IP 기반 방송 미디어 제작 장비 영상 전송 인터페이스 기술 동향(3/3회)

금일은 마지막 연재로 IP 기반의 UHD 방송시스템 적용 사례에 대하여 살펴보겠습니다.

IP 기반 방송 미디어 제작 장비 영상 전송 인터페이스 기술 동향(3/3회)

 

3. IP 기반의 UHD 방송시스템 적용 사례

1) IP 기반 방송시스템 도입 사례

O 방송 장비의 인터페이스 기술은 다양해지고 있으며, 고품질의 대용량 광대역 기반으로 변화하고 있습니다. IP 기술은 이러한 변화에 효율적으로 대응할 수 있습니다.

O IP 기술은 규모, 투자, 그리고 향후 발전 전망에서 방송 산업을 넘어서는 IT 산업의 핵심 프로토콜입니다. IP 환경에서는 전송 계층이 전통적인 방송의 SDI 기반 베이스밴드 전송 기술을 넘어서는 초광대역의 비트 전송률과 라우팅 기술을 갖추고 있습니다. 따라서, IP 기술은 UHD 방송 제작 환경에 적합한 솔루션이라고 할 수 있습니다.

O IP 기술의 도입으로 기존 방송 제작 및 송출 워크플로우에 변화를 줄 수 있습니다. 기존에는 스튜디오, 기계실, 조정실이 하나의 세트로 구성되어 있었다면, 이제는 데이터센터를 중심으로 스튜디오와 조정실을 독립적으로 구성할 수 있습니다.

O 이러한 구성 방식은 프로그램의 성격에 따라 여러 스튜디오를 하나의 조정실에서 제어할 수 있는 통합 부조정실 모델과, 광범위한 지역에서 동시 다발적으로 진행되는 원격 제작 워크플로우에 유연하게 대응할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

O 글로벌 방송 제작사의 UHD시스템 구축 동향

* 일본의 NHK, 호주의 NEP, 영국의 BBC, 스위스의 SFP, 캐나다의 CBC 등은 All IP 인프라를 사용하여 인프라 투자 비용 대비 효율적인 방송 워크플로우를 도입하고 있습니다.

* 아래 표는 공개가 가능한 장비 제조사의 자료를 바탕으로 작성된 것으로, 실제로는 이외에도 많은 방송사와 기관들이 IP 인프라를 도입하고 있는 것으로 판단됩니다.

 

표 6. 전세계 방송사의 IP 기반 방송시스템 도입 현황 (UHD, 기타 HD), 출처: Lawo, imagine Communication, 2024.06.21

연도	방송사	국가	사업명
2017	NEP Australia	Australia	NEP Fox Sports The HUB Project
2017	Fox Sports	Australia	New Infrastructure
2017	Proximus	Belgium	Remote Production Infrastructure
2017	NRK	Norway	NRK-Bergen- V__matrix
2017	NEP Media Solutions/Creative	Netherlands	NEP Creative Technology / Expansion Cloud 2
2017	NRK	Norway	NRK MCB Matrix MV
2017	Univision	USA	Video Core Infrastructure
2017	CBC Toronto	Canada	CBC MTL - MRC Regional Studio
2017	NEP Belgium	Belgium	Broadcast Solutions Streamliner OB Van
2017	Dorna Sports, Madrid	Spain	Dorna MotoGP MV & Streaming System
2017	Council of Europe, Brüssels	Belgium	Consilium - Link BXL-LUX - NAV
2018	Globosat, Rio de Janeiro	Brazil	Globosat-LineTrade_Globosat Production Centre_V__matrix
2018	TV Globo, Sao Paulo	Brazil	Globo Rio Project V_matrix
2018	Plazamedia	Germany	Plazamedia_V__matrix
2018	SuperSport	South Africa	SuperSport_Inala_V__matrix router Johannesburg
2018	ORF, Vienna	Austria	ORF_OB1_V_Matrix
2018	European Parliament	Belgium	EP V__matrix
2018	ITN	UK	English Football League Project
2018	MEDIAparc - Fribourg	CH	New Media House
2018	RTL	Belgium	New Video Matrix
2018	SIC	Portugal	New Broadcast Centre
2018	Haikou TV	China	TV Studio Project
2018	QVC Japan	JAPAN	e-commerce Broadcasting System
2018	tpc	Switzerland	OB Truck
2019	Tencent	China	UHD Production
2019	Fox Woodland	USA	UHD Production
2019	Guangdong TV	China	TV Studio Project
2019	CCTV 4K EFP	China	Mobile Flightpack
2019	Technomax	Japan	OB-Van
2019	NHK Setagaya	Austria	R&D test
2019	CBC	Canada	Large Infrastructure
2019	Eurosport France	France	Distributed Infrastructure
2019	Eurosport UK	UK	Distributed Infrastructure
2019	Gamecreek USA	USA	OB-Van #2
2019	Gamecreek USA	USA	OB-Van #3
2019	NEP	USA	SS8 OB-Truck
2019	RTBF	Belgium	2x OB-Vans
2019	DPG media	Belgium	Infrastructure and distributred production
2019	Win Sports +	Colombia	TV Studio Project
2019	Dropbox	USA	Large Corporate TV platform
2019	Apple	USA	AVCN Video Conferencing network Cupertino
2019	Apple	USA	AVCN Video Conferencing network Austin
2019	NEP	USA	SS9 OB-Truck
2019	Texas Rangers	USA	Baseball Stadium control Room
2019	NBC Sports	USA	dmv Multiviewer for Stamford HQ
2020	Channel NINE	Australia	Large Infrastructure
2020	Grupo Globo	Brazil	Remote production project
2020	TV2 Norway	Norway	TV Studio Project
2020	RTVE	Spain	Large Infrastructure
2020	NEP	USA	SS4 OB-Truck for Tokyo 2020
2020	NEP	USA	2x OB-Trucks
2020	FOX	USA	New York facility large IP Infrastructure
2020	BBC Wales	UK	Central Square Project
2024	NHK	JAPAN	NHK Regional Broadcasting Station (지역국만 단계별로 진행 중)

