디지털 신호 포맷과 전송 - 디지털 신호포맷(인터페이스 표준) 저장포맷.

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1 디지털 신호 포맷과 전송 - 디지털 신호포맷(인터페이스 표준) 저장포맷.
전송포맷(근거리 전송용:SDI, HD-SDI, SDTI, IEEE1394) (원거리전송용: SMPTE310, DVB-ASI, DS-3 등) 디지털 인터페이스: 디지털신호를 송 수신할 수 있는 인터페이스 (ITU-R, SMPTE 규격) 물리적 인터페이스 규격정의: 디지털신호의 전압크기, 커넥터 종류 등에 대한 규격 정의. 프로토콜 정의: 신호의 구성, 전송속도, 제어신호 삽입방법, 부가정보 등.

2 DTV 신호처리 블록도 Program Content Production Baseband Audio/Video
Other Similar Channel Video Analog or Digital Program Content Production Baseband Audio/Video Standard/High Definition Data Control System Coder & Multiplexer Video Coder Transport Stream Audio Analog or Digital Audio Coder PES Packetizer MUX Compressed Television Tape Recorder Decoding (error protect) Digital Storage Media Coding (error protect) Channel Deformat (optional error protection) Channel Format (optional error protection) P to P Connection: DS-1, E3, DS-3 SDH/Sonet ATM Virtual channel on shared network Other Similar Channel Cable, Satellite Terrestrial QAM, COFDM, VSB, QPSK Channel Coding and error protection DEMUX Channel Decoding and error protection RF Demod RF Modulator MUX Other Similar Channel Transport Stream Analog Video Compressed Television Video (Audio, Video) System Demux and Decoder Digital Video Conversion To display format Video D/A PES Analog Audio Demultiplex Decode A/V/D Digital Audio Audio D/A Data Control 2 Other Similar Channel

3 디지털방송 제작 송출 시스템 구성 예 Microwave DS-3 Distibution Amp HDTV Encoder
Network Interface HD SDI ASI(4OMbps) DS-3(44Mbps) (1.485Gbps) ASI(4OMbps) 4ch AES/EBU HD VCR HD SDI HD Decoder 서울 Monitoring (1.485Gbps) 4ch AES/EBU M/W, 광, 케이블 지역국 Monitoring HD SDI HD Decoder Network Interface (1.485Gbps) ASI(4OMbps) DS-3(44Mbps) 4ch AES/EBU Microwave PSIP GEN 지역국 연주소 ASI(4OMbps) HDTV Encoder PSIP (ASI) SMPTE 310 (19.39Mbps) ASI(4OMbps) HD SDI DS-3(44Mbps) (1.485Gbps) 송출 송신소 AC-3 5.1CH 3 4ch AES/EBU

4 SMPTE 310을 이용한 시스템 구축 예 RF SMPTE 310 (19.39Mbps) SMPTE 310 (19.39Mbps)
Main System RF HD SDI HD UP Converter PSIP DP569 Dolby Encoder HD VCR PSIP Generator 8VSB Modulator ASI T/S Monitoring ASI HD SDI SMPTE 310 (19.39Mbps) AC-3 HD SDI Monitor EMER Switch M/W Digital STL Dolby Decoder RF SMPTE 310, ASI Redundancy System HD SDI HD SDI SMPTE 310 HD UP Converter HDTV Demodulator PSIP AC-3 HD SDI Monitor RF Monitoring System Dolby Decoder DP569 Dolby Encoder 4 PSIP Generator HD VCR

5 HD-SDI 신호전송장치 구성 M/W ASI MPEG-2 ENCODER DS-3 CONVERTER DS-3 CONVERTER
네트워크 인터페이스 장비를 이용하여 ASI->DS3로 변환 ASI HD-SDI ASI MPEG-2 ENCODER DS-3 CONVERTER DS-3 DS-3 CONVERTER AES/EBU O/F중계링크 KT 광단국 ASI ASI DS-3 CONVERTER MPEG-2 DECODER DS-3 HD-SDI AES/EBU M/W DS-3 DOLBY DECODER DS-3 CONVERTER ASI ASI신호를 HD=SDI변환 SMPTE310: 19.39Mbps Ds-3: 45Mbps 5.1 CH AUDIO HD DECODER HD-SDI AES/EBU 5

