“AVoIP 수요 증가 … 상호 운용성 보장 필수”
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“AVoIP 수요 증가 … 상호 운용성 보장 필수”
  • 강석오 기자
  • 승인 2020.04.09 09:27
  • 댓글 0
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프로 AV에 ‘ST 2110’ 적합 … 해상도·속도 제한 없이 비용 효율적 컨트롤러 구현

[데이터넷] 적용 프로토콜에 따라 해상도와 프레임 속도를 지원하기 위해 압축 및 다중 비디오 링크나 새로운 표준 및 케이블 사양을 모두 사용해야 했다. 이러한 한계 해결을 위해 등장한 AVoIP(AV over IP) 기술은 더 높은 대역폭을 지원하고, 포인트투포인트 연결 범위를 확장하고, 인프라 비용을 절감하고, 보다 유연하고 민첩하게 네트워크 장비를 사용할 수 있는 방법으로 선호되고 있다. AVoIP 네트워크의 효율적인 상호 운용성 실현 방안을 살핀다. <편집자>
* 제드 데임(Jed Deame) 넥스테라비디오 CEO
* 앙투안 헤르만스(Antoine Hermans) 에이디어스 CTO
* 롭 그린(Rob Green) 자일링스 프로 AV·방송 부문 수석 매니저

보다 뛰어난 품질과 연결 성능을 갖춘 AV(Audio/Video)에 대한 요구는 끊임없이 증가하고 있다. 카메라 및 디스플레이 기술이 향상됨에 따라 캡처 및 제공되는 이미지는 거의 실사 수준에 가까워지고 있다.

특히 ‘프로 AV(Pro AV)’는 회의실의 공동작업용 스크린과 같이 단거리 디스플레이의 상호작용을 처리하거나 디지털 사이니지 및 LED 전광판의 대화면 디스플레이로 제공되는 비디오 이미지 배율을 처리해야 하는 적용 분야가 확대되면서 이러한 수요의 상당 부분을 주도하고 있다. 또한 비디오 프레임 크기와 프레임 속도가 HD에서 4K/8K로, 60fps에서 120fps로 증가함에 따라 비디오 소스와 디스플레이 간의 연결 대역폭을 유지하는 것은 더욱 중요한 문제로 대두되고 있다.

예를 들면 HDMI 2.0 기반의 압축되지 않은 4K60p 비디오는 최대 18Gbps의 총 비트 전송률을 사용하기 때문에 케이블 길이가 상당히 제한적이다.

과거에는 적용 프로토콜에 따라 더 높은 해상도와 프레임 속도를 지원하기 위해 압축 및 다중 비디오 링크나 새로운 표준 및 케이블 사양을 모두 사용해야 했다. 그러나 이러한 한계 해결을 위해 등장한 AVoIP(AV over IP) 기술은 더 높은 대역폭을 지원하고, 포인트투포인트 연결 범위를 확장하고, 인프라 비용을 절감하고, 보다 유연하고 민첩하게 네트워크 장비를 사용할 수 있는 방법으로 선호되고 있다.

프로 AV 위한 AVoIP 기술 비교
프로 AV 위한 AVoIP 기술 비교

IP 기반 AV 기술 다양
다른 새로운 기술들과 마찬가지로 조기에 기술을 채택하는 공급사들은 독점 기술을 표준화하는데 목표를 두게 되며, 결국 업계는 한계와 타협에 이르게 된다. 물론 이러한 기술이 정상적으로 동작하고, 상호 운용성이 문제가 되지 않을 때는 매우 성공적일 수 있다.

하지만 실제로 프로 AV 시스템은 해상도 및 네트워크 속도와 독립적으로 동작할 수 있는 확장성이 필요하며, 단일 공급업체의 제품으로 한정되면 안 된다. 예를 들어 <표 1>에 열거한 기술들을 비교하면 SMPTE ST 2110만이 공급업체에 구애 받지 않는 확장 가능한 기술이라는 점을 확인할 수 있다.

SMPTE ST 2110 표준
SMPTE ST 2110 표준

유연하고 확장 가능한 ‘SMPTE ST 2110’
업계 최고 수준의 전문가들에 의해 개발된 SMPTE ST 2110 표준은 향후 수년간 유연하고 확장 가능한 시스템으로 자리를 잡을 것으로 전망된다. 이미 ST 2110의 일부로 <표 2>와 같은 다수의 하위 표준들이 선보이고 있다.

