휴대용 고화질 TV단말을 위한 MPEG-2 Transport Stream 역다중화기의 설계 및 구현

Abstract

Recently many countries are expanding digital audio/video broadcasting services and forecast interruption of analogue broadcasting services. Digital broadcasting service provides not only high-definition broadcasting services, but also various data broadcasting services by using information received via digital broadcasting. With an expansion of these digital broadcasting services, user's demand for various services is growing. For example, mobile device provides high definition TV broadcasting service, multi-screen service, multi program TV service and so on via external large size displayer. For providing these services huge amounts of digital broadcasting data should be processed, however, mobile device has limited resources, so its data processing load may be greatly increased to realize these services. Digital broadcasting service standards are various according to country or standardization organization, however, MPEG-2 transport stream which is defined for standard transport layer for broadcasting and communication in MPEG system is used for standard transport layer. Existent MPEG-2 transport stream demultiplexer is wholly implemented by software or part of demultiplexer is implemented by software, therefore, this is not suitable to provide high definition digital TV broadcasting service for mobile device because of limited resources and capability of mobile device. Therefore, high performance MPEG-2 transport stream demultiplexer for mobile device is required to provide high definition TV broadcasting service. This paper designed and implemented MPEG-2 transport stream demultiplexer for mobile high definition TV device by hardware. Demultiplexer was designed by using Verilog, a kind of HDL. And then software demultiplexer and demultiplexer implemented by hardware and software were compared by using FPGA, and transport stream of domestic terrestrial digital TV standard (based on ATSC standard) was used for sample. As a result, demultiplexer implemented in this paper showed significant performance improvement compared to existent demultiplexer. Packet filtering and clock recovery were also improved by treating without interference of software, in particular, data processing speed was about 3,000 times faster, and this decreased overhead greatly, which can be occurred in program switchover or data processing request. In conclusion, for high definition TV broadcasting service or a system for running various programs simultaneously, hardware demultiplexer for huge amount of transport stream data processing should be implemented to improve the performance of whole system.; 최근 아날로그 방송 서비스의 중단 예고와 함께 디지털 방송 서비스가 확대되고 있다. 디지털 방송은 고품질의 방송 서비스뿐 아니라 디지털 방송을 통해 수신되는 정보들을 이용한 다양한 데이터 방송 서비스가 가능하다. 이러한 디지털 방송 서비스 확대와 동시에 다양한 서비스에 대한 사용자의 요구가 증가하고 있다. 휴대용 단말에서 외부 대형 디스플레이를 이용한 고화질 TV 방송 서비스, 다중화면 서비스, 다중 프로그램 시청 서비스 등이 그것이다. 이러한 서비스는 대용량의 디지털 방송 데이터 처리가 요구되고 특히 제한된 자원을 가진 휴대용 단말에서 이러한 서비스를 구현하려면 데이터의 처리과정에 부하가 매우 커지게 된다. 디지털 방송 서비스는 국가나 단체 별로 다양한 표준이 존재하나 전송계층 표준으로는 MPEG 시스템에서 정의된 방송?통신을 위한 전송계층 표준인 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 사용하고 있다. 기존의 MPEG-2 트랜스포트 스트림 역다중화기는 전체가 소프트웨어로 구현되거나 역다중화기 일부가 소프트웨어로 구현되어 휴대용 단말의 제한된 자원과 성능으로 인해 고화질 디지털 TV 방송 서비스를 위한 휴대용 단말에는 부적합하다. 따라서 고화질 TV 방송 서비스를 위한 휴대용 단말용 고성능 MPEG-2 트랜스포트 스트림 역다중화기가 필요하다. 본 논문에서는 휴대용 단말을 위한 MPEG-2 트랜스포트 스트림 역다중화기를 하드웨어로 설계하고 구현하였다. 역다중화기는 HDL (Hardware Description Language)의 일종인 Verilog로 설계하고 FPGA를 이용해 기존의 소프트웨어 역다중화기와 하드웨어와 소프트웨어로 구현된 역다중화기와 비교 평가하였으며 샘플은 국내 지상파 디지털 TV 표준의 트랜스포트 스트림을 이용하였다. 그 결과 본 논문의 역다중화기가 기존의 역다중화기에 비해 뚜렷한 성능향상을 보였다. 패킷의 분류와 클럭 복원에서도 소프트웨어의 간섭이 없이 처리함으로서 기존의 역다중화기에 비해 성능이 향상되었고 특히 데이터 처리부분은 약 3,000배의 성능향상이 되었으며 이로 인해 프로그램 전환이나 데이터 처리 요구 상황에서 발생하는 오버헤드가 대폭 감소되었다. 이러한 결과로 고화질 디지털 TV 방송 서비스 혹은 동시에 여러 프로그램을 처리하기 위한 시스템 등과 같은 시스템에서 대용량 트랜스포트 스트림 데이터 처리를 위한 하드웨어 역다중화기 구현이 전체 시스템의 성능향상을 가능하게 할 수 있다는 것을 알 수 있었다.