KR101947420B1

KR101947420B1 - 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101947420B1
Application number: KR1020170098655A
Authority: KR
Inventors: 이효중
Original assignee: (주)아이피티브이코리아
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-03-08
Also published as: KR20190014770A

Abstract

본 발명은 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 그 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템은 융합방송 서비스의 시그널링 메시지를 분석하는 시그널링 분석부; 시그널링 분석을 통해 서비스 정보는 추출하고, 추출된 정보를 바탕으로 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행하는 서비스 분석부; 및 시그널링 분석부와 서비스 분석부를 통합하고, 통합된 분석부를 통해 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 디스플레이하는 정합부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 네트워크 독립형 융합방송 서비스를 통해 어느 환경에서도 언제, 어디서나, 누구나 저렴한 비용으로 다양한 서비스를 제공하여 지식 정보 접근성에 있어 사회적 계층에 관계없이 형평성 및 평등성 보장이 가능하다.

Description

네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템 및 방법{System and method for monitoring network-free convergence broadcasting}

본 발명은 융합서비스용 방송에 관한 것으로서, 특히 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

아날로그 방송에서 디지털 방송으로의 전환이 거의 마무리 되어 감에 따라, Post-HD 시대에 UHDTV (Ultra High Definition TV) 등 실감의 대용량 방송 및 방송·통신 융합 환경에 대비한 새로운 차기 방송 표준에 관한 연구의 필요성이 날로 높아져 가고 있다. 이러한 가운데 브로드밴드 에코시스템 기반 방송의 역할, 차세대 공중파 방송 시스템의 특성, 스펙트럼 스퀴즈 등 미래 방송 시스템에 대한 논의가 시작된 상태이다. 또한 고도화 추세에 있는 이동통신 기술과 더불어 방송의 디지털 전환이 완료되고 있는 시점에서, 고도화된 차세대 방송 기술에 대한 기술 선점을 위해 유럽에서 DVB 2.0 시스템을, 미국에서는 ATSC 3.0 시스템을, 일본에선 ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) - Tmm (Terrestrial mobile multi-media) 시스템에 관한 기술 개발을 이미 추진하고 있는 실정이며, 이에 국내에서도 관련 미래 방송 기술에 대한 원천 기술 및 신규 서비스를 위한 장비 개발이 필요하다.

현재 국내에서는 도 1에 도시된 바와 같이 6MHz 대역폭을 통해 ATSC 8-VSB (Vestigial SideBand) 시스템을 이용하여 거치형 지상파 디지털 HD 방송을 서비스하고 있으며, 모바일 방송을 위해서 별도의 1.536 MHZ 대역폭을 통해 유럽의 DAB (Digital Audio Broadcasting) 전송 시스템인 Eureak-147 시스템을 수정한 DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 전송 시스템을 이용하여 QVGA (320x240 해상도)급의 모바일 방송을 제공하고 있다. 하지만, 1세대 미국향 디지털 방송 전송 시스템인 ATSC 8-VSB 시스템은 이미 1990년도에 표준이 완료된 시스템으로, 현재의 ATSC 8-VSB 시스템을 이용하여 지상파 UHDTV 방송 전송을 위해 필요한 전송률을 달성하기는 어려운 측면이 있다. 또한 지상파 모바일 DMB 시스템의 경우 고속의 채널환경에서의 원활한 수신 성능 등으로 인해 큰 인기를 얻었으나, LTE와 같은 고속의 이동통신 시스템의 보급이 본격화된 이후로는 QVGA급의 낮은 해상도 문제로 인해 Pooq나 Tving과 같은 이동통신 기반의 고해상도 (1280x720 해상도) 모바일 방송에 판도를 내어준 상황이다. 또한 현재 국내에서 지상파 HD 방송과 모바일 방송을 제공하기 위해 서로 별도의 대역폭을 통해 서로 다른 시스템을 이용하여 전송하고 있는 실정이며, 앞으로 이동통신사와 방송사간의 주파수 갈등이 심화될 것으로 예상되는 가운데 별도의 대역폭 및 시스템을 이용한 지상파 방송 서비스는 주파수 효율적인 측면에서 떨어지는 단점을 가진다.

이러한 점에서, 앞으로 다가올 Post-HD 시대를 대비하여 높은 주파수 효율을 가지는 하나의 방송 전송 시스템을 이용하여 지상파 4K UHD 및 고화질의 모바일 방송을 전송할 수 있는 기술이 필요하다.

또한 방송과 통신망을 결합하여 사용자가 고정 및 이동 환경에서 최적화된 고품질의 콘텐츠를 이용할 수 있도록 하는 네트워크 독립형 융합방송 장비 및 모니터링 시스템에 대한 개발이 필요하다.

공개특허공보 제10-2016-00418331호(2006.04.18)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방송과 통신 기반의 융합형 서비스가 가능한 스마트 환경 하에서 스마트 디바이스의 사용자가 고정/이동 환경에서 방송망으로 전송된 고품질(3D/HD/UHD 등) 멀티미디어/콘텐츠와 통신망으로 얻어진 부가 콘텐츠를 결합하여 최적화된 콘텐츠의 수신이 가능토록 하는, 네트워크 독립형 융합방송 서비스(NIBS)를 위한 네트워크 독립형 융합 방송 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템은, 융합서비스의 시그널링 메시지를 분석하는 시그널링 분석부; 상기 시그널링 분석을 통해 서비스 정보는 추출하고, 추출된 정보를 바탕으로 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행하는 서비스 분석부; 및 상기 시그널링 분석부와 상기 서비스 분석부를 통합하고, 통합된 분석부를 통해 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 디스플레이하는 정합부를 포함한다.

