KR101565927B1 - Uhd방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치 - Google Patents

Uhd방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 기존의 UHD방송 주파수 부족, UHD방송 표준 제정의 어려움, 빠른 TV-방송 기술에 대한 대응, HDTV구입한지 2~3년밖에 안 되는 상황, 고가 UDHTV로 TV수상기 구입부담이 가중되는 문제점과, 기존의 UHD 셋톱박스의 구성이 주로, 초고화질 영상 복원에만 치중되어 있다보니, 홈네트워크 기능을 가진 멀티미디어 기기로 진화하지 못하고, 현행 셋톱박스는 대기전력에 따른 전기에너지소비가 많아, 전기에너지를 절약시킬 수 있는 UHD 셋톱박스의 개발이 시급한 문제점을 개선하고자, 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)로 구성됨으로서, UHD 영상시청을 가능케 하는 것은 물론, 이전 셋톱박스보다 화면전환이 빠르고 역동적인 화면 수신할 수 있고, 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부를 통해 기존 장비를 활용하여 구성이 가능하고 수신측에서 비용이 저렴한 스케일러 칩을 사용할 수 있어, 비용적인 측면에서 기존에 비해 70% 저렴한 UHD 셋톱박스를 설계할 수 있으며, UHD 셋톱박스의 무부하시 발생되는 대기전력을 콘덴서와 스위칭부를 통해 55%~70%로 감소시킬 수 있고, 인터넷 접속을 통해 외부와 홈네트워크 연결의 중심역할을 할 수 있고, 가정내 가전기기를 하나의 홈네트워크망으로 연결시킬 수 있으며, 새로운 방송서비스인 UHD 방송환경에서 새로운 미디어 플랫폼의 성공적인 장착을 통해 지상파 방송서비스의 직접 수신 가구수 증가시킬 수 있으며, 무료 보편적 시청권 제공이라는 지상파 방송의 본연의 목적과 수익성 확보를 얻을 수 있는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

UHD방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치{THE APPARATUS OF SET TOP BOX FOR ULTRA-HIGH DEFINITION BROADCASTING SERVICE}
본 발명에서는 HD/UHD방송(지상파, 케이블, 위성) 수신(시청)은 물론, 원본과 동일한 녹화, 재생이 가능하고, USB를 통해 HD/UHD동영상과 사진 등을 재생하며, 유무선을 통해 가정내 미디어서버, 홈네트워크, 스마트TV기능을 활용할 수 있고, UHD셋톱박스의 대기전력을 55%~70%로 감소시킬 수 있는 UHD방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치에 관한 것이다.
현재, 이동통신의 중요성이 점차 확대되면서, 아날로그TV시절 TV방송용으로 사용하던, 700MHz주파수 대역을 놓고, 정부는 수년째 고민을 하고 있지만, 사용처를 결정하지 못하고 있다.
이처럼 부족한 주파수에 대응하기 위한 대안이 바로 기존 HD방송용 주파수를 그대로 활용해서, UHD방송을 한다면, 엄청난 주파수 자원을 아낄 수 있다.
기존 HD 방송용 주파수를 그대로 활용해서, UHD방송을 하기 위한 대안이 바로 HD/UHD방송 수신용 스마트셋톱박스를 보급하여, 일시에, 기존 HD방송용 주파수로 UHD방송을 실시하는 것이 시급한 실정이다.
그리고, 국제 UHD방송 표준은 있지만, 자국의 현실에 맞게 규격을 정해야 하는 상황에서는, 세세한 규격들이 아직도 기술적 완성도(MMT/UHD오디오)가 부족하고, 일부는 좀 더 검증이 필요한 상황이기 때문에, UHD방송 표준을 확정 고지하기가 힘든 상황이다.
특히, 지상파 UHD방송 표준 규격은 확정이 되면, 최소 20년은 사용을 해야 하고, 그 규격을 UHDTV에 내장을 해야 하기 때문에, 신중한 접근이 필요하다.
그래서 지상파 UHD방송 표준 제정이 어렵다보니, UHD방송 실시가 늦어지고 있다.
