동네 허접한 장비 갖다놓고 비디오를 틀어 주던 중계유선방송사에서 시작해서 몸집을 키우면서 지금의 종합유선방송사(SO, System Operator)까지, 케이블방송을 보면, 국내 열악한 방송통신계의 흥망성쇠의 긴 역사가 고스란이 배여 있다고 생각한다. 케이블방송은 저렴하면서 인터넷, 방송, VOD, 게임, 인터넷전화 등 다양한 서비스가 가능하다. 우리는 가까이 있으면서 편하게 즐기는 케이블방송을 무관심해서인지, 잘 모르는 것 같다. 오늘은 알면 더 재밌는 케이블방송에 대해서 알아 보자~!!
케이블방송은 행정구역 상 '구' 정도 급에 한개 업체가 독점하거나 대부분 두개 이상 업체가 경쟁을 하고 있다. 대기업(CJ, 현대백화점, 티브로드, C&M)들이 독립적인 SO들을 전국적으로 여러게 보유하고 있으며, 독과점은 법(전체 가입자 1/3 이하)으로 제한되어 있다.
전체적이고 개괄적인 구성은 이렇다. (광 케이블이랑 동축케이블의 혼합)
CATV 방송망 Headend 다이어그램
먼저 스튜디오에서 제작한 프로그램을 PP 나 DMC(Digital Media Center)에서 제공받고, KT나 전국망사업자들에 의해 광케이블이나 위성으로 케이블방송국의 Headend 까지 공급받는다.
Headend에서는 몇개의 중심 분배센터를 거쳐 개별 셀까지 광신호를 전송한다. 이후부터는 동축케이블이 이용되는데, 우리가 한전전주에서 송전선 아래서 보는 것이 그것이다. 물론 인터넷서비스공급업체의 망과도 짬봉되기도해서 정리안되고 지저분해 보일 수 있다.
이제 전주에 걸린 TAB단에서 집으로 역시 동축케이블만 연결을 하면, 드디어 TV도 보고, 인터넷도 하고, 인터넷전화도 쓸 수 있다!
여기서, CMTS는 서비스가입자를 확인하고 기록하며, 대역폭을 할당해서 인터넷전송속도를 제어하는 역할을 한다.
아날로그방송
사실 2012, 내년 이면, 지상파에서 없어질 기술이다. 케이블은 계속 서비스 할 것이지만,,,
그래도 자세하게 잘 설명된 링크를 걸어 둔다.
http://ko.wikipedia.org/wiki/NTSC
국내에서 아날로그방송의 표준은 NTSC이고, 1ch 대역폭이 6MHz씩, 1GHz이하 주파수를 이용하고 있다. 영상은 VSB 변조, 음성은 FM 변조된다.
대략 디지털 정보량으로 환산하면, 전송률(오디오 제외)은,,,
525(주사선)*858(주사선 당 화소수)*30(60Hz 비월주사)*16(Y=CbCr=8비트)=216Mbps
아날로그TV 영상을 뿌려주기 위해서, 위 전송률을 텔레비전이 매초 처리해야 된다.
컴포넌트(RGB), NTSC 컴포지트(YCrCb) 신호 파형
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RGB = imread('naver.bmp');
Ycbcr = rgb2ycbcr(RGB); Y=Ycbcr(:,:,1);
subplot(2,1,1), image(uint8(RGB)),
title('RGB')
subplot(2,1,2), imshow(uint8(Y)),
title('luminance Y')
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matlab 에서 RGB를 Ycbcr로 변환
중요한것은, NTSC는 기존 흑백TV와의 호환을 우선한 기술이다.
또한 휘도 신호(luminance, Y)와 색차 신호(chrominance, 임의의 색과 그 색과 같은 휘도를 가진 기준색과의 색적인 차, Cb,Cr->I,Q)가 함께 있는 컴포지트 인터페이스이다. 색차 신호는 컬러 부반송파에 의해 휘도 신호 반송파 보다 높은 주파수에 실리게 된다.
컬러부호화에서 부반송파에 실린 I 와 Q 신호의 위상(phase) 관계는 TV 카메라에 잡힌 색상의 색도(color hue)와 관련이 있고, 이들의 진폭(amplitude)은 원 신호의 색상의 채도(saturation, purity)와 관련이 있다고 한다.
