KR100188286B1 - 시청자 선택 자막방송의 자막신호포맷 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시청자 선택형 자막방송의 자막신호포맷에 관한 것으로서, 특히 텔레비젼신호의 매 필드의 한 주사선에 자막신호를 실어서 전송하는 시청자 선택형 자막방송의 자막신호포맷에 있어서, 텔레비젼 신호의 색부반송파를 소정 분주한 주파수를 가진 소정 주기의 정현파신호로 된 비트클럭 동기신호; 비트클럭 동기신호를 소정 분주한 주파수를 가진 한주기의 정현파로 된 워드시작신호; 및 비트클럭 동기신호의 주파수보다는 적고 워드시작신호의 주파수보다는 많은 주파수를 가진 정현파로 변조된 18비트의 데이터 신호를 구비한 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 색부반송파의 주파수를 분주하여 자막신호를 형성함으로써 위상동기가 용이하여 수신장치의 코스트를 다운시킬 수 있다.

Description

시청자 선택형 자막방송의 자막신호포맷

제1도는 본 발명에 의한 시청자 선택형 자막방송을 위한 텔레비젼 방송시스템의 구성을 나타낸 블록도.

제2도는 본 발명에 의한 시청자 선택형 자막방송을 수신하기 위한 텔레비젼 수상장치의 구성을 나타낸 블록도.

제3도는 본 발명에 의한 자막신호의 구성을 나타낸 신호구성도.

제4도는 본 발명에 의한 자막 데이터의 데이터 패킷구성을 나타낸 도면.

본 발명은 자막방송의 자막신호포맷에 관한 것으로서, 특히 텔레비젼신호에 문자 및 제어코드를 실어서 송신하면 수신장치에서는 이를 수신하여 시청자의 선택에 의해 자막을 디스플레이하는 시청자 선택형 자막방송에서 자막신호의 포맷에 관한 것이다.

텔레비젼 방송에서 자막방송방식은 텔레비젼 신호의 액티브 구간에 자막신호를 중첩시켜서 시청자의 선택없이 방송자의 선택에 의해 긴급뉴스나 알림사항 등을 나타내는 오픈 캡션(open caption)방식과, 텔레비젼 신호의 넌액티브 구간, 즉 수직 블랭킹 구간에 자막신호를 실어서 송신하면 시청자의 선택에 의해 텔레비젼 화면과 대사내용을 자막으로 볼 수 있는 클로즈드 캡션(closed caption) 방식이 있다.

클로즈드 캡션방식의 자막방송은 수화없이는 화면의 대사내용을 알 수 없는 청각 장애인을 위하여 미국에서 1978년부터 시행되고 있으며 외국어 학습에도 매우 유익한 것이다.

1994년 3월에 간행된 미국특허 USP 5,294,982호에서는 로마자와 음절문자의 클로즈드 캡션방송방식을 개시하고 있다. 특히, 한국어의 캡션방식에 대해 매우 상세하게 설명하고 있다. 상기 미국특허의 발명에서는 한국어를 클로우즈 캡션방식으로 방송하기 위하여 한글 한문자를 초성, 중성, 종성의 각 음소로 분할하여 각 음소에 대응하는 ASC II 코드를 전송하고 수신장치에서는 이 ASC II 코드를 디코딩하여 초성, 중성, 종성을 맵핑함으로써 한글 한 문자를 표시한다.

이와 같은 종래의 한글 클로우즈 캡션방식은 한글 한 문자를 표현하기 위하여 적어도 2 내지 3바이트를 사용하게 되므로 전송속도와 표시속도가 늦고 디코딩 과정에서 3 내지 4바이트를 조합하여 한 문자의 위치를 찾아야 하므로 디코딩처리가 복잡하다는 문제점이 있었다. 디코딩 처리의 복잡성은 디코더의 코스트를 상승시킨다. 이는 방송국에서만 필요한 인코더에 비해 수백만 시청자가 부담해야 하는 디코더의 코스트 상승을 초래하는 문제점을 야기시킨다.

