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정희 오
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1 62 임베디드용멀티모드방송수신모듈및역다중화기설계및구현 임베디드용멀티모드방송수신모듈및역다중화기설계및구현 (An Implementation of The Embedded-Based Multi Mode Receiver Module & Demuxer) 권기원 *, 김성준, 박세호, 박용석, 홍석건 (KiWon Kwon, SeongJun Kim, Seho Park, YoungSuk Park, SukGun Hong) Abstract : In this paper, Multi Mode Receiver Module is designed in one H/W module for Multi-mode Digital Broadcasting. Multi mode means Digital TV, Mobile TV and Digital Radio on the Broadcasting. and T-DMB, DAB(+), ISDB-T and DVB-T standard. Our Module can receive various broadcasting signal such as ISDB-T, DVB-T and DAB. The Multi mode Receiver Module & demuxer was implemented using the one SoC Chip has good performances to receive the multi mode signals as well as standard interface such as SPI, to connect the main CPU Unit. Keywords : Mobile TV, ISDB-T, T-DMB, DVB-T, DAB(+) I. 서론 21세기에들어서면서, 지난수세기동안일상생활에자리잡아왔던아날로그시대에서본격적인디지털시대로접어들게되었고, 전세계는지금아날로그방송에서디지털방송으로전환되는변환기적인시점을맞이하고있다. 현재디지털 TV, 모바일TV, 디지털라디오의영역에서디지털화가급속하게진행되고있는실정이며, 대륙별국가별환경에따라, 매체별디지털방송표준을개발하고선정하여실험또는본방송을수행하고있다. 전세계적으로대표적인디지털방송관련방식은크게디지털TV와모바일방송, 그리고디지털라디오로나눠지며, 디지털TV의대표적인표준은유럽의 DVB-T(Digital Video Broadcasting -Terrestrial) 방식과미국의 ATSC(Advanced Television System Committee) 방식이대표적이다, 모바일방송인경우우리나라의지상파 DMB (T-Digital Multimedia Broadcasting) 와유럽의 * 교신저자 (Corresponding Author) 논문접수 : , 수정일 : , 채택확정 : 권기원, 김성준, 박세호, 박용건 : 전자부품연구원홍석건 : ( 주 )CS 미래기술연구소 DVB-H (Digital Video Broadcasting-Handheld), 미국의 MediaFLO, ATSC-M/H, 일본의 ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcast -Terrestrial), 중국독자표준인 CMMB (China Mobile Multimedia Broadcasting) 등이존재하고있으며, 디지털라디오기술은유럽의 DAB(Digital Audio Broadcasting) 과미국의 HDRadio 등이국제표준이공존하고있다 [1][2]. 본논문에서는디지털TV방식에 DVB-T와모바일방송표준인 T-DMB, ISDB-T 그리고디지털라디오표준인 DAB, DAB+ 방송표준을지원하는멀티수신모듈및역다중화기를설계하고구현하였으며구현된수신모듈은윈도우CE용임베디드멀티모드수신기단말기에장착되어동작함을확인하였다. Ⅱ. 개요 DVB-T는디지털지상파 TV를위한방송전송표준으로서압축된디지털오디오와비디오, 기타데이터를 MPEG 전송스트림에담아 concatenated channel coding을이용한 Coded OFDM 모듈레이션을사용하여전송하는표준이다 [4].

