVD 정도의 화질이고 고화질(HDTV)는 극장 영화 정도의 화질이라 보시면 됩니다.

화질은 대체로 화면을 구성하는 최소 단위인 "화소"가 많을수록 선명해지는데 대개 고화질 TV는 화소수가 약 200만개(해상도:1920×1080)이고, 표준화질 TV는 약 35만개(해상도:720×480)의 화소로 구성됩니다.

한편 고음질 서비스란 방송을 통해서 CD급의 깨끗한 스테레오 음질은 물론이고 영화용 서라운드 입체음향까지 제공할 수 있음을 말합니다. 입체음향은 6개의 스피커를 사용할 수 있으므로 영화관에서처럼 상당한 입체감(또는 현장감)을 느낄 수 있습니다. 안방극장이란 용어는 그래서 탄생한 것입니다.

 

6. DTV, HDTV, SDTV는 무슨 차이가 있습니까 ?

대부분의 일반인들이 고화질 텔레비전(HDTV)과 디지털 텔레비전(DTV)을 같다고 생각하고 있는데, 이는 우리나라에서 디지털 방송의 목표를 고화질 텔레비전(HDTV)방송으로 설정하였기 때문에 오는 혼동이라고 봅니다. 우리나라가 채택한 미국방식(ATSC)의 규격을 보면 디지털 텔레비전(DTV) 방송에는 화면의 해상도와 가로대 세로비 등에 따라서 총 18가지 형식이 있습니다. 그리고 이를 해상도에 따라 분류하면 크게 2가지 즉 고화질 텔레비전(HDTV), 과 표준화질 텔레비전(SDTV)으로 분류할 수 있습니다. 결국 디지털 텔레비전(DTV)이란 고화질 및 표준화질 텔레비전을 모두 포함하는 말입니다.

해상도라고 하는 것은 화면의 화소수가 얼마나 많은 가를 가름하는 척도인데 고화질 텔레비전(HDTV)은 한 화면에 1920개의 화소가 있는 가로선(line : 주사선)이 모두 1080개가 있으므로 모두 207만 3600개의 화소를 갖고 있습니다. 그리고 화면의 가로·세로비는 16:9입니다. 즉 영화의 화면비와 같습니다. 표준화질 텔레비전(SDTV)은 가로선이 480개이며, 화면비는 보통 4:3 또는 16:9입니다. 표준화질 텔레비전에서 화면비가 16:9 인 것을 와이드 텔레비전(Wide TV)이라고 합니다. 요즈음 깨끗한 디지털 화질로 인기가 있는 DVD가 바로 표준화질 규격입니다.

구 분

화질 비교

화면비
(가로:세로)

가로선 수
(수평해상도)

비 고

고화질 텔레비전(HDTV)

35㎜ 영화 16 : 9 1080  

표준화질 텔레비전(SDTV)

16㎜ 영화

4 : 3 또는 16 : 9

480

화면비 16 : 9는
와이드 텔레비전

7. 디지털 방송에서 데이터 방송이란 무엇입니까 ?

디지털 방송에서는 영상과 음향으로 이루어진 방송프로그램 외에 여러 가지 유익한 정보데이터를 추가하여 전송·수신할 수 있습니다. 이를 데이터 방송이라고 합니다만 엄격한 의미에서는 일종의 부가적인 서비스로서 데이터 서비스라고 부르기도 합니다.

예를 들면 주식·환율·일기예보 등 다수의 실시간 정보·인터넷 정보 등 멀티미디어 부가서비스가 가능합니다. 또한 프로그램에 연계된 정보도 가능하기 때문에 프로야구 경기를 보면서 해당 선수의 기록이나 좋아하는 선수가 입은 상표의 물건도 구입할 수 있습니다.

* 데이터 방송 화면의 예 그러나 콘텐츠를 만드는 데는 인력과 비용이 추가되므로 본격적인 서비스를 하기에는 아직 시기상조입니다.

8. 쌍방향 TV, 멀티미디어 방송, 디지털 방송은 어떤 관계입니까 ?

현재까지의 아날로그 방송은 방송사에서 시청자에게 프로그램 등의 정보(데이터)를 일방적으로 보내주는 단방향입니다. 이에 반해 쌍방향 TV는 시청자와 방송사간에 정보흐름이 양방향으로 이루어지는 것입니다. 예를 들어 앞서의 프로야구 경기에서 물건을 구입할 경우를 보면 해당 상품을 화면상에서 선택하면 이 정보가 전화선이나 ADSL 같은 통신선로를 통해서 다시 방송국에 전달되게 됩니다. 이렇게 운용되는 형태를 대화형 TV라고도 합니다.

멀티미디어 방송이란 방송되고 있는 TV 프로그램과 각종 부가 정보들이 영상·음향 및 각종 데이터를 포함한 멀티미디어 형태로 함께 전달되어 TV화면에 디스플레이 되고, 시청자가 정보를 선택하여 즐길 수 있는 종합디지털방송 개념입니다. 디지털 방송은 이러한 대화형 TV와 멀티미디어 방송개념이 어우러진 형태로 발전하게 됩니다.

9. 디지털 방송은 어떻게 수신할 수 있습니까 ?

디지털 방송을 시청하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 가장 쉬운 것은 전용수상기를 구입하는 것인데 가격이 비싼 것이 문제입니다. 특히 디지털방송을 제대로 시청할 수 있는 고화질 전용수상기(HDTV)는 가장 싼 제품이 32인치에 약 2~300만원 정도이며, 40인치 이상은 5백만원이 넘는 고가입니다.

두 번째는 몇 십만원 대의 컴퓨터용 수신카드를 사서 PC로 보는 방법입니다. 비용부담이 가장 적은 방법이긴 하지만 안테나 시설이 잘 되어 있는 가정이 아니면 별도의 외부안테나를 설치해야 하므로 매우 불편합니다. 세 번째는 지금 가지고 있는 아날로그 텔레비전에 백 만원 내외의 셋탑박스(set-top box : 수신기)를 구입하여 연결하는 방법이 있습니다. 그러나 아날로그 텔레비전 수상기로 시청하는 것이므로 선명한 화질과 깨끗한 음질은 기대할 수 없습니다.

그 외에 디지털 지상파 방송을 서비스해주는 거주지내의 케이블 TV나 소규모중계유선방송에 가입하면 되는데 매달 요금이 부과되어 시청자 부담이 커지므로 권장할 수 있는 방법은 되지 못합니다.

한편 전용수상기라고 해도 셋톱박스가 내장된 일체형이어야 디지털 방송을 수신할 수 있습니다. 셋톱박스가 내장되지 않은 외장형(이를 ready type이라고 함) 수상기는 셋톱박스를 별도로 구입해서 연결해야 디지털 방송을 시청할 수 있습니다.

10. 텔레비전을 새로 사려면 꼭 디지털 텔레비전 수상기를 사야하나요 ?

그렇지는 않습니다. 디지털 방송으로 전환하는 동안에는 장·단점을 잘 따져보고 사야 합니다. 디지털 기술은 계속 발전하는 기술이기 때문에 소비자가 원하는 품질과 기능, 그리고 가격을 면밀히 따져본 후 결정하는 것이 좋습니다.

또한 우리나라가 채택한 미국방식은 몇 가지 문제점을 해결하기 위해 미국에서 방식 개선 작업이 진행되고 있습니다. 따라서 성급하게 고가의 디지털 텔레비전을 구입하는 것은 개선 작업 후의 새로운 서비스를 받을 수 없으므로 신중한 결정을 하여야 합니다.

한편 아날로그 텔레비전을 갖고 있는 시청자들을 위해 정부와 방송사는 적어도2010년 까지는 동일한 프로그램을 아날로그와 디지털 두 가지 방식으로 동시에 전송하도록 할 예정입니다. 또한 앞에서 데이터방송 서비스는 시작시기도 불투명하고, 이를 수신할 수 있는 수신기(셋톱박스)가 아직 출시되지 않고 있어서 지금 셋톱박스나 일체형 수상기를 구입하시는 분은 이에 대한 고려를 하여야 합니다.

따라서 새로이 텔레비전을 구입해야 한다면 이러한 점을 고려하여 텔레비전을 구입하는 것이 좋을 것으로 판단됩니다. 지금으로서는 성급하게 고가의 HDTV용 수상기를 구입하는 것보다는 시장상황이나 방송사에서 고화질 프로그램 방영시간을 많이 늘리고, 데이터 서비스가 본격적으로 활성화 될 때까지 기다리는 것이 현명한 판단으로 사료됩니다.

11. 디지털 텔레비전 구입 즉시 고화질(HD) 프로그램을 볼 수 있습니까 ?

우리 나라의 디지털 방송은 SBS가 2001년 10월 26일, KBS1이 11월 5일에 시작하였고, MBC는 12월 2일, KBS2는 12월 31일부터 방송을 시작하였습니다. 디지털 방송용 송신기는 관악산에 가장 먼저 설치되었으며, 2002년 말까지는 남산 및 용문산에도 설치가 완료되어 서울과 수도권에서 시청이 가능하게 됩니다. 그러나 포천, 동두천, 파주 등과 같이 아날로그 간이중계소가 설치된 곳은 디지털 간이중계기가 설치되어야만 시청할 수 있습니다. 그리고 우리나라가 채택한 미국방식은 주변에 건물 같은 장애물이 있으면 수신에 영향을 많이 받으므로 주거지의 주변 여건에 따라 수신이 어려울 수도 있습니다.

또 아직 방송사들의 고화질 프로그램 제작여건이 충분히 갖추어지지 않아 고화질 프로그램이 많지 않습니다. 방송위원회에서는 디지털 방송 첫 해에는 주 당 10시간 정도의 고화질 프로그램을 방송하도록 요구하고 있으며 방송사들도 이를 지키려고 노력하고 있습니다. 나머지 시간은 일반 아날로그 프로그램을 디지털로 전환하여 방송하게 됩니다. 그러므로 고화질 프로그램을 시청하기에는 아직 여건이 충족되지 않았다고 할 수 있습니다.

12. 위성방송이나 케이블 텔레비전 방송도 디지털 텔레비전 수상기로 시청할 수 있습니까 ?

없습니다. 기존 아날로그 텔레비전처럼 해당 셋탑박스(전용수신기)가 있어야만 가능합니다. 위성, 케이블, 지상파를 모두 수신할 수 있는 통합 셋탑박스를 만들 수는 있지만 현재 우리 나라는 위성은 유럽식, 지상파는 미국식 등 매체간 방송방식이 통일되어 있지 않아 통합 셋탑박스를 제작하기가 어렵고 비용 또한 많이 듭니다. 우리 나라가 지상파를 유럽식으로 바꾸면 좀 더 쉽고 값싸게 통합 셋탑박스를 만들 수 있어 시청자들은 부담은 한결 줄어들 것으로 예상됩니다.

