WO2013129724A1 - 초고화질 영상 컨텐츠 편집 및 재생을 위한 입출력 시스템 - Google Patents

초고화질 영상 컨텐츠 편집 및 재생을 위한 입출력 시스템 Download PDF

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WO2013129724A1
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최병호
김동순
김제우
신화선
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전자부품연구원
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Definitions

  • the present invention relates to an input / output system for an ultra high definition image, and more particularly, to receive an ultra high definition image signal from an external device in real time, and to process an ultra high definition image that can output a processed ultra high definition image signal. It relates to an input / output system.
  • SD supports resolution of 704 ⁇ 480 and is composed of 350,000 pixels
  • Full-HD of HD supports 1920 ⁇ 1080 resolution and 2 million pixels, which provides much higher image quality than SD.
  • UHD TVs Ultra HDTVs
  • UHD content has 4K (3840x2160) / 8K (7680x4320) resolution and 22.2 channels of surround audio.
  • the problem to be solved by the present invention is to propose a broadcast equipment for storing input and output UHD content.
  • An object of the present invention is to propose a system for converting data having various resolutions into UHD data.
  • Another object of the present invention is to propose a method of increasing data conversion speed by processing received data in a separate editing device.
  • a system for converting data having various resolutions into UHD data includes a content input / output device for providing data provided from a data providing device to an editing device, and providing data provided from the editing device to a content reproducing device. And an editing device converting the data provided from the content input / output device into UHD data and providing the same to the content input / output device.
  • the UHD conversion system of the present invention receives data from a data providing device, encodes the data received from the digital input / output unit for providing UHD content to the content reproducing device, the data received from the digital input / output unit, or encodes the converted UHD data.
  • a decoding unit for decoding, multiplexing or demultiplexing audio and video data input through multiple channels, an AV processor for delivering the synchronized data to the PCIe processor, and temporarily storing the synchronized data received from the AV processor.
  • a PCIe process unit; and a content input / output device comprising: an editing device for editing data received from the content input / output device.
  • the UHD conversion system converts data having various resolutions into UHD data and provides the UHD reproducing apparatus.
  • the present invention can reduce the load on the content input and output device by processing data in a separate editing device, or by compressing / encoding the received data.
  • FIG. 1 illustrates an input / output system for an ultra high definition image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a content input / output device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates a configuration of an editing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating in detail the configuration of a content input / output device and an editing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is another diagram illustrating a configuration of a content input / output device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows specifications of an input / output system for an ultra high definition image according to an embodiment of the present invention.
  • broadcasting equipment for UHD storage requires the following technology.
  • Lossless image compression technology is based on JPEG-LS with ISO / IEC 14495-1 / 2 or FFV1 algorithm with high compression ratio, and develops algorithm that improves compression ratio while keeping complexity to a minimum.
  • the compression ratio will be increased by using the interplane correlation between R / G / B.
  • UHD content especially 8K video
  • visual lossless video compression technology for editing is also developed.
  • Low complexity high efficiency lossless audio codec technology allows lossless audio compression codec with 1023 ch maximum supportable channels, 8, 16, 24, 32 bits, IEEE 32-bit floating point, maximum sampling frequency 192 kHz Improved low complexity performance based on MPEG-4 ALS for higher scalability and higher quality audio
  • the lossless compression method is applied to the channel of high importance, and the existing loss compression method is applied to the channel of the less important channel, which enables the audio service to be of significantly higher quality than the conventional lossy audio compression method.
  • HD-to / from-UHD video conversion technology video zoom technology
  • FIG. 1 illustrates an input / output system for an ultra high definition image according to an embodiment of the present invention.
  • an input / output system for an ultra high definition image according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
  • an input / output system for an ultra high definition image includes a data (content) providing device, a content input / output device, an editing device, and a content reproducing device.
  • a data (content) providing device includes a data (content) providing device, a content input / output device, an editing device, and a content reproducing device.
  • the data providing device 100 includes a multi-channel audio input device, an HD / UHD video camera, an HD-VTR, and the like, and transmits data including an audio signal or a video signal to the content input / output device 110.
  • the content reproducing apparatus 130 includes a video device, a UHDTV, a monitor, and a multichannel audio reproducing apparatus, and reproduces an audio signal or a video signal provided from the content input / output device 110.
  • the content input / output device 110 receives an audio signal or a video signal from the data providing device 100, and provides the processed audio signal or the video signal to the content reproducing device 130 if necessary.
  • the content input / output device 110 provides an audio or video signal provided from the data providing device 100 to the editing device 120 when necessary.
  • the editing device 120 edits an audio or video signal provided from the content input / output device 110 in a set manner and provides the content to the content input / output device 110.
  • the editing device 120 includes a storage device for temporarily storing the audio or video signal provided from the content input / output device 110 or temporarily storing the edited audio or video signal.
  • the operation performed by the editing apparatus 120 variably adjusts the frames per second (fps), the resolution, and the number of audio channels.
  • FIG. 2 is a block diagram of a content input / output device according to an embodiment of the present invention.
