Broadcasting Technology

							방송의 기술
                   방송기술의 역사
1.       방송기술의 전사
•        인간의 정보전달의 발전은 원시시대부터…
     –    소리와 손짓
     –    동굴벽화
•        문자발명
     –    파피루스, 양피지, 종이
     –    목판기술의 발전
•        구텐베르그의 금속활자
     –    커뮤니케이션 발달사의 전환점
•        20세기이전-정보의 보급수단—문자와 그림
•        20세기이후-축음기, 영화, 라디오, 텔레비젼
• (2) 무선통신기술의 발달
• 1820 년 영국에서 전선을 이용한 전기적 파장을 송수신할
  수 있는 전신기 개발(F.B. Morse)
• 1866년 해저케이블이 설치됨—몇 분 안에 정보교환가능
• 무선의 발달사
 – 1865 영국인 James Maxwell 수학적으로 전자파의 존재예언
 – 1887 Heinrich Hertz 처음 실험하여 전자파 입증
 – 1895 Guglielmo Marconi 전파 (전자파) 처음으로 사용-안테나의
   시작
 – 1899 미국 마르코니 무선전신회사 설립, 설비의 임대, 초기의 라
   디오 발전주도
   • 전선사용 불가능한 지역, 즉 섬에서 해안까지의 지역, 해상선박과의
     교신, 산악지대 등의 전신장치를 무선으로 대치
 – 1876 Bell 유선방식에 의한 인간음성의 통신을 실현
 – 1878 Edison 소리 기록을 가능케 한 축음기를 발명
     라디오와 텔레비전 매체의 탄생
• 1) 라디오의 탄생과정
 – A. Fessenden and C. Alexandeson의 고주파 변조기와 Lee De
   Forest등이 만든 진공관이 결정적기여
 – De Forest 1908년 에펠탑에서 전파발사
 – 1909 ‘카루소’의 노래를 방송, 뉴욕메트로폴리탄 오페라하우스
 – 1920 피츠버그에서 Westinghouse가 Frank Conrad지휘 아래
   KDKA 방송국을 설립 정규방송, 라디오방송의 효시
• 2)텔레비전의 탄생과정
 – 명칭은 프랑스의 Persky에 의해서 처음으로 사용됨.
 – 1839 은판사진술 발명( 그 뒤 청사진을 환등기에 비쳐보임으로
   그림의 연속적 환영이 나타나는 것 알게 됨).
 – 1936년 11월 2일 영국 BBC-런던의 북쪽 알렉산드라궁의 실험
   용 스튜디오에서 시작
– 1817년 스웨덴의 화학자 베르셀리우스 (Jons Berzelius)가 셀레
  늄 (Selenium) 새 금속 발견함으로 텔레비전의 가능성열게됨.
  • 셀레늄—광에너지를 전기에너지로 전환시키는 성질이 있는 중금속,
    광전효과를 가능케하여 화면전송
– 1894 니코브 (Nipkow) 주사 디스크 (Scanning Disk)를 발견.-
  어떤 대상이 비쳐져서 그 물체의 구성요소의 내용과 이미지를 셀
  레늄 광전지에 의해 전기신호로 바꾸는 장치.
– 1930년 여러나라 텔레비전 정규방송 시작
•    방송의 종류
1.   전송로에 의한 분류: 유선방송, 무선방송
2.   주파수에 의한 분류: 중파방송, 단파방송, 초단파방송, 위성방송
3.   안테나 전력에 의한 분류: 대전력방송, 중전력방송, 소전력방송
4.   변조방법에 의한 분류: AM방송, FM방송
5.   방송의 수단에 의한 분류: 라디오방송, 텔레비젼방송, 팩스밀리 방송
6.   방송지역에 의한 분류: 해외방송, 국제방송, 국내방송
7.   방송시간에 의한 분류: 종일방송, 주간방송, 야간방송, 심야방송
               방송기술의 원리

• 1. 방송전파의 본질과 특성
 – 전파와 스펙트럼
   • Electromagnetic Energy (전자파 에너지): 라디오 에너지, 적외선,
     빛, 자외선, X-선, 감마선, 우주선 (cosmic rays) 등 등
      – 30만 km란 절대적 속도성과 주기성, 방사성 같은 특성을 가지고 있음.
