KR100753540B1 - 비쥬얼 라디오의 방송방법, 이를 위한 인코더,디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기 - Google Patents

비쥬얼 라디오의 방송방법, 이를 위한 인코더,디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 DAB 오디오 방송에서 전송할 수 있는 이미지의 용량을 확대함으로써 부가가치가 높은 방송을 제공하고, 이를 위한 인코더, 디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기를 제공하고자 하는 것으로서, 즉, 디지털 방송의 응용에 관한 방송방법에서 디지털 방송 매체 별 동영상 압축 규격을 활용하여 추출된 정지영상과 디지털 압축된 음성신호로 다중화된 디지털 스트림이나 패킷을 전송하는 방송방법을 제공한다. 여기에서 디지털 매체 별 동영상 압축규격이란 의미는 여러 종류의 디지털 방송에서의 각각 압축규격을 의미한다. 예를 들어 DTV는 영상압축규격이 MPEG2이고, DMB는 MPEG4이다. 따라서 지상파 DTV 규격을 이용하여 지상파 DTV 수신기에서도 비쥬얼 라디오를 구현할 수 있고, 위성방송(Skylife)에서도 자체 영상압축 방식을 이용하여 비쥬얼 라디오를 구현할 수 있다. 즉 상기 개념은 모든 디지털 동영상 방송에 적용할 수 있다. 지상파 DMB 뿐만 아니라 위성방송, 위성DMB, 지상파DTV에도 적용할 수 있다. 여기에서 음성신호가 주신호가 되고 이와 관련된 정지영상이 수반되는 것이 한 예이다. 더 구체적으로는, 지상파 DMB의 라디오 방송방법에 있어서, 오디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고, 비디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하여 이루어지는 비쥬얼 라디오의 방송방법을 제공한다.
또한 지상파 DMB의 라디오 방송의 송신을 위한 인코더로서, 오디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고, 비디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하여 이루어지는 비쥬얼 라디오 방송의 인코더를 제공한다. 또 지상파 DMB의 라디오 방송의 수신을 위한 디코더로서, 오디오의 압축복호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고, 비디오의 압축복호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하여 이루어지는 비쥬얼 라디오 방송의 디코더를 제공한다. 또한 상기 디코더를 사용하는 수신기를 제공한다.

Description

비쥬얼 라디오의 방송방법, 이를 위한 인코더, 디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기{THE METHOD OF VISUAL RADIO BROADCASTING, THE ENCODER FOR IT AND THE RECEIVER INCLUDING THE ENCODER}
도1은, 본 발명의 방송방법을 위한 부호화 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도2는, TS 패킷의 예이다.
도3은, 오디오 프레임과 TS 패킷의 매핑관계를 나타낸다.
도4는, 본 발명에 의한 구체적인 사양의 하나를 나타낸다.
본 발명은 디지털 방송에서 동영상 압축규격을 활용해서 추출한 초당 1 프레임 이하의 정지영상과, 디지털 압축된 음성신호로 다중화된 디지털 스트림이나 패킷을 전송하는 방송방법, 이를 위한 인코더, 디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기를 제공하기 위한 것이다.
비쥬얼 라디오(Visual Radio)라 함은, 이 발명을 이용하여 오디오 신호가 주신호가 되고 이와 관련된 영상(이미지)이 수반되는 서비스이다.
이 방식은 여러 가지의 디지털 방송 매체에 적용될 수 있다.
지상파의 경우, 지상파 디지털 텔레비전(DTV) 방식을 이용한 비쥬얼 라디오, 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 동영상 방식을 이용한 비쥬얼 라디오가 적용된다.
위성방송의 경우, 위성 디지털 텔레비전 방식을 이용한 비쥬얼 라디오, 위성 DMB의 동영상 방식을 이용한 비쥬얼 라디오가 적용된다.
이러한 적용의 예로 지상파 DMB에서의 비쥬얼 라디오를 살펴보면 다음과 같다.
기존의 지상파 DMB(DAB(Digital Audio Broadcasting))인 "초단파 디지털 라디오방송 송수신 정합표준"(TTA.KO-07-0024)에 정의된 방식으로 수행하기 위하여는 DAB의 오디오 표준규격인 MUSICAM(Masking pattern adapted Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing)과 이에 관련된 PAD(Program Associated Data)로서의 영상(이미지)을 부가 서비스로 보낼 수 있다.
