KR102186481B1 - Atsc 3.0 기반의 지상파 uhdtv 방송 전송용 임베디드 시스템 - Google Patents

Atsc 3.0 기반의 지상파 uhdtv 방송 전송용 임베디드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템에 따르면, 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드(Embedded) 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되며, ATSC 3.0 RF 신호를 수신하여 ALP(ATSC Link-layer Protocol)로 저장 및 재전송하는 기능의 장비를 통해 헤드엔드 시스템 개발에 레퍼런스 신호 생성기로 사용할 수 있고, 현재 공중파로 방송되고 있는 지상파 UHDTV 신호를 RF 튜너로 수신하여 ALP로 저장 및 재전송할 수 있는 기능을 제공하여 신호의 오류 분석에 이용 가능하고, PCAP(packet capture, 패킷 캡처) 형태로 저장된 인코더, 먹스, 스케줄러의 출력 신호를 재생할 수 있는 신호 생성기로 이용 가능한 효과가 있다.

Description

ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템{Embedded System for Transmission Terrestrial UHDTV Broadcasting BASED on ATSC 3.0}
본 발명은 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송시스템의 전송 스트림(ALP)을 수신, 저장 및 전송하는 임베디드 플랫폼 기반인 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템에 관한 것이다.
기존의 지상파, 케이블, 위성 등 디지털 TV 방송 시스템은 디지털 방송의 실시간 전송을 위해 MPEG-2 TS(Transport Stream) 전송 포맷으로 영상, 음성 및 부가데이터를 전송하고 있다.
최근에는 전세계적으로 IP 접속이 가능한 휴대용 스마트 단말기를 이용한 방송 콘텐츠의 소비가 급증하고 있으며, 방송사와 가전 업체들을 중심으로 대용량의 초고화질 UHD 방송서비스에 대한 관심이 고조되고 있다.
북미를 중심으로 제정된 ATSC 3.0 방송 표준은 지상파 방송망을 통해 대용량의 UHD 방송 콘텐츠를 전송할 수 있도록 물리계층의 전송 방식을 변경하여 전송 용량을 향상시키고, 방송 콘텐츠의 소비 패턴 변화를 수용할 수 있도록 방송망과 브로드밴드 망을 모두 이용하여 보다 효율적이고 호환성이 높은 방송 서비스 제공이 가능하도록 IP 기반의 방송 콘텐츠 전송 방식을 도입하였다.
디지털 방송 재전송 시스템은 주로 이종망간에 방송을 중계하기 위한 목적으로 사용되는 장비다.
예를 들어, 디지털 방송 재전송 시스템은 공동 주택의 안테나를 통해 수신한 디지털 지상파 또는 위성 방송을 공동 시청용 방송 공동 수신 설비를 통해 각 세대로 전송하거나, 케이블 방송국 등에서 수신한 디지털 지상파 방송을 디지털 케이블 전송망으로 재전송하기 위해 사용되고 있다.
그러나, 최근 표준화 된 ATSC 3.0 표준 기반의 디지털 방송은 변조방식, 영상 및 음성 압축 및 전송방식, 방송 시그널링 방식이 기존 디지털 방송 방식과 달라 기존의 디지털 방송 재전송 시스템을 사용할 수 없으며, ATSC 3.0을 지원하는 방송 헤드엔드(Head-end) 시스템의 개발, 시험 및 운용과 관련된 다양한 서비스 개발을 위한 레퍼런스 신호 송출 장비의 연구 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2016-0076694호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드(Embedded) 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되며, ATSC 3.0 RF 신호를 수신하여 ALP(ATSC Link-layer Protocol)로 저장 및 재전송하는 기능의 장비를 통해 헤드엔드 시스템 개발에 레퍼런스 신호 생성기로 사용할 수 있고, 현재 공중파로 방송되고 있는 지상파 UHDTV 신호를 RF 튜너로 수신하여 ALP로 저장 및 재전송할 수 있는 기능을 제공하여 신호의 오류 분석에 이용 가능하고, PCAP(packet capture, 패킷 캡처) 형태로 저장된 인코더, 먹스, 스케줄러의 출력 신호를 재생할 수 있는 신호 생성기로 이용 가능한 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템은 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되어 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 수신하여 저장 및 재전송하는 것으로, ATSC 3.0 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 수신하고, 수신된 전송 스트림을 복조 과정을 거친 후 8비트의 베이스밴드 데이터로 전환하여 임베디드부로 전달하는 튜너부 및 튜너부의 동작을 제어하며, 튜너부로부터 전달된 8비트 베이스밴드 데이터인 전송 스트림을 내부 저장부에 저장시키고, 저장된 전송 스트림에서 영상 데이터 및 음성 데이터를 추출하여 외부로 전송시키는 임베디드부가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
튜너부는 안테나를 통해 수신되는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림의 주파수로 튜닝하여 지상파 UHDTV 방송 데이터로 출력시키는 RF 튜너와; 복조기 칩이 포함되어 구성되는 것으로, RF 튜너를 통해 출력되는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송 데이터를 입력받아 8비트의 베이스밴드 데이터로 전환하여 출력시키는 복조기가 포함되어 구성될 수 있다.
