IP 네트워크 기반의 실시간 영상 전송/저장 시스템, 방송국 원격 영상전송 등 적용 분야 광범위
기존의 아날로그 영상 전송 서비스나 동축 케이블 또는 광케이블을 통한 영상 전송은 회선 비용이 높고, 설치나 이동도 어려울 뿐만 아니라 장거리 전송이 곤란했다. 나아가 영상을 VTR 등에 녹화하여 장기간 보존하거나 재이용하는 것도 어려운 문제였다.
ADSL, 인터넷, 무선과 같은 인프라를 활용한 고속 IP 네트워크는 그 영역이 광범위하여, 이를 이용하여 정보를 전송하는 것이 가장 저렴한 방법으로 떠올랐다. 이러한 변화에 따라 사용자의 요구도 영상 기기의 성능이나 가격 등 영상 기기 메이커의 영역에서 영상의 디지털화·IP 네트워크화·타 시스템과의 연동 등 정보 시스템 영역으로 급격하게 변화하고 있다.
실시간 영상 전송/저장 시스템인 Futureye는 이러한 변화를 정확히 파악하여 개발된 시스템으로, 이번 기고에서는 Futureye의 기능과 특징에 대해 기술하고자 한다.
2. 영상 전송·저장의 구조
일반적으로 영상은 영상의 전송 지연을 최소화한 실시간 영상과 저장된 영상을 사용자가 임의로 재생하는 VOD 영상으로 나눌 수 있다. Futureye는 양쪽 모두의 요구를 만족시킬 수 있도록, 멀티캐스트에 의한 저지연 영상 전달, 분산 저장에 의한 사용자 응답율 향상과 특정 서버의 부하 경감 등 다양한 방식을 갖추고 있다.
● 실시간 영상 전송
실시간 영상 전송에서 중요한 것은 카메라가 촬영한 영상을 디지털 압축(encode)하여 전송하고, 표시단말에서 복호화하여(decode) 화면에 표시하기까지의 지연을 단축시키는 것과 시청자가 복수일 경우에는 복수의 표시단말에 동시에 신호를 전송하는 것이다.
기존의 네트워크를 이용한 실시간 화상 시스템은 콘서트 등의 인터넷 전송과 같이 중계 서버를 사용하는 방식이 주로 이용되어 왔다. 그러나 이 방식은 일단 중계 서버에 저장한 후, 전송 방법의 변환이나 수신처를 정하는 작업이 필요하기에 최대 수십 초의 지연이 발생한다.
유니캐스트 방식은 MPEG 부호화장치(이하, Encoder)로부터 복수의 표시장치에 직접 신호를 전송하는 방식이 고려될 수 있다. 그러나 Encoder는 다수의 표시장치로부터의 전송 요구에 대응할 수 있는 성능이 필요함으로, 원격지에 많은 표시장치가 있을 경우 충분한 대역을 확보해야 하는 어려움이 있다. 이러한 어려움들은, UDP 멀티캐스트를 통하여 동시에 다수를 대상으로 영상을 저지연 전송함으로써 해결할 수 있다.
● VOD 영상 전송
저장한 영상을 사용자가 임의로 응답받아 재생할 때에는, 하나의 서버에 부하가 집중되지 않는 것이 중요하다. 이러한 문제는 로드 밸런스나 VOD 서버의 병렬구성으로 해결할 수 있다. 그런데 전송되는 컨텐츠(디지털 영상파일)는 CPU나 메모리와 비교해 매우 저속인 스토리지 디바이스에 저장되므로, CPU나 메모리와의 속도 차이는 더욱 커지고 있는 것이 현실이다.
