KR200352634Y1

KR200352634Y1 - 보안 감시용의 네트워크 기반 디지털 오디오/비디오 전송장치

Info

Publication number: KR200352634Y1
Application number: KR20-2004-0006888U
Authority: KR
Inventors: 임병진; 임인건; 구근선
Original assignee: 주식회사 성진씨앤씨
Priority date: 2004-03-13
Filing date: 2004-03-13
Publication date: 2004-06-05

Abstract

본 고안은 비디오 카메라, 분배기, DVR(디브이알; Digital Video Recorder) 등의 CCTV 장비들을 케이블로 연결하여 구성되는 보안 감시 시스템에 있어서, 종래의 아날로그 케이블의 최대 단점인 일대일 배선으로 인한 높은 설치 비용 문제를 해결하면서, 별도의 디지털 관련 전문 지식이 없는 작업자도 마치 아날로그 케이블을 배선할 때와 같이 손쉽게 모든 장비를 설치할 수 있도록 해 주는 디지털 오디오/비디오 전송 시스템을 제공한다. 이러한 일대일 배선에 의한 고비용 문제를 해결하기 위한 기술로 네트워크로 아날로그 케이블을 디지털로 대체시켜 주는 네트워크 DVR 시스템이 있다. 그러나, 이 방식은 시스템 설정법이 복잡하여 종래의 작업자가 별도의 전문적인 디지털 관련 지식을 습득하지 않고서는 시스템을 설치하기 곤란한 것이 문제이다. 본 고안은 전술한 문제를 해결하기 위하여 복잡한 원격 설정 과정 없이 간단한 스위치 조작만으로 모든 설정이 완결되는 디지털 비디오 스트리머 및 디지털 영상 분배 증폭기와, 각 입력 채널별로 아날로그와 디지털 입력을 선택할 수 있는 하이브리드 디지털 비디오 레코더 등의 장치로 구성된다.

Description

보안 감시용의 네트워크 기반 디지털 오디오/비디오 전송 장치{NETWORK-BASED DIGITAL AUDIO/VIDEO TRANSMISSION DEVICE FOR SECURITY SURVEILLANCE}

본 고안은 디지털 방식의 오디오/비디오 전송 기술과 디지털 영상 저장 장치에 관한 것으로, 특히 보안 감시용의 네트워크 기반 A/V(audio/video) 전송 시스템 및 하이브리드 디지털 비디오 레코더에 관한 것이다.

(종래의 일반적 DVR의 문제점)

최근 들어 은행, 카지노, 백화점, 아파트, 일반 빌딩, 주택 등의 다양한 장소에서 보안 감시용 영상 녹화를 위하여 아날로그 방식의 VCR(Video Cassette Recorder) 대신에 디지털 방식의 디지털 비디오 레코더(Digital Video Recorder; DVR; 디브이알)의 사용률이 점진적으로 증가되고 있는 추세이며, 이러한 경향은 DVR이 VCR을 완전히 대체할 때까지 지속될 것으로 예측되고 있다.

도1은 종래 기술에 따른 일반적인 DVR 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 비디오 카메라(10)로 촬영된 영상 신호는 비디오 카메라(10) 내부의 카메라 모듈(11)에서 적절한 영상 처리가 된 후 내부의 비디오 인코더(video encoder; 12) 칩에 의해 아날로그 영상 신호로 변환되어 케이블(50)을 통해 DVR(30)에 입력된다. 이 때에, 케이블(50)로는 동축 케이블(coaxial cable)이 주로 쓰인다. 이렇게 DVR(30)에 입력된 아날로그 영상 신호는 내부의 비디오 디코더 (video decoder) 칩에 의해 아날로그-디지털 변환(Analog-Digital Conversion; ADC)되고, 디지털 방식으로 영상을 압축해 주는 영상 압축기(video compressor)에 의하여 압축된 후에 하드디스크에 저장된다.

여기서, 비디오 카메라의 출력 영상 신호는 NTSC, PAL, SECAM 등의 국제 표준 아날로그 신호로서 주로 동축 케이블(50)을 통해 DVR(30)에 입력되는 방식이 널리 채용되고 있다. 따라서, 비디오 카메라(10)와 DVR(30)의 내부에서는 영상 신호를 디지털 방식으로 처리하지만, 비디오 카메라(10)와 DVR(30) 사이의 케이블(50)에는 아날로그 신호가 전달됨을 알 수 있다. 이하 케이블에 아날로그 신호가 전달됨을 명기할 필요가 있을 경우 '아날로그 케이블'이라고 한다.

이와 같이, 비디오 카메라(10)와 DVR(30)을 연결하는 아날로그 케이블(50)은 아날로그 신호를 전달해야 하므로 특별한 주파수 변/복조기가 없는 한 그 특성상 반드시 일대일로 연결될 수밖에 없기 때문에, 시스템의 전체 배선 수가 설치된 카메라 수에 비례하여 증가하게 되고, 그 결과 케이블을 포함한 전체 공사비의 과다한 증가를 초래한다는 단점이 있다.

예를 들어, 어떤 대형 빌딩에 비디오 카메라를 1600대 설치한 경우에 이 영상을 모두 녹화하려면, 16 채널 입력의 DVR은 카메라 수의 1/16인 100대만 있으면 되지만, 아날로그 케이블은 카메라 수와 같은 1600 회선이나 필요하게 된다. 이와 같이, 빌딩 또는 특정 지역을 수백 또는 수천 개의 비디오 카메라로 감시하는 경우 이 모든 영상 신호를 중앙 통제실(central control center, 관제실이라고도 함)에 설치되어 있는 DVR에 전달하기 위하여 각각의 비디오 카메라(10)로부터 그 수만큼의 케이블을 중앙 통제실까지 수십에서 수백 미터씩 배선해야 한다.

그런데, 현실적으로 그만큼 배선하는 것은 공간적으로 설치가 용이하지 않을 뿐더러 케이블 수와 거리에 비례하여 케이블을 포함한 전체 공사비가 증가하는 문제가 있다. 더욱이, 이미 완공되어 있는 건축물의 경우 필요한 케이블 수가 너무 많으면 시공 자체가 아예 불가능해지는 경우도 생긴다.

(종래의 네트워크 DVR 시스템의 구조)

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 들어 네트워크 카메라와 네트워크 DVR을 포함하는 네트워크 DVR 시스템(network DVR system)이 도입되었다. 참고로네트워크 카메라는 비디오 스트리머(video streamer)라고도 불리며, 네트워크 DVR은 네트워크 비디오 레코더(Network Video Recorder; NVR)라고도 불린다.

도2는 종래 기술에 따른 네트워크 DVR 시스템의 구성을 나타낸 도면으로서, 네트워크 DVR에 관한 기술은 국제특허공개 제WO 2002/80033호 및 대한민국특허공개 제2002-0018988호에 개시되어 있다. 도2를 참조하면, 네트워크 카메라(60)와 네트워크 DVR(70)을 사용한 시스템은, 설치 공간을 많이 차지하여 비용이 많이 드는 아날로그 케이블 대신에 케이블 설치 비용을 대폭 절감할 수 있는 디지털 방식의 네트워크 전송(network transmission)을 기반으로 설계되어 있다.

이를 구현하기 위하여 네트워크 카메라(60)는 입력된 영상 신호를 영상 압축기(63)에 의해 비트스트림(bitstream)으로 압축(compression)한 후에 LAN(Local Area Network; 랜) 포트(port; 64)로 출력한다. 이 비트스트림들은 대개 이더넷 (Ethernet) 방식의 네트워크(90)를 통하여 미리 설정되어 있는 네트워크 DVR(70)로 전송된다. 여기서, 전송 방식으로는 일반적으로 TCP/IP, UDP/IP, RTP 등의 인터넷 표준 프로토콜이 시스템의 용도에 따라 선택되어 쓰인다.

이러한 네트워크 카메라는 그 용도에 따라 카메라 모듈(61)을 내장한 일체형(60)과 그렇지 않은 분리형(65)의 구조를 가질 수 있다. 분리형의 경우 네트워크 카메라 서버(Network Camera Server; NCS; 65)라고 불린다. 일반적으로 사용자가 선호하는 고급형 비디오 카메라(10)를 사용하고자 할 때에는 분리형 네트워크 카메라 서버(65)를 사용할 수밖에 없고, 그렇지 않은 경우에는 전체 가격이 상대적으로 저렴한 일체형 네트워크 카메라(60)를 주로 사용한다.

일체형 네트워크 카메라(60)의 경우 내장된 카메라 모듈(61)에서 생성된 디지털 영상이 영상 신호 처리기(video signal processor; 62)를 거쳐 곧바로 영상 압축기(video compressor; 63)에 전달되어 압축된 후 LAN 모듈(64)을 통하여 전송된다.

반면에, 분리형 네트워크 카메라 서버(NCS; 65)의 경우 카메라 모듈을 내장하지 않는 대신에 종래의 비디오 카메라(10)로부터 아날로그 케이블(50)로 전달되는 표준 아날로그 영상 신호를 입력받아 디지털로 변환해 주는 비디오 디코더(66) 칩이 내장되며, 이 칩에 의하여 변환된 디지털 영상이 영상 압축기(67)에 전달되어 압축된다. 이와 같은 분리형 네트워크 카메라 서버(65)는 설치 비용을 절감하기 위하여 비디오 카메라(10)와 근접한 곳에 설치되어 수 미터 정도의 비교적 짧은 아날로그 케이블(51)로 연결되는 것이 일반적이다.

그리고, 네트워크 DVR(70)은 각각의 네트워크 카메라(60)로부터 네트워크 (90)를 통하여 전송되어 LAN 포트로 입력된 비트스트림 데이터를 적절한 포맷으로 하드디스크에 저장하는 동시에 압축된 비트스트림을 해제하여(decompression) 모니터 화면에 복원된 영상을 실시간으로 표시한다. 그런 이후에, 종래의 DVR(30)처럼 운영자가 원하는 대로 영상을 재생 또는 백업하거나 다른 원격지로 전송하는 등의 각종 작업을 수행할 수 있다.

이하에서는 일체형 카메라(60)를 위주로 하여 설명하겠으나, 특별히 명기하지 않으면 일체형 네트워크 카메라(60)에 관한 모든 설명은 분리형 네트워크 카메라 서버(65)에도 동일하게 적용되는 것으로 이해하여야 한다.

(종래의 네트워크 DVR 시스템의 장점)

전술한 바와 같이 네트워크 DVR 시스템은, 아날로그 입력을 구비한 도1의 종래 기술의 DVR(30)이 가지는 기능을 대부분 그대로 구현할 수 있는 것은 물론이고, 특히 버스(bus) 방식의 이더넷(Ethernet)이 가지는 특성 덕분으로 아날로그 케이블로서는 사실상 구현이 불가능했던 다음과 같은 장점을 활용할 수가 있다.

첫째로, 도2에 도시한 바와 같은 가장 단순한 구성 예로서, 근거리 내에 있는 다수의 네트워크 카메라는 근처에 설치되어 있는 하나의 네트워크 허브(network hub; 80)에 카메라 수만큼의 짧은 네트워크 케이블로 연결하고, 그 네트워크 허브(80)로부터 통상적으로 거리가 멀리 떨어져 있는 중앙 통제실의 메인 네트워크 허브(81)까지는 하나의 네트워크 케이블로 배선할 수 있다.

예를 들어, 네트워크 카메라의 영상 압축률과 네트워크의 유효 대역폭(effective bandwidth)을 감안했을 때 50개의 카메라 영상을 하나의 네트워크 케이블로 문제없이 전송할 수 있다고 하면, 1600개의 카메라 영상을 중앙 통제실로 전송하기 위해서는 단지 32개의 회선만 필요하므로 그 회선 수가 아날로그 케이블에 비하여 1/50으로 줄어들며 전체 공사비도 그만큼 대폭 경감된다.

둘째로, 전원선과 같은 병렬성을 가지는 버스(bus) 방식의 이더넷 특성을 이용하면 단순한 구성을 복잡하지만 최적화된 구성으로 얼마든지 대폭 확장할 수 있다. 예컨대, 다수 개의 허브를 사용할 수 있다면 각각의 네트워크 케이블을 통해 전송되는 총 데이터량이 유효 대역폭을 넘지 않는 한도 내에서, 카메라 위치와 건축물의 구조에 따라 도2에 도시한 단순한 첫째 구성에 비해 네트워크 케이블의 소요량을 더욱 더 최소화시킬 수 있는 최적의 허브 수량과 케이블 연결 구성을 구해 내는 것이 가능하다.

(종래의 네트워크 DVR 시스템의 문제점)

그런데, 종래 기술에 따른 네트워크 DVR 시스템에는 전술한 바와 같은 강력한 장점이 있는 반면에 현실적으로 다음과 같이 결코 무시할 수 없는 여러 가지 기술상의 문제점들이 있기 때문에, 전통 방식의 DVR처럼 네트워크 DVR이 시장에 널리 보급되는데 큰 한계가 있는 상황이다.

첫 번째 문제점은 아날로그 시스템에 익숙한 작업자들의 교육 문제이다. 컴퓨터 및 네트워크 환경에 친숙하지 않고 오랜 기간 아날로그 CCTV 장비의 설치에만 익숙했던 전형적인 작업자가 별도의 특별한 교육 없이 네트워크 DVR 시스템을 설치하는 것은 매우 힘들다. 이를 극복하고 네트워크 DVR을 널리 보급하기 위해서는 막대한 비용과 시간을 들여서 전세계의 모든 작업자들에게 제품의 설치법, 사용법 및 수리 방법 등을 교육시켜야 하는데, 현실적으로 무리가 많이 따르기 때문에 시스템을 널리 보급하는데 저해 요소로서 작용할 수밖에 없다.

예를 들어, 네트워크 카메라를 작동시키려면 기본적으로 네트워크 카메라의 IP 주소(IP address; 아이피 주소) 등의 각종 설정을 해 주어야 한다. 이를 위해서는 통상적으로 네트워크에 연결되어 있고 별도의 전용 소프트웨어가 설치되어 있는 컴퓨터를 이용하여 원격에서 네트워크 카메라를 설정하도록 되어 있는데, 컴퓨터, 네트워크와 전용 소프트웨어의 사용법에 익숙하지 않은 작업자에게 이 설치 방법을 교육시키려면 비용과 시간이 많이 들 수밖에 없다.

두 번째 문제점은 기존의 아날로그 CCTV 장비와의 호환성 문제이다. 네트워크 DVR은 네트워크 카메라 이후 완벽하게 디지털화되어 있다. 그러나, 이러한 장점은 역으로 아날로그 입출력 방식을 채용하고 있는 기존 CCTV 장비와 호환성이 전혀 없다는 문제를 야기한다.