  • a configuration of a content input / output device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
  • the content input / output device includes a digital input / output unit, an encoding / decoding unit, an MCU control unit, a control SW unit, a PCIe processor unit, and an A / V processor unit.
  • a digital input / output unit includes a digital input / output unit, an encoding / decoding unit, an MCU control unit, a control SW unit, a PCIe processor unit, and an A / V processor unit.
  • a digital input / output unit includes a digital input / output unit, an encoding / decoding unit, an MCU control unit, a control SW unit, a PCIe processor unit, and an A / V processor unit.
  • the digital input / output unit 250 is capable of SDI input / output, optic input / output, and HDMI input / output interface, and each input / output module is configured to be easily applied according to the change of the external interface in the future.
  • the Optic video interface module includes a configuration for converting an electrical signal into an optical signal and converting the optical signal into an electrical signal.
  • the SDI I / O module needs to be able to use up to 24 channels of audio as well as video, so it can handle 8 audios per IC.
  • the HDMI input / output module is a video, audio and video interface based on compression, losslessness.
  • the A / V processor 240 is responsible for parallel distributed recording and playback.
  • the A / V processor 240 multiplexes / demultiplexes audio and video data input through multiple channels, and temporarily synchronizes the input audio and video data. Save as.
  • the data finally synchronized and integrated in the A / V processor 240 is transmitted / received to the PCIe processor 230 according to the A / V control signal.
  • the PCIe processor 230 for transmitting and storing a large amount of high-speed data is converted into a PCIe Transaction Layer format and transmitted to the PC through the PCIe Lane. When outputting, it performs a reverse routine on the above input sequence and sends video and audio data to the A / V processor.
  • the control SW unit 220 controls the entire content input / output device and is composed of a plurality of blocks.
  • Register control block can control Internal Register, PCIe Register, MCU Register, and when multiple boards are installed, it is configured to facilitate the system equipped with multiple UHD boards by selecting the board.
  • the DMA control block is a block for setting the PCI Express DMA memory size, and because the memory size allocated to PCI Express is different according to the PC system, it is configured variably according to PC and OS.
  • the Capture block controls the software and hardware settings at the time of capture. When you select the video input source, select the location where the file is to be saved and press the start button, the file save process is performed and the DMA count or file save count information is monitored. have.
  • the display file control block controls the software and hardware settings during play. Selecting the file source, selecting the file to load, and pressing the start button plays the playback process.
  • the MCU controller 210 sets and controls initial registers of the peripheral IC and the FPGA.
  • the encoding unit 200 encodes or decodes a digital signal provided from the digital input / output unit.
  • FIG. 3 illustrates a configuration of an editing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration of an editing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
  • the editing apparatus includes an editing SW-based framework, an image converter, a video codec, an audio codec, and a file format unit.
  • an editing SW-based framework an image converter
  • a video codec an audio codec
  • a file format unit a file format unit
  • the editing SW-based framework 300 is located at an upper end of the image converter 310, the video codec 320, the audio codec 330, and the file format unit 340, and controls the operation of the configuration.
  • the image converter 310 converts the image captured by the capture unit in a set manner. That is, the image converter 310 converts the captured image into a UHD image.
  • the video codec 320 compresses the video captured by the capture unit
  • the audio codec 330 compresses the audio captured by the capture unit.
  • Bitstreams are mainly stored using the material exchange format (MXF), which is the SMPTE standard for compressed video.
  • MXF Material exchange Format
  • SMPTE Society of Motion Pictures
  • Television Engineers is a file storage format standard standardized by the 377M.
  • broadcast production and editing environment was a linear structure, but in the digital age, a non-linear (NLE) structure was possible, and mutual compatibility became important.
  • the file format unit 340 changes the MXF file format, which is a method requested by the standard as described above.
  • FIG. 4 is another diagram illustrating in detail a configuration of a content input / output device and an editing device according to an embodiment of the present invention.
  • a configuration of a content input / output device and an editing device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4.
  • the content input / output device and the editing device include an optical input interface module, an input interface module, a parser, a preprocessing module, a UHD video / audio compression (coding) module, a packetizer, an inverse packetizer, and a UHD video / audio playback ( Or decoding) module, post-processing module, formatter, optical output interface module, output interface module, UHD F / F module, storage media controller, main controller, and storage medium.
  • coding UHD video / audio compression
  • Or decoding UHD video / audio playback
  • the optical input interface module 400 receives UHD data from an external device.
  • the input interface module 420 receives SDI and HDMI data from an external device.
  • Parser 402 edits data received from optical input interface module 400 or interface module 420.
  • the preprocessing module 404 performs preprocessing on the data edited from the parser 402.
  • the preprocessing may include a coding process for the received data.
  • the UHD video / audio compression (encoding) module 406 compresses the data preprocessed by the preprocessing module 404.
  • the compressed data is provided to the packetizer 408.
  • the packetizer 408 packetizes the compressed data.
  • Packetized data is provided to the UHD F / F module 422.
