KR20020087520A - 복수 개의 유에스비 카메라를 이용한 피씨 기반의 디지털영상 저장 장치 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유에스비(USB; Universal Serial Bus) 카메라를 이용한 피씨(PC; Personal Computer) 기반의 디지털 영상 저장 장치(DVR; Digital Video Recorder)에 관한 것으로, 특히 복수 개의 유에스비 카메라를 케스케이드(Cascade) 방식 또는 최장 50m 까지 연결하여 사용함으로써 저렴한 비용으로 편리하게 보안 감시 시스템에 적용 가능한 디지털 영상 저장 장치에 관한 것이다.
본 발명은 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블과 유에스비 허브를 이용하여, 개인용 컴퓨터에 추가의 캡쳐 보드와 같은 별도의 하드웨어 또는 디바이스 드라이버 소프트웨어의 제작 없이 간편하게 복수 개의 유에스비 카메라를 최대 50m 까지 서로 케스케이드 또는 직접 연결함으로써 저렴한 비용으로 디지털 영상 저장 장치를 구성할 수 있다.
종래의 디지털 영상 저장 장치에 사용되는 아날로그 CCD 카메라에 비하여 본 발명을 구성하는 유에스비 카메라는 가격이 1/4 정도로 저렴하며, 복수 개의 카메라를 단일 유에스비 포트에 케스케이드 방식 또는 직접 접속할 수 있으므로 배선 비용과 카메라 가격을 대폭 절감할 수 있다.

Description

복수 개의 유에스비 카메라를 이용한 피씨 기반의 디지털 영상 저장 장치 시스템{PC-BASED DIGITAL VIDEO RECORDER SYSTEM WITH A MULTIPLE OF USB CAMERAS}
본 발명은 유에스비(USB; Universal Serial Bus) 카메라를 이용한 피씨(PC; Personal Computer) 기반의 디지털 영상 저장 장치(DVR; Digital Video Recorder)에 관한 것으로, 특히 복수 개의 유에스비 카메라를 케스케이드(Cascade) 방식 또는 직접 최장 50m 까지 연결하여 사용함으로써 저렴한 비용으로 편리하게 보안 감시 시스템에 적용 가능한 디지털 영상 저장 장치에 관한 것이다.
산업 구조가 고도화 되어감에 따라 주요 시설물을 모니터하는 보안 감시 장치의 적용 범위가 확대되어 가고 있다. 건물의 실내외 및 지하 주차장 또는 금융 서비스 창구, 무인 금융 서비스 단말기 등에 보안 감시를 위한 디지털 영상 저장 장치(DVR)가 사용되고 있다.
종래 기술에 따른 디지털 영상 저장 장치(DVR)의 경우, 도1에 도시한 바와 같이, 디지털 영상 저장을 위한 컴퓨터 본체(100)는 복수 개의 아날로그 CCD 카메라(120, 121, 122, 123)를 동축 케이블(140, 141, 142, 143)을 통하여 접속하고 있으며, 각각의 아날로그 CCD 카메라(120, 121, 122, 123)가 촬영하는 영상들은 캡쳐 보드(Capture Board; 110)라고 불리우는 하드웨어에서 처리된다.
종래 기술에 따른 아날로그 CCD 카메라 보안 감시 디비알(DVR)의 경우, 각각 특정 지역을 모니터하는 아날로그 CCD 카메라(120, 121, 122, 123)들은 별도의 전원을 공급(130, 131, 132, 133)을 받아야 하는 불편한 점이 있다.
한편, 종래 기술에 따른 디지털 영상 저장 장치(DVR)를 구성하는 캡쳐 보드 (110)는 디지털 영상 압축용 칩이 내장된 경우 인코더(encoder) 보드라고 불리우기도 하는데, 상기 캡쳐 보드(110)는 캡쳐칩(Capture Chip)을 내장한다. 종래 기술에 따른 캡쳐칩은 아날로그 CCD 카메라로부터 전송되는 화상 데이터를 캡쳐하여 피씨아이(PCI) 버스를 통해 메모리에 저장한다. 이 때에, 피씨아이 버스를 통해 메모리에 저장되는 과정은 디엠에이(DMA; Direct Memory Access)에 의해 제어된다.