하지만, 설사 지상파 UHD방송 표준을 정한다 해도, 앞으로 TV-방송 기술은 4~5년을 주기로 4K8K16K32K로 이동이 될 것으로 보이고, 또한 각종 스마트폰과의 연계는 물론, 다양한 형태로 TV-방송 기술이 진화를 할 것으로 보여, 한번 정한 방송 표준으로 20년씩 방송을 한다는 것은 현실에 적합하지 않다고 본다. 결국 방송 표준 제정이 TV-방송 기술을 따라가지 못하고 있다.
그리고, 아날로그DTV(HD)로 전환한지 2년도 안되어, 다시 HD(2K)4K8K UHD로 전환을 해 나간다면, 국민들은 TV수상기 구입에 대한 부담감만 가중된다.
아날로그DTV(HD)로 전환한지 2년 만에(2015년 기준), 또다시 UHD방송을 한다고 하면, 국민들의 TV수상기 구입에 따른 비용 부담은 커질 수밖에 없다. 특히 상당수의 유료방송 시청자(전체세대의 90%)의 절반정도는 아직도 아날로그TV로 방송을 시청하는 상황에서, 정부는 이에 대한 대안을 제시하지 못한 채, UHD방송을 추진하고 있어, 시청자(국민)에 대한 보호방안이 없는 문제점이 있었다.
또한, 국내 대기업 TV제조사에 독과점 되고 있는 국내 UHDTV가격은, UHD영상을 느낄 수 있는 최소사이즈인 55인치가 300만원 전후나 된다.
이러한 현상은 국내에서만 나타나는 현상으로서, 국내 UHDTV대중화를 가로막는 최대 장애요소가 되고 있다. 그러나 이에 대한 대안은 국내 TV시장이 다양한 외산 제품이 들어와야 하는데, 국내 시장 여건상 외산업체의 진출은 쉽지 않은 상황이다.
그리고, 기존의 UHD 셋톱박스의 구성이 주로, 초고화질 영상 복원에만 치중되어 있다보니, 홈네트워크 기능을 가진 멀티미디어 기기로 진화하지 못하고, 현행 셋톱박스는 대기전력에 따른 전기에너지소비가 많아, 전기에너지를 절약시킬 수 있는 UHD 셋톱박스의 개발이 시급한 실정이다.
국내공개특허공보 제10-2013-0041500호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 UHD방송 주파수 부족과 UHD방송 표준 제정의 어려움을 해결할 수 있고, 빠른 TV-방송 기술에 대해 대응할 수 있으며, HDTV구입한지 2~3년밖에 안 되는 상황에서 호환성을 높여 가정에 널리 보급시킬 수 있고, 고가 UDHTV로 TV수상기 구입부담을 줄일 수 있으며, UHD 영상시청을 가능케 하는 것은 물론, 이전 셋톱박스보다 화면전환이 빠르고 역동적인 화면 수신할 수 있고, UHD 셋톱박스의 무부하시 발생되는 대기전력을 감소시킬 수 있고, 인터넷 접속을 통해 외부와 홈네트워크 연결의 중심역할을 할 수 있으며, 가정내 가전기기를 하나의 홈네트워크망으로 연결시킬 수 있는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는
지상파, 위성, 케이블을 통해 수신되는 전파를 입력받는 튜너부(100)와,
튜너부로부터 수신된 신호 또는 외장 USB의 각종 압축 동영상 또는 음악 파일을 디코딩해주는 디코더부(200)와,
디코더부에서 디코딩한 영상을 UHD디스플레이로 출력시키는 HDMI영상출력부(300)와,
오디오 신호를 출력시키는 오디오부(400)와,
각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 입력된 풀HD 영상데이터, 4K UHD 영상데이터, 8K UHD 영상데이터를 디스플레이 기기에 1:1 맞춤형으로 최적화된 영상을 처리시키도록 제어하는 스마트제어부(500)와,
튜너부로부터 들어온 디지털 신호를 원신호 그대로 수신받아, 하드디스크드라이브(HDD)에 녹화 재생시키는 녹화재생부(600)와,
각 기기에 전원을 공급시키는 전원부(700)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 UHD방송 주파수 부족 문제를 해결하고, UHD방송 표준 제정의 어려움을 해소하고 빠른 TV-방송 기술에 대한 대응하면서, HDTV구입한지 2~3년밖에 안 되는 소비자들로부터 고가 UHDTV수상기 구입에 대한 부담을 획기적으로 줄일 수 있고, UHD 영상시청을 가능케 하는 것은 물론, 이전 셋톱박스보다 화면전환이 빠르고 역동적인 화면 수신할 수 있고, 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부를 통해 기존 장비를 활용하여 구성이 가능하고 수신측에서 비용이 저렴한 스케일러 칩을 사용할 수 있어, 비용적인 측면에서 기존에 비해 70% 저렴한 UHD 셋톱박스를 설계할 수 있으며, UHD 셋톱박스의 무부하시 발생되는 대기전력을 콘덴서와 스위칭부를 통해 55%~70%로 감소시킬 수 있고, 인터넷 접속을 통해 외부와 홈네트워크 연결의 중심역할을 할 수 있고, 가정내 가전기기를 하나의 홈네트워크망으로 연결시킬 수 있어, 새로운 방송서비스인 UHD 방송환경에서 새로운 미디어 플랫폼의 성공적인 장착을 통해 지상파 방송서비스의 직접 수신가구수 증가시킬 수 있으며, 무료 보편적 시청권 제공이라는 지상파 방송의 본연의 목적과 수익성 확보를 얻을 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치(1)의 구성요소를 도시한 외형사시도,
