1. 디지털TV의 개요

TV 방송에 있어 디지털화는 전송매체(지상, 위성, 케이블)와 방송서비스(SDTV, 광폭TV, HDTV)를 동시에 추구하고 있음. 수년 전에는 HDTV를 중심으로 한 위성 전송기술이 주축이었으나, 현재는 전송기술을 별도 개발하지 않고 함께 추진하고 있다.

(1) 디지털TV(DTV)의 정의

아날로그 TV : 시간에 따라 연속적으로 변화하는 파형인 아날로그 신호를 방송전파에 실어 전송

디지털TV : 비디오, 오디오, 데이터가 디지털 형태로 디지털 전송방식에 의해 전송, 방송되는 것

(2) 디지털 TV의 탄생

전 디지털 방식의 HDTV(MIT와 GI 제안)가 제안되고, 고능률의 데이터 압축기술로 고화질 영상을 디지털 신호로 전송하는 것이 가능하게 된 ’90년도 초반에 탄생

(3) 발전방향

뉴미디어의 출현과 디지털 기술, 인터넷의 급속한 발전으로 인해 3C(Communication, Consumer, Computer)의 통합형태로 발전되어서 방송과 통신, 가전기기와 컴퓨터의 구분이 없어지는 형태로 발전되어 가고 있음.

2. 디지털 TV의 장점

(1) 다채널 서비스 및 주파수의 효율적 이용

SDTV : 3~9Mbps, HDTV : 17 ~ 30 Mbps (미국 GA의 HDTV : 17Mbps)

위성 BS : 7Mbps, ADSL을 이용한 VOD와 DVD : 5 ~ 6Mbps

현재 아날로그 TV 전송 시 채널 당 6MHz 필요 : 디지털화(114Mbps)하고 압축(15~40배) 전송하면 4개 채널 서비스가 가능하며, 현재 할당되지 않는 금기채널(즉, 인접채널)의 사용도 가능. => 효율적인 주파수 이용.

(2) 간섭에 강하고 고품질화

다양한 오류정정부호 기술을 사용할 수 있어 제작시의 품질을 거의 완벽하게 유지할 수 있고, 수신 시에도 빌딩, 산과 같은 장애물에 의한 흔들림이나 이중상 현상(Ghost)도 일어나지 않음.

디지털방송은 DVD, CD와 같은 화질과 음질을 보장하며 돌비나 서브우퍼 등 특수음향 효과도 가능.

(3) 정보고속도로의 촉진

방송프로그램 이외의 각종 쌍방향서비스를 통해 정보고속도로 실현을 촉진.

인터넷방송(IB), 데이터방송, 홈쇼핑, 홈뱅킹, 주문형비디오, 화상회의, 인터넷게임 등과 같은 다양한 부가서비스 제공 가능.

디지털방송 신호로 전송되는 프로그램을 TV나 PC, 네트웍컴퓨터로 수신할 수 있으므로 이용자의 편의가 증대됨.

(4) 송신출력 감소와 송신기의 소형화

아날로그 TV의 화질은 전계 강도에 비례하지만 디지털의 경우는 오류정정에 의해서 화상이 일정하게 되는 서비스 지역이 넓다.

디지털 TV 송신기의 소형화 원인은 소비전력이 적어 발열량이 적기 때문에 방열기가 적게 설계되며, 아날로그 송신기에 필요한 음성 송신기가 없기 때문이다.

디지털 TV 송신기는 아날로그 송신기에 비해 첨두 전력은 약간 크지만, 실효전력은 약 1/10, 소비전력은 약 1/3, 송신기 크기는 약 1/2 정도이다.

(5) 운영경비 절감과 비용의 경제성

하리스사의 디지털송신기에 대한 전력계산 및 비용계산 방법

년 운영경비 = P/E * H * C

H : 년 동작시간, P : 프로그램 변조에 의한 평균전력[kW]

C : kW당 경비, E : 운용 송신기 비율 [%]

계산 예 : 86%의 효율을 가진 송신기를 55% 효율로 동작시 년 절감액

( P = 65kW, H = 24 * 365 = 8,760, C = kW/hour 당 500원 일 경우 )

65/0.55 * 8,760시간 * 500원 - 65/0.86 * 8,760 * 500 = 186,589,852원

위의 결과처럼 디지털 송신기는 전력절감 및 경비절감이 가능하다. 또한, 지상파 디지털 방송은 아날로그 지상파 방송 기반시설(송출시설이나 송출탑 등)을 사용할 수 있으므로 디지털 위성방송이나 디지털 케이블 방송에 비해 비용면에서 유리하다.

