데이터 방송

1. 데이터 방송 KBS(한국방송공사) 기술연구소 박 선 규

2. 목차 • Analog 방송의 부가방송 • 디지털 방송 환경 • 디지털 대화형 TV 시스템 • OpenTV • Mediahighway • 개발된 시스템 • 결론

3. Analog 방송의 부가 방송(1) • TV • VBI(Vertical Blanking Interval)을 이용 • line 1-21을 사용하여 디지털 데이터 전송 • Example • 한국형 예약녹화 시스템(KBPS) • 고스트 제거용 기준신호(GCR) • 문자다중방송(Teletext) • 자막방송(Closed caption) • Intercast • VITS

4. Analog 방송의 부가 방송(2) • Radio • 여분의 대역폭 이용 • Example • Radio Data System(RDS) • DARC • 사랑의 소리 방송 • 실패 원인 • 서비스별로 개별 수신기 필요 • 다양한 서비스 부재 • 한정된 데이터 전송 용량 • 열악한 수신환경

5. Intel Intercast • 1995년 Intel 개발 • TV 신호 중 VBI부분에 웹데이터를 전송 • 채널당 10,500 byte/sec 까지 전송 가능(문자다중방송 영역 사용) • 현재 지상파 방송에 적용, 디지털 데이터 • PC 환경

6. Digital TV의 등장 외부 환경 변화 Analog TV Digital TV • 수신기 보급의 포화로 신시장 • 개척 필요 • Noise, Ghost 등에 의한 • 화질 열화 불만 • 위성/Cable 업계와의 경쟁 ◇ 고화질/고음질 실현 → HDTV 다채널/부가 Service → SDTV ◇ IC 설계 - ASIC에의한 Logic 설계 - 고밀도 공정 기술 ◇ 1953년 NTSC 제정 ◇ IC 설계 - 고도의 Know-how 필요 - 일부 전문 Maker 공급 의존 • Digital 신호처리 기술 • Digital 전송 기술 • 반도체 기술 • Display Device 기술 ◈ 1채널 / 6 MHz ◈ Interaction 전혀 고려치 않음 ◈ 1 HD 채널 / 6 MHz 또는 4 SD 채널 + 잉여채널 / 6MHz ◈ Interactive 서비스 가능 기술의 발달

7. Digital TV의 표준화 • 전세계가MPEG2로통일 • SDTV : MPEG2 MP@ML (up to 720x576 30Hz) • HDTV : MPEG2 MP@HL (up to 1920x1080 60Hz)  미국의ATV는SD 와HD까지포함, 유럽의DVB는SD 먼저. Video • 미국은5.1 channel Dolby AC-3 방식 • 유럽은MPEG 1 & 2 • MPEG1 - Layer1, 2, 3 • MPEG2 - all mono, stereo, 5.1 channel • 현재MPEG1 Layer2 가가장많이쓰임(Stereo mode) Audio • Satellite: QPSK • Cable: QAM • Terrestrial 미국: VSB 유럽: OFDM 일본: BST-COFDM  ITU-R에서 지상파의 경우 미국식, 유럽식, 일본방식 모두를 표준으로 채택 Modem

8. 국가별 정책 동향 방송 시점 (시험/본) 방송 추진 배경 및 정책 전송 규격 신호 처리 • 방송 SVC의 質 향상 • - 고화질, 다채널, Data SVC • 주파수 이용 효율 향상 • 통신/방송의 융합 대응 • HD/SD 대응 • Data SVC 고려 - / 1998 VSB¹ MPEG2-HL 미국 • HD 미대응 • 다양한 부가 SVC • SFN² • 채널 부족 → 새로운 채널 확보 필요 • ED/HD-MAC등의 실패 • → HD 필요성 못 느낌 유럽 1997/1998 COFDM³ MPEG2-ML • 기술 선도를 통한 우위 Image 확보 • (Muse : 기술 진부화 및 보급 부진) • → 지상파 조기 Digital화 필요 • 차차세대는 위성으로 별도 대응 • (UDTV, ISDB) • SFN • Mobile 대응 • HD 대응 예정 일본 1999/2000 BST-OFDM⁴ MPEG2-HL (예정) • 선진국의 Digital화 추세에 편승하여 • 국가적 기술 위상 제고 • 국가 기간산업으로 전자산업의 • 지속적 육성 및 수출시장 유지 한국 2000/2001 미정 미정 VSB ¹VSB : Vestigial Side Band ²SFN : Single Frequency Network ³COFDM : Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing 4BST-OFDM : Band Segmented Transmission-OFDM

