<시리즈> MPEG와 정보혁명 (20);MPEG2 시스템 (상)

MPEG비디오 비트열과 MPEG 오디오 비트열을 하나로 묶어 전송하거나 저장하기 위한 규격이 MPEG 시스템이다. 이렇게 하나의 비트열로 다중화할때 통신 채널이나 저장 미디어 등이 갖는 프로토콜이나 저장 포맷에 적합한 형식으로 할 필요가 있다. 이와 함께 비디오와 오디오의 동기(Iip sync)를 맞추는 수단을 제공하는 것도 MPEG 시스템의 중요한 역할이다.

MPEG시스템에는 이미 다룬바 있는 MPEG 1 시스템과 MPEG 2 시스템이 있다. MPEG 1 시스템은 단일 프로그램을 오류가 없는 채널 환경에서 다중화하므로, 비디오 CD 등 비교적 좁은 범위의 응용분야에 사용된다. 보다 정확히는 채널이 가지고 있는 오류 정정 능력에 의해 오류가 수정되므로 MPEG 1 시스템에서는 오류를 고려할 필요가 없다. 이에 비해 MPEG 2 시스템은 방송, 통신, 저장 미디어 등 광범위한 응용분야에 대응하

고있어 그 포맷도 훨씬 복잡하다.

MPEG 2 시스템에는 두 종류의 다중화 방식이 있다. 하나는 프로그램스트림(PS :Program Stream)이라 불리는 것으로 단일 프로그램을 오류가 없는 채널 환경에서 다중화하는데, MPEG-1 시스템을 약간 개선한 것이다.

또 하나는 트랜스포트 스트림(TS:Transport Stream)으로 오류가 있는 채널환경에서 복수의 프로그램을 다중화한다. 복수의 프로그램을 하나의 비트열로 다중화하므로 멀티미디어 시대의 디지털 TV방송 등에 적합하고 제한수신을 위한 스크램블 기능(비트열을 암호화하여 유료 가입자 이외에는 시청할 수 없게 하는 것)을 부가할 수 있도록 되어 있다. 또한 랜덤 액세스가 용이하도록 디렉토리 정보나 개별 비트열에 관한 정보 등을 실을 수 있다. PS는 이미 다룬 MPEG 1 시스템과 유사하므로 여기서는 주로 TS에 대해 기술한다.

MPEG 2 시스템은 시분할다중방식(TDM:Time Division Multiple.ing)에서 쓰이고 있는 패킷 다중화 방식을 채택하고 있다. 이때 비디오와 오디오 비트열 각각을 우선 패킷이라 불리는 적당한 길이의 비트열(PES:Packetized Elementary Stream)로 분할한다. PES패킷은 다양한 응용에 대응하도록 길이의 상한을 64KB까지로 하고 있고, 각 패킷마다 고정길이나 가변길이 어느 것이라도 취할 수 있도록 하고 있다. 또한 가변 전송속도도 허용되고

있고 불연속적인 전송도 가능하다. 이 각각의 PES를 하나의 비트열로다중화하여 PS나 TS를 만든다.

패킷 길이는 전송채널이나 매체에 크게 의존한다. 가령 광대역 종합정보통신망(BISDN)에 있어서의 프로토콜인 ATM(Asynchronous Transfer Mode.비동기 전달모드)에서는 53 바이트의 패킷(셀)을 사용한다. 이중 패킷에 관한 기본 정보를 담는 헤더가 5바이트를 차지하므로 실제 사용자 정보(Payload)는 48바이트이다. 이와 같이 길이가 짧은 패킷은 헤더가 상대적으로 많은 비율을 점유하므로 사용자 정보의 전송효율이 떨어지지만 지연시간과 버퍼 메모리양이 적은 이점이 있다.

TS패킷은 ATM과의 접속성을 고려하여 1백88바이트의 비교적 짧은 고정길이를 가지고 있다. ATM 셀의 사용자 정보 48바이트중 한 바이트를 AAL(ATM Adaptation Layer)용으로 사용하면 실제 사용자 정보는 47바이트가 된다.

따라서 하나의 TS패킷은 4개의 ATM 셀에 실어서 전송할 수 있다. 각 TS 패킷의 첫 4바이트는 해더용이므로 나머지 1백84바이트가 실제 비디오나 오디오 등을 실어나르는 사용자정보 부분이다.

많은 응용분야에서 오류정정을 위한 부호를 부가하는데 TS 패킷의 길이는 이를 고려하여 결정되었다. 즉 블록 오류정정부호로서 가장 탁월한 성능을 갖는 리드솔로몬부호를 적용하려면 TS 패킷의 길이는 2백55보다 충분히 작은 것이 바람직하므로 결국 ATM과의 접속성을 함께 만족시키는 1백88로 결정된 것이다.

한 예로 무궁화위성을 이용한 디지털 방송에서는 각 TS 패킷에 16바이트의 오류정정부호를 부가한 RS(204, 188)를 사용하고 있어 수신측에서 2백4바이트중 8바이트까지의 오류를 정정할 수 있다. 많은 경우 군집오류에 강한 리드솔로몬 부호와 더불어 산발적 오류에 강한 길쌈 부호(Convolutional Code) 혹은 길쌈부호를 변조부와 결합하여 성능을 개선하는 TCM(Trellis Coded Modulation)을 함께 사용하고 있다.

정 제 창 <한양대교수>