저렴한 저장·전송 장치는 부하가 높을 경우, 영상을 저장하거나 전송 요구에 응답하는 것이 어려우며, 영상의 저장과 전송을 보증할 수 있는 데이터량도 높지 않은 편이다. Futureye는 영상을 디지털로 압축하는 Encoder와의 밀접한 연동으로, 스토리지 디바이스의 부하 경감을 실현하였다. Futureye는 카메라 영상을 MPEG로 엔코딩(Encoding)하는 엔코더(Futureye IP-700IIk)에 내장형 S스토리지(HDD, FlashDisk)를 탑재해 분산 저장하는 방식을 고안하여 실현하였다. 이것은 MPEG로 엔코딩한 영상 데이터를 실시간 전달하는 것과 동시에 내장 스토리지에도 저장함으로써, 일정한 시간 이후에 저장된 영상 데이터를 저장·전송 서버에 전송하는 방식이다.
이처럼 파일 전송의 형태로 영상 데이터가 전송되기에 저장 및 전달 서버의 부하가 줄어들어 순간적인 고부하에 의한 영상 데이터 지연이나 전달 영상의 중단과 같은 기존 시스템의 치명적인 약점을 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.
3. Futureye의 주요 특징
Futureye는 실시간 영상 전송과 저장 영상 전송을 동시에 지원하는 시스템이다. 여기에서는 Futureye의 특징적인 기술이 어떻게 실제 시스템에 적용되었는지 사례를 들어 소개한다.
● 실시간 프로토콜 변환 지원
일반적인 인터넷으로는 멀티캐스트 스트리밍이 거의 불가능하다. 예를 들어 서울 본사와 지방 지사 간의 네트워크는 각각의 거점 LAN을 인터넷으로 접속하여, 전용장치를 이용해 VPN에 의한 보안이 확보된 망을 구성하는 것이 일반적이다. 그 때문에 멀티캐스트를 통과시키지 않는 인터넷을 경유하여 본사와 지사간에 실시간 영상을 송수신하는 것이 어렵다.
Futureye는 이러한 네트워크에서도 동시에 다수에게 실시간 영상을 전송할 수 있도록 실시간 프로토콜 변환 기능을 지원한다. 본사의 영상은 IP-700 ⅡA에서 부호화되며, 멀티캐스트를 통해 시청하는 단말 수가 다수일 경우도 일정 사용 대역만으로 영상을 볼 수 있다. 지사에 영상을 전달하는 경우, 본사 내의 Futureye 액스팬더 A가 멀티캐스트를 유니캐스트로 변환하여 인터넷을 통과하는 프로토콜로 송신한다. 이를 수신하는 지사에서는 Futureye 엑스팬더 B가 다시 유니캐스트 신호를 멀티캐스트로 변환함으로써, 지사로 실시간 영상을 동시에 다수를 상대로 전달할 수 있게 된다.
Futureye 엑스팬더 소프트웨어는 이밖에 자체 다단 접속도 가능하다. 예를 들면 A지사를 경유하여 B지사로 전송하는 작업과 같이 동시에 다수의 사업소에 자유롭게 영상을 보낼 수 있다.
한편 멀티캐스트를 도입하여 사업소간 영상을 교환하고 있는 경우 멀티캐스트 주소가 겹치는 경우가 있다. 이 때는 멀티캐스트를 다른 멀티캐스트로 변환하여 비어 있는 주소 및 포트로 송신하는 기능도 갖추고 있다.
유니캐스트로부터 멀티캐스트로, 멀티 캐스트로부터 유니캐스트로, 각각의 변환을 다단 접속함에 따라 복잡화된 전송 주소와 설정체계를 비쥬얼화하는 기능도 제공해 운용성도 향상시키고 있다. 더욱이 IP-700 ⅡB의 트랜스코더 기능을 이용해 MPEG-2에서 MPEG-4로 실시간 변환할 수 있어 용도나 네트워크 대역에 맞게 시스템을 운용할 수 있게 되었다.
● 실시간 영상 전송/저장 시스템 구축
<그림 5>는 거점-센터 간 트리 형태의 시스템 구성을 보여주고 있다. 이 구성에서는, 실시간 영상 전송과 저장이 동시에 실시되며, 센터 내에 위치한 다수의 클라이언트에 대해서는 저장·전달 서버로부터 직접 영상을 전달할 수 있다. 또한, 각 거점끼리도 센터를 경유하여 영상을 공유할 수 있다. 실제로 각 점포의 판매장 상황을 점포내 감시소가 감시하면서, 동시에 본사 사무소에서도 자리에 앉은 채로 감시할 수 있다. 영상은 항상 저장 서버에 저장되어 있기 때문에 시간대 별로 매장의 변화를 자유롭게 관찰하는 것도 가능하다.
