[논문]ISDB-T 기반의 FULL-SEG 방송 수신 장치 개발

엄우용

doi:10.5573/ieie.2017.54.1.139

ISDB-T 기반의 FULL-SEG 방송 수신 장치 개발
Development of Full Segment Digital Broadcast Receiver based on the ISDB-T 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.54 no.1 = no.470, 2017년, pp.139 - 146

초록
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ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting Terrestrial)는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 전송기술 및 Time Interleaving 기술을 사용하고 있기 때문에 다중 경로 및 Impulse Noise에 대응 가능하며, 이동 수신 환경에서도 어느 정도 양호한 성능을 나타낸다. 원세그(One-Seg), 풀세그(Full-Seg)는 할당된 세그먼트 개수에 따라 구분하며, 원세그 수신기는 변복조 방법으로 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 사용하기 때문에 64QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation)을 사용하는 풀세그 수신기와 비교하여 높은 기술력 없이도 구현 가능하지만, 영상 데이터율의 한계로 화면 사이즈와 해상도의 제한이 크다. 본 논문에서는 셋탑박스, 고정형 TV, 일체형 네비게이션 등에 적용 가능한 HD급 해상도를 지원하는 풀세그 ISDB-T 방송 수신 모듈을 설계하고 구현한다. 실험을 통해 개발된 풀세그 ISDB-T 방송 수신 모듈의 기능이 정상적으로 동작함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting Terrestrial) can be used in the multipath and impulsive noise, also it provide good performance over mobile reception environment since it use the OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) based transmission technology and time interleaving technology. One segment and full segment are divided according to the number of the assigned segment. And one-segment broadcasting receiver can design and implement without high levels of technology than the full-segment broadcasting receiver using 64QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation) since it uses QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) modulation/demodulation. However, it has a constraint in the display size and resolution due to data-rate limits. In this paper, we design and implementation of full-segment ISDB-T receiver module which support HD resolution for set-top box, digital TV, navigation. In experimental results, the implemented full-segment ISDB-T receiver module was satisfactory for all of the desired functions.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

