KR102267559B1 - Ip 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템 - Google Patents

Ip 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명은, 이동 단말기의 영상에 실시간으로 접근하기 위한 리버스 터널링(reverse tunneling) 기법과 이동 단말기의 영상을 보호하기 위한 장애 조치 기법이 적용되고 대량의 영상을 동시에 모니터링할 수 있다. 본 발명에 따르면, 디스플레이 서버는 영상 공급 장치로부터 직접 영상 스트림을 수신하고 디코딩한 후 장착된 모니터 화면에 표출하기 때문에 비디오 월 전체 화면에 더 많은 영상을 동시에 표시할 수 있고, 리버스 터널링 기법을 이용하여 실시간으로 이동 단말기 영상에 접근할 수 있고 클라우드 저장소 비용이 발생되지 않을 수 있으며, 규칙 기반으로 동작하는 장애 조치 기법은 네트워크 과부하를 유발하지 않으면서 이중화를 이용해 단말기 영상의 서비스 연속성을 유지할 수 있고, 본 발명에 따른 시스템은 다양한 통합 관제 환경에 적용이 가능하고, 기존 시스템의 변경을 최소화하면서 이동 단말기의 영상을 보호하고 원격에서 안전하게 접근할 수 있게 한다.

Description

IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템{System for monitoring integrated video based on IP video wall}
본 발명은 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 단말기의 영상에 실시간으로 접근하기 위한 리버스 터널링(reverse tunneling) 기법과 이동 단말기의 영상을 보호하기 위한 장애 조치 기법이 적용되고 대량의 영상을 동시에 모니터링 하도록 설계된 시스템에 관한 것이다.
CCTV 시스템은 영상 데이터의 증거 가치로 인정받음으로 인해, 시설물의 경비 혹은 보안 관제의 목적으로 실생활에 널리 사용되고 있으며, 인터넷 기술의 혁신으로 유무선 네트워크를 통해 고화질 고용량의 데이터를 실시간 처리할 수 있도록 발전하고 있다.
ICT 기술의 발달은 기존의 폐쇄형 CCTV 보안 장비 시장에도 크나큰 영향을 일으켰는데, 특히 자율주행 자동차와 무인 자동차, 스마트 시티같은 분야에서 영상 데이터의 중요성이 부각되면서, 영상을 활용한 다양한 기술이 나오고 있다.
U-City 환경에 필요한 통합 영상 모니터링 시스템은 다양하고 많은 영상과 이미지, 텍스트를 동시에 표시할 수 있어야 하고, 일반 CCTV 영상과 이동 단말기 영상을 통합해서 관리해야 한다. 또한 예기치 않은 장비의 결함이나 외부 공격에 의한 이동 단말기 영상의 손실을 막기 위한 결함 허용 기법이 요구된다.
한국공개특허 제2011-0011235호 (송세경) 2011. 2. 8. 특허문헌 1은 식당 홀의 모니터링 카메라를 이용한 영상처리 시스템 및 식당 통합 관리 시스템 그리고 그 영상처리 방법 및 그 식당 통합 관리 방법으로서, 특허문헌 1에는 식당 홀의 모니터링 카메라에 의해 촬상된 영상을 토대로 고객에 능동적인 서비스를 제공함과 아울러 식당 홀의 전체적인 상황을 분석 및 관리할 수 있는 내용이 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이동 단말기의 영상에 실시간으로 접근하기 위한 리버스 터널링(reverse tunneling) 기법과 이동 단말기의 영상을 보호하기 위한 장애 조치 기법이 적용되고 대량의 영상을 동시에 모니터링 하도록 설계된 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템은, 적어도 하나의 디스플레이 모니터와 연결되고, 영상 공급 장치로부터 인코딩된 영상을 수신하고, 인코딩된 영상을 디코딩해 디스플레이 모니터의 화면에 표시하는 복수개의 디스플레이 서버; 및 상기 복수개의 디스플레이 서버와 상기 영상 공급 장치의 목록을 관리하고, 상기 디스플레이 모니터의 화면 배치와 같은 영상 표시 과정을 통합 제어하는 월 제어기;를 포함하며, 상기 월 제어기는, IP 멀티캐스트 기반 프로토콜을 이용해 상기 복수개의 디스플레이 서버의 영상 프레임 재생을 동기화한다.
상기 월 제어기는, 표시될 영상이 복수의 디스플레이 모니터의 화면에 걸쳐서 표시되는 경우, 표시될 영상을 구성하는 복수의 영상 객체에 대한 정보를 생성할 때 임의의 고유한 영상 프레임 동기화 소스 ID를 한 개 생성해서 모든 영상 객체에 할당하고 마지막으로 생성되는 영상 객체를 마스터(master)로 지정하고, 생성된 복수의 영상 객체에 대한 정보를 상기 복수개의 디스플레이 서버로 제공하고, 상기 디스플레이 서버는, 마스터로 지정된 영상 객체만 영상 소스에 접속해서 영상을 수신하도록 하고, 수신한 영상은 동기화 소스 ID와 타임스탬프 정보를 포함하는 영상 프레임 패킷으로 변환하여 고정된 IP 멀티캐스트 주소로 전송하도록 하며, 고정된 IP 멀티캐스트 주소에서 영상 프레임 패킷을 수신해서 동일한 동기화 소스 ID가 할당된 영상 객체에 전달할 수 있다.
