DVB-T 시스템을 위한 서브타이틀 코덱의 구현 및 검증 = Implementation and Verification of Subtitle Codec for DVB-T System

국문 초록 (Abstract)

최근 세계적으로 아날로그 방송에서 디지털 방송으로 변화되고 있으며, 영상/ 음성 뿐 만 아니라 데이터 방송이 증가하고 있는 상황이며 데이터 방송에는 가장 많이 사용하는 것이 자막 방송이며 유럽에서 사용하는 자막 방송 표준을 서브타이틀이라고 한다.
서브타이틀 서비스는 자막 방송 서비스로 비트맵으로 된 문자를 TV 화면에 디스플레이하여 청각 장애인들에 대하여 제공되는 서비스이며 DVB(Digital Video Broadcasting)의 전송 스트림 형식으로 전송된다. 전송 스트림은 전송 스트림 헤더와 유료부하(payload)로 나누어지며 유료부하는 여러 개의 PES(Packetized Elementary Stream)로 구성되고 이러한 PES는 영상/ 음성, 데이터와 관련된 데이터로 이는 전송 스트림의 PID로 구분한다.
전송 스트림의 PSI(Program Specification Information) 정보 중 PMT(Program Map Table)의 PID가 저장된 PAT(Program Association Table)와 프로그램과 관련된 PES가 포함된 PID를 저장하는 PMT를 확인하여 현재 전송된 스트림에 대하여 서브타이틀이 포함된 전송 스트림의 PID를 알 수 있다.
본 논문은 윈도우 환경에서 사용 가능한 서브타이틀의 인코더와 디코더를 구현하고자 한다. 인코더를 사용하여 서브타이틀 데이터를 PES 스트림으로 저장하며 한 라인이 30자까지 최대 2라인까지 인코딩 할 수 있으며 여러 페이지의 서브타이틀의 인코딩이 가능하며 완료를 하게 되면 PES 패킷을 생성한다. 디코더의 경우 전송 스트림 디코딩과 PES 패킷 디코딩의 2가지가 가능하도록 구현하였다. PES 디코딩의 경우 본 논문에서 구현한 인코더에서 생성된 서브타이틀을 확인할 수 있으며, 전송 스트림의 경우 실제 유럽 방송 스트림을 사용하여 검증하였다.
전송 스트림 디코딩은 PAT와 PMT, DVB의 서비스에 대한 설명이 포함된SDT(Service Description Table)를 보여 주며, 현재 전송 스트림에 포함된 모든 서브타이틀의 PES 패킷을 저장하여 서브타이틀의 목록을 보여 준다. 선택된 서브타이틀에 대하여 채널에 대한 프로그램 정보인 방송국명과 채널정보, 그리고 서브타이틀의 각 세그먼트의 정보를 보여 주고 디스플레이 화면에 서브타이틀이 출력된다. 선택된 서브타이틀에 2개 이상의 페이지가 존재한다면 서브타이틀의 페이지 간 이동이 가능하며 이에 대하여 각 페이지에 대한 세그먼트 정보와 서브타이틀이 갱신된다. 디스플레이가 되는 시간 정보인 PTS(Presentation Time Stamp)를 이용하여 실제 영상과 음성과의 동기를 고려한 재생이 가능하다.
PES 패킷 디코딩은 PAT, PMT, SDT가 포함되어 있지 않기 때문에 이를 제외한 세그먼트 정보와 서브타이틀이 출력되며 2개 이상의 페이지가 존재한다면 페이지 이동도 가능하다.
본 논문에서 구현한 서브타이틀 인코더와 디코더는 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)용으로 제한하여 디스플레이 크기를 표준인 가로 720 픽셀, 세로 576 픽셀로 하였다.
인코더에서 생성한 PES 패킷을 디코더에서 사용해본 결과 인코딩한 것과 동일한 서브타이틀이 디스플레이 되었음을 확인하였고. 전송 스트림으로 된 스트림의 경우 실제 유럽에서 방송되었던 전송 스트림으로 서브타이틀을 디코딩 해본 결과 성공적으로 처리함을 확인하였다.
본 논문에서 구현한 인코더는 유럽 디지털 방송과 관련된 서브타이틀 서비스 제작과 관련된 분야에서 응용이 가능할 것이며, 디코더는 디지털 방송 수신기 개발 관련 분야에서 방송 수신기 개발 기간을 단축할 수 있으며 수신기에 대한 안정성 확보가 가능할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, analog broadcasting is changing to digital broadcasting around the world, and not only video/audio but also data broadcasting is increasing. In data broadcasting, caption broadcasting is the most frequently broadcasted, and the European standard for caption broadcasting is called subtitle.
The subtitle service as a caption broadcasting, which is provided for the people with hearing impairments, displays the characters made of bitmap on TV screen and is being transmitted in transport stream of DVB(Digital Video Broadcasting). Transport stream is divided into transport stream header and payload, and the payload consists of several PES(Packetized Elementary Stream). Such PES, which is a data related to video/audio data, is classified by PID of transport stream. In the currently transmitted stream, the PID of transport stream that includes subtitle can be identified by verifying PAT(Program Association Table) in which PID of PMT(Program Map Table) is contained and PMT in which PID that includes program related PES is contained among the PSIs(Program Specification Information) information of transport stream.
This thesis is to develop encoder and decoder of subtitle that can be used in Windows environment. Subtitle data can be saved as PES stream using encoder and a single line can be encoded up to 30 characters of 2 lines and encoding of several pages of subtitle is possible and creates PES packet when completed. For decoder, it has been made to perform both transport stream and PES packet decoding.
In case of PES decoding, subtitle that has been created in the encoder developed in this thesis can be identified, and, in case of the transport stream, it has been verified using actual European broadcasting stream.
Transport stream decoder displays SDT(Service Description Table) that includes descriptions of the services of PAT, PMT and DVB, and displays the list of subtitles by saving PES packet of all the subtitles included in the current transport stream.
For the selected subtitle, the name of broadcasting company, channel information and the segment information of each subtitle, which are the program information of channel, are displayed, and the output of subtitle is displayed on display screen. If there are more than two pages for the selected subtitle, moving among subtitle pages is possible and the segment information of each page and subtitle are renewed. A playback that takes into account the synchronization of real video and audio is possible using PTS (Presentation Time Stamp) which is the display time information.
Since PES packet decoding does not include PAT, PMT and SDT, the segment information excluding these and subtitle are being output, and moving among pages is possible if there are more than two pages.
The subtitle encoder and decoder developed in this thesis is limited to the use for DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial) making the display size the standard 720 pixel in width and 576 pixel in height. It has been confirmed that the same subtitle is displayed when decoding the PES packet that has been created in encoder, and, in case of transport stream, it has been identified that it is being successfully processed when decoding subtitles using the transport stream from the real European broadcasting.
The encoder implemented in this thesis can be applicable to the areas of production for European digital broadcasting and relative subtitle service. Also the decoder can reduce the development period in the area of developing the digital broadcasting transmitter and can guarantee a stability for the digital broadcasting receiver.