13. 디지털 방송을 시작했다는데… 기존 아날로그 텔레비전 시청자는 어떻게 됩니까 ?

2001년 10월 말부터 디지털 방송이 시작되었지만 아날로그 TV 시청자는 아무 영향을 받지 않습니다. 그냥 그대로 종전처럼 시청하실 수 있습니다. 왜냐하면 아날로그 방송이나 디지털 방송은 동일한 내용이 동일한 시간에 동시에 방송되기 때문에 시청상의 불이익은 없으며 아날로그 텔레비전 방송 자체는 기존 시스템 그대로 방송 종료 시점(2010년 예상)까지 이상 없이 시청하실 수 있습니다.

14. 아날로그 TV가 중단된다는 게 무슨 말인가요 ?

현재의 아날로그 방송과 디지털 방송은 향후 2010년 까지 동일한 프로그램이 동일한 시간에 동시에 방송됩니다. 그리고 2010년 이후에는 디지털 방송 수용인구 즉 디지털 방송수신이 가능한 디지털 수상기 또는 전용수신기(셋톱박스)를 보유한 가구수가 전체 시청가구수의 절대 다수(95%)를 차지하면 방송을 중단하게 됩니다. 물론 DTV 시청인구가 절대 다수가 되지 않는다면 계속 아날로그 방송을 하게 됩니다.

그러나 현재 미국과 유럽의 진행상황을 보면 이보다 훨씬 길어질 것으로 전망됩니다. 심지어 2025년 되어야 가능하다고 말하는 사람들도 있습니다. 아무튼 많은 전문가들이 현재의 아날로그 텔레비전 방송이 예상보다 훨씬 오래 갈 것으로 보고 있습니다.

15. 아날로그 텔레비전 방송이 중단되면 지금의 수상기는 쓸모 없게 됩니까 ?

아닙니다. 아날로그 방송이 중단되더라도 디지털 TV 수신용 셋탑박스(Set-top Box)를 아날로그 TV수상기와 연결하면 디지털 TV를 계속 시청할 수는 있습니다. 화질을 그다지 중시하지 않는 시청자라면 굳이 디지털 텔레비전 수상기로 바꿀 필요는 없습니다.

16. 디지털 TV로 전환하는 것이 어렵습니까 ?

디지털 TV로의 전환은 많은 비용과 시간을 필요로 하는 굉장히 어려운 일입니다.
첫째, 방송 제작시설과 송신시설을 모두 디지털 시설로 바꾸는데 필요한 막대한 예산을 어떻게 마련할 것인가 하는 문제입니다. 이렇듯 막대한 국가적인 예산과 국민의 부담을 필요로 하기 때문에 디지털 TV로의 전환은 매우 신중하게 추진해야 합니다. 선진국들은 이러한 비용을 국내에서 어떻게 분담할 것인가에 대해 활발한 토론을 벌이고 있습니다

둘째, 디지털 텔레비전 수상기를 얼마나 싼값에 얼마나 빨리 보급할 수 있는가 하는 것입니다. 이는 "닭이 먼저냐, 달걀이 먼저냐"하는 문제와 같습니다. 디지털 텔레비전 수상기 가운데 고화질 수상기(HDTV)가 많이 보급되어야 방송사는 고화질 프로그램 방송시간을 늘릴 수 있고 더 많은 제작비를 들여 질 좋은 프로그램도 방송할 수 있을 것입니다. 다른 한편으로는 양질의 고화질 프로그램을 많이 방송해야 디지털 수상기의 수요가 늘어날 것입니다.

셋째, 디지털 TV로 바뀌면서 프로그램 복제에 따른 저작권 문제들이 쟁점으로 떠오르고 있으며, 이에 대한 콘텐츠 보호 기법이 연구되고 있습니다.

17. 정부는 지상파 디지털 전환을 서두르는 것 같은 데 올바른 방향인가요 ?

현재 우리나라 정부는 디지털 방송의 도입을 매우 서두르고 있습니다. 이에 대해 시민사회단체, 방송사노조, 방송관계 등 사회 각계에서는 "정부가 충분한 검증도 하지 않고 심각한 결함이 있는 미국식 디지털방송을 독단적으로 추진하고 있다"고 비난하고 있습니다.

외국의 사례를 보면, 아날로그 뿐만 아니라 디지털 방송제작장비 시장을 가장 많이 점유하고 있는 일본도 2003년에야 도쿄에서만 본방송을 실시하는 등 매우 신중하게 접근하고 있습니다. 98년에 미국방식을 채택했던 대만도 우리나라와 마찬가지로 2001년부터 디지털 방송을 실시할 계획이었으나, 2001년 상반기에 미국방식과 유럽방식의 현장비교시험을 실시하였습니다. 현장비교시험 결과 유럽방식이 미국방식보다 훨씬 우수한 수신성능을 보이자, 대만정부는 공식적으로 미국방식을 철회하고 지상파 방송사가 자율적으로 디지털TV방식을 선택하도록 하였습니다. 모든 지상파 방송사들이 우수한 이동수신과 실내수신 성능을 들어 유럽방식을 선택하자, 정부는 유럽방식을 공식적으로 채택하여 2002년 현재 매우 신중하게 본방송을 실시하고 있습니다.

이와 같이 대다수의 국가들이 자국의 상황에 적합한 디지털 방송 모델을 찾기 위해 신중에 신중을 기하고 있음에도 불구하고 우리나라는 아무런 검증도 없이 심각한 문제가 있는 미국식 디지털 방송을 채택했습니다. 게다가 미국에서조차 하자가 인정되어 미국식 디지털 방송방식의 개선작업이 진행되고 있음에도 불구하고 정부는 디지털TV 조기 보급에 열을 올리고 있습니다. "시티폰", "ISDN"사업 등 그 동안 정부의 방송·통신정책의 실패 사례에서 보았듯이, 일정한 검증과정 없이 잘못된 예측만을 가지고 성급하게 추진한 정책은 국민의 혈세만 낭비하게 됩니다. 이제라도 시청자의 권리와 국민의 세금을 생각해서 신중하고 철저한 검증 절차를 통한 디지털 방송 정책의 재검토가 이루어져야 할 것입니다.

덧붙여 정부는 97년에 미국식으로 디지털 방송 방식을 선정하면서 정확하지도 않은 디지털 텔레비전 수상기 수요 예측을 토대로 국내 가전사의 디지털 수상기 시장 선점에 의한 산업 효과를 내세워 왔습니다. 그러나 2002년 현재 미국은 디지털 TV 수신기 보급이 극히 저조하자, 대형 텔레비전부터 디지털 TV 수신장치를 내장할 것을 강제하려 하고 있습니다. 이에 전미가전협회 등은 텔레비전 단가만을 높일 뿐이라며 반발하고 있습니다. 따라서 위의 조치는 자칫 고가로 인해 디지털 TV 수신기 구입을 망설이는 시청자들을 더욱 주저하게 할 가능성이 있습니다. 여기에는 기존 아날로그방송이 사용하고 있는 주파수를 조기에 회수하고, 이를 판매하여 돈을 벌고자 하는 미국정부의 의도가 깔려있는 것으로 보입니다.

18. 방송방식이란 무엇입니까 ?

방송은 기술의 발달로 생겨난 매체입니다. 따라서 반드시 기술적인 틀이 필요하고 이 틀 안에서 방송되어야 합니다. 기술적인 틀이 바로 방식(또는 표준:Standard)입니다. 비유해서 설명하면 방송방식은 정보를 전달하는 측(송신측 = 방송사)과 정보를 받는 측(수신측 = 시청자)이 정보를 원활하게 주고 받을 수 있도록 미리 약속한 규칙입니다. 즉 하드웨어적인 언어라고 규정할 수 있습니다. 방송방식은 아날로그와 디지털을 가리지 않고 모두 필요합니다. 한편 방송매체에는 TV 뿐만 아니라 라디오, 위성, 케이블, 그리고 앞으로 도입될 데이터 방송이 있습니다. 이들 모두 나름대로의 방식이 있습니다. 특히 우리가 일반적으로 TV라고 부르는 지상파 방송은 사람들에게 가장 친숙하고, 대중매체로서의 영향력이 매우 커서 방송매체 중에서도 가장 중요한 위치를 차지하고 있습니다.

19. 방송방식이 그렇게 중요합니까 ?

물론입니다. (지상파)방송은 문화산업의 일부이자, 정보산업이기도 하며, 각종 전자, 통신기술의 집합체이기도 합니다. 또 언론의 기능을 수행합니다. 대중매체로서, 언론으로서 방송은 국민들에게 엄청난 영향을 미치고 있습니다. 방송이 이렇게 중요한데 방송을 시청자에게 전달하는 방송방식이 중요하다는 것은 더 말할 필요가 없을 것입니다. 더구나 방송방식은 한 나라의 국가표준으로서 한 번 정해지면 수십 년 이상을 사용하게 된다고 보았을 때, 우리 스스로 우리의 방송방식을 만들 수 없는 상황이라면 가능한 세계적 보편성을 확보하고 있으며 우리의 정서와 지형에 적합한 것을 선택해야 할 것입니다. 현재의 칼라 TV 표준은 1953년에 완성되어 약 50년을 사용하였고, 흑백까지 계산하면 70년 이상 사용한 셈입니다. 따라서 방식선정은 신중하고 또 신중하게 결정해야 합니다.

20. 미국식과 유럽식의 디지털방송에 대하여 설명해 주세요.

미국식은 미국의 첨단텔레비전방송방식위원회(ATSC : Advanced Television System Committee)에서 96년에 제정한 디지털 텔레비전 방송방식입니다. 방송방식에서는 가장 중요한 것이 송신소에서 가정까지 전달하는 기술인데 이것을 전송방식, 변조방식 또는 전송표준이라고 부릅니다. 세가지 용어가 동일한 의미로 혼용되고 있습니다. 여기서 변조라는 것은 방송프로그램을 각 가정에 전달될 수 있도록 전기적인 신호로 변환하여 전파에 싣는 기술을 말합니다. 그래서 미국식 디지털 방송을 보통 ATSC 방식 또는 전송표준의 이름을 따서 8-VSB 방식이라고 부르기도 합니다.

* 미국방식을 조각난 시체더미에서 짜맛춘 괴물 "프랑켄 슈타인"이라고 풍자한 그림
미국방식은 오로지 지상파 디지털 방송(DTV)에만 적용되며, 주로 고화질 방송만을 위해 개발된 기술입니다. 광활한 미국 대륙에서는 유용한 면이 없지 않으나 여러 가지 문제점들로 인해 미국에서조차 청문회까지 열리는 등, 논란을 불러일으키고 있습니다.

