t T T A T e c h n i c a l R e p o r 기술보고서 TTR-xx.xxxx 제정일: 2013년 xx월 xx일 UHDTV 서비스 시나리오 및 고려사항 A Study on the UHDTV Service Scenarios and its Considerations
제정일: 2013년 xx월 xx일 UHDTV 서비스 시나리오 및 고려사항 A Study on the UHDTV Service Scenarios and its Considerations 본 문서에 대한 저작권은 TTA 에 있으며, TTA 와 사전 협의 없이 이 문서의 전체 또는 일부를 상업적 목적으로 복제 또는 배포해서는 안 됩니다. Copyrightc Telecommunications Technology Association 2013. All Rights Reserved.
서 문 1. 기술보고서의 목적 본 기술보고서는 향후 4K-UHDTV 송수신정합 규격을 정의함에 있어서 참조 기술 자 료로 활용하기 위한 사전 연구 보고서로서, 4K-UDHTV 서비스에 있어서 방송매체에 상 관없이 공통적으로 관련있는 요소 기술을 분석하고, 방송매체별 서비스 시나리오를 정의 하고, 정의된 시나리오에 대한 신호규격 및 고려사항을 기술하는 것을 목적으로 한다. 2. 주요 내용 요약 본 기술보고서에서는 4K-UHDTV 서비스를 위한 신호규격 및 관련 요소 기술들을 정 의하고, 방송매체별 특성과 무관하게 공통으로 적용되는 고려사항들을 기술한다. 또한, 각 매체별로 적용이 가능한 서비스 시나리오를 정의하여, 시나리오 별 신호규격 및 고려 사항들을 기술 한다. 본 기술보고서는 2015년 전후에 가용할 것으로 판단되는 기술들을 위주로 고려하였다. 3. 기술보고서 적용 산업 분야 및 산업에 미치는 영향 본 기술보고서는 4K-UHDTV 방송 기술 선도 및 산업화를 촉진하고, 4K-UHDTV 방송 서비스 도입과 관련한 기술/정책의 선진화 및 국내 UHDTV 방송 산업 전반의 보호/육성 에 기여할 것으로 기대된다. 4. 참조 표준(권고) 4.1. 국외 표준(권고) - 해당사항 없음 4.2. 국내 표준 - 해당사항 없음 i
5. 참조 표준(권고)과의 비교 5.1. 참조 표준(권고)과의 관련성 - 해당사항 없음 5.2. 참조한 표준(권고)과 본 표준의 비교표 - 해당사항 없음 6. 지적재산권 관련사항 본 기술보고서의 '지적재산권 확약서 제출 현황은 TTA 웹사이트에서 확인할 수 있다. 본 기술보고서를 이용하는 자는 이용함에 있어 지적재산권이 포함되어 있을 수 있으므로, 확인 후 이용한다. 본 기술보고서와 관련하여 접수된 확약서 이외에도 지적재산권이 존재할 수 있다. 7. 적합인증 관련사항 7.1. 적합인증 대상 여부 - 해당사항 없음 7.2. 시험표준제정여부(해당 시험표준번호) - 해당사항 없음 8. 기술보고서의 이력 정보 8.1. 기술보고서의 이력 판수 제정 개정일 제정 개정내역 제 1 판 2013.MM.DD 제정 TTAx.xx-xx.xxxx ii
8.2. 주요 개정 사항 기술보고서 - 해당사항 없음 iii
Preface 1. The Purpose of Technical Report The technical report is intended to support hereafter a definition of Standard of Transmission and Reception for 4K-UHDTV broadcasting on the broadcasting media such as terrestrial, cable and satellite broadcasting. Therefore, the purpose of this report is to analyze the related common technologies for 4K-UHDTV broadcasting, estimate service scenarios on each broadcasting media, and presents available signal formats and considerations for the estimated scenarios. 2. The Summary of Contents This report describes the related common technologies in terms of the compression and transmission rates for 4K-UHDTV broadcasting. This report also presents 4K- UHDTV service scenarios, available signal formats and considerations for each scenario. In the mentioned technologies in the scenarios are limited to being able to be commercialized in about 2015. 3. The Applicable fields of industry and its effect Since this technical report presents the study on the UHDTV service scenarios and its considerations, it is able to activate commercial developments for 4K-UHDTV broadcasting service, thereby leading the technologies and promoting the 4K-UHDTV market. It is also expected to support enhancement for 4K-UHDTV broadcasting service in terms of technical and political aspects and to promote the whole UHDTV broadcasting industry. 4. The Reference Standards (Recommendations) 4.1. International Standards (Recommendations) - None 4.2. Domestic Standards iv
- None 5. The Relationship to Reference Standards(Recommendations) 5.1. The relationship of Reference Standards - None 5.2. Differences between Reference Standard(recommendation) and this Technical Report - None 6. The Statement of Intellectual Property Rights IPRs related to the present document may have been declared to TTA. The information pertaining to these IPRs, if any, is available on the TTA Website. No guarantee can be given as to the existence of other IPRs not referenced on the TTA website. And, please make sure to check before applying the technical report. 7. The Statement of Conformance Testing and Certification 7.1. The Object of Conformance Testing and Certification - Not Applicable 7.2. The Standards of Conformance Testing and Certification - Not Applicable 8. The History of Technical Report 8.1. The Change History v
Edition Issued date Outline The 1st edition 2004.01.01 Established TTAx.xx-xx.xxxx 8.2. The Revisions - None vi
목 차 기술보고서 1. 개요 1 2. 기술보고서의 구성 및 범위 2 3. 매체별 4K-UHDTV 서비스 시나리오 요약 3 3.1. 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스 3 3.2. DCATV기반 4K-UHDTV 서비스 4 3.3. 위성 기반 4K-UHDTV 서비스 4 4. 4K-UHDTV 서비스를 위한 세부 요소기술 및 공통 고려사항 6 4.1. AV 신호 포맷 6 4.2. 세부 요소기술 6 4.3. 4K-UHDTV 방송 서비스를 위한 비트율 8 4.4. 공통 서비스 고려사항 9 4.5. 공통 시스템 고려사항 9 5. 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오 11 5.1. DTV 호환 4K-UHDTV 서비스 11 5.2. DTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 14 5.3. DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 16 5.4. DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 20 5.5. DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 서비스 23 5.6. DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 25 5.7. DTV 비호환 실시간 전송 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 27 6. DCATV 기반 4K UHDTV 서비스 시나리오 30 6.1. DCATV 호환 4K UHDTV 서비스 30 6.2. DCATV 비호환 4K UHDTV 서비스 33 7. 위성 기반 4K UHDTV 서비스 시나리오 36 7.1. HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 37 7.2. HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 40 7.3. HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 45 vii
부록 I. 약어표 49 부록 II. 4K-UHD 비디오 신호포맷 변화에 따른 부호화율 51 부록 III. 4K-UHDTV 서비스 시기를 고려한 부호화 및 전송기술 58 부록 IV.서비스 및 시스템 공통 고려사항의 참조 자료 59 부록 V. 지상파 DTV와의 역호환성에 대한 고려사항 63 부록 VI. 4K-UHDTV 방송서비스를 위한 필요 기술 분야 65 viii
Contents 기술보고서 1. Overview 1 2. Organization and Scope 2 3. Abstract of 4K-UHDTV service scenarios 3 3.1. Terrestrial based 4K-UHDTV service 3 3.2. DCATV based 4K-UHDTV service 4 3.3. Satellite based 4K-UHDTV service 4 4. Technical elements and common considerations for 4K-UHDTV service 6 4.1. AV signal formats 6 4.2. Technical elements 6 4.3. Bitrates for 4K-UHDTV service 8 4.4. Common service considerations 9 4.5. Common system considerations 9 5. Terrestrial based 4K-UHDTV service scenario 11 5.1. DTV compatible 4K-UHDTV service 11 5.2. DTV incompatible 4K-UHDTV service 14 5.3. DTV compatible hybrid 4K-UHDTV service 16 5.4. DTV incompatible hybrid 4K-UHDTV service 20 5.5. DTV compatible NRT based 4K-UHDTV service 23 5.6. DTV incompatible NRT based Scalable 4K-UHDTV service 25 5.7. DTV incompatible real-time transmission based Scalable 4K-UHDTV service 27 6. DCATV based 4K UHDTV service scenario 30 6.1. DCATV compatible 4K UHDTV service 30 6.2. DCATV incompatible 4K UHDTV service 33 7. Satellite based 4K UHDTV service scenario 36 7.1. HDTV incompatible single-layer 4K-UHDTV satellite broadcasting service 37 7.2. HDTV compatible multi-layer 4K-UHDTV s satellite broadcasting service 40 7.3. HDTV incompatible multi-layer 4K-UHDTV satellite broadcasting service 45 Annex I. Abbreviations 49 ix