NTSC 컴포지트(YCrCb) 신호 파형의 스펙트럼
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%--------------------------------------------------------------------------------------------------
%
simulates FM for the message signal
%--------------------------------------------------------------------------------------------------
Ac=1; fc=50; wc=2*pi*fc; %
Amplitude/Frequency of carrier
Tb=0.1; %
Bit interval time
T=1/fc/8; Fs=1/T; % Sampling
period, frequency
Nb=Tb/T; n=2^(nextpow2(3*Nb));
t=[1:n]*T;
% Nb=Tb 내 샘플수, n=총 샘플수, time vector
f =[-Fs/2: Fs/n: Fs/2]; % Freq. vector
m= ones(Nb,1)*[4 -8 -4]; m=m(:).'; % message signal m(t)
m=[m, zeros(1,n-length(m))]; x=m;
Mf=fftshift(fft(m)); Mf=[Mf
Mf(1)]*T; % Spectrum of
Message signal m(t)
dm(1)=0; T2=T/2;
for i=1:n-1
dm(i+1)=dm(i)+(m(i)+m(i+1))*T2;
end
kf=30;
% deviation constant , th=kf*m(t)*T
s=Ac*cos(wc*t+kf*dm);
Sf=fftshift(fft(s)); Sf=[Sf
Sf(1)]*T; % Spectrum of
modulated signal s(t)
s_th=angle(Sf);
sa=hilbert(s);
% xa=hilbert(x) ,
xa=x+i*x_hat=x_l*exp(j*w1*t)=xc+i*xs <-> Xaf(w)=2*u(w)*Xf(w)
% abs(xa)=
x의 envelope
ssb=real(hilbert(x)).*cos(wc*t)-imag(hilbert(x)).*sin(wc*t);
SSB_f=abs(fftshift(fft(ssb)));
Sa=fftshift(fft(sa)); Sa=[Sa Sa(1)]*T;
sa_th=angle(sa);
th=unwrap(angle(hilbert(s)))-wc*t; % phase of analytic signal
% th=tan-1(xs/xc)=tan-1(x_hat/x)-wt ,
% x=xc*cos(wt)-xs*sin(wt) , x_hat=xs*cos(wt)+xc*sin(wt)
th./dm
y=[0 diff(th)/T/kf];
Yf=fftshift(fft(y)); Yf=[Yf
Yf(1)]*T; % Spectrum of
modulated signal s(t)
subplot(4,3,1), plot(t, m),
title('Message signal m(t)')
subplot(4,3,2), plot(f, abs(Mf)),
title('Spectrum of message')
subplot(4,3,4), plot(t, s), title('FM
modulated signal')
subplot(4,3,5), plot(f, abs(Sf)),
title('Spectrum of modulated signal')
subplot(4,3,6), plot(t,
unwrap(angle(hilbert(s))), t, wc*t, 'r'), title('phase of FM modulated
signal')
subplot(4,3,7), plot(t, abs(sa)),
title('Envelope of FM modulated signal')
subplot(4,3,8), plot(f, abs(Sa)),
title('Spectrum of analytic signal')
subplot(4,3,9), plot(t, sa_th),
title('phase of analytic signal')
subplot(4,3,10), plot(t, y),
title('Demodulated signal')
subplot(4,3,11), plot(f, abs(Yf)),
title('Spectrum of Demodulated signal')
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디지털방송
국내에서 디지털방송의 표준은 ATSC이고, full HD는 주사선은 1080i 이다.
지상파 DTV는 6MHz 대역폭으로 , MPEG 2 인코딩하고 8VSB 변조되어 TS bit rate 19.393Mbps 이다. 디코딩하면 훨씬 정보량이 많을테지만...
(참고로 인코딩 및 다중화 방식 중에서, 저장매체에 저장하기 위한 프로그램 스트림 PS-program stream 이 있고, 네트워크에서 전송 또는 디지털 방송을 위한 트랜스포트 스트림 TS-transport stream이 있다.)
케이블방송은 옥상에 설치된 V/UHF안테를 통하여 지상파DTV를 직접수신하여, 가입자들에게 동축케이블을 통해 그대로 8VSB 전송한다. 물론 재생해서 전력을 확 줄여 보내겠지만...
ATSC 디지털방송의 8VSB 스펙트럼
또 지상파DTV 재송신과는 다르게, 다른 채널의 디지털 방송은 대부분 MPEG 4 인코딩하고 256 QAM변조해서 송출된다. 여기서 부터는 고화질이라서 유료서비스이다.
256 QAM 변조한 한 채널의 스펙트럼
인터넷
케이블방송은 인터넷서비스도 제공하는데, 케이블방송의 상향채널을 통해 가입자로 부터 데이터를 올려받고, 하향채널을 통해 가입자들에게 데이터를 전송해 준다. 핵심적인 장비로 CMTS가 있는데, 인터넷에서 발췌했다.
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CMTS (cable modem termination system)는
케이블 모뎀(Cable Modem) 데이터를 인터넷으로 전송하기 위한 데이터용 패킷으로 바꾸어주는
장비이다.
CMTS는 데이터 네트워크에서
RF케이블 네트워크로 라우팅 기능을 제공하는 CAR(Cable Access Router)카드와
하향 데이타를 위한 64/256QAM을 처리할 수 있는 QAM
Modulator, 상향 데이타를 위한 QPSK/QAM Modulator로 구성 가능하다.
케이블모뎀종단치(CMTS)는
HFC 망이 끝나는 분배센터 내에 위치하여 양방향 HFC망을 통해 케이블 모뎀장비와
인터페이스를 수행하여 외부망과 연결된다. CMTS는 케이블 모뎀과 인터페이스를 위해 다양한 종류의
케이블 모뎀 카드 지원 및 케이블 모뎀 인증을 담당하며, 상 하양 채널의 주파수를 지정하고 채널에
대한 데이터를 암호호한다. CMTS는 대게 라우터, 변조기, 라인카드가 조합된 형태로 구성이 되며, 인터넷/인트라넷 백본 데이터 네트워크와 지역 액세스 케이블 네트워크 간에 고속 통신을 가능하게 한다. 일부 벤더들은 L#라우터 대신에 L2 브리징과 스위칭 기술을 사용하여 CMTS와 분산된 라우터를
연결한다.
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케이블방송 인터넷서비스 다이어그램(6MHz RF 주파수 4ch 하향신호)
막상 정리하고 보니, 인터넷에서 너무 퍼오고, 짜집기가 난무한거 같다. 저작권도 약간은 걱정되기도 한다. 또 복잡한 주제에 대해 처음에는 거창하게 시작했지만, 내공의 부족함을 느끼고 대략 마무리 한다.^^
그래도 나름의 의미를 찾자면, 깊이는 부족하지만 폭 넓게 한눈에 겉 핥기식으로 볼수 있다는 점이다.ㅎㅎㅎ
차차 좀 더 자료는 보충할 생각이다~! 이상~
