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Terrestrial 4K UHD Live Broadcasting of Sports
Terrestrial 4K UHD Live Broadcasting of Sports
Journal of Broadcast Engineering. 2015. Jan, 20(1): 26-39
Copyright © 2015, The Korean Society of Broadcast Engineers
  • Received : November 16, 2014
  • Accepted : December 24, 2014
  • Published : January 30, 2015
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인준 조
상진 함
산성 김
병선 김
bskim2000@kbs.co.kr
상훈 김
성호 전

Abstract
최근 몇 년간 차세대 방송으로 일컬어지는 UHD (Ultra High Definition) 방송 기술에 대한 많은 연구 및 개발이 진행되고 있다. 사람들의 이목이 집중되는 큰 스포츠 이벤트는 새로운 방송 기술을 홍보하기 위해 좋은 기회인만큼, KBS에서는 2014년에 있었던 세 번의 큰 스포츠 이벤트인 KBL (Korean Basketball League) 프로농구 결승전, 2014 브라질 월드컵, 2014 인천 아시안게임에 대해 4K 라이브 중계방송을 실시하였다. 특별히 KBL 프로농구 결승전은 세계 최초 지상파 4K 라이브 중계방송이었으며, 월드컵과 아시안게임에 대해서는 UHDTV를 보유한 시청자들이 각자의 집에서 UHD 방송을 즐길 수 있었다. 본 논문에서는 세 번의 스포츠 이벤트에 대한 전체적인 제작 및 전송과정에 대해 정리하였다. 특별히 경기 현장에서의 방송 제작, 실시간 HEVC 인코딩, SFN 전송, 국가과학기술연구망인 KREONOET을 통한 4K 무압축 영상에 대한 IP 전송 등에 대해 설명하였다.
Keywords
Ⅰ. 서 론
방송 기술이 발전함에 따라보다 크고 더욱 생생한 영상을 즐기고자 하는 시청자들의 요구가 늘어나고 있다. UHD 방송은 이러한 시청자들의 요구를 충족시킬 수 있는 것으로, 기존 DTV 해상도에 비해 가로/세로 화소수를 각각 2배(4K-UHD, 3,840×2,160) 또는 4배(8K-UHD, 7,680×4,320)로 키워 대형 화면에서 현장에 있는 듯한 느낌을 더욱 실감나게 전달할 수 있다. 뿐만 아니라 초당 프레임 수를 최대 120까지 확대하여 빠르게 움직이는 물체를 보다 매끄럽게 표현할 수 있고, 각 화소당 최대 12비트까지 할당하여 화면의 밝기와 색상을 보다 정밀하게 표현할 수 있다. 이러한 UHD 방송 시대를 준비하기 위해서는 고효율 부호화, 영상 처리, 영상 편집, 대용량 데이터 전송 기술 및 디스플레이 기술까지 다양한 분야에서 기술 개발과 표준화가 필요한데, KBS에서는 지난 몇 년간 관련 기술 개발과 동시에 < 그림 1 >과 같이 현재까지 3차에 걸쳐 실험방송을 진행하고 있다.
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KBS의 UHD 실험방송 현황 Fig. 1. Summary of UHD Experimental Broadcasting of KBS
2012년 9월에 시작한 1차 실험 방송에서는 DVB-T2(Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial)와 HEVC 등의 기술 등을 활용하여 세계 최초 지상파 4K 30P 방송을 하였다 [1] [2] . 그 후 2013년 5월부터 이어진 2차 실험 방송에서는 초당 프레임 수를 60으로 올려 방송을 하였다 [3] . 1, 2차 실험방송이 사전 제작한 콘텐츠에 관한 방송을 한 것이라면, 3차 실험방송에서는 이전의 경험을 바탕으로 세계 최초로 지상파 4K 60P 라이브 중계방송을 실시 하였다. 생중계 방송은 사전 제작 방송과 달리 카메라로 촬영한 영상을 실시간으로 압축해야하는데, 이를 위해 KBS에서 공동 개발한 실시간 HEVC 인코더를 사용하였다. 특별히 사람들의 이목이 집중되는 세 개의 스포츠 이벤트인 프로농구 챔피온 결정전, 2014 브라질 월드컵, 2014 인천 아시안 게임 배구 경기에 대해 UHD로 생중계함으로써, UHD에 대한 시청자들의 관심을 높일 수 있었다.
