디지털 비디오 신호의 전송구조 및 규격

[점장]

디지털/아날로그 비디오 신호의 다양한 기기간 전송규격
디지털 비디오 신호의 전송구조 및 규격
今村元一

비디오 신호 전송에는 크게 나누어 방송과 기기간 접속의 2가지가 있지만 여기서는 후자에 한정시켜 해설한다. 또한 커 넥터의 종류 등은 현재 일본에서 사용되고 있는 것을 기준으 로 한다.

아날로그 비디오 신호 전송에 있어서 고려해야 할 점

비디오 신호 전송에 있어서 가장 간단한 방법은 아날로그 신호 전송이다. 아날로그 비디오 신호를 전송하는 경우, 기본 적으로는 기기 내부의 회로 일부가 선으로 연장된 것과 같다. 실제의 전송 시스템은 전송로 임피던스, 커넥터, 케이블 등의 물리적인 요소로만 되어 있다.

1. 콤퍼지트 신호와 Y/C 신호 전송

콤퍼지트 신호 전송에 사용되는 케이블에 관해, 방송국 등 의 업무용으로는 BNC 커넥터 장착 75Ω 동축케이블이 사용 된다. 가전기기인 경우, 콤퍼지트 신호 전송에는 75Ω 핀 케 이블이 사용된다.
콤퍼지트 신호 계통인 Y/C 신호는 지난달에 해설한 바와 같이, 휘도신호와 컬러 서브캐리어 신호가 분리된 상태이므 로 2계통의 전송로가 필요하지만 가전기기인 경우, 물리층에 서 S단자가 규격화되고 있어 복합 케이블에 의해 실용상 1개 의 케이블로 취급한다. 물론 S단자의 임피던스도 75Ω이다.

2. Y/색차 컴포넌트 신호 전송

업무용으로는 컴포넌트 신호라도 BNC 커넥터 장착 75Ω 동축케이블이 사용된다. Y/색차의 케이블 길이나 손실을 맞 출 필요가 있으므로 반드시 같은 길이, 같은 종류의 케이블을 사용해야 한다.
가전기기에서는 핀 커넥터를 사용하는 경우도 있다. 같은 컴포넌트 신호라도 HD 신호 전송은 고대역으로 되기 때문에 성능을 중시하는 가전기기에서는 BNC 커넥터를 장비한 기 기도 있다.
그러나 3개의 BNC 커넥터 장착 동축케이블을 다루는 것 은 대단한 일이고 코스트도 올라가기 때문에 외관상 1개의 케 이블로 전송되는 D단자가 규격화, 운용되고 있다.



(1) D단자
D단자는 디지털 방송 개시에 맞추어 EIAJ(전자기계공업 회)가 제정한 아날로그 컴포넌트 신호의 전송규격이며 일본 독자적인 것이다. 규격의 주 내용은 ISDB에서 운용되는 하 이비전을 포함한 5종류의 포맷[표 1(a)]과 그 식별신호, 커 넥터와 케이블의 사양이다.
전송은 전용 케이블로 실행되며 신호전송선은 75Ω의 동축 선에 해당한다. 이밖에 3개의 제어선이 있고 SDTV의 디지털 방송에서는 필수적인 4 : 3, 16 : 9의 자동 식별정보나 방송 포맷의 식별정보도 전송되어 편리성이 높아지고 있다.
기기에 표시되는 D1∼5의 숫자는 표시되고 있는 기기의 입력 또는 출력할 수 있는 포맷의 종류를 나타내고 있으며 D3∼D5까지 하이비전 신호에 대응하고 있다.



3. 아날로그 전송의 유의점

전송로의 영향을 최소한으로 하기 위해서는 케이블의 길이 를 제한 없이 제로로 하는 것이 좋지만 그렇게 하면 전송의 의미가 없다. 정확하게 75Ω 동축케이블을 사용하고 종단도 정확하게 실행했을 경우의 케이블 길이와 진폭의 관계를 사 진 1에 나타낸다.
NTSC 신호라면 길이를 많이 늘려도 실용적인 특성을 얻 을 수 있지만 하이비전에서는 주파수대역이 넓기 때문에 늘 릴 수 있는 길이가 짧아진다. 프로젝터를 사용할 때 등의 경 우에는 주의해야 한다.
컴퓨터의 VGA 단자(그림 1)도 아날로그 전송이며 RGB 신호가 전송된다. 컴퓨터의 신호도 하이비전과 같거나 혹은 그 이상의 대역이 있기 때문에 하이비전과 마찬가지로 긴 선 을 사용하는 것은 좋지 않다.
아날로그 비디오 전송에서는 신호 레벨의 주파수 특성 이 외에 군지연 특성 관리 등 위상 특성에도 주의해야 한다. 업무용 아날로그 장거리 전송에서는 전송로 중간에 전송에 의한 주파수 특성이나 위상 열화를 보정하는 이퀄라이저를 설치하는 등의 대책이 시행된다.