유럽방식은 유럽 내 디지털 영상 방송(DVB : Digital Video Broadcasting)이라는 컨소시엄에서 제정하여 유럽연합의 승인을 받은 것입니다. 이 방식은 이미 통신 분야에서 널리 사용되는 OFDM이라고 불리우는 변조방식을 디지털 방송에 적용시킨 것입니다. 유럽방식은 또한 위성(DVB-S), 케이블(DVB-C), 지상파(DVB-T) 등 모든 매체의 디지털 방송 규격이 기술적인 일관성을 가지고 있어 통일된 규격이라고 볼 수 있으며 따라서 세 가지 매체를 모두 수신할 수 있는 통합수상기를 구현하기가 용이하며 그 결과 소비자들의 부담이 미국식보다 저렴할 것으로 예측됩니다.

유럽방식은 고화질은 물론이고 아날로그 방송에서 나타난 기술적 결함들을 극복하는데 초점을 맞추어 개발된 기술입니다. 난시청의 해소와 실내안테나를 이용한 간편한 수신, 그리고 이동수신이 가능한 것이 유럽식 디지털 방송방식입니다.

 

1-3 디지털신호의 기초

디지털 신호에 의한 전송

아날로그 신호를 디지털 신호로 전송하는 처리과정을 그림2.1에 나타냈다.

[그림2.1] 디지털 신호전송

LPF(Low Pass Filter), S&H(Sampling and Hold) 및 A/D(Analog to Digital converter)가 송신측에 있고, D/A(Digital to Analog converter)부터 출력측까지 수신측이 된다. 아날로그 신호에서 디지털 신호로의 변환은 LPF에서 대역제환을 하고, S&H에서 아날로그의 연속신호를 샘플링해서 일정 간격의 샘플링을 만든다. 이 단계에서 각 샘플의 값은 아날로그 양이고 PAM(Pulse Amplitude Modulation)과 같다. A/D에서 각 샘플값을 2진수로 변환하면 PCM(Pulse Code Modulation)으로 되어 디지털 부호를 얻을 수 있다.

디지털 신호에서 아날로그 신호로는 D/A에서 PAM으로 변환하여 각 샘플의 아날로그 값을 얻는다. 이것은 일정 간격의 이산치(離散値)이고. LPF에서 샘플간 보간을 하여 아날로그 신호로의 변환을 완료한다. 디지털 전송계에서 영상, 음성신호를 취급하기 위해서는 리얼타임 처리가 필요하다. 이 경우 영상신호는 전송 주파수 대역이 넓어 샘플링 간격을 짧게 하지 않으면 안되기 때문에 음성신호에 비해서 상당한 고속처리가 요구된다.

샘플링과 샘플홀드

샘플링(sampling, 표본화)이라는 것은 연속된 아날로그 신호를 어떤 시간 간격으로 나누고, 나뉘어진 기간의 순시값을 추출해서 샘플(sample, 표본)을 만드는 것이다. 텔레비전 영상으로 말하자면 화소로 분해하는 것이고 , 얻어진 샘플은 화소에 해당한다. 시간 간격을 결정하는 신호를 샘플링 펄스(sampling pulse : 표본화 펄스)라고 하고, 시간 간격을 T라 하면 1/T를 샘플링 주파수(sampling frequency : 표본화 주파수)라고 한다.

A/D변환 처리기간 중에 샘플링 값에 변동이 있으면 안된다. 이 때문에 다음 샘플이 얻어질 때까지 샘플값을 홀드(유지)하는 것이 샘플홀드이다. 샘플링의 모양을 그림2.2에 나타냈다. 그림2.2(a)의 아날로그 스위치에서 샘플링이 이루어지며, 출력에 삽입되어 있는 콘덴서가 샘플홀드(sample hold)이다. 샘플출력으로는 그림2.2(b)의 샘플파형이 얻어진다.

샘플링과 LPF

샤논(Shannon)의 샘플링 정리에 의하면 이상적인 로패스 필터(LPF)에서 f0로 대역 제한된 신호는 2f0의 주파수로 샘플링하면 전송된 신호를 복원할 수 있다. 지금 대역제한되지 않은 신호를 샘플링한 경우를 생각해 보자. 임의로 2kHz의 사인파를 8kHz로 샘플링하면 그림2.3으로 된다.
[그림2.2] 입력신호의 샘플링

[그림2.3] 2kHz를 8kHz로 샘플링

그림2.3은 2kHz를 8kHz로 샘플링할 경우 입력신호에 6kHz가 포함되어 있으면 샘플링 점이 동일하게 되어 6kHz도 2kHz로서 판정하는 것을 보여주고 있다. 이것은 6kHz를 8kHz의 반송파로 진폭변조한 경우에 하측파로서 2kHz가 나타나는 것처럼 샘플링 주파수를 중심으로 앨리아싱(aliasing) 현상이 존재한다는 것을 나타내고 있다. 앨리아싱 현상을 방지하기 위해서는 입력신호를 샘플링하기 전에 LPF로 샘플링 주파수의 1/2 이하로 대역제한하지 않으면 안된다. 대역제한을 위해서 삽입하는 LPF를 안티 앨리아싱 필터(anti-aliasing filter)라고 한다. 또 대역제한이 불충분하다면 앨리아싱된 주파수 성분은 노이즈가 되고 이것을 앨리아싱 노이즈(aliasing noise)라고 부른다.

어떤 주파수 이하를 100% 통과시키고 그것을 초과하는 주파수는 100% 감쇄되는 이상적인 LPF는 존재하지 않는다. 보통 샘플링 주파수는 전송 주파수의 2배보다 높게 설정된다. 예를들면 20kHz까지의 주파수 전송을 하는 텔레비전 음성의 샘플링 주파수는 48kHz로 설정되어 있다.

양자화

샘플링에 의해서 얻어진 샘플값(아날로그양)을 n개의 레벨로 분해하고 샘플값을 가장 가까운 이산치(離散値)에 근사시키는 것을 양자화(quantization)라고 하고 보통은 2진수로 표현한다. 샘플링이 시간축에서 이산치로의 변환이라면 양자화는 진폭축에서 이산치로의 변환이라고 할 수 있다. 그림2.2에 나타난 샘플링을 8레벨로 양자화하면 그림2.4로 된다.

[그림2.4] 양자화와 양자화 오차 (3비트 양자화의 예)

양자화에 의해서 얻어진 값은 표시의 값으로 샘플값과는 차이가 난다. 양자화 값과 샘플값과의 차는 양자화 오차로 나타난다. 양자화 오차는 전송로에서 노이즈의 혼입에 따른 파형왜곡으로도 표현되며 양자화 노이즈(quantizing noise)라고도 한다. 양자화에는 양자화 스텝을 등간격으로 하는 직선 양자화(linear quantizing)와 입력신호의 진폭에 따라서 양자화 스텝을 변화시키는 비직선 양자화(non-linear quantizing)가 있다. 음성처럼 소진폭 신호로 표현될 확률이 높은 정보에서는 소진폭 부분의 양자화 스텝을 세밀하게 하여 양자화 노이즈를 귀로 느낄 수 없도록 비선형 양자화를 사용하는 경우도 있다. 그러나 전자 디바이스가 발달한 현재는 양자화 노이즈를 경감하기 위해서는 양자화 비트수를 많게 해서 직선 양자화를 하는 것이 바람직하고, 비직선 양자화를 이용하는 경우는 드물다.

그외에 양자화에 의한 왜곡으로는 과부하 노이즈(saturation noise)가 있다. 입력레벨이 양자화 범위를 넘는 경우, 양자화로 얻어진 데이터는 양자화 범위를 넘는 부분에 대해서는 전부 1 또는 0이 된다. 특히 음성신호에서는 2의 보수로 표현하는 경우가 많고, 이 경우 과대입력이 되면 정(正)의 부호(011…)가 부(負)의 부호(100…)로 바뀌고 펄스성 노이즈가 되어 청각에 장해를 준다. 과부하 노이즈도 양자화에 따라 발생하는 노이즈로서 광의의 양자화 노이즈라고 할 수 있다.

A/D 변환기

샘플링과 샘플홀드(S&H) 및 양자화 회로를 총칭해서 A/D 변환기(Analog to Digital converter)라고 하는데 협의로는 양자화 회로를 가르키는 경우도 있다. 텔레비전 영상신호의 디지털화에는 고속처리가 요구되기 때문에 A/D변환기는 그림2.5의 병렬비교(flash)형이 주로 사용된다. 전압비교기(voltage comparator) 중 하나의 입력은 기준전압이고 각 비교기는 항상 입력 아날로그 신호와 전압비교를 한다. 지금 입력전압(Va)이 V5<Va≤V6라면 기준전압 V5 이하의 비교기에는 모든 출력이 나타나고, D플립플롭의 클럭단자(K)에 입력되는 샘플링 펄스의 타이밍으로 비교기 출력은 메모리 된다. 배타적 논리합(exclusive OR)부터 출력까지는 2진수로 변환하는 부호화기(encoder)이다.

[그림2.5] 병렬 비교형 A/D변환기 (3비트 양자화)

병렬형 A/D변환기는 1회의 타이밍으로 모든 처리를 완료하기 때문에 고속처리가 가능하다. 또 아날로그 신호에 의한 샘플링 및 샘플홀드를 필요로 하지 않는다. 그러나 양자화 비트수가 많아지면 비교기의 수도 증가하게 된다. 예를들면 8비트 양자화를 하기 위해서는 255개의 비교기가 필요하게 되는데 전자 디바이스가 발달한 현재는 가능하다.

컴포넌트 전송에서의 크로마포맷

컴포넌트 전송(1.7절 참조)에서 휘도신호와 색차신호의 전송대역비를 크로마포맷(chroma format)이라고 부른다. 색차신호에 대한 눈의 해상도는 휘도신호에 비해서 떨어지기 때문에 색차신호의 전송대역은 휘도신호보다 좁게 해도 되기 때문에 미국, 일본 등의 525/60과 유럽의 625/50 모두 공통의 값으로서 휘도신호 대역 4MHz, 2개의 색차신호 대역을 각각 2MHz로 하는 방식을 4:2:2 크로마포맷이라고 부르게 되었다. 그러나 HDTV에서는 30:15:15로도 부르고 있지만 역시 4:2:2 명칭이 사용되며, 현재는 휘도신호와 색차신호를 디지털화하는 경우 샘플링 주파수의 비를 표현하는 형태로 되었다. 현재 가장 일반적인 크로마포맷을 표2.1에 나타내었다.