예를 들어, 네트워크 DVR 시스템을 채택할 경우에 오랜 기간 동안 보안 감시를 위해 널리 사용되어 왔던 도1의 대용량의 매트릭스(matrix; 40) 시스템이나 소용량의 멀티플렉서(multiplexer; 41) 등의 아날로그 CCTV 장비에 영상을 전송하는 것이 불가능하거나 가능하더라도 매우 비효율적이고 고비용이었다. 이는 아날로그 CCTV 장비들이 아날로그 신호만을 입력받을 수 있는데 반해, 네트워크 DVR 시스템의 경우 현재로서는 다른 아날로그 CCTV 장비들로 아날로그 영상 신호를 출력해 줄 수 있는 방법을 전혀 지원하지 않는 시스템이 대부분이고 출력할 수 있다고 해도 화질에 문제가 많고 고비용인 상태이다.

이에 반하여, 도1의 종래의 DVR(30)의 경우 입력 신호가 아날로그이므로 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 아날로그 입출력 방식의 영상 분배 증폭기(VDA; 20)를 사용하여 DVR과 CCTV 장비 모두에 아날로그 영상 신호를 입력시킬 수가 있다. 즉, 사용자의 취향에 맞게 중앙 통제실에서 각종 아날로그 CCTV 장비들과 종래의 DVR을 혼용할 수 있다는 장점이 있다.

세 번째 문제점은 아날로그 영상 입력의 부재에 의한 호환성 문제이다. 네트워크 카메라 이후 완벽하게 디지털화되어 있다는 장점이 오히려 단점이 되는 또 다른 경우로서, 도2의 네트워크 DVR(70) 자체가 구조적으로 아날로그 영상 및 음성신호를 입력 받을 수 없다는 데에 또 다른 호환성의 문제가 발생한다. 이는 종래의 네트워크 DVR(70)이 보안 감시 시스템의 완벽한 디지털화를 지향하기 때문에 네트워크를 통하여 LAN 포트로 디지털 데이터만을 입력받는 개념으로 설계되어 있어서 더더욱 그러하다.

예를 들어, 도1과 같이 기존에 종래의 비디오 카메라(10)와 동축 케이블(50)로 설치가 되어 있어 이미 아날로그 영상 신호가 통제실까지 들어와 있고, 추가로 설치될 카메라만 네트워크 DVR 시스템을 사용하여 디지털화시키고자 할 경우가 있다. 이 경우, 기존에 이미 통제실까지 들어와 있는 아날로그 영상 신호는 직접 도2의 네트워크 DVR(70)에 입력시킬 수가 없다.

그렇기 때문에, 통제실 내에 별도의 분리형 네트워크 카메라 서버(NCS; 65)를 기존에 설치되어 있던 카메라 수만큼 추가로 설치해 주어야 하는데, 그러다 보니 비용 절감을 위하여 네트워크 DVR 시스템을 채택하려다 오히려 불필요한 비용이 증가하게 되는 문제가 발생하게 된다.

(문제 해결을 위한 조건)

이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 DVR에 비해 케이블 수를 줄여서 전체 설치 비용을 절감할 수 있는 네트워크 DVR 시스템의 장점은 온전히 수용하되 전술한 세 가지 문제점을 완전히 해결할 수 있는 새로운 개념의 A/V 전송 기술 및 시스템을 제공하는 것이 필요하다. 이러한 새로운 개념은 다음과 같은 세 가지 조건을 만족시켜야 한다.

첫째로, 컴퓨터나 네트워크에 대한 기본 지식이 전혀 없는 작업자도 설치할수 있도록 별도의 컴퓨터 없이 간단한 조작만으로 전체 시스템을 작동시킬 수 있을 만큼 설치 및 사용법이 쉽고 편리해야 한다.

둘째로, 아날로그 영상 신호를 입력받는 기존의 아날로그 CCTV 시스템에 영상을 보낼 수 있도록 최소한 전송되는 영상 수만큼의 아날로그 영상 출력이 있어야 한다.

셋째로, DVR에서 아날로그 케이블을 통한 아날로그 A/V 입력과 네트워크를 통한 디지털 A/V 입력을 모두 받을 수 있어야 하고, 사용자가 아날로그와 디지털 A/V 입력 중에서 자유롭고 편리하게 선택할 수 있는 수단을 제공해야 한다.

따라서, 본 고안의 제1 목적은 비디오 카메라, 마이크로폰, 영상 분배 증폭기, DVR(디브이알) 등을 포함한 각종 CCTV 장비들을 케이블로 연결하여 구성되는 보안 감시 시스템에 있어서 종래의 아날로그 케이블의 최대 단점인 일대일 배선으로 인한 높은 공사 및 설치 비용 문제를 해결하기 위하여 종래의 네트워크 DVR 시스템처럼 하나의 케이블로 다수의 영상을 전송(transmit)할 수 있는 네트워크 기술을 활용하여 전체 케이블을 디지털화시키면서도, 네트워크 DVR 시스템과 달리 특별한 디지털 전문 지식이 없는 작업자도 아날로그 케이블을 배선할 때와 같은 지식 수준으로 손쉽게 전체 시스템을 설치할 수 있도록 하기 위하여, 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정 없이도 장비에 부착되어 있는 스위치 조작만으로 간단하게 모든 설정을 완결할 수 있는 네트워크 기반 A/V 전송 장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 아날로그 영상 신호를 입력받는 각종 아날로그 CCTV 장비들이나 종래의 DVR에 디지털로 전송되는 A/V 데이터들을 보낼 수 있도록 하기 위하여, 전송되는 모든 디지털 A/V 데이터를 디지털-아날로그 변환(Digital-to-Analog Conversion; DAC)하여 아날로그 신호로 출력할 수 있는 네트워크 기반 A/V 전송 장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, CCTV 관련 사용자들이 익숙한 종래의 DVR 구조에 네트워크 DVR의 주요 기능을 추가함으로써, 아날로그 케이블을 통한 여러 채널의 아날로그 A/V 입력과 네트워크를 통한 여러 채널의 디지털 A/V 입력을 모두 받을 수 있을 뿐만 아니라, 사용자의 설치 환경에 맞게 각 입력 채널별로 아날로그 및 디지털 A/V 입력 중에서 원하는 대로 선택하여 입력받을 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 디브이알(hybrid DVR)을 제공하는 데 있다.

도1은 종래 기술에 따른 일반적 DVR 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도2는 종래 기술에 따른 네트워크 DVR 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도3은 본 고안에 따른 디지털 오디오/비디오 전송 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도4는 본 고안에 따른 디지털 비디오 스트리머의 구성을 나타낸 블럭도.

도5는 본 고안에 따른 디지털 영상 분배 증폭기의 구성을 나타낸 블럭도.

도6은 본 고안에 따른 하이브리드 DVR의 구성을 나타낸 블럭도.

도7은 본 고안에 따른 하이브리드 DVR의 영상 처리기의 구성을 나타낸 블럭도.

도8a는 종래 기술에 따른 보안 감시 시스템의 전체 구성의 일 실시예를 나타낸 도면.

도8b는 본 고안에 따른 보안 감시 시스템의 전체 구성의 일 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 종래 기술에 따른 비디오 카메라(video camera)

20 : 종래 기술에 따른 아날로그 영상 분배 증폭기(Video Distribution Amplifier; VDA)

30 : 종래 기술에 따른 일반적인 형태의 DVR(Digital Video Recorder)

60 : 종래 기술에 따른 일체형 네트워크 카메라(network camera)

65 : 종래 기술에 따른 분리형 네트워크 카메라 서버(Network Camera Server; NCS)

70 : 종래 기술에 따른 네트워크 DVR(network DVR)

80 : 네트워크 허브(network hub)

100 : 분리형 디지털 비디오 스트리머(Digital Video Streamer; DVS)

105 : DVS 일체형 디지털 비디오 카메라(Digital Video Camera; DVC)

200 : 디지털 영상 분배 증폭기(Digital Video Distribution Amplifier; DVDA)

300 : 하이브리드 DVR(hybrid DVR)

(고안에서 제공하는 장치 및 장비의 특징)

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 비디오 카메라, 마이크로폰, 센서, 카메라 Pan/Tilt/Zoom 제어기 등을 포함하는 각종 CCTV용 감시 장치와 VDA, DVR, 멀티플렉서(multiplexer), 매트릭스(matrix) 등을 포함하는 각종 CCTV용 시스템 장비들을 케이블로 연결하여 구성되는 보안 감시 시스템에 있어서, 상기 복수 개의 CCTV용 감시 장치로부터 출력되는 아날로그 A/V 및 제어 신호를 입력받아 디지털로 변환하고 비트스트림(bitstream) 형태의 디지털 데이터로 압축(compression)하고 적절한 네트워크 프로토콜에 맞추어 LAN 포트로 출력하여 이 디지털 데이터들을 이더넷(Ethernet) 방식 등의 네트워크를 통하여 원격지에 전송(transmit)하되, 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정이 없이도 부착되어 있는 스위치 조작만으로 간단하게 네트워크 설정을 포함한 모든 필요한 설정을 완결할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 스트리머(Digital Video Streamer; DVS)와, 종래의 DVR과 각종 아날로그 CCTV 장비들에 입력 가능한 아날로그 A/V 및 제어 신호를 보낼 수 있도록 상기 복수 개의 디지털 비디오 스트리머(DVS)로부터 네트워크를 통하여 전송되어 LAN 포트로 입력받은 모든 디지털 A/V 및 제어 데이터를 각각 아날로그 신호로 변환한 후에, 동일한 아날로그 신호를 다수의 CCTV용 시스템 장비들에 분배할 수 있도록 하나의 디지털 입력에 대하여 두 개 이상의 동일한 아날로그 신호로 분배하여 출력해 주되, 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정이 없이도 부착되어 있는 스위치 조작만으로 간단하게 네트워크 설정을 포함한 모든 필요한 설정을 완결할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 분배 증폭기(Digital Video Distribution Amplifier; DVDA)를 포함하는 보안 감시용 네트워크 기반 디지털 A/V 전송 시스템을 제공한다.

또한, 상기 시스템에 부가하여 기존의 CCTV 관련 사용자들이 익숙한 종래의 DVR 구조에 네트워크 DVR의 개념을 추가함으로써 아날로그 케이블을 통한 여러 채널의 아날로그 A/V 및 제어 입력과 네트워크를 통한 여러 채널의 디지털 A/V 및 제어 입력을 모두 받을 수 있되, 사용자의 설치 환경에 맞게 각 입력 채널별로 그에 해당하는 아날로그 A/V 및 제어 입력과 디지털 A/V 및 제어 입력 중에서 간단한 설정만으로 선택하여 입력받음으로써 각 채널별로 선택된 아날로그 또는 디지털 입력 영상을 모니터 화면상의 해당 채널 영역에 표시하는 동시에 A/V 데이터를 저장 장치에 저장하고 제어 신호를 처리한 후에 종래의 DVR과 같은 방식으로 재생, 전송및 백업할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 DVR(hybrid DVR)을 제공한다.

(감시용 네트워크 기반 디지털 A/V 전송 시스템의 실시예)

이하에서는, 첨부 도면 도3 내지 도8을 참조하여 본 고안에 따른 보안 감시용 네트워크 기반의 A/V 전송 시스템의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도3은 본 고안에 따른 보안 감시용 네트워크 기반 A/V 전송 시스템의 가장 기본적인 구성 장비가 되는 디지털 비디오 스트리머(Digital Video Streamer; DVS; 100)와 디지털 영상 분배 증폭기(Digital Video Distribution Amplifier; DVDA; 200)를 나타낸 도면이다. 여기에, 추가로 DVDA에 인터페이스될 수 있는 장비의 예로서 종래의 아날로그 CCTV 장비인 매트릭스(40), 멀티플렉서(41)와 본 고안에 따른 하이브리드 DVR(hybrid DVR; 300)이 도시되어 있다.

참고로 도3의 DVS(100)는 분리형의 일 실시예이며, 이를 카메라에 내장시켜 DVS 일체형의 디지털 비디오 카메라(Digital Video Camera; DVC; 105)로 설계할 수도 있다. 이후부터 특별히 구분하지 않으면, DVS(100)에 관한 모든 설명은 일체형 디지털 비디오 카메라(105)에도 해당하는 것으로 한다.

도3을 참조하면, 본 고안에 따른 네트워크 기반 디지털 A/V 전송 시스템은 비디오 카메라(10), 마이크로폰 등과 같은 다수의 감시 장치로부터 출력되는 아날로그 A/V 신호와 카메라 Pan/Tilt/Zoom 제어기 등과 같은 다수의 제어 신호를 모두 DVS(100)에 의하여 디지털 데이터로 변환한 후에, 이를 네트워크 허브(80)를 통하여 DVDA(200)로 전송하도록 기본적으로 구성되어 있다.

그리고, DVDA(200)는 전송 받은 디지털 데이터를 아날로그 신호로 역으로 변환하여 매트릭스(40)나 멀티플렉서(41) 같은 아날로그 CCTV 장비뿐만 아니라 종래의 일반적인 DVR(30)에도 출력해 줄 수 있으며, 더불어 내장된 허브를 통하여 전송 받은 디지털 데이터를 그대로 직접 하이브리드 DVR(300)에 전송할 수도 있다.

여기서 공사 및 설치 비용의 상당 부분을 차지하는 감시 장치와 통제실 간 장거리 케이블의 양쪽 끝에 대하여 도3의 시스템 구성과 도1의 종래의 일반적인 DVR 시스템의 구성과 비교해 보면, A/V 전송 방식을 아날로그에서 디지털로 대체함에 있어서 DVS(100)가 종래의 비디오 카메라(10)의 역할을 대체하고 DVDA(200)가 종래의 VDA(20)를 대체함을 알 수 있다.

참고로, 이와 같이 VDA(20)와 DVDA(200)의 용도가 서로 유사하기 때문에, 사용자가 쉽게 그 용도를 인식할 수 있도록 하기 위하여 영상 이외의 신호들을 처리함에도 불구하고, DVDA(200)의 명칭을 아날로그 영상 분배 증폭기(20)에 대비하여 '디지털 영상 분배 증폭기'라고 하는 것이다. 이 또한 사용자에 대한 신제품 교육의 부담을 줄이는 효과가 있다.

이상과 같이 도3의 시스템을 도입하면, 도8a에서 볼 수 있듯이 카메라 수만큼의 아날로그 동축 케이블(50)을 도8b에서와 같이 네트워크 허브(80)와 DVDA(200) 사이의 하나 또는 단지 몇 개의 네트워크용 UTP 케이블(90)로 대체할 수 있다. 그러므로, 수많은 아날로그 케이블을 배선하기 위한 공사 및 설치 비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

(종래의 네트워크 DVR 시스템과의 차이점)

전술한 도3의 구성은 공사 및 설치 비용의 상당 부분을 차지하는 감시 장치와 통제실간의 장거리 케이블에만 국한하여 비교해 보면 도2의 종래의 네트워크 DVR 시스템과 다를 바가 없다. 따라서, 동일한 카메라 구성에 대하여 도2와 도3의 구성에 따른 케이블 공사 및 설치 비용은 거의 같을 것으로 예상할 수 있다.