상기 시그널링 분석부는 상기 시그널링 메시지들을 파싱(parsing)하고, 상기 시그널링 메시지는 PA 메시지, MPI 메시지, MPT 메시지를 포함하며, 상기 메시지들은 내부에 복수의 테이블로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 서비스 분석부는 NIBS 시스템의 MMTP 패킷 정보를 바탕으로 내부에 포함된 MPU 정보 분석을 통해 MPU 내에 포함된 각 서비스의 비디오나 오디오 정보의 구성을 확인하는 것을 특징으로 한다.

상기 정합부는 분석 정보들의 종류별로 다양한 소트트웨어 컨트롤들을 이용하여 적절한 형태의 분석 정보를 보여주고, 분석정보들을 위해 계층형 트리(tree) 컨트롤, 리스트 형태의 출력을 위한 Property Grid 컨트롤 및 원시(Raw) 데이터를 확인하기 위한 Hex View 컨트롤을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 방법은 시그널링 메시지들을 파싱하여 융합서비스의 시그널링 메시지를 분석하는 단계; 상기 시그널링 분석을 통해 서비스 정보를 추출하여 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행하고, NIBS 시스템의 MMTP 패킷 정보를 바탕으로 내부에 포함된 MPU 정보 분석을 통해 MPU 내에 포함된 각 서비스의 비디오나 오디오 정보의 구성을 확인하는 단계; 및 상기 시그널링 메시지 분석과 상기 서비스 내의 asset 별 분석을 통합하여 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 디스플레이하되, 분석 정보들의 종류별로 다양한 소프트웨어 컨트롤들을 이용하여 적절한 형태의 분석 정보를 보여주는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템 및 그 방법에 의하면, 차세대 네트워크 독립형 융합방송 시스템이 본격적으로 시장에 도입될 경우, 융합방송 서비스 전송장비, 수신 플랫폼, 수신모니터링 시스템, 미들웨어 S/W 등 방송시장 전 분야에 걸쳐 큰 시장을 형성할 것으로 기대된다.

네트워크 독립형 융합방송 서비스를 통해 어느 환경에서도 언제, 어디서나, 누구나 저렴한 비용으로 다양한 서비스를 제공하여 지식 정보 접근성에 있어 사회적 계층에 관계없이 형평성 및 평등성 보장이 가능하다.

현재의 TV 방송 방식에서는 대규모 지상파 방송사 이외에 소규모 TV 방송 서비스가 불가능하나 본 발명을 이용하면 다양한 방통융합 환경 제공이 가능하여 미래의 소셜 미디어 창출을 위한 하나의 축을 담당하고 이를 통해 다양한 사회적 의사소통 및 다양한 네트워크 기반 대중소 규모의 방송이 융합되는 새로운 방송 문화를 창출할 수 있다.

도 1은 국내 지상파 거치형 & 모바일 디지털 방송 서비스 현황 및 문제점을 나타낸 것이다.
도 2는 고정/이동 방송 선택 및 융합방송 서비스의 설계도를 나타낸 것이다.
도 3은 NIBS StreamGenerator Encaplsulator을 나타낸 것이다.
도 4는 NIBS StreamGenerator Sender을 나타낸 것이다.
도 5는 8K 시그널 및 프레임 설계의 예를 나타낸 것이다.
도 6은 고정/이동 유합 서비스 지원 가변 다중화 시스템 구조를 블록도로 나타낸 것이다.
도 7은 고정/이동 융합 서비스 지원 가변 다중화기 및 다중화 소프트웨어를 나타낸 것이다.
도 8은 2x2 STBC dual-polarized MIMO 시스템 모델을 나타낸 것이다.
도 9는 2x2 STBC 송수신 시스템을 나타낸 것이다.
도 10은 전송거리에 따른 성능감소를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11은 8K급 고화질 방송 융합 서비스를 위한 송수신 검증용 신호처리 시뮬레이터의 일 예를 나타낸 것이다.
도 12는 다중화 시스템 인터페이스 정합 검증 모듈을 블록도로 나타낸 것이다.
도 13은 다중화 시스템 인터페이스 분석 소프트웨어를 나타낸 것이다.
도 14는 M-PLP 기반 역다중화 및 재생 소프트웨어(BL + EL, 1920x1080 Full HD 재생)를 나타낸 것이다.
도 15는 Luma Horizontal up-sampling 필터의 SIMD 구조를 나타낸 것이다. Texture up-sampling 필터 SIMD 최적화(SSE4, AVX2)를 수행한다.
도 16은 Luma Vertical up-sampling 필터의 SIMD 구조를 나타낸 것이다.
도 17은 AU 기반 스케일러블 복호화 구조를 흐름도로 나타낸 것이다.
도 18은 GILMA 개념도를 나타낸 것이다.
도 19는 GILMA 동작 순서도를 도시한 것으로서, (a) RL 디코딩, (b) EL 디코딩을 나타낸 것이다.
도 20은 스케일러블 디코더 속도 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 21은 네크워크 독립형 고품질 신호발생기의 구조를 블록도로 나타낸 것이다.
도 22는 신호발생기 시작품 개발을 위한 UI를 나타낸 것이다.
도 23은 신호발생기 시작품 메인 UI를 나타낸 것이다.
도 24는 신호발생기 시작품 프레임 조립 및 정합을 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템의 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 26은 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 방법의 일실시예를 흐름도로 나타낸 것이다.
도 27은 시그널링 메시지들 내부에 있는 테이블의 예를 나타낸 것이다.
도 28은 FBMC/OQAM 시스템을 블록도로 나타낸 것이다.
도 29는 FBMC/OQAM 시스템 시뮬레이터 블록 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 30은 FS-FBMC 시스템 송신단의 확장 IFFT 모듈을 나타낸 것이다.
도 31은 Offset-QAM, Overlapping 및 Summation 모듈 동작도를 나타낸 것이다.
도 32는 De-Overlapping, Frequency De-Spreding 모듈을 나타낸 것이다.
도 33은 수신단의 필터링 이후 간섭을 나타낸 것이다.
도 34는 FBMC/OQAM 시스템 주파수 과표본 영역 등화기를 나타낸 것이다.
도 35는 FBMC/OQAM 시스템 주파수 과표본 영역에서의 반복적인 채널 추정 및 등화기 블록도를 나타낸 것이다.
도 36은 FBMC/OQAM 시스템의 연속적인 파일럿 패턴에 대한 Pilot Insertor 동작도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 이동 수신 알고리즘 및 모바일/4K 수신 서비스 시나리오 검증을 설명한다.