  • the UHD F / F module 422 converts the data received from the packetizer 408 into UHD data and stores the converted UHD data.
  • the stored UHD data is forwarded to the reverse packetizer 410 when necessary.
  • the depacketizer 410 converts the received UHD packet data into general data.
  • the UHD video / audio playback (decoding) module 412 decompresses the received data, and the post-processing module 414 performs a decoding process on the received data.
  • the formatter 416 converts the data subjected to the decoding process into a set format and then provides the data to the external playback apparatus through the optical output interface module 418 or the output interface module 420.
  • the storage media controller 424 controls the data processed by the UHD file format module 422. That is, the storage media controller 424 controls to store the data processed by the UHD F / F module 422 in the storage medium 430.
  • the main controller 428 controls the overall operation of the editing apparatus.
  • the storage medium 430 temporarily stores data processed by the UHD F / F module 422 according to a command of the storage media controller 424.
  • FIG. 5 is another diagram illustrating a configuration of a content input / output device according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration of the content input / output device will be described in detail with reference to FIG. 5.
  • the content input / output device includes an HD / SD SDI input port, an HD / SD SDI output port, a USB port, a plurality of storage media, a plurality of chips, a power socket, a power supply unit, a genlock input unit, and a genlock output unit. do.
  • other configurations other than the above-described configuration may be included in the content input and output device.
  • the HD / SD SDI input port 500 is a port for receiving an HD or SD image from the outside
  • the HD / SD SDI output port 506 is a port for outputting an HD or SD image to the outside.
  • the USB port 520 is a port for receiving or outputting an image using a USB.
  • the plurality of chips 508, 510, 512, and 514 may include a video encoding chip, a video decoding chip, an audio encoding chip, an audio decoding chip, and a firmware chip, and may perform a plurality of functions in one chip. That is, audio encoding and decoding may be simultaneously performed in the video encoding chip.
  • Each chip uses memories such as DDR3 516 and FPGA PROM 516 to securely store the data it needs.
  • the power socket 526 is a socket to which power is supplied to the outside, and the power 524 drives the content input / output device using power supplied through the power socket.
  • Genlock is used to synchronize 4K boards. For example, if two 4K boards are mounted to implement 4K stereoscopic video, the Genlock module is responsible for the synchronization between the left and right 4K images.
  • the genlock input unit 502 inputs a genlock signal, and the genlock output unit 504 outputs a genlock signal.
  • the PCI-E 522 is in charge of the PCIe bus and is responsible for transmitting and receiving large UHD data.
  • FIG. 6 illustrates specifications of an input / output system for an ultra high definition image according to an embodiment of the present invention.
  • the specifications of the input / output system for the ultra-high definition video are classified into a video input / output, a supported format, a PC interface, a storage, a communication / UI, a PC specification, and the like.
  • Video I / O is composed of input, output, resolution, and audio items. Supported formats are divided into video and audio items, and PC interface is divided into I / O and I / O speed items. Storage is divided into storage media / capacity and storage speed. Communication / UI is divided into communication and UI.
  • Figure 6 describes the specifications according to each item in detail. Of course, the specification shown in Figure 6 is only one embodiment, it is possible to replace other specifications in addition to the specification shown.
  • 100 content providing apparatus
  • 110 content input / output unit

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Abstract

본 발명은 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고화질의 영상 신호를 외부장치로부터 입력받아 실시간 처리하며, 처리한 초고화질의 영상 신호를 출력할 수 있는 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 다양한 해상도를 갖는 데이터를 UHD 데이터로 변환하는 시스템은 데이터 제공 장치로부터 제공받은 데이터를 편집 장치로 제공하며, 상기 편집 장치로부터 제공받은 데이터를 컨텐츠 재생 장치로 제공하는 컨텐츠 입출력 장치, 상기 컨텐츠 입출력 장치로부터 제공받은 데이터를 UHD 데이터로 변환하여 상기 컨텐츠 입출력 장치로 제공하는 편집 장치를 포함한다.

Description

초고화질 영상 컨텐츠 편집 및 재생을 위한 입출력 시스템
본 발명은 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고화질의 영상 신호를 외부장치로부터 입력받아 실시간 처리하며, 처리한 초고화질의 영상 신호를 출력할 수 있는 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템에 관한 것이다.
영상기술이 아날로그에서 디지털 방식으로 변화하면서 더 실제화면과 가까운 영상을 제공하기 위해 SD에서 HD로 발전해왔다. SD는 704×480의 해상도를 지원하고 35만 픽셀 정도로 구성되며, HD 중 Full-HD는 1920×1080의 해상도를 지원하며 200만 픽셀로 구성되어 SD에 비해 상당한 고화질이 영상을 제공한다.
