NDI – 차세대 네트워크 IP 비디오④

요즘 출시되고 있는 비디오에 대한 개념들은 대부분 ‘네트워크 연결’이란 용어를 사용하고 있기 때문에 사용자들이 매우 혼란스러워질 수 있는 소지가 많다. 더 깊은 과정으로 들어가기에 앞서 IP 비디오의 종류와 코덱의 종류에 대해서 간단하면서도 핵심적인 부분을 다루어보고자 한다.

어차피 이 연재기사의 목적이 비디오 기술에 대한 학술적인 지식을 다루는 것이 아니기 때문에 여기에서는 우리가 흔히 사용하고 있는 실제 사례들을 핵심으로 하는 용도와 특성에 따른 구분을 통해 분류를 하고 각 특성에 대한 구체적인 설명을 하는 방식으로 진행될 것이다.

IP 비디오의 종류

초창기의 네트워크 비디오는 인터넷의 발전에 따라 네트워크를 통해 ‘비디오’를 전달할 수 있는 기초 기술이 선보인 2000년대 초반 급속도로 팽창하며 등장하기 시작했다.

2005년 2월 14일은 현재 전세계에서 가장 큰 인터넷 비디오 제공 사이트인 ‘유튜브’가 탄생한 날이다. 이전에도 물론 네트워크를 통한 비디오 전달이란 개념은 존재했었지만, 유튜브의 등장으로 인해 네트워크 비디오는 자연스럽게 ‘모두가 공유할 수 있는 방송’의 개념을 가지기 시작했다.

유튜브 창업자인 스티브 첸

물론 이것 때문에 생긴 잘못된 선입관도 있다. 바로 인터넷을 통한 비디오 전송은 ‘화질이 나쁘다’는 것과 ‘보안성이 취약하다’는 것이다. 그래서 인터넷으로 방송을 전송하면 화질이 떨어져서 고화질의 전송은 불가능하다는 것이 보통 영상 제작자들의 인식이기도 하다.

이것은 절반은 맞는 이야기일 수 있지만, 절반은 틀린 말이다. 현재 대부분의 방송국들이 사용하고 있는 네트워크 방송 전송의 경우 인터넷 라인을 통해 원격지간의 비디오 전송이 이루어지고 있지만 지상파 방송 제작에 사용될 정도의 뛰어난 화질을 보여주고 있기 때문이다.

이 복잡해 보이는 네트워크 비디오를 다음의 3가지로 구분해서 생각해 볼 필요가 있다.

■ 인터넷 방송

인터넷 방송은 말 그대로 인터넷을 통해 완성된 방송물을 전달하는 것이다. 라이브 스트림 장비를 사용해서 생방송으로 방송을 진행할 수도 있고, VOD 서비스를 통해 기존에 제작된 방송을 다시보기로 제공하는 경우도 있다.

인터넷 방송은 300k~2Mbps 정도의 비교적 낮은 대역폭을 가진다. 이는 높은 화질도 중요하지만 한정된 네트워크 용량을 효율적으로 사용하면서 일반 시청자들이 끊김없이 영상을 볼 수 있도록 하는 것이 더 중요하기 때문이다.

또한 인터넷 방송은 최신 비디오 압축 코덱이 등장했다고 해도 곧바로 적용하기가 힘들다. 대부분의 시청자들이 해당 코덱을 정상적으로 볼 수 있는 환경이 구축되어 원활한 시청 환경이 구축되어야만 그 기술을 사용할 수 있게된다. 현재의 인터넷 방송 표준 규격은 H.264이다.

■ 네트워크 방송 전송

네트워크 방송 전송용 인코더인 VITEC MGW 시리즈

네트워크 방송 전송의 주 용도는 방송 품질을 유지하면서 멀리 떨어져있는 원격지로 방송용 영상을 전달하는 것이다. 얼핏보면 인터넷 방송과 동일한 메카니즘을 가진다고 생각할 수 있지만, 내용과 용도는 전혀 다르다. 이 방식은 과거의 위성을 통한 방송 전송 과정을 중간 매개체만 인터넷을 이용하여 진행하는 것이라고 생각하는 편이 더 정확하다.

네트워크 방송 전송은 방송 본국과 기지국, 중계차와 방송국 사이에서 영상을 전송하는 용도로 주로 사용되며 영상의 품질이 원본과 거의 동일할 정도로 높은 품질을 제공해야 한다는 것이 핵심적인 부분이다.