디지털 비디오 신호 전송에서 고려해야 할 점

디지털 비디오 신호 전송을 이해하기 위해서는 계층(레이 어)이라는 사고방식을 이해해 둘 필요가 있다. 디지털 신호의 전송규격은 일반적으로 디지털 스트림을 전송하기 위한 프로 토콜(순서)이나 전기적 사양, 커넥터 등의 물리적 사양이 중 심으로 되어 있다.



일반론에서 디지털 신호의 전송이란, 송신자 측의 정보를 떨어져 있는 수신자에게 건네주는 수단이지만 그것을 실현하 기 위해서는 송신자의 약속사항이 필요하며 그림 2와 같은 것이 있다.
애플리케이션층은 전송되는 정보를 나타내고 있다. 트랜잭 션층은 정보의 비트 스트림을 전송규격이 정하고 있는 프로 토콜에 맞도록 포맷 변환하는 등 애플리케이션층과 프로토콜 층 사이를 번역하는 것과 같은 역할을 담당한다.
프로토콜층은 헤더 → 정보 → 딜리미터와 같이 그 전송규 격 특유의 전송순서를 표현한 것으로, 디지털 전송에서는 반 드시 필요한 것이다. 물리층은 전기적 사양과 기계적 사양을 결정한다.

1. 어느 정도의 비트 레이트로 전송할 것인가

디지털 비디오 신호에는 베이스 밴드의 비디오 신호를 AD 변환한 신호와 그것을 MPEG2, DV 등으로 압축한 신호 가 있다.
현재 사용되고 있는 디지털 비디오 신호 전송 레이트의 대 표적인 값을 표 2에 나타낸다. 디지털 비디오 신호를 전송하 는 시스템은 표 2에 나타난 비트 레이트를 전송할 수 있는 능 력이 요구된다.
바꿔 말해, 전송 레이트의 조건이 맞는다면 어떠한 디지털 전송방법이나 규격이라도 전송 가능하다. 실제로 IEEE1394 와 같이 원래 다른 목적으로 개발된 전송규격이 비디오 신호 전송용으로 사용되며 보급되고 있다.
MPEG2와 같은 압축된 비디오 신호는 화질과 트레이드오 프로 되지만 전송 레이트에 유연성이 있어 전송할 수 있는 시 스템 범위가 확산되고 있다.
최근에는 USB 인터페이스의 TV 튜너가 등장하여 USB도 비디오 신호전송의 한 부류를 이루고 있다.

2. 디지털 신호는 열화되지 않으므로 저작권 보호 문 제가 남는다

최근 디지털 전송에 있어서 하드웨어상의 기술적인 문제보 다 전송이나 기록에 의해 정보가 열화되지 않는 디지털 신호 의 특징에서 오는 저작권 보호 문제가 더욱 대두되고 있다. 특히 비압축 RGB 신호를 전송하는 DVI 규격은 최고화질 을 열화 없이 전송할 수 있기 때문에 저작권 보호상 문제되어 HDCP(후술)라는 저작권 보호를 위한 암호화 기술이 등장하 고 있다.

3. 패럴렐 전송은 주변회로가 커진다

디지털 비디오 신호의 전송방식에서 가장 기본적인 것은 패럴렐 전송(그림 3)이다. 패럴렐 전송에서는 비트 수만큼의 전송선로와 동작기준이 되는 클록을 전송할 선로가 필요하 다. 또 비트 수만큼의 입출력회로, 전용 커넥터 준비 등에 의 해 코스트가 높아지고 다루기도 힘들어진다. 최근에는 기기 내부나 초고속 전송 등 사용 범위가 한정되고 있다.