또한, 한자, 한글, 일본어의 동시 표시 및 영어, 러시아어, 그리스어의 동시표시가 불가능하고, 특수기호의 표시가 불가능하였다.

또한, 부가정보 표시 중간에 대사정보를 표시하고 다시 부가정보를 표시할 경우에 제어코드가 필요하므로 대사정보와 부가정보의 사이에 독립성이 없고, 대사정보의 표시모드를 구별하기 위한 제어체계가 전체 전송 효율상 복잡하고, 수신장치를 작동시키기 시작한 시점에 표시모드 제어코드를 수신하지 못하면 다음 차례의 제어코드를 수신하기 전까지는 대사정보를 표시할 수 없었다.

또한, 상술한 발명에서는 미국의 텔레비젼 송출환경, 즉 평지가 많은 지리적 환경을 토대로 개발된 것이므로 산지가 70%이상인 한국의 지리적 환경에서는 수신장치의 수신상태가 불량하여 자막표시의 품질이 떨어지는 문제점이 지적되고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 특히 한국어의 자막방송을 효과적으로 할 수 있는 시청자 선택형 자막방송의 자막신호포맷을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 자막신호포맷은 텔레비젼신호의 매 필드의 한 주사선에 자막신호를 실어서 전송하는 시청자 선택형 자막방송의 자막신호포맷에 있어서, 텔레비젼 신호의 색부반송파를 소정 분주한 주파수를 가진 소정 주기의 정현파신호로 된 비트클럭 동기신호; 비트클럭 동기신호를 소정 분주한 주파수를 가진 한 주기의 정현파로 된 워드시작신호; 및 비트클럭 동기신호의 주파수보다는 적고 워드시작신호의 주파수보다는 많은 주파수를 가진 정현파로 변조된 18비트의 데이터신호를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제1도는 시청자 선택형 자막방송기능을 가진 텔레비젼 방송장치의 구성을 나타낸다. 마이크(10)를 통하여 입력된 오디오신호는 음성신호 처리부(30)에서 믹싱 및 증폭되어 텔레비젼신호 변조부(50)로 전달된다. 비디오 카메라(20)를 통하여 입력된 비디오신호는 비디오신호 처리부(40)에서 증폭되고 편집되어 텔레비젼신호 변조부(50)로 전달된다. 텔레비젼신호 변조부(50)에서는 전달된 음성신호를 FM변조시키고 비디오신호를 잔류측대파방식의 AM변조시키고 AM변조신호와 FM변조신호를 주파수 다중하고 주파수 천이시켜서 고주파신호로 고주파 출력부(60)에 전달하고 고주파 출력부(60)에서는 고주파신호를 증폭하여 안테나를 통하여 텔레비젼신호를 공중에 송출한다.

자막인코딩부(70)에서는 문자정보 입력부(71)를 통하여 텔레비젼 화면과 관련된 대사정보 또는 긴급뉴스나 전달사항 등의 부가정보가 입력되게 된다. 제어신호 입력부(72)를 통하여는 자막제어를 위한 여러 가지 제어정보가 입력되게 된다. 문자정보 입력부(71)는 한글, 영어, 한자, 일어 등의 문자나 특수문자 등을 입력하기 위한 키보드를 포함하고, 입력된 문자정보를 2바이트 한글 완성형 코드(KSC5901)로 출력한다. 제어정보 입력부(72)는 모드선택키, 기능선택키 등의 키패드들을 포함하고 입력된 제어정보를 7비트 2진코드로 출력한다.

문자코드 발생부(73)에서는 입력된 2바이트의 문자코드의 각 바이트의 MSB를 대사자막/부가정보 플래그로 사용하여 부가정보인 경우에는 MSB를 '0'으로 치환하고 각 바이트에 패리티 비트를 추가하여 총 18비트의 문자코드의 데이터 패킷을 발생한다.

