KR20110061309A - 소스-채널 결합 부호화 방법 및 이를 적용한 위성 방송 시스템 - Google Patents

소스-채널 결합 부호화 방법 및 이를 적용한 위성 방송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SVC(Scalable Video Coding) 비디오를 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - Satellite 2) 위성 방송 서비스에 적용하여 위성 방송 시스템의 구조 변경을 최소화하면서 강우 감쇠 문제를 해결하기 위한 소스-채널 결합 부호화 방법 및 이를 적용한 위성 방송시스템에 관한 것으로서, DVB-S2 시스템에 있어서 각 MODCOD 별로 오류없이 견딜 수 있는 AWGN(A White Gaussian Noise) 채널의 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 문턱값과 각 MODCOD 별로 지원되는 LDPC(Low Density Parity Check) 부호율 및 변조 방식을 따르는 단위 심볼당 유효 정보 비트율 Re를 통합적으로 고려하여 변조방식과 소스 부호화율을 적응적으로 선택함으로써 기상 환경에 관계없이 안정적으로 고품질의 서비스를 제공하고자 한 것이다.
위성 방송 시스템, SVC(Scalable Video Coding), DVB-S2(Digital Video Broadcasting - Satellite 2), 강우 감쇠

Description

소스-채널 결합 부호화 방법 및 이를 적용한 위성 방송 시스템{Source-channel association coding method and satellite broadcasting system using the same}
본 발명은 SVC(Scalable Video Coding) 비디오를 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - Satellite 2) 위성 방송 서비스에 적용하여 위성 방송 시스템의 구조 변경을 최소화하면서 강우 감쇠 문제를 해결하기 위한 소스-채널 결합 부호화 방법 및 이를 적용한 위성 방송시스템에 관한 것이다.
본 발명은 방송통신위원회의 IT성장동력기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-008-03, 과제명: 21GHz대역 위성방송 전송기술개발]
최근의 위성 방송 기술이 고선명, 고음질을 실현하고 다양한 부가서비스를 제공하는 고기능의 디지털 전송 방식으로 교체됨에 따라서, 기존의 DVB-S(Digital Video Broadcasting - Satellite) 시스템에서 고속데이터 전송, 양방향 데이터 전송 및 고품질의 영상을 전송할 수 있는 DVB-S2 시스템으로 발전하고 있다.
이러한 위성 방송의 경우 서비스 환경 측면에서 강우에 의한 기상 조건에 많은 영향을 받아, 기상 악화시 가용도가 저하된다는 문제점이 있다.
도 1은 무궁화 3호 위성의 Ka 대역 중계기를 기준으로 주파수에 따른 강우감쇠 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다. 도 1을 참조하면, 강우의 집중도에 따라 감쇠의 폭이 더 커짐을 알 수 있으며, 특히 20 GHz 대역의 감쇠 특성이 Ku 대역의 감쇠 특성에 비해 대략 3배 정도 크다는 것을 알 수 있다.
우리나라의 경우 연 강수량의 2/3가 여름 4개월에 집중되기 때문에, 여름철에 강우 감쇠에 의한 위성방송 서비스 품질의 저하 문제는 심각하다. 최근 우리나라의 기후가 아열대화되고 있다는 연구가 수차례 보고된 바 있으며, 이러한 기후 패턴의 변화로 연평균 강수량이 과거에 비해 상당히 증가하고 있다. 실제로, 2003년부터 2007년 사이의 강수량은 10년 전인 1993년부터 1997년 사이의 강수량에 비해 302.18 mm가 증가하였고, 최근 5년간 서울 지역의 강우감쇠 값은 1990년에서 1999년 사이의 강우감쇠에 비해 7.78 dB 증가하였다.
이러한 강우감쇠 현상에 대처하기 위한 방안으로 전력제어기법, 고정보상기법, 적응형 전송기법 등의 연구가 진행되어 왔다. 더 구체적으로, 최근 일본에서는 NHK 기술연구소를 중심으로 위상배열(Phased Array) 급전 반사경 안테나를 이용하여 격렬한 국지성 강우가 발생한 지역에만 부분적으로 송신 전력을 증가시켜 감쇠를 보상하는 가변 빔 패턴 위성방송 시스템에 관한 연구가 진행되고 있다. 미국의 DirecTV는 위성의 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power)를 증강시킴으로써 링크 가용도를 높이고 있다.
