차세대 이동통신 멀티미디어 신호처리 기술

2부: 휴대전화의 진화와 모바일 컨버전스의 조건

사용자들의 요구와 통신사업자들 간에 서비스를 강화하고자 하는 요청에 따라, 단말기는 빠른 속도로 멀티미디어 기능들을 강화시켜 가면서 발전을 계속하고 있다. 2002년에 국내에서 처음으로 CDMA 이동통신망을 통한 VOD(Video On Demand) 단말기가 출시된 이래, 채 3년도 안된 지금 단말기에 포함된 멀티미디어 기능은 눈부신 발전을 거듭하여 현재 128 polyphony ring tone, MP3, QVGA급의 동영상 촬영 및 1백만 3D Polygon을 처리할 수 있는 그래픽 기능을 탑재하여 시장에 선보이기에 이르렀다.이러한 비약적인 발전은 앞서 언급했듯이 시장의 요구와 사업자들의 전략과 더불어 멀티미디어 신호처리 기술의 발전이 있었기에 가능한 것들이었다. 멀티미디어 신호처리 기술은 PC와 인터넷의 발전에 따라서 이미 개인용 컴퓨터 산업에서 많은 발전을 거듭해 왔으며, 이러한 기술들의 많은 부분들이 이동통신 분야에서도 적용되고 있는 것이 사실이다.그러나 이동통신 분야에서 멀티미디어 신호처리 기술은, 충분한 크기의 부품들과 전력 공급이 손쉬운 데스크톱 PC나 노트북 컴퓨터와 달리 많은 제약이 있는 것이 사실이다. 대표적으로 이동통신 단말기의 크기가 현실적으로 이러한 부품들을 모두 수용하기에 매우 제한된 크기를 가진다는 점을 들 수 있다. 또한 무게의 제약에 따라 전력의 공급 또한 상대적으로 매우 제한적이라는 점을 특징으로 들 수 있다.이러한 대표적인 제약으로 인해 이동통신 산업에서 멀티미디어 신호처리 기술은 데스크톱 PC 및 노트북에서의 그것과는 다른 관점으로 발전해 왔으며, 이러한 추세는 앞으로도 가속화 될 것으로 보인다.이동통신 단말의 멀티미디어 상황현재 이동통신 단말기는 카메라, MP3, 동영상, VOD, 3D 그래픽과 더불어 방송의 일부 기능까지도 통합해 가며 비약적인 발전을 거듭하고 있다. 2005년 현재 이동통신을 이용한 멀티미디어 기능 및 서비스 측면에서 가장 앞서 있다는 평가를 받고 있는 우리나라의 멀티미디어 서비스가 요구하고 있는 기능들의 전형적인 요구사항을 표 1과 같이 정리해 볼 수 있다.표 1에서 볼 수 있듯이 멀티미디어 단말은 서비스별로 다양한 멀티미디어 요소기술을 포함해야 하기 때문에 단일화된 플랫폼을 이용해 효율적으로 모든 단말의 요구사항을 만족시키는 구조를 구현하는 것이 쉽지 않다. 일례로 표 1에 제시한 각 요소기술이 요구하는 멀티미디어 신호처리 기능에 대한 각각의 특징을 그림 1과 같이 정리해 볼 수 있다.그림 1에서 정의한 두 개의 축은 각각 표 2에서 정의한 바와 같이 요소기술을 구현하기 위한 프로세스를 각각 논리연산(logical processing)과 대량병렬연산(massively parallel processing)으로 나눈 것이다. 각 요소기술은 구현방법에 따라 요구되는 연산 기법들이 많은 차이가 날 수 있다는 것을 인정해야 하지만, 그림 2에서는 이들의 전형적인 구현 기법에 따라 일반적으로 인식되고 있는 정도를 대략적으로 나타낸 것이다.위에서 설명한 요소기술의 구현을, H.264를 예로 들어 간략하게 살펴보기로 한다. 그림 2는 H.264에서 움직임 추정이 가능한 모드들을 설명하고 있는 그림이다. 각 움직임 추정 모드들은 움직임 벡터에 따른 MSE(Mean Squared Error)나 SAD (Sum of Absolute Difference)의 결과에 따라서 가장 효율적인 모드가 선택된다. 또한 이는 한 단계 더 나아가 RD 최적화(RD Optimization)가 개입되면 더 많은 변수에 따라서 논리적인 연산을 필요로 하게 된다.이와 같이 H.264 내에서 그림 2와 같이 각 움직임 추정의 모드를 구분하고, 이의 판단을 하는 부분은 대량 병렬연산보다는 논리연산으로 처리하는 것이 보다 효율적일 것이다. 반면에 그림 3은 움직임 추정을 위한 각 화소간의 보간(interpolation)을 나타내는 블록도이다. 각 위치에서 결과는 인접한 정수 화소(integer pel)를 input으로 하여 병렬적인 계산이 가능한 구조로 되어 있다.따라서 그림 3에서 보이는 바와 같은 움직임 추정을 위한 화소간의 보간은 논리연산보다는 대량 병렬연산이 가능한 하드웨어 솔루션으로 구현하는 것이 효율적일 것이다.