그러나 도2의 종래의 네트워크 DVR과 달리 본 고안에 따른 도3의 시스템은 두 가지 면에서 큰 차이가 있다. 하나는 DVS(100)와 DVDA(200) 간의 디지털 데이터 전송을 위하여 반드시 필요한 네트워크 등의 설정을 위하여 단지 스위치와 같은 간단한 설정만으로 완결된다는 편리성이고, 다른 하나는 DVDA(200)에서 아날로그 신호를 출력하여 아날로그 CCTV 장비와 인터페이스를 할 수 있다는 호환성이다. 다시 말해서 본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제 중에서 제1 목적과 제2 목적을 달성할 수 있다는 점이 근본적으로 다르다.

(네트워크 설정에 사용될 IP 주소 범위의 선정)

다시 도3을 참조하면, 본 고안에 따른 디지털 비디오 스트리머(DVS; 100)와 디지털 영상 분배 증폭기(DVDA; 200)는 네트워크를 기반으로 하기 때문에 디지털 데이터를 전송하려면 반드시 최소한의 네트워크 설정을 해 주어야 한다. 네트워크 설정에는 여러 가지가 있을 수 있지만, RTP나 TCP/IP와 같이 인터넷 프로토콜(Internet protocol)을 기반으로 할 경우 네트워크에 연결되는 각 장치나 장비마다 최소한 다음과 같은 세 가지의 네트워크 설정이 반드시 필요하다.

(1) IP 주소(IP address)

(2) 서브네트 마스크(subnet mask)

(3) 게이트웨이(gateway)

이 중에서 (1)번 항목은 각 장치마다 서로 다른 고유한 값을 가져야 하는 반면에 (2)번과 (3)번 항목은 동일 네트워크 상에 연결되어 데이터를 주고 받으려 하는 모든 장치에서 같아야 한다.

이때에, IP 주소로서 인터넷 RFC에 규정된 사설 주소(private address)를 쓰는 등의 적절하고 타당한 제약 조건을 부여할 할 경우 (2)번, (3)번 항목은 그 조건에 따라 결정되기 때문에 적절한 방법으로 (1)번 항목, 즉 IP 주소만 결정되면 네트워크 전송에 최소한 필요한 세 가지의 설정을 완결할 수 있다. 따라서, IP 주소를 얼마나 편리하게 설정할 수 있는지가 본 고안의 제1 목적의 핵심이 된다.

이처럼 IP 주소를 설정하는 방법을 간략화시키기 위해서는 우선 적절하고 타당한 제약 방법이 있어야 한다. 그 방법의 양호한 실시예로서는 인터넷의 RFC 1918에 규정된 사설 주소 공간(Private Address Space; PAS)을 쓰는 것이 가장 적절하다.

그것은 IP 주소가 PAS로 지정된 패킷들은 라우터(router, 게이트웨이라고도 함)를 통과하지 못하기 때문에 라우터를 내부의 장치들이 라우터 외부의 다른 네트워크나 인터넷으로부터 완전히 차단되기 때문이다. 따라서, PAS는 외부로부터의해킹이나 외부로의 데이터 유출을 차단해야 하는 보안 감시 시스템의 속성에 정확히 부합한다.

인터넷 규약인 RFC(Request for Comments) 1918 "Address Allocation for Private Internets"에 따르면 PAS로 할당되어 있는 주소 범위는 다음과 같다. 편의상 각각의 주소 범위에 대하여 PAS A, B, C로 정의하기로 한다.

(1) PAS A: 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

(2) PAS B: 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255

(3) PAS C: 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

이 주소 범위 중에서 어떤 IP 주소를 사용할지는 여러 가지 상황을 고려해야 한다. 특히 본 고안의 제1 목적에 따라 IP 주소가 직접 드러나지 않는 방법으로 설정을 할 것이기 때문에, 가급적 디지털 A/V 전송과 관련 없는 네트워크상의 시스템에 사용될 확률이 높은 IP 주소는 피하는 것이 좋다. 그렇지 않으면 DVS, DVDA와 다른 시스템의 IP 주소가 겹쳐서 네트워크 상에서 충돌을 야기함으로써 어느 한 쪽의 IP 주소를 변경하지 않는 한 양쪽 다 네트워크를 사용할 수 없는 경우가 생길 수 있다.

이런 면에서 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)에 의한 동적 주소 할당에 널리 이용되는 사설 주소인 PAS C보다는 PAS A나 PAS B를 DVS와 DVDA 장치에 사용하는 것이 IP 주소가 충돌하는 일을 최대한 피할 수 있는 길이다.

이 중에서 특히 PAS A는 24비트의 광범위한(16,777,216개) 주소 공간이 주어지므로 시스템마다 고유하게 할당되는 물리적인 값인 MAC 주소(MAC address; 맥 주소)를 이용하여 단순한 매핑(mapping)으로 IP 주소를 자동 설정해도 IP 주소가 충돌할 확률이 16,777,216분의 1로서 극히 적다.

물론 사설 주소 PAS A를 수동 설정에 사용해도 전혀 문제가 없으므로 이후부터 IP 주소 설정과 관련된 설명에서 IP 주소의 범위로 PAS A를 사용하는 것을 양호한 실시예로 들기로 한다. PAS B와 C의 경우 할당된 주소의 범위만 다를 뿐 그 원리는 동일하다.

(IP 주소의 포맷)

이제 스위치에 의한 설정 방법을 설명하기에 앞서 그 매핑 방법을 쉽게 이해할 수 있도록 IP 주소의 포맷(format)을 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로, IP 주소(IP address; 아이피 주소)는 인터넷 상에서 특정한 네트워크를 구별시키는 식별자(identifier)와 상기 네트워크 내의 특정 장치(device)를 가리키는 식별자로 구성되며, IP 주소 중에서 네트워크를 식별시켜 주는 부분을 네트워크 주소부(network address)라 부르고 장치를 나타내는 식별자를 흔히 로컬 주소부(local address) 또는 머신 주소부(machine address)라 부른다. 또한, 특정 네트워크는 여러 개의 서브네트워크(subnetwork)를 구성할 수 있으며, 이 경우에 로컬 주소는 서브네트 주소(subnet address)를 지니게 된다.

또한, IP 주소는 4바이트, 총32비트의 정보이며, 0에서 255의 범위를 갖는 8비트의 숫자 4개로 표현되고 점(period)으로 분리된다. 각각의 숫자는 사람이 읽기 편하도록 192.168.0.1과 같이 십진수로 표기된다. 이 32비트 중에서 상위(higher)의 비트들이 네트워크 주소부에 할당되고 나머지 하위(lower) 비트들이 로컬 주소부에 할당된다.

여기서, 네트워크 주소부에 할당되는 비트 수는 임의인 것이 아니라 몇 가지로 정해져 있다. 인터넷 규약인 RFC(Request for Comments) 796 "Address mappings"에 따르면, IP 주소를 클래스 A, B, C 등으로 분류하여 네트워크 주소부에 할당되는 비트 수를 달리하며, 각각 24, 16, 8비트씩 할당된다. 편의상 'network#'과 'local#'이 임의의 8비트 수라고 하면, 각 클래스별로 IP 주소의 포맷은 다음과 같이 되며, 해당 서브네트 마스크도 클래스에 따라 고정이 된다.

(1) 클래스 A

IP 주소 포맷: network1.local2.local3.local4

서브네트 마스크: 255.0.0.0

(2) 클래스 B

IP 주소 포맷: network1.network2.local3.local4

서브네트 마스크: 255.255.0.0

(3) 클래스 C

IP 주소 포맷: network1.network2.network3.local4

서브네트 마스크: 255.255.255.0

참고로 위의 정의에 따라 전술한 사설 주소의 PAS A는 클래스 A, PAS C는 클래스 B에 해당함을 알 수 있다. PAS B는 20비트의 로컬 주소부를 갖고 있기 때문에 특별한 클래스 명칭이 부여되어 있지는 않다.

(스위치에 의한 ID값 매핑의 실시예)

한편, 설치 현장의 작업자가 IP 주소와 같은 네트워크 관련 지식을 전혀 가지지 않고서도 DVS와 DVDA의 네트워크 설정을 쉽고 편리하게 완결할 수 있는 양호한 실시예로서 여러 가지 방법이 있을 수 있는데, 스위치를 이용한 수동 설정법과 MAC 주소를 활용한 자동 설정법의 두 가지로 크게 나눌 수 있다.

이하에서는 두 가지 방법 중에서 DVS(100)와 DVDA(200)의 수동 네트워크 설정 방법을 설명하기에 앞서, 장치에 부착되어 있는 스위치의 설정에 의해 각 장치마다 고유하게 부여할 수 있는 값인 ID(Identifier; 아이디)의 설정값을 구하는 방법, 즉 스위치 상태와 ID 값의 일대일 매핑(mapping) 방법에 대하여 먼저 설명한다.

차후 IP 주소는 다음과 같이 스위치의 종류에 상관없이 ID 값으로부터 매핑된다. 이와 같이 2단계로 매핑함으로써 서로 다른 장치에서 서로 다른 종류의 스위치를 사용해도 서로 ID만 일치시키면 네트워크 전송이 가능하게 된다.

일대일 매핑 과정: 스위치 상태 ⇒ ID ⇒ IP 주소

이와 같이 네트워크 설정에 사용될 스위치로는 ID값으로 매핑 가능한, 즉 어떤 범위의 정수값으로 변환 가능한 모든 종류의 스위치 또는 입력 장치가 사용될 수 있다. 하지만 그 중에서 부품 가격이 가장 저렴하고 부품의 크기가 작아 공간을 적게 차지하며 작업자들이 이미 사용에 익숙한 DIP(Dual In-Line; 딥) 스위치를 양호한 실시예로서 들기로 한다.

DIP 스위치의 각 스위치들을 ID값으로 일대일 매핑하는 방법에는 주로 두 가지가 있을 수 있다. 하나는 DIP 스위치를 구성하는 각각의 스위치를 이진수(binary)의 각 비트로 보고 ID값을 구하는 방법이고, 다른 하나는 각 스위치들을 4개씩 묶어서 BCD(Binary Coded Decimal)로 간주하여 ID값을 계산하는 방법인데, 작업자의 취향이나 현장 상황에 따라 편리한 쪽으로 선택하면 된다.

(1) 이진수 매핑의 예 (1 = On, 0 = Off)

DIP 스위치 상태: 1011 1011 1000 ⇒ ID : BB8 Hex = 3000

(2) BCD 매핑의 예 (1 = On, 0 = Off)

DIP 스위치 상태: 0011 0000 0000 0000 ⇒ ID : 3000 BCD = 3000

(수동 네트워크 설정의 제1 실시예)

이하에서는, DVS(100)와 DVDA(200)에 부착되어 있는 스위치의 설정에 의한 수동 네트워크 설정 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 본 고안에서 수동 네트워크 설정의 제1 실시예로서 설정된 ID값으로부터 단순히 필요한 만큼의 비트를 복사(copy)하는 방식으로 일대일 매핑시켜서 IP 주소를 구하는 방법을 제안한다. 여기서, 제1 실시예는 IP 주소에서 로컬 주소부에 해당하는 하위 비트들을 ID값의 각 비트로부터 그대로 일대일 복사하여 할당(allocate)하는 것을 특징으로 한다.

다음으로 ID값을 IP 주소에 일대일 매핑하기 위하여, 예컨대 PAS A의 사설 주소 공간을 사용한다고 하면, 클래스 A이므로 로컬 주소부에 24비트가 할당된다. 이때 24개의 DIP 스위치 설정 상태, 즉 24비트의 ID값을 최상위 비트(most significant bit; MSB)부터 순서대로 8비트씩 묶어서 각각 (ID16~23), (ID8~15), (ID0~7)로 표기한다면, 다음과 같이 ID값을 IP 주소의 로컬 주소부에 일대일로 매핑할 수 있다.

< 24비트 ID값을 사용할 때 PAS A의 네트워크 설정 >

(1) IP 주소 설정: 10.(ID16~23).(ID8~15).(ID0~7)

(2) 서브네트 마스크 설정: 255.0.0.0

(3) 게이트웨이 설정: 10.0.0.1 (임의의 로컬 주소부 설정 가능)

실제 수치로 예를 들어, 24비트 범위의 ID값이 십진수로 1000000, 16진수로 0F4240Hex이라면 (ID16~23)=0FHex=15, (ID8~15)=42Hex=66, (ID0~7)=40Hex=64이므로 IP 주소는 10.15.66.64로 매핑된다. 그리고 시스템의 특성상 라우터 외부로 데이터를 전송할 필요가 없다고 가정하면 게이트웨이 설정값이 실제로 쓰이지 않게 되므로 그 값을 위와 같이 임의의 로컬 주소부, 예컨대 해당 클래스에서 가장 낮은 주소인 0.0.1로 고정하거나 아예 설정하지 않아도 된다.

그런데, 일반적으로 하나의 네트워크에 연결되는 카메라의 수는 적게는 몇 개부터 많아도 수 천 개에 불과하므로 이를 모두 식별하는 데 필요한 비트 수는 12~16개 정도면 충분하다. 그리고 필요한 하위 비트 수를 제외한 나머지 상위 비트는 편의상 0 또는 1로 고정하는 게 편리하다.

예를 들어 최대 4096개의 ID로 충분히 식별할 수 있다면 12비트만 매핑하면 되므로 남는 상위 비트를 편의상 0으로 채운다고 했을 때 다음과 같이 된다.

< 12비트 ID값을 사용할 때 PAS A의 네트워크 설정 >

(1) IP 주소 설정: 10.0.(ID8~11).(ID0~7)

(2) 서브네트 마스크 설정: 255.0.0.0

(3) 게이트웨이 설정: 10.0.0.1 (임의의 로컬 주소부 설정 가능)

실제 수치로 예를 들어, 12비트 범위의 ID값이 십진수로 3000, 16진수로 BB8Hex이라면, (ID8~11)=BHex=11, (ID0~7)=56Hex=184이므로 IP 주소는 10.0.11.184로 매핑됨을 알 수 있다.

이상과 같은 제1 실시예는 가장 단순한 매핑 방법이긴 하지만, 한 가지 주의할 점이 있다. 그것은 로컬 주소부의 비트가 모두 0이거나 모두 1이면 안 된다는 점이다. 인터넷 규약인 RFC 919 "Broadcasting Internet Datagrams"에 따르면 로컬 주소부가 모든 0인 경우는 네트워크 자체를 의미하고 모두 1인 경우는 브로드캐스팅을 의미한다.

따라서, ID값을 IP 주소에 일대일로 매핑시키는 제1 실시예의 경우 각 사설 주소 공간별로 실제 사용 가능한 ID값의 범위는 다음과 같다.