도 3은 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치(1)의 구성요소를 내부구성도,
도 4는 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치(1)의 후면 구성요소를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 스마트제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)에다가, 근거리데이터전송부(800)가 포함되어 구성된 것을 도시한 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)에다가, 외부인터페이스부(900)가 포함되어 구성된 것을 도시한 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)에다가, 대기전력 제어부(900a)가 포함되어 구성된 것을 도시한 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 대기전력 제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치 내부의 구성요소와, 대기전력 제어부가 구성된 것을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치를 외부주변기기인 아날로그 TV, HDTV, UHDTV, 홈시어터, 실내안테나, 인터넷 AP공유기, 실외안테나와 연결되어 설치된 것을 도시한 일실시예도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 UHDTV(Ultra High Definition Television, UHDTV, Ultra HDTV)란 Full HDTV가 제공하는 화질보다 4~16배 선명한 초고화질 비디오4K(3840×2160) 또는 8K(7680×4320)의 해상도를 가지고, 해상도가 1920×1080인 초고화질(Full HD)보다 4~16배 선명하고 음질도 10채널 이상의 입체 음향을 제공하는 다채널(22.2채널)로 극사실적인(highly realistic) 초 고품질 방송서비스에 대한 욕구를 만족시킬 수 있는 차세대 방송기술을 말한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)로 구성된다.
먼저, 상기 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는 도 2 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 사각박스형상의 몸체(10)로 이루어지고, 몸체 후면 일 측에 HDMI단자가 있는 HDTV와 UHDTV와 같은 대다수의 디지털TV를 연결시키는 HDMI(HDMI 2.0) 출력단자부(11)가 형성되고, 구형 HDTV나 SDTV를 연결시키는 컴포넌트(적/청/녹)출력부(12)가 형성되고, 대다수의 아날로그 TV는 컴포지트(노랑) 출력부(13)가 형성되고, 컴포지트(노랑)출력부 일 측에는 SD급 디지털 5.1Ch 오디오를 출력시키는 광(S/PDIF)/COXAL) 오디오출력부(14)가 형성되며, 광(S/PDIF)/COXAL) 오디오출력부 일 측에는 스테레오 오디오를 출력시키는 아날로그 오디오출력부(15)가 형성되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는 아날로그 멀티 출력(16a)과 7.1채널~10.2채널 오디오 출력(16b)을 통해 HDMI 지원이 없어도 무방하도록 구성되고, 1Gbps 유선 LAN 유선(17)을 통해 스마트 TV기능을 지원하도록 구성되며, 4K UHD셋톱박스에서는 867Mbps WiFi(802.11ac)모듈(18)로 구성되고, 8K UHD 방송 셋톱박스는 Wi-GIG(2~3Gbps)로 구성되며, 내부 SATA단자로는 HD/UHD방송을 녹화/재생하고, USB3.0포트부(19)를 통해 외장 하드디스크드라이버와 연결시켜 HD/UHD 동영상, 음악, 사진 재생시키도록 구성되고, 지상파/위성/케이블 4K/8K UHD 방송(DVB-T2/C2/S2) 수신안테나 단자(20)와 지상파 HD방송(ATSC) 수신 안테나 단자(21)가 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 튜너부(100)에 관해 설명한다.
