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위성방송 수신기 (STB : Set Top Box) 기술 개요
※ 출처 : 셋탑박스 기술개요 및 시장 전망 (조성선, 이윤철 저)
셋탑박스의 개념
셋탑박스는 간단히 말하면 가정에서 케이블 또는 위성방송 등을 수신하기 위해서 필요한 장치를 가정에 있는 TV 에 연결시키는 장치로써 보통 Set Top Box, 또는 Set-Top Box(STB)라고 한다.
셋탑박스는 일반적으로 안테나로부터 수신된 영상신호를 증폭하거나 잡음을 제거하여 시청자가 원하는 채널에 맞추어 해당 영상신호를 TV 에 송출하는 기능을 가지고 있다.
TV 가 아날로그 방식이냐 아니면 디지털 방식이냐에 따라 적합한 것을 설치하여야 한다.
후술하겠지만 셋탑박스의 종류는 크게 케이블 TV 용, 위성방송(BS, CS)용, 디지털 지상파방송(DVB)용으로 대별할 수 있다.
기 본적인 시스템 구성은 거의 같지만, CATV 용은 안테나를 필요로 하지 않는 것에 비해 BS, CS 용이나 DVB 용은 안테나를 필요로 한다. 또, CATV 용은 쌍방향 서비스가 용이하게 지원 가능하지만 BS, CS 용이나 DVB 용은 현 상태로서는 쌍방향 서비스를 제공하기 위해서는, 전화 회선 등의 유선 회선이 따로 필요하게 된다.
STB는 사업자의 성격에 따라 분류되기도 한다. 특히 위성방송용의 경우 디지털 STB 는 크게 단순형, 유료 방송형, 대화형 양방향 수신기로 나누어 진다. 단순형 수신기는 무료채널 혹은 가입하면 누구나 볼 수 있는 위성방송 사업 형태에 사용되며 일반적으로 FTA(Free To Air Receiver) 수신기라고 한다.
반면, 유료방송 전용수신기는 특정 방송 사업자가 자신만의 영업전략에 따라 특정 방송만 볼 수 있도록 제한 수신 시스템(CAS: Conditional Access System) 기능을 갖춘 STB이다. 이는 주로 성인용 방송이나 특정 위성방송 사업자의 경우이다. 대화형 양방향 수신기는 향후 등장할 차세대 수신기로서 방송과 통신이 통합된 인터넷 등 다양한 멀티미디어 서비스가 가능한 STB 이다.
근래에는 CAS 내장형 유료방송 전용이 거의 90% 이상을 차지하였으나, 점차 대화형 수신기로 대체되어 갈 전망이다.
셋탑박스의 구성과 기능
STB 의 기본적인 기능은 MPEG2 로 압축되어 전송된 디지털 정보를 품질을 유지한 채로
재생하는 것이다. (그림 1)에 STB 의 기본적인 블록을 나타냈다.
영상 및 음성 decoder 는 수신, 입력된 MPEG2 압축 데이터를 신장하는 기능을 수행하며, 4~15 Mbps 의 처리 능력이 요구된다.
(그림1) 셋탑박스의 기본적인 블록도
영상 음성 처리부는 Graphic Over Lay, Graphic Processor, NTSC Encoder 로 구성되며,
GUI(graphic user interface)의 표시, 대화 처리를 지원한다. 외부 인터페이스는 다른 기구, 예를들어, VCR, 카메라, PC등으로 IEEE1394, PCMCIA, USB 등이 실장된다.
STB의OS(Operating System)는 짜넣은 형 OS로, STB 전용의 것을 이용함으로써 시스템
비 용을 억제하고 있다. 그러나 일반 가정에 PC 나 멀티 미디어 기구의 출현으로 다양한 처리를 STB측에서 대응할 필요도 있기 때문에, 디지털 방송의 본격화에 입각하여, Windows CE 등 범용 OS 를 채택하는 경우가 늘고 있다. 또, 프로그램 언어를 범용의 Java 등을 이용 함으로써 PC Software 와의 호환성을 중시하기 시작했다. 또, 어플리케이션 소프트웨어와 서비스의 변화나 증강에 수반하여 업그레이드할 필요가 있기 때문에, 전화 회선이나 유선 케이블을 사용하여 원격지에서 업그레이드(remote upgrade) 하는 경우가 많아지고 있다.
(그림 2) STB 의 소프트웨어 구성
셋탑박스 기술 로드맵
1998 년에 영국에서 세계 최초로 지상파 디지털 텔레비전 방송이 개시되면서 TV 제조업자들은 앞을 다투어 DTV 관련 계획을 발표하였고, 1999 년에 들어서면서 DTV 제품들이 시장에 출시되기 시작하였다.
1960 년대에 처음 등장한 STB 는 이제 제 3 세대에 접어들고 있다. 인터넷 등과 같은 정보망의 보급, 반도체의 기술 진보 등에 따른 정보의 디지털화 흐름이 가전 제품에도 변혁을 불러오고 있다.
디 지털 방송이 어느 정도 보급될 것인가의 열쇠는 방송국의 서비스 내용이나 각국 정부의 보급 정책에 달려 있지만, STB 는 디지털 정보가전 시대의 가정의 허브(hub)로서의 역할을 하게 될 것이다. 그리고 거기에 연결되는 기구(TV, VTR, 전화기, Game, PC 등)에 대응한 인터페이스와 OS 를 가지고 가정 내의 홈 서버로서 자리매김 될 것으로 전망하고 있다. (그림 3)은 향후 예상되는 STB 의 로드맵이다.