Annex II. Coding bitrates for 4K-UHD video formats 51 Annex III. Coding and transmission technologies in UHDTV service timeline 58 Annex IV. Reference of common service and system considerations 59 Annex V. Considerations for compatibility with terrestrial DTV broadcasting 63 Annex VI. Required technical area for 4K-UHDTV service 65 x
UHDTV 서비스 시나리오 및 고려사항 (A Study on the UHDTV Service Scenarios and its Considerations) 1. 개요 본 문서는 최근 차세대 방송 서비스로 부각되고 있는 UHDTV 서비스를 제공하기 위 한 사전연구 보고서로서, 지상파, 케이블 및 위성 매체를 통한 상용화 서비스 제공시에 고려할 수 있는 서비스 시나리오를 정의하는 것이 목적이다. UHDTV 서비스는 최대 8K (7680x4320)급 해상도까지 지원하는 초고선명 방송서비스로 정의할 수 있지만, 본 문서 에서는 시기별 기술적 가용성에 따라 4K(3840x2160)급 해상도를 갖는 4K-UHDTV 서비 스만을 고려하며, 별도로 언급하지 않는 경우에 본 문서에서 기술하는 UHDTV 서비스는 4K-UHDTV 서비스를 의미한다. 본 문서에서는 4K-UHDTV 서비스 시나리오 정의를 위 해 필요한 신호 규격 및 매체별 고려사항에 대해 기술하며, 이를 바탕으로 하여 가능한 서비스 시나리오를 기술한다. 서비스 시나리오 정의를 위해 사용된 신호포맷 별 전송 비 트율 등은 현재 서비스 중인 HDTV 서비스를 기준으로 산정하였으며, 실제 상용 서비스 제공 시에는 각 매체별로 요구되는 서비스 특성에 맞추어 재 고려되어야 할 것이다. 1
2. 기술보고서의 구성 및 범위 본 기술보고서는 UHDTV 서비스를 제공하는 데 필요한 서비스 시나리오 수립 및 해 당 서비스 시나리오를 만족하기 위한 기술들을 매체별로 구분하여 기술한다. 4장에서는 4K-UHDTV 서비스를 위한 신호 규격 및 관련 요소 기술들을 정의하며, 매체별 특성과 무관하게 공통으로 적용되는 고려사항들을 기술한다. 그 외에 각 매체별로 적용이 가능 한 서비스 시나리오 및 추가적인 고려사항들에 대해서는 5장에서 지상파 기반, 6장에서 DCATV 기반, 7장에서 위성 기반 4K-UHDTV 서비스에 대해 기술한다. 또한, 부록 I에 서는 관련 약어를 기술하며, 부록 II에서는 4K-UHD 비디오 신호 규격에 따른 부호화율 에 관한 실험 결과를 기술하며, 부록 III 에서는 각 매체별로 서비스 일정에 따라 가용한 기술 범위를 구분하여 상용 서비스 제공 계획 수립을 위한 기초 자료를 제공하고자 하 였다. 부록 IV에서는 UHDTV 서비스 요구사항 및 시스템 요구사항 도출을 위한 참고 자 료로서 서비스 시나리오 수립시에 논의된 고려사항들과 관련한 요구사항들을 제시하고 있으며, 부록 V 에서는 지상파 DTV에서의 역호환성에 대한 고려사항을 기술하고 있으며, 대부분 매체 구분 없이 적용될 수 있는 내용으로 타 매체에서도 필요 시 참조할 수 있 다. 마지막으로 부록 VI 에서는 4K-UHDTV 서비스를 위해 향후 연구 개발이 필요한 분 야에 대해 기술하였다. 2
3. 매체별 4K-UHDTV 서비스 시나리오 요약 3.1. 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스 본 절에서는 지상파 기반으로 4K UHDTV 서비스를 제공할 수 있는 여러 가지 서비 스 시나리오들을 요약하여 기술한다. [표 3.1] 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오 요약 서비스 시나리오 DTV 호환 4K- UHDTV DTV 비호환 4K-UHDTV 비디오 부호화 Simulcas t(mpeg- 2 + HEVC), SVC (MPEG- 2 + HEVC ) HEVC 오디오 부호화 주요기술 Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) MPEG-H 3D Audio 다중화 MPEG-2 MPEG-2 전송 ATSC ATSC or DVB- T2 주요 고려사항 기본계층을 MPEG-2 코덱으로 하는 계 층 부호화 방식은 국제표준화 내용에 포함되지 않아 별도 표준기술 개발 필 요 기존 DTV 비디오를 13~14Mbps 로 부 호화함에 따라 기존 DTV 화질 열화가 발생하며 4K-UHD 비디오에도 12Mbps 이내의 부호화율 할당만 가능하여 4K- UHDTV 서비스가 불가능할 것으로 판 단 DTV와 비호환 / 전용채널 필요 기술적으로 가장 간단한 형태의 UHDTV 서비스 DTV 호환 4K-UHDTV 하이브리드 SVC (MPEG- 2 + HEVC) Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) MPEG-2 /MMT/ DASH ATSC DTV 호환 / 전용채널 필요 없음 IP망의 QoS 보장 및 동기화에 대한 기 술 개발 필요 MPEG-2 기반 Scalable video coding 이 국제표준화 내용에 포함되지 않아 국내 독자적인 표준기술 개발 필요 DTV 비호환 4K-UHDTV 하 이브리드 DTV 호환 다운 로드기반 4K- UHDTV DTV 비호환 다 운로드기반 4K- UHDTV DTV 비호환 실 시간 전송 기반 Scalable 4K- UHDTV SHVC (HEVC + HEVC) Simulcas t(mpeg- 2 + HEVC), SVC (MPEG- 2 + HEVC) SHVC (HEVC + HEVC) SHVC (HEVC + HEVC) MPEG-H 3D Audio Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) MPEG-H 3D Audiov MPEG-H 3D Audio MPEG-2 /MMT/ DASH MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 ATSC or DVB- T2 ATSC ATSC or DVB- T2 ATSC or DVB- T2 DTV 비호환 / 전용채널 필요 UHDTV 화질의 차등화된 서비스 IP망의 QoS 보장 및 동기화에 대한 기 술 개발 필요 2014년 SHVC 표준 완료 DTV 호환 / 전용채널 필요 없음 IP망의 QoS 보장 및 동기화에 대한 기 술 개발 필요 MPEG-2 기반 Scalable video coding 이 국제표준화 내용에 포함되지 않아 국내 독자적인 표준기술 개발 필요 HD 방송에 비해 NRT 다운로드 데이터 양이 더 큼 수신기의 복잡성이나 데이터를 다운로 드 소요시간 등 파워소모 관점에서 비 효율적 DTV 비호환 / 전용채널 필요 UHDTV 화질의 차등화된 서비스 동기화에 대한 기술 개발 필요 2014년 HEVC 기반 SHVC 표준 완료 DTV 비호환 / 전용채널 필요 UHDTV 화질의 차등화된 서비스 동기화에 대한 기술 개발 필요 2014년 SHVC 표준 완료 3
3.2. DCATV 기반 4K-UHDTV 서비스 본 절에서는 DCATV 기반으로 4K UHDTV 서비스를 제공할 수 있는 여러 가지 서비 스 시나리오들을 요약하여 기술한다. [표 3.2] DCATV 기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오 요약 서비스 시나리오 DCATV 호환 4K-UHDTV 서비스 DCATV 비호환 4K-UHDTV 서비스 비디오 부호화 Simulcast (AVC + HEVC) SHVC (AVC + HEVC) AVC 5.1 HEVC 오디오 부호화 주요기술 Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) MPEG-H 3D Audiov 다중화 MPEG-2 MPEG-2 전송 J. 83B J. 83B 주요 고려사항 DCATV와 호환 HD급은 AVC 부호화, 4K UHD는 HEVC 부호화 DCATV 비호환 UHDTV 전용 채널 서비스 3.3. 위성 기반 4K-UHDTV 서비스 본 절에서는 위성 기반으로 4K UHDTV 서비스를 제공할 수 있는 여러 가지 서비스 시나리오들을 요약하여 기술한다. 서비스 시나리오 [표 3.3] 위성 기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오 요약 비디오 부호화 주요기술 오디오 다중화 부호화 전송 주요 고려사항 HDTV 비호환 단일계층 4K- UHDTV 서비스 AVC 5.1 or HEVC MPEG-H 3D Audio MPEG-2 DVB-S2 CCM @ Ka or Ku대역 UHDTV 전용 채널 서비스 HDTV 호환 다 중계층 4K- UHDTV 서비스 HDTV 비호환 다중계층 4K- UHDTV 서비스 Simulcast or SHVC (AVC+AVC or AVC+HEVC) Simulcast or SHVC (AVC+AVC or AVC+HEVC or HEVC + HEVC) Simulcast or SHVC (HEVC+HEVC) Simulcas t (AC-3 + MPEG-H 3D Audio MPEG-H 3D Audio MPEG-H 3D Audio MPEG-2 DVB-S2 CCM @ Ka(enh.) and Ku(base) 대 역 DVB-S2 VCM(base+ enh.) @ Ka or Ku대역 DVB-S2 CCM @ Ka(enh.) and Ku(base) 대 역 강우감쇠에 대처하기 위한 채 널 적응형 전송기법 적용 HD 콘텐츠 서비스 동시 지원 4
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4. 4K-UHDTV 서비스를 위한 세부 요소기술 및 공통 고려사항 4.1. AV 신호 포맷 4K-UHDTV 방송 서비스를 위한 비디오 및 오디오 신호포맷에 있어서 주요 파라미터 값을 [표 4.1]에 나타낸다. 본 문서에서 기술되는 시나리오와 요구사항 도출을 위한 고 려사항은 [표 4.1]의 기본 값을 기준으로 한다. 비디오 오디오 [표 4.1] 4K-UHDTV AV 신호포맷 파라미터 기본 선택 해상도 3840x2160 - 프레임율 30, 60 120 비트심도 8, 10 12 컬러 샘플링 4:2:0, 4:2:2 4:4:4 주사방식 프로그래시브 - 채널 수 2, 5.1, 10.2 7.1, 22.2 샘플링 주파수 48KHz 96KHz 양자화 비트 16 20, 24 4.2. 세부 요소기술 4K-UHDTV 방송 서비스를 위해 주요한 세부 요소기술인 AV 부호화 기술, TS기술 및 전송 기술에 대한 현황과 성능을 [표 4.2]에 나타낸다. [표 4.2]의 부호화율은 기본적으로 부록 II에 기술 된 [표 II.8]의 검토의견을 바탕으 로 프레임율 변화에 있어 부호화율 20% 증가하는 것으로 산정하고, 나머지 비트심도 및 컬러 샘플링 변화에 대해서는 부호화율 변동이 없는 것으로 간주하여 부호화율을 예측 한다. 또한, 부록 II에서 예측한 30p, 8bits, YUV4:2:0 신호포맷의 4K-UHDTV 부호화율 14~18Mbps 1 는 기존 HDTV 화질 정도의 수준을 가정하여 예측된 값으로, UHDTV방송이 50인치 이상의 대화면 TV에서 시청자가 볼 것이라는 점을 고려하면 UHDTV 화질이 H DTV 화질보다 우수한 화질로 서비스가 필요할 것으로 예상하여 30p, 8bits, YUV4:2:0 신호포맷의 4K-UHDTV 부호화율을 16~20Mbps로 산정하여 나머지 신호포맷에 대한 부 호화율을 예측한다. 따라서, 본 문서에서는 4K-UHDTV 비디오 신호포맷을 부호화율 증 가량을 기준으로 4K-UHDTV@30p 신호와 4K-UHDTV@60p 신호로 아래와 같이 분류하 여 정의한다. 1 기존 HDTV 화질인 PNSR 35dB 수준으로 고려함. 실감미디어로서의 UHDTV 수준으로 PSNR 37dB 정도 를 고려한다면 보다 높은 비트율이 필요함. 정확한 비트율 예측을 위해서는 다양한 콘텐츠, 객관적 품질, 주 관적 품질 측면의 실험 결과가 요구됨. 6
기술보고서 4K-UHDTV@30p 신호 : 30p, 8/10bits, YUV4:2:0/4:2:2 포맷의 4K-UHD 비디오와 2~10.2 채널, 48kHz, 16bits 오디오 4K-UHDTV@60p 신호 : 60p, 8/10bits, YUV4:2:0/4:2:2 포맷의 4K-UHD 비디오와 5.1~10.2 채널 96kHz, 24bits 오디오 [표 4.2] 4K-UHDTV 서비스를 위한 세부 요소기술 현황 및 성능 기술분야 가용기술 성능 비고 HEVC 16~20Mbps (4K-UHDTV@30p 신호 기준) 19.2 ~24Mbps (4K-UHDTV@60p 신호 기준) YUV42:2 포맷이상의 부호화 지원은 2014 년 상반기에 준화 완료 예 상 비디오 부호화 기술 AVC 32~48Mbps (4K-UHDTV@30p 신호 기준) 38.4~57.6Mbps (4K-UHDTV@60p 신호 기준) SVC 2 (향상계층 : HEVC) 12~15Mbps 3 (4K-UHDTV@30p 신호 기준으로 향 상계층에 대한 부호화율) 14.4~18Mbps (4K-UHDTV@60p 신호 기준으로 향 상계층에 대한 부호화율) SHVC 는 기본계층으로 AVC, HEVC 지원 2014 년 하반기 표준화 완료 예상 오디오 부호화 기술 다중화 기술 AC-3 MPEG-H 3D-Audio MPEG-2 TS MMT/DASH 0.2~1.4Mbps 0.2~1Mbps 현재와 동일 RF 망과 IP 망의 결합한 다중화 가 능 2016 년 표준화 완료예 상 ATSC 19.39Mbps 전송 기술 ATSC 3.0 DVB-T2 DVB-C2 ITU-T J.83B DVB-S2 (CCM & VCM) 25.2 Mbps 30 Mbps (6MHz Bandwidth) 25~26Mbps (6MHz Bandwidth) 38.8Mbps (6MHz Bandwidth) ~75Mbps ATSC 대비 최소 30% 성능 향상을 목표로 2015 년 말경 표준완료 예상 8PSK 5/6 이하 가정, α=0.2 가정 2 기본계층은 Full HD, 향상계층은 4K-UHD 영상을 부호화하는 것으로 가정하고, 기본계층의 표준 코덱은 MPEG-2, AVC, HEVC 상관하지 않고, 향상계층의 표준 코덱을 HEVC 로 계층 부호화하는 경우임. 3 기본계층의 Full-HD 영상을 HEVC 코텍으로 4Mbps, AVC 코덱으로는 8Mbps, MPEG-2 코덱으로는 16M bps 부호화율로 부호화하여 유사한 화질로 부호화하고, 향상계층의 4K-UHD 영상을 HEVC 코덱으로 부호 화하는 경우, 향상계층에 대한 부호화율로 Simulcast 대비 25% 압축률 향상으로 가정함. 기본계층의 코덱 종류에 따라 향상계층의 압축률은 다소 상이할 수는 있을 것으로 예상함. 7