그러나, 상술한 송출 전력 또는 빔 제어 방식은 위성체 설계와 제작 시에 고려되어야 하기 때문에, 결국 요구 사항을 만족시키는 새로운 위성을 필요로 하게 되고, 기술 실현을 위한 추가적인 비용 부담이 매우 커진다. 따라서, 기존의 위성방송 시스템 구조에 대한 변경을 최소화하면서 강우감쇠 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방안에 대한 연구가 필요하다.
한편, 비디오 압축 기술로서, 다양한 환경에 적응적 비디오 서비스를 제공할 수 있는 SVC(Scalable Video Coding) 기술이 있다.
SVC는 H.264의 확장형 부호화 기술로서, 기존의 MPEG-2, MPEG-4 등에서 시도한 계층 부호화 기반의 스케일러빌리티가 갖는 압축 효율이 낮고, 복합 스케일러빌리티의 지원이 불가능하고, 구현하기 어렵다는 문제를 한꺼번에 해결하기 위하여 2007년 말에 개발되었다.
상기 SVC는 여러 개의 비디오 계층(layer)을 하나의 비트스트림으로 부호화하는 것으로서, SVC의 계층은 하나의 기저계층(BL: base layer)과 기저계층 위에 연속적으로 쌓을 수 있는 확장계층(EL: enhancement layer)으로 구성된다. 각 확장계층은 하위 계층 정보를 기반으로 각각에게 주어진 비트율(bit-rate), 화면율(frame rate), 해상도(resolution)를 최대로 표현할 수 있다. SVC에서는 확장계층을 연속적으로 많이 쌓을수록 다양한 비트율, 화면율, 해상도의 지원이 가능하기 때문에, 이종망 환경에서 발생하는 대역폭의 다양성 문제, 수신 단말기 성능과 해상도의 다양성 문제, 콘텐츠 소비자의 다양한 선호도 문제 등을 복합적으로 해결할 수 있는 UMA(Universal Multimedia Access) 환경의 멀티미디어 콘텐츠 서비스에 적 합한 부호화 기술이다.
본 발명은 LDPC(Low Density Parity Check)의 채널 부호화와 SVC의 소스 부호화를 결합하여 강우 감쇠 문제를 시스템의 구조 변경없이 효과적으로 해결할 수 있는 소스-채널 결합 부호화 방법 및 이를 적용한 위성 방송 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 채널 SNR(Signal-Noise ratio)에 변동이 있는 지를 확인하는 단계; 상기 확인 결과, 채널 SNR에 변동이 있으면, LDPC(Low Density Parity Check) 부호율 및 변조방식을 지정하는 MODCOD별로 오류없이 데이터 전송이 가능한 SNR 문턱값을 정의한 제1 테이블을 참조하여, 상기 채널 SNR에 맞는 MODCOD를 선택하는 단계; 상기 선택한 MODCOD의 단위 심볼당 유효 정보 비트율을 이용하여 소스 부호화율을 산출하는 단계; 상기 산출한 소스 부호화율을 만족하도록 입력된 비디오 프레임에서, 계층별 NAL(Network Astraction Layer) 유닛을 추출하여 패킷화하는 단계; 패킷을 묶어 BB(Baseband) 프레임으로 구성하는 단계; 및 상기 선택한 MODCOD에서 지정한 부호율 및 변조 방식으로 상기 BB 프레임을 LDPC 부호화하고 변조하는 단계를 포함하는 소스-채널 결합 부호화 방법을 제공한다.