이어서, 메모리에 저장된 화상 데이터는 중앙 처리 유닛트(CPU)가 독출하여 디지털 영상 압축을 한 후 저장하게 된다. 그런데, 종래 기술에 따른 디지털 영상 기록 장치의 경우, 캡쳐칩이 전송하는 화상 데이터를 피씨아이 버스(PCI bus)를 통해 메모리에 저장하는 디엠에이(DMA)를 관리하기 위하여 디바이스 드라이버 (Device Driver)가 제공되어야 한다.
즉, 디바이스 드라이버는 캡쳐칩으로부터 피씨아이 버스를 통해 넘어오는 데이터를 수신하는 소프트웨어 인터페이스로서, 디지털 영상 저장 장치를 구성하기 위하여는 상기 디바이스 드라이버가 따로이 제공되어야 하는 불편함이 있다.
한편, 종래 기술에 따라 아날로그 CCD 카메라를 이용한 디지털 영상 저장 장치의 문제점을 해결하기 위하여 유에스비(USB) 카메라를 이용한 디지털 영상 저장 장치를 생각할 수 있으나, 유에스비 신호 프로토콜의 특성상 5m 이상의 케이블을 감시용 USB 카메라에 연결할 수 없는 문제점으로 인하여, USB 카메라는 피씨(PC) 주위에 장착하여 인터넷을 통한 화상 채팅 정도를 위한 목적에서만 사용될 뿐이지,복수 개의 USB 카메라를 개인용 컴퓨터에 5m 이상의 원거리 구간에 대해 서로 연결하여 보안 감시용 디지털 영상 저장 장치로 적용되는데는 기술적 어려움이 있다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 복수 개의 유에스비 카메라를 연결하여 작동될 수 있는 디지털 영상 저장 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 복수 개의 유에스비 카메라를 케스케이드 방식 또는 직접 접속함으로써 설치 비용을 절약할 수 있는 디지털 영상 저장 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 하드웨어적으로 캡쳐 보드없이도 동작되는 개인용 컴퓨터(PC; Personal Computer) 기반의 디지털 영상 저장 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제4 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 녹화용 카메라가 전송하는 화상 데이터를 처리하기 위한 디바이스 드라이버의 추가 개발이 필요하지 않는 디지털 영상 저장 장치를 제공하는데 있다.
도1은 종래 기술에 따른 디지털 영상 저장 장치의 구성을 나타낸 도면.
도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 영상 저장 장치의 구성을 나타낸 도면.
도3은 본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블의 구성을 나타낸 도면.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 영상 저장 장치의 구성을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 :컴퓨터 본체
110 :캡쳐 보드
120, 121, 122, 123 :아날로그 CCD 카메라
140, 141, 142, 143 :동축 케이블
130, 131, 132, 133 :전원 공급
190, 191 :유에스비 포트
200, 202, 203 :유에스비용 광통신 확장 케이블
201 :전원
210, 211, 212 :유에스비 허브
220, 221, 222, 223, 224 :유에스비 카메라
301 :제1 제어 스위치
302 :제1 구동부
303 :제1 증폭부
304 :발광 다이오드
305 :포토다이오드
306 :광케이블
307 :광케이블
308 :포토다이오드
309 :발광다이오드
310 :제2 증폭부
311 :제2 구동부
312 :제2 제어 스위치
401 :산업용 CPU
402 :유에스 칩
403 :유에스비 구동 소프트웨어
405, 407 :유에스비용 광통신 확장 케이블
406, 411 :유에스비 허브
408, 409, 410 :유에스비 카메라
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 유에스비(USB) 카메라를 케스케이드(Cascade) 방식 또는 직접 연결하여 디지털 영상 저장 장치(DVR)를 구성하는 기술을 제공한다.
본 발명에 따라 복수 개의 유에스비 카메라를 이용하며 윈도우즈 운영 시스템의 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC)를 기반으로 하여 디지털 영상 저장 장치를 구성하는 경우, 유에스비 카메라로부터 나오는 유에스비 버스를 개인용 컴퓨터의 유에스비 포트에 연결함에 있어 일반 유에스비(USB; Universal Serial Bus) 케이블을 사용하는 경우에는 라인 전압 강하로 인하여 유효 통신 거리가 5m 이내로 제한되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 복수 개의 유에스비 카메라를 유에스비용 광통신 확장 (extension) 케이블과 유에스비 허브를 이용하여 케스케이드 방식 또는 광통신 확장(extension) 케이블만으로 접속함으로써, 유에스비 포트로부터 최대 50m 길이 내에 복수 개의 유에스비 카메라를 간편하게 설치하고 보안 감시 기능을 수행할 수 있도록 하는 피씨 기반의 디지털 영상 저장 장치(PC-Based DVR)를 제공한다.