4. 시리얼 전송에서는 고속 대응이 요구된다

현재, 기기간 디지털 비디오 신호 전송은 시리얼 전송이 주 류를 이루고 있으며 용도에 따라 다른 몇 가지 방식이 있다.
시리얼 전송의 기본적인 방식을 그림 4에 나타낸다. 시리 얼 전송은 패럴렐 데이터의 각 비트를 순서대로 전송하는 것 이며 전송속도는 패럴렐 클록×비트 수÷전송로 수가 된다.
전송로 수는 몇 비트로 전송할 것인가에 따라 결정되며 1 비트 전송일 경우 케이블은 1개만 있어도 되지만 전송속도는 비트 수배, 즉 10비트라면 패럴렐 전송의 10배로 되어 하이 비전의 시리얼 전송에서는 1.5Gbps의 초고속으로 된다.



5. 시리얼 전송에서는 데이터 판독용 클록을 2가지로 다룰 수 있다

디지털 전송에서 반드시 필요한 클록에 대해 시리얼 전송 에서는 2가지 방식으로 생각해볼 수 있다.
(1) 수신 측이 PLL을 가진다
그 하나는 클록 신호를 전송하지 않고 수신 측이 전송신호 에서 PLL에 의해 클록을 재생하는 방법(그림 5)이다. 이 방 법에서 데이터 전송을 1비트 전송으로 하면 케이블 1개로 전 송할 수 있다는 메리트가 있지만 수신 측의 PLL이 확실하게 동작하여 클록 재생을 확실하게 하기 위한 세공이 필요하다.
수신 측의 PLL 회로는 입력신호를 기준신호로 하여 출력 신호의 위상비교를 실행하므로 항상 신호의 변화점을 필요로 하다. 그러나 제로 데이터가 전송되면 그림 6과 같이 전송신 호가 전혀 변화되지 않는다. 이러한 신호에서는 PLL 회로가 동작할 수 없기 때문에 의식적으로 데이터를 변화시켜야 한 다. 이러한 변화의 방식에는 스크램블과 테이블 방식이 있다.
그러나 두 가지 모두 회로 규모가 크고 복잡해지는 경향이므 로 실제로는 업무용으로 사용하는 데 그치고 있다.
(2) 데이터와는 별개로 클록을 전송한다
또 하나는 패럴렐 전송과 마찬가지로 클록 신호나 클록 신 호 재생의 기준이 되는 신호를 데이터와 독립시켜 전송하는 방법으로, 가전기기에서 사용되고 있는 복수의 시리얼 인터 페이스는 기본적으로 이 방식이다.

디지털 전송에 관한 규격

디지털 신호 전송에는 데이터 1개와 클록 1개를 사용하는 시리얼 전송과 비트 수에 따라 복수의 데이터 선을 사용하는 패럴렐 전송이 있다.
또 전송되는 신호 자체도 MPEG-2 등의 압축신호와 비압 축신호(베이스 밴드 신호)로 나뉜다.

1. 베이스 밴드 신호의 패럴렐 전송

베이스 밴드 신호의 패럴렐 전송은 기본적으로 A-D 변환 된 상태에서의 디지털 신호를 그대로 전송하는 것이다.
여기서는 미국 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)의 업무용 규격에서 소개한다.
SMPTE 규격은 미국의 국내규격이지만 NTSC권에서는 거 의 공통규격으로 다루고 있다. 특히 디지털 비디오 신호와 관 련된 부분에서는 국제규격(ITU)에 선행하여 규격화되는 경 우가 많아 비디오 신호를 다루는 사람에게는 반드시 필요한 규격이다.



(1) SMPTE224M
SMPTE224M은 콤퍼지트의 베이스 밴드 디지털 비디오 신호 전송방식을 결정하고 있다. 그림 7에 SMPTE244M의 발췌를 나타낸다. SMPTE244M은 아날로그 신호를 그대로 A-D 변화한 것이다. 디지털 전송에 필요한 타이밍 신호인 TRS(Timing Reference signal)를 싱크 칩 부분에 부가하고 있다.
SMPTE244M에서는 샘플 주파수가 컬러 서브캐리어 주 파수의 4배(4fsc)인 14.31818MHz이고 샘플 위상은 I/Q축으 로 되어 있다.
또한 SMPTE244M에서는 원래의 비트 수가 늘어나는(중 복성이 증가하는) 정보 부가는 발생하지 않으므로 전송속도 의 값은 샘플 주파수와 같아진다.



