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DMB Technology Terrestrial DMB Technology
서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부 김용한 (
[email protected])
KRnet 2004 (2004. 6. 25.)
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1
목차 ü 지상파 DMB 서비스 소개 ü 지상파 DMB 표준 및 시스템 개요 ü 지상파 DMB 비디오 서비스 표준 1 다중화 표준 1 비디오 압축 표준 1 오디오 압축 표준
ü 연구 개발 현황 ü 결론 및 향후 전망 KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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지상파 DMB 서비스 소개
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지상파 DMB 서비스 비전 (1) ü Why another TV-like service? 1mobile
reception (TV in my car/pocket/palm)
Digital Multimedia Broadcasting Terminal
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지상파 DMB 서비스 비전 (2) ü Why another mobile-phone-like multimedia service? 1free services like conventional TV
P U
S H
free TV services
1high-bandwidth
data box in my pocket for free
reception highbandwidth data-box for free reception GoldStar
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PDA
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지상파 DMB 서비스 비전 (3) ü Yes, DMB also provides FM-like services with the following upgrades 1CD-quality 1Audio
Audio Broadcasting beats analog FM
possibly with slide show
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지상파 DMB 요구 사항 ü 기본 오디오 1CD-quality stereo ü 멀티미디어 서비스 1비디오 : VCD-quality 1오디오 : max. CD-quality stereo 1데이터 방송 : text & graphic ü 데이터 서비스 : optionally many ü Number of channels : enough to promote market penetration 1Number of multimedia channels : at least 6 KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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지상파 DMB 채널 ü 사용 주파수대 : VHF 6MHz TV Channel 1 서울 및 인근 지역 : CH 12만 사용 가능 (최근 CH 8 추가) m
지상파 아날로그 TV의 디지털 전환 완료 시 추가 채널 확보 가능
ü DMB 채널 수 1 3 * 1.5MHz FDM in the 6 MHz m
1 ensemble = a multiplexed stream for one of the 1.5 MHz slots
ü 멀티미디어 프로그램 수 (보호율 = ½ 경우의 예시) 1 1 per ensemble (768 Kbps video) : 1 * 3 * 2 = 6 programs 1 2 per ensemble (384 Kbps video) : 2 * 3 * 2 = 12 programs 1 3 per ensemble (256 Kbps video) : 3 * 3 * 2 = 18 programs 1 contents-dependent dynamic rate allocation may help.
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지상파 DMB 표준 및 시스템 개요
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지상파 DMB 시스템 송신
VHF
고정
데이터 방송 서버
MPEG-4 방송 서버
NPAD 다중화기
오디오 인코더
• PAD : Program Associated Data • NPAD : Non-Program Associated Data • OFDM :Orthogonal Frequency Division Multiplex
KRNET 2004
수신
PAD 다중화기
고출력 증폭기
OFDM 변조기
앙상블 다중화기
• 송수신 정합 표준 • 비디오 송수신 정합 표준 • 데이터 송수신 정합표준
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휴대
이동
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Compatibility with DAB (EUREKA -147)
v 지상파 DMB는 DAB와 완벽한 호환성을 가짐 KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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EUREKA-147 송신 측 블록도 FIC Data Services Multiplex Control data Service Information
…
FIDC
…
MCI
…
SI
Fast Information Block Assembler
Packet Multiplex assembler
Program Associated Data 24kHz or 48kHz PCM Audio signal
General Data Services
MPEG Audio LayerII encoder
FIBs
Energy Dispersal Scrambler
Energy Dispersal Scrambler Energy Dispersal Scrambler
Optional CA Scrambler
Convolutional encoder
Convolutional encoder
Convolutional encoder
Packet Mux assembler Stream mode Data
Transmission Frame Mux
Time Interleaver
Main Service Multiplexer
Packet mode Data Optional CA Scrambler
CIFs
Time Interleaver
Optional CA Scrambler
Energy Dispersal Scrambler
Convolutional encoder
Time Interleaver
Optional CA Scrambler
Energy Dispersal Scrambler
Convolutional encoder
Time Interleaver
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FIC MSC Sym. Gen.
Sync. Ch. Sym. Gen.