더하여, 본 발명은 더하여, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, LDPC(Low Density Parity Check) 부호율 및 변조방식을 지정하는 MODCOD별로 오류없이 데이터 전송이 가능한 SNR(Signal-Noise ratio) 문턱값을 정의한 제1 테이블을 참조하여, 채널의 SNR에 적합한 MODCOD를 선택하고, 상기 선택한 MODCOD의 단위 심볼당 유효 정보 비트율을 이용하여 소스 부호화율을 산출하여 결정하는 제어부; 상기 제어부에서 추출한 소스 부호화율을 만족하도록, 입력된 비디오 프레임의 비트 스트림에서 계층별 NAL(Network Astraction Layer) 유닛을 추출하고, 상기 추출한 NAL 유닛을 패킷화하는 SVC(Scalale Video Coding) 추출 및 PES(Packetized Elementary Stream) 적응부; 상기 SVC 추출 및 PES 적응부에서 구성된 패킷을 BB(Baseband) 프레임으로 구성하는 모드 적응부; 및 상기 제어부에서 선택된 MODCOD에서 지원하는 부호율 및 변조방식으로 LDPC 부호화 및 변조를 수행하는 채널부호화부를 포함하는 위성 방송 수신 시스템을 제공한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 동적으로 변동하는 채널의 SNR값에 대해 최적으로 적용할 수 있는 MODCOD를 결정하고, 상기 MODCOD가 지정한 부호율 및 변조방식에 따라서 소스 부호화율와 채널 부호화율을 조정함으로써, 가우시안 잡음에 의해 동적으로 변동하는 채널 환경에서 소스 데이터가 오류의 영향을 거의 받지 않고 완벽하게 수신측에서 재생되도록 하면서, 채널의 오류에 견디기 위한 최소한의 채널 부호화율을 할당함으로써 소스 부호화율을 높일 수 있기 때문에 고품질의 비디오 서비스를 제공할 수 있으며, 이를 통하여 강우의 집중도에 따른 감쇠 문제 를 효과적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은, 강우 감쇠 문제를 해결하기 위해, 새로운 위성체를 제작하거나 위성방송 시스템의 구조를 과도하게 변경하지 않고, 단지 위성방송 송신 측에서 채널 상태에 최적인 MODCOD를 선택하는 과정과 응용단에서 PES 패킷화 처리 과정의 추가만으로 구현이 가능하다는 우수한 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 본 발명에 따른 소스-채널 부호화 방법의 기본 원리를 설명한다.
DVB-S2 표준에서는 FEC을 위한 기술로서, LDPC(Low Density Parity Check) 코드를 사용하는데, 상기 LDPC에 의해 지원이 가능한 부호율(code rate)은 총 11가지이며, 이 부호율들은 DVB-S2 시스템이 지원하는 4가지의 변조 방식인 QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK 와 적절히 조합을 이루어 총 28가지의 MODCOD를 지원한다. 아래의 표 1에 DVB-S2 시스템에서 지원이 가능한 총 28가지의 MODCOD 별로 적용이 되는 변조 방식과 LDPC 부호율의 조합을 나타낸다.
Figure 112009074218016-PAT00001
본 출원인은, 상기에 보인 28가지 MODCOD를 적용하여 LDPC 부호화 및 변조를 수행하였을 때, AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널의 SNR 변동에 따른 PER(Packet Error Rate) 성능에 대한 실험을 실시하였으며, 도 2에 그 결과를 보인다. 참고로, 도 2에서 28가지의 MODCOD는 각각 1~28의 숫자로 표시된다.
상기 PER은 TS 패킷에 대한 에러율을 의미하며, 상기 실험은, normal FEC 프레임(N=64800)을 사용하고, LDPC 디코더의 최대 반복 횟수를 40으로 설정하여 수행하였다.
도 2에 나타난 실험 결과를 보면, 28가지 MODCOD에 따라 SNR이 약 -2dB에서 16dB까지 고르게 나타남을 확인할 수 있다. 이는 다양한 채널 환경에서 적절한 MODCOD를 선택함으로써, 안정적인 전송 및 효율적인 대역폭 사용이 가능함을 보여준다.
본 발명은 상술한 결과를 바탕으로, DVB-S2 시스템에서 LDPC 인코딩(Encoding)과 매핑(Mapping)에 각각 사용될 LDPC 부호율과 변조 방식을 적응적으로 선택하도록 하고, 여기에 SVC 소스 부호화 기법을 결합함으로써, 기상에 따른 가용도 저감문제를 해결하고자 한다.
이하의 설명에서, 소스 부호화에 할당되는 데이터율을 소스 부호화율(source coding rate, Rsc[bps]), 채널 부호화에 할당되는 데이터율을 채널 부호화율(channel coding rate, Rch[bps]), 그리고 채널의 전체 가용 데이터율을 채널 데이터율(channel rate, Rtotal[bps])이라 한다.
본 발명에 의한 소스-채널 결합 부호화 방법은, 수학식 1과 같이 소스 부호화율 Rsc와 채널 부호화율 Rch의 합이 채널 데이터율 Rtotal과 같도록 최적의 소스 부호화율 Rsc를 결정한다.