이처럼 KBS는 3차에 걸친 실험방송을 통해 4K UHD 콘텐츠 제작 및 전송에 대한 기술을 안정화시키고, 관련 노하우를 축적할 수 있었다. 본 논문에서는 그 중에서 2014년에 진행되었던 3차 실험방송, 즉 세 번의 스포츠 이벤트에 대한 4K 60P 라이브 중계방송에 대해 각각 살펴보고, 그 과정에서 얻은 경험을 토대로 가까이 다가온 UHD 방송 시대를 대비하기 위한 청사진을 제시하고자 한다.
Ⅱ. 프로농구 챔피온 결정전 3차전 중계
4월 5일 토요일, KBS에서는 세계 최초로 지상파 4K UHD 라이브 중계방송에 성공하였다 [4] [5] . 울산 동천체육관에서 열린 KBL 농구 결승 3차전, 울산 모비스 대 창원 LG의 경기를 4K 60P로 제작하여 지상파로 생중계한 것이다.
- 1. 현장 제작 및 전송
KBS는 프로농구 결승전의 지상파 4K 라이브 중계방송을 위해 방송 센터를 < 그림 2 >와 같이 울산 동천체육관에 컨테이너 타입으로 구축하였다. 경기 중계를 위해 < 그림 3 >과 같이 세 대의 카메라를 사용하였고, 특별히 그 중에 한 대는 방송의 품질을 높이기 위한 슬로우 모션 영상을 제작하기 위해 비디오 서버에 연결하였다. 해당 경기는 HD로도 중계되었으며, 음향 신호는 HD 중계용 신호를 가져와서 사용하였다. 이러한 영상, 음향 신호는 영상 스포츠 그래픽을 생성하는 문자 발생기 신호와 함께 스위처에서 믹싱되었다. 영상은 실시간 HEVC 인코더에서 34Mbps로 압축하였고, 음향 포맷은 MPEG-4 AAC-LC 144Kbps 이었다. 최종적으로 영상과 음향을 합쳐 전체 35Mbps MPEG-2 TS 신호를 서울 남산 송신소로 송출하였고, 남산 송신소에서는 이 신호를 DVB-T2 방식을 사용하여 600W로 수도권으로에 송신하였다.
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4K 라이브 중계방송 제작 스튜디오 및 현장 Fig. 2. 4K Live Production Studio and Venue
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프로농구 결승전 4K 라이브 방송 시스템 Fig. 3. 4K Live Broadcasting System for the KBL Finals
- 2. 공개 시연
위에서 언급한 것처럼 이날 제작된 4K UHD 방송은 DVB-T2를 통해 전송되었는데, 당시 시판되었던 UHDTV 에서는 DVB-T2 방식을 지원하지 않았기 때문에 일반 가정에서는 UHDTV를 가지고 있더라도 시청할 수 없었다. 이에 KBS에서는 가전사와 협조하여 < 그림 4 >와 같이 사람들이 많이 다니는 서울역과 KBS 본사에 DVB-T2를 지원하는 UHDTV를 별도로 설치하여 세계 최초로 진행되는 지상파 4K UHD 생중계를 일반 시민들이 볼 수 있도록 공개 시연 하였다.
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4K 공개 시연 서울역 (좌) 및 KBS 본사 (우) Fig. 4. 4K Public Viewing Event at Seoul Station (left) and KBS Head Office (right)
Ⅲ. 2014 브라질 월드컵 중계
프로농구 결승전 UHD 라이브 중계방송 경험을 바탕으로, UHD 방송에 대한 시청자들의 관심을 높이기 위해 2014 브라질 월드컵 기간 동안 리우 데 자네이루의 마카라낭 경기장에서 열렸던 세 경기, 콜롬비아 대 우루과이 (16강), 프랑스 대 독일 (8강), 독일 대 아르헨티나 (결승) 전을 UHD로 생중계하였다.