4.3. 4K-UHDTV 방송 서비스를 위한 비트율 기술보고서 현재 지상파 DTV 서비스를 위하여 방송사는 ATSC 8-VSB에서 사용 가능한 19.39M bps의 전송 용량을 [표 4.3]과 같이 할당하여 방송하고 있다. 실제 HDTV 방송에서는 오디오, 데이터, PSIP 및 Null의 비트율로 약 1.7Mbps를 할당하고, 나머지 약 17.69Mb ps 정도의 비트율을 비디오 부호화에 할당하여 방송하고 있는 것이다. [표 4.3] 지상파 HDTV 방송의 신호별 할당 비트율 신호 종류 할당 비트율 비고 HD 비디오 17.69Mbps 2~5.1 채널 오디오 0.6Mbps 음성다중 지원 데이터 0.7Mbps PSIP 0.2Mbps Null 0.2Mbps 계 19.39Mbps [표 4.3]을 바탕으로 4K-UHDTV 서비스에서의 신호별 할당 비트율은 [표 4.4] 및 [표4.5]와 같이 같이 산출할 수 있다. 차세대 방송에서는 실감방송과 더불어 복지방송 서비스에 대한 중요성이 강조되고 있는 점을 고려하여 기타로 0.5Mbps 정도의 비트율 을 포함하였다. [표 4.4]는 2.2절에서 정의한 4K-UHDTV@30p 신호기반 서비스의 신호별 예상 비트 율로, 총 18.2~23Mbps의 비트율이 필요할 것으로 예상된다. 또한, [표 4.5]에 나타낸 바와 같이 4K-UHDTV@60p 신호기반 서비스에서는 총 18.2~27Mbps의 비트율이 필요 할 것으로 예상된다. [표 4.4] 4K-UHDTV@30p 신호기반 4K-UHDTV 서비스의 신호별 예상 비트율 신호 종류 할당 비트율 비고 4K-UHD 비디오 16~20Mbps HEVC 부호화 기준 2~10.2 채널 오디오 0.6~1Mbps 음성다중 지원 데이터 0.7Mbps PSIP 0.2Mbps Null 0.2Mbps 기타 0.5Mbps 복지방송용 데이터 계 18.2~22.6Mbps [표 4.5] 4K-UHDTV@60p 신호기반 서비스의 신호별 예상 비트율 신호 종류 할당 비트율 비고 4K-UHD 비디오 19.2~24Mbps HEVC 부호화 기준 5.1~10.2 채널 오디오 0.6~1.4Mbps 음성다중 지원 데이터 0.7Mbps PSIP 0.2Mbps Null 0.2Mbps 기타 0.5Mbps 복지방송용 데이터 계 18.2~27Mbps 8
4.4. 공통 서비스 고려사항 기술보고서 방송매체와 무관하게 기본적으로 요구되는 서비스 요구사항을 도출하기 위하여 고려 해야 할 항목을 [표 4.6]에 나타낸다. 본 보고서에서 기술하는 모든 서비스 시나리오에 대해 [표 4.6]에 나타낸 항목은 공통적으로 적용되는 고려사항이다. 또한, 4K-UHDTV 서비스 고려사항에 대해 기존 지상파 디지털 TV 서비스 요구사항을 대입하여 고려할 내 용 및 기준에 대한 내용을 부록 IV에 나타낸다. 따라서, 지상파 기반의 4K-UHDTV 서비 스 요구사항은 부록 IV의 내용을 참조하여 향후 정의하기로 한다. 반면, 케이블 및 위성 기반의 4K-UHDTV 서비스의 경우는 이미 서비스 요구사항이 정의된 자료가 있으므로, 기 정의된 서비스 요구사항을 활용하여 기술한다 4. [표 4.6] 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 항목 비고 001 타 전송매체와의 호환성 002 서비스 최대 지연시간 003 송수신 UHDTV 비디오 품질 004 송수신 UHDTV 오디오 품질 005 채널 전환 시간. 006 부가서비스(복지방송 등) 지원 4.5. 공통 시스템 고려사항 방송매체와 무관하게 기본적으로 요구되는 시스템 요구사항을 도출하기 위하여 고려 해야 할 항목을 [표 4.7]에 나타낸다. 본 보고서에서 기술하는 모든 서비스 시나리오에 대해 [표 4.7]에 나타낸 항목은 공통적으로 적용되는 고려사항이다. 또한, 4K-UHDTV 시스템 고려사항에 대해 기존 지상파 디지털 TV 시스템 요구사항을 대입하여 고려할 내 용 및 기준에 대한 내용은 부록 IV를 참조하기 바란다. 또한, 4K-UHDTV 시스템 고려사 항에 대해 기존 지상파 디지털 TV 디지털 요구사항을 대입하여 고려할 내용 및 기준에 대한 내용을 부록 IV에 나타낸다. 따라서, 지상파 기반의 4K-UHDTV 시스템의 요구사항 은 부록 IV의 내용을 참조하여 향후 정의하기로 한다. 반면, 케이블 및 위성 기반의 4K- UHDTV 서비스의 경우는 이미 시스템 요구사항이 정의된 자료가 있으므로, 기 정의된 시스템 요구사항을 활용하여 기술한다. 4 위성 UHDTV 방송 서비스와 관련된 요구사항은 TTA 의 위성 UHDTV 실험방송 송수신 정합 연구 보고서 (TTAR-07.0010)을 참조한다. 9
[표 4.7] 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 항목 비고 001 4K-UHDTV 비디오 신호 포맷 002 4K-UHDTV 오디오 신호 포맷 003 4K-UHDTV 비디오 부호화율 004 오디오 부호화율 005 다중화 006 전송용량 007 전송 비트 오류율(비트 오류율이란 일정량의 비트를 수신했 을 때 한 비트의 오류가 발생하는 비율) 008 다중화 기본 단위 009 오류 정정 부호화 010 프로그램 관련 정보 011 수신 제어 (CAS 등) 기능 10
5. 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오는 기존 DTV와의 호환성 여부, 하이브드리 망과의 융합 및 다운로드기반 이라는 3가지 관점에서 7가지로 분류하여 5.1절~5.7절 에 기술한다. 또한 각각의 시나리오에 대하여 시스템 구성도, 부호화 및 전송의 세부 기술에 따라 서비스가 가능한 4K-UHDTV AV 신호포맷을 기술하고, 서비스 및 시스템 관점에서의 고려사항을 기술한다. 또한, 지상파 기반 4K-UHDTV 서비스에서 기존 D TV와의 호환성과 관련된 이슈에 대해서는 부록 E를 참조하기 바란다. 5.1. DTV 호환 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 지상파 DTV 방송과 호환성을 유지하면서 지상파 방송을 통해서 HD 급 비디오에 비해 4 배의 화질을 갖는 비디오와 고음질 오디오를 제공하는 실시간 UHDTV 서비스이다. 시스템 구성도 DTV 호환 4K-UHDTV 방송 서비스를 제공하기 위한 시스템은 [그림 5.1.1]과 같이 구성될 수 있다. [그림 5.1.1] DTV 호환 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 송신부 - 4K-SVC 인코더 내부는 [그림 5.1.2]와 같이 구성된다. 4K to 2K Down scaler, 2K to 4K Up scaler 기본계층 인코더 : DTV(HD)용 MPEG-2 인코더 향상계층 인코더 : HEVC SVC 인코더 - 4K 비디오는 4K SVC 인코더에서 2K 영상으로 Down Scaling 하여 MPEG-2 인코더로 압축한다. - 동시에 4K SVC 인코더에서는 기본계층에서 부호화된 데이터를 활용하여 4K 비디오를 HEVC 로 압축한다. 11
[그림 5.1.2] 4K-SVC 인코더 내부 수신부 - 4K-SVC 디코더 내부는 [그림 5.1.3]과 같이 구성된다. - 기존의 DTV 수신기에서는 RF 입력을 통하여 기본계층에 해당하는 신호만을 수신한다. - 4K-UHDTV 수신기에서는 RF 입력을 통하여 기본계층에 해당하는 데이터와 향상계층 데이터를 수신하여 두 계층의 데이터를 복호한다. [그림 5.1.3] 4K-SVC 디코더 내부 세부기술에 따른 AV 신호규격 DTV 호환 4K-UHDTV 서비스를 위해서는 HDTV 서비스에 15Mbps 를 할당할 경우, 4K- UHDTV 서비스에 할당할 수 있는 비트율은 [표 5.1.1]에 나타낸 바와 같이 약 3Mbps 정도의 비트율이 할당될 수 있다. 실제 HDTV 서비스에 15Mbps 를 할당하더라도 오디오, 데이터, PSIP 및 Null 의 비트율로 약 1.7Mbps 할당을 고려하면, HD 비디오에는 약 13Mbps 정도의 비트율을 할당할 수 있으므로 기존 DTV 화질 열화가 발생한다. 12
[표 5.1.1] DTV 호환 4K-UHDTV 서비스의 AV 신호포맷 예 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비트율 (Mbps) 4K- HDTV UHDTV 전송 용량 (Mbps) 비고 [V] SVC (MPEG-2+HEVC) [A] Simulcast(AC-3+MPEG- 4K- 4K-UHDTV H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS UHDTV@30p 신호 15 3 19.39 서비스 불가 [T] ATSC 8-VSB [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec. 서비스 고려사항 [표 5.1.1]에 나타낸 바와 같이 서비스가 불가능한 것으로 예상되어 서비스 고려사항은 작성하지 않는다. 시스템 고려사항 [표 5.1.1]에 나타낸 바와 같이 서비스가 불가능한 것으로 예상되어 시스템 고려사항은 작성하지 않는다. 13
5.2. DTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 지상파 망을 통해서 HD 급 비디오에 비해 4 배의 화질을 갖는 비디오와 고음질 오디오를 제공하는 실시간 4K-UHDTV 전용 채널 서비스이다. 기술적으로 가장 간단한 형태로 UHDTV 방송서비스를 제공할 수 있는 시나리오이다. 시스템 구성도 DTV 비호환 4K-UHDTV 지상파 방송 서비스를 제공하기 위한 시스템은 [그림 5.2]와 같이 구성될 수 있다. 채널 정보 PSI/SI 생성기 비디오 오디오 AV 인코더 MUX 모듈레이터 수신기 [그림 5.2] DTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 [그림 5.2]는 1 개의 UHDTV 서비스가 제공되는 시스템의 일 예로, A/V 인코더 1 대가 4K-UHD 비디오 및 다채널 오디오 신호를 입력받아 MPEG-2 TS 를 생성하고, PSIP 생성기가 PSIP 테이블들을 생성하여 4K-UHDTV 방송 스트림을 생성한다. 재다중화기는 PSIP 생성기와 A/V 인코더에서 생성된 MPEG-2 TS 를 다중화하여 송출한다. 모듈레이터는 최종 방송 스트림을 R/F 신호로 변조하며 지상파 송신소에 전송한다. 송신소로부터 전송된 지상파 방송 신호는 가정용 안테나를 통해 수신되고 지상파 방송 수신기에 입력되어 UHDTV 방송 콘텐츠로 복원된다. 세부기술에 따른 서비스 가능한 AV 신호포맷 4.3 절에 기술된 내용을 바탕으로, 비디오를 제외한 오디오, 데이터, PSIP, Null 등에 할당되는 비트율은 약 2.5Mbps 로 가정한다. 4K-UHD 비디오를 HEVC 코덱을 이용하여 약 17Mbps 부호화하는 경우는 프레임율 30P 의 4K-UHDTV 서비스가 가능할 것으로 예상된다. 14
[표 5.2.1] DTV 비호환 4K-UHDTV 서비스의 AV 신호포맷 예 세부 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비디오에 할당 가능 비트율 (Mbps) 전송 용량 (Mbps) 비고 [V] HEVC [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] ATSC 8-VSB [V] HEVC [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-T2 4K-UHDTV@30p 신호 4K-UHDTV@60p 신호 약 17 19.39 약 28 30 [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec. 서비스 고려사항 DTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 관점에서의 고려사항은 [표 5.2.2]와 같다. [표5.2.2] DTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 항목 비고 001 전용 채널 확보 002 기존의 HDTV 수신기에 미치는 영향 시스템 고려사항 DTV 비호환 4K-UHDTV 시스템 관점에서의 고려사항은 [표 5.2.3]과 같다. [표 5.2.3] DTV비호환 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 항목 비고 001 UHDTV 방송 식별 정보 15