상기 디스플레이 서버는, 리버스 터널링(reverse tunneling)을 이용하여 이동 단말기의 영상에 접근할 수 있다.
상기 디스플레이 서버는, 게이트웨이 SSH 서버에 접속해서 리버스 터널링 연결을 통해 상기 이동 단말기의 영상 녹화기에 접근하여 영상과 메타 데이터, 이벤트 정보를 모니터링할 수 있다.
상기 리버스 터널링을 이용한 모니터링 과정은, 상기 이동 단말기의 영상 녹화기의 SSH 클라이언트가 상기 게이트웨이 SSH 서버에 접속해서 리버스 터널을 생성하는 과정; 상기 게이트웨이 SSH 서버의 특정 포트에서 새 연결을 대기하는 과정; 대기 상태에서 상기 디스플레이 서버가 상기 게이트웨이 SSH 서버의 대기 포트에 접속하는 과정; 상기 SSH 클라이언트가 상기 영상 녹화기에 연결하는 과정; 및 상기 디스플레이 서버와 상기 영상 녹화기는 상기 게이트웨이 SSH 서버를 거쳐 데이터를 송수신하는 과정;으로 이루어질 수 있다.
상기 이동 단말기는, 규칙(rule)을 기반으로 장애 발생 시 조치를 취하며, 상기 규칙은, 검사 대상, 검사 방법, 상태별 카메라 구성 정보, 및 백업 정보를 포함할 수 있다.
상기 검사 방법은, 주기적으로 ICMP(Internet Control Message Protocol) 패킷에 대한 응답 여부가 기록되고, 지정한 횟수 이상 연속으로 ICMP 응답이 없으면 고장(failure) 상태로 판단하고, 고장 상태에서 지정한 횟수 이상 연속으로 ICMP 응답이 있으면 정상(normal) 상태로 판단하는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템에 의하면, 디스플레이 서버는 영상 공급 장치로부터 직접 영상 스트림을 수신하고 디코딩한 후 장착된 모니터 화면에 표출하기 때문에 비디오 월 전체 화면에 더 많은 영상을 동시에 표시할 수 있다.
그리고, 리버스 터널링 기법을 이용하여 실시간으로 이동 단말기 영상에 접근할 수 있고, 클라우드 저장소 비용이 발생되지 않을 수 있다.
또한, 규칙 기반으로 동작하는 장애 조치 기법은 네트워크 과부하를 유발하지 않으면서 이중화를 이용해 단말기 영상의 서비스 연속성을 유지할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 시스템은 다양한 통합 관제 환경에 적용이 가능하고, 기존 시스템의 변경을 최소화하면서 이동 단말기의 영상을 보호하고 원격에서 안전하게 접근할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 통합 영상 모니터링 시스템의 전체 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 모니터 화면 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 모니터 화면 배치 안에서 디스플레이 객체를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 디스플레이 객체의 원본 표시 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 영상 스트리밍 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 도 3에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 영상 프레임 동기화 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2에 도시한 리버스 터널링을 이용한 이동 단말기 접근의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 리버스 터널링을 이용한 이동 단말기 접근 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 2에 도시한 장애 조치 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 도 11에 도시한 장애 조치 동작에서 녹화기 이중화의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 11에 도시한 장애 조치 동작에서 녹화기 이중화의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 11에 도시한 장애 조차 동작에서 IP 카메라 이중화의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시한 통합 영상 모니터링 시스템의 전체 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템(이하 '통합 영상 모니터링 시스템'이라 한다)은 대량의 영상을 동시에 모니터링 하도록 설계된 IP 비디오 월 시스템으로서, 이를 기반으로 이동 단말기(600)의 영상에 실시간으로 접근하기 위한 리버스 터널링(reverse tunneling) 기법과 이동 단말기(600)의 영상을 보호하기 위한 장애 조치 기법이 적용된다.
이를 위해, 통합 영상 모니터링 시스템은 월 제어기(100), 월 제어기(100)와 연결된 복수의 디스플레이 서버(200), 디스플레이 서버(200)와 연결된 복수의 영상 공급 장치(300), 각각의 디스플레이 서버(200)에 연결된 복수의 디스플레이 모니터(400), 디스플레이 서버(200)와 연결된 게이트웨이 SSH 서버(500), 게이트웨이 SSH 서버(500)와 연결된 복수의 이동 단말기(600)를 포함할 수 있다.
여기서, 영상 공급 장치(300)는 특정 공간을 촬영한 영상을 제공하는 디바이스로서, IP 카메라, DVR(digital video recorder), NVR(network video recorder), 스트리밍 서버 등이 있다.
그러면, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템의 영상 모니터링 동작에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
도 3은 도 2에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
시스템 구성
본 발명에 따른 IP 비디오 월 시스템은 월 제어기(100), 디스플레이 서버(200), 영상 공급 장치(300)로 구성되고 도 3에 도시된 바와 같이 IP 네트워크를 통해 서로 연결된다.
