최근 CCTV 시장의 최대이슈는 단연 HD 또는 메가픽셀(MegaPixel)급의 고해상도 적용이라 할 수 있다.

기존 SD(720×486, NTSC)급의 해상도에서 HD(1920×1080, HD1080p)급으로의 변화는 단순히 카메라의 화질 향상만이 아닌 시스템 전체의 변화를 요구한다.

특히 고화질에서 요구되는 다량의 정보를 처리하기 위하여 영상압축기술을 적용하여 동축케이블 대신 IP 네트워크를 이용할 수밖에 없었고 이는 지지부진하던 IP 카메라 시장의 급격한 성장을 불러왔다. 하지만 기존 동축케이블을 이용한 시스템에서 IP 네트워크 시스템으로의 변화는 설계와 운용에 더 많은 비용과 기술을 요구했고 작은 규모로 시스템을 운용하던 사람들에게는 부담으로 다가왔다.

이 때 등장한 것이 바로 HD-SDI 전송 방식이다. 이 HD-SDI 전송 방식은 기존 동축케이블을 통하여 HD급 영상을 전송할 수 있는 검증된 표준기술이라는 장점과 함께 빠르게 시장에 진입하고 있다. 이 시점에 HD-SDI 전송 방식을 적용한 시스템의 구성요소, 시장상황, 발전방향을 알아보고 현재 관련시장에서의 주요 이슈는 어떤 것이 있는지 살펴보고자 한다.

HD-CCTV

CCTV(Closed Circuit Television)는 카메라의 영상을 전송, 저장, 확인하는 영상보안장비 및 시장을 대표하는 용어다. 1960년 대 TV보급과 동시에 발전하기 시작한 CCTV 시장은 DVR이 개발되면서 디지털 영상처리 기술이 접목되었다. 지금까지 CCTV 카메라는 표준해상도의 SD급 카메라를 통칭했다. CCTV 카메라는 흑백에서 컬러 카메라로 발전했고, 지금까지 저조도 특성 개선, 역광보정, WDR 기술 적용 등으로 지속적인 화질 개선이 이루어지고 있다.

그러나 SD급 영상은 해상도의 한계로 HDTV 시대의 고화질, 고선명이라는 시대적 시장요구를 만족시키기에 역부족이었다. 고화질에 대한 시장 요구는 합리적인 가격의 HD급 센서 개발과 함께 메가픽셀 IP 카메라의 형태로 CCTV 시장에 적용되기 시작하였고, 최근 HD-SDI 전송 방식이 CCTV 시장에 접목되어 HD-CCTV라는 제품군으로 소개되기 시작하였다. 여기서 우리는 SD급 영상을 동축케이블을 통해 전송한 CCTV를 SD-CCTV라 하고 HD급 영상을 HD-SDI 전송 방식을 사용하여 동축케이블을 통해 전송하는 CCTV를 HD-CCTV라고 정의하고자 한다.

그 이유는 HD-SDI 전송 방식은 HD급의 영상을 화질열화 없이 전송하기에 가장 적합한 전송 방식으로 개발되었으며, HDTV용 방송장비간의 표준 전송방식으로 사용되기 때문이다. 이제 고해상도 영상보안 시장은 HD-CCTV 시장과 IP 영상보안시장이 경쟁과 융합을 통해 새로운 모습으로 발전해 나아갈 것으로 예상된다. 

HD-SDI 전송 방식

HD-CCTV에 사용되는 HD-SDI 전송 방식을 간단하게 살펴보자. HD-SDI는 HD급 방송 장비 간에 영상을 전송하는 표준 규격이다. HD-SDI는 High Definition Serial Digital Interface의 약어로 디지털 영상신호를 압축하지 않고, 직렬 신호로 변환하여 동축케이블로 전송하는 것을 방식을 말한다. HD-SDI는 SMPTE(미국영화텔레비전기술인협회)에서 표준화했고 이 표준에는 전기적 인터페이스, 데이터 포맷, 보조 데이터, 비디오 포맷에 대한 모든 내용을 기술하고 있다.

HD-SDI 전송 방식의 특징은 디지털 신호로 영상을 보내기 때문에 데이터가 손실되지 않는 거리 내에서 화질 열화 없이 영상 신호를 그대로 전송할 수 있다. 영상뿐만 아니라 오디오 및 제어 신호를 같이 전송할 수 있으며, 향후에는 전원 공급까지 가능할 것으로 보인다.