9. 단말기의 변화(1) 발전 형태 1998 2000 2003 복합화 • 복합 STB / TV • - DVD • - DVHS • 복합 STB / TV • - DBS • - Cable • All-in-one Box • Tape Media • Disc Media • 타 방송 Media TV - DVHS - VDR • HD/SD PJTV(PRT) • HD/SD 직시형 TV • HD STB • AFD*STB • HD/SD PJTV(LCD) • LCD TV • PDP TV • 대화면 벽걸이 TV Display 중심 • 대형화 • Flat Display화 • Internet TV • 종합 정보 단말기 • 화상 회의 TV • JAVA TV 다기능화 • PC TV(가정용) • 부가 SVC 대응 • PC TV(업무용) • Active DVD PC • DTV 수신 카드 • BPC**(SD H/W 대응) • DBS 수신 PC • BPC(SD S/W 대응) • BPC(HD H/W 대응) • BPC(HD S/W 대응) PC Base *AFD : All Format Decoder **BPC : Broadcasting PC

10. 고화질 Display PLAY 12|00 단말기의 변화(2) Digital TV Multimedia PC DVD-Player DTV 수신 카드 Internet Browser DBS IRD DVD-ROM 고화질 대화면 Dispaly CPU / MPEG 2 / Memory RF 수신부 CPU / MPEG 2 / Memory

11. 대화형 멀티미디어 서비스의 등장 Set-top Box BSP 방송채널 • 위성 • 케이블 TV • 지상파 • SMATV • MMDS 방송망 Adapter Broadcast Interface Module Set-top Unit • PSTN/ISDN • HFC • 위성 • 동축+위성 Interactive Interface Module 대화망 Adapter Network Interface Unit ISP 인터랙티브 채널 Generic Model for interactive Multimedia Broadcasting

12. 대화형 TV 서비스 비대칭형 서비스 대칭형 서비스 Broadcast interactive Broadcast Downloading Downloading Conversation • Analogue TV • Pay-TV • Multiplexed digital • TV channels • Pay-per-view • Near Video- • on-demand • Programmed • downloading • Downloading on • demand (video, • games, software) • Home-shopping • catalogue • Home banking • On-line services • Distance learning • Teletraining • Videophone • Video mail/forum • Games on network • NONE • PSTN • ISDN • T1/E1 • 비대칭형 케이블 모뎀 • ATM Interface • 대칭형 케이블 모뎀

13. DVB 규격 • Data Broadcasting Specification • Data Piping : TS packet • Data Streaming : PES packet • asynchronous data streaming : VBR bitstream service • synchronous data streaming : realtime CBR bitstream service • synchronized data streaming : realtime VBR packet stream service • Multi Protocol Encapsulation : datagram service • Data Carousels : periodic transmission • Network Independent Protocols • 대화형 서비스를 위한 통신 프로토콜 스택 정의

14. DSM-CC

15. DAVIC (Digital Audio Visual Council) • 쌍방향 멀티미디어 서비스를 위한 국제 표준화 단체 • 목적 • Digital A/V 응용들의 성공적인 발전 • 국제적으로 인정된 개방형 인터페이스와 프로토콜 사용 • 모든 국제적 연구, 개발 단체들의 개방적 합작 달성 • DAVIC Specification • ‘95.12. :DAVIC 1.0 • ‘96.09. :DAVIC 1.1 • ‘96.12. :DAVIC 1.2 • ‘97.09. :DAVIC 1.3

16. OpenTV • 프랑스 Thomson와 미국 Sun사의 합작 • Thomson의 멀티미디어 사업 • Sun의 네트워크 사업 • Thomson Sun Interactive사의 ITV 솔루션 • 바이트코드 인터프리터 • 타이틀 저작 도구 • 각종 유틸리티 • 서버 S/W OpenTV product

17. 시스템 요구사항 • Applicability to broadcast and point-point environments • Low bandwidth transmission requirements • Single executable • Integration into existing environments • High reliability and integrity • Modest demand on the underlying set-top hardware • Scalability and extensibility • Development tools • Look-and-feel neutral • Application security • Support for secure transactions

18. OpenTV Architecture • Interpreter : 바이트코드(o-code)를 사용 프로세서의 명령으로 변환 • Libraries : 그래픽, 매체간 동기화, UI, 멀티미디어 데이터 처리 등 기본적인 기능을 제공하는 built-in 라이브러리 • Kernel : 실시간 선점형 멀티태스킹 커널 • Drivers : 정의된 driver API에 따라 구현된 드라이버

19. OpenTV Title • OpenTV에서의 응용 프로그램 • MHEG 등에서의 객체 지향적 개념 도입 • gadget : 타이틀 개발에 필요한 기능을 제공하는 요소 • sequence : scene 보일 순서를 비디오 프레임 단위로 명세

20. OpenTVRun-time Memory Organization • Main Module : gadget 인스턴스들의 동작 및 상호연동 지원 프로그램 • Gadget Class Code : gadget에 대한 바이트코드 • Gadget Instance Data : gadget 인스턴스 구동에 필요한 데이터 • Resource Cache : MPEG 프레임, 비트맵, 사운드 파일 등 데이터