현재 상용 서비스 중인 HDTV 이후에 예측 가능한 가장 실현성이 높이 차세대 미디어 한경의 핵심은 초고화질 및 초고해상도 영상 서비스이다. 미국을 비롯한 세계 영화 산업계는 디지털 시네마라는 새로운 디지털 영화를 2006년부터 본격적으로 제작 및 상영하고 있다. 초기에는 HDTV(1920x1080) 와 동일한 해상도인 2K (2048x1080) 크기의 디지털시네마가 주류였지만, 2009년 이후는 4K (4096x2160) 해상도 및 최대 16채널 오디오가 주류가 될 것이 확실시 되고 있다.
한편 디지털 방송 분야에서 차세대 방송으로 UHD TV(Ultra HDTV)가 유력시 되고 있고, UHD 콘텐츠는 4K(3840x2160)/8K(7680x4320) 해상도와 22.2 채널의 서라운드 오디오를 갖고 있다.
2008년에 일본 정부는 2015년에 UHDTV를 차세대 디지털 방송 표준으로 정하겠다는 계획을 발표하였다. 따라서 차세대 디지털 방송을 비롯한 미디어 환경을 미리 준비하기 위해서는 UHD 콘텐츠의 캡쳐, 저장, 편집, 및 재생 기술이 필수적이라고 볼 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 입출력이 가능한 UHD 콘텐츠 저장용 방송장비를 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 수신한 다양한 해상도를 갖는 데이터를 UHD 데이터로 변환하는 시스템을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 수신한 데이터를 별도의 편집 장치에서 처리함으로써 데이터 변환 속도를 높일 수 있는 방안을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 다양한 해상도를 갖는 데이터를 UHD 데이터로 변환하는 시스템은 데이터 제공 장치로부터 제공받은 데이터를 편집 장치로 제공하며, 상기 편집 장치로부터 제공받은 데이터를 컨텐츠 재생 장치로 제공하는 컨텐츠 입출력 장치, 상기 컨텐츠 입출력 장치로부터 제공받은 데이터를 UHD 데이터로 변환하여 상기 컨텐츠 입출력 장치로 제공하는 편집 장치를 포함한다.
이를 위해 본 발명의 UHD 변환 시스템은 데이터 제공 장치로부터 데이터를 제공받으며, 컨텐츠 재생 장치로 UHD 컨텐츠를 제공하는 디지털 입출력부, 상기 디지털 입출력부로부터 전달받은 데이터를 부호화하거나, 변환된 UHD 데이터를 부호화 및 복호화하는 부복호화부, 다채널로 입력되는 오디오 및 비디오 데이터를 다중화하거나 역다중화하며, 동기화된 데이터를 PCIe 프로세스부로 전달하는 AV 프로세스부, 상기 AV 프로세스부로부터 전달받은 동기화된 데이터를 임시 저장하도록 지시하는 PCIe 프로세스부;를 포함함을 특징으로 하는 컨텐츠 입출력 장치, 상기 컨텐츠 입출력 장치로부터 전달받은 데이터를 편집하는 편집 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 UHD 변환 시스템은 다양한 해상도를 갖는 데이터를 UHD 데이터로 변환하여 UHD 재생 장치로 제공한다. 또한, 본 발명은 별도의 편집 장치에서 데이터를 처리하거나, 수신된 데이터를 압축/부호화함으로써 컨텐츠 입출력 장치의 부하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치의 구성을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 편집 장치의 구성을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치와 편집 장치의 구성을 상세하게 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치의 구성을 도시한 다른 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템의 사양을 도시하고 있다
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명과 관련하여 UHD 저장용 방송 장비는 다음과 같은 기술을 요구한다.
1. UHD 콘텐츠 실시간 입출력 기술
-채용 규격 고려 (SMPTE292M, SMPTE372M 등)
- bandwidth 고려 : 3.xGbps 대, 7.xGbps 대, 30Gbps대
- 테스트를 위한 상용 인터페이스 구현 고려 (HD/3G-SDI, HDMI 등)
- 저장/재생을 위한 버스 규격 검토 및 선정
2. 무손실 UHD 영상 압축 기술 및 편집용 시각적 무손실 압축 기술(비디오 압축 기술)
- 무손실 영상 압축 기술은 ISO/IEC 14495-1/2 인 JPEG-LS 또는 고압축률을 보이는 FFV1 알고리듬을 기반으로 복잡도를 최소로 유지하면서, 압축률은 향상시키는 알고리듬을 개발.
- 특히 R/G/B 간의 인터 플레인 상관관계를 이용하여 압축률을 높일 예정임. 다만 무손실 압축의 특성상 1/2 내지 1/3의 낮은 압축률로 인해 UHD 콘텐츠, 특히 8K 영상의 경우 실시간 저장에 난관이 예상되므로 그 대안으로 편집용 시각적 무손실 영상 압축 기술도 동시에 개발.