HD-SDI 전송 방식은 SD급 전송 방식과 기본적인 차이가 있다. 표 1에서 알 수 있듯이 외형적으로는 같은 동축케이블을 사용하지만 전송 방식이 디지털 방식과 아날로그 방식이라는 차이가 있다. 또한 HD-SDI 전송 방식은 SDI 전송 방식의 하나로 1080p30까지 보낼 수 있는 전송 방식이다. 이는 SMPTE 292M에 정의되어 있으며, 전송 데이터양은 1.485Gb/s, 전송 주파수는 약 750MHz를 사용한다.

최근 들어 몇몇 업체들이 합리적인 가격의 HD-SDI 전송 칩을 발표하고 있으며 FPGA를 사용한 솔루션들도 발표되고 있다.

그림 1은 HD-SDI 전송 방식을 사용한 시스템의 한 예로 다양한 형태의 카메라가 HD-SDI 전송 방식을 사용하여 HD-SDI DVR과 연결되어 시스템을 이루는 것을 볼 수 있다.

여기에는 HD-SDI 카메라, SDI 리피터, DVR 등이 사용되었다. SDI 리피터는 HD-SDI 신호의 전송 거리를 연장하기 위해서 선로 중간에 사용된다. 기존 감시카메라도 컨버터를 통해서 SDI 신호로 변경할 수 있다. HD-SDI 전송 방식을 정의한 SMPTE-xxx 규격은 SMPTE에서 제정한 규격이다. HD-SDI 관련 SMPTE 규격들을 HD-SDI라고 총칭하여 부르기도 한다.

이 규격은 1990년대부터 전 세계적으로 HDTV 방송장비 시장에서 영상 전송용으로 사용하기 시작했는데, 현재까지 20여 년간 시장에서 사용되어 왔기 때문에 전송 방식으로 검증이 완료되었다고 볼 수 있다. 특히 보안 시장에서는 HDcctv Alliance라는 단체가 결성되어 SMPTE 규격을 기준으로 규격을 제한하고 성능을 보장할 수 있는 기준을 추가하는 등 보안 시장에 필요한 수준으로 수정 보완하여 새로운 표준화 활동을 진행하고 있다. 이 단체에 대해서 활동과 의미에 대해서 조금 더 살펴보고자 한다.

HD-CCTV 시장에서 HDcctv Alliance

HDcctv Alliance(www.highdefcctv.org)는 보안 시장에 맞게 HD-SDI 규격을 보완하여 발전시키고 있다. 이 규격들은 HD-SDI 전송 송수신 장비들에 사용하는 영상, 물리 계층, 메타 데이터 등을 포함하고 있다. 특히 감시 카메라, DVR, 모니터, 리피터에 대한 독립적인 성능 및 호환 요구 사항을 규격화하고 있다. 이는 보안 시장에서 HD-SDI 제품들의 빠른 시장 확대를 목표로, 보안 시장에서 필요한 기능적, 성능적 부분을 중심으로 규격화하는 것이다.

예를 들어, 보안시장에서는 동영상도 중요하지만 정지영상에서의 화질도 중요하므로 정지영상에서의 화질 열화 요소인 인터레이스 방식은 사용하지 않고, 프로그레시브 방식의 영상 사용을 요구하고 있다.

이 단체에는 현재 HD-CCTV 솔루션을 준비하고 있는 전 세계 50여 업체가 가입하고 있으며 표준 제정에 적극 참여 중이다. 이 표준은 HD-SDI 성능에 대한 최소 요구 조건을 명확하게 제시하고 있고, 또한 제품 성능 요구 사항에 대한 인증 활동을 통해서 보안시장에서 제품 신뢰성 확보에 많은 기여를 하고 있다.

그림 2는 현재 HDcctv Alliance 단체에 가입 활동 중인 업체들이다. 전송IC업체를 포함하여 DVR, 카메라 제조업체 등 전 세계의 다양한 업체가 참여하고 있다. HDcctv Alliance 단체의 주요 활동 중에 하나는 제품 인증 업무다. 그림 3은 세계최초로 인증받은 HD-SDI 카메라의 인증서이다.