(1) 고정/이동 방송 선택 및 융합방송 서비스 시나리오

도 2는 고정/이동 방송 선택 및 융합방송 서비스 설계도를 나타낸 것이다. 네트워크 독립형 서비스 송신부는 Sender, SHVC Encoder, Mux, Generator로 구성되어 있으며, High Definition (HD, 720p) / Full High Definition(FHD, 1080p) / 4K 스케일러블 데이터를 생성하여 HD / FHD 데이터는 방송망을 통해, 4K 데이터는 통신망을 통해 전송한다.

이 중에서 방송망을 통해 전송되는 HD/FHD 데이터는 Multiple-Physical Layer Pipe (M-PLP) 다중화 기법을 통해서 전송이 되며, M-PLP 다중화 기법을 통해 HD와 FHD 데이터에 대한 물리 전송 파라메터 (채널 부호율, 성상도 등)을 달리하여 전송된다. 상대적으로 데이터 전송량이 낮은 HD 데이터의 채널 부호율을 낮추고 성상도는 낮게 하며, 상대적으로 데이터 전송량이 높은 FHD 데이터의 채널 부호율은 높이고 성상도를 높게 하여 전송한다.

M-PLP 기법을 통해 다중화된 HD/FHD 데이터를 방송망을 통해 Radio Frequency(RF) 신호 레벨에서 전송한 뒤, Typical Urban(TU)-6 Channel 및 Additive White Gaussian Noise(AWGN) 잡음 발생기를 통과시킨다.

(2) 고정/이동 방송 선택 및 융합방송 서비스 시나리오

TU-6 Channel의 Doppler frequency AWGN 잡음 발생기의 잡음레벨을 조절하여, 수신단에서의 FHD (또는 4K UHD) 대비 HD 방송 수신 성능을 고정/이동 방송 선택 및 융합방송 서비스 가능성 및 성능을 측정한다.

(3) 융합방송 서비스 구현

① NIBS StreamGenerator Encapsulator

도 3은 NIBS StreamGenerator Encaplsulator을 나타낸 것이다. SHVC 기술로 부호화된 하나의 초고화질(UHD) 비디오 콘텐츠를 3개의 계층(layer) (base, enhance #1, enhance #2) 데이터로 분리한다. 미디어 데이터 구조는 ISOBMFF 기반이며, duration은 1초로 설정하여 각 계층별로 1초 데이터씩 세그먼트 된다. 오디오 데이터 구조는 AAC 기반이며, 비디오와 같은 duration을 갖고, duration에 해당하는 데이터씩 세그먼트 된다. MPU 메타데이터 정보 및 Fragment 메타데이터 정보를 기반으로 MMT 서비스가 가능하도록 각 계층의 비디오가 재생하기 위해 필요한 정보를 정의한 Media eXtention Document (MXD) 파일을 생성한다.

② NIBS StreamGenerator Sender

도 4는 NIBS StreamGenerator Sender을 나타낸 것이다. Encapsulator 생성된 하나 이상의 콘텐츠를 전송할 수 있다. 패키지를 구성하는 패키지 정보 즉, 패키지 이름과 각 Asset 정보 (Asset 이름, 최대 비트율, 평균 비트율, 패킷 아이디) 와 다음 콘텐츠의 패키지 정보를 포함하여 패키지 정보(Package Information)을 구성한다.

하나 이상의 콘텐츠의 각 패키지 정보를 통하여 시그널링을 생성한다. 이 때, 생성된 시그널링은 주기적으로 베이스 계층(base layer)에 포함되어 전송되고, 내용이 업데이트 될 경우 새로 생성된다. 방송망을 통해 전송될 수신 IP 및 계층(layer) 별 포트(port)를 설정한다. base layer와 enhanced layer의 비트율을 실시간으로 확인할 수 있도록 표시한다.

다음으로, 모바일/4K/8K 서비스 시그널링 기술 및 서비스 프레임 개선을 설명한다.

(1) 8K 서비스를 위한 서비스 시그널링 설계는 다음과 같이 이루어진다. 도 5는 8K 시그널 및 프레임 설계의 예를 나타낸 것이다. 8K 서비스가 제공되기 위해 8K 영상을 4개로 분할하여 4개의 4K 영상을 만든 후, 4개의 4K 영상을 개별 인코딩 후 전송되어야 한다. 이후, 수신단에서는 4분할되어 수신되는 4K 영상을 8K 영상으로 조합한다. 8K 서비스 정보가 제공될 수 있도록 기존의 MPI 테이블에 8K 서비스 관련 플래그(flag)를 추가한다.