각 거점에 있는 IP-700 Ⅱ는 듀얼 엔코더(Dual Encoder)라고 하는 하나의 입력 영상을 2종류의 엔코딩 속도로 출력하는 기능을 가지고 있다.
이 기능을 사용하면 엔코더 1대가 영상을 네트워크 대역에 맞도록 2종류의 엔코딩 속도로 전송하는 것이 가능하다. 즉 어느 한 거점 내에서는 고화질의 MPEG-2로 영상을 전송하고, 센터측에서는 대역을 고려하여 전송속도가 낮은 MPEG-4로 수신하는 시스템이 구축 가능하다.
이처럼 기존의 중계 서버에서는 실시간 영상 중계, 영상 저장, 저장된 영상의 전달을 동시에 실시하는 것이 어렵지만, Futureye 액스팬더와 저장 및 전송 서버를 조합하면 이를 손쉽게 실현할 수 있다.
● 고화질 영상 보장
Futureye는 앞서 설명한 다양한 네트워킹 구축뿐만 아니라 아날로그 전송 방식의 장점인 고품질의 영상과 저지연을 동시에 보장한다.
특히 방송 또는 재난재해 분야에서 이러한 고품질 영상이 요구되는데, 이는 사용자에게 신속히 정확한 정보를 전달하고 눈의 피로를 줄일 수 있기 위해 반드시 필요한 사항이다. <표>에서 볼 수 있듯이 Futureye는 KBS의 영상 품질 규격치를 만족시키는 고품질의 영상을 보장한다.
4. 시스템의 응용 범위
Futureye는 광범위한 분야에 구축되어 널리 사용되고 있다. 지하철의 대열차 화상 전송시스템, 지자체의 방범 감시 및 의회 중계, 그리고 방송국의 원격 고품질 영상 전송 시스템 등 다양한 레퍼런스들을 보유하고 있다.
● 대열차 화상 전송시스템(방재)
지하철 플랫폼의 영상을 기관사가 플랫폼 도착 전에 기관실에서 모니터로 확인함으로써 추락 또는 화재와 같은 사고가 발생했을 경우 미리 대응함으로써 안전사고를 미연에 방지하고 예방할 수 있다.
● 지자체 방범 감시 및 의회 중계
길거리 또는 우범지역을 지자체 및 지구대와 같은 관계기관에서 교차 감시함으로써 만일의 범죄를 예방하고 신속히 대처할 수 있다. 또한, 의회 중계 등을 통해 지자체의 정보 공개를 적극적으로 실시해 나갈 수 있다.
● 방재 정보 솔루션
지진이나 태풍 등의 자연재해가 발생했을 때, 방재 본부에 실시간으로 현지 영상을 보내고, 피난처에 현재의 상황이나 향후의 전망 등 필수적 정보를 신속하게 제공할 수 있다. 또한 영상 데이터를 실시간으로 주변 지자체에 제공할 수 있어 폭우, 폭설, 태풍 등 광범위하게 발생하는 재해에도 유효한 대책을 세울 수 있다.
● 방송용 원격 영상 전송 솔루션
방송 영상 전송에서 가장 중요한 것은 고품질의 화질을 얼마나 신뢰성있게 보장할 수 있느냐는 점이다. 이를 위해서는 기본적으로 방송사의 품질규격을 만족시킬 수 있어야 하며, 또한 다양한 외부환경에서도 고장없이 동작할 수 있어야 한다.
이처럼 IP 네트워크를 이용한 실시간 영상 전송/저장 시스템인 Futureye는 교육, 기업 내 발표 및 회의 실시간 중계 등 기존 적용 분야뿐만 아니라 하천·교차로·철도 감시, 방송, 기업 광고 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.