[표2.1] 크로마포맷

텔레비전 영상신호의 디지털화

국제간 프로그램 교환을 위해서는 525/60 방식과 625/50 방식을 상호 방식변환해야만 한다. 그런데 두 방식의 디지털화 프로세스를 동일하게 하고 가능한한 공통의 파라메타를 사용하는 것이 바람직하다. 국제 통일규격으로서 텔레비전 신호의 디지털 처리에는 컴포넌트 신호, 크로마포맷 4:2:2, 샘플링 주파수 13.5MHz를 채택하고 있다. 휘도신호에 대한 샘플링 주파수는 두 방식의 수평주파수의 공배수로부터

fh(525/60)×143=fh(625/50)×144=2.25MHz

단, fh(525/60)=(2/455)×fsc(=(63/88)×5MHz) (1.8절 참조), fh(625/50)=625×25=15.625kHz (1.14절 참조)로 하여 두 방식에 공통되는 값 2.25MHz를 구하고, 샘플링 정리를 만족하는 13.5MHz(=2.25×6)를 샘플링 주파수로 설정했다. 색차신호의 전송대역은 휘도신호의 1/2로 충분하며 크로마포맷 4:2:2에 대응하는 6.75MHz(=(1/2)×13.5MHz)로 하고 있다. 다시말해 525/60 방식의 수평주파수는 루비듐 발진기의 5MHz에서 분주한 값이며, fsc를 3.579545MHz로 계산하면 정확하게 2.25MHz가 되지 않는다. 국제통신연합 무선통신부문의 권고에 의한 컴포넌트 신호에 관한 파라메타를 표2.2에 나타냈다.

[표2.2] 컴포넌트 신호의 부호화 파라메타 (ITU-R Rec.601)

* ITU-RS(ITU Radiocommunication Sector, 국제통신연합 무선통신부문) 1992년 12월 ITU의 조직개정에 따라 CCIR이 ITU0RS로 편입되었고, 구 CCIR의 권고는 ITU0R권고(Recommendation)라고 부른다.

국제규격은 컴포넌트 디지털이지만 컴포지트 신호를 그대로 디지털화하면 아날로그 전송로에 적용시키는데 편리하며, 일본에서는 VTR 등의 방송기기에 컴포지트 디지털도 많이 사용하고 있다. 컴포지트 신호의 샘플링 주파수로는 부반송파 주파수의 정수배가 사용되며, 초기의 방송기기에는 부반송파의 3배(3fsc≒10.7MHz)가 많이 사용되었다. 부반송파 주파수(fsc)는 수평주파수(fh)의 227.5(455/2)배로 선정되었기 때문에 3fsc에서는 주사선수 1개당 682.5 사이클에 해당한다. 따라서 3fsc로 구성되는 샘플링 펄스는 주사선마다 180o 위상차이가 나고 그림2.6처럼 화면상에서 샘플링 점이 다른 장소에 표시된다.

[그림2.6] 3fsc에 의한 샘플링

샘플링 주파수를 4fsc(14.318MHz)로 선정하면 샘플점의 차이는 발생하지 않으며, 현재의 컴포넌트 디지털 기기의 샘플링 주파수는 4fsc를 사용하고 있다. 표2.3에 컴포지트 신호에 관한 파라메타를 나타내었다.HDTV의 디지털 변환에도 1125/60과 1250/50 두 방식에 공통의 파라메타를 ITU-R 권고 709에 의해서 규정하고 있다.

샘플링 주파수는 2.25MHz의 정수배이고 주사선당 수평귀선기간을 제외하고 유효화소수는 1920으로 한다. 2.25MHz의 정수배를 만족하는 값으로서 fh(1125/60)×2200=fh(1250/50)×2376=74.25MHz가 얻어진다. 이 값은 2.25MHz의 33배(=13.5MHz×5.5)이다. HDTV에 관한 파라메타를 표2.4에 나타냈다.

[표2.3] 컴포지트 신호의 부호화 파라메타

[표2.4] HDTV의 부호화 파라메타 (ITU-R Rec.709)

휘도신호의 샘플링 주파수를 54MHz로 하고 주사선당 유효화소를 1440으로 하는 안도 유럽에서 제안되었다. 이 때문에 MPEG-2(차후 설명)에는 High 1440 Level이 표준화되어 있다. 수직귀선기간을 제외하고 유효주사선수를 일본에서는 1035로 하고 있지만 미국의 ATV(Advanced TeleVision)에서는 1080을 채택하고 있다. 이것은 텔레비전 화면을 aspect비 1:1로 잘라 냈을 때 1080×1080의 스퀘어 픽셀(square pixel)을 구성하게 하여 컴퓨터와의 친화성을 고려하고 있다.

 

음성신호의 디지털화

음성신호의 디지털 녹음은 방송용 VTR을 사용한 것에서 시작했기 때문에 샘플링 주파수도 영상신호의 수평주파수로부터 단한 정수비를 이용해서 이끌어 낸 값으로 되었다. 샘플링 주파수는 3종류가 규정되어 있고, 각각

48kHz =(1144/375)×fh(525/60)=(384/125)×fh(625/50)
44.1kHz =(147/160)×48kHz
32kHz =(2/3)×48kHz로 구해진다.

48kHz 및 44.1kHz 샘플링에서 음성신호 대역은 20kHz까지 전송가능하고 32kHz 샘플링에서는 15kHz이다. 표2.5에 음성신호의 부호화 파라메타를 나타낸다.

[표2.5] 음성신호의 부호화 파라메타

디지털 신호의 직렬전송

A/D 컨버터에서 얻어지는 부호는 병렬(parallel) 데이터이다. 병렬 데이터를 그대로 전송하는 것이 병렬전송(parallel transmission)이다. 이 경우 비트수와 같은 수의 전송로를 필요로 하고, 그외에 클럭 전송로도 필요하게 된다. 예를들면 10비트 양자화된 영상신호의 전송에는 11개의 전송로가 필요하게 된다. 장거리 전송이라면 비트간의 위상오차도 무시할 수 없기 때문에 보통 디지털 데이터의 전송은 직렬전송(serial transmission)이 이용된다. 병렬 데이터에서 직렬 데이터로의 변환(parallel to serial conversion : P/S변환)은 그림2.7처럼 쉬프트 레지스터로 구성할 수 있다(D는 1비트 지연소자).

[그림2.7] 쉬프트 레지스터에 의한 병-직렬 변환

직렬전송에서는 병렬 데이터가 입력되는 기간내에 직렬전송을 완료하지 않으면 안된다. 영상신호를 13.5MHz 샘플링, 10비트 양자화하면 병렬 데이터 1샘플의 입력주기는 1/13.5㎲ 이내에 완료하지 않으면 안되고, 전송 비트레이트는 135Mb/s가 된다. 크로마포맷 4:2:2의 컴포넌트 신호의 전송에서는 표2.2에 나타난 것처럼 270Mb/s가 요구된다.

디지털 신호의 베이스밴드 전송

영상·음성신호 또는 A/D변환에 의해 전압의 변화로서 표현된 디지털 정보를 베이스밴드(baseband : 기저대역) 신호라고 부르고, 이에 대해 반송파로 변조된 신호를 搬送信號라고 부른다. 디지털 정보의 베이스밴드 신호는 2値 신호이다. 펄스신호 파형에는 그림2.8에 나타난 NRZ(Non Return to Zero) 또는 RZ(Return to Zero)가 보통 사용된다. NRZ신호는 이름 그대로 데이터가 변화할 때까지 신호레벨이 변화하지 않는 형식이며, unipolar(단극성)이라는 것은 레벨 0과 +1을 데이터에 대응시키고, bipolar(양극성)이라는 것은 레벨 -1과 +1을 데이터에 대응시키고 있다. 한편 RZ신호는 데이터가 입력될 때마다 신호레벨이 반드시 일단 0으로 돌아가는 신호형식이고, NRZ와 같이 unipolar와 bipolar가 있다.

[그림2.8] 펄스파형의 표현

RZ신호는 NRZ신호에 비해서 펄스폭이 좁으므로 전송대역폭이 넓어 지기 때문에 전송에 사용되는 베이스밴드 신호로는 보통 NRZ가 이용된다. 직렬전송된 펄스열에는 클럭이 포함되지 않기 때문에 수신측에서는 입력 펄스열로부터 클럭을 재생하지 않으면 안된다. 그러나 NRZ신호에서 0 또는 1이 연속되는 경우, 신호는 직류가 되고 입력 펄스열로부터 클럭을 재생하는 것이 곤란해진다.

또 영상신호처럼 인접하는 화소, 주사선, 프레임간에 상관관계가 강한 신호에서는 같은 데이터가 연속될 확률이 높고, 전송 주파수 대역내 스펙트럼의 에네르기가 한쪽에 치우친다. 특정 스펙트럼에 에네르기가 집중하면 위성중계기(transponder)처럼 사용전력에 제한을 받는 기기에서는 혼변조에 의해 전송 데이터에 장해가 발생할 우려가 있다. 그리고 0 또는 1이 연속되는 경우에도 클럭 재생이 쉽도록, 또 에네르기가 집중되지 않도록 디지털 데이터를 스크램블(데이터의 비밀유지를 위한 스크램블과 구별하기 위해서 전송 스크램블이라고 한다), 또는 에네르기를 확산시킨 부호로 전송할 필요가 있다.

VTR 등의 기록매체에서는 8비트 정보를 14비트로 변환하고 직류성분의 발생을 없앤 EFM(Eight to Fourteen Modulation)처럼 이른바 DC-free도 있지만 이 경우에는 비트수가 증가한다. 전송로의 용량에 제한이 있는 일반적인 전송로에서는 疑似 랜덤 노이즈(pseudo noise : PN신호라고 한다)를 가산하는 방법이 이용된다. PN가산방식은 전송신호에 PN신호(의사 노이즈)를 배타적 논리합으로 가산하는 방식이다. 지금, 전송신호가 111111111라고 가정하자. 여기에 PN신호 100101010을 그림2.9의 회로로 가산하면 출력신호는 011010101로 되어 1의 연속을 방지할 수 있게 된다.

[그림2.9] PN신호 가산에 의한 스크램블

[그림2.10] PN신호 가산에 의한 디코드

수신측에서는 송신측과 같은 PN신호를 가산해서 송신신호로 디코드한다. 그림2.9, 2.10에서는 PN신호를 고정 데이터로 했지만 이 경우에는 전송신호가 PN신호와 같게 되면 반대로 0이 연속된 신호로 되어 버린다. 따라서 PN신호로는 보통 M계열 부호를 사용한다. 쉬프트 레지스터와 배타적 논리합을 조합시킨 그림2.11의 회로를 생각해 보자.

[그림2.11] M계열 부호 발생기

그림2.11의 각 레지스터의 초기상태를 000으로 하면 쉬프트 레지스터의 출력은 항상 0이다. 그러나 초기상태가 000이 아니라면 3개의 레지스터 출력에는 001부터 111 중 하나의 부호가 나타나고, 7클럭마다 쉬프트 레지스터는 초기상태로 되돌아가게 된다. 이와 같이 하여 얻어진 부호를 M계열(Maximum length shift register sequence : 최대 길이 쉬프트 레지스터 계열) 부호라고 한다.