상기 튜너부(100)는 지상파, 위성, 케이블을 통해 수신되는 전파를 입력받는 역할을 한다.
이는 지상파/위성/케이블 4K/8K UHD 방송(DVB-T2/C2/S2) 신호 선을 통해 수신되는 전파를 입력받도록 구성된다.
즉, 실제 지상파/위성/케이블 4K/8K UHD 방송(DVB-T2/C2/S2) 수신 신호를 통해 수신된 전파는 자동차, 비행기, 주의의 건물 등 외부 잡음의 간섭영향을 받아 신호의 특성과 크기가 불시에 빠른 속도로 변하게 된다.
이러한 빠른 신호 감쇠 변화와 중첩현상에 견디기 위해서는 첫째로 빠른 신호의 크기 변화에도 안정적인 수신 신호 크기를 구현할 수 있는 빠른 AGC(fastAutomatic Gain Control)의 구현이 필요하였다.
이를 위해서는 AGC loop 전체적으로 루프(loop)의 특성을 둔감하게 하는 부분을 파악해서 없애야만 하는데 이렇게 하면 반대로 AGC loop의 안정성을 잃게 된다.
이 부분의 해답을 구하기 위해서 튜너부의 AGC AMP와 IF 회로부에 있는 AGC AMP와 베이스밴드에 있는 회로로 구성된 AGC loop와 IF 회로부와 베이스 밴드로 구성된 AGC loop중에서 앞부분은 둔감한 특성을 쫓아가도록 구성되고, 뒷부분의 IF 회로부와 베이스 밴드로 구성된 AGC loop 매우 빠른 신호의 변화를 쫓아가도록 구성된다.
상기 튜너부는 출력단 일측에 디모듈레이션부가 포함되어 구성된다.
상기 디모듈레이션부는 튜너부의 출력을 디모듈레이션하여 디코더부로 출력하는 역할을 한다.
여기서, 디모듈레이션은 튜터부의 출력데이터로부터 HEVC(High Efficiency Video Coding)압축데이터, H.264 압축데이터, MPEG2 압축데이터를 얻어내는 과정을 말한다.
다음으로, 본 발명에 따른 디코더부(200)에 관해 설명한다.
상기 디코더부(200)는 튜너부로부터 수신된 신호 또는 외장 USB의 각종 압축 동영상 또는 음악 파일을 디코딩해주는 역할을 한다.
이는 주요 포맷으로 MKV, H264, HEVC(H.265), AVI, M2TS, TS, Divx Plus HD, MP3, Flac, 4K JPEG, XviD, AVCHD, AAC, WMA등을 지원하도록 구성된다.
즉, HEVC(High Efficiency Video Coding)압축데이터, H.264 압축데이터, MPEG2 압축데이터 중 어느 하나를 선택해서 풀어서 HDMI영상출력부로 전달시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 HDMI영상출력부(300)에 관해 설명한다.
상기 HDMI영상출력부(300)는 디코더부에서 디코딩한 영상을 UHD디스플레이로 출력시키는 역할을 한다.
이는 UHD영상을 출력하는 HDMI 2.0(4K@60Hz)와, HD(1080@60/30, 1080@60i)와, 컴퍼지트(적/청/녹) 1080i/720p/480i/p컨퍼넌트(노랑) 아날로그TV로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 오디오부(400)에 관해 설명한다.
상기 오디오부(400)는 오디오 신호를 출력시키는 역할을 한다.
이는 디지털 출력의 오디오인 UHD오디오(10채널 이상)와, HD오디오(Dolby TrueHD/DTS HD), 또는 SD오디오(SPDIF/COXAL)로 구성된다.
여기서, HDMI 2.0 규격인 32채널과 1536kHz 오디오는 패스 쓰루(Pass-through) 형식으로 지원하도록 구성된다.
그리고, 아날로그 출력의 오디오는 7.1채널 멀티(LPCM)와 2채널(STEREO)로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트제어부(500)에 관해 설명한다.