 

 

2) IP 기반 미디어 노드 Control & Management 기술 적용 사례

O Control & Management

* IP 시스템에서 Source & Destination 스위칭 작동은 SDI 시스템 운용과 같은 워크플로우로 동작합니다.

* 즉, 하드웨어 또는 소프트웨어 패널 또는 자동화 시스템과 같은 사용자 인터페이스를 제공하는 User/Operation/Application Layer, 컨트롤러인 Broadcasting Control Layer & Network Management Layer, 라우터와 방송 노드인 Infrastructure & Device Layer 등으로 구성되어 동작합니다.

그림 6. IP 기반 방송시스템 스위칭 작동 계층 구조, 출처: Gregor Erlitz, Head of Sales APAC, Lawo

 

* User/Operation/Application Layer
 방송프로그램 제작과 배포를 위한 Source & Destination 운용을 위한 UI/UX를 제공하는 라우팅 제어 시스템으로 영상 전환을 위해 운영자가 제어판의 XY 연결 명령을 실행하여 Broadcasting control Layer를 제어하는 계층입니다.

그림 7. IP 기반 방송시스템 Multi Viewer control 장비, 출처: CBC, 2019

 

그림 8. IP 기반 방송시스템 Management 장비, 출처: CBC, 2019

 

* Broadcasting Control Layer
 User/Operation/Application Layer에서 입력된 XY 연결 명령에 Broadcast Controller DB를 참조하여 Source 멀티캐스트 및 대상 IP로 변환하고 엔드 포인트 및 네트워크 모두와 통신하는 layer입니다.
 또한 Broadcasting Controller는 네트워크 스위치 제조사에서 제공하는 API 또는 SDN 프로토콜을 제어하는 네트워크 컨트롤러를 제어하는 계층이며, 이 기능을 제공하는 공급업체 목록은 아래와 같습니다.

 

표 7. IP 기반 미디어 노드 Control System Providers, 출처: 인터넷, 2024.06.20

제조사	품명	기능
Lawo	VSM, vsmSOUL, HOME	IP Broadcast Control and Workflow Solution, Seamless Orchestration And Unification Layer, CONNECTED. SECURED. MANAGED. PROCESSED.
Grassvally	GV Orbit	Dynamic System Orchestrator for SDI, IP and Hybrid Networks
evertz	Magnum-OS	Complete System Control, Orchestration, Monitoring, and Analytics
Imagine Communications	Magellan Control System	Control and Routing for IP and SDI Systems,
EVS	Cerebrum	Easily control, configure, orchestrate and monitor your workflows in any production environment
Broadcast Solutions	Hi	Control tool for broadcasting and media infrastructures
Sony	Leo, IP LSM, VideoPath	Live Element Orchestrator, Live System Manager, Network Virtualization Orchestrator

