01. TV방송의 개요(3)

1.4 TV방송 기술의 변천과정

 역사적으로 볼 때 TV방송 기술은 길지 않은 기간에 크게 발전하여 오늘에 이르렀다. 날이 갈수록 눈부시게 발전하여 그 끝을 가늠하기 어렵다.

 1864년 영국의 제임스 맥스웰(Maxwell James)에 의하여 이 세상에는 전파가 존재하고 있다는 생각에서 수학적으로 계산해 냈는데, 그에 의하면 빛의 속도와 비슷한 것으로 실험되어 빛도 전자파의 일종이라는 설을 발표하였다. 1887년경 독일의 하인리히 헤르츠(Hertz Heinrich)는 우리 주위에 전파가 존재한다는 것을 입증 했다.
 그 뒤 1895년 이탈리아의 마르코니(Marconi)는 전자파(電磁波)를 이용한 통신수단으로 활용하는 데 성공한다. 1902년에는 플레밍(Fleming)이 전파를 골라낼 수 있는 검파용 2극 진공관을 발명하였고, 포레스트(Forest)는 2극관 중간에 그리드(Grid)를 부가하여 3극관을 만들고 전자의 흐름을 제어할 수 있도록 발전시켰다.
 따라서 무선전화, 무선방송을 가능하게 하여 1920년 11월 2일 미국의 웨스팅하우스가 방송국을 설립하고 피츠버그에서 라디오 정규방송을 시작하게 되었다. 한편 1817년 스웨덴의 베르셀리우스(Berzelius)는 원소(元素) 중 하나인 셀레늄(Se, Selenium)을 이용하여 광(光), 즉 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 방법을 발견하여 광전(光電)효과를 얻을 수 있게 됨으로써 영상을 전기로 바꾸어 전송할 수 있는 이론을 정립할 수 있게 되었다.

 1897년에는 브라운(Braun)이 음극선관(Cathode ray tube)을 발명하고, 1907년 러시아의 로싱(Rosing)은 음극선을 이용한 전자화면기(Electronic Picture Viewer)를 개발했는데, 이것이 TV방송 영상표현의 시작이다.
 브라운의 음극선관이 개발되기 이전 독일에서 24개의 구멍이 뚫린 원반(圓盤) 2개를 이용해서 빛을 통과시키면서 초당 10회로 회전시켜 명암의 화소(Pixel)를 만들어내고, 전기신호 형식으로 바꾸어 영상을 만들어낸 원형 주사방식과 음극선관을 조합하여 1926년 베어드(Baird)에 의해 기계식 TV방송 기술을 실현했고, 이를 발전시켜 1929년부터 영국의 BBC가 TV시험방송을 했다.

한편 미국에서는 감광판(感光板)을 이용한 전자 TV방식을 미국 RCA에서 성공하고, 영국에서는 1936년 11월 2일 BBC가 전자식 TV방송을 시작했는데 이것이 오늘날 TV방송의 효시다.
 제2차 세계대전으로 한때 중단되었다가 1946년 BBC는 TV방송을 재개하게 된다. 그동안 흑백TV를 방송했으나 1953년에 NTSC, SECAM방식, 1967 PAL방식의 실용화로 컬러 TV방송이 본격적으로 시작됐다.

우리의 컬러 TV방송은 매우 늦은 1980년 12월 1일부터 시작됐다.  그 이후 아날로그에서 디지털로 발전이 거듭되면서 TV방송의 디지털화와 광대역 통신의 디지털 발달로 방송, 통신, 유무선 인터넷 등등이 융합되는 시대가 되었다.  1927년에는 즈보리킨(Zworykin)과 팬스워스(Fansworth)에 의해서 오늘날의 영상 촬영용 TV카메라가 개발되었는데 효시가 되었다.

 

1.5 TV방송의 구분

 TV방송의 영상과 음향을 실어 나르는 반송파 주파수(Carrier Wave)의 범위에 따라서 다음과 같이 TV방송을 나누어 구분하고 있다.

 

1.5.1 초단파(VHF, Very High Frequency) TV방송
 이 주파수대는 30 MHz에서 300 MHz까지로 1940년을 전후하여 아날로그 TV방송의 표준주파수 영역으로 이용되고 있으나 TV 채널 수가 늘어나면서 극심한 부족현상이 발생했다.
 또한 FM방송은 88∼108 MHz까지 1채널 당 200 kHz의 대역폭을 먼저 차지하고 있었다. 따라서 TV방송은 FM방송 주파수의 위와 아래에 위치한 주파수대역을 중심으로 Low Channel과 High Channel로 구분하여 사용하게 되었다. Low Channel은 54∼88 MHz까지, High Channel은 174∼216 MHz까지 사용 한다.