이러한 하위 표준들은 특정 애플리케이션이나 적용 사례의 요건에 따라 혼용해 사용할 수 있다. 예를 들면 TV 방송은 비압축 비디오 콘텐츠인 반면 대부분의 프로 AV 사용자는 압축 비디오(ST 2110-22)를 선호하기 때문에 1Gbps CAT5 케이블과 같은 인터페이스가 비용 효율적이다. 또한 RP 2110-23을 사용해 다중 링크를 통합할 수도 있다.

또 다른 중요한 요소는 타이밍과 지연시간이다. 짧은 지연시간을 실현하기 위해서는 네트워크 노드의 동기화가 필요하다. ST 2110-10은 두 가지 하위 표준으로 구성된 ST 2059 표준에 따라 노드 동기화를 명시하고 있다.

이 표준은 비디오 프레임 같은 미디어를 정렬하기 위해 PTP(Precision Time Protocol) 표준(IEEE 1588v2) 사용 및 PTP 시간의 정렬 펄스 생성을 명시하고 있다. 이더넷 기반 동기화는 젠록(Genlock)을 통한 동기화와는 완전히 다르지만 최종 결과는 비슷하다. 이는 이더넷이 패킷 기반이고, 이 패킷이 네트워크를 통해 목적지에 도달하는 시간이 고정돼 있지 않기 때문이다.

PTP 프로토콜은 이러한 문제를 해결할 수 있는 최상의 타이밍 결과를 위해 PTP 인식 스위치(명확한 클럭 및 바운드리 클럭)를 사용해야 하지만 소형 시스템에서는 반드시 필요하지 않다. PTP 동기화는 완벽한 립싱크 보장뿐 아니라 라이브 이벤트나 디지털 사이니지 등을 위한 비디오 디스플레이 및 전광판의 매우 짧은 지연시간 및 완벽한 동기화가 가능하다.

SMPTE 2059 표준
SMPTE 2059 표준

AVoIP 제어와 관리
NMOS(Networked Media Open Specifications)는 SMPTE ST 2110에서 제공되는 전송 레이어와 함께 제어 및 관리 레이어를 함께 지원하기 위해 IP 기반 인프라를 사용할 수 있도록 AMWA(Advanced Media Workflow Association)에서 개발  됐다.

NMOS의 목표는 광범위한 제조업체들의 제품 간 상호 운용성을 간소화해 최종 사용자와 서비스 제공업체들이 여러 제조업체의 최상의 컴포넌트를 이용해 시스템을 구현할 수 있도록 하는 것이다.

EBU(European Broadcasters Union)는 NMOS 사양을 ‘IP 기반 미디어 설비를 구축 및 관리하는데 필요한 최소 사용자 요건’의 일부로 규정하고 있다. AMWA가 제공하는 여러 NMOS 사양이 있지만 주요 3가지 구성요소는 IS-04, IS-05, IS-08이다.

● IS-04, 장치확인 및 등록
IS-04는 네트워크에서 ST 2110 장치를 찾아 등록하고, 해당 기능을 퍼블리싱할 수 있도록 해준다. RDS(Registration and Discovery Server)는 mDNS(multicast DNS)나 DNS-SD(Service Discovery)를 통해 자동으로 확인되며, 프로 AV 커뮤니티에서 가장 선호하는 완벽한 플러그앤플레이 기능을 제공한다.

● IS-05, 연결 관리
IS-05는 ST 2110 장치를 모든 브로드캐스트 컨트롤러를 통해 표준 방식으로 구성 및 전환할 수 있도록 해준다. 브로드캐스트 컨트롤러의 예로는 HDMI 라우터와 같은 버튼 패널이나 간단한 HTTP API를 통한 소프트 제어 패널이 있다. NMOS를 이용하면 복잡한 공급업체별 제어 프로그램을 수행할 필요가 없다.

● IS-08, 오디오 채널 매핑
IS-08은 오디오 채널 매핑(Audio Channel Mapping) 기능을 제공해 트랜스미터나 리시버에서 오디오 채널을 다시 매핑할 수 있도록 해준다. IS-08 API를 사용하면 여러 다양한 오디오 스트림을 모든 수신기로 라우팅할 수 있다.

NMOS, 상호 운용성·사용 편의성 지향
NMOS의 다음 표준화 단계의 주요 목표는 상호 운용성과 사용 편의성을 보다 용이하게 만드는 것이다. IS-09는 현재 네트워크의 미디어 노드가 첫 부팅 시 글로벌 시스템 파라미터에 액세스해 연결 또는 재연결 후 즉각적으로 작업을 시작할 수 있는 시스템 레벨의 API를 정의하기 위해 개발이 진행되고 있다. JT-NM(Joint Task Force on Networked Media) TR1001.1은 최소한의 사용자 상호작용만으로 보다 손쉽게 연결 및 구성이 가능하도록 하는데 목표를 두고 있다.