Rtotal = Rsc + Rch
DVB-S2 시스템에서 상기 채널 데이터율 Rtotal은, 고정되지 않고, 채널 대역폭 BW[Hz]와, 직교 변조의 롤오프율(roll-off factor) α, 심볼율(symbol rate) Rs[symbols/sec], 그리고 각 변조 방식에 따른 단위 심볼당 비트율 Rm[bits/symbol]에 의존한다. 이 중에서 채널 대역폭 BW과, 롤오프율 α와, 심볼율 Rs는 다음의 수학식 2와 같은 관계를 갖는다.
BW = Rs(1+α)
상기 수학식 2를 참조하면, 채널 대역폭 BW가 일정할 때, 롤오프율 α에 의하여 채널의 수용 능력(capacity)인 심볼율 Rs가 결정됨을 알 수 있다. 따라서, DVB-S2 시스템에서 채널 데이터율 Rtotal은 변조 방식에만 의존하게 되며, 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Rtotal = Rs ⅹ Rm
상기 수학식 3에서 Rm은 단위 심볼당 비트율이다. 변조방식 별 성상도(constellation)를 고려하였을 때, 변조 방식 QPSK, 8PSK, 16APSK, 및 32APSK의 단위 심볼당 비트율 Rm은 각각 2, 3, 4, 5이다. 따라서, QPSK 방식에 비하여 32APSK방식에서는 2 배 이상의 채널 데이터율을 가지게 된다.
한편 DVB-S2 시스템의 각 MODCOD는 변조 방식뿐만 아니라 LDPC의 부호율(code rate) Rc[k/n]도 지정하고 있다. 각 MODCOD 별로 지원되는 LDPC 부호율 Rc를 고려했을 때, 단위 심볼당 유효 정보 비트율 Re[bits/symbol]은 다음의 수학식 4와 같다.
Re= Rm ⅹ Rc
따라서, DVB-S2 시스템에서 일정한 심볼율 Rs에 대해 소스 부호화율 Rsc는 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
Rsc = Rtotal ⅹ Rc = Rs ⅹ Rm ⅹ Rc = Rs ⅹ Re
상기 수학식 5를 참조하면, 소스 부호화율 Rsc와 유효 정보 비트율 Re는 비례함을 알 수 있다.
이어서, 도 2에 나타낸 DVB-S2 시스템에서의 MODCOD 별 PER의 측정 결과로부터 MODCOD 별로 LDPC 채널 부호화에 의해 PER이 거의 0로서 오류없이 소스 데이터를 전달할 수 있는 채널의 SNR 문턱값 SNRTh을 산출할 수 있다. 상기 도 2의 결과에서, 각 MODCOD별로 안정적인 동작을 보장하기 위하여 추가적인 가드밴드(예를 들어, 0.3dB)를 설정할 경우, MODCOD별 채널의 SNR 문턱값 SNRTh은 아래의 표 2와 같이 나타난다. 따라서, 채널의 SNR에 따라서 오류없이 소스 데이터를 전달하기 위한 MODCOD를 결정할 수 있게 된다.
MODCOD SNRTh[dB] MODCOD SNRTh[dB]
1 -1.6 15 9.9
2 -0.4 16 11.1
3 0.65 17 11.3
4 1.85 18 9.7
5 3.3 19 10.8
6 3.6 20 11.6
7 4.5 21 12.1
8 5.1 22 13.2
9 5.6 23 13.55
10 6.55 24 13.5
11 6.75 25 14.25
12 7.15 26 15.0
13 7.3 27 16.0
14 8.55 28 16.3
상술한 내용을 통합하면, 본 발명에 의한 소스-채널 결합 부호화 방법은, DVB-S2 시스템에 있어서 각 MODCOD 별로 오류없이 견딜 수 있는 AWGN 채널의 SNR 문턱값과 각 MODCOD 별로 지원되는 LDPC 부호율 및 변조 방식을 따르는 단위 심볼당 유효 정보 비트율 Re를 통합적으로 고려하여 변조방식과 소스 부호화율을 적응적으로 선택함으로써 기상 환경에 관계없이 안정적으로 고품질의 서비스를 제공하고자 한 것이다. 즉, 채널의 SNR 값이 동적으로 변동할 때, 채널의 SNR에 따라서 적절한 MODCOD를 설정하면서, 채널에 할당될 채널 부호화율과 소스에 할당될 소스 부호화율을 적응적으로 변화시키도록 한다. 이때, 각 MODCOD별 지원되는 LDPC 부호율 및 변조방식은 DVB-S2 표준을 따르고, 유효 정보 비트율 Re는 MODCOD에 따라 달라진다. 상기 유효 정보 비트율 Re는, 채널의 SNR 변동에 따라 가변되는데, 도 3에 채널의 SNR 문턱값 대비 유효 정보 비트율 Re의 관계를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 채널의 SNR 문턱값 SNRTh 대비 유효 정보 비트율 Re는 거의 선형적인 관계를 보임을 알 수 있으며, 본 발명에 의한 소스-채널 결합 부호화 방법은 이러한 특성을 이용한다. 즉, 채널의 SNR이 증가하면 MODCOD 값을 증가시켜 유효 정보 비트율 Re를 증가시키고, 반대로 채널의 SNR이 감소하면 MODCOD 값을 감소시켜 유효 정보 비트율 Re를 감소시키는 대신 오류에 강인한 특성을 갖도록 한다.
