텔레비전 방송 시스템
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목차
1. 개요
텔레비전 방송 시스템은 아날로그 방식과 디지털 방식으로 나뉘며, 각 방식은 다양한 기술과 표준을 사용한다. 아날로그 텔레비전 시스템은 NTSC, PAL, SECAM 세 가지 컬러 시스템으로 나뉘어 각 국가의 기술적, 정치적 상황에 따라 채택되었으며, 프레임 수, 주사선 수, 변조 방식 등에서 차이를 보인다. 디지털 텔레비전 시스템은 MPEG 전송 스트림을 기반으로 하며, ATSC, DVB-T, ISDB-T, DTMB 등 여러 표준이 존재한다. 이러한 디지털 시스템들은 변조 방식, 해상도, 데이터 전송률 등에서 차이를 보이며, 아날로그 시스템에서 디지털 시스템으로의 변환은 기술적인 어려움을 수반한다.
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아날로그 텔레비전은 전자기파를 사용하여 영상과 음성 신호를 보내고 받는 텔레비전 시스템으로, 브라운관 개발을 거쳐 다양한 방송 시스템으로 발전했지만 디지털 방송의 등장으로 대부분 국가에서 방송이 종료되었다.
| 텔레비전 방송 시스템 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 개요 | |
| 유형 | 텔레비전 방송 |
| 범위 | 지상파 |
| 방송 방식 | 아날로그, 디지털 |
| 기술적 측면 | |
| 주사 방식 | 비월 주사 방식, 순차 주사 방식 |
| 화면 비율 | 4:3 16:9 21:9 |
| 해상도 | SDTV HDTV UHDTV |
| 영상 신호 | 복합 영상 신호 색차 신호 컴포넌트 영상 |
| 음성 신호 | 모노럴 스테레오 다채널 |
| 변조 방식 | AM FM VSB COFDM OFDM |
| 세계의 방송 방식 | |
| 방송 표준 | NTSC PAL SECAM ISDB DVB ATSC DTMB |
| 지역별 표준 | 유럽: PAL, DVB 북미: NTSC, ATSC 일본: NTSC-J, ISDB 대한민국: DVB-T2, ATSC 3.0 |
| 역사 | |
| 초기 개발 | 1920년대: 기계식 텔레비전 1930년대: 전자식 텔레비전 |
| 상업 방송 시작 | 1940년대: 흑백 텔레비전 1950년대: 컬러 텔레비전 |
| 디지털 전환 | 2000년대 이후 |
| 관련 기술 | |
| 전송 기술 | 지상파 방송 케이블 방송 위성 방송 |
| 수신 기술 | 텔레비전 수상기 셋톱 박스 스마트 TV |
| 기타 | |
| 관련 단체 | 국제 전기 통신 연합 (ITU) 방송통신위원회 |
| 관련 법규 | 전파법 방송법 |
2. 아날로그 텔레비전 시스템
아날로그 텔레비전 시스템은 흑백 텔레비전에서 시작되었다. 각 나라는 자국의 정치적, 기술적, 경제적 상황에 맞춰 기존 흑백 텔레비전 방송 시스템과 효율적으로 융합할 수 있는 컬러 시스템을 채택하였다. 이론적으로 모든 컬러 시스템은 어떤 흑백 비디오 시스템과도 융합될 수 있지만, 실제로 어떤 흑백 시스템들은 컬러 시스템과 함께 사용될 수 없어 컬러 시스템이 등장하면서 사라졌다.[1] 현재 모든 나라에서는 NTSC, PAL, SÉCAM 중 하나의 컬러 시스템을 사용하고 있다.