2 대한임베디드공학회논문지제 06 권제 02 호 2011 년 04 월 년도중반개발된 DVB-T는지붕위안테나를사용하여휴대및고정수신이가능하도록개발되었으며, 수신기개발가격을크게염두에두고설계되었기때문에, 수신기의단가를낮추기위해서이동수신에용이한 Time Interleaving을사용하지않고, DVB-S(Satellite) 에서사용하는오류정정방식을채택하였다. ACTS-MOTIVATE ( ), MCP ( ), CONFLUENT ( ) 등과같이 EU가지원하는여러과제를통해 DVB-T는이동휴대수신을위해검토되었으며, 이동중에수신이가능하다. 지상파 DMB (Terrestrial - Digital Multimedia Broadcasting) 란, 이동중에시청할수있는디지털영상, 또는오디오방송기술과그기술을이용한방송서비스를의미하며, 이는유럽표준인 Eureka-147 DAB 표준을기반으로하지만, 오디오와텍스트위주의데이터방송서비스의한계를극복하기위해, 오디오서비스를위한규격으로 MUSICAM, 비디오서비스규격으로 MPEG-4 AVC/BSAC/MPEG-2 TS, 데이터서비스규격으로 PAD, NPAD, MOT, IP, Video Data 등을추가, 강화한표준이다. 비디오규격은 H.264를채택하고있으며, 오디오규격은 ISO/IEC ER-BSAC, 대화형데이터규격은 ISO/IEC 에서정의하는규격을사용하고있다. 또한 7인치급 LCD 표시장치에서 VCD급화질을제공할수있어야하며, 오디오는최대 48kHz 표본화된스테레오음성, 음향을 CD 수준으로, 혹은아날로그 FM보다우수한음질로제공할수있어야한다. ISDB-T표준은일본디지털방송표준으로서, 1985년부터화상, 음성및텍스트등, 다양한종류의데이터를포함하여모든종류의신호를하나의전송채널로통합하는 ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) 개발을시작하였다. 1993년일본에서 NHK 등방송사중심으로자체개발된 ISDB-T를지상파디지털방송표준으로채택하고, 국제적으로는 1999년 ITU-R 회의에서승인받은표준이다. ISDB-T는 DVB-T와같이 OFDM에기초하여전송대역을열세개의세그먼트로나누어적용하는 BSTOFDM 방식을적용하였으며, 이중하나의세그먼트를모바일수신용으로이용하여, 원 세그 (1Seg) 라는명칭으로불리기도한다. DAB 시스템은 Eureka-147 방식으로서 ITU-R 의여러개의권고안가운데 Digital System A라불리고있으며초단파 / 극초단파지상파및위성디지털음성방송으로차량용, 휴대용, 고정수신용으로권고하고있다. Euraka-147 DAB는약 2MHz 의대역폭을사용하며, 다수의 CD 음질오디오서비스가가능하도록 MPEG Audio Layer II에기반한고음질오디오압축기술을사용한다. 하지만, DAB 시스템은 1980년도에설계되었으므로시대가흐르면서비효율적인대역폭활용으로인한문제점이발생하기시작했다. 이를보완하기위해 DAB 시스템의기본구조는유지하면서오디오압축기술을 MPEG-4 HE-AAC(High Efficiency Advanced Audio Coding v2 Profile - aacplus v2로도알려짐 ) 로변환해사용하게된것이 DAB+ 이다. 여기에오디오압축기술이 MPEG Audio Layer II에서보다고압축기술인 aacplus v2로바뀌면서발생하는전송시의데이터손실을줄이기위해추가적인에러제어방식을사용하는데, Reed Solomon 코딩 (RS-Coding), Virtual Interleaving이이에적용되었다. 그러나새로운오디오코딩기술이새로적용되었을지라도기존의 DAB 시스템과의호환성을유지하도록설계되어있다 [3]. Ⅲ. 구현 멀티모드방송수신모듈의구조는본논문에서타겟팅한 DVB-T, T-DMB, ISDB-T, DAB(+) 신호를수신할수있는멀티모드 RF, Baseband 원칩을기반으로임베디드단말의메인 CPU와인터페이싱가능한인터페이스블록, 그리고각매체별 RF신호대역을필터링하는필터블럭의구조로설계되었다. 아래그림 1은구현된모듈의구조도를나타낸다.

64 임베디드용멀티모드방송수신모듈및역다중화기설계및구현 그림 1. 멀티모드방송수신모듈구조 Fig. 1. Multi mode module architecture 그림 3.

또한외부인터페이스를위해서 60핀커넥터를사용하였으며인터페이스방식으로는 SPI, UART, I2C 등을지원한다. 대부분수신된방송데이터의인터페이스는 SPI로서현재대부분의수신단말에서사용하는메인 CPU에는 SPI인터페이스를지원하다. 아래그림 2는구현된멀티모드방송수신모듈을나타내고있으며수신성능향상을위해서캔을장착하여외부로부터의잡음영향을최소화하였다.