OFDM Signal Generator Transmission
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지상파 DMB Service Structure “DMB ENSEMBLE ONE”
Ensemble
Services
Service components
“ALPHA 1 RADIO”
Audio
ALPHATMC
“BETA RADIO”
ALPHASI
DMB-1
“ALPHA 2 RADIO”
2nd-ry Audio
DMB-2
MCI SI
FIDC Fast Information Channel
Sub CH Sub CH Sub CH Sub CH a b c d
Sub CH 63
Main Service Channel
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지상파 DMB 표준 체계도 방송표준방식및방송업무용무선설비의 기술기준 초단파 디지털라디오방송 송수신 정합 표준 초단파 디지털라디오방송 비디오 송수신 정합 표준(안) 초단파 디지털라디오방송 데이터 송수신 정합 표준(안) 초단파 디지털라디오방송 MOT 슬라이드쇼 송수신 정합 표준(안) 초단파 디지털라디오방송 방송웹사이트 송수신 정합 표준(안) 초단파 디지털라디오방송 XML기반 전자프로그램안내 송수신 정합 표준(안) 초단파 디지털라디오방송 음성기반 전자프로그램안내 송수신 정합 표준(안) 초단파 디지털라디오방송 양방향 서비스 송수신 정합 표준(안)
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차세대디지털방송표준포럼(2004) DMB 분과
IPMP분과
미들웨어 Ad-hoc Group
TV Anytime 분과
3D TV 분과
2005년 중반 완료 예정
v 위피를 포함하여 여러가지 고려 중
교통 정보 Ad-hoc Group
2004년 말 완료 예정
v TPEG 기반 예상
제한 수신 Ad-hoc Group
2004년 말 완료 예정
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지상파 DMB 관련 규격의 표준화 과정 무선설비 기술기준
DMB 송수신정합 표준
DMB 비디오 송수신 정합표준
DMB 데이터 송수신 정합표준
표준 성격
정보통신부 장관 고시
TTA단체표준
TTA단체표준
TTA단체표준
초안 작업반
Eureka-147 서비스기술위
Eureka-147 서비스기술위
MPEG-4 멀티미디어서비스 기술위
Eureka-147 서비스기술위
진행 상태
고시 공표 2003년 6월
단체 표준 확정 2003년 10월
단체 표준 확정 예정 (2004년 6월)
초안 작성 완료 (2003년 9월)
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표준화 기본 방향 및 방법 ü 기술기준 1 “초단파” à VHF 대역으로 제한 ü 송수신 정합 표준 : 기본 오디오, 다중화, 채널부호화, 모뎀 1 EUREKA-147 (ETSI EN 300 401)과 거의 동일 m 한글 코드 추가 m MPEG-4 멀티미디어 서비스를 위한 데이터 타입 코드 추가 m 전송 모드 I만 사용 ü 비디오 송수신 정합 표준 : 비디오 부호화, 오디오 부호화, 부가 데이터(Optional), AV 다중화, 추가 채널부호화 1 가능한 한 다채널 수용 m 비디오 압축 알고리듬 비교 평가 실시 m 오디오 압축 알고리듬 비교 평가 실시 ü 데이터 송수신 정합 표준 1 유럽 DAB 표준 또는 국내 자체 개발 규격 중 국내에서 필요하다고 인정되는 데이터 서비스 규격을 단계적으로 표준화 (all optional) 17 KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
무선설비 기술기준 q
q
제1장 총칙 / 제3조 용어정의(新設) 초단파디지털라디오방송 오디오 서비스, 비디오 서비스, 데이터 서비스 등 제2장 / 제9조 초단파디지털 라디오 방송용 무선설비(新設) 방송신호의 구성 오디오 서비스 신호의 형식 비디오 서비스 신호의 형식 데이터 서비스 신호의 형식 다중화 조건 / 제한수신 기능 / 변조 및 송신 조건 편파면(수직편파) / 실효복사전력 / 공중선 지향특성
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지상파 DMB 송수신 정합 표준 (TTAS.KO-07.0024) q q q
제1장 총칙 제2장 시스템 요구사항 제3장 DMB 송수신기 정합 표준 q 시스템 개요 / 전송 메커니즘 q 다중화 구성 정보 (비디오 서비스를 위한 데이터 타입 추가) q 오디오 부호화 / 데이터 기능 q 제한수신 / 에너지분산 q 길쌈 부호화 / 시간인터리브 q 공통인터리브프레임 q 디지털라디오방송 전송 신호 q 라디오 주파수 특성 (EUREKA-147의 전송 모드 1만 사용) q DMB에 적용되는 기본문자(DTV와 동일한 한글 완성형 및 유니코드 추가)
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지상파 DMB 데이터 송수신 정합 표준(안) q q q
Multimedia Object Transfer (MOT) Protocol IP Tunneling Transparent Data Channel (TDC)
(아래는 항목별 별도 문서 인용) q q q q q
Interactive Service (Network-Independent/dependent protocols) : CDMA, IMT-2000 included Broadcast Web Site (BWS) : NEW baseline Profile JPEG Slide Show Electronic Program Guide (EPG) using XML Voice EPG
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Layered Concept of T-DMB Broadcast Web Site Interactive Service JPEG Slide Show
MCI & SI
D T 2 Multi L D Ch Ch. TDC S C EWS
Audio FIDC
PAD
Audio Service
MOT
IP Tunneling
NPAD Data Service
FIC
TDC
TPEG, DGPS etc MPEG4 A/V
MPEG4 Data
MPEG4 LIVE TV Block Code
Video Service
MSC
DAB (Eureka-147) T-DMB KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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지상파 DMB 비디오 서비스 표준
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비디오 서비스 요구 사항 비디오 형식 화소수를 기준으로 최대 352x288@30fps 형태의 비디오 서비스를 제공할 수 있어야 한다 비디오 화질 7인치급 LCD표시장치에서 VCD급 화질을 제공할 수 있어야 한다 랜덤 억세스 2초 단위의 랜덤 억세스가 가능하여야 한다
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지상파 DMB 비디오 송수신 정합 표준(안) q 압축 부호화