3. 무손실 다채널 오디오 압축 기술(오디오 압축 기술)
- 저 복잡도 고효율 무손실 오디오 코덱 기술은 최대 지원 가능 채널이 1023 ch, 지원 가능 샘플 분석도 8, 16, 24, 32 bits, IEEE 32-bit floating point, 최대 샘플링 주파수 192 kHz으로 다른 무 손실 오디오 압축 코덱 보다 높은 확장성 및 고품질 오디오를 제공할 수 있는 MPEG-4 ALS를 기반으로 저복잡도 성능 개선
- 낮은 복잡도의 무손실 오디오 코덱의 개발은 PCM 데이터가 갖는 데이터 사이즈에 대한 문제점을 해결할 수 있으며, 낮은 복잡도에 의해 전체 시스템에 미치는 영향은 미비
- 항상 모든 채널이 전체 오디오 서비스에서 같은 영향을 미치지 않기 때문에 일부 채널은 전체 오디오 신호에서 상당히 중요한 반면 일부 채널은 중요도가 낮게 됨. 그러므로 중요도가 높은 채널에 대해서는 무손실 압축 방법을 적용하고 중요도가 낮은 채널에 대해서는 기존의 손실 압축방식을 적용함으로써 기존의 손실 오디오 압축 방법 보다 상당히 높은 품질의 오디오 서비스가 가능함.
4. UHD 영상 저장 포맷 기술 (파일 포맷 기술)
- MXF 파일 포맷을 분석 및 확장
- 개발된 MXF 기반 UHD용 확장 파일 포맷 모듈 구현을 수행하고, 구현된 모듈의 최적화 및 성능 테스트
- UHD 영상 및 다채널 오디오를 포함하는 통합 파일 포맷의 라이브러리화를 통해 편집용 S/W 와의 연동
5. HD-to/from-UHD 영상 변환 기술(영상 확대/축소 기술)
- 초고해상도 영상 복원 기술: 부파수 영역 접근 방법, 비균등 보간 접근 방법, 최적화 접근 방법, 표본 기반 접근 방법
- 정칙화된 반복적 영상 보간법: 저해상도 영상으로부터 복원하여 고해상도 영상시퀀스 복원, 개선단계의 많은 정보량은 보간된 영상시퀀스가 고해상도 원영상 시권스에 근접하면 급격하게 감소, 스테일러를 부호화 방법에 적용 가능
6. 영상간 컬러보정 기술(영상 정합/보정 기술)
- 통계적 컬러왜곡 모델 생성
- 컬러 및 구조 왜곡 모델을 독립적으로 생성하고 테스트를 통한 단일화
- 최소의 에러 구현을 위한 반복형 알고리즘 생성
-실영상에서 상호정보 추정을 위한 영상 정합 기술 개발
-소량의 상호정보로부터 성능 향상을 위한 최적화 기술 개발
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템을 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 1에 의하면, 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템은 데이터(컨텐츠) 제공 장치, 컨텐츠 입출력 장치, 편집 장치, 컨텐츠 재생 장치를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 상술한 시스템에 포함될 수 있음은 자명한다.
데이터(컨텐츠) 제공 장치(100)는 다채널 오디오 입력 장치, HD/UHD 비디오 카메라, HD-VTR 등을 포함하며, 오디오 신호 또는 비디오 신호를 포함하는 데이터를 컨텐츠 입출력 장치(110)로 전달한다.
컨텐츠 재생 장치(130)는 영상기, UHDTV, 모디터, 다채널 오디오 재생 장치를 포함하며, 컨텐츠 입출력 장치(110)로부터 제공받은 오디오 신호 또는 비디오 신호를 재생한다.
컨텐츠 입출력 장치(110)는 데이터 제공 장치(100)로부터 오디오 신호 또는 비디오 신호를 입력받으며, 필요한 경우 가공한 오디오 신호 또는 비디오 신호를 컨텐츠 재생 장치(130)로 제공한다. 컨텐츠 입출력 장치(110)는 데이터 제공 장치(100)로부터 제공받은 오디오 또는 비디오 신호를 필요한 경우 편집 장치(120)로 제공한다.
편집 장치(120)는 컨텐츠 입출력 장치(110)로부터 제공받은 오디오 또는 비디오 신호를 설정된 방식에 따라 편집한 후 컨텐츠 입출력 장치(110)로 제공한다. 편집 장치(120)는 컨텐츠 입출력 장치(110)로부터 제공받은 오디오 또는 비디오 신호를 일시 저장하거나 편집한 오디오 또는 비디오 신호를 일시 저장하기 위한 저장장치를 포함한다. 편집 장치(120)에서 수행되는 동작은 초당 프레임(fps), 해상도, 오디오 채널 수를 가변적으로 조정한다. 이하에서는 컨텐츠 입출력 장치의 구성 및 동작에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치의 구성을 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 컨텐츠 입출력 장치의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 2에 의하면, 컨텐츠 입출력 장치는 디지털 입출력부, 부복호화부, MCU 제어부, 제어 SW부, PCIe 프로세스부, A/V 프로세스부를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 컨텐츠 입출력 장치에 포함될 수 있음은 자명하다.
