처음으로

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영상의 디지털 제작이 일반화되어 종래보다 낮은 비용으로 고품질의 영상을 만들 수 있게 되었다. 이에 따라 다량의 영상 컨텐츠가 촬영·생성·소비되고 있으며 그러한 영상 컨텐츠의 관리가 더욱 더 중요한 테마가 되고 있다. 그렇지만, 다량의 고품질 영상 컨텐츠를 축적·활용하기 위한 영상 아카이브의 구축에는 아직도 과제가 많다.

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(1)방대해지는 데이터량을 격납하기 위한 스토리지 장치 비용

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(2)고품질인 영상 데이터를 아카이브에 입출력할 때의 데이터 전송 대역폭

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(3)다량의 영상에서 목적에 맞는 영상을 효율적으로 찾아내는 검색기술 및 검색을 위한 보조 데이터를 부가하는 수고의 번잡함

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(4)접속되는 여러 가지 영상처리 시스템과의 인터페이스나 데이터 교환용 파일 포맷. 또한, 그러한 버전 업에 따른 변경에의 대응성

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현재 상태에서는 이러한 과제를 원활히 해결할 수 있는 현실적인 시스템 구성을 찾게 된다. 게다가 50년 후라고 해도 그 영상이 복원 가능할 것 같은 장기적인 관점에서의 고려도 중요하다. 여기에서는 영상 아카이브의 구축에 활용할 수 있는 기술이나 생각, 그리고 아카이브가 목적에 맞는 그러한 기술을 어떻게 선택하는 것이 유효한가의 판단을 돕는 사고방식을 기술한다.

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영상 아카이브의 목적·종류·동향

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아카이브의 목적·종류

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영상 아카이브의 목적은 크게 나누면 다음의 3 종류가 있다.

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(1)장기기록으로서의 아카이브(사실증명용 등)

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ex)감시카메라의 영상, 건축기록, 보험업 대상의 기록, 의료기록 등. 방송이 끝난 영상의 기록

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(2)공개 시청을 전제로 한 아카이브

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ex)다수의 사람들에 대해서 다수의 영상을 공개하는 서비스 전용의 아카이브

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(3)업무 활용을 전제로 한 아카이브

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ex)TV 프로그램의 제작을 위한 소재 아카이브, FA·감시·의료 등의 화상 센싱 응용 시스템

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이러한 것들은 영상의 입력, 가공, 출력의 어느 쪽에 중점을 두는가에 따라 차이가 난다. 또한, 영상 품질의 요구 레벨 등도 달라진다.

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최근의 시장동향

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영상을 디지털화하여 대량으로 축적하는 영상 아카이브는 종래부터 있던 사고방식이다. 최근의 변화는 주로 스토리지 비용의 저하와 영상 데이터를 전송하는 네트워크 인프라나 IT 인프라의 보급과 고성능화를 계기로 영상 아카이브의 적용 범위가 급속히 확대되고 있다는 것이다.

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대표적인 변화로써 방송국에서의 영상제작의 파일 베이스화(테이프레스화), 영상 투고 공유 서비스의 등장을 들 수 있다.

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전자는 지금까지의 영상 테이프를 중심으로 한 영상제작 업무를 영상파일 중심으로 옮겨놓는 흐름이다. 대량의 소재 영상이 공유 서버에 옮겨져 다수의 유저로부터 동시에 시사·편집된다. 이것에 의해 영상제작의 비용절감이나 제작시간 절감 등이 기대되고 있어 수많은 신제품이 등장하고 있다.

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영상투고 공유서비스는 영상 축적·전달 기술로서의 신규성은 작지만, 시스템 비용절감에 따른 새로운 활용법이다. 웹의 하이퍼링크나 풀 텍스트 검색, 집합지 기능(블로그, 추천 등)이라고 하는 기존 기술의 조합에 의해 ‘영상 찾기의 어려움’, ‘내용파악의 어려움’이라고 하는 과제를 개선하여 충분하고 편리한 서비스를 실현하고 있다. 이 분야는 경쟁이 심해 최근에는 더욱이 유사화상 검색, 음성인식, 얼굴인식 등으로 진화되고 있다.