5.3. DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 현재 지상파로 수신중인 DTV 영상(HD)에 하이브리드 망을 통해 전송되는 부가 영상 신호(4K Residual)를 이용하여 4K UHDTV 방송을 수신하는 서비스로, 기존 DTV 하위 호환을 유지하며, 추가적인 주파수 대역 할당 없이 무료 지상파 방송 기반의 UHDTV 서비스가 가능한 방식이다. 시스템 구성도 DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스를 제공하기 위한 시스템은 [그림 5.3.1]과 같이 구성될 수 있다. [그림. 5.3.1] DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 송신부 - 하이브리드 4K-UHDTV 인코더 내부는 [그림 5.3.2]와 같이 구성된다. 4K to 2K Down scaler, 2K to 4K Up scaler 기본계층 인코더 : DTV(HD)용 MPEG-2 인코더 향상계층 인코더 : HEVC SVC 인코더 - 4K 비디오는 Hybrid UHDTV 인코더에서 2K 비디오로 Down Scaling 하여 MPEG-2 기본계층 압축 후 DTV 송출한다. - 동시에 하이브리드 4K-UHDTV 인코더는 기본계층의 부호화 데이터를 기반으로 HEVC 로 부호화하여 브로드밴드 네트워크를 통해 스트리밍 송출한다. - 하이브리드 4K-UHDTV 인코더는 기본계층과 향상계층 간의 동기신호를 부여한다. 16
[그림 5.3.2] 하이브리드 4K-UHDTV 인코더 내부 수신부 - 기존의 DTV 수신기에서는 기본계층 신호만을 수신한다. - 하이브리드 4K-UHDTV 수신기에서는 RF 입력을 통하여 기본계층 데이터를 수신하고 브로드밴드 네트워크를 통하여 향상계층 부호화 데이터를 수신한다. 기본계층과 향상계층 간의 동기화 신호에 따라 동기화하여 4K 비디오를 복호한다. [그림 5.3.3] DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 수신부 구성도 세부 기술에 따른 AV 신호규격 DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스에서 기본계층은 기존 DTV 서비스에 할당되는 비트율을 나타내는 [표 5.3]의 값에 따라 HD 비디오에 17.29Mbps 를 할당한다. [표 4.2]에 나타낸 SVC 성능에 따라, 향상계층이 기본 포맷의 4K-UHDTV 서비스인 경우는 12~15Mbps, 향상계층이 향상 포맷의 4K-UHDTV 서비스인 경우는 14.4~18Mbps 를 할당한다. 17
[표 5.3.1] DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스의 AV 신호포맷 예 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비디오에 할당 비트율 (Mbps) HD 4K-UHD 전송용량 (Mbps) 비고 [V] SVC (MPEG-2+HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS + MMT/DASH 4K- UHDTV@30p 신호 17.69 12~15 19.39@방송망 + (12~15)@IP망 [T] ATSC 8-VSB + IP [V] SVC (MPEG-2+HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS + MMT/DASH 4K- UHDTV@60p 신호 17.69 14.4~18 19.39@방송망 + (15.8~18.4)@IP 망 [T] ATSC 8-VSB + IP [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec. 서비스 고려사항 DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 고려사항은 [표 5.3.2]와 같다. [표 5.3.2] DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 항목 비고 001 "지상파 디지털 TV 방송 송수신 정합" 표준 호환 002 기존 DTV 화질 열화 003 DTV 전송 영상과 부가 영상의 Frame 단위 동기화 004 하이브리드 방송의 동기화를 위해 발생되는 서비스 지연 시간 005 하이브리드 UHDTV 서비스시 채널 연동 지연 시간 시스템 고려사항 DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 시스템 고려사항은 [표 5.3.3]과 같다. [표 5.3.3] DTV 호환 하이브리드 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 항목 비고 001 기본계층 부호화기의 CBR 부호화 및 향상계층 부호화기의 VBR 부호화 002 UHDTV 비디오 부호화기의 기본계층과 향상계층간 동기 신호 003 UHDTV 비디오 부호화기의 Down Sampler 에 의한 화질 열화 004 수신기의 동기화 지연 시간. 005 수신기의 DTV 호환을 위해 기본계층 HDTV 출력 006 하이브리드망의 QoS 보장 18
19
5.4. DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 기존 HDTV 지상파방송 서비스와의 역방향 호환성을 제공하지 않으며, 지상파 전송을 포함하는 하이브리드망(예, IP 망) 전송을 통해 기본 품질의 UHDTV 방송 서비스와 초고품질의 프리미엄 UHDTV 방송서비스를 동시 서비스하는 시나리오이다. 본 시나리오는 지상파를 통해 기본 품질 4K UHDTV 방송서비스를, 하이브리망(IP 망)을 통해 초고품질 4K UHDTV 방송 서비스를 제공하는 것으로, 하나의 프로그램을 기본계층(base layer)와 향상 계층(enhanced layer) 신호로 분리하여 계층 부호화하여 기본계층 신호는 지상파 서비스로, 향상 계층 신호는 하이브리망 서비스 방식을 적용한다. 기존 HDTV 와의 호환성을 지원하지 않으므로 부호화 방식으로 SHVC 기술을 적용할 수 있으며, 지상파 전송 방식으로는 ATSC 또는 DVB-T 를 적용할 수 있고, 하이브리드망은 전용 IP 망에 적용할 수 있다. 시스템 구성도 DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 시스템은 [그림 5.4]와 같이 구성될 수 있다. 비디오 비디오 SVC 인코더 4K@30fps 420, 8bit stereo, 5.1CH TS Mux 지상파 Transmitter UHDTV 4K@60p 422,10bit 10.2CH 오디오 Hybrid UHDTV Encoder 오디오 인코더 4K@60fps 422, 10bit 10.2CH Mux (MPEG system) Sync. & program Streaming Server IP망 UHDTV STB 프로그 램 정보 PSIP/Program encoder Program info. [그림 5.4] DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 - 하이브리드 서비스 방식은 계층 부호화 (비디오) 및 개별 부호화 (오디오) 방식을 사용하여 하나의 프로그램을 기본계층(Base Layer) 신호와 향상 계층(Enhanced Layer) 신호로 분리하여 전송하는 방식으로 기본계층은 기본 품질의 UHDTV 방송 서비스 (지상파 서비스, 무료)를, 향상 계층은 초고품질 UHDTV 방송 서비스 (IP 망 서비스, 유료)를 동시 제공하는 것을 특징으로 한다. - 본 하이브리드 서비스는 서로 다른 전송망을 사용하기 때문에 프로그램 정보 및 동기화 신호의 공유를 위한 규격 및 장비가 고려되어야 한다. 그림 5.4에서 비디오 SVC 인코더는 초고품질 UHD 영상(예, 4K@60fps, YUV4:2:2, 10bits)을 SHVC 부호화하여 기본계층 신호 (예, 4K@30fps, YCbCr4:2:0, 8bits)와 향상계층 신호 (예, 4K@60fps, YUV4:2:2, 10 bits)를 출력하고, 오디오 인코더는 10.2 채널 데이터를 AC-3, MPEG Surround, 및 3D 오디오 등의 부호화를 통해 기본계층 신호 (스테레오, 5.1CH)와 향상 계층 신호 (예, 10.2CH)를 출력한다. 20
기본계층 신호는 지상파 MPEG-2 TS 다중화기에서 기본계층 신호와 향상계층 신호의 프로그램 정보 및 동기화 정보를 추가된 후, 지상파 모듈레이터를 거친 후 송출된다. 향상 계층 정보는 IP 망에 적합한 다중화 방식(예, MPEG-2 TS, RTP, MMT/DASH 등)을 통해 프로그램 정보와 동기화 정보가 추가된 후 스트리밍 서버를 통해 전송된다. 본 시나리오의 UHDTV STB 은 지상파 튜너 내장 및 IP 망에 연결되어 있어야 하고, SHVC 디코더와 오디오 디코더를 장착하고 있어야 한다. 세부 기술에 따른 AV 신호규격 DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스에서 기본계층에서는 4K-UHDTV@30p 신호기반 서비스를 위하여, 비디오를 제외한 나머지 오디오, 데이터, PSIP, Null 등에 할당되는 비트율은 [표 4.4]를 바탕으로 2.2Mbps 로 한다. DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스에서 향상계층에서는 4K-UHDTV@60p 신호기반 서비스를 위하여, 비디오를 제외한 나머지 오디오, 데이터, PSIP, Null 등에 할당되는 비트율은 [표 4.5]를 바탕으로 2.6Mbps 로 한다. DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스를 위하여, [표 5.4.1]에 나타내 바와 같이 ASTC 전송기술을 이용할 경우 기본계층에서의 4K-UHD 비디오에 약 17Mbps 비트율을 할당하고, 향상계층에서의 4K-UHD 비디오에 약 2~7Mbps 비트율을 할당하여 IP 망을 통하여 전송한다. 상기의 약 2~7Mbps 비트율은 [표 4.2]에 타나낸 바와 같이 4K- UHDTV@60p 신호에서의 비디오 부호화에 필요한 비트율은 HEVC 부호화 기술 기준으로 19.2~24Mpbs 로 측정하였으므로, 이 수치에서 기본계층 4K-UHD 비디오에 할당한 비트율 23.5Mbps 를 차감하여 산출한 값으로, 약간의 오차는 있을 수 있다. DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스를 위하여, [표 5.4.1]에 나타내 바와 같이 DVB-T2 전송기술을 이용할 경우, 이미 기본계층과 향상계층을 모두 포함하는 4K- UHD 비디오를 전송하기에 적절한 전송대역폭을 제공하므로, 통상적으로는 추가적인 대역폭이 필요없을 것으로 예상되나, 보다 우수한 화질의 비디오 서비스 기준이 요구될 떄, 향상계층의 4K-UHD 비디오 부호화에 약 2~7Mbps 정도의 비트율을 추가되는 초고화질의 하이브리드 4K-UHDTV 서비스가 제공될 수 있다. [표 5.4.1] DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스의 AV 신호포맷 예 비디오에 할당 비트율 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 (Mbps) 기본계층 향상계층 전송용량 (Mbps) 비고 4K-UHD 4K-UHD [V] SHVC (HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS + MMT/DASH [T] ATSC 8-VSB + IP [기본계층] 4K-UHDTV@30p 신호 [향상계층] 4K-UHDTV@60p 신호 약 17 약 2 ~ 7 19.39@방송망 + ~10@IP 망 고화질 4K-UHD 21
[V]SHVC(HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS + MMT/DASH [T] DVB-T2 + IP [기본 & 향상 계층] 4K-UHDTV@60p 신호 약 28 약 2 ~ 7 30@방송망 + ~10@IP 망 기술보고서 초고화질 4K-UHD [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec 서비스 고려사항 DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 고려사항은 [표 5.4.2]와 같다. [표 5.4.2] DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 항목 비고 001 "지상파 UHDTV 방송 송수신 정합" 표준 호환 002 기존 DTV 의 화질 열화 시스템 고려사항 DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 시스템 고려사항은 [표 5.4.3]과 같다. [표 5.4.3] DTV 비호환 하이브리드 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 항목 비고 001 다수 스트림의 다중화 및 역다중화 지원 002 기본 계층 및 향상 계층 신호의 구별 및 프로그램 정보 구성 식별 수단 지원 003 이종망 전송 지원 004 이종망간의 비디오 간, 오디오 간, 및 AV 동기화 지원 005 수신기에서의 기본/향상계층 간 동적 전환 지원 006 하이브리드망의 QoS 보장 22