 

표 1-1 VHF, UHF 국내 TV방송 채널 및 반송 주파수(Carrier Wave)범위

low band		high band
channel	주파수(MHz)	channel	주파수(MHz)
2	54∼60	7	174∼180
3	60∼66	8	180∼186
4	66∼72	9	186∼192
5	76∼82	10	192∼198
6	82∼88	11	198∼204
FM band	88∼108	12	204∼210
		13	210∼216
UHF band		14∼83	470∼890

 

* <참고> 요즈음 TV방송 채널이  2-1, 3-1, 9-1 등 "-"가 들어가는 이유는 아날로그 방송채널과 디지털 TV방송을 구분해 실행됐던 과거의 산물이다. 

 

1.5.3 수퍼 단파(SHF, Super High Frequency)방송
  UHF보다 한층 더 높은 주파수대로 3∼30 GHz까지를 말한다. 이 주파수대는 마이크로통신, TV중계, 위성방송 등에서 활용되고 있다. 전파는 빛과 같은 성질을 가지고 있어 방향성이 예리하여 다른 잡음전파에 방해되지 않는 장점도 있으나 산, 물체, 건물 등에 가리게 되면 수신이 불가능한 단점도 있다. 따라서 근거리의 TV중계차에서 FPU(Field Pick-up Unit)용으로 7 GHz대를 사용하고, 12 GHz대에서 위성방송 등에 활용된다. 

 

1.6 케이블 TV(CATV)방송
 TV지상파 방송에서 전송되는 TV방송을 수신하기 위하여 송·수신 간의 어떠한 장애물도 없어야 한다. 높은 주파수의 영상은 마치 빛과 같아서 거의 직선적으로 전파가 전송된다. 따라서 산이 많은 지역이나, 건물이 높게 올라간 도회지는  송신소의 전파를 수신하는 데 많은 장애가 되어 시청자들의 불만이 고조된다. 

이러한 난시청 지역을 해결할 방법의 하나로 수신이 잘 되는 지역에서 TV전파를 수신하고, 케이블을 이용한 재송신 방법을 착안하였다. 또한 공동주택에서 각각 안테나를 옥상에 많이 설치하는 것이 불편할 뿐만 아니라 미관상 매우 좋지 않아 공시청 안테나를 사용하여 공동수신으로 해결하게 되었다.
 이러한 난시청 해결방법이 발전하여 CATV가 탄생하게 되었다. 이런 CATV가 가지는 장점은 하나의 전송로를 이용하여 100여 개가 넘는 TV방송 채널을 확보할 수 있으면서 안정되고 양질의 TV수신이 가능하게 되었다는 점이다. 

 

1.6.1 CATV방송의 구성
 CATV의 발전으로 그 규모가 방대해지고 그 운영의 어려움이 증가하여 우리나라에서는 CATV방송을 위한 사업구성을 3가지로 분리하게 되었다.

영상 프로그램을 제작하는 부분과 영상을 전송하는 부분, 영상신호를 분배하는 부분으로 나누어 각자 운영방식을 채택하고 있다. 그 후 사업구성 일부 통합하여 운영할 수도 있지만 사회적인 편중을 막아 보자는 의미도 내포하고 있다.

 

가. TV영상 프로그램 제작 공급자(PP, Program Provider)
 TV영상 프로그램의 공급을 위하여 제작시설을 갖추고 직접 제작하거나, 일부 프로그램의 제작을 외부에 발주하는 방법, 유통업자를 통하여 프로그램을 구매하는 방법 등 다양하다. 

많은 TV영상 프로그램을 확보하고 방송법에 의한 프로그램 편성과 방송규정에 따른 여러 가지 책임을 지고 있어 방송국의 역할을 하고 있다. 그러나 엄격히 따지면 TV방송 권한이 없어 방송국이라 할 수는 없다.

 

나. 시스템 운영업자(SO, System Operator)
 TV영상 프로그램의 공급자인 PP로부터 전송로를 통하여 프르그램을 공급받게 되면 자체 TV영상 프로그램과 함께 가정에 배달하는 방송업무를 실시하는 CATV 방송국이다. 흔히 지역 케이블 방송국이라 불리게 되는데 각 가정의 TV영상 수신확보를 책임지고 영업활동을 하고 있다.
 TV전송망 사업자는 간선로(幹線路)까지 책임지고, 그 이후 케이블은  가정에 직접 연결해서 TV수신 관계를 책임진다.

