KDI 세미나 2008 년 아날로그의디지털전환시 RF 와 IP 의기술적차이 2008. 03. 28. 서울산업대학교매체공학과 /IT 정책전문대학원최성진교수
I. 매체간경쟁상황 1. 환경변화예상 통신사업자의막강한자본력을기반으로방송시장진입 지상파방송사의콘텐츠경쟁력으로유료플랫폼영역에서 PP 형태로영역확대성공및디지털전략을고화질을중심으로다채널 (MMS) 영역으로진입추구 지상파 / 통신사업자모두위성방송, DMB, IPTV 까지외연을확장 위성방송사 지상파방송재전송공동수신설비 (SMATV) MMS 공동수신설비 (MATV) 간접광고 케이블방송사 IPTV VoIP 필수설비 지상파방송사 통신사업자 연대 경쟁 아날로그의디지털전환시 RF 와 IP 의기술적차이 2008. 3. 28. 2
II. 용어정리 1. Digital Video 정의 Digital TV 의해상도 SDTV(standard definition TV) 해상도 : 720( 가로 ) x 480( 세로 ) frame rate: 29.97 aspect ratio: 4:3 또는 16:9 HDTV (high definition TV) 해상도 : 1920( 가로 )x1080( 세로 ) frame rate: up to 60 frames aspect ratio: 16:9 국내지상파방송은 SDTV 와 HDTV 를동시방송 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 3
II. 용어정리 1. Digital Video 정의 Resolution of Digital Video Signals 1920 HDTV Interlaced format(1920x1080x30) 16:9 Display aspect ratio 1:1 Pel aspect ratio 1280 MMS 영역 HDTV Progressive format(1280x720x60) 16:9 Display aspect ratio 1:1 Pel aspect ratio 720 1080 SDTV format(720x480x30) 4:3 Display aspect ratio 1:1.125 Pel aspect ratio 480 720 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 4
II. 용어정리 2. Audio 정의 Digital TV 에서의오디오 -CD 수준의고품질음향 - Multilingual service - 5.1 channel Stereo 5.1 channel이란? Left Front Right Front Left Rear Right Rear C(Center) : 대사재생및정면효과음 Subwoofer Sub Woofer: 다른오디오에비해 10% 인저역성분인 120Hz만을재생. 저주파대역의임장감을높이기위해사용. 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 5
1. 전체시스템도 다른발생지로부터 정보발생지 원천비트 채널비트 포맷 원천인코더 다중화 암호화 채널인코더 변조 전송시스템 디지털입력 전 Bit Stream 동기 Digital Wave 송 망 디지털출력 원천비트 채널비트 TV 출력 원천디코더 역다중화 해독 채널디코더 복조 셋톱박스 정보목적지 다른목적지로 Note 1. Format 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 6
참고 : CATV 경우 - RF Cable Head-end Demod & Decrypt Real-time Contents Encoder Interactive Content Server IP Network (Internet) MPEG-2 Stream Multiplexer Ethernet CMTS Upstream Request Processor E n c ry p t Digital Modulator OOB Processor Headend Security Management OOB Demodulator... Analog Services Upconverter OOB Modulator SI & EPG Management C o m b I n e r / S p l I t t e r Cable Network Analog TV OpenCable STB HD방송 POD* IEEE1394 POD Cable-Ready DTV Cable Modem PC Data Flow Control Flow * POD : Point-Of-Deployment 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 7
참고 : CATV 경우 - RF 유료방송 (CATV) TV STB (Splitter) (Tap-off) (TBA) (ONU) 광케이블 분배센터 (SO) QAM modulator MPEG PP PC CM 동축케이블 HFC network QAM modulator CMTS Router ISP 댁내 channel Switching Cable STB 전채널이댁내로 Broadcast 됨 Ch1 (f 1 ) RF modulation Ch4(f 4 ) Ch4 (f 4 ) Ch100 (f 100 ) 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 8