5.5. DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 기존 지상파 채널에서 정규 HD 방송을 송신하고 남은 대역폭을 이용해 4K-UHD 비디오의 NRT 데이터를 전송한다. 시청자는 NRT 를 이용해 저장된 4K-UHD 비디오 신호를 재생함으로써 4K UHDTV 서비스를 시청할 수 있다. 기존 전송 시스템 유지 및 DTV 역호환성에 대한 요구사항을 만족시킬 수 있는 시나리오이다. 시스템 구성도 [그림 5.5] DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 Video/Audio Encoder 는 HEVC 비디오 코덱 및 MPEG-H 3D 오디오 코덱을 사용한다. 4K-UHD 데이터를 구성하는 비디오 및 오디오 스트림은 NRT protocol 을 이용해 유휴 대역을 통해 전송한다. 수신기는 NRT 를 이용해 전송되는 4K-UHD 데이터를 저장하기 위한 대용량 저장장치가 필요하다. 세부 기술에 따른 AV 신호규격 DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 서비스에서 기본계층은 기존 DTV 서비스에 15~16Mbps 정도를 할당하고, 나머지 3~4Mbps 대역폭을 NRT 전송에 이용한다. 따라서, 4K-UHDTV@30p 신호 서비스를 위해서는 [표4.2]에 나타낸 바와 같이 향상계층의 4K-UHD 비디오는 약 12~15Mbps 정도가 필요하므로, 프로그램을 재생 시간 대비 약 4배의 시간이 소요된다. 또한, 4K-UHDTV@60p 신호 서비스를 위해서는 [표4.2]에 나타낸 바와 같이 향상계층의 4K-UHD 비디오는 약 14.8~18Mbps 정도가 필요하므로, 프로그램 재생 시간 대비 약 5배의 시간이 소요된다. 23
[표 5.5.1] DTV 호환 다운로드 기반 4K-UHDTV 서비스에서 서비스 가능한 AV 신호포맷 예 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비트율 (Mbps) 4K- HDTV UHDTV 전송용량 (Mbps) 비고 [V] Simulcast (MPEG-2+HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] ATSC 8-VSB [V] SVC (MPEG-2+HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] ATSC 8-VSB 4K- UHDTV@30p 신호 / 4K- UHDTV@60p 신호 약 15~16 약 15~16 약 3~4 19.39 약 3~4 19.39 [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec 서비스 고려사항 DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 서비스 고려사항은 [표5.5.2]와 같다. [표 5.5.2] DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 항목 비고 001 기존 DTV 의 화질에 대한 영향 002 대용량의 4K-UHD 비디오 다운로드에 대한 효율성 시스템 고려사항 DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 시스템 관점의 고려사항은 [표5.5.3]과 같다. [표 5.5.3] DTV 호환 다운로드기반 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 항목 비고 001 다운로드 서비스에서의 콘텐츠 식별 정보 002 NRT 서비스 수신을 위한 수신기 최소 사양 003 NRT 다운로드 소요시간 등 파워소모 24
5.6. DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 기존 DTV 서비스와의 역방향 호환성을 제공하지 않으며, 지상파 전송을 통하여 기본 품질의 4K-UHDTV 서비스와 초고품질의 프리미엄 4K-UHDTV 서비스를 동시 서비스하는 시나리오이다. 본 시나리오는 기본 품질의 4K-UHDTV 신호포맷을 갖는 서비스를 지상파 전송을 통하여 기본적으로 실시하고, 이 때 남는 대역폭을 이용하여 고사양의 신호포맷을 갖는 4K- UHDTV 서비스에 활용한다. 콘텐츠의 장르에 따라 부호화율이 크게 다르게 나타날 수 있는 점을 고려하면, 드라마나 뉴스와 같이 저비트율에서도 고화질의 콘텐츠를 제공할 수 있는 경우에는 저사양의 4K-UHDTV 서비스를 실시하면서, 남는 대역폭에는 압축이 어려운 장르의 콘텐츠에 대한 향상계층의 4K-UHDTV 신호를 미리 전송하여 다운로드하게 하여, 나중에 전송되는 기본계층의 4K-UHDTV 신호와 함께 시청할 수 있도록 한다. 고사양의 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스를 위하여, 하나의 프로그램을 기본계층과 향상계층 신호로 분리하여 계층 부호화(SHVC)하여 기본계층 신호는 기본 품질의 4K- UHDTV 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스로, 향상계층 신호는 고사양의 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스로 한다. 기존 HDTV 와의 호환성을 지원하지 않으므로 부호화 방식으로 SHVC 기술을 적용할 수 있으며, 지상파 전송 방식으로는 ATSC 또는 DVB-T2 를 적용할 수 있다. 시스템 구성도 [그림 5.6] DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 기본계층의 비디오 인코더 및 디코더는 HEVC 코덱을 사용한다. 향상계층의 비디오 인코더 및 디코드는 SHVC 코덱을 사용한다. 향상계층의 비디오 스트림은 NRT protocol 을 이용해 전송하며 수신기 또한 NRT content 를 위한 저장장치가 필요하다. 25
세부 기술에 따른 AV 신호규격 DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스에서 기본계층에서 비디오를 제외한 나머지 오디오, 데이터, PSIP, Null 등에 할당되는 비트율은 [표4.3]에 나타낸 바와 같이1.7Mbps 로 한다. DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스를 위하여, [표5.6.1]에 나타내 바와 같이 ASTC 전송기술을 이용할 경우 기본계층에서의 기본 신호포맷의 4K-UHD 비디오에 14Mbps 비트율을 할당하면, 약 3.29Mbps 정도의 대역폭이 남게 되며, 이 중에서 향상계층의 4K-UHD 비디오에는 약 2~3Mbps 할당이 가능할 것으로 예상된다. DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스를 위하여, [표5.6.1]에 나타내 바와 같이 DVB-T2 전송기술을 이용할 경우 기본계층에서의 기본 신호포맷의4K-UHD 비디오에 20Mbps 비트율을 할당하면, 약 10Mbps 정도의 대역폭이 남게 되며, 이 중에서 향상계층의 4K-UHDV@60p 의 비디오에는 7~8Mbps 정도의 대역폭이 할당 가능할 것으로 예상된다. 기본계층에서의 4K-UHDTV 서비스를 실시하고 남는 대역폭을 이용하여 4K- UHDTV@60p 신호기반 서비스를 위한 데이터를 전송한다. [표 5.6.1] DTV 비호환 다운로드 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스의 AV 신호포맷 예 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비디오에 할당 비트율 (Mbps) 기본계층 향상계층 전송용량 (Mbps) 비고 [V] SHVC (HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] ATSC 8-VSB [기본계층] 4K-UHDTV@30p 신호 약 14 약 2~3 19.39 고화질 4K-UHD [V] SHVC(HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-T2 [향상계층] 4K-UHDTV@60p 신호 약 20 약 8 30 초고화질 4K-UHD [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec 서비스 고려사항 DTV 비호환 다운로드기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 고려사항은 [표5.6.2]와 같다. [표5.6.2] DTV 비호환 다운로드기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 항목 비고 001 대용량의 4K-UHD 비디오 다운로드에 대한 효율성 시스템 고려사항 26
DTV 비호환 다운로드기반 Scalable 4K-UHDTV 시스템 고려사항은 [표5.6.3]과 같다. [표5.6.3] DTV 비호환 다운로드기반 Scalable 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 항목 비고 001 실시간 및 비실시간 데이터에 대한 frame level 동기화 002 비실시간 데이터에 대한 식별 코드 003 비실시간 데이터의 처리를 위한 수신기의 최소 사양 5.7. DTV 비호환 실시간 전송 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 서비스 시나리오 기존 DTV 서비스와의 역방향 호환성을 제공하지 않으며, 지상파 전송을 통하여 기본 품질의 4K-UHDTV 서비스와 초고품질의 프리미엄 4K-UHDTV 서비스를 동시 서비스하는 시나리오이다. 본 시나리오는 서로 다른 사양을 갖는 수신기를 고려해 기본 품질의 4K-UHDTV 신호포맷을 갖는 서비스 및 고사양의 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스를 동시에 전송하는 것이다. 고사양의 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스를 위하여, 하나의 프로그램을 기본계층과 향상계층 신호로 분리하여 계층 부호화(SHVC)하여 기본계층 신호는 저사양의 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스로, 향상계층 신호는 고사양의 신호포맷을 갖는 4K-UHDTV 서비스로 한다. 기존 HDTV 와의 호환성을 지원하지 않으므로 부호화 방식으로 SHVC 기술을 적용할 수 있으며, 지상파 전송 방식으로는 ATSC 또는 DVB-T2 를 적용할 수 있다. 시스템 구성도 [그림 3.7] DTV 비호환 실시간 전송 기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 시스템 구성도 27
기본계층의 비디오 인코더 및 디코더는 HEVC 코덱을 사용한다. 향상계층의 비디오 인코더 및 디코드는 SHVC 코덱을 사용한다. 기술보고서 세부 기술에 따른 AV 신호규격 DTV 비호환 실시간 전송 기반 scalable 4K-UHDTV 서비스에서 기본계층에서 비디오를 제외한 나머지 오디오, 데이터, PSIP, Null 등에 할당되는 비트율은 서비스에 할당되는 비트율인 [표4.3]에 나타낸 1.7Mbps 로 한다. DTV 비호환 실시간 전송 기반 scalable 4K-UHDTV 서비스를 위하여, [표5.7.1]에 나타내 바와 같이 ASTC 전송기술을 이용할 경우 기본계층에서의 기본 신호포맷의 4K-UHD 비디오에 14Mbps 비트율을 할당하면, 약 3.29Mbps 정도의 대역폭이 남게 되며, 이 중에서 향상계층의 4K-UHD 비디오에는 약 2~3Mbps 할당이 가능할 것으로 예상된다. DTV 비호환 실시간 전송 기반 scalable 4K-UHDTV 서비스를 위하여, [표5.7.1]에 나타내 바와 같이 DVB-T2 전송기술을 이용할 경우 기본계층에서의 기본 신호포맷의4K-UHD 비디오에 16Mbps 비트율을 할당하면, 약 14Mbps 정도의 대역폭이 남게 되며, 이 중에서 향상계층의 4K-UHDV@60p 의 비디오의 실시간 전송을 위해 약 11~12Mbps 할당이 가능할 것으로 예상된다. 기본계층에서의 4K-UHDTV 서비스를 위한 데이터와 4K-UHDTV@60p 신호기반 서비스를 위한 데이터를 동시에 실시간 전송한다. [표 5.7.1] DTV 비호환 실시간 전송 기반 scalable 4K-UHDTV 서비스의 AV 신호포맷 예 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비디오에 할당 비트율 (Mbps) 기본계층 향상계층 전송용량 (Mbps) 비고 [V] SHVC (HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] ATSC 8-VSB [기본계층] 4K-UHDTV@30p 신호 약 14 약 2~3 19.39 고화질 4K-UHD [V]SHVC(HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-T2 [향상계층] 4K-UHDTV@60p 신호 약 16 약 12 30 초고화질 4K-UHD [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec 서비스 고려사항 DTV 비호환 실시간 전송기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 관점의 고려사항은 [표5.7.2]와 같다. [표5.7.2] DTV 비호환 실시간 전송기반 Scalable 4K-UHDTV 서비스 고려사항 순번 고려 사항 비고 001 대용량의 4K-UHD 비디오 다운로드에 대한 효율성 시스템 고려사항 28
DTV 비호환 실시간 전송기반 Scalable 4K-UHDTV 시스템 관점의 고려사항은 [표5.7.3]과 같다. [표 5.7.3] DTV 비호환 실시간 전송기반 Scalable 4K-UHDTV 시스템 고려사항 순번 고려 사항 비고 001 기본계층과 향상계층의 동기화 29
