가. 디지털 TV 기술과 방송

디지털 TV란 문자 그대로 비디오, 오디오 및 데이터 등 모든 것을 디지털처리를 한 후 디지털 전송방식에 의거 전송하는 시스템 기술을 총칭한다. 디지털 처리란 고도의 디지털 기술을 이용하여 아날로그 신호를 0과 1로 구성된 디지털 신호로 변환하는 것을 말한다. 이렇게 변환된 신호는 다른 정보와 함께 압축된 이후 디지털 전송방식에 의해서 전송되며, 전송된 신호는 수신기에서 다시 원래의 비디오 및 오디오로 변환된다.

디지털 TV 기술은 ① 아날로그 신호에 비해 잡음에 강하고 송신전력이 적다. ② 에러정정 기술을 사용할 수 있고, 전송ㆍ복제ㆍ축적에 따른 열화가 적다. ③ 정보의 검색ㆍ가공ㆍ편집이 용이하다. ④ 영상 및 음성신호의 대폭적인 대역압축이 가능하다. ⑤ 트랜지스터, IC가 2진법에 적합하기 때문에 LSI 기술의 활용이 용이하다는 등의 특징을 가지고 있다. 이와 같은 특징을 가지는 디지털기술을 이용한 디지털방송은 잡음에 강하고 효율적인 정보전송을 실현하는 등 기존 아날로그 TV에 비해 다양한 장점을 가지게 된다.

우선 디지털 TV는 화질면에서 기존의 아날로그 TV보다 2배 이상 선명하다. 가로 주사선 525개를 사용하는 아날로그 TV는 시청화질을 결정하는 수평해상도가 330선 정도인 반면 고선명(HD)급 디지털 TV는 수평해상도가 7백선 정도에 달하기 때문이다. 기존의 컬러브라운관(CRT) 대신 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이나 액정 디스플레이(LCD)를 채택한 디지털 TV가 상용화 되면 TV의 화질은 지금보다 3배 이상 선명해질 것으로 예상된다. 이는 동영상 압축기술인 MPEG-2와 디지털 신호처리기술의 덕택이다.

음질면에서의 변화도 획기적이다. 기존의 아날로그 TV는 2채널 스테레오 음향 정도를 제공하는 데 불과하지만 돌비 AC3 기술을 사용하는 디지털 TV는 극장에서 즐길 수 있는 5.1채널의 입체음향을 제공한다. 화면비율에서도 커다란 차이가 있다. 기존 TV의 경우 가로와 세로의 종횡비율이 4 대 3인 반면 디지털 TV는 16 대 9로 극장의 화면과 동일한 비율을 기본으로 하고 있다.

디지털 TV와 아날로그 TV의 차이는 화질과 음질 등만이 아니다. 디지털 TV는 PC는 물론 디지털방식으로 신호를 처리하는 디지털 다기능 디스크(DVD) 플레이어, 디지털 캠코더, 디지털 VCR 등과 직렬 인터페이스로 데이터 호환이 가능하다.

그러나 이러한 요소보다 디지털 TV에 혁신적인 의미를 부여하는 것은 디지털 TV가 제공하는 멀티미디어 기능이다. 인터넷 검색은 물론 홈쇼핑, 홈뱅킹 등 다양한 양방향 부가 서비스의 제공이 가능하다. 이러한 디지털기술이 가지고 있는 여러 가지 매력적인 특성이 방송기술에 접목되었을 때, 방송에서는 다음과 같은 획기적인 발전들이 이루어질 것이다.

⊙ 각종 미디어의 종합화 및 유연한 방송프로그램 편성이 가능.

어떠한 정보라도 디지털화되면 2진수의 0과 1로 구성되어 동등하게 취급되기 때문에 다양한 정보를 종합화할 수 있고, 컴퓨터를 이용하여 데이터베이스를 구축하면 다양한 정보의 정보검색 및 정보처리가 편리해진다. 예를 들어 카세트테이프로 노래를 듣는데 특정 노래의 어느 구절을 찾으려면 처음부터 들으면서 그 구절을 찾아 나가야 하지만 디지털로 데이터베이스가 구축 정리되어 있으면 쉽고 빠르게 원하는 구절을 찾을 수 있다. 그러므로 방송에 이용되는 모든 데이터 즉, 영상, 음성, 문자 데이터, 컴퓨터 그래픽등 다양한 정보를 동일한 방식으로 데이터베이스를 구성하여 종합된 모든 정보를 편리하고 쉽게 관리, 편성할 수 있으므로 고품질의 정보전송, 다채널화된 정보전송 등 유연한 배분이 가능하다. 결국 디지털 방송시스템을 이용한 방송프로그램 편성은 정확성, 다양성 및 유연성을 갖게 된다.