(2) 의미(Semantics)는 다음과 같다. table_id은 MPI 테이블의 식별자를 표시하고, Version은 MPI 테이블의 version을 표시하며, 새로운 version은 이전 version을 대체한다. Length은 MPI 테이블의 길이를 byte로 표시하고, 다음 필드의 시작부터 MPI 테이블의 마지막 바이트까지의 길이를 산출한다. 8K_service_flag는 8K 서비스 가능 여부를 표시하고, 값이 '1'일 경우 8K 서비스가 제공되고 있음을 표시한다. PI_content_descriptors _length는 PI content descriptors syntax loop의 길이를 나타내고, 이 길이는 다음 필드부터 syntax 루프 끝까지 이며, PI 콘텐트(content)에서 정보가 포함된 descriptor는 이 syntax 루프 안에 삽입될 수 있다. PI_content_descriptors_byte는 PI content descriptors syntax 루프의 바이트이고, num_of_partial video는 8K 서비스가 제공될 경우 8K 콘텐츠가 몇 개의 화면으로 분할되어 전송되는지 표시한다.

다음으로, 고정/이동 융합 서비스 지원 가변 다중화 시스템을 설명한다.

(1) 고정/이동 융합 서비스 지원 가변 다중화 시스템 설계는 다음과 같이 이루어진다. 도 6은 고정/이동 유합 서비스 지원 가변 다중화 시스템 구조를 블록도로 나타낸 것이다. 도 7은 고정/이동 융합 서비스 지원 가변 다중화기 및 다중화 소프트웨어를 나타낸 것이다. 다중화기로 입력되는 고정/이동 방송용 콘텐츠의 프로토콜 종류에 따라 다수의 콘텐츠를 가변적으로 다중화하여 신호 생성기로 전송하는 가변 다중화 시스템을 설계한다.

고정/이동 융합 서비스 지원 다중화 시스템은 가변 입력 처리기, 이동/고정 서비스 지원 입력 선-처리기, 이동/고정 서비스 지원 스케쥴러, 이동/고정 서비스 지원 기저대역 프레임 생성기, 제어정보 및 시그널링 정보 생성기, 시스템 동기 블록, 그리고 변조기 인터페이스 처리부로 구성된다.

(2) 다중 입력 처리를 위한 가변 입력 처리기 구현을 설명한다. 고정/이동 융합 서비스 지원 다중화 시스템에서는 입력 프로토콜(MMT/UDP/TS)에 따라 가변 입력 처리기에서 프로토콜 정보를 생성하여 전송 프레임의 헤더 정보로 전송하도록 설계 및 구현한다.

(3) 고정/이동 융합서비스 지원 프레임 생성기 구현을 설명한다. 가변 입력 프로토콜로 입력되는 BL (Base Layer, 이동형) 및 EL (Enhanced ayer, 고정형) 콘텐츠를 선-처리하여 Rate 조절을 수행한 뒤, 스케쥴러에서는 NTP 서버의 시간 정보를 기반으로 Rate 조절된 BL & EL 콘텐츠를 M-PLP (Multiple-Physical layer Pipe) 다중화 기법으로 기반으로 다중화 한 뒤 데이터 기저대역 (BB, Base Band) 프레임으로 생성하여 NIBS 신호 생성기로 전송하도록 설계 및 구현한다. 가변 입력 프로토콜의 정보 및 BL/EL 콘텐츠 데이터에 관련한 물리(Physical) 파라메터 정보는 시그널링 BB 프레임 내 L1 & L2 시그널을 통해 NIBS 신호 생성기로 전송한다.

(4) 고정/이동 융합서비스 지원 변조기 인터페이스 구현을 설명한다. 가변 입력 프로토콜 정보 및 BL/EL 콘텐츠 전송을 위해 생성된 BB 프레임을 NIBS 신호 생성기로 전송할 때, IP를 기반으로 NF (Network Free)-MI(Modulator Interface) 로 전송할 수 있도록 변조기 인터페이스를 설계 및 구현한다. BB 프레임을 NF-MI 패킷으로 생성한 뒤, 다시 NI-MI 패킷을 IP 패킷으로 Encapsulation한 뒤 Ethernet 망을 통해서 NIBS 신호 생성기로 전송하도록 구현한다.

(5) 고정/이동 융합서비스 지원 시스템 동기 블록 설계를 설명한다. BB 프레임 생성 시에 외부의 NTP 서버에서 시간 정보를 읽어 와서 시스템 간의 동기를 이루는데 사용되는 Time Stamp를 생성하여 BB 프레임 헤더로 전송하도록 구현한다.

(6) 고화질(8K) 융합 방송 서비스를 위한 다중화 검증용 dual-polarized MIMO 송수신 기술 개발을 설명한다. 도 8은 2x2 STBC dual-polarized MIMO 시스템 모델을 나타낸 것이다. 도 9는 2x2 STBC 송수신 시스템을 나타낸 것이다. 향상된 수신 성능을 위한 dual-polarized MIMO 신호처리 기술 연구를 진행한다. 송신 다이버시티 이득을 통한 신뢰성 향상에 그치지 않고 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 연구를 진행한다. 송신 증대 기술인 V-BLAST 기법과 STBC 기법의 응용을 통해 수신 다이버시티 이득을 향상 시켜 보다 신뢰성 있는 통신 성능 확보를 위한 연구를 진행한다.