제어코드 발생부(74)에서는 입력된 7비트 이진수를 상위 4비트 하위 3비트로 분할하고 상위 4비트에 대한 패리티 비트, 2비트의 제어코드식별비트, 대사/부가 플래그를 추가하여 상위 바이트를 생성하고 하위 3비트에 대한 제2패리티 비트, 제2패리티 비트, 2비트의 제어코드식별비트, 대사자막/부가정보 플래그를 추가하여 하위 바이트를 생성한다. 생성된 각 바이트에 패리티 비트를 추가하여 총 18비트의 제어코드의 데이터 패킷을 발생한다. 상술한 데이터 패킷에 대한 구체적인 내용은 후술하고자 한다.

데이터 패킷 변조부(75)에서는 문자코드 발생부(73) 또는 제어코드 발생부(74)에서 발생된 데이터 패킷을 디지탈 변조방식에 의해 변조한다.

동기카운터부(76)에서는 비디오신호 처리부(40)에서 제공되는 동기신호를 입력하여 수직동기신호에 의해 리세트되고 수평동기신호를 카운팅하여 홀수필드에서는 262번째 주사선을 선택하고 짝수필드에서는 525번째 주사선을 선택을 카운팅하게 된다. 주사선수를 계수한다. 윈도우신호 발생부(77)에서는 동기카운터부(76)의 계수치를 입력하여 윈도우신호를 발생한다. 윈도우신호는 비디오신호 처리부(40)에서 출력되는 비디오신호의 미리 정해진 특정 라인, 예컨대 262 및 525주사선상에 자막신호를 중첩시키기 위해 스위칭수단(78)을 스위칭시키는 구동신호이다.

제2도를 참조하면, 시청자 선택형 자막방송 수신용 텔레비젼 수상기의 구성을 나타낸다.

튜너부(110)에서는 안테나에 수신되는 고주파신호중에서 선택된 채널의 텔레비젼신호를 복조하여 음성신호와 비디오신호를 출력한다. 음성신호는 음성신호 처리부(120)에 전달되어 동화 및 증폭되어 스피커(130)를 통하여 음성으로 출력된다. 비디오신호는 비디오신호 처리부(140)에 전달되어 휘도 및 색처리된 다음에 RGB신호로 출력된다. RGB신호는 믹서기(150)을 거쳐서 표시구동부(160)에 전달되고 표시구동부(160)에서는 전달된 RGB신호에 응답하여 CRT(170)를 구동하여서 스크린 상에 텔레비젼 화면을 표시하게 된다.

자막디코딩부(200)에서는 A/D변환기(210)를 통하여 비디오신호를 디지탈변환하여 디지탈신호를 자막처리부(230)에 전달한다. 또한 동기분리기(220)에서는 비디오신호로부터 동기신호를 분리하여 수직 및 수평동기신호를 자막처리부에 전달한다.

자막처리부(230)에서는 비디오신호 처리부(140)의 컬러버스트신호에 동기된 클럭신호를 발생하여 디지탈신호로부터 자막 데이터패킷을 추출한다. 추출된 데이터패킷을 디코딩하여 디코딩된 제어코드에 응답하여 자막처리를 제어하고 디코딩된 문자코드에 응답하여 폰트롬(240)으로부터 문자데이터를 독출하여 디스플레이 램(250)에 저장한다. 디스플레이 램에 저장된 문자데이터를 RGB신호로 변환하여 믹서기(150)에 전달한다. 자막처리부(230)는 세트의 시스템 제어부(180)과 제어 데이터를 주고 받는다. 시스템 제어부(180)에서는 명령입력부(19)을 통하여 입력되는 자막관련 명령을 자막처리부(180)에 전달하고 자막처리부(180)로부터 전달된 제어 데이터에 응답하여 시스템을 제어한다.

상술한 자막방송 송수신 시스템에서 사용하고자 한 자막정보의 구체적 구성은 다음과 같다.