이 경우에 사용되는 비트레이트(Bit Rate)는 통상 192kbps로서, 이 중에 160kbps를 오디오 데이터를 위한 MUSICAM 신호에 할당하고, 32kbps 정도를 영상(이미지) 데이터에 할당한다. 이 때에 영상(이미지) 데이터의 형식은 통상적으로 JPEG 데이터를 활용한다. 전송되는 영상의 시간 간격은 서비스 제공자에 따라 다양하게 전송할 수 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술로서는 기본적인 비쥬얼 라디오 방송은 가능하지만, 고도의 라디오 방송은 불가능하다.
즉, 전송할 수 있는 이미지의 용량에 한계가 있다는 것이다. 다시 말하면, 7 ~ 8초당 1컷 정도의 이미지 전송이 가능할 뿐이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 종래의 DAB 오디오 방송에서 전송할 수 있는 이미지의 용량을 확대함으로써 부가가치가 높은 방송을 제공하고, 이를 위한 인코더, 디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 디지털 방송의 응용에 관한 방송방법에서 디지털 방송 매체 별 동영상 압축 규격을 활용하여 추출된 정지영상과 디지털 압축된 음성신호로 다중화된 디지털 스트림이나 패킷을 전송하는 방송방법을 제공한다.
여기에서 디지털 매체 별 동영상 압축규격이란 의미는 여러 종류의 디지털 방송에서의 각각 압축규격을 의미한다. 예를 들어 DTV는 영상압축규격이 MPEG2이고, DMB는 MPEG4이다. 따라서 지상파 DTV 규격을 이용하여 지상파 DTV 수신기에서도 비쥬얼 라디오를 구현할 수 있고, 위성방송 (Skylife)에서도 자체 영상압축 방식을 이용하여 비쥬얼 라디오를 구현할 수 있다.
즉 상기 개념은 모든 디지털 동영상 방송에 적용할 수 있다. 지상파 DMB 뿐만 아니라 위성방송, 위성DMB, 지상파DTV에도 적용할 수 있다.
여기에서 음성신호가 주신호가 되고 이와 관련된 정지영상이 수반되는 것이 한 예이다.
더 구체적으로는, 지상파 DMB의 라디오 방송방법에 있어서, 오디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고, 비디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하여 이루어지는 비쥬얼 라디오의 방송방법을 제공한다.
또한 지상파 DMB의 라디오 방송의 송신을 위한 인코더로서, 오디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고, 비디오의 압축부호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하여 이루어지는 비쥬얼 라디오 방송의 인코더를 제공한다.
또 지상파 DMB의 라디오 방송의 수신을 위한 디코더로서, 오디오의 압축복호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고, 비디오의 압축복호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하여 이루어지는 비쥬얼 라디오 방송의 디코더를 제공한다.
또한 상기 디코더를 사용하는 수신기를 제공한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 설명한다.
도1은, 본 발명의 방송방법을 위한 부호화 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
본 발명에서는 비디오 신호의 부호화에 I 프레임 만을 사용하는 MPEG-4 AVC(H.264) 방식을 사용하며, 오디오 신호의 부호화에는 MPEG-4 ER-BSAC 방식을 사용한다. 여기서 만들어진 압축된 오디오와 비디오 신호는 MPEG-4 시스템인 SL 패킷화(SL Packetization)을 거친 후에 MPEG-2 TS(Transport Stream)로 만들어진다.
본 발명의 비쥬얼 라디오 방송을 서비스 하기 위하여는 여러 종류의 비트레이트를 사용할 수 있다. 예로써, 160kbps의 비트레이트를 사용한 경우를 살펴보자.
영상 데이터의 경우에 있어서, 규격에 따르면 IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 주기가 최대 2초 이므로 2초에 1장을 전송하는 방식을 사용한다. 도2는 이 때의 TS 패킷의 예이다.