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영상 아카이브의 요건

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영상 아카이브 구축 검토를 시작할 즈음에, 우선은 영상 아카이브에 대한 요건을 명확하게 해야 한다. 요건에는 기술요건과 업무요건이 있다.

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기술요건에는 우선 영상 총시간, 장기성(보존기간), 화질이 있으며, 다음으로 편리성(액세스 속도, 검색정확도, 인식정확도 등)이 있다. 그러나 이것들은 특히 비용에 따라 크게 달라진다. 이 때문에 ‘무엇을 위해서 영상 아카이브를 만드는 것인가’라고 하는 목적을 명확하게 하고, 도입효과와 투자 가능 비용을 비교하여 이러한 요건의 정도를 결정할 필요가 있다.

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이러한 기술요건을 결정하기 위한 전제조건이 되는 것이 영상 아카이브를 이용하는 사내 업무 혹은 공개 서비스의 업무요건이다. 업무요건을 명확하게 하는 방법으로서는 업무 흐름을 명확화하고, 영상과 업무 데이터(메타 데이터)의 생성·참조·갱신·소멸까지의 라이프 사이클을 억제해 나가는 것이 있다. 이것에 의해 ‘언제’ ‘누가’ ‘왜’ ‘무엇을’ ‘어떻게’(5W1H)라고 하는 관점에서 시스템의 목적을 확실히 할 수 있다. 이러한 목적으로부터 기술요건(압축형식, 영상변환·인식 타이밍 등)을 결정한다.

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요건에 대해서는 그 외에 시큐리티(권리 보호)나, 시스템 개선 용이성(확장성, 비즈니스 환경 변화 즉응성) 등도 최근 들어 중요시되고 있다. 이것들은 비기능 요건이라고 불리고 있다.

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영상 아카이브 구축에 즈음해서는 특히 장기성에 대한 깊은 배려가 필요하다. 이것은 영상 컨텐츠의 보존 기간은 영상 아카이브 시스템의 가동기간보다도 일반적으로 길기 때문이다. 예를 들면, 영상 컨텐츠의 보존 기간은 100년 단위인데 대해 아카이브 시스템의 수명은 10년 정도이다. 또한, 시스템으로 이용하는 소프트웨어는 업무·서비스의 변경에 대응할 수 없는 등 경우에 따라서는 1~2년으로 수명을 다하기도 한다.

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자주 있는 실패는 시장으로부터 사용할 수 있을 것 같은 영상 기재를 단지 모아 영상 아카이브를 만드는 것이다. 이 경우, 기재 간의 압축형식이나 인터페이스의 불일치에 의한 쓸데없는 형식변환이 빈번하게 발생한다. 또, 필요한 타이밍에 파일이 존재하지 않거나, 업무 변경 시에 과거의 시스템과 파일을 분리시킬 수 없는 등의 문제가 발생하기 쉽다. 이 영상 아카이브는 극히 단기적으로는 기능하지만, 운용 인원 비용이나 시스템 재설계 비용이 증가하고, 또 영상 재변환에 의한 화질 저하도 발생한다. 귀중한 영상 컨텐츠를 보존·활용하기 위해서라도 요건의 설계(요건 정의)는 중요하다.

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영상 아카이브의 기본 아키텍처

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그림 1은 최근 영상 아카이브의 기본 아키텍처를 나타낸다. IT에 따른 영상 아카이브는 대략적으로 다음의 3계층으로 구성된다.

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(1)영상 파일의 보존 관리만을 목적으로 하는 좁은 의미의 아카이브. 초기의 영상 아카이브 시스템의 상당수는 이러한 형태이다.

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(2)유저의 영상 시청이나 시스템 관리 작업을 지원하는 일반적인 아카이브. YouTube(인터넷의 동영상 공유 서비스) 등에서도 볼 수 있는 최근의 일반 형태이다. 좁은 의미의 아카이브의 과제(찾기 어렵다, 관리하기 어렵다)를 해소하기 위한 부가적인 서비스를 늘리고 있다.