(2) SMPTE125M
SMPTE125M은 SD 신호(Y/색차 컴포넌트)의 베이스 밴 드 디지털 비디오 신호의 전송방식을 결정하고 있다.
SMPTE125M(그림 8)에서 아날로그 동기신호에 해당하 는 부분은 페디스털 레벨로 고정되며 양자화 레벨의 대부분 이 영상신호에 할당되고 있다. 그 대신 디지털 전송에 필요한 타이밍 신호 TRS(Timing Reference Signal)를 블랭킹 기간 의 시작과 끝에 부가하고 있다.
컴포넌트 신호는 원래 3가지 신호가 존재하지만 디지털 전 송하는 경우에는 휘도신호와 색차신호를 그림 8(b)와 같이 나열되는 비트 패러렐, 워드 시리얼 상태로 하여 전송한다.
이 경우의 전송속도는 전송속도 각각의 합이 된다. 휘도신호 의 샘플 주파수는 13.5MHz, 색차신호는 각각 6.75MHz이 므로 합계 27MHz가 되어 SMPTE 244M과 같이 샘플 주파 수가 전송속도로 된다.
(3) SMPTE274M
디지털 하이비전 신호에도 패럴렐 전송규격 SMPTE 274M(1,920×1,080), SMPTE296M(1,280×720)이 존재 하지만 사고방식은 SD 신호의 SMPTE125M과 같다. 단지 SMPTE125M에 비해 샘플링 클록이 높기 때문에 전송속도 는 148.35MHz로 되어 있다.
패럴렐 전송은 애플리케이션층과 물리층만으로 구성된 것 처럼 생각되지만 여기서 소개한 규격은 블랭킹 기간에 TRS 라고 하는 타이밍 신호를 부가한다. 또 음성 등의 데이터를 블랭킹 기간에 중첩할 수 있으므로 트랜잭션 프로토콜층에 해당하는 기능이 있다.

2. 베이스 밴드 신호의 시리얼 전송

베이스 밴드 신호에는 컴포넌트 신호, Y/색차 콤퍼지트 신 호, RGB 신호가 있다. 이것은 애플리케이션층의 신호이다.
콤퍼지트 신호의 시리얼 전송은 사실상 소멸상태이므로 여기 서는 Y/색차 컴포넌트 신호와 RGB 신호의 시리얼 전송규격 을 소개한다.
(1) SMPTE259M
SMPTE259M은 디지털 SD 신호의 시리얼 전송방식(SDI 전송)의 규격으로, 방송국 등의 업무용으로 사용되고 있는 규 격이다.
SMPTE259M은 클록 신호를 전송하지 않는 타입이므로 스크램블 방식이 사용되고 있다. SMPTE259M은 전술한 SMPTE125M에 따라 샘플링된 패럴렐 디지털 신호를 시리 얼화 하여 전송하는 규격이다.
물리층에서는 75Ω, BNC 커넥터의 동축케이블을 결정하 며 아날로그 시대에 부설된 케이블을 그대로 사용할 수 있다 는 것이 메리트이다.
(2) SMPTE292M
SMPTE292M은 전술한 SMPTE274M에서 샘플링된 디 지털 하이비전 신호를 시리얼 전송(HD-SDI 전송)하는 규격 이다. 물리층의 규격은 기본적으로 SD의 259M과 같지만 케 이블에서 가장 고역 특성이 좋은 것을 지정하고 있다.
HD-SDI의 전송속도는 1.5Gbps까지도 되므로 전송대역 이 3.5GHz 이상 필요하다는 것은 이미 이야기했다.
SMPTE292M의 물리층인 케이블, 커넥터의 임피던스는 75Ω이지만 원래 75Ω계는 거기까지 대역이 상정되지 않았 기 때문에 커넥터나 측정기기가 요구사양에 맞지 않는 경우 가 있다. 이 대역의 측정기 대부분은 50Ω이므로 변환 패드를 사용하여 75Ω으로 변환한다.
또한 SDI 신호를 다룰 측정기는 75Ω으로 되어 있다. 커넥 터는 75Ω의 BNC 커넥터가 있지만 정확하게 대역 보증되고 있는 것을 선택하여 사용한다.
SMPTE259M/SMPTE292M의 각 SDI 전송에 대한 상 세 내용은 다음달 연재를 참조하기 바란다.
(3) DVI(Digital Visual Interface)
최근 PC 모니터의 대부분은 DVI를 장착하도록 되어 있다.
DVI는 원래 DDWG(Digital Display Working Group)에서 규격화된 FPD 인터페이스이다. DDWG는 미국일본의 반도 체 메이커, 컴퓨터 메이커 7개 사를 중심으로 설립되었으며 디지털 인터페이스를 작성하여 추진하고 있는 단체명이다. 애플리케이션층으로서는 비압축의 RGB 신호를 전송하는 것을 전제로 규격화되고 있지만 DVI 자체는 아날로그 디지 털 양방향 전송을 고려한 복합규격이다.
DVI는 아날로그/디지털의 조합이며 표 3과 같이 DVI-I, DVI-A, DVI-D의 3종류가 준비되어 있다. DVI-I, DVI-A에 서 사용되는 아날로그 전송은 D서브 커넥터를 사용한 예전 방식과 호환성이 있다. 그림 9에 DVI-I 커넥터의 핀 배치를 나타낸다.