비디오 : H.264 | MPEG-4 Part 10 AVC (Advance Video Coding ) Baseline Profile q 오디오 : MPEG-4 Part 3 AAC-BSAC (Bit Sliced Arithmetic Coding) q 부가데이터 : MPEG-4 BIFS Core2D Profile q
q 다중화 : M4onM2
MPEG-4 SL q MPEG-2 TS (PES) q
q 채널 부호화
Reed-Solomon Coding (204,188) q Convolutional Interleaving q 요구 BER 성능 : 10-8 이하 q
q 전송 모드 : EUREKA-147 Stream Mode
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T-DMB Video Components MPEG-4 MPEG-4AVC AVC Video Video
MPEG-4 MPEG-4 BSAC BSAC Audio Audio
MPEG-4 MPEG-4BIFS BIFS Interactive Interactive Contents Contents
MPEG-4 MPEG-4SL SL Encapsulation Encapsulation
MPEG-4 MPEG-4SL SL Encapsulation Encapsulation
MPEG-4 MPEG-4SL SL Encapsulation Encapsulation
MPEG-2 MPEG-2 TS TS Multiplexing Multiplexing Forward Forward Error Error Correction Correction EU-147 EU-147 Stream Stream Mode Mode KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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Video service -High level architecture
Display and User Interaction Interactive Audiovisual Scene
Composition and Rendering
Compression Layer Object Descriptor
Sync Layer
Delivery Layer
SL
SL
SL
Scene Description Information
SL
SL
Upstream Information AV Objects Data
…
SL
MPEG-2 TS (PES)
Outer Coder (RS + Interleaver)
KRNET 2004
Stream Mode of TTAS.KO-07.0024
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지상파 DMB 다중화 표준
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비디오 다중화 개념 블록도 IOD Data
IOD Generator
Section Generator
OD/BIFS Stream
Outer Convolutional Interleaver
Outer Encoder RS(204,188)
AUX data SL Packet
TS Multiplexer
Audio SL Packet
MPEG-2 TS
PES Packet
PES Packetizer
AUX Data ES
SL Packetizer
AUX Data
Video SL Packet
PES Packetizer
Audio ES
OD/BIFS SL Packet
PES Packetizer
BSAC Audio Encoder
SL Packetizer
Video ES
SL Packetizer
AVC Video Encoder
SL Packetizer
OD/BIFS Generator
PSI Section 14496 Section
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M4onM2 PID
PAT PAT PMT PMT PID
Initial Initial Object Object Descriptor Descriptor ES_ID
ES_Descriptor ES_Descriptor ES_Descriptor ES_Descriptor
ES_ID
Sl_Descriptor { ES_ID; }
BIFS
AudioSource
MovieTexture
PID
TS
Scene Descriptor PID
Object Descriptor ID
PID
Object Object Descriptor Descriptor
Object Object Descriptor Descriptor
ES_Descriptor ES_Descriptor
ES_Descriptor ES_Descriptor
Object Descriptor stream
ES_ID
ES_ID
PID
Video Stream
Audio Stream
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DMB Packet Structure MPEG-4 SL
MPEG-2 TS Reed-Solomon Code
SL Hdr | Audio ES
SL Hdr | Video ES
Audio PES
Video PES
HDR
TS Payload
HDR
TS Payload
HDR
TS Payload
RS 16byte HDR
TS Payload
HDR
Convolutional DeInterleaver
Byte Interleaved Data
Sub-Channel 0 Address
HDR
RS 16byte
Byte Interleaved Data
Sub-Channel 863 Address
1 Address
CU (64 bits) CU (64 bits) CU (64 bits) CU (64 bits) CU (64 bits) CU (64 bits)CU (64 bits) CU (64 bits)
1 CIF = 24ms
CIF( 55296 bits)
CIF( 55296 bits)
CIF( 55296 bits) MSC
DMB = 2.4Mbps = FIC(96kbps) + MSC(2.304Mbps) FIC = 32kbps(1/3 Code rate)
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MPEG-2 Transport Stream
Elementary Stream (ES): Access Unit
IDR Picture
Non IDR Picture
variable
Packetized ES: PES Packet
PES Header
variable
PES Header
IDR Picture Data
variable
Transport Stream: TS Packet
TS Header
PES Packet data
188 bytes Fixed
Non IDR Picture Data
variable
TS Header
PES Packet data
188 bytes Fixed
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TS Header
Adaptation field Stuffing byte
PES Packet data