그림 4. 테스트보드인터페이스 Fig. 4. Test board interface 그림 2. 멀티모드방송수신모듈 Fig. 2. Multi function/ media module 구현된모듈의전체사이즈는가로세로 2.3* 3 Cm로구현되었다. 구현된테스트보드상에서모듈을검증하기위한 S/W 는그림5와같다. 구현된 S/W는윈도우CE 5.

3 64 임베디드용멀티모드방송수신모듈및역다중화기설계및구현 그림 1. 멀티모드방송수신모듈구조 Fig. 1. Multi mode module architecture 그림 3. 검증 H/W Fig. 3. Test board 멀티모드신호를수신가능하기위한 H/W 모듈은여러모드의 RF 신호를각각수신하고, 원하는 RF대역으로필터링해주는필터, 그리고각방송모드에따라디지털화시키는디모듈레이터칩셋을반드시사용하여야한다. 본논문에서는각각의모드가모두수신가능한원칩으로삼성LSI의멀티모드칩셋을사용하였다. 또한외부인터페이스를위해서 60핀커넥터를사용하였으며인터페이스방식으로는 SPI, UART, I2C 등을지원한다. 대부분수신된방송데이터의인터페이스는 SPI로서현재대부분의수신단말에서사용하는메인 CPU에는 SPI인터페이스를지원하다. 아래그림 2는구현된멀티모드방송수신모듈을나타내고있으며수신성능향상을위해서캔을장착하여외부로부터의잡음영향을최소화하였다. 물론 CPU보드도인터페이스연결핀들에대한규격지원이가능해야한다. 보다효율적인검증을위해윈도우CE가포팅된 CPU 보드와인터페이스구조를설계함으로임베디드윈도우CE OS상에서검증을수행할수있도록설계되어있다. 또한 USB 인터페이스부분을설계해둠으로서수신단말과 USB 인터페이스를통해서검증이수행될수있도록구현하였다. 아래그림4는테스트보드와모듈의인터페이스세부신호를보여주고있다. 그림 4. 테스트보드인터페이스 Fig. 4. Test board interface 그림 2. 멀티모드방송수신모듈 Fig. 2. Multi function/ media module 구현된모듈의전체사이즈는가로세로 2.3* 3 Cm로구현되었다. 구현된테스트보드상에서모듈을검증하기위한 S/W 는그림5와같다. 구현된 S/W는윈도우CE 5.0 기반에서구현되었으며표준C언어를사용하여다양한메인CPU와 OS에포팅가능하도록설계되었다. 또한각모드별로방송수신여부를검증할수있도록구현되었다. 본논문중에서구현된모듈을검증하기위한테스트보드는그림 3과같다. 구현된테스트보드는우선모듈을장착할수있는인터페이스커넥터부분과외부 CPU나시스템에연결가능한 SPI, UART, I2C 등의테스트핀들이인터페이스핀으로설계되어있어바로 CPU보드에장착을하게되면별도의 H/W 연결선없이바로검증가능한구조로설계되어져있다.. 그림 5. 테스트S/W Fig. 5. Test S/W 통합모드에서멀티모드수신모듈의동작검증을위해통합역다중화기 (Demux) 도설계되어졌다.[5] 역다중화기는입력된 MPEG-TS 신호를분석하여각데이터형태별로분류시키는작업을의미하며, 각표준별로이역다중화의과정이동일하지않으며, 통합모드의비디오 / 오디오 / 데이터재생

대한임베디드공학회논문지제 06 권제 02 호 2011 년 04 월 65 을위해서는필수적으로역다중화과정을거쳐야하다. 구현된멀티모드역다중화기는단일모드의역다중화를단순통합한결과물이아니라, 공통으로사용하는부분에대해서는통합을하고상이한부분에대해서는별도의처리방식을적용함으로써자원의효율화를할수있도록구현되어졌다.