무선 채널 환경에서 거리에 따른 dual-polarized MIMO 시스템의 성능 감쇄 연구를 진행한다. 방송 송출 시스템에서 전파 특성 파리미터인 경로 손실에 대해서 전파 파라미터 간 상관도 분석 통해 국내 전파 특성 연구를 진행한다. 주변 환경과 거리에 따른 경로 분석을 통하여 dual-polarized MIMO 시스템의 전송 거리에 따른 성능 감소 연구를 진행한다. 도 10은 전송거리에 따른 성능감소를 그래프로 나타낸 것이다. 고화질 방송 융합 서비스를 위한 dual-polarized MIMO 송수신 검증용 신호처리 시뮬레이터를 개발한다. 도 11은 8K급 고화질 방송 융합 서비스를 위한 송수신 검증용 신호처리 시뮬레이터의 일 예를 나타낸 것이다.

다음으로, 융합 서비스 검증을 위한 정합 검증을 설명한다.

(1) 다중화 시스템 인터페이스 정합 검증 기술 설계 및 구현은 다음과 같이 이루어진다. 도 12는 다중화 시스템 인터페이스 정합 검증 모듈을 블록도로 나타낸 것이다. 도 12와 같이 NIBS Multiplexer로 입력되는 입력 프로토콜의 종류를 수신단에서 분석 가능한 다중화기 인터페이스 정합 검증 모듈을 설계하고 구현한다.

수신단의 다중화기 인터페이스 정합 검증 모듈에서는 분석된 입력 프로토콜에 관련한 정보를 T2-MI 패킷으로 Encapsulation하여 전송하며, 다중화 시스템 인터페이스 분석 SW를 통해서 수신된 T2-MI 패킷에 전송된 정보를 표출한다.

도 13은 다중화 시스템 인터페이스 분석 소프트웨어를 나타낸 것이다. 다중화 시스템 인터페이스 분석 SW는 NF-MI I/F 설정부를 통해 정합 검증모듈과 IP를 기반으로 통신하도록 설정되며(①), 수신된 NF-MI 패킷의 수, 프레임의 수 등은 NF-송수신 패킷 표수부에 표출되고(②), 전송되는 가변 입력 프로토콜의 정보는 가변 전송 프로토콜 분석부(③)에 표출되도록 구현된다.

(2) M-PLP 기반 역다중화 시스템 설계 및 구현을 설명한다. M-PLP (Multiple-Physical layer Pipe) 역다중화 기법으로 기반으로 BL (이동형) & EL (고정형) 콘텐츠를 역다중화하여 수신 버퍼에 Rate를 조절하여 저장하는 역다중화 시스템을 설계하고 구현한다. 도 14는 M-PLP 기반 역다중화 및 재생 소프트웨어(BL + EL, 1920x1080 Full HD 재생)를 나타낸 것이다.

도 14와 같이 M-PLP (Multiple-Physical layer Pipe) 역다중화 기법으로 기반으로 BL (이동형) & EL (고정형) 콘텐츠를 SHVC (Scalable High efficiency Video Coding) 복호기를 통해서 재생하도록 구현된 M-PLP 기반 역다중화 및 재생 SW를 구현한다.

다음으로, 융합 서비스 검증을 위한 이종네트워크용 4K, 8K 스케일러블 영상 코덱 설계를 설명한다

(1) 융합 서비스 검증용 스케일러블 디코더 SW 최적화는 다음과 같이 수행된다. 도 15는 Luma Horizontal up-sampling 필터의 SIMD 구조를 나타낸 것이다. Texture up-sampling 필터 SIMD 최적화(SSE4, AVX2)를 수행한다.

4x4 블록의 경우, 8-tap polyphase FIR filter의 Horizontal filter SIMD 구조는 다음과 같다. 4x4 블록의 경우, 8-tap polyphase FIR filter의 Vertical filter SIMD 구조는 다음과 같다.

도 16은 Luma Vertical up-sampling 필터의 SIMD 구조를 나타낸 것이다. Chroma 화소의 경우는 4-tap polyphase FIR filter를 사용하고, SIMD 구조는 필터 계수 및 탭 수만 Luma와 차이 나고 구조는 Luma와 동일하다.

(2) AU (Access Unit) 기반 고속 스케일러블 복호화 알고리듬 개발은 다음과 같이 이루어진다. 도 17은 AU 기반 스케일러블 복호화 구조를 흐름도로 나타낸 것이다. 레이어 기반 멀티쓰레드 구조를 설계 및 구현하기 위해 AU 기반 디코딩 구조를 개발한다. 레이어 기반 멀티쓰레드 구조를 설계 및 구현하기 위해 ‘PU-based adaptive motion up-sampling algorithm’ 개발한다.

(3) 8K를 위한 멀티쓰레드 기반 고속 스케일러블 복호화 알고리듬 개발은 다음과 같이 이루어진다.

① GOB-based inter-layer multi-threading architecture(GILMA) 설계 및 구현

도 18은 GILMA 개념도를 나타낸 것이다. 도 19는 GILMA 동작 순서도를 도시한 것으로서, (a) RL 디코딩, (b) EL 디코딩을 나타낸 것이다. 각 레이어마다 하나의 쓰레드를 할당하여 동시에 병렬 디코딩을 수행하는 방식이다. 3-layer (UHD/FHD/HD) 스트림에 대한 실험 결과 single thread 디코더에 비해 평균 38%의 디코딩 속도가 향상된다.