6. DCATV 기반 4K UHDTV 서비스 시나리오 DCATV는 단일채널에서 이미 38Mbps 의 전송 대역폭을 가지므로, 4K-UHDTV 방송 서비스 도입이 용이한 매체이다. 따라서, DCATV기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오는 기 존 DCATV와의 호환성 여부 관점에서 2가지로 분류하여 6.1절~6.2절에 기술한다. 또한 각각의 시나리오에 대하여 시스템 구성도, 부호화 및 전송의 세부기술에 따라 서비스가 가능한 4K-UHDTV AV 신호규격을 기술하고, 서비스 및 시스템 요구사항을 정의한다. 6.1. DCATV 호환 4K UHDTV 서비스 서비스 시나리오 하나의 채널에 UHD 콘텐츠와 HD 콘텐츠를 동시에 서비스하는 시나리오로, 하나의 UHD 콘텐츠를 HEVC 및 AVC 방식으로 동시에 부호화하여 단일 채널로 전송한다. 이때 HEVC 방식으로 부호화된 콘텐츠는 4k 해상도를 지원하는 UHD 방송서비스를 제공하며, AVC 방식으로 부호화된 콘텐츠는 HD 해상도를 지원하는 HD 방송서비스를 제공함으로써 기존 DCATV 방송서비스와의 호환성을 유지할 수 있다. 시스템 구성도 [그림 6.1.1] Simulcast 방식의 DCATV 호환을 지원하는 4K-UHDTV 시스템 구성도 [그림 6.1.2] SVC 방식의 DCATV 호환을 지원하는 4K-UHDTV 시스템 구성도 30
세부 기술에 따른 AV 신호규격 현재 DCATV 에 사용하고 있는 ITU-T J.83B 전송기술은 단일채널 대역폭이 38.8Mbps 정도이므로, [표 6.1.1]에 나타낸 바와 같이 4K-UHDTV 서비스에서 전송용량의 제약은 없을 것으로 예상된다. [표 6.1.1] DCTV 호환 4K-UHDTV 서비스에서 가능한 AV 신호포맷 예 적용 기술 [V] Simulcast(AVC + HEVC) [[A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] ITU-T J.83B [V] SHVC(AVC + HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] ITU-T J.83B 4K-UHDTV AV 신호포맷 4K-UHDTV@30p 신호 및 4K-UHDTV@60p 신호 비디오에 할당 비트율 (Mbps) HD 4K-UHD 8 20~24 10 24.4~25 전송용량 (Mbps) 38.8Mbps 이내 38.8Mbps 이내 [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec 비고 서비스 고려사항 DCTV 호환 4K-UHDTV 서비스 요구사항은 [표 6.1.2]와 같다. [표6.1.2] DCTV 호환 4K-UHDTV 서비스 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 006 007 008 디지털 케이블 UHD 방송서비스는 디지털유선방송송수신정 합 (TTAK.KO-07.0020/R5)을 기반으로 하여야 한다. 디지털 케이블 UHD 방송서비스의 화질은 ITU-R 권고안(BT) [TBD]의 절대평가방법의 5 단계 평가치로 4.5 이상이어야 한다. 디지털 케이블 UHD 방송서비스의 음질은 ITU-R 권고안 (ITU-R BS.1116-1)의 평가방법의 5 단계 평가치로 4 이상이 어야 한다. UHD 영상신호 표현형태는 3840*2160 해상도를 포함하여야 한다. 초당 프레임 수, 화소당 비트수 등은 시스템 요구사항 에서 정의한다. UHD 오디오신호 표현형태는 10.2 채널, 11.1 채널 오디오 신호를 포함하여야 한다. 초당 샘플링 수, 샘플 당 비트 수 등은 시스템 요구사항에서 정의한다. UHD 방송콘텐츠가 HD 호환스트림과 UHD 방송서비스를 위 한 추가스트림으로 구성되어 함께 제공되는 경우, 기존 디지 털 케이블 방송수신기에서 HD 호환스트림를 수신하여 HD 방송서비스를 제공할 수 있어야 한다. 제한수신시스템을 적용하여 유료 디지털 케이블 UHD 방송서 비스가 제공될 수 있어야 한다. UHD 방송콘텐츠와 연관되는 부가정보서비스 제공이 가능해 야 한다. 31
009 지상파 UHD 방송콘텐츠를 디지털 케이블 망을 통해서 재전 송하여 UHD 방송 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 시스템 고려사항 DCTV 호환 4K-UHDTV 시스템 요구사항은 [표 6.1.3]과 같다. [표6.1.3] DCTV 호환 4K-UHDTV 시스템 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 디지털 케이블 UHD 방송시스템은 서비스 요구사항에 규정된 요건을 만족하여야 한다. 부호화된 UHD 방송 콘텐츠가 J.83B 규격을 따르는 하나의 물리 채널을 통해 전송되는 경우, 64QAM 기준 최대 26.97035 Mbps 또는 256QAM 기준 최대 38.8107 Mbps 이 어야 한다. 메인 오디오 서비스와 함께 다국어 서비스, 화면해설 서비스, 코멘터리 서비스, 3D 영상 등을 위한 부가적인 오디오 서비 스를 제공할 수 있어야 한다. 다이나믹 레인지 컨트롤, 라우드니스 컨트롤 등 오디오 신호 관련 부가 데이터를 전송할 수 있어야 한다. UHD 전송비트율 내에서 22.2 채널 혹은 10.2 (11.1) 채널의 오디오 신호를 전송할 수 있는 오디오 부호화/복호화 방법을 사용하여야 한다. 적은 수의 오디오 채널을 재생하는 복호화기의 복잡도가 많 은 수의 오디오 채널을 재생하는 복호화기의 복잡도 보다 낮 아야 한다. 예를 들어 5.1 채널을 재생하는 복호화기는 10.2 채널을 재생하는 복호화기에 비해 복호화기의 복잡도가 낮아 야 한다. 각 UHD 방송 프로그램의 채널할당 상황과 기초 스트림 구성 및 수신 제한 방식 등에 관한 정보를 수신기에 시그널링하는 프로그램 지정정보가 제공되어야 한다. 프로그램 지정정보는 HD 방송서비스와 UHD 방송서비스를 구별하기 위한 정보를 포함하여야 한다. 프로그램 지정정보는 UHD 방송콘텐츠가 HD 호환스트림과 UHD 방송서비스를 위한 추가스트림으로 구성되어 전송되는 경우, 각각의 스트림을 구분하기 위한 식별 정보를 포함하여 야 한다. 프로그램 지정정보에 포함된 UHD 방송서비스에 대한 정보가 기존 HD 디지털 케이블 방송수신기 동작에 영향을 미치지 않아야 한다. 시스템 및 서비스 정보는 HD 방송서비스와 UHD 방송서비스 를 구별하기 위한 정보를 포함하여야 한다. 시스템 및 서비스 정보는 UHD 방송 프로그램 관련 안내 정 보를 포함하여야 한다. 시스템 및 서비스 정보에 포함된 UHD 방송서비스 정보가 기 존 HD 디지털 케이블 방송수신기 동작에 영향을 미치지 않 아야 한다. 32
기술보고서 6.2. DCATV 비호환 4K UHDTV 서비스 서비스 시나리오 DCATV 기반 HDTV 서비스를 고려하지 않는 4K-UHDTV 전용 서비스이다. 시스템구성도 [그림 4.2] DCATV 비호환 4K-UHDTV 서비스 세부 기술에 따른 AV 신호규격 현재 DCATV 에 사용하고 있는 ITU-T J.83B 전송기술은 단일채널 대역폭이 38.8Mbps 정도이므로, [표 4.1.1]에 나타낸 바와 같이 비디오 부호화가 AVC 이더라도 4K-UHDTV 서비스에서 전송용량의 제약은 없을 것으로 예상된다. [표 6.2.1] DCTV 비호환 4K-UHDTV 서비스에서 가능한 AV 신호포맷 예 적용 기술 4K-UHDTV AV 신호포맷 비디오에 할당 비트율 (Mbps) 전송용량 (Mbps) 비고 [V] AVC 5.1 [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] ITU-T J.83B [V] HEVC [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS 기본 & 4K- UHDTV@60p 신호 32~37 16~24 38.8 이내 [T] ITU-T J.83B [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec 서비스 고려사항 DCTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 요구사항은 [표 6.2.2]와 같다. 33
[표 6.2.2] DCTV 비호환 4K-UHDTV 서비스 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 006 007 008 디지털 케이블 UHD 방송서비스는 디지털유선방송송수신정 합 (TTAK.KO-07.0020/R5)을 기반으로 하여야 한다. 디지털 케이블 UHD 방송서비스의 화질은 ITU-R 권고안(BT) [TBD]의 절대평가방법의 5 단계 평가치로 4.5 이상이어야 한다. 디지털 케이블 UHD 방송서비스의 음질은 ITU-R 권고안 (ITU-R BS.1116-1)의 평가방법의 5 단계 평가치로 4 이상이 어야 한다. UHD 영상신호 표현형태는 3840*2160 해상도를 포함하여야 한다. 초당 프레임 수, 화소당 비트수 등은 시스템 요구사항 에서 정의한다. UHD 오디오신호 표현형태는 10.2 채널, 11.1 채널 오디오 신호를 포함하여야 한다. 초당 샘플링 수, 샘플 당 비트 수 등은 시스템 요구사항에서 정의한다. UHD 방송콘텐츠가 HD 호환스트림과 UHD 방송서비스를 위 한 추가스트림으로 구성되어 함께 제공되는 경우, 기존 디지 털 케이블 방송수신기에서 HD 호환스트림를 수신하여 HD 방송서비스를 제공할 수 있어야 한다. 제한수신시스템을 적용하여 유료 디지털 케이블 UHD 방송서 비스가 제공될 수 있어야 한다. UHD 방송콘텐츠와 연관되는 부가정보서비스 제공이 가능해 야 한다. 시스템 고려사항 DCTV 비호환 4K-UHDTV 시스템 요구사항은 [표 6.2.3]과 같다. [표 6.2.3] DCTV 비호환 4K-UHDTV 시스템 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 006 디지털 케이블 UHD 방송시스템은 서비스 요구사항에 규정된 요건을 만족하여야 한다. 부호화된 UHD 방송 콘텐츠가 J.83B 규격을 따르는 하나의 물리 채널을 통해 전송되는 경우, 64QAM 기준 최대 26.97035 Mbps 또는 256QAM 기준 최대 38.8107 Mbps 이 어야 한다. 부호화된 UHD 방송콘텐츠가 J.83B 규격을 따르는 2 개 이상 의 물리 채널을 통해 전송되는 경우, 각 물리 채널에 대해 64QAM 기준 최대 26.97035 Mbps 또는 256QAM 기준 최대 38.8107 Mbps 이어야 한다. 부호화된 UHD 방송 콘텐츠가 Advanced PHY 규격을 따르는 하나의 물리 채널을 통해 전송되는 경우, [TBD] Mbps 이어 야 한다. 메인 오디오 서비스와 함께 다국어 서비스, 화면해설 서비스, 코멘터리 서비스, 3D 영상 등을 위한 부가적인 오디오 서비 스를 제공할 수 있어야 한다. 다이나믹 레인지 컨트롤, 라우드니스 컨트롤 등 오디오 신호 관련 부가 데이터를 전송할 수 있어야 한다. 34
007 008 009 010 011 012 013 014 UHD 전송비트율 내에서 10.2 (11.1) 채널의 오디오 신호를 전송할 수 있는 오디오 부호화/복호화 방법을 사용하여야 한 다. 적은 수의 오디오 채널을 재생하는 복호화기의 복잡도가 많 은 수의 오디오 채널을 재생하는 복호화기의 복잡도 보다 낮 아야 한다. 예를 들어 5.1 채널을 재생하는 복호화기는 10.2 채널을 재생하는 복호화기에 비해 복호화기의 복잡도가 낮아 야 한다. 각 UHD 방송 프로그램의 채널할당 상황과 기초 스트림 구성 및 수신 제한 방식 등에 관한 정보를 수신기에 시그널링하는 프로그램 지정정보가 제공되어야 한다. 프로그램 지정정보는 HD 방송서비스와 UHD 방송서비스를 구별하기 위한 정보를 포함하여야 한다. 프로그램 지정정보에 포함된 UHD 방송서비스에 대한 정보가 기존 HD 디지털 케이블 방송수신기 동작에 영향을 미치지 않아야 한다. 시스템 및 서비스 정보는 HD 방송서비스와 UHD 방송서비스 를 구별하기 위한 정보를 포함하여야 한다. 시스템 및 서비스 정보는 UHD 방송 프로그램 관련 안내 정 보를 포함하여야 한다. 시스템 및 서비스 정보에 포함된 UHD 방송서비스 정보가 기 존 HD 디지털 케이블 방송수신기 동작에 영향을 미치지 않 아야 한다. 기술보고서 35
7. 위성 기반 4K UHDTV 서비스 시나리오 위성방송은 단일채널에서 이미 40Mbps 이상의 전송 대역폭을 가지므로, 4K-UHDTV 방송서비스 도입이 용이한 매체이다. 따라서, 위성기반 4K-UHDTV 서비스 시나리오는 채널 적응형 지원 여부 관점에서 3가지로 분류하며 7.1절과 7.2절 그리고 7.3절에 자세 히 기술한다. 또한 각각의 서비스 시나리오에 대하여 시스템 구성도, 부호화 및 전송의 세부기술에 따라 서비스가 가능한 4K-UHDTV AV 신호규격 기술하고, 서비스 도입시에 재논의되어야 하는 사용자/시스템 측면에서의 고려사항을 기술한다. UHDTV 서비스를 효과적으로 제공하기 위한 시나리오 규정을 위해서는 기존 위성방 송 수신기와의 호환성 검증이 필요하며, 이를 위해 기존 HDTV 수신기와 신규 UHDTV 수신기의 특징을 다음과 같이 정의한다. 기존 HDTV 위성방송 수신기 DVB-S2 CCM 전송방식을 지원하고, H.264/AVC(HP@L4.2이하)을 지원한다. - CCM (Constant Coding and Modulation) 방식은 하나의 전송 캐리어로 전송되는 모든 데이터에 대해 동일한 채널 코덱 방식과 변조 방식을 사용 하여 전송하는 방식임 기존 HDTV 방송 수신기는 H.264기반 코덱으로 HD급 방송만 수신하며, UHD 급 방송은 무시한다. 신규 UHDTV 위성방송 수신기 DVB-S2 CCM 및 VCM 방식을 지원, HEVC 및 H.264/AVC(HP@L5.1이상)을 지원한다. - VCM (Variable Coding and Modulation) 방식은 하나의 전송 캐리어로 전 송되는 데이터들에 대해 특정 기준에 따라 서로 다른 채널 코덱 방식과 변조 방식을 사용하여 전송하는 방식임. 이를 통해 전송 채널의 상태에 따라 보다 효율적인 방식으로 데이터를 전송하 는 것이 가능함. UHD급 방송은 H.264(HP@L5.1 이상 지원) 또는 HEVC로 복호하여 UHD 프로 그램을 출력하고, HD급 방송은 H.264로 복호하여 HD방송을 표현함으로써 기 존 방송도 시청할 수 있어야 한다. UHDTV 위성방송 서비스를 수신하기 위해서는 전송 방식 측면에서 DVB-S2 CCM/ VCM 방식을 지원하고, 소스 코덱 측면에서 H.264/AVC기술의 HP@L5.1 이상을 지원해 야 하기 때문에 기존 HDTV 수신기에 대해서는 역방향 호환성을 제공하지 않는다. 다만, 다중계층 서비스 관점에서 Ku와 Ka대역에 의한 다중대역을 사용하고 이종코덱을 사용 하는 경우에는 역방향 호환성이 가능하며, 신규 UHDTV 위성방송 서비스 제공 시에 기 존의 HDTV 수신기에 영향을 미치지 않도록 프로그램이 구성되어야 한다. 36