- 1. 콘텐츠 제작
브라질 월드컵 4K UHD 중계방송은 리오 데 자네이루의 마라카낭 경기장에 소니가 구축한 컨테이너 타입의 방송센터에서 제작되었다. 브라질에서 제작된 4K UHD 신호는 네 개의 HD 신호로 나뉘어 AsiaSat5 위성을 통해 전송되었고, KBS 본사에서는 위성지국이 이를 수신하여 방송센터로 전달하였다. 위성신호는 방송센터(< 그림 5 >)에 < 그림 6 >과 같이 설치된 네 개의 IRD(Integrated Receiver and Decoder)를 거쳐 네 개의 HD 영상으로 복호화되었고, 이 영상들을 합쳐서 최종적으로 4K UHD 영상을 얻었다. 그러나 KBS에서는 단순히 위성 신호를 지상파로 바꿔서 전송한 것은 아니고, 해당 신호에 아나운서와 해설위원 코멘터리 및 한국어 스포츠 자막을 추가하여 실시간 HEVC 인코더를 통해 영상을 압축한 이후에 지상파 채널을 통해 실시간 중계하였다.
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월드컵 4K 라이브 중계방송 제작 스튜디오 Fig. 5. 4K Live Production Studio for the World Cup
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2014 브라질 월드컵 4K 라이브 방송 시스템 Fig. 6. 4K Live Broadcasting System for the 2014 FIFA World Cup
브라질 현지에서 받은 4K 영상은 HEVC 32Mbps로 압축하였으며, 음향 포맷은 MPEG-4 AAC-LC 128Kbps 였다. 이러한 영상과 음향은 34Mbps MPEG-2 TS로 멀티플렉싱 되어 SFN으로 구성된 남산 및 관악산 송신소로 송출되었고 남산 및 관악산 송신소에서 DVB-T2 방식으로 수도권에 송신하였다. SFN에 대해서는 5장에서 보다 자세히 다루도록 하겠다.
- 2. 공개 시연 및 TV 시청
프로농구 결승전이 서울에서만 공개 시연을 되었던 것과 달리, 월드컵은 보다 많은 사람들이 UHD를 경험해볼 수 있도록 하기 위해 서울 이외에 대전과 제주도에서도 공개 시연을 하였다. 이를 위해 < 그림 6 >과 같이 KISTI의 국가과학기술연구망인 KREONET을 사용하였다 [6] . 실시간 HEVC 인코더에서 나온 MPEG-2 TS 출력을 IP로 변환하여 KBS 대전 총국 및 제주 테크노파크로 전송하였고, 각 지역에서는 이를 다시 ASI 신호로 변환하였다. 대전에서는 이 신호를 DVB-T2로 다시 모듈레이션하였고, KBS 대전 총국 로비에서는 온에어 신호를 수신하여 공개 시연을 하였다. 제주도에서는 테크노파크에 있는 송신기를 활용하여 제주도 전역에 DVB-T2 방식의 지상파로 송신하고, KBS 제주 총국 로비에서 이를 수신하여 UHDTV로 공개 시연을 하였다. 또한 서울역과 KBS 본사에서는 남산및 관악산 송신소에서송신한 지상파 신호를 수신하여 공개 시연을 하였다. < 그림 7 >은 이와 같이 각 지역에서 진행하였던 공개 시연 모습을 보여준다.
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4K 공개 시연 (a) 서울역 (b) KBS 본사 (c) KBS 대전 (d) KBS 제주 Fig. 7. 4K Public Viewing Event at (a) Seoul Station (b) KBS Head Office (c) KBS Daejun (d) KBS Jeju
또한, TV 가전사에서는 시청자들이 월드컵을 지상파 UHD 방송으로 시청할 수 있도록 월드컵 직전에 이미 시중에 판매된 수상기에 대해서 DVB-T2 방식을 지원하도록 하드웨어 및 펌웨어를 업그레이드를 진행하였다. 이에 따라 수도권 및 제주도에서 UHDTV를 보유하고 있는 시청자들은 집에서도 편하게 UHD 방송을 즐길 수 있게 되었다. 바야흐로 일반 가정에서도 고품질의 UHD 방송을 무료로 즐길 수 있는 시대가 열리기 시작한 것이다.
Ⅳ. 2014 인천 아시안게임 배구 중계
세계 최초로 지상파 4K UHD 라이브 중계를 하였던 프로농구 결승전 및 브라질 월드컵 중계 경험을 바탕으로, 인천에서 열렸던 2014 아시안게임에서는 보다 많은 경기를 4K UHD로 생중계하였다. KBS에서는 인천 송림체육관에서 진행된 남녀 배구 경기를 매일 한 경기 이상을 2주에 걸쳐 4K로 제작하여 생중계하였다.