(1) PAS A: 1~16777214 ⇒ 000001Hex~FFFFFEHex ⇒ 10.0.0.1~10.255.255.254

(2) PAS B: 1~1048574 ⇒ 00001Hex~FFFFEHex ⇒ 172.16.0.1~172.31.255.254

(3) PAS C: 1~65534 ⇒ 0001Hex~FFFEHex ⇒ 192.168.0.0~192.168.255.255

위에서 최대값은 큰 문제가 없지만 0을 쓸 수 없다는 것은 경우에 따라 바람직하지 않을 수 있다. 만약, ID값으로 0을 사용하고 싶다면 ID값을 매핑할 때 (ID+1) 값을 이상과 같은 방법으로 IP 주소에 매핑하면 된다. 하지만, 본 고안에서는 그렇게 하는 것보다는, ID값이 0이면 다음과 같이 특별히 정해진 작동을 하도록 함으로써 하나의 스위치만으로 ID값의 설정은 물론이고 그러한 작동까지 설정할 수 있도록 한다.

(1) 송신 측(DVS 등)에서 ID값 0의 의미

: MAC 주소를 사용한 자동 네트워크 설정

(2) 수신 측(DVDA, 하이브리드 DVR 등)에서 ID값 0의 의미

: 비활성화 (어떤 데이터도 전송 받지 않음)

(수동 네트워크 설정의 제2 실시예)

특수한 네트워크 환경에서 IP 주소 할당에 추가적인 제약이 있는 경우 상기와 같은 단순한 비트 복사에 의한 매핑만으로는 한계가 있다. 그래서 본 고안의 수동 네트워크 설정의 제2 실시예로서 적절한 수식(expression)을 활용하여 연속적인 0 이상의 ID값을 불연속적인 IP 주소에 일대일 매핑하는 방법을 제시한다.

IP 주소 할당의 추가적인 제약으로서 가장 대표적인 예는, 사설 주소 공간의 모든 범위를 사용할 수 없거나 사설 주소 자체를 사용할 수 없고 주어진 특정 IP 주소 범위만을 사용할 수 있을 때와, IP 주소의 각 바이트가 특정한 값을 가질 수 없는 경우 등 두 가지이다. 여기서는 두 가지 제약을 모두 가진 경우의 매핑 방법에 대하여 설명하기 위하여, 다음과 같은 제약이 있는 경우를 가정한다.

제약 1: 네트워크에 사용 가능한 IP 주소 공간이 특정한 범위로 정해짐.

그 범위의 최초 IP 주소를 Base Address라 하고 다음과 같이 표기.

Base Address = base1.base2.base3.base4 (base#는 8비트 수)

제약 2: 1 이상의 연속적인 값인 ID는(0은 다른 용도로 활용한다고 가정)

IP 주소의 3, 4번째 바이트에만 매핑할 수 있음.

제약 3: IP 주소의 각 바이트는 1~254의 값만 가질 수 있음.

즉, 0 또는 255일 수 없음.

제약 4: Base Address는 게이트웨이의 IP 주소에 할당.

이러한 제약이 있는 경우에 IP 주소를 매핑하는 방법은 다음과 같다. 단, '/'는 정수 나눗셈 연산자(integer division operator)를, '%'는 나머지 연산자(modulus operator)를 의미한다.

< 수식을 이용한 네트워크 설정 >

local = (base3 × 256 + base4 + ID) % 65536 (제약 1, 2에 의거)

local3 = local / 254 + 1 (제약 3에 의거)

local4 = local % 254 + 1 (제약 3에 의거)

(1) IP 주소 설정: base1.base2.local3.local4 (제약 1, 2에 의거)

(2) 서브네트 마스크 설정: 255.255.0.0 (제약 1, 2에 의거)

(3) 게이트웨이 설정: base1.base2.base3.base4 (제약 4에 의거)

실제 수치로 예를 들어, base1 = base2 = base3 = 100, base4 = 0이고 ID값이 500이면, local = (100 × 256 + 0 + 500) % 65536 = 26100이고, local3 = 26100 / 254 + 1 = 102 + 1 = 103, local4 = 26100 % 254 + 1 = 192 + 1 = 193이므로 IP 주소는 100.100.103.193으로 매핑된다.

한편, Base Address는 장치에 부착된 별도의 전용 DIP 스위치에 의해 사용자가 설정할 수 있도록 하든지, 장치가 사용되는 네트워크 환경에 따라 설계 또는 생산 단계에서 그 값을 고정시킬 수도 있다.

(수동 네트워크 설정의 제3 실시예)

특수한 네트워크 환경에서 할당 가능한 IP 주소 공간에 대한 제약이 상기 제2 실시예의 경우보다 더욱 더 복잡하거나, 널리 쓰이는 인텔 8051 계열의 8비트 마이크로컨트롤러(microcontroller)와 같이 단순한 칩을 채택하여 장치를 설계하고자 할 때에는, 전술한 제2 실시예의 수식에 의한 매핑이 어렵거나 번거로울 수가 있다. 그래서 본 고안의 수동 네트워크 설정의 제3 실시예로서 미리 정의되어 있는 테이블을 참조하여 ID값을 IP 주소에 일대일 매핑하는 방법을 제시한다.

예를 들어, 사설 주소 PAS A 중에서 3, 4번째 바이트(각각 local3과 local4로 정의)를 테이블을 참조하여 ID값으로부터 일대일 매핑할 수 있다. 다음의 표1은 16비트 이하의 ID값으로부터 두 개의 8비트 값인 local3과 local4 값을 대응시키기 위한 테이블이다. 물론 테이블에 나열된 값은 개발자가 임의로 설정할 수 있다.

테이블에 의한 매핑의 실시예

ID	local ₃	local ₄
1	0	2
2	0	3
3	0	4
…	...	...
253	0	254
254	1	1
...	...	...

위의 테이블을 참조하여 ID값으로부터 local3, local4 값을 구한 후에 다음과 같이 네트워크 설정을 하면 된다.

< 테이블을 이용한 PAS A의 네트워크 설정 >

(1) IP 주소 설정: 10.0.local3.local4

(2) 서브네트 마스크 설정: 255.255.0.0

(3) 게이트웨이 설정: 10.0.0.1

(MAC 주소를 활용한 자동 네트워크 설정의 실시예)

본 고안에 따른 자동 네트워크 설정의 실시예는 모든 장치에 고유하게 부여되는 MAC 주소(MAC address; 맥 주소) 값을 이용하여 IP 주소를 비롯한 네트워크 설정을 자동으로 완결할 수 있도록 해 준다. 참고로 MAC 주소는 물리 주소(physical address)라고도 한다.

앞서 언급한 바와 같이 하나의 스위치로 수동 및 자동 네트워크 설정을 둘 다 지원할 수 있도록 하기 위하여, 스위치의 ID값이 0인 경우를 자동 네트워크 설정을 지정한 것으로 하는 것이 가장 효과적이다. 물론 사용자의 네트워크 환경상 굳이 수동 네트워크 설정 방식을 지원할 필요가 없다면, 자동 네트워크 설정 방식만 지원할 수도 있다.

어떤 식으로든 자동 네트워크 설정 상태라면, 사용할 사설 주소 공간에 따라 다음과 같이 MAC 주소로부터 IP 주소를 일대일 매핑한다. 물론 사설 주소를 사용하지 않을 경우라도 유사하게 일대일 매핑하면 된다.

MAC 주소는 6바이트의 값으로 구성되며 각 바이트를 16진수로 표기하고 ':'이나 '-' 등의 기호로 구분한다. 그 중 처음 3바이트는 제조사 코드(manufacturer code)로서 각 제조사마다 고유하게 부여되는 값이고, 나머지 3바이트는 station ID로서 제조사가 각 장치마다 서로 다르게 지정하는 값이다. 예를 들어 MAC 주소가 "00:38:06:80:10:F0"라면, "00:38:06"은 제조사 코드이고, "80:10:F0"는 station ID가 된다.

대개 station ID는 마지막 바이트부터 +1씩 증가시키며 지정하는 것이 일반적이므로 자동 네트워크 설정을 위해서는 가장 마지막 바이트의 최하위 비트(LSB; least significant bit)부터 필요한 비트 수만큼 취하여 ID값으로 역산을 한다. ID값을 역산을 하는 방법은 전술한 수동 네트워크 설정의 세 가지 실시예 중의 하나를 선택하여 역으로 계산하여 구하면 된다.

이처럼 MAC 주소로부터 구한 ID값을 이용하여 네트워크 설정을 하는 한편, 이 ID값과 MAC 주소가 표기되어 있는 별도의 레이블을 DVS의 본체 케이스에 붙여 두든지 함으로써 사용자가 그 레이블을 보고 자동 설정되어 있는 ID가 어떤 값인지 쉽게 알 수 있도록 한다.

< MAC 주소의 하위 16비트를 이용한 PAS A의 네트워크 설정 >

(1) 장치의 고유한 MAC 주소: 00:38:06:XX1:XX2:XX3

(2) ID값의 역산: XX2 × 256 + XX3 ← 레이블 등에 표시하여 둠

(3) IP 주소 설정: 10.0.XX2.XX3

(4) 서브네트 마스크 설정: 255.255.0.0

(5) 게이트웨이 설정: 10.0.0.1

(디지털 비디오 스트리머의 구조)

이하에서는, 본 고안에 따른 디지털 비디오 스트리머(Digital Video Streamer; DVS; 100)의 구조에 대하여 설명한다. 도4는 본 고안에 따른 DVS의 구성을 나타낸 블럭도이다. 여기서 DVS는 1개 이상의 아날로그 A/V 및 제어 신호를입력받을 수 있으나, 설명의 편의상 도4에는 하나의 영상 신호 처리에 대한 블럭만 표시하였다.

도4를 참조하면, DVS(100)은 아날로그-디지털 변환을 해 주는 비디오 디코더(video decoder; 101), 영상 압축기(video compressor; 102), LAN 모듈(LAN module; 103) 및 이들을 제어하는 시스템 컨트롤러(system controller; 104)로 구성된다.

이 중에서 핵심은 영상 압축기로서 이는 통상 '인코더(encoder)'라고도 불린다. 그런데 '압축기'는 장치(device) 그 자체보다는 장치 내부의 한 모듈(module)의 명칭으로서 주로 쓰이는 경향이 있고, 압축기와 같은 의미의 '인코더'라는 용어는 영상의 아날로그-디지털 변환기인 '비디오 인코더'와 혼동이 되는 문제가 있다.

그래서 여기서는 혼동을 피하기 위하여 '스트리머(streamer)'라는 용어를 쓰기로 한다. 원래 '스트리밍(streaming)'이 네트워크 상에서 A/V같은 멀티미디어 데이터를 실시간으로 전송한다는 뜻을 가지므로 '스트리머'라는 용어는 본 장치의 용도에 적합하다. 그런 의미에서 본 장치의 정확한 명칭은 '디지털 영상 압축기/스트리머'가 적절하겠으나, 대개 '스트리밍'은 압축된 데이터를 전송한다는 의미를 내포하고 있으므로 '압축기'를 생략하여 '디지털 비디오 스트리머'라고 부르기로 한다.

이와 같은 디지털 비디오 스트리머(DVS; 100)에 입력되는 아날로그 영상은 1개 또는 2개 채널 이상일 수 있다. 만약 2개 채널 이상일 경우에 비디오 디코더(101) 칩을 영상 입력 채널 수만큼 두거나, 비디오 디코더(101) 앞에 여러채널의 아날로그 영상 신호를 순차적(sequential)으로 스위칭하여 비디오 디코더(101)에 입력시켜 주는 아날로그 스위칭 회로를 두어야 한다.

이렇게 디지털로 변환된 영상 데이터는 영상 압축기(102)에 의하여 비트스트림(bitstream) 형태의 디지털 데이터로 영상 압축(video compression)된 후 시스템 컨트롤러에 의해 적절한 네트워크 프로토콜의 포맷에 맞추어서 LAN 포트(port)에서 패킷(packet) 형태로 출력된다. 이렇게 출력된 디지털 데이터들을 이더넷(Ethernet) 방식 등의 네트워크를 통하여 통제실에 있는 도5의 DVDA(200)나 도6의 하이브리드 DVR(300)에 전송된다.

영상을 압축하기 위해서는 ASIC 칩이나 DSP에 의한 하드웨어 압축, 또는 CPU에 의한 소프트웨어 압축 중에서 가장 효율적이고 저가의 설계가 가능한 방식을 선택하면 된다. 그리고, 고도의 보안을 위하여 압축된 영상 데이터를 적절한 알고리즘으로 암호화(encryption)하거나, 위변조 방지를 위하여 워터마크(watermark)를 적용할 수도 있다.

또한, 압축된 데이터를 전송하기 위한 네트워크 프로토콜로는 대개 인터넷 표준인 TCP/IP, UDP/IP 또는 RTP(Real-Time Transport Protocol) 중에서 효율적인 것을 선택하면 되는데, LAN(Local Area Network) 환경에서는 상대적으로 구현이 쉽고 전송이 보장되는 TCP/IP를 쓰고, WAN(Wide Area Network) 환경에서는 복잡하고 전송이 보장되지는 않지만 상대적으로 고속 전송이 가능한 RTP를 쓰는 것이 효율적이다.

그리고 동시에 한 곳으로만 전송할 경우에는 일대일 전송 방식인 기존의 유니캐스트(unicast) 방식으로 전송해도 무방하나, 동일한 서브네트워크 상에서 동시에 두 곳 이상으로 전송해야 할 경우에는 인터넷 규약인 RFC(Request for Comments) 3376 "Internet Group Management Protocol, Version 3"에 정의되어 있는 IP 멀티캐스트(IP multicast) 방식을 사용하여 하나의 패킷으로 여러 곳에 동시에 전송하도록 하는 것이 대역폭 절감 측면에서 매우 효율적이다.

이와 같이 네트워크 전송을 하려면, 최소한 IP 주소를 포함하는 몇몇 네트워크 설정을 해 주어야 한다. 이를 위하여 본 고안에서는 종래의 네트워크 카메라와 달리 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정이 없이도 부착되어 있는 스위치를 조작하여 간단하게 수동으로 네트워크 설정을 하거나 고유한 MAC 주소를 이용하여 자동으로 네트워크 설정을 할 수 있다는 점이 특징이다.

(영상 압축 방식 및 그 방식의 선택)

전술한 DVS(100)에서 영상 압축기(102)에는 임의의 영상 압축(video compression) 알고리즘이 적용될 수 있다. 다음은 디지털 보안 감시 시스템에 널리 쓰이는 대표적인 영상, 오디오 및 음성(voice) 압축 알고리즘을 상대적으로 압축률이 낮은 것부터 높은 것의 순으로 나열한 것이다.

(1) 영상 압축 알고리즘:

DV, Motion-JPEG, Wavelet, MPEG-1, MPEG-2, H.263, MPEG-4, H.264

(2) 오디오 압축 알고리즘: MP3

(3) 음성 압축 알고리즘: ADPCM, G.723.1

영상 압축 방식 및 방식 선택을 위한 테이블 매핑의 실시예

Type	Video Compression	Encryption
0	DV (DCT)	None
1	Motion-JPEG	None
2	MPEG-2	None
3	MPEG-4	None
......	......	......
10	DV (DCT)	Yes
11	Motion-JPEG	Yes
11	MPEG-2	Yes
12	MPEG-4	Yes
......	......	......