논문에서 개발한 풀세그 ISDB-T 방송 수신 모듈의 수신 감도 시험을 위해 그림 19와 같은 주변기기 인터페이스 보드를 만들고, DVB Signal Generator인 Rohde&Schwarz社의 Broadcast Test System인 SFU Stream Generator를 사용하여 시험하였다.
ARC International社의 SeeCode C/C++ 소스 디버거와 함께 에뮬레이션, 코드 다운로드, 소스 디버깅을 위해 Ashling Microsystems社의 Ashling XD JTAG 에뮬레이터를 사용하였으며, 그림 18과 같은 사용자 인터페이스를 위해 비트맵 이미지를 C/C++ 파일로 변환하여 개발하였다.
ISDB-T 풀세그 방송 수신 장치의 기능 구현을 위해 디지털 튜너 및 MPEG-2 디코더, 주변기기들을 인터페이스 할 수 있는 회로를 설계하였고, MQX RTOS을 적용하여 프로그램 개발 환경을 구성하였다. MetaDeveloper 통합 개발 환경에 MetaWare C/C++ 컴파일러, 어셈블러, 링커 그리고 SeeCode C/C++ 디버거를 사용하여 시스템 프로그램을 개발하였으며, 수신 감도 시험을 위해 DVB Signal Generator를 사용하여 개발된 장치를 시험한 결과 구현된 모든 기능이 정상적으로 동작함을 확인하였다.
MPEG 전송 스트림 인터페이스는 MxL683 수신기에서 출력되는 5개의 Serial MPEG TS data(MDAT), Serial MPEG TS clock(MCLK), Serial MPEG TS sync(MSYN), Serial MPEG TS valid(MVAL), Serial MPEG TS error(MERR) 인터페이스 신호를 MPEG-2 디코더에 연결하여 전송 스트림을 제어할 수 있도록 하였으며, MxL683 수신기를 제어하기 위해 I²C slave AS(AS), I²C Clock(I2C_SCL), I²C data(I2C_SDA) 신호를 MPEG-2 디코더와 연결하였다.
MPEG-2 디코더와 플래시 메모리의 연결은 그림 10과 같이 FLASH, RAM, ROM을 연결할 수 있는 MPEG-2 디코더의 SMI(Static Memory Interface)를 사용하였으며, 프로그램을 통해 주소 공간의 범위, 크기, 데이터 버스 폭, 제어 신호 타이밍 등을 설정하였다.
MxL683 ISDB-T 수신기를 위한 회로 설계는 그림 8과 같이 RF 인터페이스와 MPEG 전송 스트림 인터페이스, I2C 인터페이스, 리셋 부분을 설계하였다.
RF 인터페이스는 한 쌍의 차동 RF 입력 신호로 구성되며, 회로 구성에서 고주파 방송 신호의 수신 민감도를 높일 수 있도록 안테나와 회로간의 임피던스 정합이 잘 이루어 질 수 있도록 그림 9와 같이 설계하였다.
R_CVBS 부하저항과 RCA 출력단의 R_Serial 직렬 저항에는 75Ω, R_Rext 저항은 360Ω을 사용하였으며, 비디오 필터로 저역통과 필터가 내장된 NJR社의 NJM2561 비디오 증폭기를 사용하여 설계하였다.
구현된 풀세그 ISDB-T 방송 수신 모듈의 프로그램을 위해 NXP社의 실시간 운영체제인 MQX RTOS(Real-Time Operating System)을 적용하였으며, 개발 환경은 그림 17과 같이 ARC International社의 MetaDeveloper 통합 개발 환경에 ARC International社의 MetaWare C/C++ 컴파일러, 어셈블러, 링커 그리고 SeeCode C/C++ 디버거를 사용하여 개발하였다.
그림 5는 본 논문에서 설계한 ISDB-T 방송 수신 모듈의 하드웨어 블록도는 나타낸다. 그림 4의 ISDB-T 방송 수신기의 기능을 모두 포함하지만, 하드웨어의 크기와 회로의 복잡성을 최소화 할 수 있도록 RF 튜너/복조기(Demodulator)와 MPEG-2 디코더 기능을 가지는 멀티미디어 프로세서, 메모리, 오디오 DAC(Digital to Analog Converter) 기능 부분으로 단순화하여 설계하였다.
ISDB-T를 포함한 일본의 모든 디지털 방송은 암호화하여 전송되며, 디지털 방송 수신기는 B-CAS(Conditional Access System) 카드를 사용하여 신호를 복호화하기 때문에 B-CAS를 처리하기 위한 하드웨어가 요구된다. 본 논문에서 사용한 MPEG-2 디코더는 그림 14와 같이 스마트카드 리더를 통해 입출력되는 B-CAS 신호를 처리하기 위한 스마트카드 인터페이스 기능을 포함하고 있다. MPEG-2 디코더와 스마트카드 리더에서 사용하는 제어신호는 스마트카드 감지 신호(SC_OFF), 스마트카드 초기화 신호(SC_RST), 동작 시작 신호(SC_CMDVCC), 스마트카드 리더 전압 선택 신호(SC_VOLSEL), 스마트카드 클럭 신호(SC_CLK) 그리고 데이터 입출력 신호(SC_DATA)로 구성된다.
본 논문에서는 셋탑박스, 고정형 TV, 포터블, 모바일 기기, 일체형 네비게이션 등에 적용 할 수 있도록 최대 1280×720급 해상도와 원세그/풀세그를 모두 지원하는 ISDB-T 방송 수신 모듈을 설계하고 구현하였다.
본 논문에서는 셋탑박스, 고정형 TV, 포터블, 모바일 기기, 일체형 네비게이션 등에 적용 할 수 있도록 최대 1280×720급 해상도와 원세그/풀세그를 모두 지원하는ISDB-T 방송 수신 모듈을 설계하고 구현한다.
수신 감도 시험을 위해 실드 룸 시험 환경을 구축하고 실험을 실시하였으며, 실험 결과를 표 3과 그림 21에 나타내었다.
아날로그 비디오 출력을 위해 그림 11과 같이 MPEG-2 디코더의 CVBS(Composite Video Blanking and Sync) 인터페이스를 사용하여 설계하였다. R_CVBS 부하저항과 RCA 출력단의 R_Serial 직렬 저항에는 75Ω, R_Rext 저항은 360Ω을 사용하였으며, 비디오 필터로 저역통과 필터가 내장된 NJR社의 NJM2561 비디오 증폭기를 사용하여 설계하였다.
이러한 기능들을 독립적인 하드웨어설계로 구현하게 되면, 수신 모듈의 하드웨어의 크기와 회로의 복잡성이 증가하기 때문에 본 논문에서는 상기 기능들이 단일 칩으로 구현된 그림 7과 같은 구조의 C&M社의 Schedar2 MPEG-2 디코더를 사용하여 설계하였다.