(6) HDTV 개발

지상파 디지털 방송은 HDTV 개발을 포함하고 있지만 기술이나 경제성 면에서 세계적으로 SDTV를 선호하는 상황임.

3. 디지털방송의 파급효과

고 품질 방송기기의 출현 : 품질열화를 기본적으로 개선시키는 디지털 기술을 취급 처리할 수 있는 고기능, 고능률의 방송기기가 출현

프로그램의 종류와 양의 증대 : 디지털화에 의한 다중화 전송을 통해 단일 주파수에 복수 채널 서비스 제공

새로운 방송 서비스 실현 : 신호조작의 용이성과 유연성에 의해 멀티미디어 방송이나 대화형 서비스가 가능하고, 방송과 통신의 융합, 국제방송의 증가에 따라 방송 컨텐트 산업이 활성화될 것이다.

수신형태의 변화와 통합수신 : 차량에 의한 이동수신, 휴대수신, 지능기능을 살린 프로그램의 자동수신, 녹화 가능한 통합수신기로 TV, 라디오 수신

새로운 방송시스템의 출현 : 광역 방송 서비스인 SFN(Single Frequency Network), 종합 방송 서비스인 ISDB(Integrated Service Digital Broadcasting) 시스템으로 발전

방송산업, 정보통신산업, 전자산업 파급효과 : 디지털화에 의한 TV 수상기 교체 수요 발생

방송과 통신의 융합 : 방송 영역의 확대, 방송산업의 구조변화, 방송개념의 근본적인 변화가 예상

4. 디지털 방송을 위한 고려 사항

1) 화면 형식

종횡비, 주사선수, 주사방식, 주사선 당 화소수 등의 화면에 대한 규격이며, 여러 방송 형식이 채용되고 있음.

2) 비월주사와 순차주사

PC의 VGA와 NTSC의 주사선 수는 대략 일치하지만 실제 해상도는 다르다. 이는 TV 화면은 비월주사 방식인데 비해 PC는 순차주사이기 때문이다.

비월주사의 문제점

초창기에는 접은 전송대역으로 깜박거림 없이 화면을 전송하기 위한 획기적인 방법이었으나, 촬상소자 등의 부품 성능 향상으로 화질이 향상되면서 문제점이 나타나기 시작.

멀티미디어 시대에는 공간적, 시간적 확대/축소 가 필요하지만 비월주사는 시간과 공간이 뒤얽히는 문제가 발생.

PC와 TV 수상기의 융합

디지털 TV 수상기는 비월주사에서 순차주사로 변환시키기 위한 화상처리 능력 및 메모리 용량을 가지거나, 순차주사 화상을 그대로 표시하는 TV 수상기를 보급해야 하지만 두 경우 모두 쉽지 않다.

가전 업계 : 가격 상승 우려 (0.5 MByte의 프레임메모리를 TV 수상기에 탑재하는 것은 어떠한 경우에도 불가라는 풍조가 있음)

비월주사 -> 순차주사 변환 : 주사 변환부에서 수직방향 저역통과 여파기를 반드시 통과해야 하는데 이는 수직 해상도를 크게 해침.

그렇지만, PC와 TV 수상기의 융합은 불가피하게 전개될 것으로 보임

비월주사와 순차주사의 장단점

순차주사 방식은 비월주사 방식에 비해 압축율이 좋고 채널 이용률이 높다.

같은 비트레이트이면 비월주사 방식에 비해 순차주사방식이 품질이 좋다.

순차주사 방식은 낮은 비트레이트로 고품질의 화상을 전송할 수 있고, 부호화 효율을 높일 수 있다.

한정된 아날로그의 6MHz 대역폭에 고품질의 화상을 전송하는 데는 순차주사 방식이 상당히 유효하다.

비월주사 방식은 공간처리가 독립하고 있지 않기 때문에 포스트 프로덕션 작업이 번거롭다.

순차주사 방식에서 비월주사 방식으로의 변환은 간단하고 저가인 반면 그 역은 상당히 복잡하다.