1) 1링크에서 5Gbps에 가까운 전송속도를 가진 TMDS DVI-I 및 DVI-D의 디지털 비디오 전송방식은 TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling) 방식으로, 실리콘 이미지사에서 개발한 시리얼 인터페이스 기술이다.
TMDS(그림 10)에서는 RGB 신호와 클록 전송에 각각 1 채널씩 합계 4계통의 시리얼 전송로가 준비되어 있으며 이 계 통을 채널이라 하고 4채널 1세트를 링크라 한다.
1개의 채널은 임피던스 50Ω의 차동에 의한 구동방식을 사 용하여 전송의 확실성을 높이고 있다. 1채널 당의 전송은 10 비트로 실행할 수 있으며 그러한 경우의 전송속도는 최대 1.65Gbps, 1링크에서는 5Gbps에 가까운 전송속도가 확보 되고 있다.
이것은 전술한 HD-SDI 이상의 전송 레이트이며 1링크에 서 HDTV는 물론, UXGA(1,600×1,200, 프레임 주파수 60Hz)까지 전송할 수 있다.
2) 저작권 보호 기술 HDCP
DVI의 특징 중 하나로 저작권 보호기능이 있다. 사용되고 있는 저작권 보호 기술은 HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)라 부른다.
이것은 하드웨어 ID를 사용한 암호화 시스템이며 송신 측 과 수신 측이 서로 확인하여 전송이 실행되고 상대가 바뀌면 2초 이내에 신호전송을 스톱시키는 등 강력한 저작권 보호 기 능을 가진다.
미국에서는 디지털 방송용 세트 톱 박스(튜너)와 TV를 접 속하는 디지털 인터페이스로 사용되었다.



(4) HDMI
1) DVI와의 호환성을 유지한 채 AV 용도의 편리성을 높임 DVI는 원래 컴퓨터와 모니터 접속을 목적으로 결정된 규 격이다. HDMI(그림 11)는 DVI와의 호환성을 유지하면서 보다 AV에 적응시킨 것으로, 세계의 대표적인 가전 메이커 6 개 사에 의해 제정된 최신 규격이다. 구체적으로는 TMDS의 링크를 하나로 하고 있다.
이것은 1링크에서 하이비전까지 전송할 수 있으므로 AV용 으로서는 1링크로 충분하기 때문이다. 단, 규격 상으로는 2링 크 전송(Dual Link)도 가능케 하고 이를 위한 커넥터도 결정 하고 있다.
HDMI에서는 아날로그 전송을 생략하고 있다. 또한 블랭 킹 기간을 이용하여 보조 데이터(Auxiliary Data)를 전송하 는 기능을 채택함으로써 멀티채널 디지털 오디오 신호 및 컨 트롤 신호를 동시에 전송할 수 있게 되어 AV 용도의 편리성 을 높인 사양이 되었다.
2) 양방향 전송이 가능한 컨트롤 신호 구비
컨트롤 신호는 예전에 기기 사이를 접속할 때 비디오 신호, 오디오 신호, 컨트롤 신호, 복수의 케이블이 필요했는데, HDMI를 사용하여 케이블 1개로 해결하려고 구상하고 있다. HDMI의 컨트롤 신호는 양방향 전송대응이며 디스플레이 와 HDMI로 접속된 STB나 DVD 플레이어와 같은 기기에 컨 트롤 신호를 중계함으로써 디스플레이의 리모컨으로 전체를 조작할 수 있게 된다.
또 Y/색차, RGB 식별, 화각 및 주사방식 정보를 포함한 AVI(Auxiliary Video Information)라는 정보전달 기능도 도 입되고 있다.
3) 물리층에는 핫플러그 기능이 있다
물리층에 관해서는 커넥터의 소형화, 핫플러그 기능(활선 삽발)이 결정되고 있다. 또 디스플레이 접속 시의 플러그 & 플레이를 실현할 수 있는 E-DDC(ENHANCED Display Data Channel) 기능도 표준으로 대응하고, 디스플레이가 내 장하는 E-EDID(ENHANCED Extended Display IDentification Data)에 의한 표시 최적화 기능이 서포트되 고 있다.
4) 애플리케이션층은 복수의 포맷에 대응
애플리케이션층의 비디오 신호에 대해 살펴보면, 표 4와 같이 복수의 포맷에 대응하고 있으며 DVI와 달리 RGB 신호 와 4 : 2 : 2 Y/색차 컴포넌트 신호, 4 : 4 : 4 Y/색차 컴포넌 트 신호에 대응하고 있다.
5) HDMI의 전망
미국에서는 DVI 대신에 HDMI가 디지털 방송 관련기기의 표준 인터페이스로 될 것 같다.
일본에서는 아날로그 전송에 D 단자가 선행되었고 표준 디 지털 전송에 IEEE1394를 지정하고 있기 때문에 HDMI가 표준화될지의 여부는 알 수 없지만, 예전에 저작권 문제로 디 지털 인터페이스를 부가할 수 없었던 기기에는 최적의 것이 므로 의외로 빨리 사실상의 표준으로 될 가능성이 있고 대응 제품 발매도 시작되고 있다.