6 Data randomizer Randomizer : 수신기에서 Carrier Recovery, Timing Recovery, Sync Recovery, Equalizer에서 입력신호가 Random하다고 가정하고 신호처리를 하기 때문에 최악의 경우 '0'의 데이타만 연속적으로 들어올 경우에도 Random한 신호로 만들어 줌. - Output = (incoming data bits) XOR (Randomizer output bits ), bit by bit

7 Interleaver & deinterleaver
Interleaver & Deinterleaver 의 역활 : 채널상에서 일어나는 군집 에러(Burst Error)을 에러 정정 가능한 크기로 에러가 생긴 데이터를 분산시키는 것 Block Interleaver의 예 channel에서의 burst error Channel (a) without Interleaver/Deinterleaver Inter- leaving De-inter- channel에서의 burst error 송신기 RS후의 data frame 수신기 RS전의 data frame (b) with Interleaver/Deinterleaver

8 SDTV와 HDTV규격비교 항목 SDTV HDTV 해상도 720×486 1920×1080i 1280×720p 규격
병렬: SMPTE-125M 직렬: SMPTE-259M 병렬: SMPTE-274M 직렬: SMPTE-292M 병렬: SMPTE-296M Pixels/Line 858 2200 1650 Active Pixels 720 1920 1280 Line/Frame 525 1125 750 Active lines 486 1080 Frame Rate 29.97 30 60 Pixels Rate (=Fs) 858×525×29.97= 13.5Mhz 2200×1125×30= 74.25Mhz 1650×750×60= Channel/Pixel 2 bits/Channel 10 Date rate (=SDI Freq) 13.5×2×10= 270Mbps 74.25×2×10= 1,485Mbps

9 Convolutional interleaver
- 52 data segment (intersegment) convolutional byte interleaver - provided to a depth of about 1/6 of a data field (4 ms deep) - synchronized to the first data byte of the data field - Only data bytes shall be interleaved

10 Convolutional de-interleaver

11 Trellis encoder Trellis Encoder : 4 state feedback encoder
Trellis Coded Modulation (TCM) = Convolutional Encoder + Modulation

12 SDI의 장점 방송장비의 표준 입 출력규격으로 호환성이 높다.
(장비 내부의 코덱이나 비트레이트에 무관하게 장비간 연결이 가능.) 실시간 전송을 보장한다. (송출서버 등 실시간 Player에 필수요소) - 비압축이므로 재생(Decoding)과 전송과정에서 열화가 발생하지 않는다. (전송된 화면의 녹화 과정에서 압축에 의한 열화가 발생하므로 SDI를 통해 여러 차례 송 수신이나 복사를 하면 화질이 나빠진다.) - 디지털 회선이므로 여러 차례 분기해도 화질이 열화되지 않는다.

13 IEEE 1394(Firewire) 애플사와 TI사 공동제창한 Serial Bus Interface 규격
SCSI에 대한 성능개선과 저가화를 목표로 개발된 “고성능 직렬데이터 전송프로토콜과 의 상호 연결시스템‘’ - 저가격 민수용 어플리케이션에 주로 사용 가정용 DV/DVCAM포맷 DVCR의 A/V 신호전송용으로 Firewire, DV단자 또는 I-Link라 불림 - 현재는 DV캠코더 및 D-VCR에 의무장착

14 ITU-R BT.601 아날로그 컴퍼지트 TV표준(NTSC의 525/59.94방식과 PAL의 625/50방식)에서 공통의 콤포넏트 디지털 샘플링 개념으로 어덯게 이전할 것인가에 관한 국제협약 Video Signal: Y, Cb, Cr로 구성되고 25Hz/30Hz를 사용하는 국가마다 다르게 적용 Y: 864 샘플/라인(858새플/라인) 양 경우 모두 샘플링 주파수 13.5MHz C: 432 샘플/라인(429새플/라인) 양 경우 모두 샘플링 주파수 6.75MHz 샘플코딩: Uniform PCM8/10bit 비트속도: D1포맷(8비트)시 216Mbps, D5(10비트)시 270Mbps