② 스케일러블 디코더 속도 실험 결과

도 20은 스케일러블 디코더 속도 실험 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 시스템은 Workstation (CPU: dual Intel Xeon E5-2687W v3@3.1GHz, 64GB DDR4)이고, OS는 Windows7 SP1 (x64)이고, 스트림은 3-layer(UHD/FHD/HD) 스트림 4개이다.

다음으로, 네트워크 독립형 고품질 신호 송출기 시작품 개발을 설명한다.

(1) 융합서비스 신호발생기 시작품 장비 개발 및 정합을 다음과 같이 이루어진다. 도 21은 네크워크 독립형 고품질 신호발생기의 구조를 블록도로 나타낸 것이다. 신호발생기 시작품 UI를 기획한다. 도 22는 신호발생기 시작품 개발을 위한 UI를 나타낸 것이다. 신호발생기 시작품 개발을 위한 소프트웨어 UI 에 대한 기획 작업을 수행한다. 신호발생기의 Main UI 의 기본 구성은 우측에 각 기능의 Button UI를 구성하고, 각 기능을 선택 시 가운데 부분에 각 기능에 대한 컨트롤들을 배치시킨다. 도 23은 신호발생기 시작품 메인 UI를 나타낸 것이다.

(2) 융합서비스 응용 스트리밍 서버 구현은 다음과 같이 이루어진다. 도 24는 신호발생기 시작품 프레임 조립 및 정합을 나타낸 것이다. 신호발생기 UI 및 스트리밍 서비스를 개발한다. 먼저, 신호발생기 시작품 소프트웨어의 각 모듈별 기능들을 개발한다. 각 모듈별 기능들은 방송망을 통한 RF 신호 송출을 위한 BROADCAST part, 네트워크망을 통해 스트리밍 서비스를 위한 NETWORK SERVER part, 그리고 각 part 별 설정정보 셋팅을 위한 setup part 로 구성한다. 개발된 SW Main UI 는 다음과 같다.

(3) 융합 서비스 신호발생기 장비 정합 및 수신 테스트는 다음과 같다. 신호발생기 시작품 장비를 정합한다. 신호발생기 H/W 모듈들을 포함한 시스템 part 와 시작품용 프레임에 대한 조립을 수행한다. 그리고 개발된 신호발생기용 S/W를 시작품 프레임에 정합하는 작업을 수행한다. 융합 서비스 신호발생기 시작품은 사용성을 위해 터치스크린 베이스의 인터페이스를 사용하였고, 그 인터페이스에 맞게 대부분 기능을 버튼 형태의 오퍼레이션 방식으로 개발한다.

다음으로, 네트워크 독립형 다중화 장비 시작품 개발을 설명한다.

(1) 네트워크 독립형 다중화 엔진 및 모듈 인터페이스 정합

FILE 입력 인터페이스 처리 기능을 구현한다. 파일로 구성된 스트림 입력을 처리하기 위해 설계된 FILE 입력 인터페이스는 NIBS 형태의 포맷으로 저장되어 있는 스트림 파일을 읽는 기능을 구현한다. FILE 입력(Input)을 통해 입력되는 스트림 파일 데이터를 FILE WORK Thread에서 "NIBS_DEFAULT_BUFFER_SIZE” 크기만큼 읽어 들여 Stream Processing을 수행한다.

IP 입력 인터페이스 처리 기능을 구현한다. NIBS 스트림 생성부에서 LIVE로 입력되는 입력을 처리하는 인터페이스로 IP 인터페이스를 사용한다. IP 입력 하드웨어 디바이스를 이용하여 멀티캐스트나 유니캐스트 프로토콜로 Continuous 하게 입력되는 NIBS 형태의 스트림을 처리하는 기능을 구현한다. IP 인터페이스를 통해 입력된 스트림은 IP WORK Thread에서 “NIBS_DEFAULT_BUFFER_SIZE” 크기만큼 처리하여 Stream Processing을 수행한다.

(2) 네트워크 독립형 다중화 장비 시작품 개발 및 정합

다중화 장비 시작품 개발 및 정합을 위해, 신호발생기 H/W 모듈들을 포함한 시스템 part 와 시작품용 프레임에 대한 조립을 수행한다. 그리고 개발된 다중화장비용 S/W를 시작품 프레임에 정합하는 작업을 수행한다. 네트워크 독립형 다중화 장비 시작품은 사용성을 위해 터치스크린 베이스의 인터페이스를 사용하였고, 다중화 장비의 복잡한 UI를 처리하기 위해 1024X768 해상도를 지원하는 디스플레이를 적용한다.

(3) 네트워크 독립형 다중화 장비 송/수신 테스트

다중화 장비 및 신호 발생기 송/수신 테스트를 위해, 네트워크 독립형 다중화 장비의 검증을 위해 다중화 장비에서 신호를 출력하여 신호발생기에 입력으로 전달하고, 네트워크 독립형 수신 모듈에서 수신이 가능한 파라메터를 셋팅하여 신호발생기에서 신호를 송출한다. 네트워크 독립형 다중화 장비의 적합성 여부를 판단하기 위해서는 네트워크 독렵형 수신 모듈에서 정상적으로 신호가 수신되는 상황이 재현이 되면 된다.

다음으로 본 발명에 의한 네트워크 독립형 모니터링 시스템 프로토타입 개발을 설명한다. 도 25는 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템의 구성을 블록도로 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템은 시그널링 분석부(250), 서비스 분석부(252) 및 정합부(254)를 포함하여 이루어진다.