아날로그 컬러 TV 방송 방식에는 크게 NTSC, PAL, SECAM의 세 가지 방식이 있다.[15] 각 방식에 대한 내용은 다음과 같다.
| 방식 | 개요 | 채택 국가 |
|---|---|---|
| NTSC | 1초에 약 30장(≒초당 29.97프레임)의 영상을 525개의 주사선으로 나누어 방송한다. 흑백 TV와의 호환성이 높다. | 미국을 중심으로 일본, 한국, 대만, 필리핀, 중남미(주로 브라질 제외) 등 |
| PAL | 1초에 25장의 영상을 625개의 주사선으로 나누어 방송한다. NTSC와 마찬가지로 흑백 TV와의 호환성이 높지만, 기구는 복잡하다. | 서독(당시, 현 독일연방공화국)을 중심으로 영국 등의 서유럽, 아세안 국가 대부분, 중동 대부분, 아프리카 일부, 브라질, 오스트레일리아 등 (일본에서도 세계 대상 TV 국제방송인 NHK 월드 TV에서 NTSC 방식과 함께 PAL 방식도 병용 채택) |
| SECAM | 1초에 25장의 영상을 625개의 주사선으로 나누어 방송한다. 흑백 TV와의 호환성은 낮지만, 기구는 단순하다. | 프랑스를 중심으로 러시아, 동유럽 대부분, 구 프랑스 식민지를 중심으로 한 아프리카 국가들, 중동 일부 등 |
1초당 화면 갱신 횟수인 위에서 언급한 프레임 수는 개발 국가의 교류 전원 주파수와 깊은 관련이 있다.
2. 1. 프레임
카메라로 찍은 흑백 영상(지금은 휘도 성분이라고 한다)은 하나의 정지 영상(프레임)을 이루는 특정한 수의 주사선(scan line)으로 나뉜다. 이 흑백 영상은 이론적으로 연속적인 아날로그 영상이므로 무한의 해상도를 갖지만 텔레비전 신호의 대역폭에 따른 현실적인 한계로 인해 가능한 해상도를 제한하게 되었다. 컬러 텔레비전이 나오게 되면서 이 제한 사항은 고정되었다. 현재 모든 아날로그 텔레비전 시스템은 비월 주사 방식을 사용하여 프레임 내의 짝수 번째 라인이 먼저 전송되고, 그 뒤로 홀수 번째 라인이 전송된다. 이렇게 연속적으로 전송되는 절반의 데이터(짝/홀수 번째 라인)를 필드라고 하며, 필드의 전송률은 영상 시스템의 기본적인 매개 변수 중 하나이다. 보통 이 전송률은 텔레비전 스크린과 전기빔과의 간섭에 의한 깜빡임 현상을 제거하기 위해 전력선의 주파수에 밀접하게 관련이 있다.[15]초당 24프레임으로 촬영된 모든 영화 및 기타 필름 자료는 심각한 모션 떨림 효과를 방지하기 위해 텔레시네를 사용하여 비디오 프레임 속도로 변환해야 한다. 50 필드 / 25 프레임률을 사용하는 시스템에서는, 영상의 떨림 현상을 방지하기 위해 반드시 초당 25 프레임으로 변환해야 한다. 이러한 변환으로 인한 영상의 속도 증가는 사람의 눈으로는 감지하기가 쉽지 않지만, 음성의 높이(pitch)도 약간 증가되는 현상이 나타나며 이는 보통 디지털 기술로 보정된다.
2. 2. 표현 기술 (Viewing technology)
텔레비전은 원래 음극선관(CRT)을 사용하여 구현되었으며, 음극선관의 물리적 특성은 영상의 형식에도 영향을 주었다. 음극선관 상의 영상은 관 전면의 형광체 코팅에 전자빔을 쏘아 표시한다. 이때 전자빔은 빔 소스 근처의 강력한 전자석이 생성하는 자기장을 통해 제어된다.이러한 자기 제어 시스템에서 새로운 주사가 시작되는 위치로 전자빔을 되돌리기 위해서는 전자석의 인덕턴스로 인해 일정 시간이 필요하다.
따라서 전자빔을 라인의 끝에서 다음 라인의 시작 부분으로 되돌리는 수평 귀선이나, 화면 아래에서 위로 되돌리는 수직 귀선 동안에는 전자빔을 꺼 두어야 한다. 수평 귀선 기간은 각 주사선에 할당된 시간에 포함되며, 수직 귀선 기간으로 인해 화면에 나오지 않는 가상의 주사선이 생긴다. 이 구간은 전자빔이 꺼져 있으므로 텔레비전 방송 신호에 틈새가 발생하며, 이 틈새는 테스트 신호나 색상 정보 신호와 같은 다른 정보를 전송하는 데 사용될 수 있다.
