이종망 연동 3DTV 방송서비스를 위한 하이브리드 T-STD 모델에 관한 연구 = A Study on the Hybrid T-STD Model for 3DTV Broadcasting Service over Heterogeneous networks

국문 초록 (Abstract)

디지털방송의 출현으로 방송국에서 일방적으로 송출한 신호를 시청하던 전통적 방송방식은 사용자가 원하는 시간에 원하는 콘텐츠 만을 선택적으로 시청할 수 있는 형태로 변화하였다. 또한 인터넷 망과의 연동으로 사용자는 방송을 시청하면서 대화형 데이터를 주고받을 수 있는 양방향 방송서비스를 이용할 수 있게 되었으며, 최근에는 광대역 전송 기술의 발전으로 대역폭 한계를 극복하면서 시청자에게 4K 이상의 고화질 실감미디어를 제공할 수 있는 실감형 방송서비스가 실현되고 있다.
실감형 방송서비스는 공간과 시간 제약을 극복하고 다양한 감각 정보를 시청자에게 제공하는 형태로, 해상도를 증가하여 초고화질 콘텐츠를 제공하는 UHD 방송기술과 시청자가 자연스럽게 3차원 입체영상을 몰입하여 즐기도록 하는 3DTV 방송기술을 중심으로 연구 개발이 진행되고 있다. 이러한 실감형 방송서비스 가운데, 3DTV 방송 방식은 서비스 호환, 디지털방송 화질 유지 및 최대 4K 고해상도 지원을 목표로 기술 개발 및 표준화가 이뤄지고 있다.
ATSC(Advanced Television System Committee)는 기존 DTV화질열화 없이 고화질의 3DTV 방송서비스를 제공하기 위하여 2013년부터 하이브리드 망 기반의 3DTV 방송서비스에 대한 표준화를 추진하였으며, 현재 추진 중인 ATSC 3.0표준화에서도 하이브리드 3D UHDTV 방송서비스를 하나의 요구사항으로 반영하고 있다.
하이브리드 3DTV 방송서비스는 요구되는 대역폭의 한계를 극복하면서 방송망과 및 인터넷 망(IP)을 통하여 시청자에게 고화질의 3차원 입체영상을 제공하기 위한 것으로, 이를 실현하기 위한 주요 핵심 이슈는 다음과 같다.
첫째, 하이브리드 망을 통하여 전송되는 3차원 비디오는 서로 다른 타임스탬프(Timestamp) 정보를 통하여 전송될 수 있어 수신기에서
프레임레벨(Frame-level)의 3D비디오 재생을 위해서는 보다 강건한 동기화 방안이 요구된다.
둘째, 수신기에서 안정적인 3D 비디오 재생을 위한 하이브리드 T-STD(Transport System Target Decoder) 모델이 새롭게 요구된다. T-STD 모델은 기존 디지털방송에 적용되는 것으로 전송된 미디어 스트림의 안정적인 버퍼링 및 재생을 위한 타이밍 관리에 대한 가상참조 복호화 모델을 규정하고 있다. 하지만 방송망을 통하여 전송되는 기준영상과 달리 인터넷 망을 통하여 전송되는 부가영상은 추가적으로 요구되는 시스템 프로세싱 시간이 소요됨에 따라 수신 및 재생시간이 달라질 수 있다. 이에, 이러한 문제점을 해결함과 동시에 보다 안정적인 3D 비디오 재생을 위한 새로운 T-STD 모델 설계가 필수적으로 요구된다.
이에 본 논문에서는 하이브리드 망을 통하여 전송되는 3D 비디오를 안정적으로 재생하기 위한 동기화 방안 및 부가영상 전송을 위하여 추가적으로 요구되는 프로세싱 시간을 기반으로 한 하이브리드 T-STD 모델을 제시한다. 또한 상기 기술을 기반으로 하이브리드 3DTV 방송서비스를 제공할 수 있는 서비스 시그널링 및 방송시스템 구조를 제안한다.
제안하는 동기화 방안은 별도의 메타데이터기반의 미디어 타임라인 정보를 제공하는 것으로 ISO/IEC 13818-1 표준과 호환성을 유지하면서도 하이브리드 환경에서 안정적으로 프레임 레벨의 동기화를 수행하도록 설계하였다. 또한 개발한 하이브리드 3DTV 방송시스템을 통하여 기준영상 및 부가영상의 부/복호화 및 재생되는 시점에서의 프레임 별 PTS(Presentation Time Stamp) 값을 분석한 결과, 일반적인 TS 대비 약 0.0023% 정보량을 가지면서도 기존 T-STD모델에 아무런 영향 없이 효과적으로3D 비디오 타임라인 동기화를 제공할 수 있음을 확인하였다.
제안하는 하이브리드 T-STD 모델은 기존 T-STD 모델과 호환성을 유지하면서 안정적인 3D 비디오 재생을 위하여 기준영상 스트림을 버퍼링하기 위한 하이브리드 버퍼가 새롭게 추가된 형태로써, 하이브리드 버퍼는 기준영상
스트림을 역 다중화 하기 전에 위치하게 된다. 또한 하이브리드 T-STD 모델은 방송망으로 전송되는 스트림의 최소 버퍼링 시간에 대한 가이드라인을 제시함으로써 향후 다양한 하이브리드 실감미디어 방송서비스를 개발하기 위한 하나의 참조모델로 적용될 수 있을 것으로 기대한다.