 

* Network Management Layer
 Broadcaster Controller에서 전달된 멀티캐스트 IP 주소 Connection에 대한 Bandwidth Management, Setup QOS, Access Control, Policing, Pre-route the flows 등을 제어합니다.
 IGMP는 Bandwidth Management를 지원하지 않기 때문에 UHD 영상 전송을 위한 안정된 대역폭 확보를 위해서는 Broadcaster Controller와 Network Controller 사이에서는 Bandwidth Reservation을 위해 IS-06 API 또는 그 대안으로 Arista는 자체 API를 갖추고 있는데 이는 AMCS(Arista Media Control Service)라고 합니다. (기타 Network Switch 제조사도 갖추고 있는 API 가 있겠지만 정보 요청에 답을 받질 못해 Arista 제품만 명기함)
 Network Controller와 Network Switch 사이 제어는 네트워크 스위치 공급업체의 특정 프로토콜을 사용하여 제어하거나 Open Daylight 같은 SDN 프로토콜을 사용할 수 있습니다.
 다만, Network Controller와 Network Switch는 일반적으로 같은 공급업체이기 때문에 Interface는 개방형 프로토콜일 필요는 없습니다.
 다음엔 윗 부분의 내용은 실제 구축사례를 참조로 재 포스팅할 예정입니다.

O Arista MCS (Media Control Service) & Cloud Vision

* IP기반 미디어 장비의 Network 부문 중 가장 많은 구축 사례를 보유한 Arista사의 제품 특징은 아래와 같습니다.
 MCS는 대역폭 인식 기능이 없는 PIM/IGMP/LAG의 a*,G 전달 모델이 미디어 애플리케이션에 적합하지 않아 스트림을 보다 빠르게 병렬 전송을 위한 솔루션을 제시합니다.
 스트림 상태와 대역폭을 적용하는 표준화된 방법이 없고 원격 측정이 미흡한 점을 해결하고 안정적인 멀티캐스트 전송을 위한 대역폭 감시와 혼잡 제거를 위한 메커니즘을 제공합니다.
 아래는 Arista 네트워크 Topology와 IP 제어 장비인 LAWO vsmSOUL과의 연동 사례입니다.

그림 9. Arista Network Supported Topology, 출처: Arista Confidential. Copyright © Arista 2020. All rights reserved.

 

그림 10. Arista MCS with LAWO vsm SOUL, 출처: Arista Confidential. Copyright © Arista 2020. All rights reserved.

 

 

3) IP 기반의 UHD 방송시스템 테스트 방안 및 고려사항

O IP 기반 UHD 방송 시스템 테스트 구성도

* 다양한 장비와 솔루션들이 IP 설정 후 제어까지 잘 작동되어, 각 제조사의 IP 기반 미디어 노드의 준비도와 적합성은 양호한 결과를 보여줬습니다. 각 방송사에서도 IP방송시스템을 테스트하면 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이라는 판단입니다.

그림 11. IP 기반의 UHD 방송시스템 테스트 구성도

 

* 아래 표는 IP 기반 방송시스템 테스트를 위한 기본 적인 점검표이며, 본 점검표의 기술 및 스펙을 완벽하게 만족시키는 미디어 노드는 없었습니다.

 

표 8. IP 기반 방송시스템의 표준 기술 및 인터페이스 적합성 점검표

제조사
장비/품명
일자
Layer	표준 기술 및 인터페이스 스펙	구현 일자
1.Media Transport	Single link video SMPTE ST 2110-20
	Software-friendly SMPTE ST 2110-21 Wide video receivers
	Universal, multichannel and low latency audio SMPTE ST 2110-30 Level B
	Stream protection with SMPTE ST 2022-7:2018
2.Time and Sync	PTP monitoring with IETF RFC 8575 or RFC 8173
	PTPv2 configurable within SMPTE and AES profiles
	Multi-interface PTP redundancy
	Synchronization of audio, video and data essences
3.Operational Control	Discovery and Registration: AMWA IS-04, BCP-002
	Connection Management: AMWA IS-05
	Device Control: Open Methods and AMWA IS-07
	Audio Channel Mapping: AMWA IS-08
	Topology discovery: LLDP
4.Configuration and Monitoring	IP assignment and low-level configuration: DHCP, AMWA IS-09
	Open configuration management –e.g. YANG model/Open Config, Open API, SSH
	Open monitoring protocols –e.g. YANG model/Open Config, MQTT, Syslog, SNMPv3
5.Security	EBU R 148 Security Tests
	EBU R 143 Security Safeguards
	Secure HTTPS API calls: AMWA BCP-003