아시안게임 배구 경기가 열리는 인천 송림 체육관에 < 그림 8 >과 같이 UHD 방송센터를 구축하고 4K 방송을 제작하였다. 이번에는 4월에 있었던 프로농구 결승전에서 단지 세 대의 카메라를 사용하여 방송을 제작했던 것과 달리, 총 일곱 대의 카메라를 사용하여 HD 중계방송 수준의 고품질 UHD 방송을 제작하였다. 다채로운 화면 구성을 위해서 세대의 카메라는 비디오 서버에 연결하여 슬로우 모션 영상 생성에도 사용하였다. 특별히 한 대는 4K용 초고속 카메라로, 360 fps 까지 촬영하여 4K 슈퍼 슬로우 영상을 중계에 활용하였다. HD 국제신호를 제작하기 위해 총 열한대의 카메라가 사용되었는데, 네트 및 천장에 설치한 특수 카메라를 제외하면 사용한 카메라 수가 거의 비슷할 정도로 이번 중계에 많은 자원을 투자하였다. 이는 이번 실험방송이 단순히 UHD 방송 기술을 실험하기 위한 방송이 아니라, 편성, 제작, 전송, 송신 등 전 부분에 걸쳐 준비된 UHD 본방송을 위한 리허설이었기 때문이다.
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인천 아시안게임 4K 라이브 중계방송 제작 스튜디오 및 현장 Fig. 8. 4K Live Production Studio and Venue for the Incheon Asian Games
< 그림 9 >는 4K 라이브 방송을 위한 시스템 다이어그램을 보여준다. 여기서 보는 것과 같이 총 두 대의 실시간 HEVC 인코더를 준비하여 한 대는 실제 방송에, 그리고 나머지 한 대는 백업용으로 사용하였다. 특별히 메인으로 사용했던 인코더는 KBS 기술연구소에서 씬멀티미디어와 공동으로 개발한 것으로, 시중에 출시된 상용 인코더들의 출력 영상과 비교하여 우수한 화질을 보였다고 평가 받았다.
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2014 인천 아시안게임 4K 라이브 방송 시스템 Fig. 9. 4K Live Broadcasting System for the 2014 Asian Games
실시간 HEVC 인코더에서는 4K 영상은 HEVC 30Mbps로, 국제신호용 HD 중계차에서 받아온 음향은 MPEG-4 AAC-LC 128Kbps 포맷으로 인코딩되어 31.5Mbps MPEG-2 TS를 생성하였다. 이렇게 만들어진 MPEG-2 TS는 KREONET을 통해 KBS 본사로 전송되었고, KBS 본사에서 DVB-T2 방식의 SFN이 구성된 남산 및 관악산 송신소로 전송된 방송 신호는 수도권 전역으로 송신되었다.
공개 시연을 위해 KBS 본사와 인천 송도의 IBC 및 송림 체육관 UHD 방송센터에 UHDTV를 설치하고 지상파를 직접 수신하여 일반 시민들이 볼 수 있도록 하였다. 또한 이미 DVB-T2 방식을 지원하는 많은 수의 UHDTV가 시중에 판매되었기에 수도권에서 UHDTV를 보유한 가정에서는 무료로 아시안게임을 UHD 방송으로 즐길 수 있었다.
압축된 4K 영상을 전송하는 것과 별도로, 4K 비디오 서버에서 출력된 무압축 4K 영상에 대한 전송 실험을 동시에 진행하였다. 그러나 무압축 4K 60P 영상은 KREONET의 대역폭에 근접하기 때문에 안정성을 위해 영상을 30P로 변환하여 KBS 본사 및 KISTI 대전 본사로 성공적으로 전송할 수 있었다.
UHD 방송에 대한 정부와 업계의 관심을 반영하듯 미래부 장관 및 일본의 NexTV 포럼 등 국내외 방송관련 기관들이 UHD 제작현장을 방문하여 많은 관심을 포명하였다.