188 bytes Fixed
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지상파 DMB 비디오 규격
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DMB – 비디오 규격 ITU-T Rec. H.264 / ISO/IEC 14496-10 AVC Baseline Profile Level 1.3 With some restrictions in Parameter Sets and level
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Chronology of Video Coding Standards 1990
1992
H.261
1994
H.263
1996
1998
H.263v2
MPEG-2/H.262
MPEG-1
2000
2002
2004
H.263v3
H.264/MPEG-4 AVC
MPEG-4v1
MPEG-4v2
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MPEG-4v3
작성
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Layers in the MPEG-4 AVC ü NAL (Network Abstraction Layer) 1gives VCL network independent interface ü VCL (Video Coding Layer) H.320, H.324/M
Mpeg-2 systems
Mobile Communication Broadcast
VCL
Content Server
NAL
Link Internet
KRNET 2004 Streaming
RTP payload
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ISO media file format encapsulation
Storage
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H.264/AVC 블록도 (CBR 버전) TM-5 모델 mquant 값 입력 비디오 신호
부호기 제어
밝기 블록 데이 터
가상 버퍼 점유 도
변환/양자화
복호기 블록 16x16 픽셀 매크로 블록 단위로 쪼갬
제어 데이터 양자화된 변환 계수
역양자화/역 변환 엔트로피 코딩
인트라 프레임 예측
부호기 버퍼
디블로킹 필터
움직임 보상 인트라/인터
출력 비디오 신호 움직임 데이터
움직임 예측
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Main Profile
Extended Profile
• B slice types • Weighted prediction • Support for Interlace Video • CABAC • • • • •
• Data partitioning • SP/SI switching slice
Baseline Profile
I and P slice types (not B) Deblocking filter No Interlace support 1/4-sample motion compensation • Flexible macroblock ordering Tree-structured motion • Arbitrary slice ordering segmentation down to 4x4 block • Redundant slices size • VLC-based entropy coding
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Level 1 : QVGA(320x240) 1080i(1920x1080i) Level 2 : 625 SD(720x576) 16VGA(2560x1920) Level 3 : SXGA(1280x1024)
Level 4 : Level 5 :
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Levels
Level #
Max Sample Processing Rate MaxMBPS (MB/s)
Max Frame Size MaxFS (MBs)
Decoded picture buffer memory MaxKByte (1024 bytes)
Max Video Bit Rate (1000 bits/sec)
Max CPB Size (1000 bits)
1
1 485
99
148.5
64
1.1
3 000
396
337.5
1.2
6 000
396
1.3
11 880
2
Vertical MV Range (full samples)
Min Compress ratio MinCR
Max number of MVs per two consecutive MBs
175
[-64,+63.75]
2
-
192
500
[-128,+127.75]
2
-
891.0
384
1 000
[-128,+127.75]
2
-
396
891.0
768
2 000
[-128,+127.75]
2
-
11 880
396
891.0
2 000
2 000
[-128,+127.75]
2
-
3
40 500
1 620
3 037.5
10 000
10 000
[-256,+255.75]
2
32
4
245 760
8 192
12 288.0
20 000
25 000
[-512,+511.75]
4
16
4.1
245 760
8 192
12 288.0
50 000
62 500
[-512,+511.75]
2
16
5
552 960
21 696
40 680.0
135 000
135 000
[-512,+511.75]
2
16
5.1
983 040
36 864
69 120.0
240 000
240 000
[-512,+511.75]
2
16
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지상파 DMB 오디오 규격
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1-2 History of MPEG Audio q 1991 : MPEG-1 Standard (ISO/IEC 11172-3) § CD quality : stereo § Application : VCD § Layer II : DAB (MUSICAM) § Layer III : mp3, Divx
q 1993 : MPEG-2 Standard (ISO/IEC 13818-3) § Multichannel(5.1 channel) Audio § Backward Compatibility § Application : DVD KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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1-2 History of MPEG Audio-계속 q 1995 : MPEG-2 part 7 (ISO/IEC 13818-7) § Multichannel Audio § Non-Backward Compatiblity § High Coding Efficiency § Application : BS Digital Broadcasting