디스플레이 서버(200)는 한 개 이상의 디스플레이 모니터(400)와 연결되고, 영상 공급 장치(300)로부터 인코딩된 영상을 수신하고, 인코딩된 영상을 디코딩해서 디스플레이 모니터(400)의 화면에 표시한다. 디스플레이 서버(200) 한 대에 복수의 디스플레이 모니터(400)의 화면이 연결되므로 일반적으로 여러 대의 디스플레이 서버(200)가 하나의 비디오 월 화면을 구성한다. 디스플레이 서버(200)는 영상 뿐 아니라 텍스트, 이미지 등의 객체를 화면에 표시하고, 이를 월 제어기(100)와 같은 외부 응용 프로그램이 제어할 수 있도록 HTTP(HyperText Transfer Protocol) 방식 API(Application Programming Interface)를 제공한다.
월 제어기(100)는 다수의 디스플레이 서버(200)와 영상 공급 장치(300)의 목록을 관리하고 디스플레이 모니터 화면 배치를 비롯한 전체적인 영상 표시 과정을 통합 제어한다. 시스템 관리자가 직접 접근하는 장치이기 때문에 운용을 위한 사용자 인터페이스를 제공하고, 디스플레이 서버(200)에 영상, 텍스트, 이미지 등의 객체를 추가하거나 갱신 또는 삭제한다.
영상 공급 장치(300)는 IP 카메라, 영상 녹화기(DVR / NVR), 스트리밍 서버 등 환경에 따라 선택하여 구성할 수 있다. RTSP, ONVIF(Open Network Video Interface Forum) 같은 표준 스트리밍 프로토콜이나 녹화기 스트리밍 프로토콜 등을 이용해 디스플레이 서버(200)에게 인코딩된 영상 스트림을 전송한다.
본 발명에서 제안하는 IP 비디오 월 시스템은 모니터 화면 개수와 배치에 따라 제약 없이 복수의 디스플레이 서버(200)를 배치할 수 있다. 디스플레이 서버(200)는 할당된 IP 카메라 영상의 인코딩 프레임을 각각 직접 수신하고 디코딩해서 모니터 화면에 표시하기 때문에, 네트워크 대역폭을 효율적으로 절약하고 대규모 영상을 동시에 여러 화면에 표시할 수 있다.
모니터 화면 배치
도 4는 도 3에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 모니터 화면 배치를 설명하기 위한 도면이다.
IP 비디오 월 시스템은 여러 모니터 화면에 영상을 표시한다. 여러 모니터 화면이 전체 화면처럼 한 영상을 표시하거나 모니터 화면마다 각각 다른 영상을 표시하기도 하고, 한 모니터 화면에 여러 IP 카메라 영상을 표시할 수도 있다. 예를 들어, 도 4는 8대의 디스플레이 서버(A~H)와 각각에 연결된 모니터 화면을 이용해 4x4+1 형태의 모니터 화면 배치를 나타낸다.
월 제어기(100)는 모니터 화면 배치(monitor screen layout)를 통해 디스플레이 서버(200)에 연결된 모니터 화면의 상대 좌표와 크기 정보를 구성해서 디스플레이 객체를 생성하는데 사용한다. 디스플레이 서버(200)는 초기화 과정에서 연결된 모니터 목록을 추출하고 모니터마다 화면을 할당하고 관련 정보를 화면 객체를 이용해 월 제어기(100)에게 제공한다.
모든 화면 객체는 [표 1]과 같은 속성을 가지는데, 디스플레이 서버(200)에 장착된 모니터 화면 중에서 몇 번째인지를 나타내는 화면 번호(id)와 화면 크기와 상대 좌표(geometry), 모니터가 지원하는 해상도 목록(modes)과 물리적인 화면 크기(physical_size) 등과 같은 정보를 제공하여 월 제어기(100)가 모니터 화면 배치를 구성하는데 사용한다.
그 외에도 월 제어기(100)는 모니터 회전 각도(rotate_degree), 배경 색상(background_color), HDMI(High Definition Multimedia Interface) RGB 색상 범위(broadcast_rgb) 등과 같은 화면 객체의 속성을 지정해서 다양한 환경에 적합하도록 모니터 화면을 배치한다.
[표 1]
Figure 112020047376924-pat00001
디스플레이 객체
도 5는 도 4에 도시한 모니터 화면 배치 안에서 디스플레이 객체를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시한 디스플레이 객체의 원본 표시 영역을 설명하기 위한 도면이다.
디스플레이 객체는 디스플레이 서버(200)의 디스플레이 모니터(400) 화면 안에 표시되는 객체를 의미한다. 본 발명에서 제안하는 IP 비디오 월 시스템의 디스플레이 객체는 영상(video), 텍스트(text), 이미지(image) 등으로 구분된다. 영상 객체는 영상 공급 장치(300)에서 수신한 인코딩된 영상을 디코딩하고 스케일링해서 화면에 표출한다. 텍스트 객체는 마크업(markup) 문법으로 기술된 문자열을 표시하고, 이미지 객체는 JPEG(Joint Photographic Experts Group), PNG(Portable Network Graphics), SVG(Scalable Vector Graphics) 형식의 비트맵, 벡터 그래픽을 표시한다.