M계열 부호를 PN신호로 하면 클럭마다 다른 부호가 가산되고 전송 데이터에 포함되는 직류성분은 줄어든다. 그림2.11에서는 이해를 쉽게 하기 위해서 3단의 쉬프트 레지스터를 이용했지만 13.5MHz 샘플링, 10비트 양자화의 컴포넌트 영상신호가 적용되는 방식으로 9단의 쉬프트 레지스터를 이용하는 것으로 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers : 미국의 영화·텔레비전 기술협회)가 규정하는 SMPTE-259M 규격이 있다. SMPTE-259M은 9단의 쉬프트 레지스터로 구성하는 M계열 신호발생기에 전송 데이터를 입력하는 스크램블 회로이고, 그 구성을 그림2.12에 나타냈다(클럭입력은 생략).

[그림2.12] SMPTE-259M의 스크램블 회로

SMPTE-259M에서는 스크램블 회로의 다음에 전송로의 극성을 없애기 위해서 스크램블 출력에 NRZ신호를 NRZI 신호로 변환하는 회로를 부가하고 있다. 따라서 SMPTE-259M의 엔코더는 그림2.13처럼 된다.

[그림2.13] SMPTE-259M의 엔코더

NRZI(NRZ Inverted) 신호는 그림2.14에 나타난 것처럼 신호의 극성이 반전된 시점을 1로 하는 신호이다.

[그림2.14] NRZI 신호

SMPTE-259M의 디코드에서는 엔코더와 반대의 조작이 이루어지고, 그 회로는 그림2.15와 같이 된다.

[그림2.15] SMPTE-259M의 디코더

그림2.11은 피드백 회로를 原始多項式 x3+x+1로 구성한 M계열 신호 발생기이다. 또 SMPTE-259M의 스크램블 회로에는 원시다항식 x9+x4+1을, NRZ로부터 NRZI로의 변환에는 원시다항식 x+1을 피드백 회로에 적용하고 있는데 부호의 다항식 표현 및 원시다항식에 관해서는 제4장 ‘디지털 부호의 오류검출과 오류정정’에서 설명한다.

베이스밴드 전송에서의 부호간 간섭

NRZ 신호와 같은 구형파에는 무한의 대역까지 고조파가 포함되어 있다. 이같은 신호를 유한의 대역을 갖는 일반 전송로를 통과시키면 파형잡음에 의해 그림2.16처럼 부호간 간섭(intersymbol interference)이 발생한다.

[그림2.16] 부호간 간섭을 발생시키는 전송로

데이터 전송에서는 데이터를 정확하게 수신할 수 있어야 한다는 것이 중요하지 송신파형을 올바르게 수신한다는 것은 중요하지 않다. 따라서 펄스파형을 부호간 간섭이 생기지 않는 파형으로 변환해서 전송할 필요가 있다. 부호간 간섭이 발생하지 않는 파형이라는 것은 연속하는 펄스열에서 자기의 중심점에서는 진폭≠0이고, 다른 샘플점에서는 진폭=0으로 되는 파형이다. 이같은 파형을 만들기 위한 조건은 나이퀴스트(H. Nyquist)에 의해서 구해졌다.

[그림2.17] 이상 LPF의 펄스응답

지금 주파수대역 0∼f0에서는 진폭변화가 없고, 또 위상변화가 직선이며 f0를 넘는 주파수대역은 100% 감쇄하는 이상적인 LPF가 있다고 하자. 이상적인 LPF에 단일 펄스를 입력한 경우의 출력파형은 그림2.17(b)에 나타난 것처럼 f(x)=(sinx/x)로 표현되는 파형이 된다. 그림2.17(b)에 나타난 파형은 시간 T(=1/2f0)마다 진폭이 0이 된다. 따라서 1/2f0 간격으로 부호를 보내면 부호간섭이 없는 데이터 전송이 가능하다. 2f0를나이퀴스트 속도, T(=1/2f0)를 나이퀴스트 간격이라고 한다. 그러나 이상적인 LPF는 실현 불가능하다. 이상적인 LPF와 마찬가지로 1/2f0 간격으로 진폭이 0이 되는 LPF에 그림2.18의 코사인 롤오프 필터(cosine roll-off filter)가 있다.

[그림2.18] 코사인 롤오프 필터의 특성

그림2.18(a)의 코사인 롤오프 특성은 다음식으로 표현된다.


α=f1/f0로 할 때 α를 롤오프율이라고 한다. f1=0, 다시말해 α=0은 이상적인 LPF이다. 코사인 롤오프 필터에 베이스밴드 신호를 통과시키면 그림2.18(a)에서 α=0.5일 때 0∼1.5f0가 통과대역이고 α=1일 때는 0∼2f0가 통과대역이다. 나이퀴스트 속도 2f0는 샘플링주파수, 다시말해 전송 비트레이트이기 때문에 전송 비트레이트를 br이라고 하면 전송로에 요구되는 주파수 대역폭 Bw는
이 된다.

디지털에서 아날로그로

펄스 파형으로 전송되는 디지털 데이터는 펄스 파형 그대로 처리되는 한 전송도중에서 품질의 열화는 없다. 그러나 마지막에는 아날로그 신호로 되바꾸지 않으면 사람이 이해할 수 있는 화상이나 음성으로 만들 수 없다. 직렬 전송된 디지털 데이터는 그림2.19의 직-병렬 변환회로에 의해 병렬 데이터로 된다.

[그림2.19] 디지털에서 아날로그로

병렬 데이터는 D/A변환기에 의해 아날로그 신호를 샘플링한 파형(PAM)으로 되돌려진다. PAM신호는 이상적인 LPF에 의해서 샘플 사이를 보간(補間)하면 완전하게 원신호로 복원할 수 있다. 그러나 현실로는 이상적인 LPF는 존재하지 않기 때문에 복원신호에는 오차가 생긴다. 이 오차를 補間誤差, 또는 보간 노이즈라고 한다.

그림2.19의 D/A변환기로 자주 사용되는 회로로는 R-2R 래더 저항회로를 들 수 있다. 이것은 R과 2R의 2종류의 전기저항만으로 구성되는 그림2.20과 같은 회로이다. 그림2.20에서 버퍼증폭기(BA)에 디지털 데이터가 입력되었을 때의 BA의 출력전압을 Ein이라고 하자. 지금 20의 단자에만 1이 입력되고 21, 22, 23의 단자입력은 0라고 하자. 이 경우의 등가회로를 나타내면 그림2.21로 된다. 그림2.21에서 출력전압(Eout)은 Ein/16이 되어 그림2.20의 D/A변환기는 Ein/16 스텝으로 출력전압이 변화하며, 20∼23의 모든 단자에 1이 입력되면 출력전압은 15Ein/16으로 된다. 그림2.20의 D/A변환기 출력을 2R로 종단하면 그림2.22로 된다. 그림2.22에서 출력전압(Eout)은 Ein/24 스텝으로 변화하는 D/A변환기가 된다.

[그림2.20] R-2R 래더저항 D/A변환기

[그림2.21] 20단자만 입력 1인 등가회로

[그림2.22] 출력을 2R로 종단한 D/A변환기

 

 

미국의 디지털TV 규격(ATSC 8-VSB) 소개

미국의 Grand Alliance가 고안, ATTC가 시험, FCC가 인정한 8-VSB란 과연 무엇인가? 간단히 말해서 8-VSB는 디지털 신호를 가정으로 보내기 위한 디지털 텔레비전 표준규격의 RF변조 포맷을 말한다. DTV시스템을 생각할 때 우선 사용되는 수많은 용어 중에서 8-VSB와 MPEG-II, 두 가지 용어는 반드시 기억해야 한다.

  • 8-VSB : RF변조 포맷
  • MPEG-II : 영상압축포맷

고선명 스튜디오 영상신호를 송출에 적합한 형태로 변환하려면 두 단계가 필요

  • MPEG-II 엔코딩과 8-VSB변조 → MPEG-II 엔코더와 8-VSB 엑사이터가 반드시 필요함
  • MPEG-II 엔코더는 기저대역의 영상신호를 DCT(Discrete Cosine Transform), Run Length Coding과 양방향 움직임 예측기법을 이용하여 압축.
  • MPEG-II 코더는 압축된 영상신호를 돌비 AC-3 오디오신호와 부가 데이터와 함께 다중화시킴. 그 결과는 19.39Mbit/sec의 전송률을 갖는 MPEG-II 비트 스트림이 생성됨. 1Gbit/sec 이상이 되는 엔코더 입력 데이터량을 19.39Mbit/sec로 줄이는 것은 결코 사소한 것이 아님.
  • 이 19.39Mbit/sec의 데이터 스트림을 DTV 전송 스트림이라 부르며 이것은 MPEG-II의 출력과 8-VSB 엑사이터의 입력이 된다.
  • 전송 스트림을 6MHz의 대역으로 전송하려면 몇 가지 과정을 더 거쳐야 하는데 이것을 8-VSB 엑사이터에서 수행

[그림1] 8-VSB 엑사이터 계통도

데이터 동기

  • MPEG-II 전송스트림를 엑사이터에 동기시킴
  • MPEG-II 전송스트림의 시작과 끝을 정확히 인식해야 함
  • MPEG-II의 동기 바이트를 이용하여 수행
  • MPEG-II전송 스트림은 188바이트로 구성되며 첫 번 바이트는 항상 동기 바이트임
  • 이후의 과정에서 동기 바이트는 효력이 상실되며 ATSC 세그멘트 동기신호로 대치됨

데이터 랜덤화(Data Randomizer)

  • 세그멘트와 필드 싱크가 없다면 8-VSB 데이터 스트림은 노이즈처럼 완전히 랜덤한 형태
  • ATSC 변조신호는 허용대역에서 최대의 효율이 발휘하도록 백색 노이즈와 같은 스펙트럼 형태를 띰 → 방송신호는 반복 형태를 갖고 있으므로 신호가 특정 주파수에만 몰릴 수 있으며 반대로 어떤 주파수는 비어 있을 수 있음
  • 데이터 랜덤화기에서 각 바이트 값은 의사 랜덤 수자 발생기의 패턴에 따라 바뀜
  • 이 과정은 수신기에서 역으로 처리되어 정확한 값을 복원함