지상파 DMB는 전송을 위해 MPEG-2 TS 방식을 사용한다. 즉, 어떤 정보든 TS 패킷에 데이터가 실리는 것이다. 하나의 TS 패킷은 188 바이트이고, FEC(Forward Error Correction)를 거치게 되면 204 바이트의 크기가 된다. 따라서, 160kbps의 데이터 스트림은,
160000 / (204 * 8) = 98 TS 패킷
과 같이 98개의 TS 패킷으로 구성된다. 즉, 1초에 사용할 수 있는 패킷의 개수가 98개인 것이다.
지상파 DMB 규격에 의하면 스트림의 제어를 위하여 최소 4개의 데이터를 보내게 된다. 이것은 PAT(Program Association Table), PMT(Program Map Table), BIFS(Binary Format for Scene) 그리고 OD(Object Descriptor)라는 것이다.
이 데이터는 각각 1개의 TS 패킷으로 전송되며, 그 주기는 0.5초 이내이어야 한다. 따라서, 1초에 2번의 제어정보가 전송되므로 총 8개의 TS 패킷을 사용한다.
오디오 데이터의 경우에, BSAC 방식은 1개의 프레임이 1024 샘플이기 때문에 샘플링 주파수가 44.1kHz일 경우에,
44100 / 1024 = 43
로서, 즉 43개의 프레임이 발생한다.
TS 패킷은 4바이트의 헤더와 184 바이트의 페이로드(payload)로 구성 되어 있다. 따라서, 1개의 TS 패킷에 들어갈 수 있는 데이터의 크기는 최대 184 바이트이다.
오디오 1개의 프레임이 차지하는 데이터의 크기는 다음의 식에 의하여 계산한다.
(1024 샘플 / 44100 (샘플링주파수)) * 비트레이트
오디오 1개의 프레임이 1개의 TS에 들어가기 위한 필요한 오디오 부호화 비트레이트는 통상 56kbps를 사용한다. 그러나, 음질을 높이기 위하여 이보다 높은 비트레이트를 사용한다면, 예를 들어 96kbps, 오디오 1 개의 프레임은 2개의 TS를 사용하여야만 한다. 이 경우에 사용되는 TS 패킷의 개수는 1초에 86개(43프레임 x 2)가 된다. 따라서, 160kbps에서 오디오를 96kbps로 사용할 때에 사용되는 TS 패킷의 구성은 다음과 같이 된다.
98 = 제어정보 8개(4 x 2) + 오디오 86개 + 비디오 4개
이 경우에 4개의 TS 패킷으로 비디오 데이터를 표현하기 위하여 필요한 비트레이트는 대략 5kbps가 된다. 비디오 정보를 5kbps로 표현한다면 화질의 심각한 열화가 발생한다. 따라서 오디오 음질을 유지하며 비디오 화질을 높이기 위하여는 오디오에 할당되는 TS 패킷의 수를 줄여야 한다.
이를 위하여 본 발명에서는 BSAC의 서브프레임(subframe)의 개념을 사용한다. 서브프레임이라는 개념은, 몇 개의 오디오 프레임을 연속하여 처리하여 마치 1개의 프레임인 것처럼 전송하는 개념이다.
이 개념은, 오디오와 같이 데이터의 크기가 작은 정보를 효율적으로 전송하기 위하여 도입된 개념이다.
본 발명에서는 서브프레임의 크기를 예를 들어 3으로 한다. 3개의 프레임은 모두 5개의 TS 패킷으로 전송한다. 이 때에 사용하는 오디오 부호화 비트레이트는 96kbps이다. 도3은 이 경우의 오디오 프레임과 TS 패킷의 매핑관계를 보여 준다.
서브프레임을 사용할 때에 소요되는 TS 패킷은 아래와 같다.
98 = 제어정보 8개(4 x 2) + 오디오 72((43/3) x 5)개 + 비디오 18개
이 경우에, 비디오에 할당할 수 있는 비트레이트는 대략 25kbps(184x18x8)가 되므로 2초에 1장의 영상을 표현할 경우에 50kbps를 할당할 수 있게 되므로 좋은 품질의 영상을 얻을 수 있게 된다.
참고로, 본 발명에 의한 구체적인 사양의 하나를 도4에 나타낸다.
본 발명에서 수신기는, 라디오 및 텔레비전 등 신호를 수신하여 이를 표시하는 것 모든 것을 의미하는 것으로서, 시각장비, 청각장비 및 이 모두를 포함하는 것을 지칭한다.
