UHD(Ultra High Definition)방송 김기남 공학원 공학박사/기술사 김기남 교수

Agenda 1. 방송기술의 발전 2. UHD 방송 3. ATSC 3.0 4. DVB-T2 5. UHD 방송 전망

방송기술의 발전

UHD 방송 가정에서 70mm영화보다 뛰어난 화질과 다채널(~22.2CH) 음질로 극장급의 고품질 서비스를 제공하여 소비자의 품질 욕구를 만족시킬 수 있는 실감형 TV방송 10~12비트로 색을 표현하고 컬러 포맷도 4:2:2, 초당프레임수 60Hz(HD는 30Hz)로 역동적인 화면 표현 IP기반 네트워크 환경에서 다양한 부가서비스 구현과 시청자 친화적인 수신환경을 제공할 것으로 기대되는 차세대 방송서비스 지상파 UHD 방송환경에서는 수신환경개선, 효율적인 재난방송, IP기반의 양방향 대화형 서비스, 이동방송이 구현가능해질 것으로 전망

UHD 방송 주요 특징

UHD 방송 주요 특징 무료보편적 초고화질 입체음향 실감 방송 ATSC 3.0 도입에 따른 IP 기반 다양한 부가서비스 제공 지상파 방송과 IP 네트워크 연동한 Hybrid 방송서비스 구현 LDM 기술을 통한 지상파 UHD 이동 방송 서비스 제공 재난방송의 효과적인 전달 수신을 위해 UHD TV에 재난 경보 알림 기능 탑재 지상파 UHD 방송 직접수신 강화 직접수신 개선을 위해 UHD TV 수신안테나 내장화

UHD 방송 주요 특징 HD TV와 UHD TV의 비교

UHD 방송 주요 특징 HDTV보다 큰 화면에서 더욱 섬세하고 자연스러운 영상표현 가능 100도의 시야각으로 현장감을 최대화 오디오 22.2 채널 사용하여 수평, 수직에서 서라운드 효과로 어느 방향에서나 실제 현장에서와 같은 음향 제공함 full HD 보다 시청각적으로 더욱 좋아진 화질과 풍부한 음질을 통해 고품질의 AV 시청 가능

UHD 방송 주요 특징

UHD 방송 주요 특징 UHD TV 화면 사이즈

UHD 방송 주요 특징 1. 초고화질 화소당 비트수 증가 픽셀수 증가 4K:3840X2160 , 8K:7680X4320 4K 기준 HD(2K:1920X1080)보다 4배 선명 8K 기준 HD보다 16배 선명

UHD 방송 주요 특징

UHD 방송 주요 특징 2. 시야각 UHDTV는 4K 경우 디스플레이 수직거리의 1.5배까지 가까이 볼수 있어 시야각이 55도, 8K 경우 디스플레이 수직거리의 0.75배까지 가까이 볼 수 있어 시야각이 100도 정도이다. (HDTV의 시야각은 30도) HD와 UHD의 시야각 차이

UHD 방송 주요 특징 3. 현장감 TV시청 시 Field of View가 커질수록 현장감(Sensation of presence)이 증가 대부분 가정에서 Display와의 거리 2.3~2.5m인 시청환경을 고려할 때 HDTV보다 더 큰 현장감을 느낌 현장감

UHD 방송 주요 특징 4. UHDTV 오디오 Upper 9채널을 비롯한, Middle 10채널, Lower 3채널, 우퍼 0.2채널로 현장감있는 입체 음향 재현 우리나라 ETRI와 Samsung이 제안한 10.2 채널은 전방에 수평면 3개채널과 수직면 2개채널로 총 5채널이 배치되며, 측후면에 총 4개채널, 천장에 1개 채널이 배치되고, 바닥면에 저주파 담당 2개 채널이 구성하는 방식이다. UHD TV 22.2CH의 오디오

UHD 방송 주요 기술 서비스 제공 경로에 따라 콘텐츠 획득 기술, 부호화 기술, 전송기술, 디스플레이 및 STB(Set-to-box) 기술 분야로 분류 UHD 방송 기술 요소

ATSC 3.0

ATSC 3.0 Architecture

ATSC 3.0 Physical Layer

영상압축표준의 발전

음성압축표준의 발전

MPEG-H 3D Audio 1. 고차 다채널 오디오 2. 객체기반 오디오 3. 장면기반 오디오 상층채널을 포함하여 스피커들이 3차원으로 배치 전방위 음향 장면 표현하기 위해서는 9.1채널이상 필요 2. 객체기반 오디오 배경음과 분리되어 있는 객체기반 음원들을 전송하고 단말에서 제어 가능 사용자가 자유롭게 음향장면을 구현할 수 있는 상호작용 서비스 가능 3. 장면기반 오디오   360도 비디오와 유사하게 실시간으로 전방향 음원을 녹음하고 재생하게 해주는 기술 음향장면기반 오디오는 오디오 신호와 장면을 표현하는 빅데이터로 구성 음원을 획득하기 위한 수단으로 HOA(High Order Ambisonic)포맷사용