Ⅴ. 실험방송을 위한 SFN 구축
지상파 4K UHDTV 실험방송의 전송에 사용된 DVB-T2 시스템은 멀티패스에 강인한 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용하며, SFN (Single Frequency Network)을 지원한다 [7] . DVB-T2에서 새롭게 추가된 16K, 32K FFT는 DVB-T에 비해 긴 심볼 길이를 제공하며, 이를 통해 기존보다 향상된 SFN 성능을 제공한다. 심볼 길이의 일정 비율로 심볼 사이에 삽입되는 가드인터벌은 반사파와 타 송신기 신호들에 의해 발생 가능한 심볼간 간섭 (Inter Symbol Interference)을 흡수한다. DVB-T2는 가드 인터벌 범위를 확장하여 전송 오버헤드를 줄이고, 원거리 송신기 간섭 신호에 대한 강인성을 향상하고, 보다 큰 서비스 영역을 지원하는 등 네트워크 구축 관련 유연성을 확대하였다.
이번 4K UHDTV 라이브 실험방송을 위해 관악산 송신소와 남산 송신소를 운용하였으며, 동일 주파수에서 SFN 전송 네트워크를 구성하였다. SFN은 동일한 RF 채널에서 동기화된 여러 송신기들이 동일 신호를 송신하도록 구성된 네트워크를 의미한다. SFN에서 송신 네트워크의 모든 송신기와 중계기는 동일한 주파수를 사용한다. 이를 통해 SFN은 동일 서비스 영역에 방송 서비스를 제공하는데 있어서 MFN (Multi Frequency Network)방식보다 더 적은 주파수를 사용하며, 송신 신호의 중첩 및 보상 등 네트워크 이득으로 인한 수신 전계강도의 상승이 가능하다. SFN에서 유효 수신 가능성과 수신 성능은 공간 다이버시티 효과에 의해 상승한다.
현재 ATSC 방식의 DTV가 사용하는 MFN의 네트워크 구축이 주파수 플래닝 과정이라면 DVB-T2 SFN의 네트워크 구축은 시간 동기 플래닝의 과정으로 진행된다. SFN을 구축하기 위해서는 모든 송신기들이 동일 시간에 동일 주파수에서 동일 데이터를 전송할 수 있도록 방송 네트워크가 설계 및 운용되어야 한다. 일반적으로 SFN 구축은 송신 파라미터의 결정, 송신기들의 동기화, SFN 구축 유효성 검증의 3단계로 진행된다.
■ 1단계 : 송신 파라미터 결정
  • ○ 송신기들 사이의 거리, 서비스 영역의 크기를 고려하여 가드 인터벌 길이를 결정한다.
  • ○ 고정/휴대/이동과 같은 방송 서비스 대상 및 이를 위한 네트워크 구성 목적에 따라 적절한 FFT 모드를 결정한다[8].
  • ○ 선택된 가드 인터벌과 FFT 모드, 요구되는 수신 성능, 전송용량 오버헤드를 고려하여 파일럿 패턴을 결정한다.
  • ○ 전송 용량과 수신 성능을 고려하여 변조와 채널 코딩 부호율을 결정한다.
■ 2단계 : 송신기들의 동기화
  • ○ 방송사의 주조정실에 위치한 T2 게이트웨이와 송신소에 위치한 모든 송신기들이 GPS 신호에 따라 생성된 동일 기준 클럭 10MHz, 1pps를 참조하여 동작하도록 설정한다.
  • ○ 시간 동기 : 주조정실에서 각 송신기까지의 네트워크 전송 지연 시간의 차이는 T2 게이트웨이에서 생성된 타임스탬프 정보를 각 송신기가 참조하여 사용하는 동적 지연 보상 (Dynamic Delay Compensation) 방법에 의해 조정한다[9]. 송신기에 따른 처리 지연 시간 차이는 정적 지연 보상 (Static Delay Compensation) 방법에 의해 각 송신기에서 직접 설정 및 조정한다.
  • ○ 주파수 동기 : 모든 송신기들이 GPS 기준 클럭을 참조하여 시스템 클럭을 동기화한다. 시스템 클럭에 따라 송신 주파수가 생성된다.
  • ○ 데이터 동기 : 모든 송신기들이 동일 T2 게이트웨이의 데이터와 시그널링 정보를 사용하여 동일 송신 신호를 생성한다.
■ 3단계 : SFN 구축 유효성 검증
  • ○ 여러 송신기들의 신호가 동시에 수신되는 지점에서 분석 장비를 이용하여 채널 임펄스 응답 (Channel Impulse Response)을 측정한다.
