KR20040082090A

KR20040082090A - 영상캡처보드를 이용한 멀티미디어 어학실습 시스템

Info

Publication number: KR20040082090A
Application number: KR1020030016720A
Authority: KR
Inventors: 박종혁; 강병주
Original assignee: 시멘틱퀘스트 주식회사
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-09-24

Abstract

본 발명은 멀티미디어를 지원하는 PC와 LAN(Local Area Network)에 부가하여 간단히 실시간 오디오/비디오 전송을 위한 전용 케이블 구성과 모든 PC에 각각 저렴한 영상캡처보드만을 설치하여 기존의 멀티미디어 어학실습 시스템의 문제점을 획기적으로 개선할 수 있는 멀티미디어 어학실습 시스템을 위한 새로운 소프트웨어 및 하드웨어 구성 방법에 관한 것이다. 기존의 방법에 비해 성능은 대폭 개선되면서, 비용은 크게 절감되고, 설치도 매우 간단한 방법이다.

Description

영상캡처보드를 이용한 멀티미디어 어학실습 시스템 {Multimedia Language Lab System Using Video Capture Board}

본 발명은 멀티미디어 PC와 LAN 및 오디오/비디오 전용 케이블을 이용한 실시간 음성/동영상 전달 기술과 이를 이용한 멀티미디어 어학 실습 시스템에 관한 것이다. 본 발명이 속하는 기술은 두 가지 분야로 나누어 볼 수 있는데, 첫째는 멀티미디어 어학 실습 시스템이고, 둘째는 PC와 LAN, 오디오/비디오 케이블을 이용하여 멀티미디어 어학 실습실 구성을 가능하게 하는 음성/동영상의 실시간 동시 전달 및 제어 기술이다.

1. 종래의 멀티미디어 어학 실습 시스템

종래의 멀티미디어 어학 실습 시스템은 두 가지 근본적인 문제가 있다. 한가지는 기존의 아날로그 기반의 어학 실습 시스템에 PC 기반의 디지털 멀티미디어 기술을 단순히 합쳐 놓음으로써 서로의 장점과 단점을 효과적으로 보완하지 못하고 기능이 제한된 멀티미디어 어학실습실에 머물고 있다는 것이다. 다른 한가지 문제는 이러한 기존의 어학실습실의 아날로그식 하드웨어와 컴퓨터의 단순한 결합으로 PC 기반의 멀티미디어 기술을 효과적으로 활용하지 못함으로써 많은 부분을 기존의 하드웨어 기반의 어학 실습 시스템에 의존하고, 특히 음성과 동영상 전송에 전용 하드웨어를 사용함으로써 전체 시스템 구축 비용이 매우 비싸진다는 점이다.

종래의 멀티미디어 어학 실습 시스템에서는 동영상의 실시간 전송을 위해 전용 오디오/비디오 케이블을 깔고, 강사 모니터의 화면을 그대로 받아서 시그널을 증폭하고 분배기를 통해서 모든 학생들 모니터로 전송하는 방식을 취하고 있다. 학생들은 강사 모니터 화면과 똑 같은 내용을 실시간으로 보게 된다. 하지만 이 방식은 화면을 학생 쪽에서는 전혀 제어할 수 없다는 문제가 있다. 예를 들어 비디오 창 화면을 줄인다거나 확대한다거나 위치를 이동하거나 할 수 없다. 또한 강사나 학생 쪽 모두 비디오를 보는 것 이외에 전혀 다른 컴퓨터 작업을 할 수 없다는 문제도 있다. 모니터 화면에 꽉 차게 영상이 나오고 있고, 이를 컴퓨터가 전혀 제어할 수 없기 때문이다.

음성의 전송에서도 기존의 방법은 오디오 HUB 등의 특수 하드웨어를 두어서 음성을 흐름을 제어하는데, 모든 설정이 장치를 처음 설치할 때 고정되어 있어 향후 변경이나 업그레이드가 불가능하거나 매우 어렵다. 또한 전용 하드웨어를 사용하다 보니 비용이 많이 소요된다.

2. 종래의 실시간 음성/동영상의 전달 기술

멀티미디어 어학실습 시스템에서는 음성 및 동영상의 실시간 동시 전송이 절대적 전제 조건이다. 실시간 동시 전송이란 선생님 쪽에서 오디오나 비디오를 플레이하면 시간적 지연없이, 끊김없이 그리고 모든 학생이 동시에 같은 내용을 보거나 들어야 한다는 것이다. 이 조건이 만족되어야 원활한 수업 진행이 가능하다. 선생님이 보고 있는 내용이 학생이 보고 있는 내용과 다르면 안될 것이다. 또한 학생들이 서로 다른 내용을 보고 있다면 안될 것이다. 조금의 전송 지연도 수업 진행에 민감한 영향을 미칠 수 있다.