4 대한임베디드공학회논문지제 06 권제 02 호 2011 년 04 월 65 을위해서는필수적으로역다중화과정을거쳐야하다. 구현된멀티모드역다중화기는단일모드의역다중화를단순통합한결과물이아니라, 공통으로사용하는부분에대해서는통합을하고상이한부분에대해서는별도의처리방식을적용함으로써자원의효율화를할수있도록구현되어졌다. 를하기때문에 DVB-T용 TS에는 MPEG-1/MPEG-2 컨텐츠가저장되어있음을나타내는 '0x01(MPEG-1 비디오 ), 0x02(MPEG-2 비디오 ), '0x03(MPEG-1 오디오 ), 0x04(MPEG-2 오디오 ) 값등이저장되어야만한다. 위에제시한차이점으로 ISDB-T, DVB-T용 TS와 T-DMB용 TS를구분을할수있도록설계되었다. 통합역다중화기의효율성을위해 PSI 정보를정리하는과정인테이블링 (Tabling) 을각각의방송모드별로구현하지않고하나로통합 (1개의 PSI 테이블생성 ) 하여구현하여임베디드시스템의자원낭비를적게하는설계를이룰수있다. 또한 TS에저장된프로그램의구성요소는비디오 / 오디오 /Private 데이터로구성될수밖에없는데통합역다중화기를통해나온 ES 및 Private 데이터의버퍼를하나의구성요소별 ( 비디오 / 오디오 /Private 데이터등 ) 로통합하여단일모드때보다메모리자원의효율성을최대화하였다. 그림 6. 통합역다중화기흐름도 Fig. 6. A Flowchart for multi demux 본논문에서구현된모듈의검증환경의구성은그림 8과같다. 각모드별신호발생기는상용신호발생기를사용하였으며, 상용신호발생기를통해송출되는신호를무선으로송출하여해당모드의방송신호를테스트보드에서수신및재생할수있도록구축되었다. 그림6은각 TS의역다중화과정중에알수있는공통점과차이점을바탕에둔통합역다중화기의설계를나타낸것이다. 각 TS의역다중화과정의차이점을염두에두고설계된 TS의종류구별방법은아래와같다. 먼저 PMT의 Table_id값과 section_syntax_ indicator 값이 0x02와 0인지아닌지를판단하여입력되는 TS가 ISDB-T용인지아닌지를판단한다. 값이맞으면 ISDB-T TS임을확인하고 TS의 A/V stream type과 Elementary PID를선별하는작업을수행하면된다. 그다음, T-DMB와 DVB-T를구별하기위해 descriptor의유무와종류를가지고판단하게된다. T-DMB용 descriptor가있을경우, 입력되는 TS가 T-DMB용 TS 스트림인지를확인할수있으며, descriptor가없는경우는, DVB-T 로판단하여다음과정을수행하면된다. DVB-T에서는 MPEG-1/MPEG-2 컨텐츠를사용하여서비스 그림 7. 테스트환경 Fig. 7. Test environment 구현된모듈은각모드별신호발생기를통해송출되는신호를유 / 무선으로전송하여각해당스트림데이터를수신한테스트보드상에서오디오및비디오재생의실험을통해검증과정을수행하였다. 구현된임베디드멀티모드방송수신기의메인프로세서는 MIPS계열의 32비트 CPU인 AU1250프

66 임베디드용멀티모드방송수신모듈및역다중화기설계및구현 로세서를사용했으며동작속도는 600 Mhz다. 또한 720*480의비디오를출력할수있는비디오프로세서와더불어 7 인치 LCD가장착되어있다.

윈도우CE용임베디드멀티모드수신기단말기에장착하여, 통합역다중화기를거쳐멀티모드방송수신동작을확인하였다. 아래그림 9, 10은멀티모드방송수신동작중, DVB-T 와 T-DMB 동작검증결과를나타내고있다.