리드 솔로몬 부호화

  • 리드 솔로몬 부호화는 입력 데이터 스트림에 부가되는 FEC구조
  • FEC : 전송과정에서 발생하는 비트 에러를 보정하는 기술. 대기중의 노이즈, 다중경로 전파, 신호 페이딩과 송신기의 비직선성은 모두 비트 에러발생 요인임
  • MPEG-II 전송 스트림의 187바이트 후미에 20개의 바이트를 추가 → 20바이트를 리드 솔로몬 패리티 바이트라 함
  • 수신기에서는 수신된 187바이트를 20패리티 바이트와 비교, 정확성을 판별함 → 에러가 검출되면 에러의 위치를 찾아내어 왜곡된 바이트를 수정해서 원래의 신호로 복구함
  • 이 방법으로 스트림당 10바이트의 에러까지 복구가능함
  • 그 이상의 에러는 복구 불가능하며 전체의 스트림은 폐기처분됨

데이터 간삽기(Data Interleaver)

  • 데이터 스트림의 순서를 교란, 전송신호를 간섭에 강(둔감)하도록 시간축상에서 데이터를 분산시킴(버퍼 메모리를 이용, 4.5msec 동안)
  • 신호 대역의 어떤 부분에 노이즈가 발생하더라도 그 외의 대역에 있는 신호는 보존됨(Time Diversity)
  • 이 과정은 수신기에서 역으로 처리되어 정확한 값을 복원함(그림2. 참조)

[그림2] 데이터 인터리빙

격자 부호화(Trellis Encoder)

  • 또 다른 형태의 FEC
  • MPEG-II전체 스트림을 다루는 리드 솔로몬 코딩과 달리, 격자부호화는 시간의 영향을 고려하는 코딩 →중첩부호화(Convolutional Code)
  • 격자부호화과정에서는 8비트 바이트를 4개의 2비트 워드로 분할
  • 2비트 워드는 이전의 워드와 비교됨
  • 3비트 2진 코드가 이전 워드에서 현재 워드로의 변화를 기술할 목적으로 발생됨
  • 이 3비트 코드가 원래의 2비트 워드를 대체하여 8-VSB의 여덟 레벨 심볼로 전송됨(3비트 = 23 = 8레벨
  • 트렐리스 코더로 입력된 2비트 워드는 3비트 신호로 변환되어 출력됨 → 이러한 이유로 8-VSB시스템을 2/3레이트 코더(rate coder)라 부르기도 함
  • 트렐리스 코딩의 강점 : 시간에 따른 신호의 경과를 추적하여 오류 정보를 제거함 → 마치 눈밭에 찍힌 발자국을 따라 가는 것과 유사

[그림3] 트렐리스 코딩

동기 및 파이롯트 삽입(Sync & Pilot Insertion)

  • 전송된 RF신호를 수신기가 정확하게 복조하도록 역할
  • ATSC 파이롯트, 세그멘트 동기, 프레임 동기신호
  • 트렐리스 코딩 후에 삽입
  • 수신신호에서 클럭신호를 복원하는 것은 디지털 RF통신에서 까다로운 작업임
  • 복원 데이터에서 클럭을 찾는 것은 ‘계란이 먼저냐 닭이 먼저냐’와 같은 성격의 작업
    – 데이터는 수신기 클럭으로 표본화되어 복원됨
    – 수신기 클럭 자체가 복원된 데이터에서 생성됨
    – 클럭 시스템은 노이즈나 간섭 레벨이 클 경우 붕괴됨
  • NTSC의 경우에도 강력한 동기신호가 필요함
  • ATSC 파이롯트 신호
    – 변조 직전에 약간의 DC편이(1.25V)가 8-VSB기저대역 신호(DC성분은 없이 0볼트 근처로 사전에 집중)에 인가됨
    – 약간의 잔류 반송파가 변조된 스펙트럼의 제로 주파수 포인트에 나타남
    – 이것이 ATSC 파이롯트 신호임
    – 전송신호와 무관하게 수신기의 RF PLL회로에 동기시키는 역할을 함
    – 성격은 유사하나 ATSC 파이롯트 신호는 NTSC영상 반송파보다 훨씬 작으며 송신전력의 7%(0.3dB)에 불과함
  • ATSC 세그멘트 동기, 프레임 동기신호
    – ATSC 데이터 세그멘트는 원래의 MPEG-II 데이터 스트림 187바이트+20바이트(리드 솔로몬 부호)로 구성
    – 트렐리스 코딩후 207바이트의 세그멘트는 828개(=207×4), 8레벨 심볼 스트림으로 바뀜
    – 세그멘트 동기신호 : 데이터세그멘트의 머리에 부가되는 반복형태의 4개의 심볼(1바이트) 펄스로서 원래의 MPEG-II 전송 스트림의 동기 바이트를 대체함. 수신기에서는 완전히 랜덤한 여타 데이터에서 반복형태를 지닌 세그멘트 동기신호를 식별하는 것은 용이함 → 데이터 복구가 불가능할 정도의 노이즈와 간섭레벨에서도 클럭의 정확한 복원이 가능(SNR 0dB까지) 복원된 동기신호는 수신기 클럭을 생성하는데 사용→ 데이터의 복원(닭이 먼저냐,계란이 먼저냐 해결)

[그림4] ATSC데이터 세그멘트 구조

ATSC와 NTSC의 유사성

NTSC
ATSC

신호단위
수평주사선 길이 : 63.6msec
데이터 세그멘트길이 : 77.3usec

동기신호
수평동기신호 길이 : 4.7msec
세그멘트 싱크폭 : 0.37msec (데이터 효율 최대화)

ATSC 데이터 프레임

  • 313개의 연속된 데이터 세그멘트로 구성

[그림5] 데이터 프레임 구조

  • ATSC프레임 동기는 전체 데이터 세그멘트가 됨
  • 반복주기는 24.2msec이며 NTSC의 수직귀선기간(Vertical Interval)과 유사(NTSC 주기=16.7msec)
  • 프레임 동기는 잘 알려진 데이터 심볼 패턴을 갖고 있으며 수신기에서 고스트제거에 사용됨
  • 이 과정은 에러가 포함된 수신신호를 프레임 동기와 비교함으로써 이루어지며 그 결과 나타나는 에러 벡터를 이용하여 고스트제거 등화기의 특성을 조정
  • 세그멘트 동기와 같이, 반복성이 있으므로 데이터 복구가 불가능할 정도의 노이즈와 간섭레벨에서도 프레임 싱크의 정확한 복원이 가능(SNR 0dB까지)
  • 노이즈와 간섭에 강한 세그멘트 및 프레임 싱크의 역할로 다중경로 왜곡에 의해 데이터가 완전히 교란된 상태에서도 클럭의 정확한 복원이 가능 → 데이터 복구 가능

AM 변조

  • 동기신호와 DC파이롯트가 부가된 8레벨 기저대역 신호는 IF AM변조시킴
  • 하측파대는 거의 모두 제거시킴

나이키스트 필터

  • 원래의 MPEG-II스트림에 여러 가지 데이터를 부가시킨 결과 엑사이터 입력단의 데이터 레이트가 19.39Mbit/s에서 트렐리스 코더 출력단에서는 32.28Mbit/sec로 증가
  • 심볼레이트 = 32Mbit/3 = 10.76Million symbols/sec(∵1심볼=3비트)
  • 나이키스트 이론에 따라 점유대역폭은 1/2×10.76MHz = 5.38MHz
  • ATSC채널 할당대역폭 : 6MHz
  • 잉여 대역폭 : 620kHz, 여유도(α) = 11.5%, α가 클수록 시스템 설계(필터 설계, 클럭 정밀도 등)가 용이

[그림6] 나이키스트 필터 후의 주파수 특성

[그림7] NTSC 파형

  • 그림6.에서 보면 채널의 앞부분에 파이롯트가 보임
  • 하측파대(파이롯트 앞부분)는 거의 제거되었음을 알 수 있음(그림7. 참조)
  • 하측파대를 거의 제거시킴으로써 RF파형의 상당한 변화가 일어남(그림7. 참조)
  • NTSC에 익숙하기 때문에 8-VSB RF파형을 8단계의 휘도를 갖는 파형으로 생각하기 쉬움
  • 그림8.에서 보듯이 사각의 파형(구형파)이라면 그 점유대역이 6MHz를 훨씬 초과하게 됨. 구형파는 측파대를 무수히 만들기 때문에 인접채널에 간섭을 주게 됨

[그림8]

  • 그림8.과 같은 파형은 나이키스트 필터로 6MHz 이내로 걸러내기 때문에 나올 수 없음
  • 구형파를 대역제한시키면 에지에 포함된 정보를 상실(과도현상 발생 – ringing 등) 8-VSB신호에 있어서 이것은 한 심볼에 나타난 과도현상이 이전과 이후의 심볼에 영향을 줌으로써 레벨을 왜곡시키고 정보를 교란시킴
  • 다행히도 수신기에서 정확한 표본화 순간 동안만 8레벨 정보가 인식된다면 8-VSB심볼을 전송할 방법이 있음. 그 외의 시간에는 심볼의 크기는 중요하지 않음
  • 주파수 여과가 나이키스트 이론에 따라 정확히 이루어진다면 여과된 심볼열은 직교관계(orthogonal) → 표본화의 정확한 순간에 한 심볼만이 최종 RF파형에 영향을 줌(이전과 이후의 모든 심볼은 그 순간에 크기가 0이 됨) 그림9A.참조
  • 이런 방법으로 수신기에서 정확하게 한 개의 값만을 복원할 수 있음

[그림9A]

  • 표본화 순간에는 한 심볼만이 신호 크기를 결정함

[그림9B]

  • 검은 부분은 현재 신호, 회색 부분은 지난 신호를 나타냄
  • 표본화 순간과 표본화 사이에서 전체의 RF파형은 이전과 이후 심볼의 과도 값의 합으로 나타남
  • 수백개의 심볼이 더해지면 큰 전압을 갖게 되며 백색 노이즈와 같은 형태를 띠게 됨(그림9B)
  • 신호의 첨두 대 평균 비가 12dB정도임(송신기에서 6∼7dB로 클리핑시킴)

8-VSB신호 배열

  • 8-VSB에서 신호는 위상이 아닌 크기로만 전송되는데, 이 점이 QAM을 비롯한 여타 디지털 변조방식과 다름
  • QAM에서는 신호배열 위치는 반송파 크기와 위상의 조합이 됨
  • 8-VSB의 경우 위상은 독립 변수로 작용하지 않기 때문에 QAM과 같은 신호배열은 없음

[그림10]

  • 그림10.에서 보듯이 8레벨 신호는 동상(I채널)에서의 표본화에 의해서만 복원됨. Q채널의 표본화로는 유용한 정보를 얻을 수 없음
  • 8-VSB수신기는 I채널로만 작업하므로 DSP회로를 반으로 줄일 수 있어 회로가 간단하며 따라서 값싼 수상기의 제조 가능

8-VSB의 나머지 단계

  • 나이키스트 필터를 거친 후 8-VSB IF신호는 엑사이터 내부에서 두 번의 업컨버젼(발진기와 믹서)을 통해 채널 주파수로 변환됨
  • 엑사이터 출력은 송신기로 들어감
  • 송신기는 근본적으로 RF전력 증폭기임
  • 송신기의 비직선성에 의해 발생되는 기생발진 신호를 제거함
  • 안테나를 통해 공중으로 복사됨
  • 가정의 수상기에서는 변조의 역과정으로 신호를 복원함
    : 신호 수신 → 다운 컨버젼 → 필터링 → 검출 → 세그멘트,프레임 동기 복구 → 트렐리스 디코딩 → 디인터리빙 → 리드솔로몬 디코딩 → 디랜더마이징 → MPEG-II 디코딩 → 영상신호 출력 돌비AC-3디코딩 → 음향신호 출력

 

1. 유럽의 디지털 방송 개요

70년대 들어 HDTV개발을 가장 활발하게 추진해온 일본은 80년대 들어 Hi-Vision이라는 이름으로 방송위성을 통하여 실제 시험서비스를 행하게 되었다. 이에 대한 반작용으로 미국은 완전 디지털 방식으로 개발 방향을 잡았고, 유럽 내에서도 국가별로 디지털 방송 개발이 산발적으로 착수되어 진행되었다. HD-Divine(High definition Television-Digital Video Narrowband Emission), dTTb (Digital Terrestrial Television Broadcasting), SPECTRE, Diamond 등이 그것이다.