멀티미디어 어학실습 시스템에서 음성과 동영상 전송에 LAN을 사용할 수 있다면 가장 바람직할 것이다. 하지만 현재의 기술 수준으로는 불가능에 가깝다. 원래 컴퓨터 네트웍은 끊김없는 연속적인 플레이가 필요한 오디오나 비디오 같은 스트림 데이터의 전송에는 구조적으로 부적합한 시스템이다. 따라서 현재의 기술 수준으로는 컴퓨터 LAN으로 특히 비디오와 같은 대용량의 스트림 데이터을 실시간으로 전송하는 데는 한계가 있다.

일부 멀티미디어 어학실습 시스템에서 LAN을 이용하여 음성과 동영상을 전송하고 있으나 품질이 매우 낮은 상황이다. 또한 기존의 어학 실습실에서는 가능한 다양한 음성 믹스 기능을 구현하는데 제한이 많다. 예를 들어 그룹을 지정하고 그룹 내에서 서로 얘기하는 내용이 혼합되어 다른 모든 학생들에 전송되는 등의 기능의 구현이 어렵다.

이러한 문제 때문에 대부분의 멀티미디어 어학실습 시스템에서는 음성과 동영상의 전송에 전용 오디오/비디오 케이블과 믹서, 분배기, 증폭기, 오디오허브 등의 추가적인 하드웨어를 사용하고 있다. 이렇게 해서 음성/동영상의 실시간 동시 전송은 가능하지만 이러한 하드웨어 설치가 번거롭고 비용이 많이 든다는 문제를 안고 있다. 또 다른 문제는 모든 설정이 하드웨어적으로 고정되어 있기 때문에 향후 변경이나 업그레이드가 불가능하거나 매우 어렵다는 점이다. 무엇보다도 근본적인 한계는 아날로그식이기 때문에 진정한 멀티미디어 기능의 구현이 어렵다는 점이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 컴퓨터실에 최소한의 하드웨어만 추가하여 기존의 멀티미디어 어학 실습실 보다는 기능과 성능이 훨씬 뛰어나고, 설치도 간단하고, 훨씬 적은 비용으로 진정한 멀티미디어 어학 실습실을 구현하고자 하는 것이다.

기존의 하드웨어 기반의 솔루션은 설치 시 모든 설정이 고정되어 있어 향후 변경이나 업그레이드가 불가능하거나 매우 어렵다는 점에 착안하여 대부분의 기능을 소프트웨어적으로 해결함으로써 다양한 요구와 변경 요구 대처할 수 있게 하고자 한다.

기존의 멀티미디어 어학실습실 솔루션과는 달리 아날로그 방식의 음성 및 동영상 처리가 아니라 디지털 방식으로 음성 및 동영상 처리가 가능하도록 하여 진정한 멀티미디어 시스템을 구현할 수 있게 한다.

음성과 동영상의 실시간 동시 전송을 위해 오디오/비디오 케이블을 LAN 케이블을 따라 설치하고, 각 선생님과 학생들 PC 각각에 저렴한 영상캡처보드를 설치하면 완벽한 하드웨어 구성이 되게 함으로써 설치도 간단하고 비용도 크게 절감되도록 한다.

도 1은 본 발명의 멀티미디어 어학실습실 구성도이다. 하나의 서버 컴퓨터(1)와 다수의 클라이언트 컴퓨터(4)로 구성되어 있다. 모든 컴퓨터들은 LAN (9)으로 연결되어 있다. 각종 음성/영상 매체를 재생할 수 있는 장치 (10)들이 오디오 및 비디오 케이블로 서버 및 클라이언트 컴퓨터에 연결된다. 서버 PC와 클라이언트 PC들 각각에 영상캡처보드(2. 5)가 설치된다. 오디오 케이블 (7)이 매채재생장치의 AUDIO OUT 단자와 서버 PC, 클라이언트 PC의 사운드카드 (3, 6)의 LINE IN과 LINE OUT 단자를 통해서 연결된다. 비디오 케이블 (8)은 매채재생장치의 VIDEO OUT 단자와 서버 PC, 클라이언트 PC의 영상캡처보드 VIDEO IN 단자를 통해서 연결된다. 마이크와 헤드폰이 서버 PC 및 클라이언트 PC의 MIC IN과 LINE OUT에 각각 연결된다.

도 1은 하나의 서버 컴퓨터와 수십 대의 클라이언트 컴퓨터, LAN 및 오디오, 비디오 케이블로 구성된 멀티미디어 어학실습 시스템의 구성도이다. 서버와 클라이언트 사이의 음성/영상 및 기타 데이터 등에 대한 제어 신호는 LAN으로 교환되고, 음성과 동영상은 각각 전용 오디오 및 비디오 케이블을 통해서 실시간 전달된다.