또한 상기 제안한 기술은 ATSC에 제안되어 2015년 4월 ‘ATSC A/104 Part 4 – Service Compatible Hybrid Delivery 3D using Broadband or ATSC NRT’의 표준 기술로 채택됨으로써 실용적인 산업화의 기틀을 제공할 수 있을 것으로 예상된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 ............................................. 1
• 1.1. 연구의 배경 .....................................1
• 1.2. 연구의 목표 및 내용 .............................3
• 2. 표준화 현황 및 관련 연구...........................6
• 2.1. 서비스호환 3DTV 방송 방식 및 표준화 현황 ....... 6
• 2.2. 하이브리드 실감미디어 방송서비스 관련 연구 .. ..12
• 2.3. 제안 기술의 차별성 .............................17
• 3. 단일망기반 미디어 전송기술 .......................22
• 3.1. 방송망기반 전송기술 ........................... 22
• 3.1.1. MPEG-2 TS 다중화 ............................ 22
• 3.1.2. MPEG-2 TS 동기화 ............................ 28
• 3.2. 인터넷 망기반 적응형 스트리밍 기술 ............ 30
• 3.2.1. MPEG-DASH 기술 구성 요소 .................... 31
• 3.2.2. MPEG-DASH MPD 구성 .......................... 33
• 3.2.3. MPEG-DASH 세그먼트 포맷 ..................... 35
• 4. 하이브리드 스트리밍 3DTV 방송서비스 ............. 39
• 4.1. 서비스 요구사항 ............................... 39
• 4.2. 서비스 시그널링 ............................... 41
• 4.2.1. 프로그램 지정 정보(PSI) ..................... 42
• 4.2.2. 미디어 페어링 정보(Media Pairing Information) 메타데이터 ............................................. 46
• 4.2.3. 참조 미디어 정보(Referenced Media Information) 메타데이터 ........................................... 48
• 4.3. 서비스 접근과정 ............................... 51
• 4.4. 미디어 페어링 정보기반 미디어 타임라인 동기화 . 53
• 4.5. 하이브리드 T-STD 모델.......................... 56
• 4.5.1. 기존 T-STD 모델.............................. 56
• 4.5.2. 하이브리드 T-STD 모델 설계 .................. 60
• 5. 실험 결과 ....................................... 72
• 5.1. 하이브리드 스트리밍 3DTV 방송시스템 설계 ...... 72
• 5.2. 실험 검증 ..................................... 75
• 5.2.1. 미디어 페어링 정보기반 미디어 타임라인 동기화 실험 .................................................... 76
• 5.2.2. 하이브리드 T-STD 모델 실험 .................. 80
• 6. 결론 ............................................ 83
• 참 고 문 헌 ........................................ 86
• Abstract ........................................... 92

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