MPEG-H 3D Audio

ATSC 3.0 HEVC Encoder

ATSC 3.0 SHVC Encoder

ATSC 3.0 SHVC Decoder

ATSC 3.0 Fixed/ mobile service

ATSC 3.0 Physical Layer

ATSC 3.0 Physical Layer

ATSC 3.0 Physical Layer

ATSC 3.0 Physical Layer

LDM(Layered Division Multiplxing)

LDM(Layered Division Multiplexing)

LDM(Layered Division Multiplexing)

LDM(Layered Division Multiplexing)

ATSC 3.0 프로토콜 STACK

MMT와 ROUTE MMT와 ROUTE 모두 방송과 인터넷 서비스가 융합된 IP 프로토콜 기반 차세대 UHDTV 방송에 적합한 기술임. MMT는 MPEG-2 TS의 장점을 살리면서 IP 방송환경에 맞는 프로토콜로서 설계된 것이며 MPEG-2 TS처럼 패킷단위의 처리를 함. ROUTE는 IP상에서의 파일전송을 위해 개발된 기술인 FLUTE(File Delivery over Unidirectional Transport protocol)를 실시간 처리에 맞도록 개량한 기술임. MMT와 ROUTE는 브로드밴드 서비스를 위해 사용하는 기술은 동일하고, 방송 서비스를 위한 기술에서 차이가 남. 방송서비스를 위해 MMT는 MMTP(MPEG Media Transport Protocol)를 사용하고 ROUTE는 ROUTE 프로토콜을 사용

MMT와 ROUTE 영상이나 음성 등의 미디어 전송을 위한 캡슐화 방법으로 MMT는 전송 및 재생/저장을 위해 정의된 최소 단위인 MPU(Media Processing unit)를 사용하고, ROUTE는 가변비트레이트 스트리밍을 위한 DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) 세그먼트를 사용 MMT를 통해서도 DASH 파일들을 전송할 수 있도록 표준화함. MMT에는 기본적으로 MPU(Media Processing Unit), GFD(Generic File Delivery)모드, 시그널링 메시지 모드의 세가지 모드가 있음 MPU모드에서는 비디오 조각인 MPU나 이미지 파일을 전송하고, GFD모드에서는 일반인 파일이나 MPEG-DASH 세그먼트들을 전송 시그널링 메시지 모드에는 필요한 시그널링, MMT 메시지들을 전송할 수 있음.

MMT와 ROUTE 인터넷 스트리밍의 경우 MPEG-DASH 또는 이와 유사한 기술들이 대세가 되어 가고 있기 때문에 이 분야에서 MMT가 크게 활용될 가능성은 낮은 것으로 보임. MMT표준은 인터넷 시대에 방송통신 융합형 서비스를 제공하는 데 최적화된 표준이므로 장기적으로는 Smart TV등의 인터넷과 지상파의 방송통신 Hybrid 서비스 제공에 바람직함.

ALP(ATSC Link layer Protocol)

Bootstrap Synchronization Symbols

Hybrid 방송서비스

KBS ATSC 3.0 실험방송

DVB-T2 물리계층 규격

DVB-T2 특징

DVB-T2 특징

UHD방송 전망 우리나라는 2016년 6월 지상파 UHDTV 방식 결정 후 2017년 2월 지상파 UHDTV 본방송을 실시할 예정임. 현재 대부분의 제작,편집,송수신 장비가 IP기반 제작, 전송장비로 전환 중 글로벌 제조사는 카메라,레코더,스위쳐 등 4K UHD를 지원하는 다양한 신규 방송장비를 출시하며 UHD 제작 폴래폼 주도권 확보 경쟁 전송장비는 다양한 전달매체(지상파,cable,satellite,IPTV,OTT,Mobile)를 고려한 IP 기반 서비스 제공 다양한 신개념 방송제작 솔루션(VR, 1인방송, 드론 등)이 방송장비 시장에 본격 진입 지상파 방송사는 ATSC 3.0을 기반 방송환경 변화에 대응하여 방송산업 생태계 재구축을 위한 다양한 비즈니스 모델을 준비해야 함(타켓광고,재난방송,지상파 방송망을 활용한 CDN, IP기반 방송서비스, 모바일 방송 서비스 등)

참고문헌 1. www.atsc.org 2. 디지털방송공학/nt미디어, 김기남 공학원, 김기남 3. 지상파 UHD 전송방식 도입을 위한 연구/ 전파진흥협회 서창호,이주남,오혜란 4. UHD 3.0 전송방식 규격 고찰/ 정보통신 진흥센터 R&D 5권 김재우,오현오,배병준,김정창,김규현 5. 월간 방송과 기술/ MAR, 2016년