만약 DVS가 지원하는 압축 알고리즘과 암호화 방식의 조합이 2개 이상이어서 선택이 필요한 경우도 본 고안에서는 별도의 원격 설정 없이 본체에 부착되어 있는 DIP 스위치 등을 조작하여 설정할 수 있다. 표2와 같이 각 type값에 대하여 영상압축 방식과 암호화 여부를 미리 테이블로 일대일 매핑하여 결정해 놓고, 이 테이블을 기준으로 DIP 스위치의 상태를 type값에 다시 일대일 매핑하면 된다.

다음은 DV와 MPEG-4 및 암호화를 지원하는 DVS의 경우에 DIP 스위치 상태를 type값에 일대일 매핑하는 실시예이다.

< 2비트의 DIP 스위치 상태를 type에 매핑하는 실시예 >

DIP 스위치 상태: 00 ⇒ Type 0 : DV, 비암호화

DIP 스위치 상태: 01 ⇒ Type 3 : MPEG-4, 비암호화

DIP 스위치 상태: 10 ⇒ Type 10 : DV, 암호화

DIP 스위치 상태: 11 ⇒ Type 13 : MPEG-4, 암호화

(1 = On, 0 = Off)

(DV 포맷의 장단점)

앞에서 예로 든 DVS에 사용되는 영상 압축 알고리즘 중에서 DV(Digital Video)는 디지털 캠코더를 표준화시키기 위해서 개발된 포맷으로서 고화질, 저압축률의 DCT(Discrete Cosine Transform) 기반 영상 압축 알고리즘(DCT-based video compression)을 채택하고 있다. DV 포맷의 표준에 따르면, 해상도는 720x480(NTSC) 또는 720x576(PAL)이고 5대1의 DCT 변환을 하여 압축하며 압축된 비트스트림은 25Mbps의 일정한 대역폭 (bandwidth)을 가진다.

본 고안에 따라 이러한 DV 포맷을 사용하면, 비록 채널당 대역폭이 상대적으로 매우 크다는 단점은 있지만, 다른 알고리즘과 달리 DCT로만 압축이 되어 있기 때문에 DVR에서 녹화 속도를 낮출 필요가 있으면 중간중간 임의의 프레임을 버릴 수 있을 뿐더러 다른 DCT 기반의 영상 압축 알고리즘으로 손쉽게 재압축이 가능하다. 따라서 하이브리드 DVR(300)에서 DV 데이터를 입력받아서 영상을 고속의 실시간으로 모니터 화면에 표시하는 동시에 MPEG-2나 MPEG-4와 같은 다른 영상 압축 포맷으로 필요한 만큼 저속으로 재압축하여 저장할 수 있다는 장점이 있다.

반면에 다른 압축 알고리즘을 사용하면, 채널당 대역폭은 대폭 줄일 수 있으나, DVS에서 이미 압축 속도를 결정하여 모든 압축이 완료되기 때문에, 하이브리드 DVR쪽에서 재압축하거나 녹화 속도를 변경할 수가 없고 모니터 화면에 영상을 표시하는 속도가 녹화 속도보다 빠르게 할 수 없다는 구조적인 문제가 있다.

(디지털 영상 분배 증폭기의 구성)

이하에서는 본 고안에 따른 디지털 영상 분배 증폭기(Digital Video Distribution Amplifier; DVDA; 200)의 구성에 대하여 설명한다. 도5는 본 고안에 따른 DVDA의 구성을 나타낸 블럭도이다. 여기서, DVDA는 설계상 A/V(audio/video) 및 제어 신호를 동시에 처리할 수 있으나, 설명의 편의상 도5에는 영상 신호 처리에 대한 블럭만 표시하였다. 도5에 의하면, DVDA(200)는 크게 나누어 LAN 모듈(201), 영상 압축 해제기(video decompressor; 202), 영상 분배기(video distributor; 203) 및 이들을 제어하는 시스템 컨트롤러(system controller; 204) 등으로 구성된다.

(DVDA의 입출력)

본 고안의 양호한 실시예로서 먼저 입출력에 대해 살펴보면, DVDA(200)은 디지털 입력을 위한 한 개 이상의 LAN 포트와, A/V 및 제어 입력 등 입력 신호의 종류별로 DVDA가 처리 가능한 채널 수에 각 채널별로 분배 가능한 출력 개수를 곱한 만큼의 아날로그 출력을 가질 수 있다.

입력의 경우를 예로 들면, DVDA가 16개의 서로 다른 디지털 데이터를 처리할 수 있다면, 다시 말해서 16채널의 용량을 가진다면, 최대 영상 16채널, 오디오 16채널, 제어 신호 16채널을 입력받을 수 있다. 도3을 보면, DVDA(200)에 표시된 여러 개의 슬롯(slot) 중에서 가장 왼쪽 슬롯은 LAN 포트 3개가 있는 입력용 슬롯이고, 그 오른쪽의 여러 슬롯들은 각 채널별 출력용 슬롯이다.

출력의 경우에는, LAN 포트를 통하여 입력된 각각의 입력 신호에 대하여 DVDA(200)는 신호별로 사양에 정해진 분배 비율에 따라 아날로그 신호들을 출력한다. 예컨대 영상 신호는 1:3, 오디오 신호는 1:2, 제어 신호는 1:1로 분배해 주는 DVDA(200) 사양일 경우, 하나의 채널, 즉 하나의 출력 슬롯은 아날로그 영상 출력 3개, 아날로그 오디오 출력 2개와 제어 출력 1개를 가지며, 전체적으로는 아날로그 영상 출력이 16 × 3 = 48개, 아날로그 오디오 출력이 16 × 2 = 32개, 제어 출력이 16 × 1 = 16개가 된다.

이후부터, 오디오와 제어 신호의 처리 과정은 영상 신호와 유사하므로 편의상 영상 신호의 처리에 대해서만 설명하기로 한다.

(DVDA의 구조)

이하에서는, 본 고안의 양호한 실시예로서 도5를 참조하여, DVDA(200)의 구조를 상세히 설명한다. DVDA(200)는 디지털 입력 포트에서 네트워크로 전송된 다수 채널의 디지털 A/V 및 제어 데이터를 입력받을 수 있다. 이렇게 입력된 A/V 및 제어 데이터는 시스템 컨트롤러(204)에 의하여 DVS(100)의 ID값과 동일한 ID가 설정되어 있는 채널에 대응하는 영상 압축 해제기(202)에 각각 채널별로 전달된다. 대개는 하나의 영상 압축 해제기가 한 채널의 압축된 영상을 해제(decompression)할 수 있지만, 고성능의 DSP를 사용한 영상 압축 해제기일 경우에 하나의 압축 해제기가 여러 채널의 영상을 동시에 처리하게 할 수도 있다.

이러한 영상 압축 해제기(202)에서 출력된 각 채널별의 디지털 영상은 해당 채널의 영상 분배기(203)에 포함된 비디오 인코더에 의하여 디지털-아날로그 변환된 후에 입력 대 출력 분배가 1:N인 아날로그 분배 증폭 회로에 의하여 하나의 아날로그 신호가 N개의 신호로 분배되어 출력된다. 원칙적으로 N은 2 이상의 임의의 값일 수 있으나, 특별한 경우가 아니면 N은 대개 2 ∼ 4 사이이다.

예를 들어 영상 16채널 입력 및 1:4 분배의 DVDA라면, 네트워크를 통해 16개의 DVS(100)로부터 16채널의 디지털 영상을 입력받아서 1 입력 당 4 출력, 총 16 × 4 = 48개의 아날로그 영상 신호를 출력한다. 그러므로, 예컨대 16채널 입력의 CCTV 장비 4대를 이 DVDA(200)에 연결할 수 있게 된다.

또한, DVDA(200)는 별도의 네트워크 허브를 사용할 필요가 없도록 네트워크허브를 내장할 수 있다. 예를 들어 도8b와 같이 3개 LAN 포트의 허브를 내장한 DVDA라면, 3포트에 각각 DVS(100)로부터의 입력용, 캐스케이드 (cascade) 방식으로 연결될 다음 DVDA(200)로의 출력용, 하이브리드 DVR(300)로의 출력용의 UTP 케이블을 연결할 수 있다. 이 경우 도8b에서 볼 수 있듯이 통제실의 메인 허브를 제외하고는 별도의 네트워크 허브 없이 다수의 DVDA(200) 및 하이브리드 DVR(300)을 연결할 수 있으므로 불필요하게 된 네트워크 허브만큼 비용을 절감할 수 있다.

(DVDA의 네트워크 설정)

다음으로, 데이터를 전송 받을 DVS(100)의 ID를 설정하기에 앞서, DVDA(200) 자체의 네트워크 설정을 먼저 해 주어야 한다. 이때 DVS(100)와 DVDA(200)간의 네트워크 전송이 가능하려면 DVDA(200)의 네트워크 설정 방법이 DVS의 그것과 동일하여야 한다.

예를 들어, 네트워크에 연결되어 있는 DVS(100)들이 전술한 DVS(100)의 수동 네트워크 설정의 제1 실시예 중의 하나인 "12비트 ID값을 사용할 때 PAS A의 네트워크 설정" 방법을 따른다고 했을 때, DVDA(200)도 ID값만 다를 뿐 설정 방법은 동일하게 해 주어야만 네트워크 전송이 가능해진다.

< 12비트 ID값을 사용할 때 PAS A의 네트워크 설정 >

(1) IP 주소 설정: 10.0.(ID8~11).(ID0~7)

(2) 서브네트 마스크 설정: 255.0.0.0

(3) 게이트웨이 설정: 10.0.0.1 (임의의 로컬 주소부 설정 가능)

실제 수치로 예를 들어 보면, 12비트 범위의 ID값이 십진수로 1000이고 16진수로 3E8Hex이라면, 위의 매핑 방법에 따라서 (ID8~11)=3Hex=3, (ID0~7)=E8Hex=232이므로 DVDA의 IP 주소는 10.0.3.232가 된다. 이때에, 만약 데이터를 전송 받을 어떤 DVS의 ID값이 전술한 예처럼 3000이라면, 동일한 매핑 방식에 의하여 DVS의 IP 주소는 10.0.11.184가 된다. 차후 이 DVS의 ID값을 DVDA에 설정해 주면, DVS에서 전송하는 각종 데이터들은 결과적으로 IP 주소 10.0.11.384에서 10.0.3.232로 전송된다.

(DVDA 각 채널의 ID값 수동 설정)

DVDA(200)에 네트워크로 전송되어 입력되는 특정 채널의 디지털 데이터를 특정 채널의 슬롯에서 아날로그 신호로 출력시키려면, 가장 중요한 것이 특정 입력 채널에 해당하는 DVS(100)와 DVDA에서 원하는 출력 채널에 설정되어 있는 두 ID값을 완전히 일치시키는 것이다. 이를 위하여 대개의 경우 현장에서 접근이 어려운 DVS쪽의 ID값을 고정시켜 놓고, 통제실에서 필요에 따라 DVDA에서 출력을 원하는 채널의 ID값을 DVS의 ID값에 수동으로 맞추면 곧바로 영상 출력을 얻을 수 있다.

< DVS와 DVDA의 ID를 일치시켜 아날로그 신호를 얻는 과정 >

(1) 1번 DVS의 ID를 101로 설정 → DVDA 1번 채널의 ID를 101로 설정

→ 1번 DVS에 입력되는 아날로그 신호의 분배 출력

(2) 2번 DVS의 ID를 102로 설정 → DVDA 2번 채널의 ID를 102로 설정

→ 2번 DVS에 입력되는 아날로그 신호의 분배 출력

본 고안의 양호한 실시예로서 DVDA(200)의 각 슬롯은 아날로그 신호 출력 포트와 더불어 ID 설정을 위한 스위치를 가진다. 이 스위치로는 수치로 변환 가능한 모든 종류의 스위치가 쓰일 수 있으나, DVS의 경우와 마찬가지로 부품 가격이나 설정의 편리성 면에서 DIP 스위치를 쓰는 것이 가장 효율적이다.

DIP 스위치의 상태를 ID값에 매핑시키는 방법은 DVS의 경우와 동일하다. 또한 ID값을 IP 주소를 포함한 네트워크 설정값에 매핑시키는 방법 역시 DVS의 경우와 동일하다. 다만 DVS와 같이 MAC 주소를 사용한 자동 네트워크 설정 방법은 무의미하므로 DVDA에 적용되지 않으며, 그 대신에 자동으로 ID를 탐색할 수 있는 방법을 제공한다.

(DVDA의 채널별 ID 탐색에 의한 자동 설정)

본 고안에 따르면, DVDA는 사용자가 원할 경우 네트워크에 연결되어 있는 DVS의 ID를 각 채널별로 탐색(seek)해 줌으로써 자동으로 설정을 완료할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 마치 라디오에서 탐색 버튼으로 방송국을 자동으로 찾을 수 있듯이, DVDA(200)의 각 채널의 슬롯마다 탐색 버튼을 마련하여, 사용자가 그 버튼을 누르면 특정 ID값부터 +1씩 증가하면서 해당하는 ID의 DVS(100)가 존재하는지 찾고, 존재하면 그 ID의 DVS(100)에서 전송하는 신호들을 출력하는 것이다.

찾은 ID의 신호가 원하는 것이 아니라면 탐색 버튼을 한번 더 눌러 다음 ID의 신호를 볼 수 있으며, 원하는 신호가 출력될 때까지 버튼을 계속 눌러서 탐색하면 된다. 이러한 자동 설정 방법은 일일이 수많은 DIP 스위치를 수동으로 설정하는 방법에 비하여 상대적으로 매우 편리하다.

또한, 이렇게 탐색이 진행되는 과정은 각 슬롯마다 있는 LED 등의 표시기로 나타내어 사용자가 탐색의 진행 과정과 그 결과를 알아볼 수 있도록 한다. 다음은 본 고안에 따른 DVDA의 각 채널별 ID 탐색에 의한 ID 자동 설정의 실시예이다.

< ID 탐색 버튼 사용 과정의 실시예>

(1) 네트워크에 10, 20, 30번 ID를 가지는 DVS 3대를 연결

(2) DVDA 1번 채널의 탐색 버튼 누름 → ID 1번부터 탐색

→ 잠시 후 10번 ID에서 DVS 찾음

→ DVDA 1번 채널에서 10번 DVS의 신호 출력

(3) DVDA 2번 채널의 탐색 버튼 누름 → ID 1번부터 탐색

→ 잠시 후 10번 ID에서 DVS 찾음 → 탐색 버튼 한번 더 누름

→ 잠시 후 20번 ID에서 DVS 찾음

→ DVDA 2번 채널에서 20번 DVS의 신호 출력

(4) DVDA 3번 채널의 탐색 버튼 누름 → ID 1번부터 탐색

→ 잠시 후 10번 ID에서 DVS 찾음 → 탐색 버튼 한번 더 누름

→ 잠시 후 20번 ID에서 DVS 찾음 → 탐색 버튼 한번 더 누름

→ 잠시 후 30번 ID에서 DVS 찾음

→ DVDA 3번 채널에서 30번 DVS의 신호 출력

(5) ID 탐색 및 설정 완료

(DVDA의 네트워크 과부하 표시 기능)

또한, 본 고안에 따른 DVDA(200)는 디지털 데이터가 입력되는 LAN 포트(201)에 연결되어 있는 네트워크의 사용량이 물리적인 대역폭에 비해 과부하(overload)가 되면 이러한 상황을 시각, 청각, 또는 시청각 방법으로 표시하여 줄 수 있다. 과부하 판단을 위한 양호한 실시예로서 다음 두 가지 방법 중의 하나가 이용될 수 있다.