 

O SMPTE ST-2110 기반 방송시스템 도입 시 고려사항

* 마지막으로, IP 기술을 활용하면 유연하게 다목적의 소프트웨어 정의 하드웨어와 개방형 소프트웨어 제품을 사용할 수 있는 환경이 조성되어 제작과 배포를 보다 유연하고 쉽게 자동화할 수 있지만 이러한 장점 외에 IP 기반 시스템 도입 시 고려해야할 주요사항은 아래와 같습니다.

 

표 9. SMPTE ST-2110 기반 방송시스템 도입 시 고려사항, 출처: Paul Macklin (Vimond) and Alexander Sandstrom (Net Insight)

구분	고려사항	관련 내용
일반사항	Scale of system 500x500 plus	§ 시스템 규모에 따른 네트워크 토폴리지 § 단일 싱글 코어 스위치 또는 단순화된 Spine & Leaf 모델 등의 선택에 영향
	Redundancy on all devices	§ ST-2022-7 이중화 지원
	Amounts of devices	§ 네트워크 토폴리지 모델 선택
	Number of clean and dirty switching routes	§ 네트워크 대역폭 및 포트 수
	Blocking or non-blocking	§ 트래픽 Loop 방지
장비	Devices Traffic shaping compatibility (N/NL/W)	§ 미디어 노드간 송수신 패킷 속도와 간격에 따른 수신기 버퍼 사이즈
	Confirm Audio Levels agreed (A, B, C or Mix)	§ AES67은 Profile A 만 의무사항이며 B, C, Mix는 선택사항으로 오디오 채널 설계 시에 반드시 장비 스펙 확인
	Timing, calculate jitter in signal flow vs receive level A/B/C	§ Receive 성능 점검 필요
	2022-7 Compatibility on NIC	§ ST-2022-7 준수
	Control: In bound or Out bound	§ 컨트롤 신호 모드에 따른 코어스위치와 컨트롤 전용 스위치 운영 방안
스 위 치	Leaf and Spine vs Single Chassis Switch	§ 시스템 규모에 따른 네트워크 토폴리지
	Single Sided or 2022-7	§ 이중화 설계
	Port Speeds: 10G, 25G. 40G, 50G, 100G, 400G?	§ 미디어 노드 별 운영 대역폭 및 네트워크 대역 산출
	Switch Boundary PTP or Transparent	§ PTP지원
	Distance between switches and devices	§ 거리에 따른 네트워크 토폴리지 구성 방안
제어 & 감시	Control & Monitoring	§ NMOS 또는 NMOS기능 보완API 검토
	Switches Managed or Unmanaged (L2/L3 SDN)	§ Network Controller의 스위치 제어 방식
	IGMP v1, v2 or v3	§ IGMP v3 지원 여부를 검토
	SNMP, API	§ 장애 등 모니터링 방안 검토
	Hierarchical Software solution or Single Application	§ NMS 지원 및 API 구성 범위 검토

 

 

참고문헌

(1) CJ Olivenetworks Media Business Team IP 시스템 POC 구성도(상암 CJ ENM 6층, ’24.6.10~21)
(2) tech.ebu.ch/pyramid
(3) CANARE社 ‘DATASHEET”
(4) “UHDTV 방송표준의 화질 관련 주요 파라미터” 월간방송과 기술 Vol 232
(5) Presented to Lawo and DongYang Digital, 2019.02.20
(6) Lawo, imagine Communication, 2020.07.28
(7) Gregor Erlitz, Head of Sales APAC, Lawo
(8) Arista Confidential. Arista 2020
(9) Paul Macklin (Vimond) and Alexander Sandstrom (Net Insight)
(10) KBS “2017 IP기반 UHD 부조정실 구축 RFP”
(11) KOCCA "2018 해외콘텐츠시장 분석 연구"
(12) KTV 국민방송 " 방송시스템 성능 향상 설계 보고서"

 

 

 

정보통신기술사 김차신