이에 의하여, 본 발명에 의한 소스-채널 결합 부호화 방법은, 강우 감쇠가 심할 경우에는 채널 부호화에 더 많은 대역폭을 할당하여 안정적이고 신뢰성 있는 전송 서비스를 제공하고, 채널 환경이 좋을 경우에는 소스 부호화에 더 많은 대역폭을 할당하여 고화질의 비디오를 제공할 수 있게 된다.
도 4는 상술한 기본 원리에 따른 본 발명의 소스-채널 결합 부호화 방법의 처리 과정을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하여 본 발명에 의한 소스-채널 결합 부호화 방법을 설명하면 다음과 같다.
위성 방송 송출을 위하여 DVB-S2 시스템으로 송출할 비디오 프레임이 차례로 입력되는데, 이렇게 비디오 프레임이 입력되면(S41), 먼저 상기 입력된 비디오 프레임이 새로운 GOP(Group of Picture)의 시작인지를 확인한다. 즉, 상기 입력된 비디오 프레임이 key-picture인지를 확인한다(S42).
그리고, 위성 방송 채널의 SNR에 변동이 있는 지를 확인한다(S43). 상기 채널의 SNR은 위성 방송 시스템의 수신단에서 추정되어 리턴 채널을 통하여 송신단으로 전달되는 정보를 통해 확인할 수 있다.
상기의 확인 결과, 입력된 비디오 프레임이 key-picture가 아니거나, 채널의 SNR에 변동이 없으면, 현재 설정된 MODCOD와 소스 부호화율을 변경하지 않고 그대로 유지한다(S48).
상기 확인 결과, 입력된 비디오 프레임이 key-picture이고, 채널의 SNR에 변동이 있으면, 변경된 SNR에 맞게 MODCOD와 소스 부호화율을 결정하기 위해서 단계(S44) 내지 단계(S47)을 수행한다.
즉, 상기 표 2와 같은 MODCOD별로 오류없이 데이터 전송이 가능한 SNR 문턱값을 정의한 테이블을 참조하여, 현재 채널의 SNR을 넘지 않은 최대 SNR 문턱값
Figure 112009074218016-PAT00002
을 추출한다(S44). 그리고 나서, 채널의 SNR 문턱값과 단위 심볼당 유효 정보비트율의 관계(도 4 참조)로부터, 상기 SNR 문턱값
Figure 112009074218016-PAT00003
을 넘지않는 문턱값 SNRTh 중에서 가장 큰 단위 심볼당 유효 정보비트율 Re값에 대응하는 SNR 문턱값을 최적의 SNR 문턱값
Figure 112009074218016-PAT00004
으로 추출한다(S45). 그리고, 상기 최적의 SNR 문턱값
Figure 112009074218016-PAT00005
에 대응하는 MODCOD를 상기 MODCOD별로 오류없이 데이터 전송이 가능한 SNR 문턱값을 정의한 테이블을 참조하여 선택한다. 이어서, 상기 선택된 MODCOD에 따른 단위 심볼당 유효 정보비트율 Re를 수학식 5에 적용하여 소스 부호화율 Rsc를 구하여 설정하고, 상기 설정한 소스 부호화율 Rsc를 만족하면서 SVC 비트스트림을 추출하기 위한 DID, TID, QID의 추출 지점을 파악하여 지정한다(S47). 상기 단계들(S44~S47)을 통해 현재 채널의 SNR에 맞는 MODCOD(변조방식 및 채널 부호화율)와 소스 부호화율이 설정된다.