(1) 네트워크 상에서 시간당 전송되는 패킷의 양으로 현재 네트워크의 대역폭 사용량을 근사하게 측정하고 이를 미리 설정해 놓은 유효 대역폭(effective bandwidth) 값과 비교하여, 대역폭 사용량이 유효 대역폭을 초과하면 과부하로 표시한다. 이 유효 대역폭 값은 시험에 의하여 적절하게 결정하면 되는데, 대개 물리적인 대역폭의 60~80% 정도의 값을 가진다.

(2) 네트워크로 이더넷(Ethernet)을 사용할 경우 충돌(collision)이 어느 이상 감지되면 과부하로 간주할 수 있다. 따라서 시간 당 충돌 회수를 측정하여 이 회수가 미리 설정해 놓은 한계값(threshold)을 넘으면 과부하로 표시한다. 이 한계값은 시험에 의하여 적절하게 결정하면 된다.

과부하를 표시하기 위한 양호한 실시예로는 LED나 LCD 디스플레이를 이용한 시각적 표시 방법과 부저(buzzer) 또는 스피커를 이용한 청각적 표시 방법이 있다.

이와 같이 과부하 표시 기능이 있을 때, 설치 또는 운영 도중에 DVDA에 과부하가 표시되면, 전송되는 디지털 데이터가 확률적으로 손실될 가능성이 높기 때문에 사용자는 해당 네트워크에 연결된 DVS의 개수를 줄여서 과부하가 걸리지 않도록, 즉 과부하 표시가 꺼지도록 즉시 조치해야 한다. 그렇지 않으면 해당 네트워크에 연결되어 있는 DVS들의 영상에 지속적으로 불특정한 손상이 생기게 된다.

여기서, 네트워크에 연결된 DVS의 개수를 줄인다는 말은, 과부하가 걸려 있는 네트워크와 물리적으로 완전히 분리되어 있는 네트워크나, 스위칭 허브등을 이용하여 서로 간에 네트워크 트래픽(traffic)이 영향을 미치지 않을 수 있도록 가상적으로 분리된 별도의 네트워크에 해당 DVS를 물리적으로 이동하여 연결한다는 뜻이다.

(하이브리드 DVR의 구성)

이하에서는, 본 고안에 따른 하이브리드 DVR(hybrid DVR; 300)의 구성과 구조에 대하여 설명한다. 도6은 본 고안에 따른 하이브리드 DVR의 구성을 나타낸 블럭도이다. 여기서, 하이브리드 DVR은 A/V 및 제어 신호를 함께 처리할 수 있으나, 설명의 편의상 도6에는 영상 신호 처리에 대한 블럭만을 표시하였음을 이해하여야 한다.

본 고안에 따른 하이브리드 DVR(300)은 도1에 나타낸 종래의 일반 DVR(30)과같이 아날로그 신호(50)를 입력받을 수 있는 것과 동시에, 종래의 네트워크 DVR(70)과 같이 디지털 신호(90)를 입력받을 수 있는 것을 모두 구비하고 있음을 특징으로 한다. 이를 구현하기 위하여, 하이브리드 DVR(300)은 종래의 일반 DVR(30)의 기반 구조로 하여 디지털 입력을 처리하기 위한 모듈들이 추가된 구조로 구성된다.

종래의 일반적인 DVR(30)은 주어진 용도나 사양에 따라 크게 PC 기반(PC-based) DVR과 임베디드(embedded) DVR의 구조(architecture)를 가지고 있다. 그런데, 이 두 형식의 DVR이 설계 구조는 완전히 다르나 근본적인 영상의 처리 과정은 서로 유사하기 때문에, 본원 명세서의 고안의 상세한 설명에서는, 편의상 임베디드 DVR의 기반 구조에 네트워크 DVR 기능을 추가한 하이브리드 DVR을 양호한 실시예로 들어서 상술하기로 한다.

(아날로그 입력 영상의 실시간 표시 과정)

우선, 도6의 하이브리드 DVR 구조에서 입력되는 여러 채널의 아날로그 영상들을 모니터 화면상에 실시간 표시(live display)하기 위한 영상 신호 및 데이터의 처리 과정은 다음과 같으며, 이는 종래의 일반적인 DVR(30)과 유사하다.

아날로그 영상 입력(50) → 비디오 디코더(301) → 영상 처리기(302)

→ 비디오 인코더(303) → 모니터 출력

입력 채널 수만큼의 동축 케이블(50)을 통하여 입력된 각 채널의 아날로그 영상 신호들은 각각의 비디오 디코더(video decoder; 301)에 의해 아날로그-디지털 변환되어 영상 처리기(video processor; 302)에 전달된다. 그 후, 영상 처리기에 의해 합성된 다화면(multi-screen) 영상은 비디오 인코더(video encoder; 303)에 의하여 아날로그 신호로 변환되어 TV 모니터로 출력된다. 만약, PC 모니터를 쓰려면 비디오 인코더 대신에 PC 모니터 출력 모듈(예컨대 VGA 출력 모듈)을 구비하면 된다.

도6에 도시된 영상 처리기(302)는 입력된 영상에 대하여 두 가지의 처리를 수행한다. 하나는 사용자가 영상을 실시간으로 감시할 수 있도록 모니터에 여러 채널의 영상을 동시에 표시하기 위하여 입력된 영상 채널들의 디지털 이미지를 하나의 이미지로 합성하여 다화면(multi-screen)의 영상을 생성하는 것이고, 다른 하나는 녹화, 즉 압축 및 저장을 위하여 비동기(asynchronous)로 입력되는 모든 영상 채널의 디지털 이미지들을 메모리에 버퍼링(buffering)한 후 순차적(sequential)으로 동기(synchronize)시켜 영상 압축기(320)에 전달하는 것이다.

통상적으로 전자의 영상 처리는 '다화면 표시(multi-screen display)', 후자의 영상 처리는 '멀티플렉싱(multiplexing)' 또는 간략히 '먹싱(muxing)'이라고 당 업계에서는 부르고 있다.

(아날로그 입력 영상의 녹화 과정)

또한, 도6의 하이브리드 DVR 구조에서 입력되는 여러 채널의 아날로그 영상들을 녹화하기 위한 영상 신호 및 데이터의 처리 과정은 아래와 같으며, 이 역시 종래의 일반적인 DVR(30)과 유사하다.

→ 영상 압축기(320) → 시스템 컨트롤러(390) → HDD(380)

영상 처리기(302)에서 동기화되어 순차적으로 전달된 각 채널의 무처리 이미지(raw image)는 영상 압축기(320)에 의하여 각 채널별로 비트스트림으로 압축된다. 이렇게 압축된 각 채널의 비트스트림들은 필요에 따라 시스템 컨트롤러의 소프트웨어에 의하여 암호화(encryption)되거나 워터마크(watermark) 처리된 후에 적절한 파일 포맷으로 변환되어 하드디스크 드라이브(HDD; 380)에 저장된다.

(디지털 입력 영상의 녹화 과정)

다음으로 도6의 하이브리드 DVR 구조에서 LAN 포트(310)로 입력되는 여러 채널의 디지털 영상들을 녹화하기 위한 영상 데이터의 처리 과정은 다음과 같으며, 이 과정은 종래의 네트워크 DVR(70)과 유사하다.

디지털 영상 입력(90)→LAN 모듈 1(310)→시스템 컨트롤러(390)→HDD(380)

디지털 영상 데이터는 이미 압축이 되어 있으므로 각 채널의 비트스트림들은 아날로그의 경우와 마찬가지로 시스템 컨트롤러의 소프트웨어에 의해 암호화되거나 워터마크 처리된 후에 적절한 파일 포맷으로 변환되어 HDD(380)에 저장된다.

(디지털 입력 영상의 재압축)

다만, 본 고안에서 제시하는 바와 같이 DVS(100)에서 사용된 압축 알고리즘이 표2의 DV(Digital Video) 포맷이라면, 시스템 컨트롤러(390)에서 소프트웨어 방식으로 재압축(re-compression)하거나 또는 별도의 추가적인 영상 압축기를 사용하여 하드웨어 방식으로 재압축을 함으로써 하이브리드 DVR에서 압축률을 추가로 높일 수가 있다. 물론 재압축에는 MPEG이나 JPEG과 같은 DCT 기반 영상 압축 알고리즘(DCT-based video compression)만이 쓰일 수 있으며, DCT 기반이 아닌 웨이블릿(Wavelet) 등은 사용할 수가 없다.

이러한 재압축을 위해서는 무처리 영상(raw image)이 아닌 DCT로 1차 압축된 데이터를 입력받아 DCT 이후의 처리를 수행할 수 있도록 수정된 영상 압축기를 사용해야 한다. 예를 들어 MPEG 계열의 경우 다음과 같이 무처리 영상의 압축과 DV 영상의 재압축 과정에 차이가 있다.

(1) 아날로그-디지털 변환된 무처리 영상(raw image)의 압축 과정

무처리 영상 입력 → DCT 변환 → 양자화(quatinzation)

→ 움직임 예측(motion estimation) → 부호화(coding)

→ 비트스트림 출력

(2) DCT로 1차 압축된 DV 포맷 영상의 재압축 과정

DCT 압축 영상 입력 → 양자화 → 움직임 추정 → 부호화

→ 비트스트림 출력

이상의 원리에 의하여, 본 고안에 따른 하이브리드 DVR은 DVS에서 DV 포맷으로 영상을 압축했을 경우에 압축률을 추가로 높이기 위하여 임의의 DCT 기반 영상 압축 알고리즘으로 재압축할 수 있는 것을 특징으로 한다.

(동일 전송 속도에 대하여 고속 표시와 저속 녹화의 구현)

한편, DVS(100)에서 사용된 압축 알고리즘이 DV 포맷이나 Motion-JPEG, 웨이블릿(Wavelet)과 같은 정지 영상 압축(still image compression) 알고리즘일 경우에는 각각의 압축된 이미지의 비트스트림 간에 시간적인 연관 관계가 전혀 없다. 그래서, 전송되는 모든 압축된 이미지를 저장할 필요가 없고 그 중에서 필요한 이미지만 임의로 선택하여 저장할 수가 있기 때문에, 결과적으로 영상의 전송 속도보다 같거나 느린 속도로 녹화를 할 수가 있다는 장점이 있다.

예를 들어 어떤 DVS로부터 전송되는 영상 채널의 압축 및 전송 속도가 초당 30 프레임(frames per second)이라고 해도 녹화를 위해서는 매초 30 프레임 중에서29 프레임을 버리고 초당 1 프레임만 저장할 수가 있다. 이렇게 함으로써 종래의 일반적인 DVR(30)이나 하이브리드 DVR(300)에 입력되는 아날로그 영상의 전형적인 처리 방식과 마찬가지로, 하이브리드 DVR에 입력되는 디지털 영상에 대해서도 감시를 위한 모니터 화면의 표시는 사용자의 편의를 위하여 최고 속도로 하고 녹화는 저장량을 절감하기 위해 적당히 낮은 속도로 할 수가 있다.

반면에, MPEG 계열과 같은 동영상 압축(moving picture compression) 알고리즘의 경우에는 상대적으로 높은 압축률로 인하여 대역폭을 절감할 수 있는 장점은 있으나, 각각의 압축된 이미지의 비트스트림 간에 시간적인 연관 관계가 있기 때문에 전송되는 압축된 이미지 중에서 필요한 이미지만 임의로 선택하여 저장하는 것이 불가능한 단점이 있다. 그래서 전송 속도와 동일한 속도로 모니터 화면에 표시하고 HDD에 저장할 수밖에 없어서, 결과적으로 전송 속도, 표시 속도 및 저장 속도는 어떤 경우에도 항상 동일하게 된다.

이상의 원리에 의하여, 본 고안에 따른 하이브리드 DVR은 DVS에서 정지 영상 압축 알고리즘으로 영상을 압축했을 경우에 모니터 화면에는 항상 압축 및 전송 속도와 동일한 속도로 표시하고, 녹화 속도는 사용자가 원하는 임의의 속도로 조절(adjust)할 수 있는 것을 특징으로 한다. 단, 원리적으로 녹화 속도를 DVS로부터의 압축 및 전송 속도보다 빠르게 설정할 수는 없다. 또한 DVS에서 동영상 압축 알고리즘을 사용할 경우에는 녹화 속도 조절 기능이 비활성화(inactive)된다.

(아날로그 및 디지털 영상의 동시 실시간 표시)

이하에서는 도6의 하이브리드 DVR(300)에서 LAN 포트(310)로 입력되는 여러 채널의 아날로그 및 디지털 영상들을 모니터 화면상에 동시에 실시간 표시(live display)하기 위한 영상 신호 및 데이터의 처리 과정을 설명한다.

본 고안에 따른 하이브리드 DVR(300)은 아날로그와 디지털 영상 입력을 모두 가지고 있기 때문에, 도1의 종래의 일반적인 DVR(30)이나 도2의 네트워크 DVR(70)과 달리, 모니터 화면에 아날로그 영상과 디지털 영상을 동시에 실시간 표시할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이 중에서 아날로그 영상 채널의 처리 과정은 전술한 바와 같고, 디지털 영상 채널의 처리 과정은 다음과 같다.

디지털 영상 입력(90) → LAN 모듈 1(310) → 시스템 컨트롤러(390)

→ 영상 압축 해제기(311) → 영상 처리기(302) → 비디오 인코더(303)

→ 모니터 출력

이러한 디지털 영상 채널의 처리 과정 자체만 놓고 보면, 종래의 네트워크 DVR(70)의 경우와 다를 바가 없다. 그러나, 하이브리드 DVR(300)은 아날로그와 디지털 영상 입력을 모두 가지고 있기 때문에 영상 처리기(video processor; 302)가 아날로그 또는 디지털의 한 가지 종류의 입력만이 아닌, 아날로그와 디지털의 두 가지 종류의 입력을 동시에 처리해야 한다는 점에서 크게 다르다.

(입력 소스 선택 방식)

영상 처리기에서 아날로그와 디지털 영상 입력을 동시에 처리하는 방법을 설명하기 전에, 본 고안의 양호한 실시예로서 하이브리드 DVR(300)에서 각 채널별로 입력 소스(input source)를 선택하는 방법을 설명한다.

