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문제 정의
- KBS는 1TV와 2TV, 2개의 매체를 가지고 있기 때문에 UHD의무 편성 시간이 타 방송사 보다 길다. 때문에 시간과 비용이 많이 드는 후반제작 보다는 비교적 포맷의 변화가 적고 생방송으로 바로 송출할 수 있는 부조정실을 만드는 것을 목표로 하였다. 최종 사업 목표는 첫째 2개 이상의 데일리 생방송과 녹화 제작이 가능하고, 둘째 UHD와 HD 동시 제작이 가능하도록 하는 것이었다.
제안 방법
- KBS본관 부조정실의 메인콘솔은 MC56sc, 예비콘솔은 MC36으로 정하고 콘솔본체(HD-DSP Core)의 신호를 공유하여 이중화를 구성 하였다. 신관 부조정실의 메인콘솔은 Calrec社의 ARTEMIS, 예비콘솔은 YAMAHA社의 DM1000을 재활용하였으며 소스 신호를 분배하여 이중화하였다.
- 장비 이중화와 더불어 예비콘솔의 AoIP PGM도 별도 네트워크 구성을 하였다. PTP는 본관 Sync-generator를 Grand-Master로 정하고 Boundary Clock으로 오디오 네트워크 스위치를 통해 각 장비와 연결하였다. 또한 장애 시 VSM으로 콘솔 PGM과 개별 모니터 신호들의 소스 선택도 가능하게 하였다.
- VSM Panel을 각 부조정실에 설치하여 라우팅 및 주·예비 절체가 가능하도록 구현하였다.
- 이러한 편성이 가능하려면 최소 3개 이상의 부조정실과 제작 스튜디오를 구축해야 했는데, 초기투자비용 절감과 IP구축방식의 장점을 살려 기존의 1:1구조가 아닌 하나의 부조정실(M)에서 다수의 스튜디오(N)를 운용할 수 있도록 M:N구조로 설계하였다. 그리고 IP로 변환된 신호를 통합 운영할 수 있는 데이터센터를 만들어 멀티캐스트 방식으로 공유하도록 하였다.
- Sync-generator는 Tektronix SPG8000A를 본관과 신관에 설치하고 본관에 GPS안테나를 설치하여 Locking시켰다. 그리고 PTP 신호를 싱글모드 광케이블로 전달하여 신관 시스템과 동기화하였다.
- 기존의 SDI라우터와 분배기를 대신해 네트워크 스위치를 사용하였으며 멀티캐스트 방식을 이용하여 신호를 공유하고 필요한 장비로 전송하였다. 동일 네트워크에서는 IGMP Ver.
- 네트워크 설계의 핵심은 향후 IP 비압축 표준인 SMTPE-ST2110으로의 마이그레이션과, 향후 확장을 고려하여 비압축 표준을 기준으로 Bandwidth를 설계하였다. 모든 미디어 네트워크는 Main/Backup 이중화을 기본으로 Spine/Leaf구조로 비디오와 오디오 미디어, 장비컨트롤 네트워크를 분리하여 구성하였다.
- 영상기술표준은 SMPTE ST 425-5(Quad Link SDI)와 SMPTE ST 2022-6(VoIP)를 혼용하여 사용하였다. 당시 IP 입/출력을 지원하는 소스단 장비가 많지 않아서 Quad-SDI를 VoIP(Video over IP)로 변환하는 IP Gateway를 사용하였다. ST 425-5표준은 최대 12Gbps의 단일 이미지를 4개의 3G Quad–SDI링크를 이용하여 전송하는 방식으로 SQD방식과 2SI방식이 있다.
- 기존의 SDI라우터와 분배기를 대신해 네트워크 스위치를 사용하였으며 멀티캐스트 방식을 이용하여 신호를 공유하고 필요한 장비로 전송하였다. 동일 네트워크에서는 IGMP Ver.2기술을 사용하여 Query와 Join메시지를 상호 교환하여 멀티캐스트 그룹을 관리하고, 타 네트워크에서는 PIM기술을 사용하여 구현하였다.
- 네트워크 설계의 핵심은 향후 IP 비압축 표준인 SMTPE-ST2110으로의 마이그레이션과, 향후 확장을 고려하여 비압축 표준을 기준으로 Bandwidth를 설계하였다. 모든 미디어 네트워크는 Main/Backup 이중화을 기본으로 Spine/Leaf구조로 비디오와 오디오 미디어, 장비컨트롤 네트워크를 분리하여 구성하였다. 백본과 비디오 관련 네트워크 스위치는 각 포트에 Transceiver교체만으로 40G/100G로 전환이 가능한 CISCO NEXUS N9K-9236C으로 설계하였으며, 비디오 IP converter의 10G 입, 출력은 MPO(Multi-fiber Push On)을 이용해 40G로 변환 후 백본 스위치로 입력된다.
- 모든 미디어 네트워크는 Main/Backup 이중화을 기본으로 Spine/Leaf구조로 비디오와 오디오 미디어, 장비컨트롤 네트워크를 분리하여 구성하였다. 백본과 비디오 관련 네트워크 스위치는 각 포트에 Transceiver교체만으로 40G/100G로 전환이 가능한 CISCO NEXUS N9K-9236C으로 설계하였으며, 비디오 IP converter의 10G 입, 출력은 MPO(Multi-fiber Push On)을 이용해 40G로 변환 후 백본 스위치로 입력된다. 이 장비는 Throughput 7.