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(3)기업이나 비즈니스의 일부분으로써 영상을 활용하는, 업무 전체를 지원하는 넓은 의미의 아카이브. 앞으로 증가할 것이라고 생각되는 아카이브이다. ‘영상을 시청·활용하고 싶은 본래의 목적’이 되는 업무나 비즈니스에 초점을 맞춰, 그 업무 흐름이나 비즈니스 서비스의 전체를 효율화한다. 대표적인 예는 방송국의 영상제작 지원 시스템이나, (차세대의) 영상감시 & 자동통보 시스템 등이다. 이러한 형태의 아카이브는 사내 업무의 대폭적인 비용절감이나 타사 경쟁력의 확보 등의 사업전략 측면에서의 효과가 높기 때문에, 특히 경영층에서 많이 기대하고 있다.

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이하, 각각의 아키텍처에 있어서의 구성요소·서비스의 예에 대해 기술한다.

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좁은 의미의 영상 아카이브

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모든 영상 아카이브에 공통되는 개념으로서, (1)영상 본체의 파일과 시청 참조용 파일(프록시)의 분리 관리와 (2)영상의 ID에 의한 관리 (3)영상 타이틀이나 개요 등의 기본적인 메타데이터(영상 데이터를 설명하는 데이터. 영상의 검색에도 이용된다)의 관리가 있다.

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고품질·대용량인 영상 파일의 시청·이용은 IT 시스템의 부하가 되기 때문에, 동시 이용자수에 비례해 시스템 규모를 크게 해야 한다. 이 시스템 부하를 최소화하기 위해서 소용량·저화질의 참조 전용의 프록시(대리) 파일을 준비한다. 영상파일 관리 서비스에서는 통일된 영상 ID를 이용하여 영상 본체 파일과 시청 참조용 영상(프록시), 참조용의 정지화면(섬네일)을 일원화해 관리한다. 또한 영상 ID에는 타이틀이나 개요 등의 기본 메타데이터가 부여된다.

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좁은 의미의 아카이브에서의 워크플로우 관리란 단순한 고정 배치(batch) 처리이며, 영상 본체 파일의 등록·삭제 시의 파일 이동 처리를 시행한다.

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일반적인 영상 아카이브

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시스템 관리 실무를 시행하는 서비스군 가운데, 테이프 아카이브 서비스에서는 총 디스크 비용을 절감하기 위해서 참조 빈도가 적은 영상을 비용이 저렴한 외부 테이프 매체에 이동해 관리한다. 인증·인가·과금 서비스는 기밀 관리나 사용 비용 관리를 위해서 영상의 권리 정보를 바탕으로 시청 가부의 인가나 과금 처리를 시행한다. 영상변환 서비스에서는 다양한 영상형식/기록 매체의 입출력을 시행하기 위해서 각종 데이터 형식의 변환 처리를 실시한다.

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데이터 변환 처리는 시간이 상당히 걸리는 프로세스이기 때문에 최근 저렴해진 범용 IT 서버를 복수 이용함으로써 처리를 병렬화하여 고속화를 도모하는 기술이 등장하고 있다. 또한, 단일 IT 서버에 있어서도 CPU의 멀티 코어 병렬화나, GPU(3D 그래픽스용 연산기)를 범용적인 초병렬 수치연산기로서 대용하는 GPGPU

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(General Purpose GPU)라고 하는 기술이 등장해 소프트웨어에 의한 영상·음성 변환처리가 급속도로 고속화되고 있다.

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일반적인 영상 아카이브에서의 워크플로우 관리에서는 작업 순서나 운용 순서를 관리한다. 일반적으로는 IT 작업 관리 툴을 도입하는 경우가 많다. 이것에 의해 유연한 작업순서 설계나 IT 운용 감시의 자동화를 실시할 수 있다.

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영상 시청·활용을 위한 서비스군으로서는 인식·인덱스 서비스가 영상·음성인식에 의한 메타데이터의 자동 생성이나 유사한 영상을 검색하기 위한 인덱스 정보를 작성한다. 이러한 처리도 부하가 걸리기 때문에 저가이면서도 범용인 여러 IT 서버에서 병렬 실행을 하는 경우가 많다. 최근의 영상시청 서비스는 단순한 1배속 영상재생뿐만 아니라 매끄럽게 빨리 감기·되감기 등을 실시하는 특수 재생 및 Adobe Flash Player나 HTML&JavaScript 등으로 대표되는 표현력이 풍부한 도형·그래프와의 연동 재생을 실시할 수 있게 되었다(이것들은 Rich Internet Application

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: RIA라고 불린다). 이에 따라 종래의 테이프&VTR 구성으로 수행하던 작업을 IT화 된 영상 아카이브 시스템으로 대치하는 것이 가능해졌다. 지금까지 사용자와 사용장소가 한정되어 있던(즉 영상기기에 얽매어 있던) 영상조작 작업은 IT화에 의해 영상 촬영과 동시에 전 사원을 대상으로 IT 서비스를 자유로운 장소에서 병행하여 작업할 수 있게 되었다.