전술한 바와 같이 하이브리드 DVR(300)은 아날로그 영상 입력과 디지털 영상 입력을 동시에 받을 수 있다. 예를 들어 16채널의 아날로그 영상 입력 채널과 16채널의 디지털 영상 입력 채널을 가진 하이브리드 DVR을 구성하는 데에는 다음과 같은 두 가지 방법이 있을 수 있다.

(1) 서로 다른 32채널의 입력으로 처리하는 방식

(2) 16채널의 각 입력 대하여 두 가지의 입력 소스 중 택일하는 방식

첫 번째 방식은 서로 다른 32개의 채널로서 처리하므로 입력 채널의 개수가 32개로 늘어난다는 점이 장점이다. 그러나 32라는 수로 인하여 사용자의 감시를 위한 모니터 화면상의 실시간 표시에 큰 문제가 생긴다. 즉, 32라는 수가 1, 4, 9, 16과 같은 거듭제곱수가 아니기 때문에, 16화면 모드의 4×4 격자와 같이 가로와 세로 방향으로 동일한 수의 격자로 된 화면 모드 구성이 불가능하다는 문제가 있다. 더욱이 이러한 구성의 화면 모드들의 경우 모니터 화면상에서 각 채널의 영상 크기가 동일하기 때문에 종래의 DVR에서 사용자들이 선호하여 가장 널리 쓰이고 있어서 더더욱 중요하다.

그렇다고 만약 첫 번째 방식에서 입력 채널 수를 늘려서 36채널로 하면 6×6 격자의 36 화면 모드를 구성할 수는 있으나, 이 경우 모니터 화면상에서 각 채널의 영상 크기가 지나치게 작아져서 사용자가 영상을 감시하는 데 무리가 따른다. 이와 반대로 채널을 늘리지 않고 16 또는 25 화면 모드까지만 지원할 경우에는 32개의 화면을 동시에 볼 수 있는 방법이 없다는 문제가 생긴다.

이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위하여 본 고안에 따른 하이브리드 DVR은 두 번째 방식을 채택한다. 즉, 도1의 종래의 일반적인 DVR(30)와 같이, 예컨대 16채널이라는 입력 채널 수는 그대로 두고 DVR 설정에서 각 입력 채널에 대하여 대응되는 채널의 아날로그 입력과 디지털 입력 중에서 택일하는 방식이다.

이렇게 하면 사용자의 입장에서 종래의 일반적인 DVR(30)과 기능적으로 완벽하게 호환되는 하이브리드 DVR로 설계할 수 있기 때문에, 전술한 첫 번째 방식의 문제점은 근본적으로 생기지 않는 장점이 있다. 또한 첫 번째 방식을 채택할 때와 달리 새로운 기능에 대한 특별한 사용자 교육이 필요하지 않다는 장점도 무시할 수 없다. 단지 입력 소스의 선택이라는 기능에 대해서만 간단히 설명하는 것으로 충분하다.

(영상 처리기의 구조)

이상과 같은 입력 소스 선택 방식을 구현하기 위하여, 종래의 일반적인 임베디드 DVR의 경우와 달리, 본 고안에 따른 하이브리드 DVR의 영상 처리기(video processor; 302)는 아날로그 영상 입력들을 위한 비디오 디코더(301)의 개수만큼의영상 입력 포트에 추가로 하나 이상의 디지털 영상 입력 포트를 더 가진다.

이 추가된 디지털 영상 입력 포트에는, 사용자의 설정에 따라 모니터 화면에 표시해야 할 디지털 영상 입력들의 비트스트림을 압축 해제해 주는 별도의 영상 압축 해제기(311)로부터 멀티플렉싱(multiplexing)되어 출력되는 각 디지털 영상 입력별 복원 이미지(reconstructed image)들이 순차적으로 입력된다.

도7은 본 고안에 따른 하이브리드 DVR의 영상 처리기의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도7에 나타낸 하이브리드 DVR의 채널별 입력 소스 설정의 실시예를 살펴보면, 총16채널 입력의 사양을 가진 하이브리드 DVR(300)에서 사용자에 의해 설정된 상태에 따라 홀수 채널의 입력 소스(input source)로는 아날로그 영상 입력이, 짝수 채널의 입력 소스로는 디지털 영상 입력이 선택되어 있다.

예를 들어서 도6의 경우 1번 채널에는 1번 아날로그 입력인 A1이, 2번 채널에는 2번 디지털 입력인 D2, ..., 15번 채널에는 15번 아날로그 입력인 A15가, 16채널에는 16번 디지털 입력인 D16이 설정되어 있다. 따라서, 그 외의 입력, 즉 짝수 번째 아날로그 입력들과 홀수 번째 디지털 입력들은 사용되지 않고 무시된다.

이와 같은 선택은 도7의 영상 처리기 블럭도의 좌측에 있는 16개의 입력 소스 스위치(304)의 설정 상태에 반영되어 있다. 그 채널별 입력 소스의 설정에 따라 각 스위치가 아날로그 입력 또는 디지털 입력에 연결됨을 알 수 있다.

여기서, 도7에서 아날로그 입력인 A1~A16은 단일 채널의 영상이 일대일 대응되어 있으므로 영상 메모리에 저장하기 위해 별도의 모듈이 필요하지 않다. 그 반면에 동영상 압축 해제기에서 출력되는 디지털 영상 D1~D16의 데이터는 여러 채널의 이미지가 순차적으로 멀티플렉싱된 것이다.

예컨대, D2, D4, D6, ..., D16, D2, ... 이런 순서로 섞여서 출력된다. 따라서 영상 처리기에서 멀티플렉싱되어 있는 각 채널별 데이터들을 지정된 영상 메모리에 저장하기 위해서는, 순차적으로 섞여 있는 채널별 데이터들을 각 채널별로 분리해 주는 디멀티플렉서(demultiplexer; 307; 간략하게 디먹스(demux)라고도 함)가 필요하다. 이 디멀티플렉서의 채널별 출력이 대응되는 각 입력 소스 스위치(304)에 연결된다.

이하에서는, 영상 처리기 내에서 아날로그 및 디지털 영상 입력의 처리 과정을 상술한다.

< 영상 처리기 내에서 아날로그 영상 입력의 처리 과정 >

비디오 디코더(301)로부터 입력 → 입력 소스 스위치(304)

→ 영상 메모리(305) → 스케일러(306) → 비디오 인코더(303)로 출력

< 영상 처리기 내에서 디지털 영상 입력의 처리 과정 >

영상 압축 해제기(311)로부터 입력 → 디멀티플렉서(307)

→ 입력 소스 스위치(304) → 영상 메모리(305) → 스케일러(306)

→ 비디오 인코더(303)로 출력

이상과 같은 과정으로 입력 소스 스위치(304)에서 선택된 각 채널별 이미지들은 비동기적으로 영상 처리기의 영상 메모리(video memory; 305)의 할당된 영역에 저장됨으로써 버퍼링된다. 영상 처리기의 스케일러(scaler; 306)는 사용자가 선택한 화면 모드의 구성에 따라 이 버퍼링된 각 채널의 이미지를 확대(scale up) 또는 축소(scale down)하여 지정된 화면 영역에 배치함으로써 모니터 화면에 표시할 하나의 전체 화면 이미지를 합성한다. 그런 후에 영상 처리기는 합성된 전체 화면 이미지를 실시간으로 비디오 인코더(303)에 동기되어 출력한다. 도7에 4화면 및 16화면 모드일 때 모니터 화면에 합성된 전체 화면이 표시되는 예가 있다.

(전송, 재생, 백업 및 기타 기능)

도6의 하이브리드 DVR(300)는 도1의 종래의 일반적인 DVR(30)과 마찬가지로, 입력되고 있는 여러 채널의 영상들을 별도의 LAN 포트(341)를 통하여 실시간으로 원격지(remote site)의 컴퓨터에 전송할 수 있으며, 하드디스크(380)에 저장되어 있는 영상 데이터를 다양한 방법으로 검색(search)한 후에 영상 압축 해제기(video decompressor; 330)에 의하여 복원하여 재생(playback)할 수 있는 특징이 있다.

또한, 외부 장치 인터페이스(350)를 이용하여 플로피 디스크 드라이브(FDD), CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, USB HDD, USB 메모리 등등의 쓰기 가능한(writable) 각종 외부 장치에 데이터를 백업(backup)하여 외부로 가져갈 수 있도록 한다.

그 밖에도, 원리적으로 하이브리드 DVR은 각 채널별로 입력 소스를 선택할수 있다는 점 이외에는 종래의 일반적인 DVR(30)와 기능적으로 완벽하게 호환되도록 구성될 수 있기 때문에, 기타 기능도 종래의 일반적인 DVR의 기능에 준한다.

(종래 기술과 신기술의 비교)

도8a 및 도8b는 각각 종래 기술 및 본 고안에 따라 100개의 카메라를 7개의 DVR에 연결한 시스템의 구성 실시예를 확연히 비교하여 나타낸 도면이다.

도8a를 참조하면, 종래 기술에 따라 100개의 비디오 카메라(10)를 아날로그 동축 케이블을 사용하여 배선하는 경우, 전술한 바와 같이 공사 및 설치 비용이 가장 많이 드는 카메라(10)로부터 통제실의 아날로그 VDA 사이의 구간에 동축 케이블을 일대일로 배선해야 하므로 총 100개의 동축 케이블(50)이 필요하게 된다. 더불어 통제실에서 카메라의 Pan/Tilt/Zoom 제어를 하기 위하여 카메라 수만큼은 아니더라도 다수의 RS-485 또는 RS-422용 통신 케이블(55) 역시 필요하다.

반면에, 도8b에 도시된 본 고안에 따른 시스템은 이론적으로 네트워크 허브(80)의 유효 대역폭(effective bandwidth)이 허용하는 만큼 하나의 UTP 케이블로 A/V 및 제어 신호를 모두 전송할 수가 있다. 만약 유효 대역폭을 넘을 만큼 카메라가 많더라도 UTP 케이블 몇 개로 수십, 수백 개의 채널을 전송할 수가 있다.

따라서, 채널 수만큼의 동축 케이블(50), 오디오 케이블과 다수의 제어용 케이블(55)들을 배선해야 하는 도8a의 종래의 시스템과 비교했을 때, 도8b의 본 고안에 따른 시스템은 카메라와 통제실간의 거리에 따라 많게는 수십 분의 일까지, 적어도 몇 분의 일까지는 케이블 설치 비용을 절감할 수 있음을 알 수 있다. 심지어도8b에서 나타나 있듯이 통제실 내에서도 DVDA에 일반 DVR이 아닌 하이브리드 DVR을 연결하면 DVDA에서 하이브리드 DVR까지의 동축 케이블 비용을 절감할 수가 있다.

또한, 종래의 네트워크 DVR 시스템의 경우와 달리 도8b에서는 도8a와 마찬가지로 아날로그 CCTV 장비인 대용량의 매트릭스(40)는 물론이고 일반 DVR(30)도 DVDA(200)에 연결되어 있다. 이는 본 고안에 따른 시스템이 아날로그 영상 입출력을 가지는 기존의 어떠한 아날로그 CCTV 장비와도 확실한 호환성을 제공함을 의미한다.

전술한 내용은 후술할 고안의 실용신안 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 고안의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 고안의 실용신안 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들은 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 고안의 개념과 특정 실시예는 본 고안과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 고안에서 개시된 고안 개념과 실시예가 본 고안의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 실용신안 청구 범위에서 기술한 고안의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 고안에 따라 비디오 카메라, 마이크로폰, 영상 분배 증폭기, DVR 등의 각종 CCTV 장비들을 케이블로 연결하여 구성되는 보안 감시 시스템에 있어 제공되는 디지털 비디오 스트리머(Digital Video Streamer; DVS), 디지털 영상 분배 증폭기(Digital Video Distribution Amplifier; DVDA)를 포함하는 네트워크 기반 A/V(audio/video) 전송 시스템을 채택함으로써, 종래의 아날로그 케이블의 최대 단점인 일대일 배선에 의한 높은 공사 및 설치 비용 문제를 해결하기 위하여 종래의 네트워크 DVR 시스템처럼 하나의 케이블로 다수의 영상을 전송할 수 있는 네트워크 기술을 활용하여 전체 케이블을 디지털화시키면서도, 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정 없이도 장비에 부착되어 있는 스위치 조작만으로 간단하게 모든 설정을 완결할 수 있기 때문에, 네트워크 DVR 시스템과 달리 특별한 디지털 전문 지식이 없는 작업자도 아날로그 케이블을 배선할 때와 같은 지식 수준으로 손쉽게 전체 시스템을 설치할 수 있게 된다.

또한, 본 고안에 따른 디지털 영상 분배 증폭기(DVDA)를 사용하면, 디지털 비디오 스트리머(DVS)로부터 전송되는 디지털 A/V 및 제어 데이터를 디지털-아날로그 변환하여 아날로그 신호로 출력해 줌으로써, 아날로그 신호를 입력받는 각종 아날로그 CCTV 장비들뿐만 아니라 종래의 일반적인 DVR과도 호환성을 가지게 할 수 있다. 더불어, DVDA는 신호 분배 기능을 가지고 있으므로 종래의 아날로그 VDA를 완전히 대체할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 하이브리드 DVR(hybrid DVR)은 CCTV 관련 운영자들이익숙한 종래의 일반적인 DVR 구조에 네트워크 DVR의 핵심 기능이 추가되어 있기 때문에, 아날로그 케이블을 통한 여러 채널의 아날로그 A/V 입력뿐만 아니라 네트워크를 통한 여러 채널의 디지털 A/V 입력을 동시에 받을 수 있다. 따라서 사용자의 설치 환경에 맞게 각 입력 채널별로 아날로그 및 디지털 A/V 입력 중에서 원하는 대로 선택하여 입력받는 것이 가능해진다.