  • ○ 신호의 피크들이 채널 임펄스 응답의 가드 인터벌 범위에 위치하는지, 피크들 사이의 간격이 수신점에서 각 송신기들까지의 거리의 차이와 일치하는지를 확인한다.
  • ○ 필요시 송신기 오프셋 지연 (Transmitter Offset Delay)을 추가 조정하여 SFN 성능을 최적화 한다.
4K UHDTV 라이브 실험방송을 위한 SFN은 < 그림 10 >, 송신 파라미터는 < 표 1 >과 같다. < 그림 10 >에서 Transport Network의 지연 시간은 동적 지연 보상 방법에 의해, Transmitter Network의 지연 시간은 정적 지연 보상 방법에 의해 조정된다. T2 게이트웨이와 송신기는 GPS를 이용하여 생성된 동일 기준 클럭에 따라 동작한다. 고화질의 4K UHDTV 제공을 위해 광대역 전송이 가능한 FFT 32K Extended, 변조 256QAM, LDPC 부호율 5/6를 선택하였으며, SFN을 위해 가드인터벌 길이 298us, 파일럿 패턴 PP4를 선택하였다. 가드인터벌 길이 298us는 송신기간 거리 89.4km를 지원하며, DMB에서 사용하는 가드인터벌 246us (73.8km)와 전송 오버헤드 등을 고려하여 선정하였다.
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4K UHDTV 라이브 실험방송을 위한 SFN 구성 Fig. 10. SFN Configuration for 4K UHDTV Live Experimental Broadcasting
송신 파라미터Table 1. Transmission Parameters
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송신 파라미터 Table 1. Transmission Parameters
SFN 구축 유효성 검증 결과는 < 그림 11 >과 같다. DVB-T2 RF 신호와 SFN 구성 측정에는 로데 슈바르즈사의 DVB-T2 옵션을 장착한 ETL TV 분석기를 사용하였다. < 그림 11 (a)>는 두 송신소와 수신점의 지리적인 위치 정보 및 거리에 관한 것이다. < 그림 11 (b)>와 < 그림 11 (c)>는 수신점에서 측정한 채널 임펄스 응답을 보여준다. 많은 수의 멀티 패스 신호가 수신되고 있지만 이들은 가드 인터벌 범위에 위치하고 있음을 확인할 수 있다. 마커를 사용하여 측정한 두 피크 사이의 간격은 약 12.3us로 수신점에서 관악산 송신소, 수신점에서 남산 송신소까지의 거리 차이 3.7km를 환산한 시간과 일치한다. 채널 스펙트럼 정보와 성상 다이어그램은 < 그림 11 (d)>, < 그림 11 (e)>와 같다. 이들 결과로부터 SFN이 정확하게 구성되었음을 확인할 수 있다.
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SFN 구축 유효성 검증 Fig. 11. Verification of SFN Implementation
Ⅵ. 논의 사항
지금까지 설명한 것처럼 KBS는 4K UHD 실험방송을 세계적으로 선도해 왔으며, 그 경험을 통해 많은 노하우를 쌓을 수 있었다. 특별히 이 장에서는 이러한 경험을 토대로 UHD 중계방송을 제작함에 있어 고려할 몇 가지 사항을 논의하고자 한다.
우선 UHD 중계 방송을 위한 전체 워크플로우는 HD 방송과 크게 다르지 않다. HD 방송과 UHD 방송 전부 라이브 중계 시에는 크게 촬영/제작/송출/송신/수신의 단계를 거치며, 사전 제작 방송의 경우에는 촬영하고 송출하기 전에 편집 및 후처리 과정이 추가된다. 다만 UHD 중계방송 제작시에 많은 신경을 써야 하는 부분은 가장 처음 단계인 촬영이다. HD 카메라와 달리 UHD 카메라는 많은 빛을 필요로 한다. 실제 아시안게임 배구 중계 시에 관중석을 촬영할 때에는 카메라의 게인(Gain)을 최대인 18dB 까지 올렸다. HD 중계 시에는 게인을 18dB 까지 올리는 경우가 거의 없는 것과 비교할 때, UHD는 많은 광량을 필요로 함을 알 수 있다. 카메라의 게인이 높아질수록 노이즈가 더 많이 발생하기 때문에, UHD 중계를 할 때에는 광량을 충분히 확보 할 수 있도록 준비하는 것이 필요하다.