대한민국에서는 방송신호로서 525라인, 60필드/초의 M-NTSC TV 신호를 사용하고 있으며, 수직귀선소거기간을 주사선10에서 주사선20까지로 규정하고 있다.

수직귀선소거기간의 신호사용에 대하여 정보통신부에서 정한 표준은 아직없으며, 참고할 만한 것으로는 ITU-R 권고 Rec 473-2와 미국의 FCC Report and Order 83-120이 있다.

자막신호는 자막데이타의 전송을 위해 수직귀선소거기간의 주사선들(10-20) 또는 주사선 21 또는 주사선 262중에서 어느 하나를 사용할 수 있다. 데이터 전송량을 늘이거나, 기타의 목적으로 하나이상을 사용할 수도 있다. 그러나 자막방송에서 전 필드 데이터 전송은 의미가 없으므로 고려 하지 않는다.

자막 데이터의 전송비트율은 447443.125 bps±125bps 이어야 하고 장기간 변화율의 최대치는 ±196이내(0.0125bps)로 하고, 캡션데이타 신호는 반드시 칼라 TV신호의 전송에만 사용되고, 전송 비트율은 색부반송파주파수 fsc(3579545±10Hz)의 1/8로 정해지며, 컬러버스트에 주파수동기가 되어있어야 한다. 색부반송파는 주사선과 주사선 사이에서 위상이 연속적인 것이 바람직하다. 화면편집 등의 이유로 색부반송파의 위상이 불연속적일 경우 최소한 해당 주사선의 컬러버스트에 위상동기가 되어 있어야 한다.

데이터 변조방식으로는 논리값 '1'에 해당하는 것을 위상이 0도이고 fsc/8(447.443kHz)의 주파수를 갖는 1주기의 정현파로 표시하고, 논리값 '0'에 해당하는 것은 위상이 180도이고 fsc/8(447.443kHz)의 주파수를 갖는 1주기의 정현파로 표시하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 또는 PRK(Phase Reversal Keying)이라 불리는 디지탈 변조 방식을 사용한다. 위상 지터의 최대 범위는 ±10도로 한다. 최적의 신호파형은 TV채널의 주파수 스펙트림 특성에 따라 달라질 수 있으므로 앞으로 규정되어질 것이다. 그러나, 기본적인 대역 제한 주파수에 의해 BPSK파형이 논리값 천이가 일어나는 부분에서 심한 왜곡현상을 겪을 수 있으므로 3.5MHz의 차단 주파수를 갖는 2차 Butterworth 필터를 통과한 후 위상보정이 된 파형을 방송에 사용하기로 한다. 사용되는 Butterworth 필터의 임펄스 응답식은 다음과 같다.

무선국 검사항목 중 번호 I-7(TV 방송국) 항목4(문자다중방송)나항(데이타라인의 중첩위치 및 문자신호의 진폭)에 검사방법 및 근거가 정의되어 있는데, 캡션신호의 파형은 NRZ가 아니고 순수한 정현파이므로 위 기준을 적용할 필요는 없지만 한국과 같이 산지가 70%이상인 지역특성상 수신가능지역을 넓히기 위해 정현파의 최대치를 90±5 IRE로 하기로 한다. 정규 데이터 신호의 최대 진폭을 정의하였으나 필터통과대역특성 등에 의해 오버슈트를 포함할 수 있으므로 오버슈트의 절대값 최대치를 5 IRE로 한다.

제3도를 참조하면, 자막 신호의 데이터 라인은 6주기의 비트클럭 동기신호(302)와 워드시작신호(304) 및 18비트의 데이터열(306)로 구성된다.