이러한 일시적인 틈새는 신호의 주파수 스펙트럼 상에서 빗과 같은 형태로 나타나며, 빗살은 라인 주파수에 위치하고 이 구간에 대부분의 에너지가 집중된다. 빗살 사이의 공간은 색상 부반송파를 삽입하는 데 사용된다.
2. 3. 숨은 신호 (Hidden signalling)
방송사들은 이후에 가상의 주사선(phantom line)내에 디지털 신호를 전송하는 방법을 개발하였고, 이 기술은 주로 문자 다중 방송이나 자막 방송에 쓰이게 되었다.- PAL-Plus는 숨은 신호를 이용하여 동작 모드에 대한 정보를 포함한다.
- NTSC는 고스트 신호를 제거하기 위한 신호를 추가한다.
- 텔레텍스트는 정보 페이지를 전송하기 위해 숨은 신호를 사용한다.
- NTSC 자막 방송 신호는 텔레텍스트 신호와 거의 동일한 신호를 사용한다.
- 와이드스크린 신호는 16:9 와이드스크린 이미지가 방송되고 있음을 나타내는 플래그를 활성화하고 TV가 적절한 표시 모드로 전환할 수 있도록 한다.
2. 4. 오버 스캔 (over scan)
텔레비전 영상은 일부 시청자에게는 보이지 않을, 적당한 화질의 콘텐츠가 포함된 영역을 반드시 포함해야 한다는 점에서 독특하다.[1]2. 5. 비월 주사 (interlacing)
PAL과 NTSC 표준에서는 짝수 필드를 먼저 그리고 홀수 필드를 그린다.[15] 모든 아날로그 텔레비전 시스템은 비월 주사 방식을 사용하여 프레임 내의 짝수 번째 라인이 먼저 전송되고, 그 뒤로 홀수 번째 라인이 전송된다. 이렇게 연속적으로 전송되는 절반의 데이터(짝/홀수 번째 라인)를 필드라고 하며, 필드의 전송률은 영상 시스템의 기본적인 매개 변수 중 하나이다.2. 6. 영상 극성 (image polarity)
아날로그 텔레비전 시스템에서 영상 변조의 극성은 중요한 선택 사항이다.- 정변조(positive modulation): 최대 휘도 값은 전기 신호의 최댓값으로 표현된다.
- 부변조(negative modulation): 최대 휘도 값은 전기 신호의 값이 0이 된다.
대부분의 영상 시스템에서는 잡음 제거를 위해 부변조 방식을 사용한다. 일반적인 잡음 환경에서 영상 내 흰 점이 검은 점보다 더 눈에 잘 띄기 때문이다.
초기 텔레비전 시스템 중 일부는 정변조를 사용했다. 영국의 405선 시스템(시스템 A)과 벨기에의 두 시스템(시스템 C, 625선, 시스템 F, 819선), 프랑스의 두 시스템(시스템 E, 819선, 시스템 L, 625선)이 대표적이다. 정변조 시스템에서는 최대 휘도 값이 최대 반송파 전력으로 표현되는 반면, 음변조에서는 최대 휘도 값이 반송파 전력이 0일 때로 표현된다. 프랑스 시스템 L을 제외한 모든 새로운 아날로그 비디오 시스템은 음변조를 사용한다.
충격성 잡음(특히 오래된 자동차 점화 시스템에서 발생)은 정변조 텔레비전 화면에 흰색 점으로 나타났지만, 간단한 동기화 회로를 사용할 수 있었다. 음변조 시스템에서는 충격성 잡음이 덜 눈에 띄는 어두운 점으로 나타나지만, 간단한 동기화를 사용하면 영상 동기화가 심각하게 저하되었다. 이 문제는 위상 고정 동기화 회로의 발명으로 해결되었다.