이하에서는, 첨부 도면 도2 내지 도4를 참조하여 본 발명에 따른 복수 개의 유에스비 카메라를 구비한 디지털 영상 저장 장치의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 영상 저장 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도2a를 참조하면, 개인용 피씨(100)의 유에스비 포트(190)에 본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블(200)을 연결하여 통달 거리를 50m까지 확장시켜, 유에스비 카메라(220)를 장착할 수 있다. 도2b에 나타낸 본 발명에 따른 제1 실시예는 피씨(PC) 기반 하에서 복수 개의 유에스비 카메라를 구성함을 특징으로 하며, 이 경우 윈도우즈 운영 시스템에 제공되는 유에스비 (USB) 에이피아이(API)를 이용하여 유에스비 카메라가 전송하는 비디오 데이터를 압축 처리하여 저장하게 되므로 유에스비 카메라의 제조 브랜드에 독립적인(Device-Independent) 시스템을 구성하는 장점이 있다.
한편, 유에스비(USB)는 사용하기에 편리하고 확장이 용이하며 데이터 전송 속도면에서 효율적인 호스트와 클라이언트간의 통신 방식이다. 그러나, 유에스비 케이블의 길이가 5m 이하로 제한되므로, 본 발명은 유에스비용 광통신 확장 (extension) 케이블(200)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
도2b를 참조하면, 본 발명에 따른 개인용 컴퓨터 본체 후면에 구비되어 있는 유에스비 포트(190, 191)에 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블(200)이 접속된다. 본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블(200)은 유에스비 데이터 전기 신호를 광데이터 신호로 변환 또는 역변환하는 송수신부 (transceiver)를 양단에 내장하고 있으며, 본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장 (extension) 케이블을 사용함으로써 유효 통신 거리를 50m 까지 연장할 수 있다.
본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블의 구성은 도3을 참조하여 후술하기로 하고, 여기에서는 본 발명의 디지털 영상 저장 장치의 구성을 위주로 설명한다.
다시 도2b를 참조하면, 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블(200)은 한쪽 끝단에 전원(201)을 공급받도록 되어 있으며, 유에스비 허브(USB HUB; 210)를 이용하여 복수 개의 유에스비 카메라를 연결할 수 있다. 유에스비 허브에도 별도의 전원을 공급받도록 되어 있다. 즉, 도2에 도시된 유에스비 허브(210)에는 다수의 유에스비 포트가 제공되며, 그 중 하나의 유에스비 포트에 유에스비 카메라 (220)가 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 영상 저장 장치를 보안 감시용 녹화 장치로 사용하는 경우 여러 장소에 복수 개의 유에스비 카메라를 곳곳마다 설치하고, 각각의 유에스비 카메라가 전송하는 비디오 데이터를 압축 처리하여 저장하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 본 발명은 유에스비 허브(210)에 유에스비용 광통신 확장 (extension) 케이블(202)을 케스케이드(cascade) 연결하여 복수 개의 유에스비 카메라(221, 222)를 유에스비 허브(211)를 통해 접속할 수 있다.
이와 같은 방식으로, 복수 개의 유에스비 허브(210, 211, 212)와 복수 개의 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블(200, 202, 203)을 이용하여 복수 개의 유에스비 카메라(220, 221, 222, 223, 224)를 케스케이드 방식으로 접속할 수 있다. 이 때에, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 유에스비 포트(190, 191)로부터 최종단의 유에스비 카메라(224)까지의 길이는 유에스비용 광통신 확장 (extension) 케이블(200, 202, 203)의 유효 통신 거리인 50m를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 복수 개의 유에스비 카메라(220, 221, 222, 223, 224)를 하나의 유에스비 포트(190)에 구성함으로써, 종래 기술에서와 같이 각각의 아날로그 CCD 카메라에 대응하여 하나의 포트를 요구하는 복잡한 구성 인터페이스를 해결한다. 본 발명에 따른 디지털 영상 저장 장치는 단일 유에스비 포트(190)에 케스케이드 방식으로 127개의 유에스비 카메라의 접속을 가능하게 하며, 종래 기술과 달리 케스케이드 방식으로 127 채널을 직렬 케이블로 구성함으로써 설치 비용과 시간을 절감할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 피씨 기반의 디지털 영상 저장 장치는 윈도우즈 운영 시스템 하에서 유에스비 카메라와 함께 제공되는 디바이스 드라이버 소프트웨어를 설치하고 나면, 추가의 캡쳐 보드 또는 캡쳐칩 및 디바이스 드라이버의 개발이 요구되지 않는 장점이 있다.