NMOS의 또 다른 개발 작업은 보안에 중점을 두고 있다. 승인되지 않은 사용자가 AV 시스템을 손상시키지 않도록 액세스를 제어하고, HTTPS를 사용하도록 하는 것이다.

JT-NM 테스트
JT-NM 테스트

ST 2110, 상호 운용성 적극 구현
ST 2110은 여러 공급업체 간의 원활한 상호 운용성을 지원하기 위해 완전히 새롭게 설계됐다. 이는 채택 속도를 높이는데 중요하다. 최종 사용자는 단일 공급업체에 국한되는 것을 원하지 않으며, 상호 운용성을 수용하는데 적극적이다.

보다 용이한 상호 운용성 테스트를 위해 EBU와 IRT는 JT-NM과 함께 ‘JT-NM 테스트’라는 테스트 프로그램을 개시했다. 전 세계 ST 2110 제품 공급업체는 정기적으로 대규모 플러그-패스트(Plug-Fest)에 초대된다. JT-NM은 패킷의 전기적 전송과 NMOS 제어 시스템에 대한 호환성 테스트를 관리하고 있으며, JT-NM.org에 상세 보고서를 게시하고 있다. 이러한 보고서는 구매한 시스템의 상호 운용성 여부를 확인할 수 있다.

사례연구: 프로 AV 지원 KVMoIP
키보드 및 마우스 확장을 위한 IP 기반 USB가 ST 2110 표준에 명시적으로 정의돼 있지는 않지만 PESA스위칭시스템(PESA Switching Systems)은 넥스테라비디오(Nextera Video)와 계약을 맺고, ST 2110 및 NMOS 제어 원리에 기반한 KVM 시스템을 개발했다. 이 시스템은 여러 위치에 있는 컴퓨터를 IP 네트워크에 연결하고, 사용자가 IP 네트워크에 접속할 수 있는 어느 곳에서든 컴퓨터를 제어할 수 있도록 해준다.

이 시스템은 범용 1G 쿠퍼 이더넷 링크를 통해 최대 4K60p 비디오를 지원하며, 비용 효율적인 확장이 가능하다. 시각적으로 무손실 압축과 매우 짧은 대기시간을 제공해 사용자가 원격 PC를 직접 제어할 수 있는 경험을 제공한다.

NMOS 제어 기능 갖춘 KVMoIP
NMOS 제어 기능 갖춘 KVMoIP

AVoIP 위한 적응형 플랫폼
AVoIP 및 ST 2110과 같은 새로운 기술은 변경사항을 적용할 수 있는 기능이 매우 중요하다. IP 기반 구현을 위해 특별히 설계된 디바이스들도 있지만 많은 장비 설계자들은 독립형 FPGA와 같은 프로그래머블 플랫폼을 채택하거나 임베디드 ARM 프로세서와 FPGA 패브릭이 통합된 시스템온칩(SoC)을 선호하는 경우가 더 많다. 이는 동일한 디바이스 상에 비디오, 오디오, 소프트웨어 프로세싱 기능과 인터페이스가 통합돼 이더넷/IP 트래픽은 물론 소프트웨어 및 AV 도메인 간의 이상적인 링크를 제공하기 때문이다.

이러한 디바이스의 프로그래밍 특성은 멀티 채널 AV와 소프트웨어 스택을 지원하는 확장성과 완벽한 유연성을 통해 변화하는 새로운 비디오 형식이나 코덱을 적용할 수 있도록 함으로써 안정적인 네트워크 전송을 보장한다. 또한 넥스테라비디오 및 에이디어스(Adeas)와 같은 FGPA 코어 공급업체는 제조업체들이 시장 출시시간을 단축할 수 있는 뛰어난 솔루션을 제공하고 있다.

ST 2110은 TV 방송 분야를 위해 개발됐지만 하이엔드 시장의 비압축 10/25G에서 범용 시장의 압축 1G에 이르기까지 다양한 애플리케이션의 프로 AV에 매우 적합하다. 해상도와 네트워크 속도에 구애 받지 않고, 공통의 표준 제어 인터페이스(NMOS)를 사용함으로써 비용 효율적인 컨트롤러를 구현할 수 있다. 또한 ST 2110/NMOS 상호 운용성을 통해 최종 고객들은 여러 공급업체의 솔루션을 원활하게 사용할 수 있다.


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