MPEG-2 TS 기반의 UHDTV 다중화

Abstract

본 논문에서는 UHDTV(Ultra HDTV)를 위한 MPEG-2 Transport Stream(TS)의 다중화 기법 및 다중화 SW 툴의 설계 및 구현에 대해서 기술한다. 대용량의 UHD 비디오를 처리하기 위해서는 당분간 병렬처리에 기반한 코덱 구현이 불가피하며 이로 인해 다수의 비디오 비트스트림 간의 동기화 및 다중화가 요구된다. 본 논문에서는 4K(또는 8K) 해상도의 UHD 비디오가 4 개의 화면으로 분할되어 각각 H.264/AVC로 부호화되고, 2 개의 5.0 채널의 오디오가 AC-3로 부호화되는 병렬처리 기반의 UHDTV의 TS 다중화를 고려한다. H.264/AVC와 AC-3를 TS로 전송하기 위한 MPEG-2 시스템(Systems) 확장 규격을 반영한 PES 패킷화 및 TS 다중화 툴을 설계한다. 또한 T-STD(TS System Target Decoder)의 타이밍 모델을 만족하도록 T-STD에 정의된 버퍼들의 상태를 모니터링 하면서 다중화 스케쥴링을 수행하고, 한 TS 패킷의 전송 시간 단위로 H/W의 실시간 처리를 에뮬레이션(emulation)하도록 구현한다. UHDTV 다중화를 위해서 재다중화(Re-multiplexing)를 포함하는 UHD 재다중화와 단일 TS로 다중화하는 UHD 프로그램 다중화의 2 가지 구조를 구현하고 이들의 장단점에 대해서 고찰한다. 본 논문에서 설계 구현된 TS 다중화 툴은 상용 분석 툴 및 실시간 재생 툴을 이용하여 규격 및 타이밍의 적합성과 그 기능을 검증한다. In this paper, a method of MPEG-2 Transport Stream (TS) multiplexing for Ultra HDTV (UHDTV) and its design and implementation as a SW tool is described. In practice, UHD video may be divided into several HD videos and each video is encoded in parallel. Therefore, it is necessary to synchronize and multiplex multiple bitstreams encoding each HD video for transmitting and storing UHD video. In this paper, it is assumed that 4 HD videos partitioning a UHD spatially are encoded as H.264/AVC and two 5.0 channel audios are encoded by AC-3. Therefore, 4 H.264/AVC elementary streams (ESs) and 2 AC-3 ESs is mainly considered in the TS multiplexing of UHD. For the carriage of H.264/AVC and AC-3 over MPEG-2 TS, PES packetization and TS multiplexing are designed and implemented based on the extended specification of the MPEG-2 Systems and ATSC (Digital audio compressed standard), respectively. The implemented UHD TS multiplexing tool emulates real time HW operation in the time unit corresponding to the duration of one TS packet transmission in a given TS rate. In particular, in order to satisfy the timing model, the buffers defined in the TS System Target Decoder (T-STD) are monitored and their statuses are considered in the scheduling of TS multiplexing. For UHD multiplexing, two kinds of multiplexing structures, which are UHD re-multiplexing and UHD program multiplexing, are implemented and their strength and weakness are investigated. The developed UHD TS multiplexing tool is tested and verified in terms of the syntax and semantics conformance and functionalities by using a commercial analyzer and real-time presentation tools.