이상과 같이, MODCOD 및 소스 부호화율이 설정되면, 단계(S49~S52)와 같이 상기 설정된 MODCOD 및 소스 부호화율에 따라서 소스 부호화 및 채널 부호화를 수행한다.
더 구체적으로 설명하면, SVC 비트스트림에서 상기 지정된 DID, TID, QID 추출 지점에 해당하는 기저 계층 및 향상 계층을 구분하여 NAL 유닛을 추출한다(S49).
이어서, 상기 추출된 기저 계층 및 향상 계층의 NAL 유닛을 PES 패킷으로 구성한 후, 상기 PES 패킷을 MPEG TS 패킷으로 구성한다(S50).
이어서, 상기 TS 패킷을 묶어 일정 크기의 BB(Baseband) 프레임을 구성한다(S51).
이후, 상기 BB 프레임에 대하여, 상기 설정된 MODCOD가 지정하는 부호율에 의하여, LDPC 인코딩을 수행하고, 상기 설정된 MODCOD가 지정하는 변조방식에 따라서 변조하여, 채널 부호화를 수행한다(S52).
이상의 단계들(S41~S42)은, 매 비디오 프레임에 대하여 반복적으로 이루어진다.
다음으로, 도 5는 본 발명에 따른 위성 방송 시스템의 구조를 나타낸다. 도 5의 도시에 있어서, 본 발명에 따른 소스-채널 결합 부호화 처리와 관련된 송신단의 구성만을 나타내었다.
이를 참조하면, 본 발명에 의한 위성 방송 시스템은, 제어부(10)와, SVC 추출 및 PES 적응부(20)와, 모드 적응부(30)와, 채널부호화부(40)를 포함한다.
상기 SVC 추출 및 PES 적응부(20)는, SVC 추출부(21)와 PES 패킷화부(22)와 TS 패킷화부(23)를 포함하고, 상기 채널부호화부(40)는, LDPC 인코딩부(41)와 매핑부(42)를 포함한다.
상기 제어부(10)는 리턴 채널을 통해 위성 방송 신호의 수신단으로부터 현재의 채널 SNR을 획득하여, 이전에 획득한 채널의 SNR과 비교하여 변동이 있는 지를 판단한다. 상기 판단 결과, 변동이 있으면, 상기 현재의 채널 SNR에 적합한 MODCOD 및 소스 부호화율을 결정한다. 상기 MODCOD 및 소스 부호화율의 결정 과정에 대해서 더 구체적으로 설명하면, 상기 현재의 채널 SNR 을 넘지 않는 MODCOD별 SNR 문턱값중에서 최대의 SNR 문턱값을 추출한 후, 상기 최대의 SNR 문턱값을 넘지 않는 SNR 문턱값 중에서 가장 큰 단위 심볼당 유효 정보 비트율 Re을 갖는 SNR 문턱값을 최적의 SNR 문턱값으로 추출하고, 상기 최적의 SNR 문턱값을 갖는 MODCOD를 선택하고, 상기 MODCOD의 단위 심볼당 유효 정보 비트율 Re을 이용하여 수학식 5를 통해 소스 부호화율 Rsc를 산출한다. 더하여, 상기 제어부(10)는 상기 산출한 소스 부호화율 Rsc를 만족하면서 SVC 비트스트림을 추출하기 위한 추출지점(DID, TID, QID)을 파악한다.
상기 SVC 추출 및 PES 적응부(20)는, 상기 제어부(10)의 제어에 따라서 소스 부호화율을 만족하도록 SVC 비트스트림의 계층별로 추출하여, 패킷화한다. 더 구체적으로는, 상기 SVC 추출부(21)가 입력된 비디오 프레임, 즉, SVC 압축 비트스트림으로부터 상기 제어부(10)에 의해 결정된 추출 지점(DID, TID, QID)에 해당하는 기저 계층 및 향상 계층의 NAL 유닛을 구분하여 추출한다. 여기서, 기저 계층은 저해상도 방송 서비스 제공을 위해 CIF(Common Intermediate Format) 또는 SD(Standard Definition) 급 해상도를 지원하고, 향상 계층에서는 고해상도 방송 서비스를 위해 4CIF 또는 HD(High Definition)급 이상의 해상도를 지원한다. 각각 기본계층과 향상계층으로 분리된 NAL 유닛들은, 상기 PES 패킷화부(22)에서 각 비디오 계층 별로 PES 패킷으로 패킷화 되고, 상기 PES 패킷은 TS 패킷화부(23)에서 MPEG-2 TS패킷으로 패킷화된다.