15 오류제어방식 오류의 무시. 송신측에서 오류검출과 재전송을 모두 담당하는 루프나 에코방식.
수신측에서 오류를 검출하고 송신측에 오류 발생 여부를 통지 하여 송신측에 데이터 재전송을 요구하는 오류 검출 후 재전송 방식. - 수신측에서 오류검출 수정을 모두 담당하는 FEC방식. 인터리빙 - 연속적인 신호열을 시간축 상에 랜덤하게 분산시켜 전송하여 군집오류(Bust error)가 발생하는 것을 방지 블록 인터리버(커벌루션 인터리버): 시간축 상에 방생하는 군집에러 예방 주파수 인터리버: 주파수축 상에서 페이딩 발생할 경우 군집오류 방지

16 FEC - 컨벌루션 부호(비터비알고리즘): 알고리즘이 복잡하여 긴 지연시간으로 인한 통신속도 저하 CDMA에 사용
에러 정정능력 우수 - 블록부호(R/S 부호) 고속전송 가능. 군집에러에 강함 CD DAT ATM망에 이용 - 연접부호: 비터비 R/S 모두이용 랜덤 군집에러에 모두 강하나 구현이 어렵다 위성 우주통신에 이용 - 터보부호: 연산량이 많음 인터리버 사용으로 내부 지연 발생 IMT2000 채널코딩 표준

17 SDTI의 장점 기존의 SDI 네트워크를 그대로 사용할 수 있다.
(같은 동축케이블을 쓸 뿐 아니라 기계적 인터페이스(BNC Connector)나 임피던스 값(75Ω)등도 같다. 사용자와 전달자는 1:1로 연결되어 링크를 독점 사용하므로 대역폭이 보장됨 네트워크 오버헤드가 없다. (Ethernet이나 Fiber Channel에서 사용하는 Handshaking메 커니즘과 Acknowledgment Protocol 등이 필요 없다. 실시간 비디오 전송보다 더 빠른 전송이 가능하다.(DV25의 경우 4배속) 압축해제와 재압축 과정이 생략되어 비디오 품질을 보존할 수 있다. - SD-SDI 네트워크를 이용해 HD영상을 전송할 수 있다.

18 IEEE1394 장점 최대 400Mbps의 빠른 전송속도로 멀티미디어 주변기기에서 실시간 사용가능
모든 주변기기마다 IEEE1394 인터페이스를 제어할 수 있는 IC내장으로 쌍방향 통신기 능이 뛰어남 64개 기기까지 지원, 케이블길이 약 4.5M 까지 지원 Plug and Plug 를 지원하며 Hot-Plugging이 가능 연결의 편리성(USB와 유사): SCSI와 같이 Daisy Chain형태의 인터페이스를 사용하는 시스템이나 LAN을 구성하는 Ethernet시스템에서는 항상 Terminator를 사용해야 하나 IEEE1394 에서는 Daisy Chain이라기보다는 Point to Point형태의 버스기술을 사용하므로 필요가 없다. 또한 얇은 케이블을 사용하여 기존의 크고 비싼 케이블을 대신하고 쉽게 사용자가 이용할 수 있다

19 COMPONENT: Active line digitized, EAV/SAV added
Standard Definition Digital Horizontal Line First active picture sample Last active picture sample COMPONENT: Active line digitized, EAV/SAV added EAV SAV 1712 3FF 1715 XYZ 0 Cb 1 Y 2 Cr 3 Y 3FF 000 XYZ XYZ Word Conveys Start/End of Line (H), Vertical Blanking (V), and Field (F)

20 DIGITAL ACTIVE LINE (same for 525/625)
Standard Definition Horizontal Line BLANKING INTERVAL ANALOG LINE 276/288 WORDS for 525/625 DIGITAL ACTIVE LINE (same for 525/625) 1440 WORDS (0-1439) TOTAL LINE 1716/1728 WORDS for 525/625 E A V S A V E A V 4 words 4 words 4 words

21 COMPONENT: Active line digitized, EAV/SAV added
SMPTE 292 HD Digital Horizontal Line Last active picture sample First active picture sample COMPONENT: Active line digitized, EAV/SAV added EAV 3FF 000 XYZ LN0 LN1 YCR0 YCR1 SAV 3FF 000 XYZ 0 Cb 1 Y 2 Cr 3 Y XYZ Word Conveys Start/End of Line (H), Vertical Blanking (V), and Field (F)