본 발명에 의한 멀티미디어 어학 실습실의 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소는 다음과 같다.

○ 하나의 스위칭 HUB를 공유하는 LAN환경

○ 실시간 음성 및 영상 전송을 위한 오디오/비디오 케이블 구성

○ 사운드카드, 비디오카드, 네트웍카드가 장착되어 있는 1개의 서버 컴퓨터

○ 사운드카드, 비디오카드, 네트웍카드가 장착되어 있는 다수의 클라이언트 컴퓨터

○ 서버 및 모든 클라이언트 컴퓨터에 각각 장착되는 영상캡처보드

○ 각종 매체를 재생할 수 있는 재생 장비

VCR, DVD 플레이어, 카세트테이프 플레이어, 오디오 CD 플레이어 등

○ 서버 컴퓨터에 연결 가능한 입출력 장비

모니터, 마이크, 헤드폰, 화상카메라, 마우스, 키보드 등

○ 클라이언트 컴퓨터에 연결가능한 입출력 장비

모니터, 헤드셋, 화상카메라, 마우스, 키보드 등

○ 오디오/비디오 시그널과 기타 데이터 송수신을 제어하는 서버 프로그램

○ 오디오/비디오 시그널과 기타 데이터 송수신을 제어하는 클라이언트 프로그램

1. 하나의 스위칭 HUB를 공유하는 LAN 환경

본 발명의 멀티미디어 어학실습 시스템은 기본적의 같은 방안에서 하나의 스위칭 허브를 공유하는 LAN 구성을 전제로 한다. 대부분의 컴퓨터실이 이러한 조건을 만족한다고 볼 수 있다. 따라서 대부분의 경우에 기본적으로 만족되는 부분이다.

인터넷을 기반으로한 온라인 멀티미디어 교육 시스템은 본 발명의 범위에 속하지 않는다.

2. 실시간 오디오/비디오 케이블 구성

오디오 케이블은 매체 오디오를 전송하기 위한 케이블 구성, 강사의 음성을 모든 학생들에게 전송하기 위한 케이블 구성, 학생 음성을 강사에게 전달하기 위한 케이블 구성이 필요하다. 따라서 매체 재생기에서 학생들 PC들과 강사 PC로 가는 오디오 케이블 구성과 학생들 PC에서 강사 PC로 학생 음성을 전달하기 위한 오디오 케이블 구성, 또한 강사 PC에서 모든 학생 PC들로 가는 케이블 구성이 필요하다.

매체 재생기에서 PC 방향으로 오디오 케이블은 매체 재생기 AUDIO OUT에서 PC 영상보드 LINE IN으로 연결하면 된다. 학생 PC에서 강사 PC 방향으로 오디오 케이블은 학생 PC 사운드카드 LINE OUT에서 강사 PC의 사운드카드 LINE IN으로 연결하면 된다. 강사 PC에서 학생 PC 방향으로 오디오 케이블은 강사 PC의 사운드카드 LINE OUT에서 학생 PC의 사운드카드 LINE IN으로 연결한다.

강사 PC에서 학생 PC로 가는 오디오 케이블은 도 1에서와 같이 매체재생기에서 학생 PC로 가는 오디오 케이블과 공유하게 한다. 강사 음성은 매체 오디오가 전송 중일 경우에는 매체 오디오와 합성되게 된다.

비디오 케이블은 오디오 케이블과는 달리 매체 재생기의 영상을 모든 PC들로 전송하는 단방향 연결만 있으면 되므로, 매체 재생기의 VIDEO OUT을 모든 PC의 영상캡처보드 VIDEO IN으로 연결하면 된다.

3. 영상 캡처 보드

오디오/비디오 케이블의 구성과 함께 본 발명에서 가장 핵심적인 부분이 영상캡처보드를 사용하여 멀티미디어 데이터를 자유롭게 조작할 수 있게 하는 것이다. 영상캡처보드는 아날로그 비디오 시그널을 받아서 화면 프레임 단위로 끊어서 디지털 포맷으로 실시간으로 변환하는 기능을 해준다. 일단 디지털 형식으로 변환되면 영상의 자유로운 조작이 가능하다. 화면 창을 축소/확대하거나 화면 창의 위치를 이동할 수 도 있다. 화면 정지, 멈춤, 재개도 가능하고 녹화하여 하드디스크에 저장도 가능하다. 또한 강사 PC에서 학생 PC의 비디오 재생을 강사가 원하는 방식으로 제어할 수 도 있다.