7.1. HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 기술보고서 7.1.1. 서비스 시나리오 HDTV 비호환 단일계층 서비스는 신규 또는 기존의 위성 중계기 채널을 통해 HD급 비디오에 비해 4배 이상의 화질을 갖는 비디오와 고품질 오디오를 제공하는 실시간 위 성 UHDTV 전용 채널 서비스이다. 단일계층 서비스 방식은 UHD 프로그램에 대해 계층적 부호화 또는 계층적 전송 방 식을 사용하지 않는 방식으로, H.264/AVC 기술을 사용하는 경우와 HEVC 기술을 사용 하는 경우로 구분할 수 있으며, 두 가지 모두 단일 대역(Ku 또는 Ka 대역)을 통해 CCM 방식으로 전송한다. 하지만, 단일계층 서비스는 H.264/AVC HP@L5.1 또는 HEVC 기술 을 지원해야 하기 때문에 H.264/AVC(HP@L4.2이하)를 지원하는 기존 HDTV 수신기로 는 서비스 수신이 불가능한 비호환 방식의 서비스이다. HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스를 제공하기 위한 시스템은 아래 [그림 7.1.1]과 같이 구성될 수 있다. [그림 7.1.1] HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 시스템 구성도 (예) [그림 7.1.1]은 3개의 UHDTV 서비스가 하나의 위성 중계기를 통해 서비스되는 시스템 구성도를 예시한다. H.264/AVC(HP@L5.1) 또는 HEVC A/V 인코더 3 대가 3개 채널의UHDTV 서비스를 위한 비디오 및 오디오 스트림을 생성하고, P SI/SI 생성기에서 UHDTV 3채널을 포함하는 PSI/SI 테이블을 구성하며, 다중화 기(MUX)는 PSI/SI 생성기 출력 데이터와 A/V 인코더에서 생성된 스트림을 재다 중화하여 송출한다. 37
모듈레이터는 DVB-S2 규격의 CCM 전송방식으로 변조 신호를 생성하여 L-ban d신호로 출력하며, 외부의 주파수 상향 변환기와 HPA, 중심국 안테나를 통해 위성으로 전송한다. 위성으로부터 수신된 위성방송 신호는 가정용 접시안테나를 통해 수신하고 LNB 에 의해 L-band 신호로 주파수 하향변환 및 신호 증폭을 통해 위성방송 수신기 에 입력되어 UHDTV 방송 컨텐츠를 복원한다. 이때, 위성방송 수신기는 DVB-S2 규격의 CCM 방식을 지원하여야 하며, H.264 /AVC Level 5.1이상 또는 HEVC 코덱을 지원하여야 한다. 또한, 위성방송 수신기에서 UHDTV 디스플레이로의 출력은 HDMI 버전 1.4이상 을 채택하는 경우에는 3840x2160@30p 까지의 해상도 및 프레임율을 지원하며, 그 이상의 데이터 출력을 위해서는 HDMI 1.4 이상의 상위 규격이 지원되어야 한다. 7.1.2. 세부 기술 규격 및 요구사항 본 절에서 기술된 내용을 바탕으로 적용 가능한 세부 요소 기술은 아래 표와 같이 정리할 수 있다. [표 7.1.1] HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스의 AV 신호포맷 예 부호화 및 전송기술 [V] AVC 5.1 [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM [V] HEVC [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM 서비스 가능한 신호규격 채널당 전송 비트율 4K-UHDTV@30p 신호 32~40 4K-UHDTV@60p 신호 16~20 [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec. 비고 위와 같은 기술 규격을 이용하여 HDTV 비호환 단일계층 4K UHDTV 위성방송 서비 스를 제공하는 데 있어서의 서비스 및 시스템 요구사항은 아래와 같다. 서비스 고려사항 [표 7.1.2] HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 요구사항 순번 요구사항 비고 001 기존 위성 HDTV 서비스와 호환되지 않는 신규 서비스를 전 용 채널에 별도로 할당하는 시나리오이다 38
002 003 004 005 006 007 위성 UHDTV 비디오 신호의 복원 품질은 일반적인 시청자의 인지수준에서 동일한 품질을 제공해야 한다. 위성 UHDTV 오디오 신호의 복원 품질은 일반적인 시청자의 인지수준에서 동일한 품질을 제공해야 한다. 위성 UHDTV 신호는 방송 프로그램 신호와 연관되는 부가 정보 서비스 제공이 가능해야 한다. 위성 UHDTV 신호는 기존 HDTV 서비스 수신기에 영향을 주 지 않아야 하며, 기존 수신기는 현행 디지털 위성방송 규격 (TTAK.KO-07.0008)을 만족하는 프로그램을 이상 없이 수신 할 수 있어야 한다. 기존 위성 HDTV 서비스와 신규 서비스를 동일한 중계기를 통해 다중화하여 송신하는 방법과, 서로 다른 중계기를 통해 별도로 송신하는 방법이 있을 수 있다 기존 위성 HDTV 서비스와 동일한 중계기를 통해 서비스하는 경우에는 기존 위성 HDTV 서비스 수신에 영향을 미치지 않 도록 SI 정보 편집이 요구된다. 시스템 고려사항 [표 7.1.3] HDTV 비호환 단일계층 4K-UHDTV 위성방송 시스템 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 006 위성 UHDTV 신호는 다양한 저장매체와의 호환성을 제공하 기 위하여 트릭모드를 지원하여야 한다. 위성 UHDTV 비디오 신호는 기존 HDTV 신호에 비해 보다 넓은 시야각, 풍부한 색채감 및 높은 계조도를 지원하여야 하며, 시청 화질은 ITU-R 권고안 BT.500-12 에서 정의하는 5 단계 품질평가의 4 단계 이상을 유지할 수 있어야 한다. 위성 UHDTV 오디오 신호는 기존 HDTV 신호 이상의 다채널 신호를 지원하여야 하며, ITU-R 권고안 BS.1284-1 의 절대 평가방법의 5 단계 평가치로 4.5 이상이 되어야 한다. 다수의 기본 스트림을 다중화하여 송신할 수 있어야 하며, 수신기에서 이를 역다중화 할 수 있는 적절한 수단을 제공하 여야 한다. 각종 데이터를 위한 보조 데이터 및 위성방송 자막 등과 같 은 부가 데이터의 전송을 지원할 수 있는 적절한 수단이 제 공되어야 한다. 다중화된 프로그램에 대한 임의 접근이 가능할 수 있는 수단 이 제공되어야 한다. 007 다중화를 위한 오버헤드는 최소화되어야 한다. 008 009 010 011 프로그램 지정정보는 다양한 소스 포맷을 갖는 위성 UHDTV 신호를 구분하기 위한 정보를 포함해야 한다. 프로그램 지정정보에 포함된 위성 UHDTV 신호는 기존의 HDTV 서비스 수신기에 영향을 미치지 않아야 한다. Ku 대역 및 Ka 대역에서의 위성 UHDTV 서비스가 가능하도 록 프레임 구조, 채널 부호화 및 변조 기법을 조합하여 다양 하게 설정할 수 있는 높은 유연성을 제공할 수 있어야 한다. 기존 HDTV 수신기에서 위성 UHDTV 신호의 일부(UHD 콘텐 츠와 동일한 콘텐츠)를 수신할 수 있는 역방향 호환성은 고 려되지 않는다. 39
7.2. HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 7.2.1. 서비스 시나리오 기존 HDTV 위성방송 서비스와의 역방향 호환성을 제공하면서 Ka대역에서의 강우감 쇠 효과를 극복하여 서비스 가용도를 극대화하기 위한 채널 적응형 UHDTV 위성방송 서 비스를 제공하는 시나리오이다. 기존 HDTV 서비스와의 호환성을 제공하기 위해 본 시 나리오에서는 하나의 프로그램을 기본계층(Base Layer) 신호와 향상계층(Enhanced Lay er) 신호로 분리(SVC) 또는 중복(Simulcast)하여 전송하는 다중계층 서비스 방식이 적용 되며, 기본계층 신호와 향상 계층 신호에 적용되는 소스 코덱 기술에 따라 아래와 같이 2가지 방식으로 다시 구분된다. 동일 코덱 방식 : 기본계층(H.264/AVC) + 향상계층(H.264/AVC) 이종 코덱 방식 : 기본계층(H.264/AVC) + 향상계층(HEVC) 기존 HDTV 서비스와의 호환성을 제공하기 위해 기본계층 신호는 H.264/AVC 기술을 사용하여야 하며, 각 계층 신호 전송을 위해 DVB-S2 CCM 방식이 사용되어야 하기 때 문에 다중대역 방식으로 기본계층 신호는 Ku대역으로 전송하고, 향상계층 신호는 Ka대 역으로 전송하여야 한다. 다중계층 서비스 방식은 계층적 전송 방식을 사용하여 하나의 프로그램을 기본계층 (Base Layer) 신호와 향상 계층(Enhanced Layer) 신호로 분리 또는 중복하여 전송하는 방식으로, 각 계층 신호를 서로 다른 오류 보호 수준(Error Protection Level)을 갖는 전송 방식을 적용함으로써 채널 변화에 따른 적응형 서비스가 가능하다는 것이 특징이 다. 다중계층 서비스 방식은 SVC (Scalable Video Coding) 기술을 사용하는 경우와 Si mulcasting 기술을 사용하는 경우로 구분할 수 있으며, 본 시나리오에서는 편의상 저품 질 방송 프로그램 신호인 HD급 신호는 기본계층 (Base Layer) 신호라 정의하고 고품질 방송 프로그램 신호인 UHD급 신호는 향상계층 (Enhanced Layer) 신호라 정의한다. HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스는 기존 HDTV 서비스와의 역방향 호환성을 제공하기 위해서 Ku대역과 Ka대역을 함께 이용하는 다중대역 서비스로 구성 되어야 한다. 기존 HDTV 서비스와의 호환성 제공 측면에서 계층적 변조 (Hierarchical Modulation) 기법을 고려할 수 있으나, 위성 전송시에 더 높은 SNR 을 요구하며, 다중 계층 전송이 불가능하기 때문에 본 시나리오에서 포함시키지 않는다. HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스를 제공하기 위한 위성방송 시스템 은 [그림 7.2.1]와 같이 구성될 수 있다. 40
[그림 7.2.1] HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 시스템 구성도 (예) [그림 7.2.1]에서 A/V 인코더는 SVC 또는 Simulcast 방식의 전송을 위해 계층 적인 2개의 스트림을 생성한다. 역방향 호환을 위해 기본계층(HD급) 신호 생성 을 위한 AV 인코더는 H.264/AVC(HP@L4.1이하) 규격을 지원해야 하며, 향상계 층(UHD급) 신호 생성을 위해서는 H.264/AVC (HP@5.1) 또는 HEVC 규격을 지 원할 수 있어야 한다. PSI/SI 생성기에서는 계층 부호화 또는 독립 부호화 방식 에 따라 적합한 PSI/SI 테이블들을 생성하고, 다중화기를 통해 다중화한다. 모듈레이터는 기존 HDTV 서비스와의 호환성 제공을 위해 다중 대역 전송 방식 으로 2대의 모듈레이터를 각각 CCM 방식으로 운용하여야 한다. RF 장비에서 기본계층 신호는 Ku 대역으로 전송하고, 향상계층 신호는 Ka대역으로 구분하여 전송한다. (기본계층 신호와 향상계층 신호를 각각 서로 다른 캐리어로 동일한 Ku 대역으로 전송하는 시나리오는 비효율적 운용을 이유로 본 시나리오에서는 고려하지 않음) 본 시나리오에서는 가정용 접시안테나에 Ka/Ku대역 동시 수신을 위한 2개의 LN B 가 있어야 하며, 위성방송 수신기 또한 듀얼 튜너를 장착하고 있어야 한다. 또한, 위성방송 수신기에는 다중계층 서비스를 처리하기 위한 기술이 구현되어 있어야 한다. 7.2.2. 세부 기술 규격 및 요구사항 위성HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 시나리오는 기존 위성 HDTV 서비스와 호환성을 지원하는 시나리오이기 때문에 소스 부호화와 전송 측면에서 기존 41
