IP 비디오 : LAN으로 전송하는 비디오 솔루션 – 2부

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IP 비디오에 관한 메인 프로토콜의 검토

이야기의 시작하기 전에 IP 비디오 세상의 다양한 선수들의 모습을 자세히 살펴보도록 하겠습니다. 다른 모든 새로운 기술의 장르에서 그랬던 것처럼, 우리는 IP 비디오라는 문제를 해결하기 위해 최선의 방법을 키워 나아갈 여러가지 의견들을 압니다.

우리는 이전 표준들의 많은 계층 위에 복잡하고 진화된 해결책들을 만드는 그룹들에 접근하는 ‘기반이 된 표준들’을 알고 있으며, 당장 작업할 수 있으면서 이미 유용한 애플리케이션을 가지고 있는 보다 실용적인 방식들을 압니다.

RTP를 통한 압축된 SDI 스트림이나 UDP를 통한 트랜스포트 스트림 등의 이미 존재하는 단계의 위에서 보다 더 기술적인 단계를 구축하려는 강력한 추세는 아마도 우리가 모두 알고 믿는 무언가를 버려야 하는 산업의 저항을 드러내지만 백지에서 시작해야 하는 복잡한 도전에 대한 위험을 무릅쓰기도 합니다.

IP 비디오 프로토콜은 대부분 통상적으로 SMPTE 2022-6과 ASPEN을 포함한 것을 이야기 합니다. 이들 모두는 10Gb(혹은 그 이상의) 이더넷을 통해 전송됩니다. 최소 10Gb의 제약이 없는 그 외의 다른 솔루션은 네트워크 디바이스 인터페이스 (NDI – Network Device Interface)가 있습니다. 이들 각각의 포맷은 서로 다른 장점과 디자인에 대한 의도를 가지고 있으며 각각은 다양한 애플리케이션에 적합하도록 되어 있습니다.

SMPTE 2022–6 은 근본적으로 우리가 친숙한 SDI에 가장 가깝습니다. 그 방식은 날 것 그대로의 비압축된 SDI 스트림을 전달하며, 단순하게 말하면 10Gb 네트워크 케이블에 UDP(User Datagram Protocol)를 사용합니다. 그 픽셀의 컨텐츠들은 변하지 않으며 기본 SDI 에 삽입된 데이터 구조는 그대로 유지됩니다.

UDP로 SDI를 전달하기 위해 SMPTE 2022-6은 RTP(Real Time Protocol – 실시간 전송 프로토콜)라 불리우는 기존의 표준을 활용합니다. 이것은 SDI 스트림을 작은 조각들로 다지고, 전송하기 전에 약간의 소금과 다른 양념들을 발라 작업을 합니다. 패널티라면 케이블을 지나는 데이터가 원래의 오리지널 SDI에서의 신호보다 더 복잡해지는 결과를 초래한다는 것입니다. 장점이라면 상품화된 (높은 퍼포먼스의) 네트워크 기반 시설을 통해 스트림을 당장 전달할 수 있다는 것입니다.

SMPTE 2022-6은 송신단에서 데이터를 구축하기 위해 작업과 수신단에서 그것을 해체하기 위한 작업을 필요로 하는 매우 복잡한 데이터 스트림을 만든다는 것을 인식하는 것이 중요합니다. 근본적으로 SDI 스트림 그 자체가 매우 복잡하다는 것을 고려할 때 이것이 훨씬 더 큰 도전임을 이해할 수 있을 것입니다. SDI는 단순하게 시퀀스에서 잇달아 연결된 비디오의 솔리드 프레임이 아니며,  실시간 하드웨어 애플리케이션을 목적으로 설계된 이미지와 사운드, 메타데이타 등이 잘게 조각나서 끼워진 스트림 입니다.

그래서 우리는 SMTPE 2022-6에 의해 훨씬 잘게 다져서 보다 복잡해진 SDI 샐러드를 만나게 되었으며, 유사한 하나의 비디오 프레임으로 되돌아오기 전에 매우 복잡한 시스템에 의해 정리된 튜브에 도착하게 되었습니다. HD 비디오에서는 이것이 1.5Gb/s 에서 이루어졌습니다만 새로운 표준에 대해서는 6이나 12Gb/s로 올라갔습니다.

ASPEN

일부 공급 업체들은 이러한 복잡함을 인정하기 시작했으며, 그만큼의 다지기나 분류없이 장비들 사이에서 비디오와 오디오를 전송하는 더 간편한 방법을 찾는 중입니다. ASPEN로 들어가 보겠습니다. 이 제안된 표준은 10Gb/s UDP와 RTP 패킷화된 시스템을 사용하는 SMPTE 2022-6의 근본적인 아키텍쳐와 많은 부분을 공유합니다.