      – 대기를 포함한 우주공간은 이러한 전자파 에너지로 가득 차 있음.
   • 파장과 주파수 (Wavelength and Frequency)
      – 초당사이클-헤르츠, 낮은 무선 주파수-kHz(킬로헤르츠)-스펙트럼의
        위치를 설명하는 것.
   • 라디오 스펙트럼의 분류
      – 전자파 에너지를 주파수의 순서에 따라 배열해 놓은 것이 전자파 스펙
        트럼.
      – 사용가능한 부분-1만 사이클에서부터 30만 메가사이클: 파장은 1만사
        이클 부근의 파장은 3만 미터 (18마일) 이상인 반면, 주파수가 가장 높
        은 파장은 마이크로 단위로 극히 짧음.
    –   라디오 주파수 위에 적외선이 존재하며, 적외선 위에는 37조 5천억
        사이클에서부터 가시광선, 즉 빛 에너지가 나타난다. 주파수 영역에
        따라 구분되는 대역폭 (Frequency Band) 을 국제적 합의에 의해 분
        류해 놓은 것이 주파수 대역 분류표이다.
    –   주파수가 높아질수록 대기중에 흡수되는 율이 커진다. EHF (3만 -30
        만) 같은 전파는 전파가 안테나를 떠나자마자 그 대부분이 공중에 흡
        수되고 만다. 라디오 전파 스펙트럼에서 2% 미만의 전파만이 이용됨.
•   변조 (Modulation): 음성이나 영상 등의 신호로 반송파에 변화를
    주는 것으로서, 정보 전달위해 라디오 에너지의 언어로 정보를 부
    호화하는 과정을 말함. 신호전류를 전파전류로 바꾸는 조작을 변
    조. 진폭변조, 주파수변조, 디지털변조 등.
    1. 진폭변조 방식 (AM)
    2. 주파수 변조 방식 (FM)
    3. 디지털
–   라디오의 기술원리
    •    방송방식
    1.   AM 방송의 원리 (진폭변조:Amplitude Modulation, AM)-AM 방송
         국-10kHz 채널 배정.
    •     ‘저 충실도’-Low Fidelity
    •    음의 입체감과 고층 빌딩등의 전파 장애물의 영향 적게 받아 도달
         범위가 FM 보다 넓다.
    •    송신기의 전력이 중요. 고출력은 지상파(ground-wave) 와 공중파
         (sky-wave) 전파의 효율성을 향상, 잡음을 극복.
    •    동일채널 사용시 전파간섭을 배제하기 위해 30kHz 분리규정 적용.
    2.   FM 방송의 원리 (주파수변조: Frequency Modulation, FM)-폭
         200kHz (0.2MHz)인 FM은 100개의 채널이 있음. VHF대역 중 88-
         108MHz 주파수가 FM 주파수로 할당되었고, 201-300 번호로 표시.
    •    복잡한 주파수 할당문제가 없음. Coverage도 비교적 안정적.
    •    송신출력, 송신용 안테나 높이, 지형에 의해 Coverage 패턴의 크기
         와 행태가 결정됨. 고출력이나 복잡한 안테나 시스템 필요치 않음.
    •    방송국 배정이 간단. 직파를 사용하므로 분리규정이 필요없음.
    •    정전기의 간섭을 받지 않음.
    •    고도로 충실한 원음 재생능력, AM의 20배인 200kHz의 채널 폭을
         가지므로 스테레오 음향을 공급할 수 있음
3.   다중송신의 원리
–    두 개 이상의 독립된 신호를 동일한 반송파를 통해 동시에 전달하는
     것을 의미. 즉 FM채널상에 남아있는 여분의 주파수를 이용하여 부차
     적인 신호의 다중송신이 가능함.
4.   단파방송의 원리
–    장거리 방송을 위해 스펙트럼상의 단파부분 (3MHz~30MHz) 9개의
     밴드에 약 3,000kHz를 남겨두고 있다. 대부분의 나라에서 5kHz를 허
     용하고 있음. 단파 방송-국가간 전송에 사용.