(그림 3) STB 의 로드맵
셋탑박스의 종류
1. 위성방송용 STB
BS(방 송위성) 및 CS(통신위성)으로부터 오는 전파를 파라볼라(parabola) 안테나로 수신하고, 그것을 튜닝(tuning)하는 기능을 수행하는 것이 위성방송용 STB 이다. (그림 4)에 위성 방송용 STB의 기능 구성을 표시하였다.
파라볼라 안테나로 수신된 신호는 low noise converter 에서 BS-IF 대(1~1.3GHz) 또는
CS-IF 대(0.9~1.8GHz)의 주파수로 변환되어 튜너로 입력되고 수신증폭, 주파수 변환부에서의 증폭, channel select 에 따라서 400MHz 또는 140MHz 대의 주파수로 변환된다.
주 파수 변환부의 local 발신부에는 synthesizer 방식을 사용하는 것이 많은데, 이것은 주파수 안정도가 좋기 때문이다. IF 증폭부에서는 SAW filter 등에 의해 위성 방송의 대역폭이 27MHz 또는 30MHz 로 제한하여 불필요한 신호를 제거하고, AGC(자동 이득 제어) 회로에서 일정한 신호 레벨로 된다.
(그림 4) 위성방송용 수신기의 기능 구성
FM 복조부에 있는 검파 회로에는 C/N 특성이 좋은 PLL 검파가 이용되는 경우가 많다. 영상 처리부는 Pre-emphasis 의 신호를 영상 신호로 변환하는 De-emphasis 부, 에너지 확산 신호를 제거하는 Dispersal 부가 있다. 음성 처리부는 PSK 변조된 sub carrier(5.7272MHz)를 PSK 검파하여 2.048Mbps 의 비트 스트림(bit stream)으로 복조한다. 그리고 PCM 복조부에서 방송 모드, descramble, 에러 검출ㆍ정정 처리 후 D/A 에서 변환하여 low pass filter 를 통해서 음성신호가 나오게 된다.
CS 전송 방식에는 BS 준거, B-NYSC, B-MAC 의 세 방식이 있으며, 제 각각 전용기가 필
요 하다. 유료 방송의 lock 기능인 scramble 방식은 BS 의 경우 COATEC 방식, CS 의 경우는 COATEC 방식, M 방식, sky port 방식 등이 있다.
2. 디지털 CATV용 STB
디지털 CATV 용 STB 는 편방향 STB 와 쌍방향 STB 로 구분된다. 각각에 대해 살펴보면
다음과 같다. 참고로 (그림 5)에는 편방향 STB 의 블록도를 나타내었다.
가. 편방향 STB
편방향 STB 의 기능을 간략히 정리하면 다음과 같다.
① 다채널 선국 기능 : 450MHz 의 경우, 90MHz 부터 450MHz 까지 50 채널의 수신
② Descramble 기능 : Scramble 해제 기능
③ On screen 기능 : 시청 프로의 채널 번호, 모드, 시각 등의 데이터 표시
(그림 5) CATV 용 STB 블록도
④ 수신 주파수 배열 변경 기능 : 수신 주파수 가변(+2MHz ~ -2MHz)
⑤ 기호 채널 기능 : 보고 싶은 채널의 기억
⑥ 자기 진단 기능 : 데이터 신호 수신의 유무, 무단 시청 방지 기능의 상태 확인
⑦ UHF 출력 기능 : UHF 대로 변환하여 출력
⑧ AV 출력 기능 : 이중 음성, 스테레오의 출력
⑨ VTR 녹화 대응 기능 : VTR 용 출력(1 ~12CH)
⑩ 음량 제어 기능 : TV 음량의 제어
⑪ Memory Back Up 기능 : 전지에 의한 각종 기억 정보의 백업
⑫ ID 번호 기입 기능 : STB 용 ID 의 기입, 변경
⑬ 알림 기능 : 각종 공지(시각 알람 등)를 전자음 등으로 알림
나. 쌍방향 STB
쌍 방향 STB 는 편방향 STB 에 데이터 송신기를 추가한 것으로, 일반적으로는 전화 회선 등을 연결하여 64kbps 로 송신한다. 쌍방향의 용도는, 통신 회선의 확인, 시청 조사 데이터, 가입자 확인, 자기 진단 결과 등이지만, 인터넷, 전자상거래 보급과 함께 앞으로는 TV 쇼핑의 결재, 인터넷 접속, 시청자 참가의 정보 제공에 사용되어 질 것이다.
3. 디지털 지상파 방송용 STB
미 국, 영국에서 시작한 디지털 지상파 방송은 앞으로 일본, 아시아, 유럽 전역에 확산되리라고 보고 있다. TV 일체형도 제조 되겠지만, 지금까지 지상파 방송에 익숙한 소비자의 needs 를 감안하면 2006 년 까지는 이러한 디지털 지상파용 STB 가 주류가 될 것으로 보인다. 또 반도체 벤더 등 관련 정보통신 사업자들도 앞으로 가장 성장 가능성이 있는 어플리케이션의 하나로 디지털 방송용 STB 를 들고 있고, 특히 반도체 업체들은 core library 를 강화하여, STB 용 시스템 LSI 의 솔루션을 제공하려 하고 있다.
core library 로서는 CPU core, MPEG-2 비디오 디코더, MPEG-2 음성 디코더, 디스크램블러(descrambler), 각종 인터페이스(IEEE 1284, IEEE 1394 등), Smart Card Interface 등을 들 수 있다.
참고로 디지털 방송용 STB 의 블록도를 (그림 6)에 나타내었다.
(그림 6) 디지털 방송용 STB의 블록도
※ 출처 : 셋탑박스 기술개요 및 시장 전망 (조성선, 이윤철 저)