상기 스마트제어부(500)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 입력된 풀HD 영상데이터, 4K UHD 영상데이터, 8K UHD 영상데이터를 디스플레이 기기에 1:1 맞춤형으로 최적화된 영상을 처리시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 일측에 1Gbps의 유선 LAN과 867Mbps WiFi(802.11ac)를 기본으로 구성되고, 8K UHD방송 셋톱박스에서 Wi-GIG(2~3Gbps)를 기본으로 지원하도록 구성된다.
상기 디스플레이 기기는 스마트 TV를 포함하며 이루어진다.
즉, 스마트TV의 안드로이드 OS를 기반으로 지원하도록 구성된다.
상기 스마트제어부(500)는 메인프로세서 원칩 형태로 되어 있어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부(510), IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부(520)가 포함되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트제어부(500)는 초고화질영상 수신부가 포함되어 구성된다.
본 발명에서는 기존의 HEVC(초고화질 압축코덱)을 이용한 초고화질 영상수신장치의 구성이 고가이고 시스템이 아직 불안정한 문제점을 개선하고자, 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부, IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부에 기반한 초고화질 영상을 생성시키는 과정에 관해 설명한다.
먼저, 초고화질영상 수신부에서 다운 스켈링부(Down scaling)를 통해 초고화질 영상(Ultra-HD(3840*2160))을 축소하여 풀HD(1920*1080)영상으로 변환시키고, H.264인코딩부를 통해 풀HD 영상을 H.264 코덱을 이용하여 인코딩시켜 전송시킨다.
첫째, 본 발명에 따른 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부(510)에 관해 설명한다.
상기 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부(510)는 초고화질영상 수신부로부터 받은 풀HD 영상을 연산속도가 빠르게 하기 위해 GP-GPU(General Purpose Graphics Processing Unit)에서 병렬처리로 업스케일링하여 초고화질 영상(Ultra-HD)으로 복원시키는 역할을 한다.
이는 연산속도가 빠른 대신 화질면에서 성능이 부족하기 때문에 화질을 개선하기 위해 디블러링 필터를 구성하여 화질을 개선시킨다.
영상처리에서 주어진 원 영상을 확대하는 것은 원 영상의 각 픽셀의 좌표를 확대하려는 배율만큼 이동하는 것을 말한다.
하지만, 영상 확대시, 값을 할당받지 못한 픽셀들이 존재한다.
이를 홀(Hole)이라 하는데, 빈 픽셀에 적당한 데이터 값들을 할당하여 사용하는 처리방법을 보간법(Interpolation)이라 한다.
즉, 알려진 점들을 이용하여 만들어진 빌리니어(Bilinear)에 의해 공간상에서 보간이 이루어진다.
상기 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부에서 생성되는 픽셀은 네개의 가장 가까운 픽셀들에 가중치를 곱한 값들의 합이며, 가중치들은 선형적인 방법으로 결정된다.
각각의 가중치는 각각의 존재하는 픽셀로부터 거리에 반비례한다.
이러한 특성을 이용한 상기 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부는 축소된 풀HD 영상을 초고화질 영상으로 복원시키는 역할을 한다.
이는 업 스켈링부(Up scaling)가 포함되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 IEWMC(Irreqular-grid expanded-block weighted motion compensation) 보간 알고리즘분석엔진부(520)에 관해 설명한다.
상기 IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부(520)는 동영상에서 물체의 움직임을 좀 더 부드럽게 하기 위해 영상이 존재하는 두 프레임의 정보를 이용하여 두 프레임 사이에 새로운 프레임을 생성시키는 역할을 한다.
이는 영상의 움직임을 부드럽게 하기 위해 프레임률을 증가시키는 프레임레이트업(Frame rate up)부가 포함되어 구성된다.
일예로, 30Hz를 60Hz로 프레임률을 증가시킨다
상기 IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부는 단방향 예측을 통한 움직임을 예측하는 것으로서, 프레임 ft +1에서 프레임 ft -1에 대한 모션 벡터를 구하고, 그 모션 벡터를 그대로 이용하여 새로운 프레임을 생성시킨다.
