KR100425137B1 - 시스템 복호화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PVR(Personal Video Recorder)에서 처리중인 방송 입력 채널에 영향을 주지 않고 PIP로 PVR 출력을 활성화할 수 있는 구조를 제공하기 위한 것으로서, 재생 전용 채널을 별도로 할당하여 해당 채널이 입력과 겸용으로 쓰이지 않도록 하고 데이터 저장 방식을 개선하여 재생시 고속 전송이 가능하도록 구성하며, 이를 위해 스트림 저장시 대부분의 복호 처리를 한 후 재생시는 최소한의 기능만을 수행하도록 하고 있다.

Description

시스템 복호화기{system decoder}

본 발명은 PVR(Personal Video Recorder) 재생시 다중 채널 및 고속 처리가 가능한 시스템 복호화기에 관한 것으로, 특히 저장 방식 및 저장 데이터의 포맷을 개선한 시스템 복호화기에 관한 것이다.

최근 DTV/STB에 하드디스크와 같은 보조 기억장치를 결합한 형태의 응용장치가 개발되고 있다. 이를 PVR이라 하며, MPEG-2에 기반한 디지털 방송 입력 또는 MPEG-2로 부호화된 아날로그 방송을 디지털 저장 매체에 보관하기 위한 목적으로 하는 것이다.

이를 위해서는 저장을 고려하지 않은 종래의 시스템 복호화기와는 달리 녹화시에 입력되는 스트림을 하드디스크 등의 매체에 저장하고, 재생시에는 하드디스크 등의 매체에서 저장된 스트림을 읽어서 복호화기의 입력에 전달하는 기본적인 구조를 갖추어야 한다.

여기서 시스템 복호화기란 다수의 음향, 영상, 기타 데이터들을 시분할하여 전송하기 위한 규격인 ISO/IEC 13818-1(information technology-generic coding of moving pictures and associated audio information: system)과 같은 규격을 준수하는 스트림을 복호화하여 구성 스트림을 얻어내기 위한 복호화기를 의미한다.

이와 같은 PVR은 종래의 아날로그 VCR을 대체하기 위한 장치로서 특수 재생(trick play) 기능을 가장 중요한 특징으로 하고 있다.

매체의 접근 속도, 예를 들어 테이프와 같은 선형 접근 매체의 회전 및 재생 속도로 조절하던 종래의 방식과 달리, 하드디스크와 같이 임의 접근이 가능한 매체의 경우는 검색과 스킵(skip) 등의 기능이 특히 강조되고 있다.

이를 위해서는 시스템 복호화기의 고속화가 불가피하다.

도 1 은 종래 기술에 따른 시스템 복호화기를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하여 설명하면 PVR 스트림의 저장이라 함은 완전한 입력 채널의 하나를 할당하여 그 출력을 HDD(70) 등 외부 보조 기억 장치로 전달하는 방식을 의미한다.

스트림 재생의 경우에는 그 반대가 되어 외부 보조 기억 장치인 HDD(70)로부터 읽어들인 스트림을 입력 채널로 전달하여 프리-디코더(20)를 통하여 복호화한 후 AV 복호화기로 전달하는 과정을 의미한다.

이와 같은 종래 방법에서의 저장 및 재생시의 데이터 흐름을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서 프리-디코더(20)는 선택된 패킷을 PID(Packet ID)를 이용하여 걸러내는 PID 필터를 수행한다. 그 밖에 암호화된 스트림을 암호화 해제하기 위한 전처리 기능도 담당한다.

이 과정을 거친 데이터는 디-스크램블러(de-scrambler)(30)를 통과한 후, 메인 디코더 블록에서 실제 TS(Transport Stream)를 PES(Packetized Elementary Stream)로 변환하는 과정을 거치게 된다.

그런데, 도 1에서 보는 바와 같이, 저장의 경우에는 시스템 복호화기 기능의 일부, 즉, 프리-디코더(20) 및 디-스크램블러(30) 만을 활용하며, 메인-디코더(40)와는 무관함을 알 수 있다.

따라서, 이와 같이 녹화 또는 재생을 위해 방송용 입력 채널 하나를 모두 할당하는 것은, 그 채널을 원래의 목적인 방송 입력용으로 사용하지 못함으로써, 시스템 자원을 효율적으로 활용하지 못하는 문제가 있다.

만일, 재생과 동시에 방송 입력을 받아 처리할 수 없다면, 방송 시청 도중 PIP 기능을 이용하여 사전에 녹화해둔 프로그램을 동시에 시청하는 것이 불가능하다.