광량과 더불어 UHD 촬영 시에 고려해야 할 점은 UHD 카메라에서 초점을 맞추는 것이 기존 HD 카메라에서 초점을 맞추는 것과 다르다는 점이다. UHD 카메라에서는 카메라와 피사체의 거리에 따른 초점의 변화가 HD 카메라보다 심하다. 특별히 움직임이 많은 스포츠 경기 등을 UHD로 촬영할 때에는 피사체의 위치가 변할 때마다 카메라의 초점이 계속 변하기 때문에 끊임없이 초점에 신경을 써서 촬영에 임하여야 한다.
이러한 사항들을 기술적으로 해결할 수 있는 방안은 다음과 같다. 첫째, 카메라 이미지 센서의 감도가 높아지면 지금보다 적은 빛으로도 좋은 화질의 영상을 촬영을 할 수 있다. ITU-R BT.2020 [10] 에서 프레임 빈도수를 120Hz까지 지원하는 것으로 권장하고 있기 때문에, 이와 관련하여 이미지 센서의 감도를 높이는 연구가 많이 진행되고 있어 광량과 관련된 사항을 해결할 수 있 을 것으로 기대된다. 둘째, 초점에 따른 엣지의 선명도를 시각화하는 방안에 대한 연구가 필요하다. 실제 카메라로 촬영 시에는 화면이 작은 뷰파인더를 통해 영상을 보기 때문에 초점이 제대로 잡혀 있는지 확인하는 것이 쉽지 않은데, 초점이 맞춰진 정도를 시각화 할 수 있는 소프트웨어 등이 개발되어 UHD 영상 촬영 시에 활용된다면 초점을 더욱 쉽게 맞출 수 있을 것으로 기대된다.
이처럼 KBS에서는 지속적으로 UHD 방송에 대해 관련 기술을 개발하고, 이를 실험 방송에 적용하여 많은 노하우를 얻을 수 있었다. 그러나 이러한 노력의 결실이 시청자들에게 제대로 돌아가기 위해서는 아직 넘어야 할 산이 크게 두 가지가 있다. 바로 UHD 방송을 위한 표준화 작업과 방송을 시청자들에게 전달하기 위한 주파수의 확보이다. 이 두 가지가 이루어 질 때 시청자들은 무료 보편적인 UHD 방송의 혜택을 받게 될 것이다.
Ⅶ. 결 론
KBS에서는 차세대 방송으로 일컬어지는 UHD 방송 시대를 준비하기 위해 지난 몇 년에 걸쳐 관련 기술 개발과 더불어 실험방송을 진행하고 있다. 특별히 2014년에는 이러한 UHD 방송에 대한 시청자들의 관심을 높이기 위해 많은 이목이 집중되는 큰 스포츠 이벤트인 프로농구 결승전, 브라질 월드컵, 그리고 아시안게임을 4K UHD 라이브로 중계하였다. 특별히 프로농구 결승전은 세계 최초 4K 60P 라이브 중계방송이었고, 브라질 월드컵부터는 UHDTV를 보유한 시청자들은 각자의 집에서 편하게 UHD 방송을 즐길 수 있었다. 또한 아시안게임 중계방송에서는 KBS에서 공동 개발한 실시간 HEVC 인코더를 사용하여 우수한 성능을 보였으며, SFN 방식을 통해 성공적으로 전송할 수 있었다. 이는 KBS가 4K UHD 본 방송에 대해 준비가 되었음을 입증한다.
지난 3년에 걸쳐 KBS에서 진행하였던 4K UHD 실험방송은 국민들에게 UHD 방송을 알리는 데 큰 역할을 했다. 이제 많은 국민들이 UHD 방송에 대해 알고 있는 만큼, UHD 본방송은 더 이상 먼 미래의 일이 아닐 것이다. 따라서 이러한 차세대 방송 혜택이 시청자들에게 무료 보편적으로 돌아가기 위한 표준화 작업 [11] 및 주파수 확보는 더 이상 미루어지면 안 될 것이다.