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마지막으로, 소셜 기반 서비스에서는 YouTube로 보여지듯이, 유저 자신에 의한 코멘트 부여, 유저 사이의 정보 교류 및 시청이력 분석에 의한 관련 컨텐츠 추천기능 등을 제공한다. 영상 내용에 관심이 있고 인원수도 많은 엔드 유저에게 별 느낌 없는 감상을 기분 좋게 쓰게 함으로써, 메타데이터를 대량으로 수집할 수 있다. 이 방법으로 메타데이터를 대량으로 수집할 수 있는 반면, 노이즈적인 데이터도 섞여 있어 메타데이터의 품질이 저하된다.

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이 과제에 대해서는 통계 분석이나 고성능의 문서검색 기술에 의해 보완될 수 있다고 생각한다.

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넓은 의미의 영상 아카이브

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넓은 의미의 영상 아카이브는 업무 시스템 안에 편성된 영상 아카이브라고 평가되며 업무 서비스나 그 외의 서비스의 일부분으로서 영상 아카이브가 연동하는 구성을 이루고 있다.

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이러한 형태의 아카이브에서는 영상검색 및 메타데이터 관리 서비스는 업무 데이터 관리 시스템과 연동한다. 예를 들어, 방송국 업무의 경우 프로그램 기획서·대본·취재 데이터베이스에서 관련된 프로그램·시간을 추출하여, 이것을 영상의 메타데이터로서 검색 정확도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 영상과 검색 기사와 시청률 그래프를 나란히 표시하는 것 등이 실현 가능하다.

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인터넷상의 IT 서비스와 사내 영상 아카이브의 연동(통칭 ‘매시 업’)도 앞으로 증가할 것이라고 생각한다. 연동의 예로는 인터넷의 지도 서비스와의 연동에 의한 영상촬영 장소 관리나 사전 서비스나 뉴스 서비스 등의 정보를 영상관련 데이터로써 영상과 동시 시청할 수 있는 영상내용 분석 서비스 등을 들 수 있다.

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영상 아카이브처럼 50년, 100년 사용하는 것을 상정하는 시스템과 비교하면, IT 시스템의 수명은 일반적으로 짧다. 말단 업무나 IT 서브시스템, 주변기기는 수년의 오더로 변경이 이루어지고 있는 실정이다. 넓은 의미의 영상 아카이브는 다른 시스템 및 인터넷 서비스와 다수 연동하기 때문에, 이러한 주변 시스템의 변경에 의한 아카이브에의 영향은 크다. 이 때문에 주변 시스템의 변경에 견디는 아카이브 아키텍처가 필수이다. 이전과 같이 개별 영상 기기의 인터페이스에만 주목해 시스템을 설계하는 것이 아니라 전체적인 업무 지향(경영 목적 지향)의 IT 서비스화 설계가 중요해진다. 이와 같은 IT 서비스를 지향한 설계방법은 최근 SOA(Service Oriented Architecture)라고 불리며 확대되고 있다.

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영상 아카이브의 요소기술

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영상·음성 압축

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영상 아카이브에 있어서 기록할 영상 데이터를 압축하는 것은 스토리지 용량이나 데이터의 이동에 필요한 네트워크 등의 장치규모 전체를 작게 함으로써 비용을 절감하는데 있어서 매우 중요하다. 따라서 용도에 비추어 필요한 품질을 얻을 수 있는 범위에서, 가능한 한 높은 압축률을 얻을 수 있는 데이터 방식이 바람직하다.