- 최종 사업 목표는 첫째 2개 이상의 데일리 생방송과 녹화 제작이 가능하고, 둘째 UHD와 HD 동시 제작이 가능하도록 하는 것이었다. 이러한 편성이 가능하려면 최소 3개 이상의 부조정실과 제작 스튜디오를 구축해야 했는데, 초기투자비용 절감과 IP구축방식의 장점을 살려 기존의 1:1구조가 아닌 하나의 부조정실(M)에서 다수의 스튜디오(N)를 운용할 수 있도록 M:N구조로 설계하였다. 그리고 IP로 변환된 신호를 통합 운영할 수 있는 데이터센터를 만들어 멀티캐스트 방식으로 공유하도록 하였다.
대상 데이터
- UHD카메라는 Ikegami UHK-430 16대를 본관 및 신관 스튜디오에 배치, 비디오 서버는 SAM LiveTouch 5대를 묶어 2개의 부조정실에서 사용가능하도록 구성하였다. 카메라는 UHD와 HD를 동시 지원하고 UHD는 소스용으로, HD는 모니터용으로 사용하였다.
- 신관 부조정실의 메인콘솔은 Calrec社의 ARTEMIS, 예비콘솔은 YAMAHA社의 DM1000을 재활용하였으며 소스 신호를 분배하여 이중화하였다. 콘솔 내부 I/O는 StageBox(IP Converter)를 거쳐 본관은 Ravenna와 신관은 Hydra2로 전송하고, 외부 장비들 간 I/O는AES67을 사용하였다. 장비 이중화와 더불어 예비콘솔의 AoIP PGM도 별도 네트워크 구성을 하였다.
이론/모형
- Fail Over표준은 SMPTE ST 2022-7표준을 이용하였다. 이는 하나의 네트워크 회선에 문제가 생길 시 끊김 없이 자동 절체를 해주는 IP전송 표준이다.
- IP신호의 동기를 위한 PTP(Prescision Time Protocol)는 IEEE1588표준 시간 전송 프로토콜을 사용하였다. PTP Clock방식은 크게 두 가지로 분류 되는데, 네트워크 포트가 Master 또는 Slave로 동작하는 방식의 Boundary Clock과 PTP메시지만 전달하는 방식의 Transparent Clock이 있다.
- 영상기술표준은 SMPTE ST 425-5(Quad Link SDI)와 SMPTE ST 2022-6(VoIP)를 혼용하여 사용하였다. 당시 IP 입/출력을 지원하는 소스단 장비가 많지 않아서 Quad-SDI를 VoIP(Video over IP)로 변환하는 IP Gateway를 사용하였다.
- 음성기술표준은 AES/EBU와 AoIP표준인 Ravenna/AES67을 이용하였다. AES67은 비디오신호(VoIP)와의 Muxing/De-Muxing관계로 비디오장비에서 지원하는 24bit, 48kHz와 Stream당 8채널을 사용하였다.
후속연구
- 또한 체계적으로 IP를 관리 하고 모니터 할 수 있는 다양한 관련 표준들이 발표를 앞두고 있어 시스템 관리도 점점 수월해 질 것이다. KBS는 본 프로젝트를 통해 축적된 노하우를 바탕으로 방송 및 네트워크 관련 장비에 추가 고려되어야 할 기술을 분석하여 반영되도록 노력할 것이다. 또한 네트워크 기술이 방송 시스템에 깊숙이 들어와 있는 상황을 고려하여 방송 네트워크 엔지니어의 육성에 더욱 힘을 쓸 것이다.
- KBS는 본 프로젝트를 통해 축적된 노하우를 바탕으로 방송 및 네트워크 관련 장비에 추가 고려되어야 할 기술을 분석하여 반영되도록 노력할 것이다. 또한 네트워크 기술이 방송 시스템에 깊숙이 들어와 있는 상황을 고려하여 방송 네트워크 엔지니어의 육성에 더욱 힘을 쓸 것이다.
- 향후 비압축 IP표준을 적용한 다양한 장비들이 개발이 되면 IP전송방식은 더욱 보편화가 될 것으로 예상된다. 또한 체계적으로 IP를 관리 하고 모니터 할 수 있는 다양한 관련 표준들이 발표를 앞두고 있어 시스템 관리도 점점 수월해 질 것이다. KBS는 본 프로젝트를 통해 축적된 노하우를 바탕으로 방송 및 네트워크 관련 장비에 추가 고려되어야 할 기술을 분석하여 반영되도록 노력할 것이다.
- 향후 비압축 IP표준을 적용한 다양한 장비들이 개발이 되면 IP전송방식은 더욱 보편화가 될 것으로 예상된다. 또한 체계적으로 IP를 관리 하고 모니터 할 수 있는 다양한 관련 표준들이 발표를 앞두고 있어 시스템 관리도 점점 수월해 질 것이다.
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