참고 : IPTV 경우 - IP 100M 인터넷접속 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 9
참고 : IPTV 경우 - IP IP-TV 일반주택 아파트 VDSL Ethernet 집선장비 집선장비 1Gbps 1Gbps 통신국사 1Gbps IPTV Head-End Internet VoIP/PSTN Encoder VoD서버 User 가요청한 Ch 만 STB 로전송 집선장비에서 Channel switching DATA (Internet) Voice (PSTN, VoIP, 영상전화등 ) TV STB Join 요청 ( 양방향 ) CH1 stream RVoD NVoD 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 10
참고 : RF 와 IP 의차이 RF -HFC 서비스별로 RF 채널로신호배정 ( 네트웍상에서멀티스트림전송 - 대용량스위치불요 ) 방송장비 통신장비 방송 방송 데이터 데이터 RF ch#1 RF ch#n RF ch#1 RF ch#n 통합단말 IP - FTTx 서비스를 Data stream 에포함하여통합전송 ( 대용량스위치요구 ) 방송장비 통신장비 * 대용량 통합 Switch 방송 #1 방송 #n 데이터 #1 데이터 #n Data Stream 통합단말 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 11
참고자료 Silo Networks Converged Network Service Wire-Wireless Wireless Open API Comm. + Broadcasting Open API Transport Best Effort IPv4 QoS (Quality of Service) IPv6 Video Access xdsl 3G FTTH 4G Intelligent Network Network Speed xdsl 3G 3G 2Mbps Wired 50-100Mbps 3.5G 4G 2-10Mbps 100Mbps Data Voice 2004 2007 2010 One Architecture 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 12
참고 : 위성 DMB 경우 - RF 전용선, 위성안테나, 공중파등으로수신한 PP, CP 들의방송프로그램은 Tu-Media 채널계획에따라재편성되고영상방송, 음성방송등으로채널을구분한신호는압축다중화후 TDM/CDM 변조기를통하여위성으로송출 베이스밴드시스템, 방송수신시스템 (I/O Link), 프로그램자동송출시스템 (APC), 프로그램관리시스템 (PMS), 수신제한시스템 (CAS), 압축다중화시스템, 업링크시스템, 데이터방송시스템, 가입자관리시스템, 종합관제시스템 (NOC) 등으로구성 Base-Band System Encoding/Muxing Sys. Up-Link Sys. Ku-Band PP Monitoring Sys. NOC GF Monitoring Sys. Satellite Monitoring Sys. / CP S-Band APC PMS CAS Subscriber Management System DBS Subscriber Center 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 13
2. Format Part A/D 아날로그신호를디지털로변환하는방법을 PCM (Pulse Code Modulation) 이라함. PCM 은표본화 (Sampling), 양자화 (Quantization), 부호화 (Encoding) 으로이루어짐. 통화전류표본화양자화부호화복호화통화전류 표본화 아날로그신호를일정한간격으로샘플링하는것을표본화라고함. 표본화정리 (Shannon 의정리 ) 에의하면, 샘플링주기는원신호최고주파수의 2 배의빈도로표본화하면원래의신호는완전히복구됨. 전화의경우, 최고주파수가 4kHz 이기때문에 2 배인 8kHz, 즉매초 8,000 회의빈도로표본화함. 이는 T=1/f 임으로 125us 의주기로샘플링함. 이렇게매초 8,000 의표본치하나하나가 8bit 의 2 진부호화되니까 8,000X8=64,000, 즉, 64kbit/s 의부호정보가됨. 양자화 아날로그파형은간단히수치화하기어렵다. 어느수치와수치사이에있을수있는수치가많기때문에이를 4 사 5 입해서간단한수치로고치는것을양자화라고함. 부호화 양자화값을 2 진디지털부호로바꾸는것을부호화라함. 최대변동폭을세밀하게구분하면할수록샘플값을정교하게보낼수가있다. 그러나한개의샘플값을보내는데필요한 0 과 1 펄스의수부호화비트수가늘어나면그만큼반도체부품이늘어나게되고, 반대로듬성듬성부호화하여비트수가적어지면품질이나쁘게됨. 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 14