시그널링 분석부(250)는 융합서비스의 시그널링 메시지를 분석하며, 상기 시그널링 메시지들을 파싱(parsing)하고, 상기 시그널링 메시지는 PA 메시지, MPI 메시지, MPT 메시지를 포함하며, 상기 메시지들은 내부에 복수의 테이블로 구성된다.

서비스 분석부(252)는 상기 시그널링 분석을 통해 서비스 정보는 추출하고, 추출된 정보를 바탕으로 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행한다. 또한 서비스 분석부(252)는 NIBS 시스템의 MMTP 패킷 정보를 바탕으로 내부에 포함된 MPU 정보 분석을 통해 MPU 내에 포함된 각 서비스의 비디오나 오디오 정보의 구성을 확인한다.

정합부(254)는 시그널링 분석부(250)와 서비스 분석부(252)를 통합하고, 상기 통합을 통해 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 디스플레이한다. 정합부(254)는 분석 정보들의 종류별로 다양한 소트트웨어 컨트롤들을 이용하여 적절한 형태의 분석 정보를 보여주고, 분석정보들을 위해 계층형 트리(tree) 컨트롤, 리스트 형태의 출력을 위한 Property Grid 컨트롤 및 원시(Raw) 데이터를 확인하기 위한 Hex View 컨트롤을 사용한다.

도 26은 본 발명에 의한 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 방법의 일실시예를 흐름도로 나타낸 것이다. 도 25 및 도 26을 참조하면, 시그널링 분석부(250)은 시그널링 메시지들을 파싱하여 융합서비스의 시그널링 메시지를 분석한다.(S260단계) 서비스 분석부(262)는 상기 시그널링 분석을 통해 서비스 정보를 추출하여 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행하고, NIBS 시스템의 MMTP 패킷 정보를 바탕으로 내부에 포함된 MPU 정보 분석을 통해 MPU 내에 포함된 각 서비스의 비디오나 오디오 정보의 구성을 확인한다.(S262단계) 정합부(254)는 상기 시그널링 메시지 분석과 상기 서비스 내의 asset 별 분석을 통합하여 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 디스플레이하되, 분석 정보들의 종류별로 다양한 소프트웨어 컨트롤들을 이용하여 적절한 형태의 분석 정보를 보여준다.(S264단계)

(1) 융합서비스 Signaling 분석 및 UI 개발은 다음과 같이 이루어진다. 시그널링(Signaling) 분석 및 UI 개발을 수행한다. 네트워크 독립 모니터링 시스템의 시그널링 분석을 위해서는 시그널링 메시지(Signaling message) 에 대한 분석 엔진을 설계하고, 이를 구현하여 스트림 상에 포함되어 있는 시그널링 메시지 들에 대한 파싱(parsing)을 수행해야 한다. 엔진을 설계할 시그널링 메시지들은 PA message, MPI message, MPT message 등이 있으며, 각 메시지(message)들은 내부에 복수개의 테이블들로 구성된다. 도 27은 시그널링 메시지들 내부에 있는 테이블의 예를 나타낸 것이다.

(2) NIBS 시스템 서비스 분석 엔진 구현 및 검증은 다음과 같다. 시스템 서비스 분석 엔진 구현 및 검증을 수행한다. NIBS 시스템의 서비스를 분석하기 위해서는 기 수행된 Signaling 분석을 수행하여 서비스 정보를 추출하고, 추출된 정보를 바탕으로 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행하여야 한다. 분석 엔진의 구성은 NIBS 시스템의 MTP 패킷 정보를 바탕으로 내부에 포함된 MPU 정보에 대한 분석을 수행한다. MPU의 분석을 통해 MPU 내에 포함된 각 서비스의 Video 나 Audio 정보의 구성을 확인할 수 있다.

(3) 분석 시스템 파트별 정합 및 프로토타입 모니터링 시스템 개발은 다음과 같다. 네트워크 독립형 모니터링 시스템 프로토타입을 개발한다. 네트워크 독립형 모니터링 시스템을 구현하기 위해서는 각 분석엔진들을 통합하고, 통합된 분석엔진을 통해 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 통해 디스플레이 해야함. 이를 위해 분석 정보들의 종류별로 다양한 S/W 컨트롤들을 이용하여 적절한 형태의 분석 정보를 보여줌. 네트워크 독렵형 모니터링 시스템에서는 분석정보들을 위해 계층형 Tree 컨트롤, 리스트 형태의 출력을 위핸 Property Grid 컨트롤, 그리고, Raw 데이터를 확인하기 위한 Hex View 컨트롤 등을 사용한다.

다음으로. 고화질 고정/이동 동시 서비스를 위한 고효율 방송 전송 기술 개발을 설명한다.

(1) 도 28은 FBMC/OQAM 시스템을 블록도로 나타낸 것이다. 보호구간과 가상반송파를 필요로 하지 않아 주파수 효율을 향상시킬 수 있는 필터뱅크 다중 반송파(Filter Bank Multi-Carrier) 전송 시뮬레이션 시스템 구축- 보호구간 사용으로 인한 데이터 전송 효율 저하를 보완할 수 있는 다중 반송파 전송 시스템인 FBMC/OQAM(Filterbank multicarrier on Offset-QAM) 시스템에 대한 연구를 수행한다.