네트워크 방송 전송은 인터넷 방송에 사용되는 비트레이트 보다는 훨씬 높은 5~15Mbps를 사용하기는 하지만 방송 제작 표준으로 사용하는 50~150Mbps의 마스터 표준과 비교해서 1/10 정도의 크기로 압축을 진행해야 하기 때문에 영상 품질에 손상이 발생하게 된다. 압축의 과정에서 손실이 발생할 수 밖에 없는 ‘손실압축’ 전송의 대표적인 예라고 할 수 있다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 네트워크 방송 전송 규격은 H.264이며, 최근에는 HEVC 코덱을 통한 네트워크 방송 전송을 지원하는 장비들도 출시되고 있다. 네트워크 방송 전송은 보통의 인터넷 방송과는 달리 전송단과 수신단에서만 압축과 해제가 일어나므로 HEVC[H.265]와 같은 신기술을 적용하기에 적합하다.

HEVC 고화질 네트워크 전송을 지원하는 MGW VISION과 ACE

■ IP 비디오 (Video over IP)

우리가 메인으로 다루려고 하는 IP 비디오 (Video over IP) 장비는 앞에서 말한 두가지 인터넷 방송 및 네트워크 방송 전송과는 시작부터 개념을 다르게 가지고 있는 방식이다.

IP를 통해 비디오를 전송한다는 점에서는 동일할 수 있지만, IP 비디오는 기존의 방송 중계용 SDI 연결을 IP 연결로 대체하는 것이라고 이해해야 한다. 따라서 IP 비디오는 몇가지 중요한 특성이 요구된다.

1. 화질 손실이 없을 것.

제작 과정에서 SDI 라인을 통한 영상에서 화질 열화가 발생하지 않는 것처럼 IP 비디오는 전송에 따른 화질 열화가 발생하지 않아야 한다. 이는 한번의 전송 뿐만 아니라 반복적인 전송시에도 화질의 손상이 없어야 한다는 것을 의미한다. 라이브 중계를 위한 소스로 사용하기 위해서 화질의 손실이 없어야 한다는 점은 매우 중요하다.

2. 전송 딜레이가 없을 것.

IP 비디오는 전송에 따른 딜레이가 발생하지 않아야 한다. 보통 TV 라인을 60라인이라고 할 때 프레임에 영향을 미치지 않는 15라인 이하의 지연을 ‘제로 딜레이’라고 한다. IP 비디오는 영상의 소스에서 목적지까지 전송되는데 걸리는 시간이 거의 발생하지 않는 제로 딜레이를 만족해야만 실시간 생방송 제작에 사용할 수 있기 때문에 네트워크를 통해 전송되지만 프레임의 전송 딜레이가 발생하지 않아야 한다는 기준을 가지고 있다. 이는 다른 네트워크 비디오 전송 방식들과 가장 크게 차별되는 특징이기도 하다.

3. 다양한 신호의 전달을 한번에 전송 할 것.

비디오, 오디오, 제어신호, 자막, 부가정보 등의 다양한 신호를 하나의 IP 비디오 채널에 통합해서 전송하는 것이 필요하다. IP 비디오는 특성상 각각의 채널에 고유한 ID를 부여해서 관리하게 되기 때문에 비디오와 오디오, 부가정보들이 모두 동일한 채널 이름으로 등록되어 한번에 전달되어야 한다.

 IP 비디오 인코딩 장비인 소니 NXL-FR318과 뉴텍 IP INPUT 모듈

압축 코덱의 종류

앞서 살펴본 바와 같이 IP 비디오를 통해 전송을 하기 위해서는 화질 열화가 없고 딜레이도 없으며, 다양한 신호를 통합해서 전송해야만 한다. 비디오 신호를 이런 특성을 가진 IP 비디오로 만들기 위해서는 인코딩 / 압축 과정이 필요하다. 그렇다면 우리가 사용할 수 있는 압축의 종류에는 무엇이 있으며 어떤 특성을 가지고 있는지 간단히 살펴보기로 하다.

압축에 대한 구분법은 여러 가지가 있을 수 있지만, 여기에서는 코덱의 이름으로 구분하는 방식이 아니라 특성에 따라 구분하는 방식으로 알아볼 것이다. 압축 특성별로 ‘손실압축/비손실압축’과 ‘고압축/저압축/무압축’으로 구분법을 잡으면 각 압축에 대한 특징과 용도를 이해하기가 편리하다.

■ 무손실 무압축

(SDI, 이미지 시퀀스, YUV 422, RGB 444 등)

영상을 전송하기 위해서는 일단 전송을 위한 틀과 형식이 있어야 한다. 위의 그림처럼 레고 장난감을 배송하려면 배송에 적합한 상자에 담는 과정을 ‘코덱’이라고 이해하면 편리하다.

무손실 무압축 코덱은 장난감을 전혀 손대지 않고 그것이 들어갈 수 있는 크기의 상자를 구해서 집어넣어 배달하는 것과 같다. 원본에는 손상이 없지만 그것을 유지하기 위해서 원본보다 큰 상자(대역폭)가 반드시 필요하다는 점에서 효율성은 떨어진다.