다음으로, 상기 모드 적응부(30)는, 상기 TS 패킷을 입력 받아 여러 개의 TS 패킷을 묶어 일정 크기의 BB(Base-band) 프레임을 만든다.
이어, 상기 채널 부호화부(40)는, 상기 BB 프레임에 대한 LDPC 인코딩 및 변조를 수행하는데, 구체적으로, 상기 LDPC 인코딩부(41)가 상기 제어부(10)에서 결정된 MODCOD에 따른 부호화율로 상기 BB 프레임을 LDPC 부호화하고, 이어서, 매핑부(42)를 통해 상기 MODCOD에 따른 변조 방식으로 변조하여 AGWN 채널을 통해 수신 측에 전송한다.
상술한 과정을 통하여, 강우 환경에 따라서 채널 환경이 동적으로 변화되더라도, 변화된 채널 환경에 맞추어, 소스 부호화 및 채널 부호화가 이루어진다. 더 구체적으로는, 채널의 SNR이 증가하면 MODCOD 값을 증가시켜 유효 정보 비트율 Re를 증가시킴으로써 소스 부호화율을 증가시키고, 반대로 채널의 SNR이 감소하면 유효 정보 비트율 Re를 감소시켜 소스 부호화율을 감소시킴으로써 오류에 강인한 특성을 갖도록 한다. 상기에 의하여, 본 발명은, 소스 데이터가 오류의 영향을 거의 받지 않고 완벽하게 수신측에서 재생될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 무궁화 3호 위성의 Ka 대역 중계기를 기준으로 주파수에 따른 강우감쇠 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 DVB-S2 시스템에 있어서, MODCOD별 PER 곡선을 나타난 그래프이다.
도 3은 DVB-S2 시스템에 있어서, MODCOD별 SNR 변동 단위 심볼당 유효 정보비트율의 관계를 보인 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 소스-채널 결합 부호화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 위성 방송 시스템의 송신단 구성을 나타낸 블록도이다.

Claims (16)

  1. 채널 SNR(Signal-Noise ratio)에 변동이 있는 지를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 채널 SNR에 변동이 있으면, LDPC(Low Density Parity Check) 부호율 및 변조방식을 지정하는 MODCOD별로 오류없이 데이터 전송이 가능한 SNR 문턱값을 정의한 제1 테이블을 참조하여, 상기 채널 SNR에 맞는 MODCOD를 선택하는 단계;
    상기 선택한 MODCOD의 단위 심볼당 유효 정보 비트율을 이용하여 소스 부호화율을 산출하는 단계;
    상기 산출한 소스 부호화율을 만족하도록 입력된 비디오 프레임에서, 계층별 NAL(Network Astraction Layer) 유닛을 추출하여 패킷화하는 단계;
    패킷을 묶어 BB(Baseband) 프레임으로 구성하는 단계; 및
    상기 선택한 MODCOD에서 지정한 부호율 및 변조 방식으로 상기 BB 프레임을 LDPC 부호화하고 변조하는 단계를 포함하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    비디오 프레임이 입력되면, 상기 비디오 프레임이 새로운 GOP(Group of Picture)의 시작인지를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 판단 결과 새로운 GOP의 시작인 경우 상기 채널 SNR에 변동이 있는 지 를 확인하는 단계를 수행하도록 하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    채널 SNR에 변동이 없거나, 입력된 비디오 프레임이 새로운 GOP의 시작이 아니면, 설정되어 있는 MODCOD 및 소스 부호화율을 그대로 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 채널 SNR에 맞는 MODCOD를 선택하는 단계는,
    상기 제1 테이블에서 상기 채널 SNR을 넘지 않는 최대의 SNR 문턱값을 추출하는 단계;
    SNR 문턱값과 단위 심볼당 유효 정보 비트율의 관계로부터, 상기 최대의 SNR 문턱값을 넘지 않으면서 단위 심볼당 유효 정보 비트율이 가장 높은 SNR 문턱값을 최적의 SNR 문턱값으로 추출하는 단계; 및
    상기 최적의 SNR 문턱값에 대응하는 MODCOD를 상기 제1 테이블에서 추출하는 단계를 포함하여 이루어지는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소스 부호화율을 산출하는 단계는,
    Rsc =RsⅹRs(여기서, Rsc는 소스 부호화율이고, Rs는 심볼율이고, Rs는 단위 심볼당 유효 정보 비트율이다.)