Claims

비디오 카메라(10), 마이크로폰, 센서, 알람 또는 카메라 Pan/Tilt/Zoom 제어기 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 복수 개의 감시 장치와, 이들 감시 장치와 영상, 음성 및/또는 제어 신호를 송신 및/또는 수신하는 하이브리드 DVR(300), 일반 DVR(30), 매트릭스(40) 또는 멀티플렉서(41) 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 보안 감시용 시스템 장비들과의 사이에,

상기 복수 개의 감시 장치로부터 출력되는 아날로그 A/V 및 제어 신호를 입력받아 디지털로 변환하고 비트스트림 형태의 디지털 데이터로 압축하고 적절한 네트워크 프로토콜에 맞추어 LAN 포트로 출력하여 이 디지털 데이터들을 이더넷 방식 등의 네트워크를 통하여 원격지의 시스템 장비로 전송하되, 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정이 없이도 부착되어 있는 스위치 조작만으로 간단하게 네트워크 설정을 포함한 모든 필요한 설정을 완결할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 스트리밍 장치(digital streaming device; 100)와,

상기 복수 개의 디지털 스트리밍 장치(100)로부터 네트워크를 통하여 전송되어 LAN 포트로 입력받은 모든 디지털 A/V 및 제어 데이터를 각각 아날로그 신호로 변환하되, 동일한 아날로그 신호를 다수의 보안 감시용 시스템 장비들에 분배할 수 있도록 하나의 디지털 입력에 대하여 두 개 이상의 동일한 아날로그 신호로 분배하여 출력해 주고 상기 디지털 스트리밍 장치(100)와 마찬가지로 별도의 컴퓨터에 의한 원격 설정이 없이도 부착되어 있는 스위치 조작만으로 간단하게 네트워크 설정을 포함한 모든 필요한 설정을 완결할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 분배 증폭 장치(digital distribution amplifying device; 200)

를 포함하는 보안 감시용 네트워크 기반 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 아날로그 케이블을 통한 여러 채널의 아날로그 A/V 및 제어 입력과 네트워크를 통한 여러 채널의 디지털 A/V 및 제어 입력을 모두 받을 수 있되, 사용자의 설치 환경에 맞게 각 입력 채널별로 그에 해당하는 아날로그 A/V 및 제어 입력과 디지털 A/V 및 제어 입력 중에서 간단한 설정만으로 선택하여 입력 받음으로써 각 채널별로 선택된 아날로그 또는 디지털 입력 영상을 모니터 화면상의 해당 채널 영역에 표시하는 동시에 A/V 데이터를 저장 장치에 저장하고 제어 신호를 처리한 후에 종래의 DVR과 같은 방식으로 재생, 전송 및 백업할 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 DVR(hybrid DVR; 300)

을 더 포함하는 보안 감시용 네트워크 기반 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 스트리밍 장치(100)는 비디오 카메라(10), 마이크로폰, 센서, 알람 또는 카메라 Pan/Tilt/Zoom 제어기 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 복수 개의 감시 장치로부터 입력되는 아날로그 A/V 및 제어 신호를 하나 이상의 채널로 입력받아 디지털로 변환하여 압축한 디지털 데이터를 이더넷 등의 네트워크를 통하여 이를 수신할 수 있는 보안 감시용 시스템 장비로 전송하기 위하여,

상기 감시 장치로부터 입력되는 아날로그 A/V 및 제어 신호를 디지털 신호로 변환하는 비디오 디코더(101) 등을 포함하는 아날로그-디지털 변환기와;

상기 변환된 디지털 A/V 및 제어 신호를 비트스트림 형태의 디지털 데이터로 압축하는 영상 압축기(102) 등을 포함하는 압축기(compressor)와;

상기 압축된 비트스트림 데이터를 TCP/IP, UDP/IP 또는 RTP를 포함한 임의의 네트워크 프로토콜에 맞추어 유니캐스트 또는 멀티캐스트 방식의 패킷 데이터로 만드는 시스템 컨트롤러(104); 및

상기 패킷 데이터를 네트워크로 전송하기 위하여 LAN 포트로 출력하는 LAN 모듈(103)

을 구비하되, IP 주소(IP address; 아이피 주소), 서브네트 마스크 및 게이트웨이 등을 포함한 네트워크 설정을 하기 위하여, 장치에 부착되어 있는 스위치의 설정 상태 또는 장치마다 부여된 고유한 MAC 주소를 이용하여 임의의 정수값으로 표현되는 ID(identifier; 아이디)로 일대일 매핑(mapping)한 후 이 ID값을 이용하여 상기 네트워크 설정을 완결할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 감시 장치 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 하나 이상의 감시 장치가 상기 디지털 스트리밍 장치(100)에 일체화되어 구성됨을 특징으로 하는 감시 장치 일체형의 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 분배 증폭 장치(200)는

상기 복수 개의 디지털 A/V 전송 장치(100, 105)로부터 이더넷 등의 네트워크를 통하여 전송된 다수 채널의 디지털 A/V 및 제어 데이터를 입력받기 위한 한 개 이상의 LAN 포트를 구비한 랜 모듈(201)과;

상기 전송 받은 채널별 디지털 A/V 및 제어 데이터로부터 추출된 비트스트림 데이터의 압축을 해제하여 채널별로 복원된 디지털 A/V 및 제어 신호를 출력하는 하나 이상의 압축 해제기(decompressor; 202)와;

상기 압축 해제기(202)에서 출력된 채널별 디지털 A/V 및 제어 신호를 디지털-아날로그 변환한 후, 채널별로 지정되어 있는 분배 비율(1 : N)에 따라 분배함으로써 각 채널별로 하나의 아날로그 신호를 N개의 신호로 분배하여 출력하는 분배 증폭기(distribution amplifier; 203); 및

상기 랜 모듈(201), 압축 해제기(202)와 분배 증폭기(203)를 제어하는 시스템 컨트롤러(204)

를 구비하되, 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)와 동일한 방법으로 디지털 분배 증폭 장치(200) 자체의 ID를 설정하여 그 네트워크 설정을 완결하고, 각 채널별로 원하는 디지털 스트리밍 장치의 ID값을 스위치 설정 또는 자동 탐색하여 설정함으로써 각 채널별로 설정된 ID값을 가지는 디지털 스트리밍 장치로부터 전송되어 변환된 아날로그 A/V 및 제어 신호의 1:N 분배 출력을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제5항에 있어서, 상기 디지털 분배 증폭 장치(200)는 네트워크 허브(hub)를 내장하여 디지털 입출력을 위한 두 개 이상의 LAN 포트를 가지고, 입력 신호의 종류별로 상기 장치(200)가 처리 가능한 채널 수에 각 채널별로 분배 가능한 출력의 개수를 곱한 만큼의 아날로그 출력을 포함한 입출력 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)와 디지털 분배 증폭 장치(200)는 IP 주소, 서브네트 마스크 및 게이트웨이를 포함한 장치 자체의 모든 네트워크 설정을 하되,

어떤 범위의 정수값으로 변환 가능한 임의 종류의 스위치 또는 입력 장치를 해당 장치에 부착하고,

각 장치마다 사용자가 고유하게 부여하여 설정한 스위치 또는 입력 장치의 상태로부터 변환하여 미리 정해 놓은 방법에 따라 일대일로 매핑한 정수값으로 ID값을 정하고,

정해진 ID값으로부터 미리 정해 놓은 방법에 따라 일대일로 매핑하여 IP 주소를 구하고 서브네트 마스크 및 게이트웨이를 포함한 네트워크 설정을 완결하여,

상기와 같이 2단계로 일대일 매핑함으로써 서로 다른 장치에서 서로 다른 종류의 스위치 또는 입력 장치를 사용하는 것에 상관없이 장치에 설정된 ID값만으로 네트워크 상에서 각 장치를 고유하게 구별하여 네트워크 전송을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)와 디지털 분배 증폭 장치(200)는 필요한 ID 설정을 위하여 어떤 범위의 정수값으로 변환 가능한 임의 종류의 스위치 또는 입력 장치로서 DIP 스위치를 사용하되,

상기 DIP 스위치를 구성하는 각각의 스위치를 이진수(binary)의 각 비트로 보고 ID값을 구하거나, 각 스위치들을 4개씩 묶어서 BCD(Binary Coded Decimal)로 간주하여 ID값을 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항 및 제2항에 있어서, 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105), 디지털 분배 증폭 장치(200) 및 하이브리드 DVR(300) 등을 포함하여 고유한 ID값으로 네트워크 설정을 하고 서로 네트워크 전송을 하는 네트워크 상의 모든 장치에 대하여, 미리 정해진 방법으로 비트 연산(bit operation)을 하거나, 미리 정해진 수식(expression)으로 연산하거나, 또는 미리 정해 놓은 테이블(table)을 참조하는 방법 중에서 하나의 공통된 방법으로 모든 장치가 ID값을 IP 주소에 일대일 매핑하여 네트워크 설정을 완결함으로써 서로 네트워크 전송을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)와 디지털 분배 증폭 장치(200)는 장치에 설정된 ID값을 이용하여 IP 주소, 서브네트 마스크 및 게이트웨이를 포함한 장치 자체의 모든 네트워크 설정을 하되, 장치마다 고유한 MAC주소(MAC address)를 이용하여 제9항과 마찬가지의 방법으로 MAC 주소로부터 일대일로 매핑된 정수값으로 ID값을 정함으로써 사용자의 수동 설정 없이 해당 장치의 모든 네트워크 설정을 자동으로 완결할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항과 제2항에 있어서, 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105), 디지털 분배 증폭 장치(200) 및 하이브리드 DVR(300)은 임의의 정수값으로 정의되는 type에 대하여 데이터 압축 방식과 암호화 방식 및 그 조합이 유일하게 결정될 수 있도록 각 type값에 일대일로 매핑한 테이블을 동일하게 가지고 있고,

상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)는 어떤 범위의 정수값으로 변환 가능한 임의 종류의 스위치 또는 입력 장치가 설정되어 있는 상태를 제9항과 마찬가지로 미리 정해 놓은 방법에 의하여 매핑함으로써 type값을 구하고, 상기 테이블을 참조하여 type값으로부터 데이터 압축 방식과 암호화 방식 및 그 조합을 알아내어 그 방식대로 데이터를 처리한 후에, 해당 type 정보를 포함하는 포맷으로 만들어 네트워크로 전송하고,

상기 디지털 분배 증폭 장치(200)와 하이브리드 DVR(300)은 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)로부터 전송 받은 디지털 데이터에 포함되어 있는 type 정보로 상기 테이블을 참조하여 해당하는 데이터 압축 방식과 암호화 방식 및 그 조합을 알아내어 그 방식대로 데이터를 처리하여 복원할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 디지털 분배 증폭 장치(200)는 디지털 데이터를 전송 받을 디지털 스트리밍 장치(100, 105)의 IP 주소로 일대일 매핑할 수 있는 ID값을 각 채널별로 사용자가 설정할 수 있도록 하기 위하여,

각 채널별로 어떤 범위의 정수값으로 변환 가능한 임의 종류의 스위치 또는 입력 장치를 부착하고,

각 채널별로 사용자가 설정한 스위치 또는 입력 장치의 상태로부터 변환하여 미리 정해 놓은 방법에 따라 일대일로 매핑한 정수값으로 ID값을 정하고,

각 채널별로 정해진 ID값으로부터 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)와 동일한 매핑 방법에 따라 그 장치의 IP 주소를 구하여,

각 채널별로 사용자가 원하는 디지털 스트리밍 장치(100, 105)로부터 디지털 데이터를 전송 받을 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 분배 증폭 장치(200)는 네트워크에 연결되어 있는 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)의 ID값을 각 채널별로 탐색(seek)하여 설정할 수 있고, 각 채널별로 탐색된 ID값을 임의의 표시기로 나타내는 기능을 구비함을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 분배 증폭 장치(200)는 디지털 데이터가 입력되는 LAN 포트(201)에 연결되어 있는 네트워크의 사용량이 물리적인 대역폭에 비해과부하(overload)가 되면 이러한 상황을 시각, 청각, 또는 시청각 방법으로 표시하거나 경보(alarm)를 줄 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이브리드 DVR(300)은 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)로부터 DV (Digital Video) 포맷으로 압축된 영상을 전송 받을 경우에,

JPEG, MPEG-1, MPEG-2, H.263, MPEG-4, H.264 등을 포함하는 임의의 DCT(Discrete Cosine Transform) 기반 영상 압축 알고리즘(DCT-based video compression)으로 재압축(re-compression)함으로써 압축률을 추가로 높여 저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이브리드 DVR(300)은 상기 디지털 스트리밍 장치(100, 105)로부터 DV, JPEG, Wavelet 등을 포함하는 임의의 정지 영상 압축(still image compression) 알고리즘으로 압축된 영상을 전송 받을 경우에,

모니터 화면에는 전송 받은 모든 이미지 데이터를 압축 해제하여 표시하면서, 녹화를 위해서는 전송 받은 모든 압축된 이미지 데이터 중에서 시간당 필요한 만큼만 선별하여 저장함으로써,

모니터 화면에 영상이 표시되는 속도는 항상 전송되는 속도와 동일하면서도 녹화 속도(recording speed)는 그 전송 속도보다 같거나 느린 임의의 속도로 사용자가 조절(adjust)할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제2항에 있어서, 상기 하이브리드 DVR(300)은 아날로그 영상 입력과 디지털 영상 입력을 각각 구비하되,

채널별로 아날로그 영상 입력과 디지털 영상 입력 중에서 하나씩을 선택하여 입력받아서 채널별로 선택된 아날로그 영상과 디지털 영상을 하나의 모니터 화면에 동시에 표시할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제2항에 있어서, 상기 하이브리드 DVR(300)은 그 사양으로 정해져 있는 채널 개수만큼의 입력을 받되,

각 입력 채널별로 한 쌍씩 연결되어 있는 아날로그 입력과 디지털 입력 중에서 사용자가 입력 소스(input source)로서 하나를 선택할 수 있는 설정 방법을 가지고 있고,

사용자가 설정한 바에 따라 각 채널별로 아날로그 입력과 디지털 입력을 스위칭하여 선택된 입력을 받는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제2항에 있어서, 상기 하이브리드 DVR(300)는 아날로그 영상 입력들을 위한 비디오 디코더(301)의 개수만큼의 영상 입력 포트와 더불어 하나 이상의 디지털 영상 입력 포트를 추가로 가지는 영상 처리기(video processor; 302)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.
제19항에 있어서, 상기 영상 처리기(302)는

사용자의 설정에 따라 모니터 화면에 표시해야 하는 디지털 영상 입력들의 비트스트림을 압축 해제해 주는 별도의 영상 압축 해제기(311)로부터 멀티플렉싱 (multiplexing)되어 출력되는 각 디지털 영상 입력별 복원 이미지 (reconstructed image)들이 순차적으로 입력되는 하나 이상의 디지털 영상 입력 포트와,

각 디지털 영상 입력 포트에 순차적으로 입력되는 복원 이미지들을 각 채널별로 분리하여 출력하는 디멀티플렉서(demultiplexer; 307)와,

각각의 아날로그 영상 입력과 디멀티플렉서(307)로부터 출력되는 각각의 디지털 영상 입력을 사용자가 설정한 바에 따라 각 채널별로 스위칭하여 출력하는 입력 소스 스위치(304)와,

입력 소스 스위치(304)로부터 스위칭되어 비동기적(asynchronous)으로 입력되는 각 채널별 디지털 이미지들을 버퍼링하여 동기시키기 위하여 각 채널별로 할당된 영역을 가지는 영상 메모리(video memory; 305); 및

사용자가 선택한 화면 모드의 구성에 따라 버퍼링된 각 채널의 이미지를 확대(scale up) 또는 축소(scale down)하여 지정된 화면 영역에 배치함으로써 모니터 화면에 표시할 하나의 전체 화면 이미지를 합성하고, 이를 비디오 인코더(303)로 동기하여 출력하는 스케일러(scaler; 306)

를 구비하는 것을 특징으로 하되, 소프트웨어 또는 하드웨어적으로 구현됨을 특징으로 하는 디지털 A/V 전송 장치.