비월주사 방식에서 정확한 시간 위치에 2개의 필드를 되돌리기 위해서는 움직임 적용보완 기능이 필요하다.

3) 셋톱박스(STB)

디지털 셋톱박스(DSTB)의 전개

디지털 방송을 수신하기 위해서는 :

아날로그 수신기에 DSTB를 설치하거나

STB가 내장된 디지털 수신기를 구입해야 함.

아날로그 방송을 수신하는 STB는 단순한 수신기(Home Terminal) 기능이었으나 디지털에서는 정보 축적, 가공 등의 각종 기능을 제공할 수 있는 중요 요소가 된다.

디지털 셋톱박스의 공통화 추진

지금까지의 회사별 독자 개발에서 Architecture 공통화를 위한 기업간 제휴와 플랫폼 공통화가 급격히 진행되고 있으며, 그 중 대표적인 후보로는 :

MS의 윈도우즈(Windows CE), 유럽/일본 가전 8개사의 하비(HAVi), SUN의 퍼스널 자바, 삼성전자의 HWW 등이 있음.

영상부호화 방식 : MPEG-II, 오디오, 데이터나 부가 데이터의 다중화 방식도 MPEG-II 시스템으로 일체화.

Universal STB : 아키텍쳐 공통화 기준임. 세계적으로 공통화가 진전되고 있음.

공통 아키텍쳐를 위한 4개 과제 :

- RF 신호처리나 오류정정 방식이 다른 사양을 흡수하는 것으로 방송국에서 시청자로의 하행채널만이 아닌 상행채널도 대처가 필요하다.

- CA 기능에 관한 것이며, CA 기능 자체를 공통화 하는 것은 어렵다. 보안상 방송사업자가 독자적으로 정하는 것이 일반적이며, CA 기능을 모듈화하여 필요에 따라서 공통부분으로 하기 위하여 표준접속 규정이 중요하다.

- 데이터 방송이나 장래 쌍방향 서비스를 위한 데이터처리 SW의 공통기반을 정비하는 일이다

- STB외의 AV 기기를 접속하는 접속 표준화이다

위 4개 과제에 관한 움직임 :

STB에서 입력된 RF신호를 복조하는 프론트엔드 회로의 해법 2가지:

그림6-4와 같이 서브포트에 프로트엔드 회로를 실정하는 것으로 STB 본체의 공통화가 쉽게 이루어 짐.

여러 종류의 복조회로를 집적하는 LSI 기술에 의존하는 것이며, 실제 LSI 제조사들도 1소자 방식을 고려하기 시작.

CA 기능에 대한 요구는 전송매체의 특성이나 방송사업자의 서비스에 크게 의존한다. CA용의 매체에 무엇을 사용하는가도 방송사업자에 따라 다르므로, 현재의 CS 디지털 방송에서 사용하는 IC 카드보다는 제품가격이 낮은 무료카드 방식이나 다기능이면서 고가인 PC카드 등을 선택할 수 있다.

이와 같은 사유로 서비스 내용이 비교적 유사한 위성방송사업자간이나 케이블 TV 사업자간 등에서 공통화가 추진되고 있으나, 최종적으로는 복수의 CA 모듈용 슬롯을 갖추는 것이다. 최악의 경우 케이블 TV, 위성 방송용, 지상파 방송용 또는 예비의 총 3개 슬롯을 갖출 수도 있다.

프리젠테이션 엔진은 멀티미디어 데이터를 제작자의 의도에 따라 화면에 나타내고 STB로 재생하기 위한 SW이며, 결국 같은 프리젠테이션 엔진이 탑재된 STB가 많은 만큼 방송사업자는 보다 많은 시청자에게 멀티미디어 컨텐츠를 배송하는 것이 된다.

유럽, 일본등에서는 대부분 MHEG-V를 채택, 미국에서는 HTML4.0과 IP 멀티텍스트 기술을 응용한 프리젠테이션 엔진을 채용한 데이터 방송 사양의 초안을 결정 (그림 12-14 참조)

유럽,일본과 미국으로 프리젠테이션 엔진이 양분되면서 STB에 다운로드될 응용SW 실행 엔진으로는 “자바 VM(Virtual Machine)” 이 가장 유력.