디스플레이 서버(200)에서 디스플레이 객체는 여러 모니터 화면에 걸쳐서 존재할 수 없다. 월 제어기(100)는 객체가 여러 모니터 화면에 걸쳐 있으면 화면마다 디스플레이 객체를 생성한다. 예를 들어, 도 5에서 V1 영상은 A1, A2, B1, B2 모니터 화면에 속하기 때문에 V1-A1, V1-A2, V1-B1, V1-B2 4개의 영상 객체로 구성되어, 월 제어기(100)는 A 디스플레이 서버에 V1-A1, V1-A2 영상 객체를 만들고 B 디스플레이 서버에 V1-B1, V1-B2 영상 객체를 만든다. 마찬가지로 V2 영상은 V2-B2, V2-C2, V2-D2, V2-E2, V2-F2, V2-G1, V2-G2, V2-G3, V2-G4 9개의 영상 객체로 구성되고, T1 텍스트는 T1-H1 1개의 텍스트 객체로 구성되어, 각각의 디스플레이 서버(200)에게 필요한 정보만 전달해서 객체를 생성한다.
모든 디스플레이 객체는 속성을 가진다. 객체 종류 별로 다른 속성도 있지만 공통으로 가지는 속성도 있다. 모든 디스플레이 객체는 생성될 때 디스플레이 서버(200) 안에서 다른 객체와 구별되기 위한 고유 ID(Identification)를 할당받는다.
객체가 속한 화면 번호(screen_id)와 화면에서의 표시 위치와 크기(screen_area) 뿐 아니라 영상이나 텍스트, 이미지 원본의 표시 영역을 지정하는 속성(source_area)을 가지는데, 이 속성을 이용해 복수 디스플레이 서버(200)에 연결된 여러 화면에 나뉘는 영상의 일부분을 각각 담당해서 표시한다.
원본 표시 영역은 0.0부터 1.0 사이의 실수 형태로 가로와 세로의 시작과 끝 위치를 "(가로 시작 위치, 가로 끝 위치, 세로 시작 위치, 세로 끝 위치)" 형태로 지정한다. 예를 들어 도 6에 보이는 것처럼 4개의 디스플레이 객체로 구성되는 영상의 왼쪽 위(A), 오른쪽 위(B), 왼쪽 아래(C), 오른쪽 아래(D) 원본 표시 영역은 다음과 같이 계산된다.
- 왼쪽 위(A): (0.0, 0.5, 0.0, 0.5)
- 오른쪽 위(B): (0.5, 1.0, 0.0, 0.5)
- 왼쪽 아래(C): (0.0, 0.5, 0.5, 1.0)
- 오른쪽 아래(D): (0.5, 1.0, 0.5, 1.0)
이 외에도 객체의 회전각도(rotate_degree), 투명도(opacity), 배경 색상(background_color), 테두리 색상(border_color)처럼 객체 모양과 관련된 공통 속성을 가진다.
생성된 객체가 일정 시간 뒤에 자동으로 사라지도록 제어하기 쉽도록 객체 소멸 시간을 지정할 수 있는 속성(expire_seconds)도 있는데, 이 속성의 값이 0이 아닌 값으로 변경된 시점부터 지정한 시간이 지난 후에 자동으로 객체가 소멸된다.
새 객체가 생성되거나 객체의 화면 영역 속성이 갱신되면 해당 영역에 위치하던 기존 객체 중에 완전하게 가려져서 안 보이는 객체는 자동으로 소멸된다. 가려진 기존 객체를 지우지 않고 유지하려면 객체를 투명한 것처럼 지정하는 속성(transparent)을 이용한다.
객체 고유 번호와 객체 종류를 제외한 나머지 속성은 실행 중에 변경이 가능하다. 모든 공통 속성은 [표 2]에 나열되었다.
[표 2]
Figure 112020047376924-pat00002
영상 객체
영상(video) 객체는 영상을 수신할 원본 소스의 URI(Uniform Resource Identifier)와 채널번호, 프로파일에 대한 속성과 영상 제목을 표시하기 위한 속성, 화면 영역에 채워서 표시할지 여부 등의 속성을 가진다.
여러 화면과 여러 디스플레이 서버(200)에 나누어 표시되는 영상의 경우 멀티캐스트 동기화 기법을 이용해 프레임을 송신하고 수신하는데, 이를 처리하기 위한 속성도 포함한다. 영상 객체의 속성은 [표 3]에 나열되었다.
[표 3]
Figure 112020047376924-pat00003
영상 스트리밍
도 7은 도 3에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 영상 스트리밍 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
IP 비디오 월에서 영상 스트림을 화면에 표시하는 전체 흐름은 도 7에 보이는 것처럼 다음 순서로 동작한다.
① 월 제어기는 사용자가 선택한 카메라 영상 목록에서 각각의 영상 소스 URI를 수집한다(S105).
② 영상의 화면 좌표를 모니터 화면 배치(layout) 안에서 계산한다(S110).
③ 계산된 결과를 토대로 영상이 위치할 디스플레이 서버와 모니터 화면 목록을 추출한다(S115).
④ 각 모니터 화면에 표시할 소스 영역을 계산한다(S120).
⑤ 월 제어기는 디스플레이 서버에게 영상 객체 정보를 전달해서 객체 생성을 요청한다(S125).
⑥ 디스플레이 서버는 전달받은 영상 객체 정보를 이용해 화면에 렌더링 영역을 할당한다(S130).
⑦ 영상 소스에 지정된 영상 공급 장치에 ONVIF 등과 같은 프로토콜을 이용해 영상 스트림 수신을 시작한다(S135, S140).
⑧ 수신된 영상 프레임은 디코딩 후에 스케일링 과정을 거쳐 화면에 렌더링 된다(S145).