비트클럭 동기신호(302)는 6주기의 정현파신호로 자막디코딩부에서 이 신호를 추출하여 18비트 데이터의 비트 주기를 판독하는 데 사용할 수 있는데 주파수는 fsc/4(894.886kHz)이다. 해당 주사선의 색부반송파의 위상이 0도인 경우 수평동기신호의 하강엣지(Falling Edge) 중간지점(OH)으로부터 9.5usec(컬러 버스트 34주기)만큼 떨어진 지점에서 시작되며, 해당 주사선의 색부반송파의 위상이 180도인 경우 수평동기신호의 하강엣지(Falling Edge) 중간지점(OH)으로부터 9.64usec(컬러 버스트 34.5주기)만큼 떨어진 지점에서 시작된다. 이 신호는 해당 라인의 컬러버스트와 주파수동기가 되어 있으므로 컬러버스트로부터 비트클럭동기신호를 추출할 수도 있다.

워드시작신호(304)는 fsc/16(223.722kHz)이고 위상이 180도인 정현파신호 1주기로서 18비트 데이터 패킷의 시작을 나타내는 역할을 한다.

데이터열(306)은 18비트로 구성되고, 비트율은 fsc/8(447.443kHz)이며, BPSK방식으로 변조된다.

제4도를 참조하면, 데이터 패킷은 워드단위의 패리티(p), 대사자막/부가정보 플래그(C/T), 코드값의 세 부분으로 구성된다. D0~D8은 하위 워드, D9~D17은 상위 워드로 부르기로 한다. D17은 D0~D16에 대한 짝수 패리티를 나타낸다. 이 패리티 비트는 전송상의 에러를 우선 검출하기 위한 것이다. D7과 D16은 대사자막/부가정보 플래그인 데, 대사 자막시에는 0, 부가정보시는 1이며, D7과 D16은 값은 반드시 일치해야 한다. 이 플래그는 워드 단위의 우선순위를 유지하는 대에 이용된다. D0~D6과 D9~D15는 함께 코드값을 나타낸다. 코드값은 D5,D6,D14,D15가 모드 0이면 제어코드로 해석하고, 그렇지 않으면 문자코드로 해석한다.

이상과 같이 본 발명에서는 자막신호의 포맷을 BPSK방식으로 디지탈 변조하고 텔레비젼 신호의 색부반송파를 분주한 정현파를 사용함으로써 수신장치에서의 수신상태를 양호하게 할 수 있을 뿐만 아니라 특히, 산지가 70%인 텔레비젼 전판수신상태가 악조건이 지역에서의 자막신호의 수신감도 및 에러율을 감소시켜서 자막신호의 품질을 높일 수 있다. 또한, 색부반송파를 분주하여 자막신호를 형성하기 때문에 미리 설정된 색부반송파의 위상동기 및 위상동기회로에 의한 신호의 안정성을 용이하게 얻을 수 있어서 수신장치의 코스트 부담을 줄일 수 있다.

Claims (7)

1. 텔레비젼신호의 매 필드의 한 주사선에 자막신호를 실어서 전송하는 시청자 선택형 자막방송의 자막신호포맷에 있어서, 상기 텔레비젼 신호의 색부반송파를 소정 분주한 주파수를 가진 소정 주기의 정현파신호로 된 비트클럭동기신호; 상기 비트클럭 동기신호를 소정 분주한 주파수를 가진 한 주기의 정현파로 된 워드시작신호; 및 상기 비트클럭 동기신호의 주파수보다는 적고 워드시작신호의 주파수보다는 많은 주파수를 가진 정현파로 변조된 18비트의 데이터신호를 구비한 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 신호의 변조방식은 바이너리 위상 시프트 키잉방식(BPSK)인 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.
3. 제1항에 있어서, 상기 비트클럭 동기신호의 주파수는 상기 색부반송파의 주파수를 4분주한 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.
4. 제3항에 있어서, 상기 워드시작신호는 비트클럭 동기신호의 주파수를 4분주한 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.
5. 제4항에 있어서, 상기 데이터신호의 정현파 주파수는 비트클럭동기신호의 주파수를 2분주한 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.
6. 제3항에 있어서, 상기 비트클럭 동기신호는 5주기로 구성된 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.
7. 제1항에 있어서, 상기 자막신호의 레벨은 페데스텔레벨로부터 90±5 IRE인 것을 특징으로 하는 자막신호포맷.