외부 AV 기기 등과 접속하기 위한 접속사양의 공통화 역시 해결해야 할 과제이며, 이에 대한 2가지 문제로는:

첫째, STB내의 어디에 어떠한 상태로 비트 스트림을 나타낼 것인가? 둘째, 저작권 보호 사양을 어떻게 취급할 것인가 이며, 둘 다 미 확정 부분이 많다.

첫번째 문제에 대해서는 위성 방송용과 케이블TV용을 다르게 한다는 것이다. 위성 방송용에는 IEEE1394 접속회로를 통하여 디지털 기록용 VTR을 연결시켜 Time Shift를 녹화,재생한다. 이 경우 암호 해제 전의 비트 스트림을 그대로 IEEE1394를 통해 VTR에 기록하고 재생시는 암호화된 그대로 비트스트림을 암호 해제 회로에 입력한다. 이 방법에서는 기록한 데이터는 CA 기능이 붙은 STB에서 인정되지 않으면 재생되지 않기 때문에 부정한 복사는 불가하다.

케이블 TV의 경우 지상파 방송 사업자가 재배송할 가능성이 높으므로 IEEE1394 접속은 케이블을 경유하여 받은 지상파 디지털방송 데이터를 디지털TV 수상기에 전달하여 사용하는데 이것을 “펄스쓰루(Pulse Through)”라고 부른다.

디지털TV 수상기 측에서는 일반적으로 케이블 TV 사업자의 CA 기능은 갖추지 않으므로, 펄스쓰루로 넘겨진 비트스트림은 케이블TV 사업자의 암호를 해제한 후가 아니면 안 된다. 단, 암호를 해제한 상태의 비트스트림을 나타내면 영화등의 컨텐트가 부정하게 복사될 우려가 있으므로 IEEE1394 접속을 통과하는 비트스트림은 부정 복사 방지용 회로로 암호화하여 송출하고 있다.

각국의 STB 공통화 추진현황

케이블TV용 STB를 사업자간 공통화하는 움직임이 구체화되고 있음.

FCC : 1998년 6월에 “네비게이션 디바이스 규칙 (Navigation Devices Rules)” 채택하였으며, 여기에는 케이블 망에 접속 가능한 TV 수상기나 PC, 케이블 모뎀도 포함.

케이블랩사 : 1998년 4분기에 오픈 케이블을 정하였음. 오픈 케이블 사양은 각각 다른 케이블 사업자간의 사양을 흡수하므로 시장 일원화를 꾀할 수 있음.

마이크로소프트사 : Video Home Networking 발표

STB 공용화를 목표로 하고 있음.

소니사 : IEEE1394 탑재 디지털 STB 발매. 디지털 방송 등으로 배송된 음악이나 영상 등의 컨텐트를 한꺼번에 수신하여 이것을 가정내 네트웍에 연결된 AV 기기 등에 다시 배송. 이것은 “모아서 보낸다”라는 역할을 강조하여 “홈게이트웨이”라 부른다.

디지털미디어사 : 1999년 5월 디지털방송 스카이퍼펙TV에 “뮤직링크” 개시. 뮤직링크에는 4종류의 데이터 (MPEG-II 비디오데이터, ATRAC 방식의 음악데이터, MPEG 오디오 방식 음악데이터, 데이터 방송용 MHEG 데이터)를 다중 송신.

유럽에는 디지털 유료TV 방송 서비스를 제공하는 사업자가 많이 존재하며, 복수의 사업자로부터 프로그램을 수신하는 방법으로 동시 CA 방식과 개별 CA 방식이 있음.

1996년 10월 ETRI에서 디지털 유료 위성 방송용 스마트카드(IC카드 Digipass) 개발했으며, 특징은 :

MPEG-II / DVB 규격 준수, DVB 공용 스크램블 알고리즘 사용

전송 패킷 단위의 스크램블링

500만 가입자 지원, 가입고지서 및 PPV 동시 지원

온에어를 통한 시청권한 부여 및 박탈 기능, 개인 및 그룹별 시청권한 변경 기능

선불가입자 및 후불가입자 모두 지원

1998년 8월 기준 STB 대당 가격 : 약 350$ ~ 400$ 정도

디지털 HDTV 수상기 가격 : 55인치 약 6,000$, 64인치 10,000$ 예상

삼성전자 : 1999년 LA에서 HDTV 수상기와 DV 방식의 디지털 VTR, DVD 재생기, PC를 IEEE1394로 접속하는 데모 전시.