이와 같이 다양한 멀티미디어 기능들을 휴대용 이동 단말이라는 제한적인 공간과 배터리 용량을 이용해서 모두 수용하는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 그러나 이러한 어려움에도 불구하고 휴대용이라는 제약사항으로 인해 다양한 최적화 기술을 동원하여 위와 같이 다양한 멀티미디어 기능들을 싱글칩으로 통합하는 것이 현재 멀티미디어 신호처리 기술의 대세이다. 이러한 싱글칩 솔루션의 배경에는 싱글칩 솔루션이 가지는 필연적인 장점이 시장의 요구에 보다 적합하기 때문이다.집적화된 멀티미디어 솔루션의 제안개요 및 집적화된 멀티미디어 솔루션의 장점이동통신 단말기에 채택되고 있는 멀티미디어 기능들은 계속 싱글칩으로 단일화 되어가고 있는 추세이다. 이러한 싱글칩 솔루션은 각 기능별로 전용 솔루션(dedicated solution)을 제공하는 멀티칩(Multi-chip) 솔루션에 비해 많은 장점이 있다(표 3).싱글칩 솔루션에서 주의해야 할 점싱글칩 솔루션은 표 3에 제시한 장점이 있지만, 이의 효율적인 구현을 위해서 일반적으로 다음과 같은 점을 주의해야 한다.쪾다양한 멀티미디어 솔루션의 안정적인 통합쪾요소기술별로 테스트 및 검증을 쉽게 하기 위한 모듈 방식(modular)의 구현쪾각 요소기술간의 영향을 최소화하기 위한 독립적인 구현쪾각 요소기술별 최신 기술을 도입하기 위한 빠른 집적화 과정이것은 싱글칩 솔루션이 시장이 요구하는 다양한 멀티미디어 솔루션을 통합해서 안정적으로 동작할 수 있도록 블랙박스(black box)의 형태로 되어 있기 때문이다. 안정적으로 동작하는 블랙박스는 크기, 전력, 성능면에서 최상의 효율을 보일 수 있지만, 상대적으로 검증과 오류 발생시 테스트가 힘들다는 단점이 있다. 따라서 이의 구현을 위해서는 위와 같은 점에 주의하면서 시스템을 설계해야 한다.싱글칩 솔루션과 전용 솔루션에서의 최신 기술의 적용이와 더불어 전용 솔루션은 요소기술별로 발전을 해가기 때문에 다양한 솔루션을 한꺼번에 탑재해야 하는 싱글칩 솔루션에 비해서 상대적으로 매우 빠른 속도로 성능개선이 이루어지게 된다. 이는 상대적으로 싱글칩 솔루션이 전용 솔루션에 비해 시간적으로 단계별 천이구간(migration period)이 길게 되는 효과를 낳게 된다.즉, 전용 솔루션은 각 요소기술별로 다수의 경쟁자가 기술을 발전시켜 가면서 경쟁하는 것이 일반적이기 때문에 즉각적이고 빠른 시장요구에 대처가 가능한 반면, 싱글칩 솔루션은 다수의 경쟁자가 존재하기 쉽지 않은 상황을 감안할 때 각 요소기술들의 발전이 먼저 일어나고 충분히 안정화된 이후에야 비로소 다음 단계로의 발전이 가능하게 된다. 이러한 시간상 천이구간의 차이는 그림 5에서 볼 수 있듯이, 싱글칩 솔루션으로는 특정 부분 시장의 요구를 만족시킬 수 없는 구간이 존재하게 된다. 이러한 점 또한 타임-투-마켓이 매우 중요한 이동통신 산업의 특성상 효율적인 싱글칩 솔루션의 손쉬운 채택을 가로막는 요소 중 하나이다. 따라서 효율적인 싱글칩 솔루션의 출시를 위해서는 각 요소기술들의 발전 추이를 예의 주시하면서 최신 기술을 빠른 속도로 흡수할 수 있는 유연한 구조가 필수 불가결한 요소이다.싱글칩 솔루션의 구조 제안기본적인 싱글칩 솔루션의 구조현재 시장이 요구하는 이동통신 단말기는 음성통화를 하기 위한 부분보다는 상대적으로 매우 거대한 소프트웨어가 멀티미디어 기능들을 위해서 존재한다. 그러나 아무리 다양한 멀티미디어 기능을 수용한다 하더라도, 멀티미디어를 위한 소프트웨어가 이동통신 단말 본연의 기능인 안정적인 음성통화를 위한 기능에 영향을 미쳐서는 안된다는 것은 기본 상식이다.따라서 안정적이고 충분한 보안을 유지하기 위해서 음성통화를 위한 모뎀 부분과 멀티미디어 기능을 수행하기 위한 부분이 하드웨어적으로 분리된 구조가 가장 효율적이라고 여겨진다.또한 이미 앞서 설명한 바와 같이 각 요소기술별로 특성상 효율적인 연산기법이 서로 다르기 때문에, 이러한 요구사항을 수용하기 위해서 논리연산을 효율적으로 하기 위한 ALU와 빠른 대량 병렬연산을 위한 DSP 플랫폼이 공존하는 구조를 그림 6과 같이 제안한다.싱글칩 솔루션을 이용한 효율적인 멀티미디어 구현 예S-DMB는

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