압축 디지털 신호 전송

MPEG2나 DV 등의 압축신호도 디지털 신호인 이상 요구 비트 레이트를 충족시키는 환경이 정비되면 어떠한 방식으로 도 전송할 수 있다. 현재, 압축신호 전송에 사용되고 있는 방 식은 IEEE1394, DVB-ASI, DVB-SPI가 있다.

1. IEEE1394

IEEE1394는 원래 PC의 SCSI 인터페이스 대체로 고안된 것이며 시리얼 디지털 전송의 일종이다. PC에서는 AV 신호 전송 외에 외장 하드디스크의 인터페이스에도 사용된다.
비디오 신호의 전송방식으로는 가정용 DV 방식인 VTR과 TV 등을 접속하는 i.LINK로 잘 알려져 있으며, 일본의 디지 털 TV 방송에서는 튜너(세트 톱 박스)와 TV를 결부하는 디 지털 인터페이스로서 지정되어 있다.
IEEE1394인 경우, 애플리케이션층으로서 취급되는 비디 오 신호는 가정용 DV 방식의 인터페이스로 전송되는 DV 압 축신호나 디지털 방송의 인터페이스로 전송되는 MPEG2의 압축신호이다. 단, IEEE1394 규격 상 최대 전송능력은 3,200Mbps이므로 비압축 하이비전 디지털 신호를 전송하는 능력이 있다.
IEEE1394의 전송은 기본적으로 패킷 통신이다. 이것은 IEEE1394가 최대 63대를 접속할 수 있는 네트워크를 구축 할 수 있는 시스템이므로 동시에 복수의 다른 데이터를 주고 받을 수 있도록 고안되어 있기 때문이다. DVI나 HDMI와 같 이 1 대 1 접속이 전제인 시스템과는 다른 방식이다. 때문에 IEEE1394에서는 비디오와 같이 리얼타임성을 요구하는 신 호를 우선하는 아이소크러너스 모드라는 프로토콜이 준비되 어 있다.



2. DVB-ASI(Asynchronous Serial Interface)

DVB-ASI(그림 12)는 업무용 기기의 MPEG2 압축신호 를 시리얼 전송하는 표준규격이다. DVB(Digital Video Broadcasting)는 유럽 디지털 방송 시스템의 규격화 등을 시 행하고 있는 단체이다.
DVB-ASI는 원래 CATV나 집합주택의 영상 배신(配信)을 위해 만들어진 규격의 일부로, 규격번호 EN50083-9의 제4 장 및 부록 B, C, E에 기재되어 있다.
DVB-ASI에서 특징적인 점은 애플리케이션층에 해당하는 MPEG2 신호의 압축률에 상관없이 일정한 전송 레이트로 입 력하여 시리얼 전송한다는 것이며 물리층의 전송 레이트는 262.625Mbps(일반적으로 270Mbps라 한다)로 일정하다.
DVB-ASI는 클록 신호를 전송하지 않는 타입의 시리얼 전 송방식이기 때문에 SDI와 같이 수신 측에서는 전송신호에서 클록을 생성한다. 거기에는 시리얼 데이터의‘0’이나‘1’이 연속되지 않도록 해야 하지만 SDI 신호와 같은 스크램블 방 식이 아니라 표 5와 같은 테이블에 의해 변환하고 있다. 이 때, 비트 수를 8에서 10으로 늘림에 따라 8비트의 어느 값에 서도‘0’또는‘1’이 4비트를 초과하여 연속하지 않도록 되어 있다.