ASPEN이 다른 부분이 있다면 그 방식은 RTP 뿐이 아닌 끼워진 SDI 스트림을 사용한다는 것과 UDP는 불필요하다는 것을 인정한다는 것입니다. 왜냐하면 어느쪽 끝에 있던지 대부분의 장비들은 실제로 완전한 비디오 프레임을 보고자 하기 때문입니다. 대신에 ASPEN은 미디어 본질을 압축하기 위해 MPEG 트랜스포트 스트림을 활용하며 한번 더 그 데이터는 케이블을 따라 전송되기 위해 또다른 작은 조각들로 쪼개집니다. 이러한 방식은 SMPTE 2022-6에 비해 덜 집약적이지만 여전히 믿기 힘든 속도에서 많은 작업을 합니다.

왜냐하면 프로세싱, 슬라이싱, 멀티플렉싱, 디멀티플렉싱에 필요한 양 때문에 거의 확실하게 어떠한 소프트웨어의 실행도 배제하도록 설계 되었으며, 대신에 로우 레벨 하드웨어의 사용을 스스로 제한해야 합니다. 우리의 꿈인 IP 스튜디오의 핵심 기능이 눈앞에서 사라지지 않나요?

그 꿈은 하나의 시스템의 CPU에서 또 다른 시스템의 CPU로 직접 ‘비디오’로 대화할 수 있는 것입니다. – 실제로는 복잡성과 이러한 10 Gb 프로토콜의 속도가 전반적으로 비현실적인 것으로 만듭니다. 이러한 부분에 대한 작가 중 한 사람은 단독으로 소프트웨어를 사용하여 데스크탑 컴퓨터를 통해 SMPTE 2022-6 데이터 스트림을 해석하기 위한 소프트웨어를 기술했으며 일부는 성공적이었습니다. 하지만 그 컴퓨터는 동시에 다른 작업을 할 수 없다고 했으며, 최종적인 결론을 말하자면 SMPTE 2022-6은 하드웨어에서 작업되는 것을 필요로 합니다. 같은 결론이 ASPEN에서도 적용될 것입니다.

압축(Compression)

무압축 진영도 역시 합기적인 크기의 네트워크에 맞춰 스트림을 줄이기 위해 압축의 필요성을 이제 막 인식하기 시작했습니다. (결국에는 SMPTE 2022-6과 ASPEN은 단일 HD 비디오 스트림을 1Gb/s 네트워크 연결에는 맞출 수 없습니다.)

비록 이것이 코덱 라이센싱과 압축 오버헤드 라는 두 가지 도전을 불러 일으키기는 하지만, JPEG2000과 TICO 등이 포함된 코덱들이 일부 사용되는 것을 보이기 시작했습니다. 특허와 라이센싱은 방송과 인터넷에서 다수의 공동 표준에 있어 걸림돌이 되고 있습니다. 특히 H.264과 MP3에서 두드러집니다. 우리는 IP 비디오를 진행하기 때문에 이러한 문제와 비용이 반복되는 것들을 막는 것이 좋을 것입니다.

실질적인 측면에서 압축에 대한 주요 부담은 그것에 수반되는 계산의 부하입니다. JPEG2000이나 H.264 (혹은 그 이상의 H.265) 같은 코덱들은 극단적으로 계산에 집중하며, 그것에 특화된 반도체를 필요로 하거나 상당한 부분의 컴퓨터 프로세서를 필요로 하게 됩니다.압축이 네트워크 데이터 속도를 줄이는 것으로  그 이점은 계산의 부하를 상쇄 시켜줄 것입니다. 이것은 채널 수가 증가되고, 여러분의 시스템이 여러 IP 비디오 스트림들을 동시에 처리할 때 특히 중요하게 될 것입니다.

마찬가지로 H.264같은 Long-GOP 코덱은 인트라 프레임의 앞뒤에 압축되기 때문에 데이터 스트림에 레이턴시를 넣을 수 있으며, 전달에 문제가 생길 수 있습니다.

이 두 개의 메인 ’10기가비트’ 표준은 최근에 만들어진 AIMS, ASPEN, VSF, AMWA 및 여러 다른 그룹들로 나뉘어 집니다. 대부분의 주요 하드웨어 판매 회사들은 하나 혹은 그 외의 다른 회사들과 제휴하며 IP 비디오 제품과 시장을 가져가기 위해 달려가는 중입니다. 때때로 이들 제품들이 SDI 비디오의 베이스밴드를 사용하는 자신들의 근본적인 하드웨어를 바꾸지 않고 10 기가비트 IP 비디오와 SDI 사이에서 간단한 인터페이스를 가집니다.

마크 길버트는 갤러리 시에나의 최고 기술 책임자입니다. . 사이먼 헤이우드는 테임드 테크놀로지(Tamed Technology) 의 독립 방송 컨설턴트로 활동 중 입니다.