이때, 모든 블록이 같은 방향으로 모션 벡터를 가지고 있는게 아니기 때문에 다른 방향의 모션벡터가 나타나게 되고 이를 이용해 새로운 프레임을 생성할 경우, 모션벡터가 적용되지 못한 비어있는 영역이나 블록이 서로 겹쳐 화소 값이 중복되는 픽셀들이 생기는 영역이 존재하게 된다.
따라서 이들에 대한 추가적인 처리가 필요하고 이때 단방향 모션벡터를 이용한 보간법과정이 수행된다.
즉, 본 발명에 따른 IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부는 모션벡터의 정확성을 높이기 위해 ft -1에서 ft +1 방향의 모션벡터 mvf와 ft -1에서 ft +1방향의 모션벡터 mvb 인 두 모션벡터를 사용하여 에러가 더 적은 모션 벡터를 선택하게 된다.
상기 IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부는 다음의 과정을 거쳐 수행된다.
첫째, 제1단계로서, 두 모션벡터에서 각각 보간될 프레임에서의 블록을 확장시킨다.
이는 두 모션벡터에서 보간될 프레임에서의 블록을 웨이트드 매트릭스(Weighted matrix)를 적용하여 확장한다.
여기서, 웨이트드 매트릭스(Weighted matrix)의 크기는 블록의 크기와 같도록 설정된다.
둘째, 제2단계로서, 두 모션벡터에서 보간될 프레임의 값을 결정 후 에러가 적은 모션벡터에서 결정한 보간 값으로 선택하여 보간한다.
이는 최종적으로 보간 프레임에서의 값을 수학식 1에 의해 결정한다.
Figure 112014045845319-pat00001
여기서, α는 실험횟수를 나타내고, i는 모션벡터의 행방향벡터를 나타내며, j는 모션벡터의 열방향벡터를 나타내고, H는 홀(Hole)를 나타낸다.
셋째, 제3단계로서, 비어 있는 부분(Hole)의 값을 결정한다.
이는 최종적으로 보간 프레임의 값을 결정하더라도 비어있는 픽셀들이 존재하기 때문에 이 비어있는 픽셀값을 결정한다.
즉, 블록내의 모든 값이 있는 인접한 픽셀과 절대값 차이를 수직, 수평, 대각선 방향에서 가중치 역할을 하는 수학식 2를 통해 연산시킨다.
Figure 112014045845319-pat00002
여기서, ah는 수평방향에서 가중치를 나타내고, av는 수직방향에서 가중치를 나타내며, ad는 대각선방향에서 가중치를 나타내고, ar은 반지름방향에서 가중치를 나타낸다.
이어서, 비어있는 픽셀의 값은 수직, 수평, 대각방향으로 값이 존재하는 픽셀값의 평균값(A)으로 연산시킨다.
값이 존재하는 픽셀이 한곳만 존재하면 그 값으로 결정한다.
상기 비어있는 픽셀(p)의 값은 다음의 수학식 3에 의해 결정된다.
Figure 112014045845319-pat00003
Figure 112014045845319-pat00004

또한, 본 발명에 따른 스마트제어부(500)는 일측에 컨텐츠저장부(530)가 연결되어 구성된다.
상기 컨텐츠저장부(530)는 CDN송수신부를 통해 CDN 서버로부터 전송된 대용량 미디어콘텐츠를 수신받아 저장하는 역할을 한다.
이는 대용량 메모리부로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트제어부(500)는 그래픽 오버레이(Graphic Over Lay), 그래픽 프로세서, NTSC 인코더가 구성되어, GUI(Graphic User Interface) 표시, 대화 처리, 2D/3D 영상표출서비스를 지원하도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 녹화재생부(600)에 관해 설명한다.
상기 녹화재생부(600)는 튜너부로부터 들어온 디지털 신호를 원신호 그대로 수신받아, 하드디스크드라이브(HDD)에 녹화 재생시키는 역할을 한다.
이는 HD/UHD동영상, 음악, 사진은 USB단자를 통해 USB메모리, 또는 USB외장HDD와 연동하여, MKV, H264, HEVC(H.265), AVI, M2TS, TS, Divx Plus HD, MP3, Flac, 4K JPEG, XviD, AVCHD, AAC, WMA로 된 파일들을 재생하도록 구성된다.