 

다. 전송망 사업자(NO, Network Operator)
 많은 PP로부터 SO 간의 TV영상 프로그램 전송은 물론 SO에서 각 가정에 프로그램을 공급하기 위한 간선로를 책임지고 있다. 이러한 네트워크는 먼저 언급한 광케이블이나 동축 케이블을 사용함은 물론 원거리 송신을 위하여 마이크로웨이브(Micro Wave) 시설이나 위성시설까지도 동원하여 운영되고 있다.
 보통 간선로(幹線路)에서 동축(銅軸) 케이블을 많이 사용하였으나 광케이블의 발달로 비용이 다소 많이 들지만 영상의 전송 품질이 우수하여 대부분 광케이블을 많이 활용된다. 

 

라. 복수 유선방송 사업자(MPP, Multiple Program Provider)
 그동안 SO를 하나씩 보유하고 있던 회사들에게 경쟁력을 확보하기 위해 SO를 여러 개 소유할 수 있도록 법을 개정했다. 이렇게 여러 개의 SO를 운영하는 유선방송업자를 말한다. 자본금이 풍족해야 좋은 품질의 프로그램을 공급할 수 있기 때문이다.

 

1.6.2 케이블 TV방송의 유형
 CATV의 발전은 여러 가지 형태로 운영방법이 새롭게 변모하고 있다. 가입자가 기본요금을 지불하면 최소한의 CATV 서비스 채널을 제공받지만 특별한 프로그램을 지정하여 새로운 부가요금이 지불되어야 볼 수 있는 채널들이 등장하고 있다.
(1) 기본 채널 서비스(Basic Cable Service)
 케이블TV의 수신신청을 하고 기본요금만 지불하면 시청할 수 있는 운영시스템으로 방송국과 관계되는 영업활동은 기본요금과 광고수입으로 한다.
(2) 유료 채널 서비스(Pay Service, Premium Service)
 시청자의 기본요금과 가입자의 추가 요금만으로 운영되고 일체의 광고를 배제한다.
(3) 유료 프로그램 서비스(Pay Per View)
 TV방송국에서 일방적으로 내보내는 프로그램만 시청하는 것이 아니라, 실수요자인 시청자가 방송국에 요구하여 시청할 수 있는 운영시스템으로, 진일보된 쌍방향성 시스템이 구비되어야 한다. 이를 VOD(Video on Demand) 시스템이라고 한다.
(4) 지역 채널 서비스(Local Channel Service)
 시스템 운영자(SO)가 자체적으로 제작한 프로그램을 방송하는 채널이다. 지역의 가입자에게 해당되는 지방 자치단체의 공고사항, 해당 지역의 날씨, 그 지역에서 일어나는 스포츠, 쇼, 이벤트 행사 등을 지역민에게 알리는 TV방송이다.
(5) 부가 서비스(Auxiliary Service)
 케이블TV 선로를 이용하여 방송 이외에 부가적으로 서비스할 수 있는 것으로 전기, 가스의 원격검침, 도난, 화재 등의 감시기능, 화상회의, 인터넷망의 활용 등이 있다. 문자방송을 통한 정보전달도 이 분야에 해당된다. 

 

1.6.3 케이블 TV방송의 시스템 구성
 원래는 케이블 TV방송도 일반 공중파 방송시스템과 같이 그 시스템이 동일하지 않으나 유사하다. 일반 지상파 방송의 송신소에 해당하는 센터로부터 TV방송 신호를 동일하게 전체 가입자들에게 분배하는 구성이 기본이다. 

지상파의 직접 수신이 불가능하거나 혼선으로부터 벗어나기 위해 사용되는 CATV는 질 좋은 TV방송 Source를 받아 Video와 Audio를 Modulation시켜 때로는 다른 Channel(Carrier Wave)로 바꾸어 실어 내보내게 된다.  그래서 지방에 따라 같은 TV방송의 채널 번호가 다를 수 있다. 그 이유는 추후에 설명하겠다. 

우리가 CATV의 TV수신하는 방법으로 셋톱박스를 사용해야 했다. 우리가 먼곳을 여행하려면 자동차나 기차, 비행기 등의 교통수단을 이용해야 하는 것처럼  영상과 음향도 그대로 멀리 보내지 못하고 반듯이 반송파(搬送波 : carrier wave)에 실어 보내게 된다. 