유럽방송연맹(EBU)는 유럽전체에서 통일적으로 적용할 수 있는 디지털 TV방송 규격을 제정하기 위해 산발적으로 진행되어오던 여러 개발 프로젝트를 통합하여 1993년에 DVB 프로젝트를 탄생시켰으며 2001년 현재 약 300여 단체가 참여하고 활동하고 있다.

이 프로젝트는 위성방송을 위한 표준을 정한 다음 케이블, SMTV, MMDS, 지상파 방송 등 다양한 전송매체에 관한 유럽 공통 규격을 정하는 것은 물론 각 매체가 최대한 공통기술을 공유하도록 기본방향을 정하였다. 개발과정을 거쳐 DVB가 제안하고 유럽의 전기통신 분야 표준기구인 ETSI에서 심의 후 표준으로 승인한 매체별 규격은 표1과 같다.
이 중 위성방송 규격인 DVB-S는 우리나라를 포함하여 전세계적으로 널리 사용되는 규격이며, 지상파 규격인 DVB-T는 유럽내의 모든 국가가 채택하고 있으며 유럽이외에 지역에서도 호주, 뉴질랜드, 싱가포르, 인도, 홍콩 등이 채택한 바 있다.

특히 영국에서는 1998년 9월 23일, 공영방송 사업자인 BBC가 세계 최초로 지상파 DTV방송을 서비스 개시한 이래 스웨덴, 스페인이 그 뒤를 이었고 프랑스, 핀란드, 노르웨이,아일랜드, 이태리, 포르투갈, 네덜란드, 독일, 그리스, 덴마크 등도 본방송을 준비하고 있다. 이외 호주는 2001년 1월부터 HDTV 방송을 실시하고 있으며, 싱가포르는 2001년 2월부터 “TVmoble” 이라는 이름으로 대중버스와 유람선을 중심으로 이동수신 서비스를 제공하고 있다.

표1. DVB에서 제안한 유럽 디지털 방송 규격 (전송관련)

DVB규격은 방송사, 가전업체, 연구단체 등이 망라하여 서로 이해가 다른 구성원 들로부터 매체별 필요사항(Requirement)을 도출한 후 규격을 작성하였으므로, 가전업체 중심으로 규격을 정한 미국의 경우처럼 방식 자체에 대한 이견이 적다고 보여진다. 또 모든 전송매체를 한 단체에서 제정하였으므로 통합수신기의 구현이 용이하다는 장점도 있다.

2. 유럽의 디지털TV 규격(DVB-T) 소개

DVB-T규격은 ETSI EN 300-744로 규격화되어 있다. 미국이나 일본 방식과 마찬가지로 영상신호 압축규격은 MPEG-2를 따르고 있다. 음향신호 압축규격은 MPEG-2오디오 규격 외에 미국과 같은 Dolby AC-3오디오 규격도 함께 따른다. 데이터 방송 규격은 위성 및 케이블과 마찬가지로 DVB-MHP규격을 따르고 있다. 송신측의 블록도는 그림 1에 나타나 있다.


그림 1 유럽의 지상파 DTV방식인 DVB-T의 송신측 구성

압축된 스트림은 동일비트가 반복되는 것을 방지하기 위해 스크램블 과정을 거쳐 에너지가 고르게 분산된다. 이 후 Outer coding단인 Reed Solomon coding을 거치면서 에러 정정용 부호가 첨가되어 188바이트 크기의 스트림이 204바이트로 커지게 된다. 또 전송과정에서 연속되는 데이터가 한꺼번에 대량으로 손실되는 것을 방지하기 위해 데이터를 일정한 순서에 의해 뒤섞게 되는데 이 과정은 Outer interleaver에서 행해진다.

또 분산된 비트에러에 대응하기 위해 Inner coding단에서 길쌈부호에 의해 에러정정용 부호를 다시 부과하게 되며, 더해지는 부호의 양은 방송사가 필요에 따라 선택할 수 있다. 이어 Inner interleaving단에서는 비트 단위로 또다시 일정 순서에 의해 뒤섞게 된다.

에러정정부호가 더해지고 정해진 순서에 의해 뒤섞인 데이터 열은 방송사가 선택한 변조방식(QPSK, 16QAM, 64QAM)에 의해 각 부반송파에 변조가 걸리게 되고, 변조된 각 부반송파는 반송파간의 간섭이 없도록 배치되고(즉 OFDM변조되어) 주파수변환이 행해진 후 전력증폭부를 통해 증폭된 후 안테나에서 공중으로 방사된다. 보통 OFDM변조단계는 신호처리기법인 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)에 의해 이루어진다.

부반송파의 수는 방송사의 서비스 모델에 따라서 달라지는 데, 초기에는 이동수신을 목표로 할 경우는 2K모드가, 단일주파수방송망을 위해서는 8K모드가 적합한 것으로 알려졌으나, 최근에는 유럽을 중심으로 다이버시티 안테나(2개 이상의 안테나)를 이용해 수신할 경우 8K 모드도 이동수신에 적합함이 실험으로 확인되었다. 따라서 8K 모드로 단일주파수방송망을 구성한 이동수신 서비스 제공이 가능하게 되었다. 부반송파의 정해진 위치마다에는 수신기 동작 기준을 위한 기준신호가 제공되는데 그 모양은 그림 2에 나타나 있다.


그림 2 데이터 프레임의 구조

위 과정에서 멀티패스에 강하게 하기 위해 OFDM심벌 사이에는 보호구간(Guard Interval)이 삽입된다. 이 보호구간이 삽입되는 만큼 데이터 전송율은 감소하게 되지만 도시환경이나 산악지형에서 발생하게 되는 멀티패스에는 강해지게 된다. 이러한 특성을 이용하면 단일주파수방송망의 구성도 가능하다. 수신기의 입장에서는 전파도래과정에서 자연적으로 발생하는 멀티패스나 부송신소에서 도래하는 신호를 동일시 할 수 있으므로, 부송신소의 신호가 보호구간 안에만 도착한다면 주송신소와 부송신소의 주파수를 동일하게 사용할 수 있게 된다.
위에서 살펴본 바와 같이 DVB-T방식은 송신측에서 변조방법(QPSK,16QAM, 64QAM), 모드(2K,8K), 에러정정용 부호 부가율(1/2,2/3,3/4,5/6,7/8), 보호구간(1/4,1/8,1/16,1/32)의 설정을 필요에 의해 변화할 수 있다. 경우의 수는 모두120가지이며 해당되는 데이터 전송율은 3.7Mbps에서 23.7Mbps까지 이다. (표 1 참조). 즉 데이터 전송율이 낮을수록 극한 상황 즉 낮은 C/N(신호대 잡음비)에서도 수신이 가능해지고 데이터 전송율이 높아지면 수신에 필요한 C/N이 상대적으로 높아지게 된다. 이러한 하드웨어적인 다양성은 방송주체인 방송사가 사업모델에 따라 선택할 수 있는 폭이 넓어짐을 의미한다. 예를 들어 초기에는 적은 투자비용을 들여 고정수신 위주로 서비스를 하다가, 미디어 분화나 시장환경 변화에 따라 이동수신에 대한 요구가 높아지면 추가적인 투자를 통해 이동수신 서비스를 완벽하게 제공할 수 있는 체제로 자유롭게 전환할 수도 있다.

이외에도 적은 투자비용으로 고정수신을 대상으로 하는 시청자에게는 HD급의 높은 데이율을, 이동수신을 원하는 시청자에게는 SD급의 낮은 데이터율을 동시에 제공할 수 있는 계층변조(Hierachical Modulation)도 가능하다.

표 1 6MHz환경에서의 데이트 전송율

6 MHz DVB-T COFDM Payload Data Rates

Usable Symbol Rate

5.06250

Msym/s

OFDM Bandwidth

5.70871

MHz

Modulation Type

Code Rate

Guard Interval

1/4

1/8

1/16

1/32

QPSK

2Bits/sym

1/2

3.732

4.147

4.391

4.524

2/3

4.976

5.529

5.855

6.032

3/4

5.599

6.221

6.587

6.786

5/6

6.221

6.912

7.318

7.54

7/8

6.532

7.257

7.684

7.917

16-QAM

4Bits/sym

1/2

7.465

8.294

8.782

9.048

2/3

9.953

11.059

11.709

12.064

3/4

11.197

12.441

13.173

13.572

5/6

12.441

13.824

14.637

15.08

7/8

13.063

14.515

15.369

15.834

64-QAM

6Bits/sym

1/2

11.197

12.441

13.173

13.572

2/3

14.929

16.588

17.564

18.096

3/4

16.796

18.662

19.76

20.358

5/6

18.662

20.735

21.955

22.62

7/8

19.595

21.772

23.053

23.751

Payload Data Rates Mbit/s

Sys Mode

Symbol Time (us)

Guard Interval Length (us)

1/4

1/8

1/16

1/32

2K

298.67

74.67

37.33

18.67

9.33

8K

1194.67

298.67

149.33

74.67

37.33

 

 

1. 일본의 디지털방송 개요

일본은 70년대부터 HDTV개발을 가장 활발하게 추진해 왔으며, 80년대 들어서는 방송위성을 이용한 아날로그 HDTV인 “Hi-Vision” 시험서비스를 실시하였다. 이에 자극받은 미국은 완전 디지털 방식으로 HDTV 개발을 시작했고, 유럽방송연맹(EBU)은 통일된 디지털 TV방송 규격을 제정하기 위해 산발적으로 진행되어오던 여러 개발 프로젝트를 통합하여 1993년에 DVB 프로젝트를 탄생시켰다. 이에 일본도 뒤늦게 통합형 멀티미디어 서비스를 위한 디지털방송 방식인 ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting)를 개발하였다.