임베디드부는 튜너부로부터 전달된 8비트의 베이스밴드 데이터를 파싱하여 ALP 데이터를 추출하는 프로세서부가 포함되어 구성되며; ALP 데이터는 ATSC 3.0에서 사용하는 Route, MMT, LLS가 포함되어 구성된 것으로, LLS는 화면 재생에 필요한 Signaling 데이터이고, Route와 MMT는 영상 데이터 및 음성 데이터를 저장한 세그먼트 단위의 데이터일 수 있다.
프로세서부는 추출한 ALP 데이터가 특정 시간대에 시작하여 정해진 시간동안 내부 저장부에 저장되도록 제어하며, 저장되는 데이터는 PCAP 파일 형식으로 저장될 수 있다.
프로세서부 내부 저장부에 저장된 PCAP 파일을 패킷마다 분석하여 정해진 시간과 목적지로 이더넷 패킷을 재생성하여 전송되도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템에 따르면, 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드(Embedded) 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되며, ATSC 3.0 RF 신호를 수신하여 ALP(ATSC Link-layer Protocol)로 저장 및 재전송하는 기능의 장비를 통해 헤드엔드 시스템 개발에 레퍼런스 신호 생성기로 사용할 수 있고, 현재 공중파로 방송되고 있는 지상파 UHDTV 신호를 RF 튜너로 수신하여 ALP로 저장 및 재전송할 수 있는 기능을 제공하여 신호의 오류 분석에 이용 가능하고, PCAP(packet capture, 패킷 캡처) 형태로 저장된 인코더, 먹스, 스케줄러의 출력 신호를 재생할 수 있는 신호 생성기로 이용 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 나타낸 블록도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 구성하는 튜너부를 설명하기 위한 블록도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 통한 신호생성기 과정을 설명하기 위한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 통한 데이터 저장을 설명하기 위한 도면이며,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 신호이 재생성 과정을 설명하기 위한 도면이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템을 통한 전송 신호의 오류 분석을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
ATSC 3.0은 미국 차세대 지상파 방송 규격으로 지상파 UHDTV(Ultra High Definition TeleVision) 국제 표준이 유력한 기술이며, 인터넷 프로토콜(IP) 기반으로 데이터를 전송함으로써 초고화질 영상의 전송 효율이 높고, 인터넷과 융합한 양방향 서비스가 가능해 국내에서도 차세대 방송 표준으로 검토 중이다.
국내에서는 2016년부터 실험 방송을 시작하여 세계 최초로 2017년 말부터 본 방송을 시작하였고, ATSC 3.0을 지원하는 방송 헤드엔드(Head-end) 시스템의 개발, 시험 및 운용과 관련된 다양한 서비스 개발을 위한 레퍼런스 신호 송출 장비의 필요성이 증가하고 있다.
이에 따라, ATSC 3.0 전송 기반의 프로토콜(ALP; ATSC 3.0 Link-layer Protocol)을 재생 할 수 있는 장치, ATSC 3.0 헤드엔드(Head-end) 시스템의 시험과 정합을 위해 인코더, 먹스, 스케줄러의 역할을 하는 신뢰할 수 있는 신호 발생 장치, 다채널 방송을 시험하기 위해 동시에 미디어 스트림을 재생할 수 있는 장치, RF 튜너를 통해 ATSC 3.0 신호를 직접 수신하여 ALP로 전송 또는 저장할 수 있는 장치, 재전송을 위한 스트림 발생 장치, 끊김 없는 방송 신호 발생을 위해 ATSC 3.0 지상파 신호를 수신하여 MMT/ROUTE 신호를 발생하는 장치 등이 필요하게 되었다.
본 발명의 일실시예에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되어 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 수신하여 저장 및 재전송하는 것으로, 튜너부(100) 및 임베디드부(300)가 포함되어 구성된다.
튜너부(100)는 ATSC 3.0 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 수신하고, 수신된 전송 스트림을 복조 과정을 거친 후 8비트의 베이스밴드 데이터로 전환하여 임베디드부(300)로 전달하는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이 RF 튜너(110), 복조기(130) 및 USB 인터페이스(150)가 포함되어 구성된다.