여기서, 각종 AV파일 포맷은 업데이트가 되도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 전원부(700)에 관해 설명한다.
상기 전원부(700)는 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 트랜스포머 일측에 대기전력 제어부(900a)가 포함되어 구성된다.
즉, 대기전력 제어부(900a)를 통해 기존 HD방송 수신 셋톱박스들이 대기 시에도 평균 20W(지상파방송을 케이블방송으로 시청시)정도의 대기전력을 소비하는 것을 1W미만(IPTV기준)으로 낮추어, 대기 소비전력을 획기적으로 줄이고, 셋톱박스 내에 안전적인 전원을 공급하도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는 도 6에 도시한 바와 같이, 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)에다가, 근거리데이터전송부(800)가 포함되어 구성된다.
상기 근거리데이터전송부(800)는 컨텐츠저장부에 저장된 미디어컨텐츠를 근거리에 위치한 스마트기기로 무선전송시키는 역할을 한다.
이는 WiFi통신모듈, 지그비통신모듈, 블루투스통신모듈 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는 도 7에 도시한 바와 같이, 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)에다가, 외부인터페이스부(900)가 포함되어 구성된다.
상기 외부인터페이스부(900)는 IEEE1394, USB를 통해 PC, VCR, 카메라로 이루어진 외부기기와 연결시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는 도 8에 도시한 바와 같이, 튜너부(100), 디코더부(200), HDMI영상출력부(300), 오디오부(400), 스마트제어부(500), 녹화재생부(600), 전원부(700)에다가, 대기전력 제어부(900a)가 포함되어 구성된다.
상기 대기전력 제어부(900a)는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치의 무부하시 발생되는 대기전력을 보상시키는 역할을 한다.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, 콘덴서(910a), 스위칭부(910b)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 콘덴서(910a)에 관해 설명한다.
상기 콘덴서(910a)는 전원부의 일측에 직렬 또는 병렬로 연결되어, UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치의 무부하시 발생되는 대기전력 중 전원부의 트랜스포머 1차측에서 발생되는 자화전류 성분을 상쇄시켜 무효전력을 보상시키는 역할을 한다.
즉, 본 발명에서는 무부하시 발생되는 대기전력 중 코일 손실전력을 제외한 자화전력 발생분을 보상하기 위해서, 트랜스포머 1차측에 콘덴서를 직렬 또는 병렬로 연결하여 무효전력을 보상시키도록 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 스위칭부(910b)에 관해 설명한다.
상기 스위칭부(910b)는 전원부의 트랜스포머 2차측에 위치되어, 스위치를 턴온시켜 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치에 전원을 공급시키고, 스위치를 턴오프시켜 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치로의 전원공급을 차단시키는 역할을 한다.
이는 트랜지스터, FET, SCR, SSR 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치를 외부주변기기(아날로그 TV, HDTV, UHDTV, 홈시어터, 실내안테나, 인터넷 AP공유기, 실외안테나)와 연결시켜 설치한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 몸체 후면 일측에 형성된 HDMI(HDMI 2.0)출력단자부를 통해 HDTV, UHDTV, 홈시어터와 연결되고, 광(S/PDIF)/COXAL 오디오출력부를 통해 홈시어터와 연결되며, 컴포지트(노랑)출력부를 통해 기존의 아날로그 TV와 연결되고, 아날로그 멀티 출력을 통해 실외안테나와 연결되며, 867Mbps WiFi 876.11ac모듈을 통해 인터넷 AP공유기와 연결된다.
다음으로, 전원부(700)를 통해 각 기기에 전원을 공급시킨다.
다음으로, 몸체 내부에 위치한 튜너부(100)에서, 안테나 또는 케이블 선을 통해 수신되는 전파를 입력받는다.
이는 안테나 또는 케이블선을 통해 수신되는 전파가 없을 경우에는 대기모드로 구성된다.
이때, 대기전력 제어부(900a)가 구동되어, UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치의 무부하시 발생되는 대기전력을 콘덴서와 스위칭부를 통해 보상시킨다.
다음으로, 디코더부(200)에서 튜너부로부터 수신된 신호 또는 외장 USB의 각종 압축 동영상 또는 음악 파일을 디코딩해준다.