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한편으로, 영속성을 확보하기 위해서는 수명이 긴 데이터 방식이 중요하다. 데이터 압축기술은 해마다 진보해 다양한 데이터 방식이 출현하고 있지만, 독자 방식 등 수년 동안 시장에서 소멸된 데이터 방식도 있다. 영상 아카이브 구축에서는 예를 들면 10년 후에 그 파일 형식을 재생할 수 있을 지의 고려가 필요하다.

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수명이 짧은 압축방식의 경우, 가령 그 방식이 품질에서 우수하다고 해도, 수년 후에는 사용 가능한 다른 방식에의 재변환(트랜스 코드)이 필요해진다. 재변환에서는 어떠한 뛰어난 방식으로 압축해도 변환전의 품질이 열화하여 복원될 수 없다. 단기간에 재변환을 반복하면 열화가 더욱 축적된다.

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영상 아카이브에서 자주 사용되는 공적인(독자 방식이 아니다) 영상압축 규격은 ISO/IEC MPEG-11)/-22)/-43), ITU H.264(MPEG-4 AVC)4), VC-15)등이 있다. 차세대 규격으로서는 H.265가 심의되고 있다. 음성압축으로서는 MP3(MPEG-1 Audio Layer-3)나 AAC(MPEG-2, MPEG-4 로 제정) 등이 있다. 또한, 화상 센싱 용도에서는 고주파수 성분이나 비트 분해능이 압축에 의해서 열화하는 것을 막기 때문에 비압축 형식(예: 음성 PCM)이나 가역 압축 형식(로스레스 압축이라고도 불린다), 광대역화(8bit 대역→ 10/12bit화) 등도 선택사항이 된다. 로스레스·광대역 압축은 MPEG, H.26x 계열, JPEG 등으로 옵션 규격이 준비되어 있다.

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덧붙여, 압축 형식이나 영상 기기를 결정할 때 같은 압축 형식을 취급하는 기기에서도 압축 파라미터나, 옵션규격(프로파일·레벨 등), 다중화 형식 등의 조합에 따라서는 데이터 교환을 할 수 없는 경우가 있어 주의가 필요하다.

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다중화형식(컨테이너 형식)

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다중화형식은 시스템 간이나 서브시스템 간에 걸쳐 데이터를 교환하는 경우에 중요하다. 영상, 음성에 부수하는 메타데이터에 액세스하기 쉽도록 이러한 것들을 1개의 파일로 다중화하는 형식을 이용하는 경우가 많다.

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영상·음성·메타데이터를 다중화하는 데이터 형식으로서는 MPEG-2 TS2), MPEG-4 MP43)(엄밀하게는 MPEG-21/-A 등에서도 정의된다), SMPTE MXF6), 그 외에 여러 종류의 벤더 형식이 있다. 영상과 메타데이터의 혼재 형식으로서는 MP4와 방송 업무 분야에서 이용되는 MXF 등이 있다.

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모두 KLV 형식 (Key(정보 종별)-Length(데이터길이) -Value(데이터 본체))로 기록하기 때문에, 다양한 데이터를 단일 파일에 기록할 수 있다. 다만 최근에는 영상파일과 메타데이터를 다른 파일 또는 다른 서비스로 관리하는 방법도 증가하고 있다. 다른 관리를 하는 경우는 XML 형식이 최근 자주 이용된다.

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메타데이터, 영상인식

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(1) 메타데이터 기술 내용(스키마)

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메타데이터의 동향은 MPEG-77)/-218), MXF, 파일 베이스 영상 제작 시스템의 상황을 보면 알기 쉽다. 메타데이터의 기술 내용(스키마라고 불린다)에는 여러 가지가 있지만, 대개, (a)영상 압축 형식, (b)영상 구성(영상 신 계층, 편집 지시), (c)저작자·장소·권리 정보, (d)화상·음성 특징량이 있다. 그 외에도 (e)시청자 정보(이름, 시청이력, 과금, 단말 정보), (f)변경 버젼 정보·컬렉션 정보가 있다. 게다가 (g)유저의 업무 수행상의 여러 가지 업무 정보도 포함되는 경우도 많다.

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(2) 영상인식 기술

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영상인식기술은 폭이 넓다. 기술의 부감에는 MPEG-7 규격 등을 참조하면 좋다. 실용적으로는 영상 신 변화점 인식, 이동체검지·넘버인식(감시 시스템)이 보급되어 있다. 최근에는 얼굴 검지·식별 기술이나 음성인식·화자식별 기술이 보급되고 있어, 앞으로 영상 아카이브에의 적용이 진행될 것이라고 생각된다.