DVB-ASI의 전송 프로토콜에서는 전송 데이터의 동기를 송수신 사이에서 확실히 하기 위해 동기 바이트의 삽입이 실 행되고 있으며 그림 13과 같이 2가지 삽입 방법이 제시되고 있다. 물리층은 75Ω의 동축케이블 또는 광전송으로 되어 있 다. 표 6에 동축케이블 전송 시의 대표적인 물리층 파라미터 를 나타낸다.



3. DVB-SPI(Synchronous Parallel Interface)

DVB-SPI(그림 14)는 업무용 기기의 MPEG2 압축신호 를 패럴렐 전송하는 표준규격이다. DVB-ASI와 마찬가지로 규격번호 EN50039-9의 제4장에 기재되어 있다.
DVB-SPI는 8비트의 패럴렐 신호 이외에 클록, 동기, 데이 터 확정의 합계 11비트 데이터가 전송된다.
동기 비트는 그림 15와 같이 MPEG2의 동기 바이트가 송 출되는 타이밍으로 동시에 출력된다. 또 데이터 확정 비트 (DVALID)는 전송 데이터가 유효하다는 것을 나타내고 있지 만 전송되는 MPEG2 데이터가 1패킷 18바이트인 경우에는 항상 액티브이다.
전송되는 MPEG2 데이터가 204바이트인 경우, 중복 바이 트 부분으로 논액티브[그림 15(b)]가 된다. 단, 204바이트인 경우라도 중복부분이 리드 솔로몬에 의한 오류 정정부호로 되어 있는 경우의 DVALID는 항상 액티브[그림 15(c)]로 되 어 있다.



물리층에서는 신호전송에 LVDS(Low Voltage Differential Signaling)를 사용하며 D서브 25핀의 커넥터가 지정되 어 있다. 표 7에 DVB-SPI의 전기적 특성을, 표 8에 DVBSPI의 핀 배치를 나타낸다.
EN50039-9에서는 SPI 방식의 데이터를 그대로 시리얼화 하는 SSI(Synchronous Serial Interface)도 기재되어 있지 만 별로 사용되지 않는 것 같아 생략한다.

미디어에 기록하는 다양한 비디오 신호

비디오 신호의 기록 미디어에는 VTR, DVD, 하드디스크 가 있다. VTR은 아날로그 기록과 디지털 기록이 있으며 DVD, 하드디스크는 디지털 기록이다.

1. VHS(Video Home System)

아날로그 VTR로 가장 많이 알려진 것은 VHS 타입의 VTR이다. VHS가 대상으로 하고 있는 비디오 신호는 콤퍼지 트 신호와 Y/C 신호이다.
입력된 신호는 Y신호와 C신호로 나뉘고 Y신호는 VTR 내 에서 만든 서브캐리어 신호를 FM 변조하여 기록하며 3.4MHz (싱크 칩)∼4.4MHz[백(白) 100%]의 주파수 편이(偏移)[그 림 16(a)]로 되어 있다. C신호는 컬러 서브캐리어 주파수를 629.37kHz로 변환하는 저역변환 위상회전기록이 실행되고 있다.

2. D-VHS(Data Video Home System)

D-VHS 방식은 디지털 VTR이라 불리고 있지만 실제로는 데이터 스트림 기록기이며 D-VHS의 D도 타이틀과 같이 data의 D이다.
따라서 능력범위의 비트 레이트 신호라면 아무 것이나 기 록할 수 있겠지만 판매되고 있는 제품은 IEEE1394 입력과 MPEG2 인코더 내장에 따른 MPEG2-TS(Transport Stream) 기록을 표준으로 하고 있다. DV 입력 가능한 제품 도 있지만 VTR 내부에서 MPEG2로 변환하여 기록하도록 되어 있는 것 같다.
D-VHS가 기록할 수 있는 전송속도는 최고 282Mbps이며 위성/지상 디지털 하이비전 방송을 녹화할 수 있다.