FBMC/OQAM 시스템의 성능 측정을 위해 다음 그림과 같은 구조를 통해 FBMC/OQAM 전송시스템의 시뮬레이터를 구현한다. 도 29는 FBMC/OQAM 시스템 시뮬레이터 블록 다이어그램을 나타낸 것이다. FBMC/OQAM 시스템의 구현 방법 중 우수한 Equalization 및 Timing Offset compensation 성능을 얻기 위해 다음 그림과 같이 확장 FFT 기법과 주파수 확산을 이용한 FS-FBMC 시스템에 대한 연구를 수행하고 이를 구현한다. 도 30은 FS-FBMC 시스템 송신단의 확장 IFFT 모듈을 나타낸 것이다.

FBMC/OQAM 시스템에서 CP 방식을 적용하지 않은 OFDM/QAM 시스템과 같은 데이터 전송 효율을 유지하기 위해 시간 영역에서 FBMC/OQAM 전송 심벌들을 중첩시키는 Offset-QAM 과 Overlapping and summation 모듈을 구현한다.

도 31은 Offset-QAM, Overlapping 및 Summation 모듈 동작도를 나타낸 것이다. FS-FBMC 시스템에 대한 Overlapping과 주파수 영역 확산 동작을 수행하여 수신 심벌을 복구하기 위해 다음 그림과 같은 수신단을 구현한다. 도 32는 De-Overlapping, Frequency De-Spreding 모듈을 나타낸 것이다.

(2) 필터뱅크 다중 반송파 전송 기법의 채널 등화 관련 요소 기술 개발

FBMC/OQAM 시스템에서는 부 채널들 간의 간섭이 존재하므로 파일럿을 이용한 채널 추정 시 이러한 간섭을 해결해야 정확한 채널 추정이 이루어질 수 있다. 도 33은 수신단의 필터링 이후 간섭을 나타낸 것이다. 이를 해결하기 위해 파일럿 부 채널의 간섭을 제거하기 위해 송신단에서 보조 파일럿의 위치를 선택하고, 파일럿에 대한 고유한 간섭을 상쇄할 수 있는 보조 파일럿을 삽입하는 모듈을 구현한다. 본 시뮬레이터에 적용된 채널 등화기에서는 각 부 반송파에 대한 채널 추정 값을 구하기 위해 파일럿 부 채널 위치에 대한 채널 추정 값을 보간하여 부 채널 단위의 채널 추정 값을 구하고 다시 부반송파 단위에 대해 보간하는 작업이 필요하다. 도 34는 FBMC/OQAM 시스템 주파수 과표본 영역 등화기를 나타낸 것이다.

주파수 과표본 영역에서의 반복적인 채널 추정을 수행하기 위해 다음 그림과 같은 채널 등화기의 구조를 설계하고 이를 구현한다. 도 35는 FBMC/OQAM 시스템 주파수 과표본 영역에서의 반복적인 채널 추정 및 등화기 블록도를 나타낸 것이다.

다음으로, 다중경로 페이딩 채널을 포함하는 지상파 융합방송 전송 시스템 통합 모의실험 환경 구축을 설명한다.

NIBS Simulator에서는 가장자리 부분과 헤더 위치의 부 반송파에 연속적인 파일럿 패턴을 사용하는 특징을 가짐. 하지만 FBMC/OQAM 시스템의 보조 파일럿 기법을 사용하는 경우 역 보조 파일럿-파일럿 쌍은 파일럿-보조 파일럿 쌍이 가질 수 있는 최소한의 간격인 2개의 OQAM 심볼이 요구된다. 따라서 역 보조 파일럿-파일럿 쌍과 파일럿-보조 파일럿 쌍을 조합하여 파일럿-보조 파일럿쌍 사이에서도 채널 추정이 가능하게 되어 연속적인 파일럿 배치를 가능하게 하는 Pilot Insertor의 알고리즘에 대한 연구를 수행하고 이를 구현한다. 도 36은 FBMC/OQAM 시스템의 연속적인 파일럿 패턴에 대한 Pilot Insertor 동작도이다.

본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

250 : 시그널링 분석부 252 : 서비스 분석부
254 : 정합부

Claims

융합서비스의 시그널링 메시지를 분석하는 시그널링 분석부;
상기 시그널링 분석을 통해 서비스 정보는 추출하고, 추출된 정보를 바탕으로 각 서비스 내의 asset 별 분석을 수행하는 서비스 분석부; 및
상기 시그널링 분석부와 상기 서비스 분석부를 통합하고, 통합된 분석부를 통해 각각의 분석 정보들을 사용자들이 확인할 수 있는 GUI를 디스플레이하는 정합부를 포함하여 이루어지고,
상기 시그널링 분석부는, 상기 시그널링 메시지들을 파싱(parsing)하고, 상기 시그널링 메시지는 PA 메시지, MPI 메시지, MPT 메시지를 포함하며, 상기 메시지들은 내부에 복수의 테이블로 구성되고,
상기 정합부는, 분석 정보들의 종류별로 다양한 소프트웨어 컨트롤들을 이용하여 적절한 형태의 분석 정보를 보여주고, 분석정보들을 위해 계층형 트리(tree) 컨트롤, 리스트 형태의 출력을 위한 Property Grid 컨트롤 및 원시(Raw) 데이터를 확인하기 위한 Hex View 컨트롤을 사용하며,
상기 시그널링 분석부는, 스트림 상에 포함된 상기 시그널링 메시지들을 파싱하여 시그널링 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는, 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템.
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제1항에 있어서, 상기 서비스 분석부는
NIBS 시스템의 MMTP 패킷 정보를 바탕으로 내부에 포함된 MPU 정보 분석을 통해 MPU 내에 포함된 각 서비스의 비디오나 오디오 정보의 구성을 확인하는 것을 특징으로 하는, 네트워크 독립형 융합방송 모니터링 시스템.
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