또한, 다중 채널 입력을 지원하는 시스템 복호화기의 경우에도, 사용자의 재생 요구가 있을 경우, 방송 입력용으로 동작 중인 채널 중 하나를 회수하여 재생용으로 할당해야 하기 때문에 채널의 제어가 복잡해지고, 사용자의 기능 선택시 제한이 가해지는 문제가 있다.

또한, PVR의 유용한 특징 중 하나가 특수 재생 기능이다.

이 중에서도 고속 재생의 경우 정상적인 복호화시보다 빠른 속도로 복호화가 이루어져야 하므로 이를 지원하기 위해서는 시스템의 처리 속도 기준을 정상 재생 시보다 높게 설계해야 한다.

즉, 일반적인 시스템 복호화기의 경우, 입력 데이터를 순차적으로 스캔하면서 규격에 정의된 문법에 따라 필요한 변수값들을 추출하는 것이 그 역할이므로 통상적으로는 입력 데이터의 속도에 맞게 동작하도록 설계하지만, 고속 재생을 지원할 경우에는 입력 데이터가 복조기를 통해 들어오지 않고 보조 기억 장치에서 가변 속도로 들어오기 때문에 시스템 복호화기의 처리 속도에도 고속화가 요구된다.

따라서 본 발명은 스트림의 재생시 이를 전담하는 데이터 처리용 채널을 별도로 할당함으로써, 해당 채널이 방송 입력용으로 쓰이지 못하는 문제점을 해결하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 구조를 도입함에 있어서 추가되는 채널의 기능을 단순화함으로써, 복잡도와 구현상의 비용을 최소화하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 데이터 저장 방식을 개선하여 데이터 재생시 고속 전송이 가능하도록 하는데 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 시스템 복호화기를 나타낸 도면

도 2 는 본 발명에 따른 시스템 복호화기를 나타낸 도면

도 3 은 종래 기술에 따른 타임 스탬프와 일반적인 TS 패킷이 저장된 저장부의 구조를 나타낸 도면

도 4 는 본 발명에 따른 타임 스탬프와 저장용 패킷이 저장된 저장부의 구조를 나타낸 도면

도 5 는 본 발명에 따른 타임 스탬프와 저장용 패킷이 저장된 저장부의 다른 구조를 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 채널 입력부 20 : 프리 디코더

30 : 디-스크램블러 40 : 메인 디코더

50 : 업로드/다운로드 제어부 60 : 채널 출력부

70 : HDD 80 : 1비트 플래그

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시스템 복호화기의 특징은 시스템 복호화기 내로 데이터 스트림이 입력되도록 채널을 형성하는 채널 입력부와, 상기 시스템 복호화기 밖으로 데이터 스트림이 출력되도록 채널을 형성하는 채널 출력부와, 상기 채널 입력부를 통해 입력되는 데이터 스트림을 PID 필터링을 수행하는 프리-디코더부와, 상기 프리-디코더부에서 필터링된 암호화된 스트림을 암호화 해제하는 디-스크램블러와, 상기 디-스크램블러에서 암호화 해제되어 출력되는 TS(Transport Stream)을 PES(Packetized Elementary Stream)로 변환하여 상기 채널 출력부로 출력하는 메인 디코더와, 상기 메인 디코더에서 출력되는 PES 중 사용자의 선택에 의해 정의된 방송을 저장하고, 상기 저장된 방송을 상기 채널 출력부로 출력하는 HDD와, 상기 HDD의 PES 저장 및 상기 채널 출력부로의 출력을 제어하는 업로드/다운로드 제어부를 포함하여 구성되는데 있다.

이때, 상기 HDD에 저장되는 각 패킷 데이터는 4 바이트의 크기로 입력 속도를 방송 입력 속도와 일치시킴으로써, 방송 입력시와 같은 조건에서 클록을 복원하고 시스템의 버퍼에 오버플로우나 언더플로우가 발생하지 않도록 제어하는 타임 스탬프 영역과, 1 바이트의 크기로 채널 출력부로 전송되는 패이로드의 길이를 정의하는 패이로드 길이영역과, 184 바이트의 크기로 상기 업로드/다운로드 제어부의 제어에 의해 상기 메인 디코더에서 출력되는 PES의 내용을 저장하는 패이로드 영역으로 구성되는데 다른 특징이 있다.