RF 튜너(110)는 안테나를 통해 수신되는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림의 주파수로 튜닝하여 지상파 UHDTV 방송 데이터로 출력시킨다.
복조기(130)는 복조기 칩으로 구성되는 것으로, RF 튜너(110)를 통해 출력되는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송 데이터를 입력받아 8비트의 베이스밴드 데이터로 전환하여 출력시키며, USB 인터페이스(150)를 통하여 임베디드부(300)로 전달한다.
임베디드부(300)는 튜너부(100)의 동작을 제어하는 것으로, 프로세서부(310), 저장부(330) 및 입력부(350)가 포함되어 구성된다.
프로세서부(310)는 USB 인터페이스(150)를 통하여 튜너부(100)로부터 전달된 8비트 베이스밴드 데이터인 전송 스트림을 HDD, SSD, Memory 등의 내부 저장부인 저장부(330)에 저장시키고, 저장된 8비트의 베이스밴드 데이터인 전송 스트림을 파싱(Parsing)하여 ALP 데이터를 추출한다.
입력부(350)는 터치스크린 형태로 구성되며, 임베디드부(300)의 기능 설정과 출력 데이터의 모니터링 등에 사용된다.
아울러, 프로세서부(310)는 저장부(330)에 저장된 전송 스트림에서 영상 데이터 및 음성 데이터를 추출하여 USB를 통하여 공유 또는 전송시키거나, 이더넷(Ethernet)을 통하여 전송시킨다.
ALP 데이터는 도 3에 나타낸 바와 같이, ATSC 3.0에서 사용하는 UDP/IP 기반 패킷에서의 Route(Real-Time Object Delivery over Unidirectional Transport), MMT(MPEG Media Transport), LLS(Low Level Signaling)인 것으로, LLS 데이터는 화면 재생에 필요한 Signaling Data 이며, Route와 MMT는 영상과 음성을 저장한 Segment 단위의 데이터이다.
임베디드부(300)는 신호 생성기로 동작할 수 있는 것으로, 튜너부(100)로부터 전달된 8비트 베이스밴드 데이터인 전송 스트림에서 RF 채널과 PLP(Physical Layer Pipes)를 선택하여 IP Level로 추출하여 PCAP(Packet Capture; 패킷 캡처)으로 저장부(330)에 저장하거나, 저장부(330)에 저장된 PCAP 데이터를 Ethernet으로 재전송하는 기능을 수행한다.
PCAP으로 저장은 도 4에 나타낸 바와 같이, 스케줄링 기능으로 특정 시간대를 예약하여 저장되도록 할 수 있는 것으로, 스케줄링 기능은 현재 수신되고 있는 전송 스트림인 ALP 데이터를 특정 시간대에 저장이 시작되도록 하여 정해진 시간동안 저장하는 기능이다.
저장되는 PCAP 파일의 이름은 yymmdd_hhmmss_ch.PCAP 형태로 저장되며 저장을 시작한 시각으로 나타낼 수 있다.
아울러, 저장하는 기간과 Bitrate가 크면 그만큼 저장되는 파일의 용량도 커지기 때문에, 파일을 나누어서 저장을 한다.
나누는 파일의 크기를 옵션으로 미리 설정을 할 수 있으며, Default 크기는 1024x1024x2048 = 2,147,483,648byte로 나누어서 저장을 한다.
저장되는 파일 크기를 크게 할 수도 있지만, 안정적인 속도가 보장되는 2GB 크기로 기본 적용하게 된다.
한편, PCAP 파일은 도 5에 나타낸 바와 같이, MAC, IP, TCP, UDP, Payload를 포함하고 있으며, 인코더, 먹스, 스케줄러의 패킷은 UDP Multicast로 구성되어 있기 때문에, 프로세서부(310)는 도 6에 나타낸 바와 같이 저장부(330)에 저장된 PCAP을 읽어와 한 패킷마다 분석하여, 정해진 시간과 목적지로 이더넷 패킷을 재생성하여 전송을 할 수 있다.
아울러, 임베디드부(300)는 능동적인 IP 필터링 기능으로써, IP 주소를 특정하여 저장할 수 있는 기능을 제공한다.
즉, 다기능 플레이어의 Ethernet을 통하여 전송 스트림이 입력되는 경우, 프로세서부(310)는 특정 IP 주소 또는 특정 MAC 주소에서 전달되는 전송 스트림만을 선택 수신하여 저장되도록 할 수 있다.
따라서, 프로세서부(310)는 전송 스트림의 패킷 헤더에서 IP주소를 추출하여 필터링 필드에 입력(입력부(350)를 통해 필터링할 IP 주소를 입력)된 IP 주소에서 오는 전송 스트림만을 추출하여 저장부(330)에 저장되도록 한다.