정변조 시스템용 구형 텔레비전에는 흰색 간섭 점을 어둡게 만드는 피크 영상 신호 인버터가 장착되기도 했다. 이는 사용자가 조절할 수 있는 장치였으며, 잘못 조정하면 밝은 흰색 영상 내용이 어둡게 나타나는 문제가 있었다.
대부분의 정변조 텔레비전 시스템은 1980년대 중반까지 운영이 중단되었다. 프랑스 시스템 L은 디지털 방송으로 전환될 때까지 계속 사용되었다.
음변조의 또 다른 장점은 동기화 펄스가 최대 반송파 전력을 나타내므로 수신기 자동 이득 제어가 동기화 펄스 중에만 작동하도록 하여 일정한 진폭의 비디오 신호를 얻기 쉽다는 것이다.
2. 7. 변조 (modulation)
아날로그 텔레비전 시스템은 흑백 텔레비전 시스템으로 시작되었다 (단 하나의 시스템 제외). 각 국가는 지역 정치, 기술 및 경제적 문제에 직면하여 기존의 단색 시스템(예: CCIR 시스템 M)에 이식된 컬러 텔레비전 표준을 채택하여 비디오 스펙트럼의 간격을 사용하여 기존에 할당된 채널에 컬러 전송 정보를 맞추었다. 기존 단색 시스템에 컬러 전송 표준을 이식함으로써 컬러 텔레비전으로 전환되기 이전에 존재했던 기존 단색 텔레비전 수신기는 단색 텔레비전으로 계속 작동될 수 있었다. 이러한 호환성 요구 사항 때문에 컬러 표준은 컬러 정보를 전달하는 기본 단색 신호에 두 번째 신호를 추가했다. 컬러 정보는 기호 C를 사용하는 색도라고 하며, 흑백 정보는 기호 Y를 사용하는 휘도라고 한다. 단색 텔레비전 수신기는 휘도만 표시하는 반면, 컬러 수신기는 두 신호 모두를 처리한다. 이론적으로 모든 단색 시스템을 컬러 시스템에 적용할 수 있지만, 실제로는 원래 단색 시스템 중 일부는 컬러에 적용하기에 실용적이지 않은 것으로 판명되어 컬러 방송으로 전환될 때 폐기되었다. 모든 국가는 NTSC, PAL 또는 SECAM의 세 가지 컬러 표준 중 하나를 사용했다. 예를 들어, CCIR 시스템 M은 종종 NTSC 표준과 함께 사용되어 컬러 아날로그 텔레비전을 제공했으며, 이 두 가지는 함께 NTSC-M으로 알려져 있다.
방송사들은 나중에 주로 텔레텍스트와 자막 방송에 사용되는 비가시선(phantom lines)을 통해 디지털 정보를 전송하는 메커니즘을 개발했다.
- PALplus는 존재하는지 여부와 작동 모드를 나타내는 숨겨진 신호 체계를 사용한다.
- NTSC는 고급 텔레비전 시스템 위원회에 의해 비가시 스캔 라인에 삽입되는 고스트 제거 신호를 지원하도록 수정되었다.
- 텔레텍스트는 정보 페이지를 전송하기 위해 숨겨진 신호를 사용한다.
- NTSC 자막 방송 신호는 텔레텍스트 신호와 거의 동일한 신호를 사용한다.
- 와이드스크린 신호는 16:9 와이드스크린 이미지가 방송되고 있음을 나타내는 플래그를 활성화하고 TV가 적절한 표시 모드로 전환할 수 있도록 한다.
이러한 모든 매개변수를 고려하면, 대부분 연속적인 아날로그 신호가 생성되며, 이는 무선 주파수 반송파에 변조되어 안테나를 통해 전송될 수 있다. 모든 아날로그 텔레비전 시스템은 잔여측파대 변조를 사용하는데, 이는 한쪽 측파대가 부분적으로 제거되는 진폭 변조의 한 형태이다. 이를 통해 전송 신호의 대역폭이 줄어들어 더 좁은 채널을 사용할 수 있다.