BIO
조 인 준
- 1998년 2월 : 인하대학교 전기공학과(공학사)
- 2000년 2월 : 인하대학교 전기공학과(공학석사)
- 2003년 1월 ~ 현재 : KBS 기술연구소
- ORCID : http://orcid.org/0000-0002-7796-2799
- 주관심분야 : 영상부호화, UHDTV
함 상 진
- 1998년 8월 : 연세대학교 전자공학과(공학석사)
- 2001년 7월 ~ 현재 : KBS 기술연구소
- 2010년 1월 ~ 현재 : TTA 디지털방송 PG(PG802) 표준화위원
- 2014년 1월 ~ 현재 : 한국ITU연구위원회 ITU-R SG6 (방송분야) 연구반원
- ORCID : http://orcid.org/0000-0003-0448-4068
- 주관심분야 : 영상부호화, UHDTV 제작기술
김 산 성
- 2012년 2월 : 한동대학교 전산전자공학부(공학사)
- 2014년 2월 : KAIST 지식서비스공학과(공학석사)
- 2014년 3월 ~ 현재 : KBS 기술연구소
- ORCID : http://orcid.org/0000-0002-6817-2269
- 주관심분야 : UHDTV, 멀티미디어 시스템
김 병 선
- 1994년 2월 : 경북대학교 전자공학과(공학사)
- 1996년 2월 : 경북대학교 전자공학과(공학석사)
- 1996년 1월 ~ 현재 : KBS 기술연구소 실감방송/영상그래픽 팀장
- ORCID : http://orcid.org/0000-0002-7796-2799
- 주관심분야 : UHDTV, 고효율 영상압축, 3DTV, 하이브리드 TV
김 상 훈
- 1998년 8월 : 고려대학교 전자공학과(공학사)
- 2001년 8월 : KAIST 전기 및 전자공학과(공학석사)
- 2001년 12월 ~ 2011년 10월 : KBS 기술연구소
- 2011년 10월 ~ 2013년 5월 : KBS 정책기획부 미래전략팀
- 2013년 5월 ~ 현재 : KBS 기술연구소
- ORCID : http://orcid.org/0000-0001-6336-4109
- 주관심분야 : 모바일방송, UHDTV, 융합네트워크
전 성 호
- 2005년 8월 : 연세대학교 공과대학 전기전자공학부(공학사)
- 2007년 2월 : 연세대학교 일반대학원 전기전자공학과(공학석사)
- 2007년 3월 ~ 현재 : KBS 기술연구소 선임연구원
- 2011년 3월 ~ 현재 : 연세대학교 일반대학원 전기전자공학과 박사과정
- ORCID : http://orcid.org/0000-0002-0417-6906
- 주관심분야 : UHDTV 지상파 전송시스템, 지상파 방송용 MIMO-OFDM 테스트베드
References
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Yim Zungkon , Kim Byungsun , Hahm Sangjin , Jeon Sungho 2013 "Results and Future Plan of Terrestrial 4K UHDTV Experimental Broadcasting Phase 1" Korea Society Broadcast Engineers Magazine 18 (2) 7 - 26
Lee Keunsik , Kim Sanghoon , Wang Soohyun , Yim Zungkon 2014 “Terrestrial UHDTV Experimental Broadcasting” Korea Society Broadcast Engineers Magazine 19 (2) 13 - 26
KBS News 9 "The World's First Terrestrial UHD Live Experimental Broadcasting" (Online)
Jeon Sungho , Kim Sanghoon , Cho Injoon , Kim Jeongdeok , Kim Byungsun , Seo Jong-Soo 2014 "Current Status of 4K UHDTV Transmitterreceiver Development and Experimental Broadcasting" Korea Society Broadcast Engineers Magazine 19 (2) 27 - 35    DOI : 10.7855/IJHE.2014.16.6.027
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2012 ETSI EN 302 755 V1.3.1 Frame Structure Channel Coding and Modulation for a Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System (DVB-T2)
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2012 ETSI TS 102 773 V1.3.1, Modulator Interface (T2-MI) for a Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System (DVB-T2)
2014 ITU-R Rec. BT.2020-1, Parameter Values for Ultra-high Definition Television Systems for Production and International Programme Exchange
Yim Zungkon , Hahm Sangjin , Kim Sanghoon , Kim Yunhyoung , Jeon Sungho , Kim Byungsun 2014 "Trends in Standardization and Service of Domestic Terrestrial UHDTV" The Proceeding of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science 25 (5) 3 - 12