목차 (Table of Contents)

• 요약 = ⅰ
• 그림목차 = ⅴ
• 표목차 = ⅷ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 유럽 디지털 지상파 방송 시스템의 서브타이틀 = 3
• 1. 서브타이틀의 개요 = 3
• 2. 서브타이틀의 세그먼트 = 5
• 2.1. Display Definition Segment = 7
• 2.2. Page Composition Segment = 9
• 2.3. Region Composition Segment = 11
• 2.4. CLUT Definition Segment = 15
• 2.5. Object Data Segment = 18
• 2.5.1. 픽셀 데이터 서브블록 = 20
• 2.5.2. 2비트 픽셀 코드 스트링의 문맥과 의미 = 22
• 2.5.3. 4비트 픽셀 코드 스트링의 문맥과 의미 = 24
• 2.5.4. 8비트 픽셀 코드 스트링의 문맥과 의미 = 26
• 2.6. End of Display Set Segment = 27
• Ⅲ. DVB 스트림 구조 = 28
• 1. 전송 스트림 패킷의 구조 = 30
• 2. Program Specific Information = 32
• 2.1. Program Association Table = 33
• 2.2. Program Map Table = 35
• 3. Packetized Elementary Stream = 36
• 4. 다중화 = 37
• Ⅳ. 서브타이틀 인코더 구현 = 39
• 1. 오브젝트 세그먼트 인코딩 = 40
• 2. CLUT 세그먼트 인코딩 = 42
• 3. PES 생성 = 43
• Ⅴ. 서브타이틀 디코더 구현 = 44
• 1. 전송 스트림 분류 = 44
• 2. 서브타이틀 PES 패킷 데이터 = 49
• 3. PTS 디코딩 = 51
• Ⅵ. 검증 = 52
• 1. 서브타이틀 인코더 = 52
• 1.1. 인코더의 구성 = 52
• 1.2. 인코더의 검증 = 53
• 2. 서브타이틀 디코더 = 56
• 2.1. 디코더의 구성 = 57
• 2.2. 전송 스트림에 대한 검증 = 58
• 2.3 인코더에서 생성된 PES 스트림에 대한 검증 = 67
• Ⅶ. 결론 = 70
• 참고문헌 = 72
• Abstract = 74