HD-CCTV 시스템의 장점

HD-SDI 전송 방식을 사용하는 HD-CCTV 시스템의 장점을 살펴보고자 한다. 특히 CCTV나 IP 시스템과의 상대적 장점으로 현재 이슈가 되고 있는 몇 가지 부분을 언급하고자 한다.

고해상도

HD-SDI 규격은 720p를 포함하여 1080p 영상을 사용한다. 1080p는 SD급의 6배 정도의 화면 크기를 갖는다. 그림 4를 보면 두 영상 크기의 차이를 확인할 수 있는데, 1080p는 보안 시장에서 고화질을 요구하는 범죄자의 얼굴 식별이나 번호판 인식 등에 많은 기여를 할 것으로 보인다.

Plug-and-Play

기존 CCTV에서 사용하는 동축케이블을 동일하게 재사용 가능하다. 감시 카메라와 DVR 운용이 SD급과 거의 동일하기 때문에 기존 설치 업체와 운용 관리자들의 기술적 부담을 최소화 할 수 있다. 이는 IP 시스템에서의 장비 간 프로토콜 호환 문제나 네트워크 설정의 어려움 등으로부터 상대적으로 자유롭기 때문이다.

모니터링 해상도/전송 Latency

감시 카메라의  HD 영상을 압축하지 않고 디지털 데이터로 전송하기 때문에 모니터링 장비에서 화질 열화가 전혀 없는 영상을 볼 수 있다. 또한 전송 선로 지연이 없기 때문에 PTZ 컨트롤을 관제센터에서도 신속하게 할 수 있다. 이는 압축 열화나 전송지연으로 인해서 HD 영상 도입의 제한적 요소를 극복했다고 볼 수 있다.

그림 5에서 HD-SDI 감시 카메라가 1200 TV라인 수준의 수평 해상도 갖는 것을 볼 수 있다. 이는 카메라의 영상을 HD-SDI를 통해서 전송하여 모니터링한 영상이다. 화질 열화가 없기 때문에 고해상도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.

감시 카메라 신뢰성

감시 카메라는 실내에도 설치하지만 그것보다는 실외에 설치되는 경우가 많다. 때문에 고온에 노출되는 실외 환경에서 카메라의 성능 열화를 최소화해야 할 필요가 있다. HD-SDI 카메라는 H.264 압축이나 IP 네트워크의 기능이 필요 없기 때문에 소비 전력을 상대적으로 최소화할 수 있다. 이는 감시 카메라의 신뢰성 확보에 많은 도움이 될 것이다.

시스템 융합

HD-SDI 카메라와 HD-SDI DVR을 사용하는 시스템은 기존 SD-CCTV 시스템에 쉽게 통합·설치해 활용할 수 있다. 또한 동일 관제센터에서 일부 채널은 SD급으로, 일부 채널은 HD급으로 바꿔 사용할 수도 있다. 여기에 HD-SDI Hybrid DVR 등을 사용하면 더 쉽게 적용할 수 있다. 또한 리모트 접속을 가능하게 하는 IP 네트워크 시스템과도 통합 관리가 가능하다.

HD-SDI DVR이 네트워크 기능을 가질 수 있기 때문이다. 표 2는 HD-CCTV 시스템과 SD-CCTV, 그리고 IP 기반 시스템의 특성 차이를 정리했다. 한 가지만 살펴보면 HD-CCTV 특징을 보면 카메라 영상을 전송 및 저장하는 가장 중요한 부분이 동축케이블을 사용하기 때문에 네트워크 오류에 영향을 받지 않고 레코딩이 가능하다. 이는 바로 보안시스템의 핵심요소 중 하나이다.

HD-CCTV 시장 규모

그림 6은 HD-SDI 송수신 칩 업체인 Gennum 사와 IMS Research 사의 HD-CCTV 시장규모를 분석한 자료다. 이 자료에 따르면 Gennum 사는 2011년을 기점으로 HD-CCTV 시장은 폭발적인 성장을 거듭할 것으로 예측하고 있으며, IMS Research 사 역시 폭발적인 성장세는 아니지만 2012년을 기점으로 3배 이상의 성장을 보일 것으로 예측하고 있다.