이때, 상기 패킷 데이터의 형식은 최초 4 바이트의 크기 중 최초 1비트는 상기 채널 출력부로 전송되는 PES 패이로드의 크기가 184바이트인지, 즉, 최대 길이인지 여부를 나타내고, 나머지 비트는 입력 속도를 방송 입력 속도와 일치시킴으로써, 방송 입력시와 같은 조건에서 클록을 복원하고 시스템의 버퍼에 오버플로우나 언더플로두가 발생하지 않도록 제어하는 타임 스탬프 영역과, 184 바이트의 크기로 상기 업로드/다운로드 제어부의 제어에 의해 상기 메인 디코더에서 출력되는 PES의 내용을 저장하는 패이로드 영역으로 구성되는데 또 다른 특징이 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 시스템 복호화기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 시스템 복호화기에서 데이터 스트림의 저장 및 재생 경로를 나타낸 도면이다.

도 2를 보면, 시스템 복호화기 내로 데이터 스트림이 입력되도록 채널을 형성하는 채널 입력부(10)와, 상기 시스템 복호화기 밖으로 데이터 스트림이 출력되도록 채널을 형성하는 채널 출력부(60)와, 상기 채널 입력부(10)를 통해 입력되는 데이터 스트림을 PID 필터링을 수행하는 프리-디코더부(20)와, 상기 프리-디코더부(20)에서 필터링된 암호화된 스트림을 암호화 해제하는 디-스크램블러(30)와, 상기 디-스크램블러(30)에서 암호화 해제되어 출력되는 TS(Transport Stream)을 PES(Packetized Elementary Stream)로 변환하여 상기 채널 출력부(60)로 출력하는 메인 디코더(40)와, 상기 메인 디코더(40)에서 출력되는 PES 중 사용자의 선택에 의해 정의된 방송을 저장하고, 상기 저장된 방송을 상기 채널 출력부(60)로 출력하는 HDD(70)와, 상기 HDD(70)의 PES 저장 및 상기 채널 출력부로의 출력을 제어하는 업로드/다운로드 제어부(50)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 시스템 복호화기를 도 1에 예시한 종래의 시스템 복호화기와 비교하면 다음과 같다.

종래의 시스템 복호화기는 녹화시 수행하는 기능이 단순한 대신 재생시 거의 전체 복호화 과정을 거치게 되어 있다.

즉, 채널 입력부(10)로 입력된 방송 스트림은 프리-디코더(20)에서 PID 필터링을 수행하고, 디-스크램블러(30)에서 암호화 해제되어 TS 형태로 출력되며, 이는 HDD(70)에 저장되게 된다. 그리고 상기 HDD(70)에 저장된 TS를 재생하기 위해서는 다시 채널 입력부(10)를 통해 프리-디코더(20)에서 필터링한 후, 디-스크램블러(30)를 거쳐 메인 디코더(40)에서 PES로 변환한 후, 채널 출력부(60)를 통해 출력하고 있다.

이에 반해 본 발명에서는 녹화시 전체 복호화 과정을 거친 후 재생시에는 단순히 결과를 채널 출력부(60)에 전송하는 형태라 할 수 있다.

즉, 채널 입력부(10)로 입력된 방송 스트림은 프리-디코더(20)에서 PID 필터링을 수행하고, 디-스크램블러(30)에서 암호화 해제되어 출력되는 TS를 메인 디코더(40)에서 PES로 변환한 후, HDD(70)에 저장한다. 그리고 상기 HDD(70)에 저장된 방송을 재생시에는 단순히 결과를 채널 출력부(60)로 전송하여 출력하고 있다.

이는, 시스템 복호화기가 녹화시에 정상 속도로 데이터를 처리해야 하고, 또한 채널 입력부(10)를 해당 프로그램이 이미 점유하고 있기 때문에, 녹화시 복호화 과정의 일부를 생략함으로써 얻는 이점은 없는 반면, 재생시에는 사용자의 요청에 의해 고속 처리가 필요한 경우가 많기 때문에, 재생시 복호화 과정의 일부를 생략함으로써 얻는 이점이 많게 된다.

즉, 종래의 방법과 같이 TS 형태로 패킷을 저장한다면, 재생시에 PES로 변환하기 위한 블록, 즉 메인 디코더(40)에 해당하는 부분이 추가되어야 한다.

그러나, 본 발명과 같이 스트림 저장을 위한 방송 입력 처리 과정에서 이 과정을 모두 수행하고 그 결과를 TS 패킷 대신 저장한다면, 재생시에는 이러한 과정을 거치지 않아도 된다.