월 제어기(100)가 디스플레이 서버(200)에게 영상 객체 제거를 요청하면(S155), 디스플레이 서버(200)는 영상 공급 장치(300)에 대한 연결을 끊고(S160), 화면 렌더링 영역을 해제해서 영상 객체를 제거한다(S165).
영상 프레임 동기화
도 8은 도 3에 도시한 IP 비디오 월 시스템의 영상 프레임 동기화 동작을 설명하기 위한 도면이다.
한 영상을 비디오 월 전체 화면이나 복수의 화면에 걸쳐서 표시하면 여러 디스플레이 서버(200)가 각각 독립적으로 영상 공급 장치(300)로부터 중복된 영상 프레임을 수신해서 디코딩하고 표시한다. 이로 인해 추가적인 네트워크 부하가 발생할 뿐 아니라 네트워크 패킷의 불규칙한 도착 순서로 인해 영상을 표시할 때 동기화가 안 되는 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 IP 멀티캐스트 기반 프로토콜을 이용해 복수 디스플레이 서버(200)의 영상 프레임 재생을 동기화하고 네트워크 부하를 줄이는 방법을 사용한다.
월 제어기(100)는 한 영상을 구성하는 복수의 영상 객체에 대한 정보를 생성할 때 임의의 고유한 영상 프레임 동기화 소스 ID를 한 개 생성해서 모든 영상 객체에 할당하고, 마지막으로 생성되는 영상 객체를 마스터(master)로 지정한다. 영상 객체 정보가 디스플레이 서버(200)에게 전달되어 객체가 모두 생성되면 마스터로 지정된 영상 객체만 영상 소스에 접속해서 영상 스트림을 수신한다. 수신한 영상 프레임은 동기화 소스 ID와 타임스탬프 정보 등을 포함한 패킷으로 변환되어 고정된 IP 멀티캐스트 주소로 전송된다. 디스플레이 서버(200)는 고정된 IP 멀티캐스트 주소에서 영상 프레임 패킷을 수신해서 동일한 소스 ID가 할당된 영상 객체에게 전달하고 일반적인 영상 프레임처럼 디코딩해서 화면에 렌더링 한다. 도 8은 이 과정을 나타낸다.
텍스트 객체
텍스트(text) 객체는 Pango 마크업(markup) 언어로 기술된 문자열을 화면에 표시한다. Pango 마크업 언어는 HTML과 비슷하게 텍스트에 속성을 지정해서 일반 텍스트를 꾸미는데 사용된다. 일반적으로 "<span>" 태그 안에 텍스트를 넣고 태그의 속성을 지정해서 텍스트 모양을 지정한다. Pango 마크업 언어에서 사용하는 주요 속성은 [표 4]에 나열되었다.
[표 4]
Figure 112020047376924-pat00004
표시할 문자열은 텍스트 객체를 생성하거나 갱신할 때 "markup" 속성에 지정할 수 있다. 또한 텍스트 객체는 공지 사항이나 이벤트 발생 정보를 영상 객체 위에 표시하기 때문에 눈에 잘 띄는 시각효과가 필요하기 때문에, 글씨에 윤곽선을 추가하거나 점멸 효과 등을 지정할 수 있는 속성을 가진다. 텍스트 객체의 속성은 [표 5]에 나열되었다.
[표 5]
Figure 112020047376924-pat00005
이미지 객체
이미지(image) 객체는 JPEG, PNG 형식의 비트맵 그래픽이나 SVG 벡터 그래픽을 표시한다. 이미지 객체의 속성은 [표 6]에 나열되었다.
영상 공급 장치(300)로부터 계속 수신되어 재생되는 동영상과 달리 이미지 객체는 정지된 그림을 표시하기 때문에 영상 공급 장치(300)에서 가져오거나 멀티캐스트 프레임 동기화 기법을 이용할 수도 있지만 월 제어기(100)에서 직접 그래픽 데이터를 전송할 수도 있다. 직접 전송된 데이터는 디스플레이 서버(200) 내부의 임시 디렉터리에 저장되고 "file://" 로 시작하는 원본 소스 주소를 갖게 된다.
[표 6]
Figure 112020047376924-pat00006
HTTP API
디스플레이 서버(200)는 월 제어기(100) 같은 어플리케이션이 IP 비디오 월을 제어할 수 있도록 HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 기반 REST(Representational State Transfer) API를 제공한다. REST API는 URL(Uniform Resource Locator) 주소와 객체를 각각 맵핑할 수 있고, GET, POST, PUT, DELETE 명령어를 이용해 객체 정보를 얻거나 객체를 생성, 갱신, 삭제할 수 있기 때문에 디스플레이 서버(200)의 객체를 관리하는데 적합하다. 또한 HTTP REST API를 사용하면 다른 방식이나 플랫폼에서 구현된 디스플레이 서버(200)와 월 제어기(100), 응용 어플리케이션을 쉽게 통합하고 확장할 수 있다.
디스플레이 서버(200)의 HTTP API는 크게 네 종류 리소스에 대한 주소를 제공한다. 리소스 목록은 다음과 같다.
- /api/screens: 모니터 화면
- /api/actors: 디스플레이 객체
- /api/upload: 이미지 업로드
- /api/settings: 디스플레이 서버 설정
/api/screens 리소스는 GET 명령어를 이용해 모니터 화면 목록을 얻는데 사용한다. /api/screens/1, /api/screens/2 식으로 모니터 번호를 뒤에 추가한 리소스는 GET 명령어를 이용해 개별 모니터 화면의 속성을 얻거나 PUT 명령어를 이용해 속성을 갱신할 수 있다. [그림 1]은 HTTP API를 이용해 모니터 화면 정보를 요청하는 과정을 보여준다.