2. Format Part A/D 음성파형 표본화 15 10 5 4 비트정보량의경우 12 9 6 0 7.9 12.3 5.8 6.2 양자화 8 12 6 6 4 사 5 입 부호화 1000 1100 0110 0110 2 진수로표시 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 15
2. Format Part A/D 포맷은아날로그신호를디지털신호로변환한후, 디지털정보의표현방식을의미함 포맷의종류에는 4:4:4 포맷, 4:2:2 포맷, 4:2:0(4:1:1) 포맷, SIF, CIF, QCIF 포맷들이있음 일반적으로지상파방송의경우는 4:2:0 포맷으로전송하고, 케이블 TV 방송의경우는 4:2:2 포맷을사용하는경우도있음. Y=0.3R+0.59G+0.11B 매트릭스회로 I=0.6R-0.28G-0.32B Q=0.21R-0.52G+0.31B I Modulator 3.58MHz Color Sub-carrier I-Mod. Q Modulator 90 도 Q-Mod. 3.58MHz C signal Color Sync. 다중화기또는가산기 송 신 기 비디오신호의녹화및편집을위해 D1(Component), D2(composite) 와같은다양한디지털포맷을사용했었으나, 국제적프로그램교환등을쉽게하기위해 CCIR 이 component 형태 (4:2:2 포맷, Y, Cr, Cb) 로디지털비디오포맷을단일화하였음. Chrominance Luminance 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 16 4:4:4 Format 4:2:2 Format 4:1:1 Format
2. Format Part A/D 아날로그신호를디지털신호로변경했을경우, 신호정보용량이상당한증가를초래함 아날로그신호의 1 개 frame 은 525line x 700 pixel 이고, 1 초에 30 frame 이전송됨. 따라서 pixel 측면에서는 525 x 700 x 30 = 11,025,000 임. 4:4:4 Format 아날로그신호가디지털신호로변환될때, Y, Cr, Cb 로변환됨, 따라서아날로그의 1 frame 은디지털로 Y, Cr, Cb 의 3 개 frame 으로변환됨. 따라서 4:4:4 format 인경우에 pixel 수는 525 x 700 x 30 x 3 = 33,075,000 임. 그리고 pixel 들은일반적으로비디오의경우는 8 비트로표현됨으로 1 초당비트수는 33,075,000 x 8 bit = 264,600,000 bit/s (264.6Mbit/s) 임. 4:2:2 Format 따라서 4:2:2 format 인경우에 Y frame 의 pixel 수는 525 x 700 x 30 = 11,025,000 이고, 비트수는 11,025,000 x 8 bit = 88,200,000 bit/s 임. 그리고 Cr, Cb frame 의 pixel 수는각각 525 x 350 x 30 = 5,512,500 이고, 비트수는 5,512,500 x 8bit = 44,100,000 bit/s 임 결국총 bps 는 88,200,000 + 44,100,000 + 44,100,000 = 176,400,000 bit/s 임 4:1:1 Format 4:2:0 format 인경우 Y 신호의 BPS 는 525 x 700 x 30 = 11,025,000 이고, Cr, Cb 의경우는각각 262.5 x 350 x 30 = 2,756,250 임 따라서총 BPS 는 (11,025,000 + 2,756,250 + 2,756,250) x 8 bit = 132,300,000 bit/s 임. 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 17
3. Source Encoding Part 부호화이론 (nyquist Sampling Theorem) 인신호의대역폭의최소한 2 배이상의속도로샘플링하여야원신호를복원할수있음 음성신호의대역폭은약 3.4kHz 임으로 8kHz 로샘플링, 오디오신호의대역폭은약 22kHz 임으로 48kHz 로샘플링, 영상신호의대역폭은약 4MHz 임으로 14.3MHz 로샘플링함 음성 64kbps 6.4kbps 오디오 384kbps 디지털압축기술 128kbps 영상 114Mbps 4/17Mbps 영상압축기술음성압축기술 MPEG(Moving Picture Experts Group) 에서만든기술들이세계적표준으로사용됨. MPEG-1 : 영상저장용 (1.5Mbps 급으로저장, SDTV 급 ) MPEG-2 : 영상전송용 (100Mbps 이하, DVD 급 ) MPEG-4 : 영상전송용 ( 배경과객체를분리하여전송, DVD 급 ) MPEG-7 : 영상검색용 MPEG-21 : 영상상거래용 JPEG(Joint Photographic Experts Group) MP3 : MPEG-1 의오디오압축기술이고, 세번째로위치한기술임. MPEG-2 : MPEG-2 의오디오압축기술 (5.1 채널 ) AAC(Advanced Audio Coding) : MPEG-2 방식에 MPEG-1 의방식을혼합하여압축율을높인방식임 (5.1 채널 ) AC-3(Audio Coding-3) : 미국의돌비연구소에서개발한오디오코딩방식의 3 번째형태를말함. (5.1 채널 ) 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 18