도3은 본 발명에 따른 유에스비용 광케이블의 구성을 나타낸 도면이다. 유에스비(USB) 버스는 +5 볼트의 VCC전원 라인, 접지 라인, D+데이터 라인 및 D-데이터 라인으로 구성된다. 도3을 참조하면, A측 유에스비 버스의 D+단자 또는 D-단자는 제1 제어 스위치(301)에 연결되고, 제1 구동부(302)는 A측(300)으로부터 입력되는 전기 데이터 신호에 따라 대응하여 발광 다이오드(304)를 구동하여 광케이블 (306)에 광데이터 신호를 전송한다.
광데이터 신호는 포토다이오드(308)에서 검출되어 제2 증폭부(310)를 거쳐 전기 신호로 변환되어 제2 제어 스위치(312)에 전달된다. 같은 방법으로 B측(320)으로부터의 유에스비 신호는 제2 구동부(311)와 발광다이오드(309)를 거쳐, 광케이블(307)로 전송되며, 포토다이오드(305)에서 광데이터를 검출하여 제1 증폭부(303)와 제1 제어 스위치(301)에 전달된다.
본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블은 종래의 기술에 따라 제작된 케이블로 대용하여 사용될 수 있으며, 유에스비용 광통신 확장 (extension) 케이블에 관한 기술은 대한민국 특허 공개 제2001-0016359호에 개시되어 있다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 영상 저장 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 제2 실시예는 범용 CPU(예를 들어, 인텔사의 펜티엄 프로세서 또는 파워 피씨용 마이크로프로세서)가 아닌 산업용 CPU와 실시간(real-time) 운영 시스템(OS) 등의 전용 운영 시스템을 이용하여 구동되는 소규모의 임베디드(embedded) 시스템에 복수 개의 유에스비 카메라를 장착하여 디지털 영상 저장 장치를 구성하는 것을 특징으로 한다.
도4를 참조하면, 산업용 CPU(401)와 유에스비 버스와 연결되는 유에스비 칩 (402), 유에스비 포트(404)가 도시되어 있다. 이 때에, 유에스비 구동 소프트웨어 (403)가 공급되어야 한다. 한편, 유에스비 포트(404)에는 본 발명에 따른 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블(405, 407)과 복수 개의 유에스비 포트(406, 411)를 이용하여 케스케이드 방식 또는 직접 유에스비 카메라(408, 409, 410)가 연결된다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 유에스비용 광통신 확장(extension) 케이블과 필요하다면 별도의 유에스비 허브를 이용하여, 개인용 컴퓨터에 추가의 캡쳐 보드와 같은 하드웨어 또는 디바이스 드라이버 소프트웨어의 제작 없이 간편하게 복수 개의 유에스비 카메라를 최대 50m 까지 서로 케스케이드 방식 또는 직접 연결함으로써 저렴한 비용으로 디지털 영상 저장 장치를 구성할 수 있다.
종래의 디지털 영상 저장 장치에 사용되는 아날로그 CCD 카메라에 비하여 본 발명을 구성하는 유에스비 카메라는 가격이 1/4 정도로 저렴하며, 복수 개의 카메라를 단일 유에스비 포트에 케스케이드 방식으로 접속할 수 있으므로 배선 비용과 카메라 가격을 대폭 절감할 수 있다.