22 XYZ mapping

23 부속 Data 영역 Vertical Blanking Active Video Field Vertical “Sync” Area
Ancillary Data “VANC” Active Video Field Horizontal Ancillary Data “HANC” Horizontal Ancillary Data “HANC” SAV Start of Active Video EAV End of Active Video

24 AES/EBU Audio Data Format

25 SDI/SDTI의 한계 실시간 전송만 가능하다. 1:1(Point to Point)연결만 가능하다. 돈이 많이 든다.
네트워크 기반 시스템의 경우 영상회선과 별도로 데이터 네트워크를 구성해야 한다. - 비압축으로 저장 편집하는 경우가 아니면 화질이 떨어진다.

26 Block and Frame Format Left Right Start of Block Frame 0 Frame 1
X Channel 1 Y Channel 2 Z Channel 1 Y Channel 2 X Channel 1 Y Channel 2 - Frame repeat 48kHz : 20.83s, 44.1kHz : s - Block repeat 48kHz : s=4ms, 44.1kHz : s=4.352ms - A Block = 192 Frames - A Frame = 2 Subframes - Preamble X identifies Channel 1 after Frame 0 at Start of Block - Preamble Y identifies Channel 2 - Preamble Z identifies Channel 1 and the Start of Block

27 AES/EBU Frames & Subframes & Data rate
Preamble(4) - 32 Bits/Subframe - 4 Preamble Bits - 24 Data Bits - 1 Validity - 1 User - 1 Channel status - 1 Parity(Even parity) - Data rate 48kHz : 32bits/10.415µs or 64bits/20.83 µs = 3.072Mb/s Pre Data(24) V U C P Audio sample Validity User Data Channel Status Data Subframe Parity

28 Embedded Audio의 정의 - Subframe : 1 audio sample + preamble + aux bits + P, C, U, V - AES frame : 2 audio samples with other data = 64 bits - Channel Pair : 2 audio channels, 1 AES/EBU source - Audio Group : 4 channels, 2 channel pairs, separate data Ids Group Channels Data ID FF FD FB F9 Composite video : 1 Group

29 HD Embedded Audio의 정의 - Audio Group : 4 channels, 2 channel pairs, separate data Ids Group Channels Data ID E7 E6 E5 E4 Audio data are multiplexed into the space of Cb/Cr parallel data Audio control packets are multiplexed into the space of Y parallel data

30 Transport Stream 구조 Transport Packet witout Adaptaion Header Payload
Program 1 Audio 1 ... Program 2 Video ... Program 1 MAP ... Program 2 Audio 1 ... Program 1 Video ... PAT ... Program 2 Video ... Program 2 MAP ... EMM Transport Packet witout Adaptaion Header Payload 188 Bytes 4 Bytes Transport Packet with Adaptaion Header Adaptation Field Payload Sync PID PCR (Option) Video PES / Audio PES / Data PES / Table Section

31 Up-Conversion Application
AES Audio Delay HDTV Master Control Switcher MPEG-2 PES MPEG-2 Transport Stream Muliplexer HD SDI HD SDI HD SDI Local SDTV Program Source HDTV Compression Pre-Processor HDTV MPEG-2 Encoder SDTV to HDTV Up-Converter HD SDI MPEG-2 PES HDTV Network Feed 45Mb/s AES Audio Dolby Stereo Encoder Integrated Receiver/ Decoder Digital Tape/Disk Recorder/Player 8-VSB Modulator/Transmitter SMPTE310M (19.39Mb/s) HD SDI HD SDI Integrated Program Decoder Data Service

32 BNC 커넥터

33 SDI/ HD-SDI 신호규격: 800mVp-p 무극성 NRZI 물리규격: 75 ohm 동축케이블 BNC 커넥터

34 IEEE-1394(DV 단자)

35 IEEE-1394 사용형태

36 XLR

37 Adapter to convert AES3id to AES3.
Input Output Signal AES3id AES3 Type Unbalanced Balanced Connector BNC XLR-3 Impedance 75 Ω 110 Ω Minimum signal required 0.165 Vp-p 0.200 Vp-p Circuit                                                                                    Contents 1 Circuit 2 See also 3 Contributor 4 Sources

38 AES/EBU