상기와 같이 본 발명은, 지상파 DMB 규격을 만족시키면서 압축기술을 달리 적용함으로써 종래의 지상파와 비슷한 음질을 유지시키면서도 종래의 4, 5배의 영상(이미지) 전송이 가능하여 효과적인 슬라이드쇼(Slide Show)가 가능하게 된다. 즉 종래의 MUSICAM보다 20 ~ 30% 더 효율적인 MPEG-4 ER-BSAC를 오디오 압축기술로 사용하고, 또한 비디오 압축기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용함으로써 종래의 지상파 DMB에서는 기대할 수 없는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면 멀티미디어 정보의 전달에 매우 효과적이다. 예를 들어 음악방송에서 진행자의 사진이나 음악에 대한 자료를 더 많은 이미지 컷으로 전달할 수 있다. 또한 오디오 뉴스 등의 프로그램에 서는 신문의 헤드라인 정도의 이미지 정보를 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한 청각장애인을 위하여 오디오 내용을 이미지, 즉 화상을 통하여 전달할 수 있고, MPEG4 자체에 정의된 동영상 연동 데이터(BIFS) 채널을 통하여 보여줄 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 능률적인 정보전달이 가능한 라디오 방송방법, 이를 위한 인코더, 디코더 및 이 디코더를 사용하는 수신기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 디지털 방송의 응용에 관한 방송방법에 있어서,
    디지털 음성신호를 압축한 음성정보와,
    동영상 압축 규격 중에서 I 프레임 부호화 방법을 이용하여 압축한 정지영상을
    다중화 하여 디지털 스트림이나 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 방송방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중화된 디지털 스트림이나 패킷은, 음성정보가 주신호가 되고 이와 관련된 정지영상이 수반되는 것을 특징으로 하는 방송방법.
  3. 제1항에 있어서,
    음성정보에 대한 압축 부호화 기술로서 MPEG-4 ER-BSAC를 사용하고,
    정지영상에 대한 압축 부호화 기술로서 MPEG-4 AVC(H.264)를 사용하는
    것을 특징으로 하는 방송방법.
  4. 지상파 DMB의 라디오 방송방법에 있어서,
    디지털 음성신호를 MPEG-4 ER-BSAC의 압축부호화 기술을 사용하여 압축한 음성정보와,
    동영상 압축 규격 중에서 I 프레임 부호화 방법을 이용하는 MPEG-4 AVC(H.264)의 압축부호화 기술을 사용하여 압축한 정지영상을
    다중화하여 디지털 스트림이나 패킷을 전송하는 지상파 DMB의 라디오 방송방법.
  5. 제4항에 있어서,
    음성정보가 주신호가 되고 이와 관련된 정지영상은 1초 내지 2초당 1장이 수반되는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB의 라디오 방송방법.
  6. 지상파 DMB의 라디오 방송의 송신을 위한 인코더로서,
    디지털 음성신호를 MPEG-4 ER-BSAC의 압축부호화 기술을 사용하여 압축하여 음성정보를 생성하는 오디오 부호화 모듈과,
    동영상 압축 규격 중에서 I 프레임 부호화 방법을 이용하는 MPEG-4 AVC(H.264)의 압축부호화 기술을 사용하여 압축하여 정지영상을 생성하는 비디오 부호화 모듈과,
    상기 음성정보 및 정지영상을 다중화하여 디지털 스트림이나 패킷을 생성하여 전송하는 시스템 제어 모듈을
    구비하는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB 방송의 송신을 위한 인코더.
  7. 지상파 DMB의 라디오 방송의 수신을 위한 디코더로서,
    복호화 되어 다중화 된 음성정보 및 정지영상의 디지털 스트림이나 패킷을 수신하여 음성정보와 정지영상으로 각각 분해하는 시스템 제어 모듈과,
    음성정보를 MPEG-4 ER-BSAC의 압축복호화 기술을 사용하여 디지털 음성신호를 생성하는 오디오 복호화 모듈과,
    동영상 압축 규격 중에서 I 프레임 부호화 방법을 이용하는 MPEG-4 AVC(H.264)의 압축복호화 기술을 사용하여 정지영상을 복호화 하는 비디오 복호화 모듈을
    구비하는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB 방송의 수신을 위한 디코더.
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