또한, PVR 제어기의 출력이 PES 형태이기 때문에 다음단에 위치하는 일반적인 AV 복호화기에서 바로 받아 처리할 수 있다.

따라서, 종래와 같이 TS를 패킷 단위로 저장하여 출력(재생)시 복호화하는 대신 녹화시에 미리 복호화된 패킷 형태로 저장하면 AV 복호화기의 입력단으로 전달되는 데이터의 형태는 동일하도록 유지하면서 재생시 데이터 처리 과정은 크게단순화할 수 있게 된다.

이러한 구조를 취하기 위해서는 필수적으로 저장 방식을 변경해야 한다.

즉, 종래 도 3과 같은 구조의 TS 패킷을 그대로 저장하지 않고, 이를 복호화한 PES만을 저장해야 하기 때문에 저장 데이터의 형식을 새로 정의해야 한다.

가장 단순한 형태로는 TS 패킷의 기본 헤더 4 바이트를 제거한 형태 즉, TS의 패이로드(payload)(PES)만을 포함하는 부분으로 정할 수 있다.

TS 패킷에는 기본 4바이트와 패이로드 외에도 에뎁테이션(adaptation) 필드가 포함되는 경우가 있으나, 그 비중이 크지 않기 때문에 에뎁테이션(adaptation) 필드가 존재하는 패킷의 경우 해당 부분은 비워둔 채 저장한다.

이러한 경우를 구별하기 위해서 에뎁테이션(adaptation) 필드의 길이를 제외한 패이로드만의 길이, 즉, 제안한 패킷 구조에서 의미있는 데이터의 길이를 나타내는 1 바이트의 헤더를 추가한다.

도 4 는 이와 같은 형태의 패킷 구조를 나타낸 것이다.

실제 데이터는 원래 TS 패킷에서 복호화된 것이기 때문에 TS 패킷에서 패이로드의 최대 길이, 즉 MPEG-2의 경우 184바이트를 초과할 수 없다.

이와 같은 형식으로 저장된 패킷은 재생시 업로드/다운로드 제어부(50)에 의해 읽힌 후, 패이로드 길이에 해당하는 데이터만 채널 출력부로 전송되며, 나머지 부분은 버린다.

즉, 이 경우, 도 2에 보인 바와 같이 HDD(70)로부터의 재생 스트림과 메인 디코더(40)로부터의 방송 스트림이 동일한 형태를 가지므로 채널 출력부(60)는 종래의 방법과 같은 구조를 갖게 된다.

그 외에 패킷의 입력 속도를 조절하기 위한 부가 정보가 포함될 수 있다.

예를 들어, 종래의 방법에서 도 3과 같이 TS 패킷 단위로 부가하는 타임 스탬프(time-stamp) 정보가 있는 경우에는 변경된 데이터 형식에도 도 4와 같이 동일한 타임 스탬프를 포함시킨다.

이와 같은 타임 스탬프 정보는 원래 TS 패킷의 입력 속도를 방송 입력 속도와 일치시킴으로써, 방송 입력시와 같은 조건에서 클록을 복원하고 시스템의 버퍼에 오버플로우(overflow)나 언더플로우(underflow)가 발생하지 않도록 제어하는 역할을 한다.

그러나 PVR과 같이 스트림의 공급원과 이를 처리하는 시스템의 클록이 동일한 경우에는 시스템 클록을 입력 패킷으로부터 복원할 필요가 없이 지역 클록(local clock)을 사용할 수 있다.

또한, AV 복호화기로부터 버퍼의 상태를 알 수 있는 신호가 주어지는 경우에는 패킷의 입력 속도도 조절할 필요가 없다.

즉, 버퍼가 거의 찬 경우에는 패킷의 공급을 중단하고 버퍼에 여유가 있는 경우 공급을 유지하는 단순한 제어 방식을 활용할 수 있다.

다만, 이러한 조건이 충족되지 않은 상황에서는 패킷의 입력 속도를 조절함으로써 버퍼의 오버플로우나 언더플로우를 방지할 수 있다.

이 경우에는 역시 타임 스탬프를 활용하여 패킷의 입력 속도를 적절히 유지하도록 한다.

이와 같이 타임 스탬프를 추가하는 경우에는 그 일부를 패킷의 구조를 나타내는 용도로 사용할 수 있다.