디지털 입출력부(250)는 SDI 입출력, Optic 입출력, HDMI 입출력 인터페이스가 가능하며, 각 입출력은 모듈방식으로 향후 외부 인터페이스의 변화에 따른 적용이 용이하도록 구성한다. Optic 비디오 인터페이스 모듈은 내부에 전기 신호를 광 신호로 광 신호를 전기 신호로 변환하는 구성을 포함하고 있다. SDI 입출력 모듈은 영상과 더불어 오디오도 최대 24개 채널을 사용할 수 있어야 하기 때문에 IC 한 개당 8개의 오디오를 처리할 수 있도록 한다. HDMI 입출력 모듈은 무압축, 무손실을 기반으로 한 영상 및 음성 공용 인터페이스이다.
A/V 프로세스부(240)는 병렬 분산 녹화 및 재생을 담당하며, A/V 프로세스부는 다채널로 입력되는 오디오 및 비디오 데이터를 다중화/역다중화하며, 입력되는 오디오 및 비디오 데이터의 동기화를 위해서 임시로 저장한다. A/V 프로세스부(240)에서 최종적으로 동기화 및 통합된 데이터는 A/V 제어 신호에 따라 PCIe 프로세스부(230)로 송수신된다.
대용량 고속 데이터를 전송하고, 저장하기 위한 PCIe 프로세스부(230)는 통합된 비디오 및 오디오 데이터가 입력되면, 이 데이터를 PCIe 변환층(Transaction Layer) 포맷으로 변경하여 PCIe Lane를 통해서 PC로 전송하고, 출력할 때는 위의 입력 스퀀스에 역 루틴을 수행한 후 A/V 프로세스부에 비디오 및 오디오 데이터를 전송한다.
제어 SW부(220)는 컨텐츠 입출력 장치 전반을 제어하며, 다수의 블록으로 구성된다. Register control 블록은 Internal Register, PCIe Register, MCU 레지스터를 제어를 할 수 있으며 여러 개의 보드를 장착할 경우 해당되는 보드를 선택하여 여러 대의 UHD보드를 장착한 시스템에 용이하도록 구성된다. 또한 DMA control 블럭은 PCI Express DMA 메모리 사이즈를 설정하는 블록으로 PC 시스템에 따라 PCI Express에 할당되는 메모리 사이즈가 틀리기 때문에 PC 및 OS에 따라 가변적으로 구성한다. Capture 블록은 Capture시에 소프트웨어 및 하드웨어 셋팅을 제어하는 부분으로서 Video 입력소스를 선택하고 파일이 저장될 위치를 정하고 시작 버튼을 누르면 파일 저장 과정이 이루어지고, DMA 카운트 또는 파일 저장 카운트 정보를 모니터링 하게 되어 있다. Display file control블록은 Play시에 소프트웨어 및 하드웨어 셋팅을 제어하는 부분으로서 File 소스를 선택하고 불러올 파일을 선택하고 시작 버튼을 누르면 재생 과정이 이루어진다.
MCU 제어부(210)는 주변 IC 및 FPGA의 초기 레지스터를 설정하며 제어한다.
부복화부(200)는 디지털 입출력부로부터 제공받은 디지털 신호를 부호화하거나 필요한 복호화한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 편집 장치의 구성을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 편집 장치의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 3에 의하면, 편집 장치는 편집 SW 기반 프레임워크, 영상 변환부, 비디오 코덱, 오디오 코덱, 파일 포맷부를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 편집 장치에 포함될 수 있음은 자명하다.
편집 SW 기반 프레임워크(300)은 영상 변환부(310), 비디오 코덱(320), 오디오 코덱(330), 파일 포맷부(340)의 상위단에 위치하며, 해당 구성의 동작을 제어한다.
영상 변환부(310)는 캡쳐부에 의해 캡쳐된 영상을 설정된 방식에 따라 변환한다. 즉, 영상 변환부(310)는 캡쳐된 영상을 UHD 영상으로 변환한다. 비디오 코덱(320)은 캡쳐부에 의해 캡쳐된 비디오를 압축 처리하며, 오디오 코텍(330)은 캡쳐부에 의해 캡쳐된 오디오를 압축 처리한다.
압축된 영상의 SMPTE 표준인 MXF(Material Exchange Format)를 주로 이용하여 비트스트림을 저장한다. 예를 들어, 디지털시네마 표준의 경우, 압축되지 않은 영상은 TIFF에 저장하고, JPEG-2000으로 압축된 이후에는 MXF에 저장한다. MXF (Material eXchange Format; 콘텐츠 교환 포맷)는 방송용 데이터(영상, 오디오 및 메타데이터 등)을 서로 다른 방송장비 간에 주고받을 수 있도록 고안된 표준으로, 방송 및 영상관련 표준을 제정하는 SMPTE (Society of Motion Pictures and Television Engineers) 377M에서 표준화된 파일 저장 포맷 표준이다. 예전 아날로그 시대에는 방송 제작, 편집 환경이 선형 (linear) 구조였으나, 디지털 시대로 오면서 비선형 (non-linear, NLE) 구조가 가능하여, 상호간 호환이 중요하게 되었다.