5 66 임베디드용멀티모드방송수신모듈및역다중화기설계및구현 로세서를사용했으며동작속도는 600 Mhz다. 또한 720*480의비디오를출력할수있는비디오프로세서와더불어 7 인치 LCD가장착되어있다. 비디오디코더는기본적으로 MPEG2와 MPEG4 Simple 프로파일, 30프레임을지원하는블록이내장되어있다. 그림10. T-DMB 동작결과 Fig. 10. A result of T-DMB mode IV. 결론 그림 8. 임베디드수신단말플렛폼 Fig. 8. Embedded receiver platform 구현된수신모듈은임베디드수신단말에 SPI(Serial Protocol Interface) 인터페이스를기반으로다양한종류의 CPU와 OS에적용될수있는장점을가지고있으며, 윈도우CE용임베디드멀티모드수신기단말기에장착하여, 통합역다중화기를거쳐멀티모드방송수신동작을확인하였다. 아래그림 9, 10은멀티모드방송수신동작중, DVB-T 와 T-DMB 동작검증결과를나타내고있다. 본본문에서는디지털방송전환과맞물려앞으로시장이급성장할디지털방송단말분야에서필수적으로필요한멀티모드를지원하는임베디드용수신모듈및역다중화기를구현하였다. 수신모듈은임베디드디지털방송수신기상에서비디오및오디오재생과정을통해검증되었으며. 하나의수신단말에서여러디지털방송 DVB-T, T-DMB, ISDB-T, DAB(+) 의방송이수신됨을보여줌으로써수신단말의개발기간단축과단가를효과적으로줄일수있다는장점이있다. 또한관련솔류션인통합역다중화기소프웨어솔류션개발로인해통합수신단말개발에보다효과적으로대응될수있다. 본논문의개발결과물을활용하여보다적극적이고발빠르게수신단말개발을대응함으로서관련시장에서우위를선점할수있다고판단된다. 참고문헌 그림 9. DVB-T 동작결과 Fig. 9. A result of DVB-T mode

대한임베디드공학회논문지제 06 권제 02 호 2011 년 04 월 67 박용석 1997년 : 카네기멜론대전기컴퓨터공학학사. 1998년 : 카네기멜론대전기컴퓨터공학석사.

현재, 전자부품연구원선임연구원. 관심분야 : 무선랜, 임베디드소프트웨어, Real-time OS. Email : yspark@keti.re.

관심분야 : 방통융합기술, 디지털통신, 방송시스템설계. Email : kwonkw@keti.re.kr 2003~2005년 : 삼성전자선임연구원. 현재, 전자부품연구원선임연구원.

2004년 : 삼성탈레스주임연구원. 홍선건 2003년 : 제주대학교컴퓨터공학학사. 2005년 : 제주대학교컴퓨터공학석사. 현재, ( 주 )CS 기업부설연구소연구원.

6 대한임베디드공학회논문지제 06 권제 02 호 2011 년 04 월 67 박용석 1997년 : 카네기멜론대전기컴퓨터공학학사. 1998년 : 카네기멜론대전기컴퓨터공학석사. 2010년 : 연세대학교전자공학과박사수료. 권기원 저자소개 1997년 : 광운대학교컴퓨터공과학사. 1999년 : 광운대학교컴퓨터공학과석사. 2007년 : 중앙대학교전자공학과박사수료. 현재, 전자부품연구원선임연구원. 관심분야 : 무선랜, 임베디드소프트웨어, Real-time OS. yspark@keti.re.kr 박세호 2000년 : 경북대학교전자공학과학사. 2002년 : 경북대학교전자공학과석사. 2003년 : I&C테크놀로지전임연구원. 현재, 전자부품연구원선임연구원. 관심분야 : 방통융합기술, 디지털통신, 방송시스템설계. kwonkw@keti.re.kr 2003~2005년 : 삼성전자선임연구원. 현재, 전자부품연구원선임연구원. 관심분야 : 임베디드소프웨어. sehopark@keti.re.kr 김성준 2002년 : 성균관대전기전자및컴퓨터공학부학사. 2004년 : 성균관대전기전자및컴퓨터공학과석사. 2004년 : 삼성탈레스주임연구원. 홍선건 2003년 : 제주대학교컴퓨터공학학사. 2005년 : 제주대학교컴퓨터공학석사. 현재, ( 주 )CS 기업부설연구소연구원. 2006년 ~ 현재, 전자부품연구원전임연구원. 관심분야 : 방송 통신시스템. 디지털방송시스템, 임베디드 S/W 구현. ksjuny@keti.re.kr 관심분야 : 디지털방송, 임베디드소프트웨어, Web Services. hancem@ucsit.co.kr

(JBE Vol. 23, No. 6, November 2018) (Special Paper) 23 6, (JBE Vol. 23, No. 6, November 2018) ISSN 2

(JBE Vol. 23, No. 6, November 2018) (Special Paper) 23 6, 2018 11 (JBE Vol. 23, No. 6, November 2018) https://doi.org/10.5909/jbe.2018.23.6.790 ISSN 2287-9137 (Online) ISSN 1226-7953 (Print) ATSC 3.0 UHD