대상 데이터

본 논문에서 사용한 스마트카드 리더 IC는 NXP社의 TDA8024 IC를 사용하였으며, 구현 회로는 그림 15와 같다. 이외에 SD카드, UART, JTAG(Joint Test Action Group), IR, USB 그리고 BT.
그림 12와 같이 MPEG-2 오디오 디코더는 외부 오디오 D/A 컨버터를 위한 2-채널 PCM 데이터와 I2S(Integrated Interchip Sound) 포맷의 클럭을 생성하며, 여기에는 외부 오디오 D/A 컨버터 구동을 위한 MCLK(I2S Main clock), MPEG-2 오디오 디코더와 외부 오디오 D/A 컨버터 간의 통신을 위한 SCLK (I2S Serial clock), PCM 데이터를 위한 SDATA(I2S Serial Data), LRCLK(I2S Left/Right clock)로 구성된다. 본 논문에서 사용한 오디오 D/A 컨버터는 Cirrus Logic社의 24-Bit 스테레오 D/A 컨버터 CS4344 IC를 사용하였으며, 구현 회로는 그림 13과 같다.
. 본 논문에서는 RF 튜너/복조기 기능 구현을 위해 그림 6과 같은 Maxlinear社의 MxL683 IC를 사용하여 설계하였다.

이론/모형

전송 코딩으로 위성파인 경우 단일 반송파의 8-QPSK/PSK 방식을 사용하고, 케이블 방송(풀세그)인 경우 단일 반송파의 64QAM을 사용하며, 원세그 OFDM으로는 QAM/DQPSK 방식을 사용한다. 전송 코딩 후 채널코딩(Channel Coding) 및 변조를 통해 전송 및 다중화 구성 제어(TMCC : Transmission and Multiplexing Configuration Control) 신호와 함께 IF(Intermediate Frequency) 신호로 송신된다^[4].

성능/효과

ISDB-T 풀세그 방송 수신 장치의 기능 구현을 위해 디지털 튜너 및 MPEG-2 디코더, 주변기기들을 인터페이스 할 수 있는 회로를 설계하였고, MQX RTOS을 적용하여 프로그램 개발 환경을 구성하였다. MetaDeveloper 통합 개발 환경에 MetaWare C/C++ 컴파일러, 어셈블러, 링커 그리고 SeeCode C/C++ 디버거를 사용하여 시스템 프로그램을 개발하였으며, 수신 감도 시험을 위해 DVB Signal Generator를 사용하여 개발된 장치를 시험한 결과 구현된 모든 기능이 정상적으로 동작함을 확인하였다.