3. Source Encoding Part 영상압축기본원리음성압축기본원리최근동향 경사방향에대한시감도는수평, 수직방향에비해낮음. 높은주파수성분에대한시감도는낮음 움직이고있는물체에대한시감도는낮음 높은주파수의잡음은눈에잘띄지않으므로양자화비트수를줄일수있음. 경계 (Edge) 의위치에대해서는민감하지만, 경계의크기에대해서는둔감. 색신호에대한시감도는휘도신호에비해낮음. Intra Frame, Inter Frame 의 2 가지종류의중복성 (Redundancy) 가존재함으로, MPEG 에서는 I(Intra)-Picture, P(Predicted)-Picture, B(Bidirectional)-Picture 등 3 가지유형의프레임이사용 청각의마스킹효과 (HAM:Human Auditory Masking) 를이용하여잡음을신호스펙트럼아래로숨김. 사람의청각특성을최대로이용함 (Psychoacoustics) MS TV Foundation Edition : MPEG-4 Part 10 과유사한형태이며, 자체 Solution, VOD, SVOD, Interactive Program Guide 등을포함하여케이블방송에적용되기위한 Platform MPEG 4 Part 10, H.264 : 2002 년 10 월에 ITU-T 표준으로채택하였고, MPEG-4~2 보다 30-40% 정도압축효과가큼. 방송방식 비디오 오디오 국내 지상파 TV MPEG-2 AC-3 압축 케이블 TV MPEG-2 AC-3 표준 위성 TV MPEG-2 MPEG-2 Layer 2 위성 DMB 및지상파 DMB H.264 MPEG-2 AAC, MPEG-4 BSAC 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 19
4. Multiplexing Part - MUX 정보신호를전기신호로바꿔서전송로를통해상대방에게연결하는것이통신인데,, 한가닥의전선이나무선으로두사람만이통화할수있다면매우비효율적임.. 따라서한가닥의전선으로많은사람이통화할수있게하는것이다중화임.. 다중화방식에는주파수분할다중화 (FDM:Frequency Division Multiplexing), 시분할다중화 (TDM:Time Division Multiplexing), 코드분할다중화 (CDM:Code Division Multiplexing) 등이있음.. 변조기 변조기 변조기 다중화기 저주파수 N/W 주파수분할다중화 고주파수 부호기 부호기 부호기 다중화기 8 비트씩모아다중화시간 N/W 시분할다중화 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 20
4. Multiplexing Part - MUX FDM 아날로그전송에채용된다중화기술. 인간의목소리를전기신호로나타내면 300Hz 3,4kHz 대의주파수이기때문에 1 회선당 4kHz 대역이필요함. 따라서같은신호를한가닥의선에실으면서로충돌하기때문에각각의음성을회선별로다른주파수로변경하여전송하고, 이를받는측에서원래의주파수로되돌리는방법사용 주파수변경은변조를사용함. 변조된신호는전송로의위에나란히놓더라도서로간섭이없이신호를전송할수있음. 채널 1 반송파 12kHz 채널 2 채널 3 MODEM 반송파 16kHz 반송파 20kHz 12kHz 16kHz 20kHz 24kHz 회선을다중화함에따라동시전송이가능 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 21
4. Multiplexing Part - MUX TDM 시분할다중화는여러회선의디지털신호를한가닥의전송로위에조금씩간격을두고싣는방식 로터리스위치 S1 이일정한주기로회전하면서 4 대의송신단말기의디지털정보를전송로에송신하므로시분할다중이이루어짐. 수신측의로터리스위치 S2 는송신측 S1 과같은위상과주기로회전하면서각각 4 대의수신단말기에디지털정보를건네는데, 이러한로터리스위치에작용을하는것이시분할다중화장치임. 로터리스위치회전주기가음성의표본화주기 (1/8,000Hz = 125us) 로되어있는다중화기법을 PCM 다중또는 PCM 전송방식이라부름. 로터리스위치가 1 회전하는사이에송신되는데이터모임을프레임 (frame) 이라하고, 1 프레임은음성의통신회선이되는 24 개의채널과프레임동기를취하는 1 비트를포함시킨 193 비트로구성 채널 1 : 1 4 7 2 채널 2 : D C B A 채널 3 : d c b a 채널 4 : 가나다라 시분할다중화장치 스위치 1 시분할다중전송로 채널 1 : 1 4 7 2 채널 2 : D C B A 채널 3 : d c b a 채널 4 : 가나다라 2 7 4 1 A B C D a b c d 라다나가 프레임 2 A a 라 7 B b 다 4 C c 나 1 D d 가 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 22