3. DV(Digital Video)

DV 방식의 VTR도 D-VHS와 마찬가지로 스트림 기록기 이며 25Mbps의 전송속도로 기록하는 능력을 가진 시스템이 다. 이 값에서 D-VHS에 비해 손색이 없는 기록능력을 지니 고 있다는 것을 알 수 있다.
DV 방식의 VTR은 가정용 무비로서 보급됐다. 여기서 사 용되는 비디오 신호는 DV 압축신호라 불리며 컴포넌트 신호 를 압축하고 있지만 지난달 연재 1회에서 설명한 바와 같이, 베이스 컴포넌트 신호는 4 : 1 : 1 방식이며 양자화는 8비트 이다.
DV 압축은 프레임 내 압축이라 하여 복수의 프레임간의 상관을 사용하는 MPEG2와는 다르지만 기본적인 압축 알고 리즘은 같아서 친척관계라 할 수 있다. DV 압축은 최종적으 로 SD 신호의 유효영상 기간을 25Mbps까지 압축한다. 이 값은 원시 신호에 비해 약 1/5의 압축률이지만 MPEG2에 비 하면 상당히 낮은 압축이다. 따라서 DV 압축과 DV 시스템의 조합에서 하이비전 기록은 할 수 없다.
그러나 몇 년 전부터 DV 압축기술과 아날로그 무비 사양 이었던 High8의 하드를 조합한 Digital8이 등장했다. 또 DV 방식 VTR의 스트림 기록능력과 MPEG2 압축기술을 조합한 하이비전 무비 규격의 HDV가 발표되어 진정‘디지털 신호의 기록이나 전송은 요구사양의 비트 레이트가 충족될 경우 무 엇이든 상관없다’라는 것이 현실화(그림 17)되고 있다.



4. DVD(Digital Versatile Disk)와 하드디스크

최근에는 VTR 대신 DVD, 하드디스크가 영상 기록매체의 주류를 이루고 있다. 이 2가지 미디어는 당연히 디지털 기록 이 실행되고 있다.
기록되는 비디오 신호는 MPEG2 압축신호가 사용되고 있 으며, 기록되는 비디오 신호는 4 : 2 : 0 컴포넌트 신호가 된 다. 두가지 다 아날로그 입력이 있지만 기기 내부에서 디지털 화되어 MPEG2 압축이 실행되고 있다.



MPEG2의 기록방식은 그림 18(a)에 나타난 VBR(Varia -ble Bit Rate, 가변 비트 레이트)가 사용되고 있으며 디지털 방송에서 사용되고 있는 CBR(Constant Bit Rate, 고정 비 트 레이트)에 비해 화질적으로 유리하다.
DVD나 하드디스크는 컴퓨터의 메모리 소자로 사용되고 있다는 점에서도 알 수 있는 바와 같이, ‘디지털 신호의 기록 이나 전송은 요구사양의 비트 레이트를 충족시킬 경우 무엇 이든 상관없다’라는 것이 전형이다.
DVD에 기록할 수 있는 데이터의 전송속도는 최고 9.8Mbps 정도이다. 2시간 정도의 영화를 기록할 경우, 영상 신호에 할당되는 속도는 평균 3.5Mbps 정도이지만 이것으로 는 하이비전의 디지털 신호를 DVD에 기록할 수 없다. 그래 서 등장한 것이 청색 레이저디스크이다. 현재 2가지 방식이 제안되고 있다.
하드웨어상의 전송속도는 36Mbps로 고속이다. 청색 레이 저디스크도 기록되는 영상신호는 MPEG2 신호이며 디지털 방송의 하이비전 방송을 그대로 기록할 수 있다.

5. 하드디스크 리코더

최근에 VTR로 치환하려고 하는 방식 중 유력한 한가지가 하드디스크 리코더이다. 하드디스크를 리얼타임성이 요구되 는 AV 기기에 사용할 수 있게 된 것은 기술의 진보에 따라 액 세스 속도가 빨라졌기 때문이다. 하드디스크도 당연히 스트 림 기록기이지만 사용되는 비디오 신호는 MPEG2이고 VBR 기록이 실행된다.
DVD, 하드디스크 리코더의 비디오 출력은 주로 아날로그 였다. 이것은 디지털 출력에 대한 저작권 보호문제가 해결되 지 않았기 때문이지만 HDMI를 사용함으로써 그 문제가 해 결되었으며 2003년 말에 HDMI 대응 DVD 플레이어가 발매 되어 화제가 되었다.

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여기서는 비디오 전송, 축적에 관해 살펴보았다. 디지털 비 디오 신호로 되고 압축기술이 발달하여 전송, 축적의 자유도 가 증가된 만큼 다양한 방법이 제안되어 매우 어려워진 듯하 다. 그러나 여기서 기술한 바와 같이 비디오 신호라는 관점에 서 보면 RGB와 Y/색차 컴포넌트 신호밖에 없다.

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