파일 포맷부(340)는 상술한 바와 같이 표준에서 요청하는 방식인 MXF 파일 포맷을 변경한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치와 편집 장치의 구성을 상세하게 도시한 다른 도면이다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치와 편집 장치의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 4에 의하면 컨텐츠 입출력 장치와 편집 장치는 광 입력 인터페이스 모듈, 입력 인터페이스 모듈, 파서, 전처리 모듈, UHD 비디오/오디오 압축(부호화) 모듈, 패킷 타이저, 역패킷 타이저, UHD 비디오/오디오 재생(또는 복호화) 모듈, 후처리 모듈, 포맷터, 광 출력 인터페이스 모듈, 출력 인터페이스 모듈, UHD F/F 모듈, 저장 미디어 컨트롤러, 메인 제어부, 저장 매체를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 컨텐츠 입출력 장치와 편집 장치에 포함될 수 있다.
광 입력 인터페이스 모듈(400)은 외부 장치로부터 UHD 데이터를 수신한다. 입력 인터페이스 모듈(420)은 외부 장치로부터 SDI, HDMI 데이터를 수신한다. 파서(402)는 광 입력 인터페이스 모듈(400) 또는 인터페이스 모듈(420)로부터 수신된 데이터를 편집한다.
전처리 모듈(404)은 파서(402)로부터 편집한 데이터에 대해 전처리를 수행한다. 본 발명과 관련하여 전처리는 수신된 데이터에 대한 부호화 과정이 포함될 수 있다.
UHD 비디오/오디오 압축(부호화) 모듈(406)은 전처리 모듈(404)에서 전처리를 수행한 데이터를 압축한다. 압축된 데이터는 패킷타이저(408)로 제공된다. 패킷타이저(408)는 압축된 데이터를 패킷화한다.
패킷화된 데이터는 UHD F/F 모듈(422)로 제공된다. UHD F/F모듈(422)은 패킷타이저(408)로부터 수신한 데이터를 UHD 데이터로 변환한 후 저장된다. 저장된 UHD 데이터는 필요한 경우 역패킷 타이저(410)로 전달한다.
역패킷 타이저(410)는 수신한 UHD 패킷 데이터를 일반적인 데이터로 변환한다. UHD 비디오/오디오 재생(복호화) 모듈(412)은 수신한 데이터의 압축을 해제하고, 후처리 모듈(414)은 수신한 데이터에 대한 복호화 과정을 수행한다.
포맷터(416)는 복호화 과정을 수행한 데이터를 설정된 포맷으로 변환한 후 광 출력 인터페이스 모듈(418) 또는 출력 인터페이스 모듈(420)을 통해 외부 재생 장치로 제공한다.
저장 미디어 콘트롤러(424)는 UHD F/F(File Format, 파일 포맷) 모듈(422)에서 처리한 데이터를 제어한다. 즉, 저장 미디어 콘트롤러(424)는 UHD F/F 모듈(422)에서 처리한 데이터를 저장 매체(430)에 저장하도록 제어한다. 메인 제어부(428)는 편집 장치의 전반적인 동작을 제어한다. 저장매체(430)는 저장 미디어 콘트롤러(424)의 명령에 따라 UHD F/F 모듈(422)에서 처리한 데이터를 임시 저장한다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 컨텐츠 입출력 장치의 구성을 도시한 다른 도면이다. 이하 도 5를 이용하여 컨텐츠 입출력 장치의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 5에 의하면, 컨텐츠 입출력 장치는 HD/SD SDI 입력포트, HD/SD SDI 출력포트, USB 포트, 복수의 저장 매체, 복수의 칩, 파워 소켓, 전원부, 젠록(genlock) 입력부, 젠록 출력부를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 컨텐츠 입출력 장치에 포함될 수 있음은 자명하다.
HD/SD SDI 입력포(500)트는 외부로부터 HD 또는 SD 영상을 입력받는 포트이며, HD/SD SDI 출력포트(506)는 외부로 HD 또는 SD 영상을 출력하는 포트이다. USB 포트(520)는 USB를 이용하여 영상을 입력받거나 출력하는 포트이다.
복수의 칩(508, 510, 512, 514)은 비디오 부호화 칩, 비디오 복호화 칩, 오디오 부호화 칩, 오디오 복호화칩, 펌웨어 칩으로 구성되며, 하나의 칩에서 복수의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 비디오 부호화 칩에서 오디오 부호화 및 복호화를 동시에 수행할 수 있다. 각 칩은 DDR3(516)와 FPGA PROM(516)와 같은 메모리를 이용하여 필요한 데이터를 안전하게 저장한다.
파워 소켓(526)은 외부로 전원을 공급받는 소켓이며, 파워(524)는 파워 소켓을 통해 공급받은 전원을 이용하여 컨텐츠 입출력 장치를 구동한다.
젠록은 4K 보드간의 동기를 맞추기 위해 사용된다. 일 예로 4K 보드를 2장 장착하여 4K용 입체형 비디오를 구현한다고 하면 좌우측 4K 영상간 동기는 젠록 모듈이 담당한다. 젠록 입력부(502)는 젠록 신호를 입력하며, 젠록 출력부(504)는 젠록 신호를 출력한다.
