IP 비디오 전송 기술 – 3.

방송 제작 단계에서의 IP 적용

전통적인 방송 제작 환경을 간략하게 압축해보면 스튜디오 제작을 위한 내부 프로덕션 파트와 원격지 연결을 위한 리모트 로케이션, 그리고 송출을 위한 출력단으로 크게 구분할 수 있습니다.
방송에서의 IP 비디오 적용은 그중 어느 한 단계에서만 이루어지는 것이 아니라 전반적인 제작 단계에 모두 적용될 수 있습니다. 하지만, 각각의 단계는 모두 다른 전송 특성을 가지게 되므로 하나의 IP 전송 표준으로 모든 단계를 커버할 수 없다는 문제가 생기게 됩니다.

방송 제작 단계에 IP를 적용하여 구성한 워크 플로우의 사례를 보면 크게 4가지로 구성되어 있습니다.

1. 리모트 로케이션에서 TV 스테이션까지의 연결
2. TV 스테이션 내부 제작을 위한 상호 연결
3. 최종 결과물을 기지국에 해당되는 미디어 서버로 전송하는 연결
4. 실제 시청자에게 배포하기 위한 최종 송출을 위한 연결

각각의 단계는 전송 지연 시간과 화질, 신뢰도, 접근 편의성이라는 다양한 요소들이 각기 다르게 적용된다는 특성을 가지게 됩니다. 또한 실제 전송을 구현하는 장비 구성에 있어 비용이라는 별개의 중요 요인이 존재한다는 것도 염두에 두어야 합니다.
그리고 마지막으로 과거 TV 단말기에서만 방송을 시청하던 시기에서 벗어나 모바일과 PC, 셋탑박스, 차량용 AV 등 다양한 단말들을 사용하는 시청 환경이 존재하고 있다는 것도 IP 방송 제작에서 중요한 요인이라 할 수 있습니다.

■ Contribution

퍼스트마일(First-mile)이라고 불리는 이 단계는 원격지와 TV 스테이션을 연결하는 과정에서 가장 많이 사용됩니다.
주로 일대일 연결이라는 특성을 가지고 있으며 높은 신뢰도와 안정성이 요구되는 전송 단계입니다.
과거 IP 비디오 전송에서 가장 취약한 부분으로 지적받던 Contribution을 위한 IP 비디오 전송은 SRT라는 전송 프로토콜이 등장하면서 획기적인 변화가 일어나고 있는 부분이기도 합니다.

주로 사용되는 프로토콜은 과거에는 RTSP나 RTMP를 사용했으나 전송에러 발생과 보안에 취약하다는 문제점이 발생하여 최근에는 Haivision에서 개발한 SRT가 Contribution을 위한 주요 프로토콜로 자리잡고 있습니다.

■ Distribution

Distribution은 라이브 프로덕션에서 제작된 영상을 미디어 배포를 위한 매개 서버로 보내는 기능을 담당하는 부분입니다. 우리가 흔히 사용하는 유튜브나 페이스북, 와우자(Wowza) 서버로 라이브 스트리밍을 보내는 과정이라고 생각하면 됩니다.
미디어 배포를 위한 전단계인 이 과정에서는 전송 지연에 대한 부담이 적으며 최종 시청자들에게 전달되는 원본이 되기 때문에 고화질을 유지해서 전송될 필요가 있습니다.

라이브 스트리밍을 진행하는 방식으로는 유튜브, 페이스북, 아프리카TV 등 기존의 스트리밍 인프라를 사용하는 방식과 자체 와우자 서버 등을 구축해서 서비스를 진행하는 독립 스트리밍 서버 방식이 있습니다.
비용과 편의성 면에서는 기존 스트리밍 인프라가 주로 사용되고 있으며 학교, 종교기관, 개인 방송 등에서 별도의 미디어 서버 구축비용이 들어가지 않는다는 장점 때문에 많이 채택하는 추세입니다.
방송사를 비롯해 미디어 전문 서비스 기업의 경우 경쟁 관계에 있는 기존 인프라를 사용할 수 없기 때문에 Wowza 등의 자체 독립 서버를 구축하여 독자적인 서비스 인프라를 구축하는 형태를 취하게 됩니다.

■ Video over IP

Video over IP는 기존의 SDI와 HDMI, 그리고 다양한 오디오 인터페이스를 대체하려는 목적을 가지고 있는 IP 전송 방식입니다. 특히 프로덕션 내부에서 사용하는 것을 염두에 두고 구성된 방식이기 때문에 인터넷 대역폭의 한계에서 자유로울 수 있다는 특징을 가지고 있습니다.

초창기에는 SMPTE 2022-6이나 NMI, ASPEN등 불완전한 방식들을 사용하는 시도를 했었지만, 최근에는 비압축 기반의 SMPTE2110 규격과 보다 가벼운 압축 방식의 NDI로 양분되고 있는 추세입니다.
특히 NDI의 경우 일반적인 기가비트 이더넷만으로 HD는 물론 4K UHD 영상까지 전송할 수 있다는 점에서 많은 프로덕션에서 선호되는 IP 전송 방식이기도 합니다. 현재 NDI를 네이티브로 지원하는 다양한 PTZ 카메라와 프로덕션 카메라, 그리고 전송장비와 컨버터들이 다수 출시되어 있는 상황입니다.

Video over IP 구간에서 요구되는 특성은 고화질과 저지연(Zero-Delay)입니다. 내부 이더넷을 사용하기 때문에 기가비트 이더넥과 10G / 40G 이더넷을 구축하는 것도 가능합니다.

■ Delivery

미디어의 최종 전달 단계인 Delivery는 다양한 형태의 재생 단말기를 고려해야 한다는 점에서 이전의 어떤 단계와도 구분되는 고유한 특성을 가지고 있는 부분입니다. TV 디스플레이에만 의존하던 기존의 방송 형태와는 완전히 다른 형태의 재생 환경을 고려해야 하며, 특히 스마트폰이나 태블릿 같은 모바일 단말기와 LTE / 5G의 네트워크를 사용하는 이동형 재생 시스템을 위한 기능이 구현되어야 합니다.

일대일 전송 방식이 중요한 특징이 되는 Contribution이나 Video over IP, Distribution 과정과는 달리 Delivery는 1:n 전송을 중요한 특징으로 하고 있습니다.
현재 HLS와 MPEG-DASH가 주요 재생 프로토콜로 사용되고 있으며, 각각의 개별 프로토콜이 가지는 한계가 있기 때문에 대형 스트리밍 인프라에서는 재생을 위한 단말을 체크한 후 적절한 프로토콜을 사용하여 서비스를 진행하고 있습니다.
또한 저화질, 중간화질, 고화질로 비디오의 전송 품질을 구분하여 멀티 비트레이트 / 멀티 레졸루션으로 재인코딩을 진행하는 ‘트랜스코딩’ 과정이 과거에 비해 중요한 요소로 자리잡고 있습니다.
ABR이라고 불리는 적응형 비트레이트를 적용하면 다양한 형태로 구분되어 제작된 미디어를 네트워크 상태에 맞추어 교체해서 재생할 수 있게 됩니다. Apple HLS나 MPEG-DASH 모두 Adaptive Bitrate Streaming을 지원하고 있습니다.