⊙ 주파수의 효율적 이용 가능.

아날로그 전송시스템에서는 몇 개의 프로그램을 전송하기 위해 수십개의 채널을 소모하는 비효율적인 네트워크를 구성할 수 밖에 없었다. 그러나 디지털 변조를 사용하면 주파수를 매우 효율적으로 사용할 수 있다. 디지털 변조는 아날로그 변조에 비해 낮은 C/N비에서 수신이 가능하고, 소요혼신보호비도 아날로그 변조에 비해 낮아도 되기 때문에, 아날로그 변조의 경우 이용할 수 없었던 인접채널을 이용할 수 있다. 또한 디지털신호 압축기술에 의해 아날로그 1개 채널에 적어도 3개 이상의 채널을 수용할 수 있으므로, 다양한 프로그램 전송이 동일 주파수 채널에서 가능해진다.

⊙ 전송되는 신호에 함수기능을 부여하여 전송된 영상, 음성, 데이터 등의 신호를 동시에 수신 및 처리가 가능.

연접부호(concatenation code), 리드솔로몬부호와 같은 에러정정방식의 데이터를 전송되는 신호에 부가하여 전송하면 에러가 없는 신호를 수신할 수 있으므로 신호 전송효율이 증대된다. 또한 영상, 음성, 데이터 등의 소프트웨어에 특정의 함수를 부여하면 동일시간에 특징이 서로 다른 정보를 동시에 수신 처리할 수 있다. 21세기 멀티미디어 사회에서의 TV 수상기는 컴퓨터 기능이 내장되어 있으므로 각각의 신호에 부가된 함수기능을 이용하여 신호를 수신 및 저장하고 이를 원하는 대로 신호 처리할 수 있다.

⊙ 영상에 따라 계층화 서비스가 가능.

전송될 동일 영상정보를 기본적인 품질의 정보와 고품질의 정보로 구분하고, 고품질의 정보에는 앞에서 설명한 것과 같이 강력한 에러정정용 정보를 부가하여 계층화된 영상신호를 전송할 수 있다. 따라서 수신환경이 열악한 곳에서는 고품질의 영상신호를 수신하므로 최소의 기본적인 영상품질을 보장받을 수 있고, SDTV와 HDTV용 수신기가 수신자의 선택에 따라 자유롭게 사용될 수 있으므로 시청자의 권리가 신장되고, 결국 멀티미디어의 발전에 초석이 될 수 있다.

⊙ 제한된 신호 전송대역폭으로 많은 고품질 방송신호의 전송이 가능.

디지털 신호는 고효율압축과 고효율 전송이 가능하고, 이로 인해 제한된 주파수 범위에서 보다 많은 정보를 전송할 수 있으므로 고품질의 신호전송이 가능하다. 또한 초고속정보망과 같은 고품질의 전송로를 이용하면 많은 방송의 다채널 전송이 가능해지고 종국에는 종합화된 디지털방송 서비스의 구현이 이루어질 수 있다.

⊙ 멀티미디어/하이퍼미디어를 위해 방송, 통신, 컴퓨터의 융합 가능.

디지털 방송에서는 영상 및 음성의 압축과 신호다중변조를 행하는데 서로 다른 디지털 방송시스템에서도 공통의 압축기술 및 다중기술을 사용하는 것이 가능하다. 이와 같은 요소기술의 공통화에 의해 수신기의 비용절감 및 다기능화가 가능하게 된다. 또 이들 요소기술은 디지털 방송뿐만 아니라 통신, 컴퓨터에도 공통적으로 사용할 수 있어 방송ㆍ통신ㆍ컴퓨터 융합을 쉽게 해준다. 21세기에 방송 시스템이 디지털화되면 컴퓨터 통신, 방송이 접목되어 인간이 꿈꾸고 있는 멀티미디어가 가능하여 PC나 TV 수상기 중 어떤 하나를 선택하여 방송 및 각종 정보를 수신할 수 있게 된다. 따라서 수신자의 선택 권리를 신장시킬 뿐만 아니라 수신의 효율성과 편리성을 증대시킬 수 있다.