    에 의하여 소스 부호화율을 산출하는 것을 특징으로 하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계층별 NAL 유닛을 추출하기 전에, 상기 SVC 상기 산출한 소스 부호화율을 만족하는 추출 지점(TID, DID, QID)를 파악하는 단계를 더 포함하고,
    상기 추출지점으로부터 계층별 NAL 유닛을 추출하도록 하는 것을 특징으로 하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 테이블에서 각 MODCOD별 SNR 문턱값은, MODCOD별로 오류 없이 데이터 전송이 가능한 최소의 SNR 값에 안정적인 동작을 보장하기 위한 가드 밴드를 더하여 설정하는 것을 특징으로 하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 채널 SNR은 리턴 채널을 통해 수신단으로부터 전송된 정보로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 소스-채널 결합 부호화 방법.
  9. LDPC(Low Density Parity Check) 부호율 및 변조방식을 지정하는 MODCOD별로 오류없이 데이터 전송이 가능한 SNR(Signal-Noise ratio) 문턱값을 정의한 제1 테이블을 참조하여, 채널의 SNR에 적합한 MODCOD를 선택하고, 상기 선택한 MODCOD의 단위 심볼당 유효 정보 비트율을 이용하여 소스 부호화율을 산출하여 결정하는 제어부;
    상기 제어부에서 추출한 소스 부호화율을 만족하도록, 입력된 비디오 프레임의 비트 스트림에서 계층별 NAL(Network Astraction Layer) 유닛을 추출하고, 상기 추출한 NAL 유닛을 패킷화하는 SVC(Scalale Video Coding) 추출 및 PES(Packetized Elementary Stream) 적응부;
    상기 SVC 추출 및 PES 적응부에서 구성된 패킷을 BB(Baseband) 프레임으로 구성하는 모드 적응부; 및
    상기 제어부에서 선택된 MODCOD에서 지원하는 부호율 및 변조방식으로 LDPC 부호화 및 변조를 수행하는 채널부호화부를 포함하는 위성 방송 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제1 테이블에서 상기 채널 SNR을 넘지 않는 최대의 SNR 문턱값을 추출한 후, SNR 문턱값과 단위 심볼당 유효 정보 비트율의 관계로부터, 상기 최대의 SNR 문턱값을 넘지 않으면서 단위 심볼당 유효 정보 비트율이 가장 높은 SNR 문턱값을 최적의 SNR 문턱값으로 추출하고, 상기 최적의 SNR 문턱값에 대응하는 MODCOD를 상기 제1 테이블에서 추출하여, 채널 SNR에 적합한 MODCOD를 설정하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    Rsc =RsⅹRs(여기서, Rsc는 소스 부호화율이고, Rs는 심볼율이고, Re는 단위 심볼당 유효 정보 비트율이다.)
    에 의하여 소스 부호화율을 산출하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 산출한 소스 부호화율을 만족하는 추출 지점(TID, DID, QID)를 파악하여 상기 SVC 추출 및 PES 적응부에 제공하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 테이블에서 각 MODCOD별 SNR 문턱값은, MODCOD별로 오류 없이 데이터 전송이 가능한 최소의 SNR 값에 안정적인 동작을 보장하기 위한 가드 밴드를 더하여 설정되는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 리턴 채널을 통해 수신단으로부터 전송된 정보로부터 채널 SNR을 획득하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 SVC 추출 및 PES 적응부는
    상기 제어부의 제어에 따라서, 입력된 비디오 프레임의 비트스트림에서 계층별 NAL 유닛을 추출하는 SVC 추출부;
    상기 SVC 추출부에서 추출된 NAL 유닛으로부터 계층별로 PES 패킷을 생성하는 PES 패킷화부; 및
    상기 PES 패킷화부에서 출력된 PES 패킷으로부터 계층별 MPEG TS 패킷을 생 성하는 TS 패킷화부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 채널부호화부는
    상기 제어부의 제어에 따른 부호율로 상기 BB 프레임을 LDPC 부호화하는 LDPC 인코딩부; 및
    상기 제어부의 제어에 따른 변조방식으로 상기 LDPC 인코딩부로부터 출력된 데이터를 변조하는 매핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 시스템.
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