q 1999 : MPEG-4 Audio (ISO/IEC 14496-3/Amd/Ext) § Multi-functional Audio § Multimedia Coding § Application : DMB, XM-Radio, etc. KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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2-1 History of AAC q 1991 : MPEG-1 Audio (ISO/IEC 11172-3) § mp3 : ASPEC + MUSICAM <- hybrid coding
q 1993 : MPEG-2 Audio (ISO/IEC 13818-3) § Multichannel mp3
q 1995 : MPEG-2 part 7 (ISO/IEC 13818-7) § NBC à MPEG-2 AAC : 1995. 12
q 1999 : MPEG-4 Audio (ISO/IEC 14496-3) § MPEG-4 AAC
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MPEG-4 Audio ER-BSAC
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3-4 BSAC 기본개념 - Bit Slicing ü 양자화된 주파수 데이터를 비트단위로 분리 양자화된 주파수 데이터 X[i]
0 1 1 0 1
13
X[i+1]
0 0 1 0 0
4
X[i+2]
1 0 0 0 0
16
X[i+3]
0 0 0 0 0
0
…
. . . . .
AAC 처리 단위 (Huffman Coding)
(Arithmetic Coding) BSAC 처리 단위
1 0 0 0 . . . (Least Significant Bits) 0 0 0 0 . . . (3rd Significant Bits) 1 1 0 0 . . .(2nd Significant Bits) 1 0 0 0 . . . (1st Significant Bits)
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0 0 1 0 . . . (Most Significant Bits)
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3-6 BSAC Bitstream 구성
ü 계층적 BSAC bitstream 개념도
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지상파 DMB 비디오 데이터 방송 지원 규격 (BIFS)
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Core2D Scene Description Profile ü ü ü ü ü ü ü ü ü
basic 2D composition 2D texturing local interaction local animation BIFS updates quantization access to web links and sub-scenes back channel (ServerCommand) VoD features (MediaControl, MediaSensor)
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Core2D Graphics Profile ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü
Appearance Background2D Bitmap Circle Color Coordinate2D FontStyle IndexedFaceSet2D Material2D PixelTexture Rectangle Shape Text
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연구 개발 현황 q q q q q q q q q q q
서울시립대 ETRI KETI KBS MBC SBS EBS 삼성전자 LG전자 ㈜픽스트리 ㈜온타임텍
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PC 기반 지상파 DMB 백엔드 시스템 구조 (서울시립대학교 버전) Application System controller Media Stream
TS DEMUX
TS 입력 (USB)
PES/SL parser
Media Stream
BIFS Decoder
Presenter
Visual Renderer
Media Stream
PES/SL parser
Media Stream
Video Decoder
Media Stream
Media Stream
PES/SL parser
Media Stream
Audio Decoder
Media Stream
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Audio Renderer 50
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결론 및 향후 전망
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지상파 DMB 서비스의 의의 ü Probably Korea might be 1the first country that provides terrestrial DMB services ü Terrestrial DMB standard is 1the first domestic broadcasting standard of our own design!! (only parts are all international standards.) ü No international standard exists for DMB. KRNET 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com
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지상파 DMB 표준화 : 남은 과제 ü DMB 실험 방송 1실제 비디오 송수신에 의한 수신 영역 측정 m DMB실험방송전담반
ü 국제표준화 단체 대응 1 ITU-R SG6 WP 6M : Interactive and multimedia broadcasting 1 ETSI: WorldDAB (www.worlddab.org) 공조
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지상파 DMB 도입 일정 (예상) ü 기술기준, 정합표준 등 국내 표준화 1 2003년 상반기 완료 1 데이터 서비스 표준은 계속 업그레이드 예상 ü DMB 실험방송 : 2003년 하반기, 2004년 3사분기 1 기본 오디오 방송에 대한 DAB실험방송은 2002년 이미 수행 ü 기본 오디오 방송 1 2003년말 ü 멀티미디어 방송 1 2004년 하반기 또는 2005년 상반기 ü 데이터 방송 1 2005년 하반기(??)
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Thank you !! And Acknowledgement to All the DMB Committee Members
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