그동안 CATV는 주로 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이란 디지털 변조방식을 채택하도록 했기 때문에 반드시 셋톱박스(Set-top box)에서 채널을 선택하고 반송파에서 영상과 음향을 검파하여 HDMI out put를 TV수상기의 HDMI input 로 보내 수신하도록 해왔다. 

그럼으로 TV수상기는 일종의 TV Monitor 역할만 하게 된다. 여기서 셋톱박스(Set-top box)라는 말을 쓰게 된것은 TV수상기 위에 올려 놓는 상자라는데서 유래됐다.  그런데 요즈음 CATV방송에서도 공중파와 같이 디지털 변조방식을 그대로 영상과 음향을 실어보고 있어 셋톱박스 없이 바로 TV수상기의 안테나 수신 쪽에 연결해 NTSC 방식의 반송파를 받아 TV수상기에서 바로 채널을 선택해 시청할 수 있다. 그렇게 되면 불필요한 셋톱박스를 제거하여 전력소모 등을 막을 수 있다. 

다만 CATV 방송국에서 보내주는 영화와 같은 유료채널을 사용하기 위해서는 꼭 셋톱박스를 사용해야 한다.  

 

1.6.4 케이블 TV방송의 분배방식 
  케이블 TV방송의 분배방식에는 몇 가지 방법이 실행되고 있다. 가입자의 분포에 따라 분배센터로부터 마치나뭇가지와 같은 형태로 분배하는 방식을 트리망(Tree Net)이라고 부르는데, 전송중 케이블 내의 신호감소나 분기에 의한 신호감소를 보충하기 위하여 전송로의 중간 중간에 적절한 광대역 증폭기를 삽입하여 준다.
 매우 전형적인 신호 전달방법으로 중요한 문제점은 센터로부터 먼 거리에 있는가입자가 가까운 가입자보다 신호품질이 심하게 떨어져서는 안 된다. 이러한 시스템성능을 잘 유지하기 위한 기술적 유지관리가 매우 중요하다.

이러한 트리 형태는 가입자의 분포에 따라 블록(Block)을 형성하고 센터로부터 여러 개의 블록으로 분배시스템이 구성되는 분배계를 이룬다.

 한 블록은 대개 수십 내지는 수백의 가입자 규모로 형성된다. 그 구성은 간선계와 분배계로 되어 있어 양자의 기술적 역할이 다른 간선계는 다수의 분배계에 신호를 분기(分岐)해 가는 역할로 전송로의 길이가 길어지는 것은 필연이다.

분배계는 간선계에서 받아 가급적 많은 가입자에게 효율적으로 신호가 분배되어야 한다. 분배계의 기본적 구성은 분배용 증폭기와 케이블, 분기기 등이다.
 케이블TV의 구성을 정리한다면 먼저 송신기에 해당하는 센터설비를 헤드엔드(Head End)라 하는데 모든 CATV용 다양한 방송신호를 수집하여 재송신하는 중계역할과 직접방송 프로그램을 제작 방송하는 신호를 함께 송신한다.

 예를 들면 위성을 통한 방송신호, 광케이블 또는 마이크로웨이브를 통한 전용 CATV용 공급 프로그램 방송신호, 지역 방송신호, 전화선을 통한 데이터 통신 등이 있고 가입자로부터 송신도 포함하는 쌍방향성 전송시스템의 실용화가 이루어지고 있다.

  다음 헤드엔드로부터 출력된 신호를 간선계로 공급하고 간선계의 중간에 간선증폭기에 의해서 신호 품질을 유지하며 간선에서 간선 분기증폭기를 통하여 분배계로 나누어진다. 분배계 중 가옥 내 도입계는 도입 케이블, 보안기, 옥내 케이블로 이어져 TV수상기에 직접 연결하거나 컨버터를 부착하고 컨버터에서 채널 3 또는 4의 RF 신호 출력으로 만들어 TV수상기에 연결한다.

 이때 컨버터는 유료 채널등에 걸려 있는 스크램블의 허용 여부를 결정해 주기도 한다. 일반적인 트리망(Tree Network) 이외에 가입자의 집단마다 서비스 지역을 구분하고 그 중심에 허브 센터(Hub Center) 또는 허브를 설치하여 별(star)과 같이 개별 배선 형태인 스타네트워크(Star Network)도 있다.
 스타형 배선의 특징은 가입자의 케이블에 개별정보를 전송하기 편리하고 상향성 정보처리에 적합하여 쌍방향성 케이블 방송으로 많이 사용된다. 특히 광섬유에 의한 배선에서 동축 케이블보다 비용이 많이 들지만 광대역 신호의 전송에 유력하다.