즉, HEVC(High Efficiency Video Coding)압축데이터, H.264 압축데이터, MPEG2 압축데이터 중 어느 하나를 선택해서 풀어서 HDMI(영상)출력부(300)와 오디오부(400)로 출력시킨다.
다음으로, HDMI영상출력부(300)에서 디코더부에서 디코딩한 영상을 UHD디스플레이로 출력시킨다.
다음으로, 오디오부(400)에서 오디오 신호를 출력시킨다.
다음으로, 스마트제어부(500)에서 입력된 풀HD 영상데이터, 4K UHD 영상데이터, 8K UHD 영상데이터를 디스플레이 기기에 1:1 맞춤형으로 최적화된 영상을 처리시키도록 제어한다.
끝으로, 녹화재생부(600)에서 튜너부로부터 들어온 디지털 신호를 원신호 그대로 수신받아, 하드디스크드라이브(HDD)에 녹화 재생시킨다.
1 : UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치
100 : 튜너부 200 : 디코더부
300 : HDMI영상출력부 400 : 오디오부
500 : 스마트제어부 600 : 녹화재생부
700 : 전원부

Claims (7)

  1. 지상파, 위성, 케이블을 통해 수신되는 전파를 입력받는 튜너부(100)와,
    튜너부로부터 수신된 신호 또는 외장 USB의 각종 압축 동영상 또는 음악 파일을 디코딩해주는 디코더부(200)와,
    디코더부에서 디코딩한 영상을 UHD디스플레이로 출력시키는 HDMI영상출력부(300)와,
    오디오 신호를 출력시키는 오디오부(400)와,
    각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 입력된 풀HD 영상데이터, 4K UHD 영상데이터, 8K UHD 영상데이터를 디스플레이 기기에 1:1 맞춤형으로 최적화된 영상을 처리시키도록 제어하는 스마트제어부(500)와,
    튜너부로부터 들어온 디지털 신호를 원신호 그대로 수신받아, 하드디스크드라이브(HDD)에 녹화 재생시키는 녹화재생부(600)와,
    각 기기에 전원을 공급시키는 전원부(700)로 구성되는 UHD방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치에 있어서,
    상기 스마트제어부(500)는
    초고화질영상 수신부로부터 받은 풀HD 영상을 연산속도가 빠르게 하기 위해 GP-GPU(General Purpose Graphics Processing Unit)에서 병렬처리로 업스케일링하여 초고화질 영상(Ultra-HD)으로 복원시키는 빌리니어(Bilinear) 보간 알고리즘엔진부(510)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 UHD방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 스마트제어부(500)는
    동영상에서 물체의 움직임을 좀 더 부드럽게 하기 위해 영상이 존재하는 두 프레임의 정보를 이용하여 두 프레임 사이에 새로운 프레임을 생성시키는 IEWMC 보간 알고리즘분석엔진부(520)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 스마트제어부(500)는
    그래픽 오버레이(Graphic Over Lay), 그래픽 프로세서, NTSC 인코더가 구성되어, GUI(Graphic User Interface) 표시, 대화 처리, 2D/3D 영상표출서비스를 지원하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치는
    UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치의 무부하시 발생되는 대기전력을 보상시키는 대기전력 제어부(900a)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 대기전력 제어부(900a)는
    전원부의 일측에 직렬 또는 병렬로 연결되어, UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치의 무부하시 발생되는 대기전력 중 전원부의 트랜스포머 1차측에서 발생되는 자화전류 성분을 상쇄시켜 무효전력을 보상시키는 콘덴서(910a)와,
    전원부의 트랜스포머 2차측에 위치되어, 스위치를 턴온시켜 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치에 전원을 공급시키고, 스위치를 턴오프시켜 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치로의 전원공급을 차단시키는 스위칭부(910b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 UHD 방송 수신용 스마트 셋톱박스 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017171242A1 (ko) * 2016-03-30 2017-10-05 주식회사 디엠티 에이치디 셋톱박스를 유에치디 티브이에 접속할 수 있도록 하는 장치에서의 반투명 메뉴화면을 구현하기 위한 방법 및 장치
CN114094404A (zh) * 2022-01-19 2022-02-25 长芯盛（武汉）科技有限公司 一种能够检测插接顺序的有源视频线缆

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