후속연구

본 연구를 통하여 디지털 방송 수신 기술의 하드웨어 및 멀티미디어 방송 기술을 확보하고, DVB-T/S/C, ATSC, IPTV 등과 같은 타 표준의 디지털 방송 기술 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
실험 결과와 같이 본 논문에서 개발한 풀세그 ISDB-T 방송 수신 장치는 셋탑박스, 고정형 TV, 포터블 기기 등에 사용할 수 조건을 만족하며, ISDB-T 풀세그 방송수신 장치의 개발 기술을 활용하여 유럽 및 미국 방식의 제품 개발에도 할용 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ISDB-T은 어떤 기술을 사용하는가?	ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting Terrestrial)는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 전송기술 및 Time Interleaving 기술을 사용하고 있기 때문에 다중 경로 및 Impulse Noise에 대응 가능하며, 이동 수신 환경에서도 어느 정도 양호한 성능을 나타낸다. 원세그(One-Seg), 풀세그(Full-Seg)는 할당된 세그먼트 개수에 따라 구분하며, 원세그 수신기는 변복조 방법으로 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 사용하기 때문에 64QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation)을 사용하는 풀세그 수신기와 비교하여 높은 기술력 없이도 구현 가능하지만, 영상 데이터율의 한계로 화면 사이즈와 해상도의 제한이 크다.
	1개의 Digital TV, 또는 3개의 SD TV를 구현할 수 있어 다채널 방송이 가능한 이유는?	ISDB-T 방식은 다중 반송파 전송방식에 기초한 BST(Band Segmented Transmission) OFDM 방식을 사용하고 있다. 그림 1과 같이 하나의 TV 채널을 6Mhz 대역폭으로 나누고 이 중에서 중심 1개의 세그먼트(Layer A)는 오디오, 데이터 및 휴대폰 모바일 방송에, 나머지 12개의 세그먼트(Layer B)는 HDTV와 같은 고화질 방송에 할당한다. 따라서 1개의 Digital TV, 또는 3개의 SD TV를 구현할 수 있어 다채널 방송이 가능하다[3∼4].
	원세그 소스 코딩 서비스는 어떤 코딩을 사용하는가?	원세그 소스 코딩 서비스는 MPEG-AAC(Advanced Audio Coding) 오디오 코딩, 데이터 코딩 및 H.264 비디오 코딩을 사용하며, 풀세그 소스 코딩 서비스는 MPEG-2 비디오 코딩, MPEG-AAC 오디오 코딩 및 데이터 코딩을 사용한다. MPEG-2 시스템 기반의 다중화를 통하여 고정/모바일 서비스인 MPEG-2 비디오 코딩과 공통접속이 이루어지며, 멀티플렉스 블록에서 소스 코딩된 비디오/오디오/데이터 콘텐츠들은 전송 스트림(TS:Transport Stream) 패킷 포맷으로 변환 된다[4].

참고문헌 (9)

K. S. Lee, J. H. Bae and D. S. Han, "Technology Trends in the Mobile Broadcasting", The proceedings of the Korean Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 19, No.3, pp. 15-26, 2008.
B. J. Jeon, W. K. Byun and M. C. Kang, "A Study on the Analysis of the Mobile TV Industry Overseas", Yeungsang Journal, Vol.4, No.1, pp. 39-58, 2011.
M. TAKADA and M. SAITO, "Transmission System for ISDB-T", Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 1, pp. 251-256, 2006.

상세보기
ISDB-T Harmonization document for digital terrestrial television Part 1: Hardware, ISDB-T International Forum, 2012.
Structure of ISDB-T system and its technical features, ISDB-T Report, Digital Broadcasting Expert Group, 2007.
D. H. Yoon, M. G. Cho and C. H. Lin, "Development of Onesegment Receiver for Car using Cooperative Reception Diversity based on Integrated Services Digital Broad-casting Terrestrial", Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 48, No.12, pp. 66-72, 2011.
J. Y. Kwon, A study of automobile antenna based on ISDB-T for HDTV reception, Hanbat University, 2009.
J. H. Jeong, Design and Implementation of MPEG-2 Transport Stream De-multiplexer for Mobile High Definition TV Device, Hanyang University, 2007.
D. H. Lee, Y. S. Moon and Y. S. Ho, "An Implementation of MPEG-2 Standard Decoder with a Design of the Transport Stream Demultiplexer", Journal of KISS(C), Vol. 2, No.3, pp. 276-284, 1996.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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