보통 HD를 무압축으로 전송하기 위해서는 1.5Gbps의 대역폭이 요구되며, 1시간의 무압축 영상을 저장하면 450GB의 용량이 만들어진다.

■ 무손실 저압축

(RAW, Apple ProRes, Avid DNxHD 코덱 등)

손실없이 단순한 분해과정만 거치고 전송을 하는 코덱 방식이다. 레고 장난감을 다 분해하지 않고 몇 개의 조각으로 나누어서 조립이 편리하도록 나누어 배달한다면 더 작은 상자에 장난감을 담을 수 있게 된다. 다시 말해 무압축에 비해 더 작은 대역폭으로 화질의 손상없이 영상을 전송할 수 있는 방식이다.

대부분의 방송 제작용 마스터링 코덱은 무손실 저압축 코덱을 사용하고 있으며 화질에 손상없이 더 작은 데이터를 유지할 수 있다는 점에서 고품질 방송에 아주 적합한 형태의 코덱 방식이라 할 수 있다.

보통 저압축 코덱은 200~500Mbps 정도의 압축을 통해 전송하는 방식을 주로 채택하고 있으며, HD 영상을 1시간동안 전송하면 150GB 정도의 데이터가 요구된다.

■ 무손실 고압축

(NDI, MPEG-2, JPEG2000 코덱 등)

만일 레고를 다시 분해해서 구성품과 매뉴얼만 보낸다면 수신측에서 다시 조립하는 시간이 더 걸리기는 하겠지만 배송에 필요한 상자의 크기는 획기적으로 줄어들게 될 것이다. 이런 개념의 전송 코덱이 바로 무손실 고압축 코덱이다. 단, 이 경우 블록을 분해하고 재조립하는 과정이 요구되기 때문에 뛰어난 알고리즘을 채택하지 않으면 코덱 변환 및 전송에 따르는 딜레이가 발생할 소지가 있기 때문에 IP 비디오에 이를 적용하기 위해서는 주의를 기울어야 한다.

뉴텍의 NDI가 대표적인 무손실 고압축 코덱이라 할 수 있다. 여기에서 무손실이라는 의미는 원본과 비교해서 시각적인 손실이 없음을 의미한다. (데이터의 비트단위 손실과는 개념이 다르다) 뉴텍 NDI는 HD 영상을 100Mbps로 전송하므로 1시간 당 전송되는 데이터의 양은 45GB 정도로 아주 작으며 100Mbps의 일반 네트워크 라인을 통해서도 전송이 가능하다.

뉴텍 NDI는 작은 용량임에도 불구하고 전송 딜레이가 없으며 화질 열화가 발생하지 않기 때문에 차세대 IP 비디오 표준으로 각광을 받고 있다.

■ 손실 고압축

(H.264, H.265 [HEVC] 등)

맨 처음 본 레고 장난감에서 겉모습을 이루는 중요한 부품들만 모아서 전송한다면 어떻게 될까? 재조립을 했을 때 원본과 완전히 똑같지는 않겠지만 거의 비슷해 보일 수 있을 것이다. 경우에 따라서는 겉모습은 완벽하게 같을 수도 있다. 하지만 배송에 필요한 상자의 크기는 비교할 수 없을 정도로 작아질 것이다. 즉, 가장 작은 대역폭만 가지고도 비디오를 전송할 수 있는 방법은 약간의 손실을 감수하는 것이다.

네트워크 방송 전송에 사용하는 H.264 또는 HEVC[H.265]가 바로 대표적인 손실 고압축 방식이라 할 수 있다. 최대한의 화질을 유지하는 HD 압축 방식은 15Mbps 정도를 사용하며 1시간의 HD 영상을 전송하는 경우 7GB 가량의 데이터 용량으로 전송이 가능하다.

오늘은 IP의 종류과 개념, 압축 코덱의 종류와 개념에 대해 살펴보았다. 사실 이런 내용들은 영상을 다루는 사람들이라면 어느 정도 알고 있을 수 밖에 없는 것들이지만, 본격적으로 다루게 될 IP 비디오라는 개념을 위해서는 구체적으로 어떤 차이점이 있는지를 구분할 수 있어야 다양한 문제들을 이해하고 해결할 수 있기 때문에 기본적인 내용들을 위주로 진행해보았다.

다음 연재 기사에서는 가장 대중적으로 사용하기 편리한 NDI라는 IP 비디오에 대해 시작하면서 이를 통한 다양한 활용 방안과 구축 방법, 제안 사례 등을 위주로 살펴보기로 하겠다.

※ 이 기사는 2017년 1월호 비디오 플러스에 게시된 기사입니다.