[그림 1]
Figure 112020047376924-pat00007
/api/actors 리소스는 GET 명령어를 이용해 디스플레이 서버(200)의 객체 정보 목록을 얻거나 POST 명령어를 이용해 새 디스플레이 객체를 생성하는데 사용한다. /api/actors/1, /api/actors/2 식으로 객체 번호를 붙여서 뒤에 추가한 리소스는 GET 명령어를 이용해 개별 디스플레이 객체의 속성을 얻거나 PUT 명령어를 이용해 속성을 갱신, DELETE 명령어를 이용해 제거할 수 있다. 또한 HEAD 명령어를 이용해 객체가 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.
[그림 2]는 영상 객체를 생성하기 위한 최소한의 HTTP 요청과 이에 대한 디스플레이 서버의 응답 내용을 보여준다.
[그림 2]
Figure 112020047376924-pat00008
/api/upload 리소스는 POST 명령어를 이용해 이미지 객체의 그래픽 데이터를 디스플레이 서버(200)에 업로드 하는데 사용한다. 영상 공급 장치(300)에서 영상 프레임을 수신하는 영상 객체와 달리 이미지 객체가 표시할 그래픽 데이터는 대부분 월 제어기(100)가 동작하는 장비에서 직접 디스플레이 서버(200)에게 전달한다.
/api/settings 리소스는 GET / PUT 명령어를 이용해 월 제어기(100) 같은 외부 어플리케이션이 디스플레이 서버의 시스템 설정을 조회하거나 변경하는데 사용한다.
그러면, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템의 리버스 터널링을 이용한 이동 단말기 접근 동작에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
동작 구조
도 9는 도 2에 도시한 리버스 터널링을 이용한 이동 단말기 접근의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 리버스 터널링 기반 이동 단말기 영상 접근 기법은 도 9와 같이 이동 단말기(600)의 영상 녹화기와 게이트웨이 SSH 서버(500), 영상 어플리케이션(200)(즉, 디스플레이 서버)로 구성된다.
이동 단말기 영상 녹화기는 일반적인 DVR(Digital Video Recorder) 장비처럼 차량에서 생성한 영상과 차량 속도, GPS(Global Positioning System) 정보 등과 같은 메타 데이터를 녹화기 자체에 저장할 뿐 아니라, 원격 관리 시스템이 항상 접속할 수 있도록 SSH 클라이언트 모듈을 이용해 게이트웨이 서버에 접속해서 리버스 터널링 연결을 생성하고 계속 연결을 유지한다.
게이트웨이 SSH 서버는 이동 중인 단말기가 속한 모바일 무선 네트워크와 영상 어플리케이션이 동작하는 관제 센터 양쪽에서 모두 접근할 수 있는 공개된 네트워크에 위치해야 한다. 따라서 조직에서 자체적으로 운영하는 서버나 데이터 센터, 클라우드 서비스에서 운영하는 서버 어디에서나 운용이 가능하다.
영상 어플리케이션은 게이트웨이 SSH 서버에 접속해서 리버스 터널링 연결을 통해 이동 단말기의 영상 녹화기에 접근하여 영상과 메타 데이터, 이벤트 정보를 모니터링 한다. 일반적인 보안 관제 솔루션으로 사용되는 VMS(Video Management System), CMS(Central Monitoring System) 뿐 아니라 IP 비디오 월의 디스플레이 서버는 게이트웨이 SSH 서버를 통해 녹화기에 접근이 가능해진다.
동작 방식
도 10은 도 9에 도시한 리버스 터널링을 이용한 이동 단말기 접근 단계를 설명하기 위한 도면이다.
리버스 터널링을 이용한 모니터링 방식은 도 10에 보이는 것처럼 다음과 같은 순서로 동작한다.
① 차량용 CCTV 영상 녹화기의 SSH 클라이언트는 게이트웨이 SSH 서버에 접속해서 리버스 터널을 생성한다.
② 게이트웨이 SSH 서버의 특정 포트에서 새 연결을 대기한다.
③ 이 상태에서 영상 어플리케이션이 게이트웨이 SSH 서버의 대기 포트에 접속한다.
④ SSH 클라이언트는 CCTV 영상 녹화기에 연결한다.
⑤ 영상 어플리케이션과 CCTV 영상 녹화기는 게이트웨이 SSH 서버를 거쳐 데이터를 송수신한다.
영상 어플리케이션이 접속을 해제하면 SSH 클라이언트와 이동 단말기 영상 녹화기 사이의 연결은 해제되지만, SSH 클라이언트와 SSH 서버 간 리버스 터널링 연결은 계속 유지된다. 또한 모바일 무선 네트워크의 특성상 연결이 끊기거나 IP 주소가 변경될 수 있기 때문에 SSH 클라이언트와 게이트웨이 SSH 서버와 연결이 끊기면 자동으로 다시 접속을 시도해서 항상 리버스 터널링 연결을 유지해야 한다.