임베디드부(300)는 RF로 수신되는 전송 스트림을 Baseband 또는 ALP 패킷, ROUTE/MMT 패킷의 형태로 저장부(330)저장할 수 있으며, 도 7에 나타낸 바와 같이, 저장된 파일을 수신시와 동일한 조건으로 임의의 시간에 ATSC 3.0 Analysis, ATSC 3.0 Scheduler, ATSC 3.0 Mux, ATSC 3.0 Monitor 등의 다른 통신 장비에 출력하여 전송할 수 있다.
따라서, 무선으로 전송 스트림을 수신할 수 없는 환경에서도, 무선으로 전송 스트림을 수신할 수 있는 환경에서와 같은 조건으로 출력되는 전송 스트림을 전달받아 볼 수 있다.
즉, 실시간 환경에서는 데이터 량의 크기와 속도가 빨라서 전송 스트림의 오류를 분석하기가 쉽지 않기 때문에, 저장하여 재전송하는 기능을 이용하여 반복적으로 같은 데이터를 다른 통신 장비에 주기적으로 보냄으로써 오류의 패턴을 보다 쉽게 찾을 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템은 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되어 소형화(미들타워 데스크탑 PC대비 1/5 이하 수준)가 가능하므로, 전력 소모가 적다(300W PC 기준 1/20 이하 수준).
그리고, ATSC 3.0 RF 신호를 수신하여 ALP(ATSC Link-layer Protocol)로 저장 및 재전송하는 기능의 장비를 통해 헤드엔드 시스템 개발에 레퍼런스 신호 생성기로 사용할 수 있고, 현재 공중파로 방송되고 있는 지상파 UHDTV 신호를 RF 튜너로 수신하여 ALP로 저장 및 재전송할 수 있는 기능을 제공하여 신호의 오류 분석에 이용 가능하고, PCAP(packet capture, 패킷 캡처) 형태로 저장된 인코더, 먹스, 스케줄러의 출력 신호를 재생할 수 있는 신호 생성기로 이용 가능한 효과가 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 튜너부 300: 임베디드부
310: 프로세서부 330: 메모리부
350: 입력부

Claims (5)

  1. 일반 PC를 필요로 하지 않는 독립적인 임베디드 하드웨어/소프트웨어 플랫폼으로 구성되어 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 수신하여 저장 및 재전송하는 것으로,
    ATSC 3.0 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 수신하고, 수신된 전송 스트림을 복조 과정을 거친 후 8비트의 베이스밴드 데이터로 전환하여 임베디드부로 전달하는 튜너부; 및
    튜너부의 동작을 제어하며, 튜너부로부터 전달된 8비트 베이스밴드 데이터인 전송 스트림을 내부 저장부에 IP 주소를 특정하여 저장시키고, 파싱하여 추출한 ALP 데이터를 특정 시간대에 시작하여 정해진 시간동안 크기를 나누어 PCAP 파일 형식으로 저장시키며, 저장된 전송 스트림에서 영상 데이터 및 음성 데이터를 추출하여 외부로 전송시키는 임베디드부를 포함하되,
    상기 임베디드부가
    RF로 수신되는 전송 스트림을 Baseband 또는 ALP 패킷, ROUTE/MMT 패킷의 형태로 저장부(330)저장하여, 수신시와 동일한 조건으로 ATSC 3.0 Analysis, ATSC 3.0 Scheduler, ATSC 3.0 Mux, 또는 ATSC 3.0 Monitor 통신 장비에 출력하여 전송하는 것을 특징으로 한 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 튜너부는 안테나를 통해 수신되는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림을 지상파 UHDTV 방송의 전송 스트림의 주파수로 튜닝하여 지상파 UHDTV 방송 데이터로 출력시키는 RF 튜너와;
    복조기 칩이 포함되어 구성되는 것으로, RF 튜너를 통해 출력되는 ATSC 3.0을 기반으로 하는 지상파 UHDTV 방송 데이터를 입력받아 8비트의 베이스밴드 데이터로 전환하여 출력시키는 복조기가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    ALP 데이터는 ATSC 3.0에서 사용하는 Route, MMT, LLS가 포함되어 구성된 것으로, LLS는 화면 재생에 필요한 Signaling 데이터이고, Route와 MMT는 영상 데이터 및 음성 데이터를 저장한 세그먼트 단위의 데이터인 것을 특징으로 한 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서, 프로세서부 내부 저장부에 저장된 PCAP 파일을 패킷마다 분석하여 정해진 시간과 목적지로 이더넷 패킷을 재생성하여 전송되도록 하는 것을 특징으로 한 ATSC 3.0 기반의 지상파 UHDTV 방송 전송용 임베디드 시스템.
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