디지털 지상파 방송 규격인 ISDB -T는 HDTV와 Mobile-multimedia 서비스 제공이라는 두 가지 목표를 가지고 개발되었다. ISDB-T는 유럽 DVB-T의 COFDM처럼 OFDM에 기초한 BST(band segmented transmission)-OFDM이라는 전송방식을 이용한다. 1997년 9월 ARIB(Association of Radio Industries and Businesses)는 ISDB-T 규격을 만들었으며, 1998년 8월에 싱가포르에서 실시된 현장시험에서 모든 항목에서 우수한 성능을 보였다. 1998년 10월에는 통합 디지털 서비스에 대한 검증을 위해 도쿄 타워에서 대규모 현장시험이 시작되었다. 일본은 도쿄를 비롯한 10개 지역에서 현재 디지털 실험방송을 실시하고 있으며, 2003년부터 본 방송을 도쿄에서부터 실시할 예정이다. 이외에도 지상파DSB(Digital Sound Broadcasting)를 위한 Narrow Band ISDB-T가 1999년에 제정되었다.

2. 일본의 디지털TV 규격(ISDB-T) 소개

ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting)는 멀티미디 서비스를 위한 새로운 형태의 방송으로 HDTV, SDTV, sound, graphics, text등을 포함한 여러 종류의 디지털 컨텐츠를 체계적으로 통합한다.

ISDB는 여러 종류의 서비스를 포함하고 있기 때문에 다음과 같은 특징을 가져야 한다.
– MPEG-2 인터페이스 : 시스템의 입출력 신호는 MPEG-2 Transport Stream(TS) 규격을 따라야 한다.
– MPEG TS 상에서의 신호 통합 가능 : 디지털 컨텐츠는 입력신호의 복호화 및 재복호화 없이 MPEG TS레벨에서 다중화가 가능해야 한다.
– 변조기법의 유연성 : ISDB 스트림에 통합된 디지털 컨텐츠들은 각각 적절한 변조기법과 데이율을 가지고 동시에 전송되어야 한다.
– 수신기에 다중화와 변조기법에 관한 정보를 수신기에 알려주는 제어신호를 사용해야 한다.
– 부분수신 : 통합된 서비스의 일부는 저가이고 가벼운 협대역 수신기로 수신이 가능해야 한다.
다음에는 ISDB-T규격의 특징이 간략하게 설명하였다. 세그먼트의 수를 적절히 선택함으로써 사용목적과 주파수 여건에 맞는 여러 가지 시스템의 조합이 가능하다.
ISDB-T 규격은 MPEG-2 TS입력신호를 가지고 만들어진 IF 신호를 전달하는 전송시스템의 규격을 명시한다. 여기에는 재다중화, 채널 부호화, 변조, 전송 제어, 수신기의 해당하는 기능 등이 포함된다.

2-1. ISDB-T의 기본구조

ISDB-T는 다중화 과정에서 “MPEG-2 부호화 및 시스템”을 사용하기 때문에 디지털 위성방송과 통신사이에 운용과 수신에 있어서 공통된 요소를 제공한다. 또한 전송채널 상에서 계층변조를 실시하므로 수신여건에 따라 다중화된 프로그램을 유연하게 편집하여 수신할 수 있다. 각각의 계층 레이어에 대해 상호 독립적으로 전송 파라메터를 선택할 수 있다.
TS는 OFDM 프레이밍 이전에 재다중화 되어 데이터 세그먼트로 정렬된다. 채널 부호화 이후, 데이터 세그먼트에 파일럿 신호가 삽입되어 Bo/14MHz(Bo=6,7, or 8MHz)의 대역폭을 가진 OFDM 세그먼트가 만들어진다.

가. 계층전송
ISDB-T에서는 각각의 데이터 세그먼트에 대해, OFDM 반송파의 변조방법에 대한 전송 파라메터와 시간 인터리빙의 길이를 독립적으로 적용할 수 있다. ISDB-T의 계층전송은 한 채널상에서 다른 전송 파라메터를 가진 OFDM 세그먼트 그룹을 전송함으로써 가능하다. 한 채널에서 최대 3개 층(서로 다른 세그먼트 그룹)을 동시에 전송할 수 있다. 부분수신은 한 개의 계층 레이어로 간주된다는 것을 주지해야 한다.

나. 부분수신
전송되는 신호상에서, 주파수 인터리빙의 범위를 한 세그먼트 내로 제한하면 해당 세그먼트를 다른 세그먼트로부터 독립적으로 분리할 수 있다. 이러한 방법을 이용하면 한 개의 OFDM 세그먼트 대역폭을 가진 협대역 수신기로 전송채널 내에 포함된 서비스의 부분수신이 가능하다. 한 개의 세그먼트만이 부분수신에 할당되고, 이것은 반드시 OFDM 세그먼트들의 중간에 위치해야 한다. Fig.1은 계층전송과 부분수신의 예를 도시한 것이다.

다. 계층전송의 다중화
ISDB-T 시스템에서의 다중화는 MPEG-2 시스템의 규격을 따른다. ISDB-T에서의 계층적 다중화를 위해서는 기본적으로 단일 TS는 계층전송의 사용유무에 관계없이 Ns´Bo/14MHz (Ns:사용된 세그먼트의 수)의 대역폭의 전송채널에서 전송되어야 한다. 따라서 TS의 분리와 결합이 필요하며, 이러한 처리는 송신측과 수신측 모두에서 이루어진다. 부분수신을 위한 신호는 한 채널 전체 신호의 일부분이기 때문에, TS의 일부분만이 부분수신에 사용된다.

2-2. 전송 파라메터( ISDB-T for 6MHz)

3. 채널 부호화 및 변조


Byte-wise interleaving에서 interleaving 과정 중 발생하는 지연은 각 계층이 지닌 특성(채널 코딩과 변조)에 따라 해당 계층의 스트림마다 달라진다. 수신기에서 de-interleaving시 발생하는 지연의 차이를 보상하기 위해 송신측에서는 byte-wise interleaving 이전에 지연의 조정이 이루어진다.
주파수 interleavinng은 inter-segment frequency-interleaving과 intra-segment frequency-interleaving으로 이루어진다. Inter-segment interleaving은 차등 변조(DQPSK) 세그먼트들 사이에서와 연관된 변조(QPSK, 16QAM, and 64QAM) 세그먼트들 사이에서 이루어진다. Intra-segment frequency interleaver는 random interleaver이다.

데이터방송 소개

데이터방송은 디지털 TV 방송에서 기본 TV 프로그램과 별도로 문자, 그림, 음향 등으로 구성된 다양한 데이터를 전송신호에 다중화하여 함께 방송함으로써, 시청자가 부가적인 컨텐츠를 향유할 수 있게 하며, 이에 대한 시청자의 응답을 온 라인으로 접수 받아 추가 정보를 제공하거나 프로그램에 반영하는 방식 등으로 상호작용 함으로써 쌍방향(Interactive) TV를 구현하는 서비스이다.
디지털 TV의 기능은 ‘고품질(고선명영상과 CD수준의 입체음향)’, ‘다채널(신호압축기술을 이용하여 하나의 TV채널에 여러 프로그램 채널을 제공)’, 그리고 ‘데이터방송’의 3가지로 분류할 수 있다. 이중 데이터방송은 이른바 방송과 통신의 융합체로서 지금까지 일방적으로 보기만하던 TV를 시청자와 방송사가 쌍방향으로 통신할수 있는 정보단말로까지 기능을 확장하는 새로운 개변의 방송 서비스이다.

데이터방송은 어떤 형태로 정보를 제공하는가 ?

인터넷 웹 페이지와 비슷한 모양으로 구성한 데이터방송 화면을 기본 TV화면 위에 다양한 모양으로 겹쳐 표시하며, 검색(브라우징)하는 방법도 웹 페이지를 보는 방법과 같다. 이를 위해 리모컨에 PC의 마우스 선택 기능에 해당하는 버튼들이 추가된다.
실제 데이터방송 컨텐츠 제작에도 웹 페이지 제작에 사용하는 HTML 및 Java를 TV환경에 맞게 가공하여 사용한다.

데이터방송은 어떤 서비스를 제공하는가 ?

기본 A/V 프로그램 내용과의 관련 여부에 따라 ‘프로그램 연동형’과 ‘독립형’ 서비스로 구분한다. 프로그램 연동형은 기본 TV 프로그램에 관련된 내용으로, 독립형은 독립적인 내용으로 구성한 컨텐츠이다.

대표적인 서비스 내용은 다음과 같다.

. 프로그램 연동형
– 프로그램 관련 추가정보 제공
(예: 줄거리, 대본, 가사, 내용 설명, 경기 득점 상황, 출연자 소개, 선수 소개, 소품
소개 등)
– 시청자 참여 기능 제공
(예: 인기투표, 여론조사, 퀴즈/게임 참여 등)

. 프로그램 독립형
– 사실상 별도로 편성된 하나의 정보방송 프로그램
(예: 날씨, 교통, 주식, 뉴스, 스포츠, 공익, 문화, 관광정보, 교육, 오락 프로그램
및 교통편예매, 숙소예약, 입장권예매, 상품구매, TV과외, TV게임과 같은 TV 전자상거래(T-Commerce) 등)

기술표준은 무엇인가 ?

지상파 디지털 TV의 데이터방송 기술표준은 미국방식인 ATSC-DASE 이며, 2002년 9월현재 규격이 아직 미완성 상태이다.
디지털 위성방송의 데이터방송 기술표준은 유럽방식인 DVB-MHP 이며, 2001년 완성되어 채택 국가들은 이미 상용 서비스 준비 중이다.
디지털 케이블 TV의 기술표준은 미국방식인 OpenCable-OCAP 이며, 2001년 제정되어 방송시스템 및 수신기를 개발 중이다.

데이터방송 서비스 현황은 ?

외국의 위성방송에서 이미 실시 중이다. 예를 들어 일본의 BS Digital, 프랑스의Canal+, 영국의 BskyB 등이 있다. 국내 위성방송 SkyLife에서도 2003년 초부터 서비스할 예정이다.
지상파 디지털 TV에서는 아직 기술표준 제정 및 기술개발 단계이며, 서비스 개시는 2004년 이후에나 가능할 것으로 전망된다. 기술개발을 목적으로 MBC, KBS, SBS가 공동으로 2002 월드컵 기간 중 실험 서비스 실시한 바 있다.

데이터방송 화면 예

<2002 월드컵 경기 연동형 서비스>

<날씨 정보 서비스 >

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