이동 단말기 영상 녹화기는 장비 제어와 관리를 위한 HTTP 서비스, 영상 스트리밍을 위한 RTSP 서비스 및 이벤트 알림과 조회를 위한 서비스 등을 제공하고 원격 어플리케이션은 이를 모두 이용한다. 따라서 SSH 클라이언트와 서버 사이의 리버스 터널링 TCP(Transmission Control Protocol) 연결은 한 개지만, 이동 단말기 영상 녹화기의 모든 서비스의 포트는 SSH 서버에서 각각 다른 대기 포트에 맵핑된다.
그러면, 도 11 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템의 장애 조치 동작에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
장애 조치 규칙
도 11은 도 2에 도시한 장애 조치 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
장애 조치를 실행하는 녹화기는 다른 녹화기나 IP 카메라, 라우터 등과 같은 검사 대상의 장애 상태를 주기적으로 검사하고 상태를 결정한 다. 상태가 변경되면 상태별로 정의된 카메라 구성 정보를 이용해 카메라를 다시 연결한다. 검사 대상의 상태가 다시 정상으로 복구되면 영상 녹화 데이터를 기본 녹화기에 다시 전송한다.
기본(primary) 녹화기를 이중화하기 위한 보조(secondary) 녹화기에서 장애 조치가 실행되는 경우 도 11에 보이는 것처럼 다음 순서로 동작한다.
① 정상(normal) 상태의 카메라 구성을 적용한다.
② 기본(primary) 녹화기에 영상 자료를 녹화한다.
③ 검사 대상인 기본 녹화기가 오프라인(off-line) 상태인지 검사한다.
④ 오프라인 상태이면 장애조치(failover)를 실행하고, 아니면 계속 기본 녹화기에 영상 자료를 녹화한다.
⑤ 장애 조치가 실행되면 고장(failure) 상태의 카메라 구성을 적용한다.
⑥ 보조(secondary) 녹화기에 영상 자료를 녹화한다.
⑦ 검사 대상인 기본 녹화기가 온라인(on-line) 상태인지 검사한다.
⑧ 온라인 상태이면 기본 녹화기에 영상 자료를 복구하고 장애 복구(failback)를 실행한 후 처음 상태로 돌아간다.
본 발명에서 제안하는 이동 단말기 영상 장애 조치 방안은 규칙(rule)을 기반으로 동작한다. 규칙은 검사 대상과 방법, 상태별 카메라 구성 정보, 백업 정보로 구성된다.
규칙에 정의된 검사 대상 네트워크 호스트는 주기적으로 ICMP(Internet Control Message Protocol) 패킷에 대한 응답 여부가 기록된다. 네트워크 불안정으로 인한 오류를 피하고자, 지정한 횟수 이상 연속으로 ICMP 응답이 없으면 고장(failure)으로 판단한다. 마찬가지로 고장 상태에서 지정한 횟수 이상 연속으로 ICMP 응답이 있으면 정상(normal)으로 판단한다. 검사 대상 네트워크 호스트에는 IP 카메라 또는 다른 녹화기, 네트워크 게이트웨이 장비를 지정할 수 있다.
상태별 카메라 구성 정보는 녹화기 로컬 카메라를 네트워크 호스트와 연결하는 데 사용된다. 녹화기 로컬 카메라 구성 정보는 로컬 카메라 번호와 IP 카메라의 IP 주소, 채널 번호로 구성된 레코드의 집합이다. IP 카메라의 IP 주소를 지정하지 않으면(n/a: Not Applicable)아무 일도 하지 않고 대기 상태를 유지한다.
백업 정보에 녹화기의 IP 주소와 카메라 정보를 정의하면 검사 대상이 정상 상태로 되돌아갈 때 고장 상태에서 녹화한 카메라 영상을 백업 녹화기로 전송한다.
장애 조치를 실행하는 녹화기는 복수의 규칙을 동시에 정의할 수 있다. 따라서 규칙별로 다른 네트워크 호스트를 지정해서 검사할 수 있고, 규칙별로 로컬 카메라 목록의 일부만 구성할 수도 있다.
장애 조치 규칙을 구성한 항목과 그룹 등에 대한 세부 내용은 [표 7]에 정리되었다.
[표 7]
Figure 112020047376924-pat00009
녹화기 이중화
도 12는 도 11에 도시한 장애 조치 동작에서 녹화기 이중화의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
장애 조치 규칙을 기반으로 2대의 녹화기를 이용해 도 12에 보이는 것처럼 액티브-스탠바이 방식 이중화를 구성할 수 있다. 스탠바이 상태의 보조 녹화기는 장애 조치 규칙을 정의하고 실행한다. 액티브 상태의 기본 녹화기를 검사 대상 네트워크 호스트로 지정한다.
정상 상태의 카메라 구성은 아무 일도 하지 않는 대기 상태로 지정하고, 고장 상태의 카메라 구성은 기본 녹화기의 카메라 구성과 일치시킨다. 백업 정보에는 기본 녹화기의 IP 주소와 카메라 정보를 지정해서 고장 상태에서 녹화된 카메라 영상을 나중에 다시 기본 녹화기에 전송한다.
녹화기 N+M 이중화
도 13은 도 11에 도시한 장애 조치 동작에서 녹화기 이중화의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
장애 조치를 실행하는 녹화기는 복수의 규칙을 정의할 수 있기 때문에 도 13에 보이는 것처럼 스탠바이 상태의 보조 녹화기 1대가 여러 액티브 상태의 기본 녹화기의 정상 상태를 검사하고 조치할 수 있다.