–   텔레비젼의 기술원리
    •    소리와 영상 함께 전달
    1.   텔레비젼 영상의 기술적 특성
    •    FCC (Federal Communications Commissions) 1941년 TV방송
         인가시, 18개의 VHF 채널을 따로 남겨 둠. 각 채널마다 6,
         000kHZ 또는 6MHz의 넓이로 되어 있음.
    •    TV의 영상은 TV Camera의 촬상관을 통하여 빛을 전기신호로 변
         화시켜 영상신호로 만든다.
    •    낮은 번호의 채널들이 높은 것보다 효율적.
    •    텔레비젼 송신에 직선파가 효과적. 송신용 안테나는 가능한 가장
         높은 곳에 설치되어야 함.
                    Electronic Pictures

• Determining Picture Quality
   – Pixels (picture elements or dots)
   – The size and distribution of pixels govern picture resolution
     (definition)-in photography, resolution parallels information
     capacity in radio communication. High-resolution pictures
     demand a broadband channel (able to handle a great many
     pixels each second).
• Persistence of Vision
   – The human retains the image of an object briefly after the
     object has been removed. This persistence of vision blends
     images together in successive frames.
   – Natural motion occurs if a projector displays at least 16
     frames per second (fps).
   – Increased 24 fps.
• Camera Pickup Tube
   – The pickup tube-the heart of the television system
   – A transducer that converts light energy into electrical energy.
• Scanning Pictures
   – A televised picture is scanned every 30th of a second. The picture is
     created by scanning first odd-numbered field lines, then even-
     numbered field lines.
   – Interlace scanning (offset scanning): each scanning sequence
     illuminates the receiver screen from top to bottom, picking up only
     half the pixels in the frame.
• Picture Resolution
   – The number of lines per frame provides an index of a system’s level
     of resolution or picture definition.
   – The US standard of 525 lines per frames determines a picture’s
     vertical resolution.
• Adding sound and color
   – American TV uses FM for the sound carrier-the 100kz sound in the
     upper television channel
   – 6-MHz monochrome TV channel-NTSC (National Television System
     Committee) color
   – Three primary color (red, blue, and green)-luminance
                             TV Stations
• Television’s heavy information load requires a broadband channel.
  US standards call for a 6-MHz channel-600 times the width of one
  AM radio broadcast channel & 30 times wider than an FM channel.
• Channel Width
   – The NTSC television channel allots four of its six MHz to picture
     information, including auxiliary signals.
• Location in Spectrum
   – Room remained for only 12 VHF channels, numbered 2 through 13.
   – The FCC in 1952 added 70 additional channels in the UHF band,
     numbered 14 through 83 (later reduced to 56 UHF channels, stopping
     at 69).
• Synchronization
   – The sync generator plays a major role in television control rooms,
     ensuring synchronization of pickup and receiver tubes.
   – It controls picture scanning by generating precise timing signals for
     driving camera deflection coils and inserting blanking signals.
   – The sync generator also controls the timing of addition video sources
• Transmission
   – Video and audio signals are fed independently to the transmitter,
     which may be located miles from the studio at a suitable antenna
     site.
   – The two signals modulate separate audio and video transmitters.
   – Signals from video and audio transmitters meet for the first time at a
     diplexer , a device that combines them into a composite signal fed
     to the antenna.
• Propagation
   – The television transmitting antenna is designed to propagate signals
     directionally downward toward the line-of-sight coverage area.
   – The FCC allows UHF television to use very high power (up to 5
     millions watts) to compensate for its coverage limitations, whereas
     VHF stations radiate no more than 5,000 watts.
       • VHF television signals have advantages over UHF. Waves in the UHF
         band, b/c they are shorter than VHF waves, can be more easily blocked
         by objects in their path.
• Reception
   – For regulatory purposes, the FCC classifies television station
     coverage in terms of Grade A and B contours.
   – Grade A contours enclose an area in which satisfactory service can
     be received 90 % of the time; Grade B contours enclose an area in
     which reception is satisfactory only half the time.