도 5에 보인 바와 같이, 타임 스탬프의 첫 번째 비트를 패이로드 길이가 184임을 의미하는 용도(full-length payload indicator)로 사용하면, 패이로드 길이가 184인 패킷의 경우, 패이로드 길이 헤더를 생략할 수 있으므로 전체 패킷의 크기를 185 바이트에서 184 바이트로 줄임으로써 4 바이트 경계에 맞출 수 있다.

이처럼 데이터 구조를 4바이트 경계에 맞추면 하드웨어 및 소프트웨어에서 처리하기 용이하고 데이터 전송에도 편리한 이점이 있다.

TS 패킷의 복호화 과정에서 발생하는 데이터들은 모두 복수 프로그램의 다중화 및 전송과 관련된 기능을 나타내므로 프로그램 단위로 저장하는 PVR 응용 분야에서는 사용되지 않는다.

단, 응용 분야에 따라 특정 파라미터를 저장해야 할 필요가 있을 경우에는 도 4의 패이로드 길이의 경우와 같이 해당 파라미터를 위한 데이터를 헤더의 형태로 추가하거나 도 5의 풀 길이 패이로드 표시기(full-length payload indicator)의 경우와 같이 타임 스탬프에 할당된 상위 비트 중 일부를 전용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 시스템 복호화기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 단일 프로그램을 복호화할 수 있는 시스템에서 녹화된 프로그램을 재생할 때 방송 입력용 채널을 이용하지 않고 재생 전용 채널을 이용하므로 녹화된프로그램을 방송 프로그램의 복호화와 동시에 전송할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 다중 프로그램의 전송시에도 처리 중인 프로그램의 일부를 중단하지 않고 재생 기능을 활성화할 수 있는 효과가 있다.

셋째, TS에서 PES로 복호화된 패킷을 저장하므로 저장된 패킷을 재생할 때 처리해야 할 기능이 매우 간단해짐으로써 적은 비용으로 고속의 데이터 전송 기능을 구현 할 수 있는 이점이 있다.

넷째, 저장용 데이터 패킷 구조를 제안함으로써, PES 형태의 데이터 저장 및 재생시 처리가 용이한 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (3)

1. 시스템 복호화기 내로 데이터 스트림이 입력되도록 채널을 형성하는 채널 입력부와,

   상기 시스템 복호화기 밖으로 데이터 스트림이 출력되도록 채널을 형성하는 채널 출력부와,

   상기 채널 입력부를 통해 입력되는 데이터 스트림을 PID 필터링을 수행하는 프리-디코더부와,

   상기 프리-디코더부에서 필터링된 암호화된 스트림을 암호화 해제하는 디-스크램블러와,

   상기 디-스크램블러에서 암호화 해제되어 출력되는 TS(Transport Stream)을 PES(Packetized Elementary Stream)로 변환하여 상기 채널 출력부로 출력하는 메인 디코더와,

   상기 메인 디코더에서 출력되는 PES 중 사용자의 선택에 의해 정의된 방송을 저장하고, 상기 저장된 방송을 상기 채널 출력부로 출력하는 HDD와,

   상기 HDD의 PES 저장 및 상기 채널 출력부로의 출력을 제어하는 업로드/다운로드 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템 복호화기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 HDD에 저장되는 패킷 데이터는

   4 바이트의 크기로 입력 속도를 방송 입력 속도와 일치시킴으로써, 방송 입력시와 같은 조건에서 클록을 복원하고 시스템의 버퍼에 오버플로우나 언더플로우가 발생하지 않도록 제어하는 타임 스탬프 영역과,

   1 바이트의 크기로 채널 출력부로 전송되는 패이로드의 길이를 정의하는 패이로드 길이영역과,

   184 바이트의 크기로 상기 업로드/다운로드 제어부의 제어에 의해 상기 메인 디코더에서 출력되는 PES의 내용을 저장하는 패이로드 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템 복호화기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 HDD에 저장되는 패킷 데이터는

   4 바이트의 크기 중 1비트는 상기 채널 출력부로 전송되는 PES의 크기를 나타내고, 나머지 비트는 입력 속도를 방송 입력 속도와 일치시킴으로써, 방송 입력시와 같은 조건에서 클록을 복원하고 시스템의 버퍼에 오버플로우나 언더플로우가 발생하지 않도록 제어하는 타임 스탬프 영역과,

   상기 업로드/다운로드 제어부의 제어에 의해 상기 메인 디코더에서 출력되는 PES의 내용을 저장하는 패이로드 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템 복호화기.