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설계 고려사항으로는 잘못된 인식을 어떻게 취급할 것인가가 있다. 잘못된 인식의 허용 레벨, 다른 데이터(다른 센서)로의 보정, 사람 손에 의한 보정 등의 설계가 필요하다.

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(3)최근 동향

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MPEG-7(2002년 제정~)은 메타데이터 기술의 구조와 유사검색 기술을 확립한 점에서 높이 평가되고 있지만, 지나친 다양화·범용화 때문인지 보급에 시간이 걸리고 있다.

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SMPTE MXF(2004~)에서는 방송 현장에 특화한 기술 내용으로서 DMS-1(Descriptive Metadata Scheme-1)을 정의했다. 기술항목이 많기 때문에 실제 운용에서 어느 항목을 사용해야만 하는지, 앞으로 협의해 나갈 필요가 있다.

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권리 관리·시큐리티 관리

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권리 관리·시큐리티 관리로서는 (1)영상을 특정 사람, 특정 조건(기간 등)에서만 시청 가능하게 하는 기술 (2)시청 이력을 통해 과금 등에 이용하는 기술이 있다. 이 분야는 멀티미디어 프레임 워크의 표준 MPEG-21가 망라해서 쓰이고 있다. MPEG-21에서는 미디어 컨텐츠(MPEG-21에서는 디지털 아이템이라고 불린다)의 구성 정의, ID관리, 권리사용 조건(REL, RDD), 시청 단말기에의 적응, 영상 분류(디지털 워터마킹 등), 시청 이벤트 관리 등이 규정되어 있다. 그러나 실제 영상 아카이브에서는 다양한 벤더 표준이나, CPRM(Content Protection for Recordable Media : 패키지 미디어 대상의 컨텐츠 보호 기구), DLNA(Digital Living Network Alliance : 가정내 LAN 대상의 컨텐츠 보호 기구), B-CAS(BS Conditional Access System : 위성방송용 액세스 제한 기구) 등의 분야별로 표준화되고 있다.

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마지막으로

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영상 아카이브를 실현하려고 할 때에 고려해야 할 점, 주목해야 할 기술에 대해 서술했다. 아카이브 시스템은 필연적으로 영속성이 요구되고 그것을 실현하기 위해서는 시스템 전체를 서브 시스템(IT 서비스)으로 분할하여 그 사이를 소결합(疏結合)으로 묶는 아키텍처가 유효하다.

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서브시스템에서 활용되는 최근 기술에 대해서도 몇 가지 소개했지만, 그러한 기술은 해마다 진보하고 있다. 현시점에서 최적인 것을 선택하는 것과 동시에, 수년 후에는 더욱 우수한 것으로 대체하는 것을 사전에 전제로 해두는 것이 중요하다. 장기간에 걸쳐 사용되는 아카이브 시스템을 진보가 빠른 기술의 조합으로 구축하는 것이기 때문에 장기적인 전략이 특히 중요하다.

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참고문헌

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1）“ISO/IEC 11172 Information technology Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/s” (1993)

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2）“ISO/IEC 13818 Information technology Generic coding of moving pictures and associated audio information” (1994)

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3）“ISO/IEC 14496 Information technology Coding of audio-visual objects” (1998)

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4）“ISO/IEC 14496-10 Information technology - Coding of audio-visual objects - Part10” (2003)

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5）“SMPTE 421M-2006 Television-VC-1 Compressed

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Video Bitstream Format andDecoding Process” (2006)

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6）“SMPTE 377M Material Exchange Format (MXF)-File Format Specification” (2004)

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7）“ISO/IEC 15938-1 Information technology Multimedia content description interface” (2001)

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8）“ISO/IEC 21000 Information technology Multimedia framework (MPEG-21)” (2001)

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<글 : 오오키 야스유키(Ooki Yasuyuki), 시라이시 마사오(Shiraishi Masao), 시바타 코이치(Shibata Kouichi) (주)히타치 컨설팅>

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[월간 시큐리티월드 통권 제164호(sw@infothe.com)]

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