   – Receiving antennas are designed to pick up either all channels or
     only the channels in one band.
• Your TV Set
   – Receivers process video and audio signals separately.
• TV multiplexing
   – No picture information goes out during the vertical blanking interval
     (VBT), the time during which the pickup tube’s scanning beam
     returns from the bottom of the picture to the top to start scanning a
     new field. That interval occupies about 8 % of the 1/60th second
     devoted to each field, or the equivalent of 21 picture lines. Teletexts
     and closed captions are transmitted on the VBT.
   – An audio subcarrier enables telecating of stereo and bilingual sound.
                  High-Definition Television


• HDTV-larger screens, vastly improved picture resolution, &
  digital multichannel sound
• Replace the half-century-old NTSC system
• Right behind HDTV is digital audio broadcasting (DAB), which
  promises a parallel revolution in sound broadcasting.
• Matches the quality of 35-mm theatrical motion pictures
• Allows comfortable viewing at a distance of only three times the
  picture height and also can be viewed at a much wider angle
  from the screen than can existing television.
• Permits multiple audio tracks, facilitating not only sound in
  stereo, but also sound in several languages.
• In the 1960s, Japanese engineers made the first significant
  progress with HDTV, developing a 1125-line picture with a 9-to-
  16 aspect ratio.
• This analog system, called MUSE, demonstrated in the US in
  1981
   – Required 36 MHz channels-six times wider than the US 6-MHz
     standard.
   – Later, the Japanese later developed a broadcast MUSE version using
     a 9-MHz channel
   – Until 1991, it appeared that the Japanese might dominate worldwide
     HDTV standards. However, the cost of receivers too expensive.
   – Beginning in 1991, digital HDTV developed as the US moved toward
     selection of its own HDTV technical standard.
• Digital Transition
   – In late May 1993, the parties compromised to reach an agreement.
     The new unified digital HDTV system would be able to interact with
     both existing analog television and the digital world of computers.
• Moving from NTSC to HDTV
   – Question is; how best to handle the transition from existing NTSC
     receivers and broadcast and cable production and transmission
     equipment to the selected HDTV standard
   – The Commission decided early in 1992 on a 15 year phased
     transition.
   – The FCC has also set a timeline for the conversion from analog to
     digital television in 2004.
   – Estimates for initial television station conversion costs range b/w
     $ 10 million and $ 15 million per station for transmitter changes,
     cameras, video recorders, and related production equipment.
                           Digital Radio


• Digital Audio Broadcasting (DAB)
   – DAB is developing more slowly than the digital HDTV version of
     television.
   – It ultimately promises or threatens to replace analog radio
     broadcasting-both AM and FM-with a single new digital system of
     radio.
   – Estimated costs for existing stations to convert to DAB are far less
     than for HDTV-$20,000 to $ 50,000 for most stations.
   – Systems of sending data by radio were initially developed in Europe
     and began to appear in the US in 1992.
                         Cable Systems
• Cable systems avoid spectrum crowding problems by sending
  signals through the artificial, enclosed environment of coaxial
  cable.
• Cable Advantages
   –  A wide band of frequencies, up to 750 MHz can be used without
     causing or receiving interference.
   – Gives viewers a wide range of choices, usually feeding 100 or more
     program channels.
   – No need for home antennas
   – Cable-enclosed signals can be modulated and propagated.
• Cable Drawbacks
   – Cable connections expensive to build
   – System construction costs exceed those for broadcast stations.
   – Cable installations over long distance costs too much
•       Cable System Design
    –         At the system’s headend, cable assembles programs from various
              sources and delivers them via coaxial cable to subscriber homes.
    –         Headend
          •      Contains reception facilities, equipment for reprocessing incoming
                 signals, equalizing and feeding them to a modulator for transmission
                 over the system’s coaxial-cable delivery network, and assigning each
                 program source to a specific cable channel.
          •      Most cable systems have a tree-and-branch pattern.
                 –   Trunk cables branch to lighter feeder cables that carry the signals to
                     neighborhoods of homes, where still lighter drop cables connect the system
                     to individual households.