2. 8. 오디오
아날로그 텔레비전에서 방송의 아날로그 오디오 부분은 비디오와 항상 별도로 변조된다. 대부분 오디오와 비디오는 송신기에서 안테나로 전송되기 전에 결합되지만, 별도의 음성 및 영상 안테나를 사용할 수도 있다. 네거티브 비디오가 사용되는 모든 경우에는 표준 모노 오디오에 주파수 변조(FM)가 사용된다. 포지티브 비디오를 사용하는 시스템은 AM 사운드를 사용하며 인터캐리어 수신기 기술을 통합할 수 없다. 스테레오 또는 더 일반적으로 다채널 오디오는 여러 가지 방식으로 인코딩되는데, (프랑스 시스템을 제외하고) 비디오 시스템과는 독립적이다. 주요 시스템은 다음과 같다.- 디지털 오디오 인코딩을 사용하는 NICAM
- 각 오디오 채널이 FM으로 별도 변조되어 방송 신호에 추가되는 이중 FM (다양한 이름으로 알려짐, 특히 Zweikanalton, A2 Stereo, 서독 스테레오, 독일 스테레오 또는 IGR 스테레오)
- 추가 오디오 채널을 FM 오디오 반송파에 멀티플렉싱하는 BTSC (MTS라고도 함)
세 가지 시스템 모두 모노 FM 오디오와 호환되지만, NICAM만 프랑스 AM 오디오 시스템과 함께 사용할 수 있다.[1]
2. 9. 시스템의 진화
역사적인 이유로 일부 국가에서는 초고주파 (UHF) 대역과 극초단파 (VHF) 대역에서 서로 다른 영상 시스템을 사용했다. 영국을 비롯한 일부 국가에서는 VHF 방송이 완전히 중단되었다. 영국의 405선 시스템 A는 다른 모든 시스템과 달리 하위 대역이 아닌 상위 대역을 억제했는데, 이는 컬러 방송 시대까지 생존한 가장 오래된 운영 TV 시스템이라는 지위에 걸맞는 특징이었다 (비록 공식적으로 컬러 부호화 방송을 한 적은 없지만). 시스템 A는 세 가지 컬러 표준으로 모두 테스트되었고, 생산 장비도 설계되어 제작 준비가 완료되었다. 영국 정부가 유럽 다른 국가들과의 조화를 위해 625선 영상 시스템을 채택하기로 결정하지 않았다면, 시스템 A는 NTSC-A로서 생존했을 수도 있다. 이 시스템은 영국에서 UHF 대역에서만 PAL-I로 구현되었다.[1]프랑스의 819선 시스템 E는 전후 프랑스의 TV 기술 수준을 높이기 위한 노력의 결과였다. 819선은 오늘날의 표준으로도 거의 고화질에 가까웠다. 영국의 시스템 A와 마찬가지로 VHF 대역 전용이었으며, 프랑스에서는 1984년, 모나코에서는 1985년에 종료될 때까지 흑백 방송을 유지했다. 초기에는 SECAM 표준으로 테스트되었지만, 나중에 625선 L 시스템으로만 컬러 방송을 채택하기로 결정했다. 따라서 프랑스는 UHF 및 VHF 네트워크 모두에서 시스템 L을 채택하고 시스템 E를 폐기했다.[1]
일본은 가장 초기의 HDTV 시스템(MUSE)을 보유하고 있으며, 설계 노력은 1979년으로 거슬러 올라간다. 일본은 소니 HDVS 장비 라인의 지원을 받아 1980년대 후반에 1,125선의 인터레이스 해상도를 사용하는 광대역 아날로그 고화질 영상 신호 방송을 시작했다.[1]
세계 여러 지역에서는 아날로그 TV 방송이 완전히 종료되었거나 종료 과정에 있다. 아날로그 방송 종료 시점에 대한 자세한 내용은 디지털 TV 전환을 참조하라.[1]
3. 세계의 텔레비전 시스템 (표)
률
대역폭
대역폭
오프셋
변조
변조