IV. 홈네트워크 1. 구성도 인터넷서비스 방송서비스 Ubiquitous 홈미디어서비스 VoIP 서비스 Wideband HFC, FTTH DOCSIS 3.0 Any Device Advanced Codec (MPEG-2 HD H.264, VC-1) WLAN USN MoCA Home Network (CableHome) WLAN 서비스스트리밍서비스 BcN Security Processor Streaming Home-USN USN 연동서비스 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 23
IV. 홈네트워크 2. 유선망측면 네트워크는 xdsl 급, Optic-LAN, HFC, FTTH 등이있음 구분 xdsl HFC LAN FTTH 위성계비율 KT 4,868,662-1,411,391 66,881 1,684 6,348,618 45.5% HTI 680,708 2,082,467 825,765 16,233-3,605,173 25.9% LG-PC - 588,329 449,454 - - 1,035,783 7.4% CATV-SO 46,920 2,125,924 68,814 - - 2,241,658 16.1% 계 5,675,859 5,152,531 3,030,989 83,114 1,684 13,944,177 100% 비율 40.7% 37.0% 21.7% 0.6% 0.0% 100% - 자료 : 정보통신부 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 24
IV. 홈네트워크 3. 무선망측면 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 25
IV. 홈네트워크 3. 무선망측면 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 26
IV. 홈네트워크 4. 융합측면 광의의정의 : 서로다른기술또는제품들이유사화혹은복합화하면서산업영역간경계가무너지고통합하는현상으로단순기술의변화가아닌기술 Paradigm 의변화 협의의정의 : 다양한네트워킹플랫폼들이비슷한서비스가가능하고, 다양한디바이스들인전화, TV, 컴퓨터제품들이함께등장하는것 - 1997. 12. 3 EC Green Paper[COM(97) 623] 단말기융합네크워크결합 ( 통신 ) 서비스결합 ( 방송 ) 사업자융합 DTV STB DMB 데이터방송 T-Communication T-Commerce 휴대폰방송수신 케이블 VoIP, ISP IPTV, June, Fimm Home Networking 기타 Bundling SVC. 커뮤니케이션 : SMS VOD, PVR 네트웍데이터방송 연동형데이터방송 통신사업자의진입 : 위성방송, DMB 방송사업자의진입 : DMC, 지상파 Convergence = Co-petition = Cooperation + Competition 2008 년미디어산업변화와뉴미디어정책 2008 년 1 학기 27
IV. 홈네트워크 4. 융합측면 현재방송통신융합은제 1 단계에서제 2 단계로전이되는과정으로, 새로운융합서비스가창조되는것이아니라, 기존서비스와기술발전결과에따라각기진화된서비스들이결합되어서비스되는시점임 Ubiquitous 상황으로진입되는시점 (2010 년전후 ) 에서는 2 단계에서 3 단계로전이될것임으로 (H/W, BCN), 이시점에서는방송통신융합을위한통합법제가필요할것임 Technology Network Equipment Service Bundle (Separable)! 1 2 Independent Respective 단기 중기! Independent Integrated Bundle (Separable) 장기 3 Integrated Convergence (Inseparable) Convergence (Inseparable) 아날로그의디지털전환시 RF 와 IP 의기술적차이 2008. 3. 28. 28
IV. 홈네트워크 4. 융합측면 Contents providing AV data Service Contents fee Data service fee Contents provider Contents provider Broadcaster Broadcaster User User Service fee / Comm. fee Ad. fee Telco. Telco. Data providing Web service / broadcasting related telecomm. service Ad. Ad. Provider Provider (goods (goods provider) provider) Goods purchase 아날로그의디지털전환시 RF 와 IP 의기술적차이 2008. 3. 28. 29
감사합니다.