보조 녹화기의 카메라 구성에서 기본 녹화기의 카메라 간 서로 겹치지 않게 정의되었지만, 환경에 따라 보조 녹화기의 카메라를 여러 기본 녹화기 카메라에 중복으로 지정해서 구성하는 방식도 허용된다.
IP 카메라 이중화
도 14는 도 11에 도시한 장애 조차 동작에서 IP 카메라 이중화의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 제안하는 장애 조치 규칙을 이용하면 녹화기 서버 이중화뿐 아니라 IP 카메라 이중화도 가능하다. 도 14에 보이는 것처럼 2대의 IP 카메라가 같은 장소에 설치되어 가동되지만, 1대는 액티브 상태의 기본 노드 역할을 하고 다른 1대는 스탠바이 상태로 보조 노드 역할을 한다.
장애 조치를 실행하는 녹화기는 기본 IP 카메라에 연결해서 영상을 수신해서 녹화하다가 장애가 발생하면 보조 IP 카메라에 연결해서 계속 작업을 진행한다. 만일 보안과 안정성을 위해 IP 카메라를 각각 다른 라우터를 통해 다른 서브 네트워크에 연결한 환경이라면 검사 대상 네트워크 호스트에 IP 카메라가 아닌 라우터의 주소를 지정하면 된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 롬(ROM), 램(RAM), 씨디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 월 제어기, 200 : 디스플레이 서버,
300 : 영상 공급 장치, 400 : 디스플레이 모니터,
500 : 게이트웨이 SSH 서버, 600 : 이동 단말기

Claims (7)

  1. 적어도 하나의 디스플레이 모니터와 연결되고, 영상 공급 장치로부터 인코딩된 영상을 직접 수신하고, 인코딩된 영상을 디코딩해 디스플레이 모니터의 화면에 표시하는 복수개의 디스플레이 서버; 및
    상기 복수개의 디스플레이 서버와 상기 영상 공급 장치의 목록을 관리하고, 상기 디스플레이 모니터의 화면 배치와 같은 영상 표시 과정을 통합 제어하는 월 제어기;
    를 포함하며,
    상기 월 제어기는, IP 멀티캐스트 기반 프로토콜을 이용해 상기 복수개의 디스플레이 서버의 영상 프레임 재생을 동기화하는,
    IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 월 제어기는, 표시될 영상이 복수의 디스플레이 모니터의 화면에 걸쳐서 표시되는 경우, 표시될 영상을 구성하는 복수의 영상 객체에 대한 정보를 생성할 때 임의의 고유한 영상 프레임 동기화 소스 ID를 한 개 생성해서 모든 영상 객체에 할당하고 마지막으로 생성되는 영상 객체를 마스터(master)로 지정하고, 생성된 복수의 영상 객체에 대한 정보를 상기 복수개의 디스플레이 서버로 제공하고,
    상기 디스플레이 서버는, 마스터로 지정된 영상 객체만 영상 소스에 접속해서 영상을 수신하도록 하고, 수신한 영상은 동기화 소스 ID와 타임스탬프 정보를 포함하는 영상 프레임 패킷으로 변환하여 고정된 IP 멀티캐스트 주소로 전송하도록 하며, 고정된 IP 멀티캐스트 주소에서 영상 프레임 패킷을 수신해서 동일한 동기화 소스 ID가 할당된 영상 객체에 전달하는,
    IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 디스플레이 서버는, 리버스 터널링(reverse tunneling)을 이용하여 이동 단말기의 영상에 접근하는,
    IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 디스플레이 서버는, 게이트웨이 SSH 서버에 접속해서 리버스 터널링 연결을 통해 상기 이동 단말기의 영상 녹화기에 접근하여 영상과 메타 데이터, 이벤트 정보를 모니터링하는,
    IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 리버스 터널링을 이용한 모니터링 과정은,
    상기 이동 단말기의 영상 녹화기의 SSH 클라이언트가 상기 게이트웨이 SSH 서버에 접속해서 리버스 터널을 생성하는 과정;
    상기 게이트웨이 SSH 서버의 특정 포트에서 새 연결을 대기하는 과정;
    대기 상태에서 상기 디스플레이 서버가 상기 게이트웨이 SSH 서버의 대기 포트에 접속하는 과정;
    상기 SSH 클라이언트가 상기 영상 녹화기에 연결하는 과정; 및
    상기 디스플레이 서버와 상기 영상 녹화기는 상기 게이트웨이 SSH 서버를 거쳐 데이터를 송수신하는 과정;
    으로 이루어지는 IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
  6. 제3항에서,
    상기 이동 단말기는, 규칙(rule)을 기반으로 장애 발생 시 조치를 취하며,
    상기 규칙은, 검사 대상, 검사 방법, 상태별 카메라 구성 정보, 및 백업 정보를 포함하는,
    IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 검사 방법은, 주기적으로 ICMP(Internet Control Message Protocol) 패킷에 대한 응답 여부가 기록되고, 지정한 횟수 이상 연속으로 ICMP 응답이 없으면 고장(failure) 상태로 판단하고, 고장 상태에서 지정한 횟수 이상 연속으로 ICMP 응답이 있으면 정상(normal) 상태로 판단하는 것으로 이루어지는,
    IP 비디오 월 기반 통합 영상 모니터링 시스템.
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