HDTV 서비스와의 호환성 여부를 고려하여야 한다. 기술보고서 [표 7.2.1] 위성 HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스의 AV 신호포맷 예 부호화 및 전송기술 서비스 가능한 신호규격 채널당 전송 비트율 주 1) 비고 [V] SHVC(AVC+AVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM(Ku & Ka) [V] SHVC(AVC+HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM(Ku & Ka) [V] Simulcast (AVC+AVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM(Ku & Ka) [V] Simulcast (AVC+HEVC) [A] Simulcast (AC-3 + MPEG-H 3D Audio) [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM(Ku & Ka) 4K-UHDTV@60p 신호 32~40Mbps 다중대역, 고려대상 제외 주 2) 4K-UHDTV@60p 신호 20~25Mbps 다중대역 4K-UHDTV@60p 신호 40~50Mbps 다중대역 4K-UHDTV@60p 신호 24~30Mbps 다중대역 [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec. HEVC 30p 기준으로 UHD(16~20Mbps) 가정함. 60p 는 30p 대비 30% 비트율 증가, HEVC 는 AVC 대비 2배 압축성능 향상, SVC 는 Simulcast 대비 25% 압축성능 향상, HD는 UHD의 1/4 부호율 가정함. 주1) 각 시나리오에 대해 30p 규격 기준으로 계산, 비디오 신호 부호율만 고려함. 주2) H.264/AVC 규격에서 UHD급 SVC는 불가능하다고 가정함. 위와 같은 기술 규격을 이용하여 HDTV 비호환 4K UHDTV 위성방송 서비스를 제공 하는 데 있어서의 서비스 및 시스템 요구사항은 아래와 같다. 서비스 고려사항 [표 7.2.1] 위성 HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 기존 위성 HDTV 서비스와 호환성을 지원하는 시나리오이기 때문에 소스 부호화와 전송 측면에서 기존 HDTV 서비스와의 호환성 여부를 고려하여야 한다. 위성 UHDTV 비디오 신호의 복원 품질은 일반적인 시청자의 인지수준에서 동일한 품질을 제공해야 한다. 위성 UHDTV 오디오 신호의 복원 품질은 일반적인 시청자의 인지수준에서 동일한 품질을 제공해야 한다. 위성 UHDTV 신호는 방송 프로그램 신호와 연관되는 부가 정보 서비스 제공이 가능해야 한다. 42
005 006 007 위성 UHDTV 신호는 기존 HDTV 서비스 수신기에 영향을 주 지 않아야 하며, 기존 수신기는 현행 디지털 위성방송 규격 (TTAK.KO-07.0008)을 만족하는 프로그램을 이상없이 수신 할 수 있어야 한다. 위성 UHDTV 신호는 역방향 호환성을 제공할 수 있도록 기 존 HDTV 수신기에서도 HD 급 신호를 수신할 수 있어야 한 다. 위성 UHDTV 수신기는 서비스 가용도 증대를 위한 수단이 제공되어야 한다. 기술보고서 시스템 고려사항 [표 7.2.2] 위성 HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 시스템 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 기존 위성 HDTV 서비스는 Ku 대역을 통해 서비스되며, 소스 부호화를 위해 H.264/AVC(HP@L4.1 이하)기술을 사용하고, DVB-S2 CCM 방식으로 전송되기 때문에 본 시나리오의 기 본계층 신호는 이와 동일한 방식으로 전송되어야 한다. (VCM 방식은 고려하지 않음) 본 시나리오에서는 SVC 또는 Simulcast 방식의 다중계층 서 비스를 고려하여야 하며, 이중 기본계층 신호는 상기한 기술 이 적용되어야 하고, 나머지 향상계층 신호는 H.264/AVC 또 는 HEVC 기술을 사용하여 Ka 대역으로 전송할 수 있도록 송 신 RF 장비도 지원되어야 한다. 본 시나리오를 구현하기 위해서는 송신 시스템 뿐만 아니라, 수신기에서도 다중대역 수신을 위한 듀얼튜너 및 이중 코덱 디코더가 제공되어야 한다. 기본계층 신호와 향상계층 신호를 인식할 수 있도록 SI 정보 가 구성되어야 함. HEVC 규격에서의 SVC 방식에 대한 제품 출시 일정을 고려 해야 한다. 위성 UHDTV 신호는 다양한 저장매체와의 호환성을 제공하 기 위하여 트릭모드를 지원하여야 한다. 위성 UHDTV 비디오 신호는 기존 HDTV 신호에 비해 보다 넓은 시야각, 풍부한 색채감 및 높은 계조도를 지원하여야 하며, 시청 화질은 ITU-R 권고안 BT.500-12 에서 정의하는 5 단계 품질평가의 4 단계 이상을 유지할 수 있어야 한다. 위성 UHDTV 오디오 신호는 기존 HDTV 신호 이상의 다채널 신호를 지원하여야 하며, ITU-R 권고안 BS.1284-1 의 절대 평가방법의 5 단계 평가치로 4.5 이상이 되어야 한다. 다수의 기본 스트림을 다중화하여 송신할 수 있어야 하며, 수신기에서 이를 역다중화 할 수 있는 적절한 수단을 제공하 여야 한다. 각종 데이터를 위한 보조 데이터 및 위성방송 자막 등과 같 은 부가 데이터의 전송을 지원할 수 있는 적절한 수단이 제 공되어야 한다. 다중화된 프로그램에 대한 임의 접근이 가능할 수 있는 수단 이 제공되어야 한다. 012 다중화를 위한 오버헤드는 최소화되어야 한다. 013 프로그램 지정정보는 다양한 소스 포맷을 갖는 위성 UHDTV 신호를 구분하기 위한 정보를 포함해야 한다. 43
014 015 016 017 018 019 020 021 022 프로그램 지정정보에 포함된 위성 UHDTV 신호는 기존의 HDTV 서비스 수신기에 영향을 미치지 않아야 한다. Ku 대역 및 Ka 대역에서의 위성 UHDTV 서비스가 가능하도 록 프레임 구조, 채널 부호화 및 변조 기법을 조합하여 다양 하게 설정할 수 있는 높은 유연성을 제공할 수 있어야 한다. 기존 HDTV 수신기에 대해 역방향 호환성을 제공할 수 있도 록 기본계층(HD 급)신호와 향상계층(UHD 급)신호로 구성되어 야 한다. 위성 UHDTV 신호의 전송은 기본계층/향상계층 신호 각각에 대해서 DVB-S2 CCM 방식으로 사용하여야 한다. 위성 UHDTV 신호의 기본계층 신호는 Ku 대역으로, 향상계 층 신호는 Ka 대역으로 전송되어야 한다. 위성 UHDTV 신호의 기본계층(HD급) 신호 생성을 위한 AV 인코더는 H.264/AVC(HP@L4.1이하) 규격으로 부호화 하여 야 한다. 위성 UHDTV 신호 수신을 위해서 수신 안테나는 Ku 대역과 Ka 대역을 모두 수신할 수 있어야 한다. 위성 UHDTV 수신기에서는 기본계층 신호(Ku 대역)와 향상계 층 신호(Ka 대역)를 동시에 수신하기 위해서 듀얼 튜너를 구 비해야 한다. 위성 UHDTV 수신기에서는 기본계층/향상계층 신호를 모두 디코딩하기 위해서 H.264/AVC(HP@L5.1) 또는/그리고 HEVC 규격을 지원해야 한다. 기술보고서 기존 HDTV 수신기는 CCM 방식임 기존 HDTV 수신기는 Ku 대역 기존 HDTV 수신기는 H.264/AVC (HP@L4.1) 44
7.3. HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 7.3.1. 서비스 시나리오 HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 시나리오에서는 기존 HDTV 위 성방송 서비스와의 역방향 호환성을 제공하지 않으며, Ka대역에서의 강우감쇠 효과를 극복하여 서비스 가용도를 극대화하기 위한 채널 적응형 UHDTV 위성방송 서비스만을 고려하는 시나리오이다. 채널 상황에 따른 적응형 서비스를 제공하기 위해서 본 시나리오에서도 강우상황을 고려한 HD급의 기본계층(Base Layer) 신호와 정상적인 기상상태를 고려한 향상계층(En hanced Layer) 신호로 분리(SVC) 또는 중복(Simulcast)하여 전송하는 다중계층 서비스 방식이 적용되며, DVB-S2 VCM 방식을 이용한 단일 대역(Ku or Ka) 전송 방식이나 DV B-S2 CCM 방식을 이용한 다중대역(Ku and Ka) 전송 방식을 사용할 수 있다. HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스는 위성 UHDTV 신호를 전송하 기 위해 사용하는 대역에 따라 아래와 같이 구분할 수 있다. 단일대역 방식 : DVB-S2 VCM 방식 + Ku 또는 Ka대역 전송 다중대역 방식 : DVB-S2 CCM 방식 + Ku 과 Ka대역 모두 전송 HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 시스템은 [그림 7.3.1]과 같이 구성될 수 있다. [그림 7.3.1] HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 시스템 구성도 45
단일대역 전송방식은 기본계층 신호와 향상계층 신호를 모두 Ku대역 또는 Ka대역 으로 전송하기 위하여 DVB-S2 VCM 방식을 사용한다. 계층적 부호화를 위해서 S VC 또는 Simulcast 방식이 사용될 수 있으며, 기본계층 신호와 향상계층 신호 부 호화를 위해서는 H.264/AVC 또는 HEVC 기술이 적용될 수 있다. 단일대역 전송이기 때문에, 송신국 및 수신기의 RF 시스템은 Ku 또는 Ka대역 중 한 가지 주파수만 지원 송신국의 모듈레이터와 수신기의 디모듈레이터는 DVB-S2 VCM 방식을 지원 송신국의 AV 인코더와 수신기의 AV 디코더는 세부 시나리오에 따라 H.264/AV C 및 HEVC 를 모두 지원하거나, 둘 중 한가지를 지원 다중대역 전송방식은 기본계층 신호는 Ku대역으로 전송하고, 향상계층 신호는 Ka 대역으로 전송하며, 각각의 신호에 대해 DVB-S2 CCM 방식을 사용한다. 계층적 부호화를 위해서 SVC 또는 Simulcasting 방식이 사용될 수 있으며, 기본계층 신호 와 향상계층 신호 모두에 대해 HEVC 기술이 적용된다. 다중대역 전송이기 때문에 송신국 및 수신기의 RF 시스템은 Ku대역과 Ka대역 모두를 지원할 수 있도록 구성 송신국의 모듈레이터와 수신기의 디모듈레이터는 DVB-S2 CCM 방식을 지원 송신국의 AV 인코더와 수신기의 소스 디코더는 HEVC(SVC 포함)만을 지원 7.3.2. 세부 기술 규격 및 고려사항 본 시나리오는 기존 위성 HDTV 서비스와 호환성을 지원하지 않는 시나리오이기 때 문에 소스 부호화와 전송 측면에서 자유도를 가질 수 있어서 다양한 시나리오를 구상할 수 있다. [표 7.3.1] 위성 HDTV 비호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스의 AV 신호포맷 예 부호화 및 전송기술 [V] SHVC(HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 VCM(Ku or Ka) [V] SHVC(AVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 VCM(Ku or Ka) [V] Simulcast (AVC+AVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 VCM(Ku or Ka) [V] Simulcast (HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS 서비스 가능한 신호규격 4K-UHDTV@60p 신호 4K-UHDTV@60p 신호 4K-UHDTV@60p 신호 4K-UHDTV@60p 신호 2~10.2 채 널 채널당 전송 비트율 주 1) 16~20Mbps 20~25Mbps 40~50Mbps 20~25Mbps 비고 단일대역, DVB-S2 VCM 단일대역, DVB-S2 VCM 단일대역, DVB-S2 VCM 단일대역, DVB-S2 VCM 46
부호화 및 전송기술 [T] DVB-S2 VCM(Ku or Ka) 서비스 가능한 신호규격 채널당 전송 비트율 주 1) 비고 [V] Simulcast (AVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 VCM(Ku or Ka) [V] SHVC(HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM(Ku & Ka) [V] Simulcast (HEVC+HEVC) [A] MPEG-H 3D Audio [S] MPEG-2 TS [T] DVB-S2 CCM(Ku & Ka) 4K-UHDTV@60p 신호 4K-UHDTV@60p 신호 4K-UHDTV@60p 신호 24~30Mbps 16~20Mbps 20~25Mbps 단일대역, DVB-S2 VCM 다중대역, DVB-S2 CCM 다중대역, DVB-S2 CCM [V] : Video codec, [A] : Audio codec, [S] : System/SI spec, [T] : Transmission spec. HEVC 30p 기준으로 UHD(16~20Mbps) 가정함. 60p 는 30p 대비 30% 비트율 증가, HEVC 는 AVC 대비 2배 압축성능 향상, SVC 는 Simulcast 대비 25% 압축성능 향상, HD는 UHD의 1/4 부호율 가정함. 주1) 각 시나리오에 대해 30p 규격 기준으로 계산, 비디오 신호 부호율만 고려함. 위와 같은 기술 규격을 이용하여 HDTV 비호환 다중계층 4K UHDTV 위성방송 서비 스를 제공하는 데 있어서의 서비스 및 시스템 요구사항은 아래와 같다. 서비스 고려사항 [표 7.3.2] 위성 HDTV 호환 다중계층 4K-UHDTV 위성방송 서비스 요구사항 순번 항목 비고 001 002 003 004 005 위성 UHDTV 비디오 신호의 복원 품질은 일반적인 시청자의 인지수준에서 동일한 품질을 제공해야 한다. 위성 UHDTV 오디오 신호의 복원 품질은 일반적인 시청자의 인지수준에서 동일한 품질을 제공해야 한다. 위성 UHDTV 신호는 방송 프로그램 신호와 연관되는 부가 정보 서비스 제공이 가능해야 한다. 위성 UHDTV 신호는 기존 HDTV 서비스 수신기에 영향을 주 지 않아야 하며, 기존 수신기는 현행 디지털 위성방송 규격 (TTAK.KO-07.0008)을 만족하는 프로그램을 이상없이 수신 할 수 있어야 한다. 위성 UHDTV 수신기는 Ka 대역에서의 서비스 가용도 증대를 위한 수단이 제공되어야 한다. 47