21. OpenTVRun-time Flow Structure • Directory(전송 순서 및 내용) 전송 • gadget 구동 위해 필요한 기본 데이터 전송 • gadget 동작 과정에서 필요한 멀티미디어 데이터 전송 반복 전송

22. OpenTV Applications • Interactive program guide • Home banking • Home shopping • Interactive subscriber services • Interactive advertising • Educational programs • Play along games • Community services

23. OpenTV Web • 예 : Online shopping의 경우

24. Mediahighway • France Canal+ • 유럽을 중심으로 가장 많은 보급율 • Mediaguard와 함께 구성 • OpenTV와 대동소이 • Virtual machine, P-code.. • 현재 제공되는 서비스 • EPG, PPV, PC download.. • 개발중인 서비스 • Service Information Browser, Teleshopping, Quiz..

25. Mediahighway 시스템 구조

26. 무궁화 위성방송 • 12GHz대 6개의 방송용 중계기(대역폭 27MHz) 탑재 • 영상 MPEG-2 MP@ML, 1.5-15Mbps • 음성 MPEG-1 layer 2, Dual • 다중화 MPEG-2 TS • 데이터 채널(2Mbps) • PSI 및 DVB-SI 전송(역다중화 및 EPG에 필요) • 비동기(최대 19.2kbps) 및 동기(최대 2 Mbps) 채널 • 유료방송용 Modem/PSTN • 위성 채널을 통한 데이터 방송 • 양방향 전송 채널 이미 구축 • 대화형 서비스 가능 • 다수의 사용자 => 대역폭 효용 증대 효과 • 다양한 서비스 창출

27. 무궁화 위성방송 시스템 무궁화 1호 중계기 1 중계기 3 중계기 2 Tx 1 Tx 2 Tx 3 TV 1 TV 1 TV 1 TV 2 TV 2 TV 3 TV 2 TV 3 LNB TV 3 TV 4 TV 4 TV 4 set-top box Data Data Data RSMS RSMS RSMS

28. Earth Station CH1 TV Encoder CH2 CH3 FEC & QPSK antenna MUX HPA UPC CH4 Data Encoder controller system supervisor RSMS MAC RSMS TAM

29. 위성방송 수신기

30. 무궁화 위성 데이터 방송 개념도 경기장 TV & Data TV & Data back channel 기차표 판매소 기상대 PSTN 수신기 데이터서버 비디오 서버 방송국

31. 무궁화 위성 데이터 방송 잉여 대역폭 • 무궁화 위성의 방송용 트랜스폰더는 네 개 방송 채널을 전송하도록 되어 있어 약 2 Mbps의 여유 대역폭을 가지게 된다. 이 잉여 대역폭을 이용하면 기존 A/V 스트림 외의 부가정보 전송이 가능. • 이 2 Mbps의 채널은 방송되는 프로그램의 관련 정보를 위한 부가 정보 채널로서 활용될 수 있다. 또, 부가 정보 채널을 기존의 전화망, 인터넷, ISDN, B-ISDN 등의 양방향 망과 연계하여 사용한다면 대화형 TV 등의 다양한 분산 멀티미디어 서비스가 가능함. • 서비스로 방송하고 있는 프로그램과 관계되는 멀티미디어 문서를 부가 정보 채널을 통해 전송하는 것이 있으며, 그 밖에 MHEG과 DSM-CC 등으로 구현된 다양한 사용자 상호작용 응용 들이 제공될 수 있다. 부가 정보 채널 상호작용응용

32. Display Input Device Application Receiver DEMUX Middleware Virtual Machine Satellite Event-based windowing system Modem Realtime Kernel Broadcast Scheduler Application Contents Settop Transmitter MUX Authoring Environment Terminal Management Bidirectional Network Return Channel Server Conditional Access Modem Server / Broadcaster 개발된 시스템의 구조

33. 단말기 구조 Application Middleware Virtual Machine Event-based Windowing System Real time Kernel Hardware

34. 객체 인스턴스 응용 응용이미지 관리자 permanent store heap 화면구성 관리자 화면상태 관리자 기타 객체들 server 객체정의 관리자 permanent store 메시지수신 thread server 사용자입력처리 thread 리턴채널 thread 명령 관리자 permanent store server 단말측 응용 구조

35. 사용자화면 구성

36. 결론 • 개발된 시스템의 장, 단점 • 개방형 구조와 확장성 • 개발환경의 제약으로 실제 적용은 어려움 • 차후 진행되어야할 연구 • 실제적용을 위한 구체적 연구 • 구체적 서비스 방안, Contents의 제작, 수신기 개발 • Authoring Tool, 보안과 가입자관리 시스템 • ISDN등과 연동하는 서비스의 확장 개발 • 성공적인 개발을 위한 환경 • 정책적인 차원의 지원과 마인드 조성 • 관련 연구기관과 산업체가 참여하는 콘소시움의 구성