⊙ 양방향성 방송 제공이 가능.

기존 방송에서는 방송의 정의에서 알 수 있듯이 다수에게 방송신호를 일방적으로 제공하므로 수신자의 입장 및 의견을 제공 받기 어려웠으나, 디지털방송이 됨으로서 수신자의 의견 및 방송 제작참여 등이 가능해 짐으로 수신자의 참여에 의한 다양하고 고품질의 방송을 제작할 수 있는 양방향 방송이 가능해진다.

위에 언급한 특징 이외에도 고도의 암호화가 용이하고, 방송시스템의 자기발전이 가능하며, 균질의 방송서비스를 제공할 수 있다. 이와 같이 디지털기술에 의해서 방송은 고도의 다양한 기능을 가진 방송 인텔리젼트화 즉, 고기능화, 다채널화, 양방향화가 비약적으로 발전하여 21세기 방송환경 및 정보환경 변화에 적극 대응할 수 있도록 방송시스템은 커다란 도약이 이루어질 것이다.

나. 디지털 TV 시스템

디지털 TV 시스템은 크게 3개의 서브시스템으로 구성되며, 각 서브시스템의 역할을 살펴보면 다음과 같다.

(1) 소스 부호화 및 압축(source coding and compression)부

이 서브시스템은 비트 레이트를 줄이는(즉, 데이터 압축) 부분으로 비디오, 오디오 및 보조 디지털 데이터 스트림을 압축한다. 보조 데이터에는 제어(control) 데이터, 제한 수신(conditional access) 제어 데이터, 그리고 클로즈드 캡션(closed captioning)과 같은 프로그램 오디오/비디오 서비스 관련 데이터 등이 포함된다. 보조 데이터는 또한 독립적인 프로그램 서비스를 의미할 수도 있다. 부호기(coder)의 목적은 오디오 및 비디오 정보를 표현하는데 필요한 비트 수를 최소화 하는데 있다.

(2) 서비스 다중 및 전송(service multiplex and transport)부

이 서브시스템은 디지털 데이터 스트림을 정보를 갖는 패킷(packet)으로 나누는 방법, 각 패킷 또는 패킷 유형을 고유하게 규정하는(uniquely identifying) 방법, 그리고 비디오 데이터 스트림 패킷, 오디오 데이터 스트림 패킷 및 보조 데이터 스트림 패킷을 하나의(single)데이터 스트림으로 다중화(multiflexing)하는 적합한 방법을 규정한다. 전송(transport) 메커니즘의 개발에 있어서 지상파, 케이블, 위성, 저장 매체, 그리고 컴퓨터 인터페이스와 같은 디지털 매체 간의 상호 운용성(interoperability)이 가장 큰 관심사였다. 디지털 TV 시스템은 디지털 방송 시스템용 비디오, 오디오 및 데이터 신호들을 패킷화, 다중화 하기 위하여 MPEG-2 전송 시스템(transport system)을 채택하였다. MPEG-2 전송 시스템은 채널 대역폭이나 저장 매체의 용량(capacity)이 제한되어 있고 효율적인 전송 메커니즘(transport mechanism)이 중요하게 요구되는 어플리케이션을 위해 개발되었다. 또한 ATM 전송 메커니즘과의 상호 운용성이 용이하도록 설계되었다.

(3) RF/transmission부

이 서브시스템에서는 채널 부호화(coding) 및 변조(modulation)를 수행한다. 채널 부호기는 데이터 비트 스트림에 부가 정보를 추가한다. 이 부가 정보는 수신단(receiver)에서 전송 과정중의 손상으로 인하여 전송된 신호를 정확히 나타내지 못하는 수신 신호로부터 데이터를 복구하는데 사용된다. 변조(또는 물리 계층)부에서는 디지털 데이터 스트림 정보를 이용하여 전송된 신호를 변조한다.