HD-CCTV 시스템 전망

이미 HDTV로 고화질에 익숙해진 사용자의 HD-CCTV에 대한 요구는 너무나 당연한 것이다. 다만 아직 가격이 비싸 부담스럽긴 하지만 그 또한 고객의 요구수준으로 접근할 수 있을 것으로 보인다. 2009년도에 처음 소개된 HD-CCTV 시스템은 올해 초부터 본격적으로 출시되기 시작해 2012년에서 2015년도에 걸쳐서 본격적인 성장기에 들어설 것으로 예상된다.

이 기간 동안 중요 시설물이나 금융권 등 고해상도가 요구되는 대부분의 현장에서 HD-CCTV로의 시설교체가 이루어질 것으로 보인다. 무엇보다도 지금까지 사용했던 SD-CCTV 시스템을 사용했던 이용자라면 HD-CCTV 제품도 쉽게 설치·관리할 수 있고, 네트워크를 통한 대규모 시스템 구성도 가능하기 때문이다.

그 예로 고속도로 관제 시스템, 카지노, 은행 등 고화질을 요구하는 장소에 HD-CCTV 설치가 본격적으로 논의되고 있다. 이제는 TV를 새로 구매한다면 당연히 HDTV를 구매하는 것처럼, CCTV 시스템을 설치하려는 사용자들이 HD-CCTV 시스템을 선택하는 시대가 머지않아 올 것으로 예상한다.

HD-CCTV의 잘못 알려진 진실  Q&A

새롭게 등장한 HD-CCTV는 보안업계에서 이슈가 되고 있다. 하지만 아직 HD-CCTV에 대한 정보가 부족하기 때문에 궁금한 것이 많다. 문제는 HD-CCTV에 대한 정보가 부족하기 때문에 오히려 잘못된 정보가 떠돈다는 것이다. 보안업계에 떠돌고 있는 HD-CCTV에 대한 잘못된 진실을 파헤쳐 보자. 

전송 거리가 짧다?

기존 SD-CCTV는 동축 케이블을 사용할 때 전송거리는 200m 이상이다. HD-SDI 전송거리는 HD-SDI 전용 동축케이블을 사용하면 150~200m 정도다. 물론, 동축케이블의 품질에 따라 다소 차이는 날 수 있다. 기존 동축 케이블을 사용하더라도 적어도 100m 이상은 전송 가능한 것으로 알려져 있다. 참고로 네트워크 통신을 위한 UTP 케이블(CAT5,6) 전송 거리는 100m다. 따라서 전송거리는 약점이 될 수 없다. 또한 상용화된 HD-SDI 리피터나 광전송 컨버터들을 사용하면 전송거리는 얼마든지 늘릴 수 있다.

감시 카메라 리모트 모니터링(네트워크) 불가능?

HD-SDI 감시 카메라는 DVR이나 비디오 서버를 통해서 네트워크 연결이 가능하다. 네트워크를 통한 통합에도 문제가 없는 것이다. 최근 이슈가 되고 있는 스마트폰에서 HD 영상 모니터링도 DVR을 통해서 서비스가 가능하다. 보안 시장에서 카메라와 저장 장치와 연결은 필수적이기 때문에 부가장비가 없어도 네트워크 모니터링이 가능하다고 볼 수 있다.

Full HD 1080p 해상도로 충분한가?

Full HD는 물리적으로 SD의 6배의 해상도를 갖지만, SD-CCTV가 아날로그 전송으로 화질이 열화된다는 점과 또한 인터레이스 전송(한 영상프레임이 두개의 서로 다른 시간에 촬영된 필드로 구성됨)으로 인한 정지 화면의 열화 측면을 감안하며 SD급과 HD급의 화질 차이는 6배의 차이를 훨씬 뛰어 넘는 수준이다.

또한 현실적으로 대부분의 모니터링 장비(HDTV, LCD 모니터 등)는 1920×1080 해상도를 갖는다. HDTV 방송도 1920×1080 화면 크기를 사용한다. 가장 경쟁력 있는 가격에 HD 해상도의 모니터링 장비를 사용할 수 있다. 이제 막 HDTV가 본격적으로 보급되고 있는 현실을 보면 Full HD 1080p 해상도는 상당기간 가장 경쟁력 있는 해상도가 될 것으로 예상된다.  

<글 : 홍 근 선│웹게이트 대표이사(sales@webgateinc.com)>

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