PCI-E(522)는 PCIe 버스를 담당하여 대용량 UHD 데이터의 송수신을 담당한다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템의 사양을 도시하고 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 초고화질 영상을 위한 입출력 시스템의 사양은 비디오 입출력, 지원 포맷, PC 인터페이스, 저장, 통신/UI, PC 사양 등으로 구분된다.
비디오 입출력은 입력, 출력, 해상도, 오디오 항목으로 구성되며, 지원 포맷은 영상, 오디오 항목으로 구분되며, PC 인터페이스는 입출력, 입출력 속도 항목으로 구분된다. 저장은 저장매체/용량, 저장속도 항목으로 구분되며, 통신/UI는 통신, UI 항목으로 구분된다. 또한 도 6은 각 항목에 따른 사양을 상세하게 기술하고 있다. 물론 도 6에 도시되어 있는 사양은 일실시 예일 뿐이며, 도시되어 있는 사양 이외에 다른 사양으로 대체가 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
(부호의 설명)
100: 컨텐츠 제공 장치, 110: 컨텐츠 입출력부
120: 편집 장치, 130: 컨텐츠 재생 장치

Claims (7)

  1. 다양한 해상도를 갖는 데이터를 UHD 데이터로 변환하는 시스템에 있어서,
    데이터 제공 장치로부터 제공받은 데이터를 편집 장치로 제공하며, 상기 편집 장치로부터 제공받은 데이터를 컨텐츠 재생 장치로 제공하는 컨텐츠 입출력 장치;
    상기 컨텐츠 입출력 장치로부터 제공받은 데이터를 UHD 데이터로 변환하여 상기 컨텐츠 입출력 장치로 제공하는 편집 장치를 포함함을 특징으로 하는 UHD 데이터 변환 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 컨텐츠 입출력 장치는,
    상기 데이터 재생 장치로부터 데이터를 수신하는 입력 인터페이스;
    상기 입력 인터페이스로부터 전달받은 데이터를 분석하는 파서;
    상기 파서로부터 전달받은 데이터를 부호화하는 전처리 모듈;
    상기 전처리 모듈로부터 전달받은 데이터를 압축하는 압축 모듈;
    상기 압축 모듈로부터 전달받은 데이터를 패킷화하는 패킷타이저를 포함함을 특징으로 하는 UHD 변환 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 컨텐츠 입출력 장치는,
    상기 변환 장치로부터 전달받은 패킷 데이터를 역패킷화하는 역패킷타이저;
    상기 역패킷타이저로부터 전달받은 데이터의 압축을 해제하는 재생 모듈;
    상기 재생 모듈로부터 전달받은 데이터를 복호화하는 후처리 모듈;
    상기 후처리 모듈로부터 전달받은 데이터를 설정된 포맷으로 변환하는 포맷터;
    상기 포맷터로부터 전달받은 데이터를 컨텐츠 재생 장치로부터 전달하는 출력 인터페이스 모듈을 포함함을 특징으로 하는 UHD 변환 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 편집 장치는,
    상기 컨텐츠 입출력 장치로부터 제공받은 데이터를 UHD 컨텐츠로 변환하는 UHD F/F 모듈;
    상기 UHD F/F 모듈에서 처리한 데이터를 임시 저장하는 저장매체를 포함함을 특징으로 하는 UHD 변환 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 편집 장치는,
    상기 UHD F/F 모듈에서 처리한 데이터를 상기 저장매체에 임시 저장하도록 제어하는 저장 미디어 콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 UHD 변환 시스템.
  6. 데이터 제공 장치로부터 데이터를 제공받으며, 컨텐츠 재생 장치로 UHD 컨텐츠를 제공하는 디지털 입출력부;
    상기 디지털 입출력부로부터 전달받은 데이터를 부호화하거나, 변환된 UHD 데이터를 부호화하거나 복호화하는 부복호화부;
    다채널로 입력되는 오디오 및 비디오 데이터를 다중화하거나 역다중화하며, 동기화된 데이터를 PCIe 프로세스부로 전달하는 AV 프로세스부;
    상기 AV 프로세스부로부터 전달받은 동기화된 데이터를 임시 저장하도록 지시하는 PCIe 프로세스부;를 포함함을 특징으로 하는 컨텐츠 입출력 장치;
    상기 컨텐츠 입출력 장치로부터 전달받은 데이터를 편집하는 편집 장치를 포함함을 특징으로 하는 UHD 변환 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 편집 장치는,
    캡쳐부에 의해 캡쳐된 비디오 데이터를 설정된 방식에 따라 변환하는 영상 변환부;
    상기 캡쳐부에 의해 캡쳐된 비디오 데이터를 부호화하는 비디오 코덱;
    상기 캡쳐부에 의해 캡쳐된 오디오 데이터를 부호화하는 오디오 코덱;
    상기 부호화된 비디오 또는 오디오 데이터를 설정된 포맷으로 변환하는 파일 포맷부를 포함함을 특징으로 하는 UHD 변환 시스템.
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