Claims (7)

  1. 복수 개의 유에스비 카메라를 개인용 컴퓨터의 포트에 접속하여, 상기 복수 개의 유에스비 카메라가 각각 촬영하여 전송하는 복수개 채널의 영상 데이터를 디지털 신호 처리하여 저장하는 개인용 컴퓨터 기반의 디지털 영상 저장 장치에 있어서, 상기 디지털 영상 저장 장치는
    적어도 하나 이상의 유에스비 포트와 윈도우즈 컴퓨터 운영 시스템을 구비한 개인용 컴퓨터;
    상기 유에스비 포트로 전송되는 영상 데이터의 전송 거리를 유에스비 버스 유효 통신 거리 이상으로 확장하기 위하여 영상 데이터의 전기 신호를 광데이터 신호로 변환 또는 역변환하는 광통신 인터페이스 모듈을 구비한 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블; 및
    상기 유에스비 포트에 직접 접속되거나, 상기 유에스비 포트까지의 통달 거리가 유에스비 버스의 유효 통신 거리보다 긴 경우에는 상기 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블을 통하여 상기 유에스비 포트에 접속되고, 복수 개를 상기 유에스비 포트에 접속하고자 하는 경우에는 하나 또는 복수 개의 유에스비 허브 및/또는 하나 또는 복수 개의 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블을 이용하여 상기 단일 유에스비 포트에 복수 개를 케스케이드 방식으로 서로 접속하는 복수 개의 유에스비 카메라
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개인용 컴퓨터의 윈도우즈 운영 시스템은 유에스비 에이피아이(API)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개인용 컴퓨터는 상기 유에스비 카메라가 전송하는 영상 데이터를 처리하는 캡쳐 보드를 하드웨어적으로 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유에스비 허브는 복수 개의 터미널을 구비하고, 각각의 터미널은 상기 유에스비 카메라 및 상기 유에스비 버스용 광케이블 및/또는 유에스비 일반 케이블에 연결되는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
  5. 복수 개의 유에스비 카메라가 각각 촬영하여 전송하는 복수개 채널의 영상 데이터를 디지털 신호 처리하여 저장하는 산업용 CPU 기반의 디지털 영상 저장 장치에 있어서, 상기 디지털 영상 저장 장치는
    적어도 하나 이상의 유에스비 포트;
    상기 유에스비 포트가 전송하는 유에스비 데이터를 처리하는 유에스비 칩;
    실시간 운영 시스템(real-time OS)과 유에스비 칩을 구동해 주는 소프트웨어를 구비한 산업용 CPU;
    상기 유에스비 포트로 전송되는 영상 데이터의 전송 거리를 유에스비 버스유효 통신 거리 이상으로 확장하기 위하여 영상 데이터의 전기 신호를 광데이터 신호로 변환 또는 역변환하는 광통신 인터페이스 모듈을 구비한 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블; 및
    상기 유에스비 포트에 직접 접속되거나, 상기 유에스비 포트까지의 통달 거리가 유에스비 버스의 유효 통신 거리보다 긴 경우에는 상기 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블을 통하여 상기 유에스비 포트에 접속되고, 복수 개를 상기 유에스비 포트에 접속하고자 하는 경우에는 하나 또는 복수 개의 유에스비 허브 및/또는 하나 또는 복수 개의 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블을 이용하여 상기 단일 유에스비 포트에 복수 개를 케스케이드 방식으로 서로 접속하는 복수 개의 유에스비 카메라
    를 포함하고, 상기 산업용 CPU는 상기 유에스비 카메라의 드라이버 소프트웨어를 저장 수단에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 유에스비 허브의 복수 개의 터미널 중 제1 터미널은 상기 유에스비 포트, 또는 상기 유에스비 포트에 접속된 유에스비 일반 케이블, 또는 상기 유에스비 포트에 접속된 유에스비 버스용 광통신 확장 (extension) 케이블에 접속되고, 제2 터미널은 유에스비 카메라에 접속되고, 제3 터미널은 케스케이드로 후속하여 접속할 유에스비 카메라를 연결하는 유에스비 일반 케이블 또는 유에스비 버스용 광통신 확장(extension) 케이블과 접속되는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 복수 개의 유에스비 허브 및 상기 복수 개의 유에스비 버스용 광케이블을 이용하여 케스케이드 방식으로 상기 유에스비 포트에 접속된 복수 개의 유에스비 카메라 중 상기 유에스비 포트에서 가장 먼 거리에 접속된 유에스비 카메라로부터 유에스비 포트까지의 거리는 상기 유에스비 확장 버스용 광케이블의 유효 통신 거리 이내에 설치됨을 특징으로 하는 디지털 영상 저장 장치.
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