기존의 방식에서는 아날로그 형태 그대로 재생하였기 때문에 다양한 화면 조작이나 제어가 불가능하였다. 하지만 영상캡처보드를 사용하여 실시간 디지털 변환이 되면 PC의 멀티미디어 기능을 이용하여 영상에 대한 다양한 조작이 가능하다는 장점이 있다. 최근 영상캡처보드의 급속한 가격하락으로 모든 PC에 설치한다고 하더라고 비용에 큰 부담이 되지 않는다. 영상캡처 기능이 있는 저가의 TV 카드가 많이 나와 있다.

기존에는 비디오 신호 증폭기, 분배기 등의 특수 하드웨어를 사용하였는데 영상캡처보드를 사용하면 영상캡처보드나 컴퓨터에서 이러한 기능을 해주기 때문에 이러한 하드웨어는 필요없어진다. 이러한 부분이 본 발명의 가장 핵심적인 부분의 하나이다.

4. 각종 매체 재생기

각종 매체를 재생할 수 있는 장치들로 구성된다. 대표적으로 카세트테이프 플레이어, 오디오 CD 플레이어, VCR, DVD 플레이어 등이 가능하다. AV 입출력 단자가 있는 어떠한 장치도 연결 가능하다.

외부 재생 장치에 대한 조작은 강사가 수동으로 하게 된다. (예를 들어 VCR 리모콘을 이용한 플레이, 멈춤, 빨리감기, 되감기 조작 등). 비디오의 경우는 여러 매체가 동시에 재생될 수 없고 한번에 한가지만 플레이될 수 있다. 반면에 오디오는 여러 매체의 오디오가 합성될 수 있다.

여러 매체 재생기가 사용될 경우 하드웨어인 셀렉터를 둘 수 있다.

5. 클라이언트 PC와 클라이언트 측 입출력 장치

클라이언트 PC는 학생 PC를 말하며 사운드카드, 비디오카드, 네트웍카드가 기본적으로 설치되어 있어야 하고 (메인보드에 통합되어 있는 경우도 있다), 영상캡처보드가 추가로 설치된다. 클라이언트 PC에서 필요한 입출력 장치는 음성 신호를 송수신하기 위한 헤드셋이 필요하고, 영상을 보기 위한 모니터가 필요하다. 기타 기본적으로 마우스와 키보드 등으로 구성된다.

6. 클라이언트 프로그램

클라이언트 프로그램의 핵심 기능은 영상캡처보드에서 디지털로 변환된 비디오 시그널을 받아서 동영상으로 실시간 재생시키는 플레이어 기능이다. 이 플레이어 기능에 다양한 화면 조작 기능을 구현할 수 있다. 예를 들어 화면 확대, 축소, 이동, 재생 정지, 계속, 녹화 등의 기능을 구현 가능하다. 음성을 실시간 재생하는 오디오 플레이어 기능도 필요하다.

기타, 서버에 접속하여 자신의 주소를 알리는 기능, 서버에서 전송되는 데이터를 수신하는 기능, 학생의 음성을 서버로 전송하는 기능, 강사를 호출하는 기능 등이 필요하다.

7. 서버 PC와 서버 측 입출력 장치

서버 PC는 강사 PC를 말하며 클라이언트 PC와 마찬가지로 사운드카드, 비디오카드, 네트웍카드가 기본적으로 설치되어 있어야 하고, 영상캡처보드가 추가로 설치된다. 서버 PC에서 필요한 입출력 장치는 강사 음성을 입력하기 위한 마이크, 음성을 출력하기 위한 헤드폰이 필요하고, 영상을 보기 위한 모니터가 필요하다. 기타 기본적으로 마우스와 키보드 등으로 구성된다.

8. 서버 프로그램

서버 프로그램은 기본적으로 클라이언트 프로그램에 포함되어 있는 비디오 및 오디오 플레이어 기능을 포함한다. 외부 재생 장치에 대한 조작 인터페이스는 제공하지 않지만, MP3 오디오 파일이나 동화상 파일의 재생을 위한 인터페이스가 제공될 수 있다.

서버 프로그램을 구성하는 또 한가지 핵심기능은 어학실습실 부가 기능이다. 대표적인 어학실습실 부가 기능은 특정 학생을 지정하여 강사와 학생간 일대일 상호대화 기능, 학생들 음성을 순차적으로 자동 모니터링 기능, 다자간 대화 기능 등이다. 이러한 어학실습실 기능이 LAN을 통하여 클라이언트의 사운드카드를 선택적으로 제어함으로써 쉽게 구현될 수 있다.

강사와 학생간 일대일 대화

강사와 학생간의 일대일 상호대화가 가능하다. 기본적으로 강사의 음성이 전체 클라이언트로 전송되게 되어있기 때문에, 특정 학생에게만 강사 음성을 전달하기 위해서 오디오 케이블을 통한 강사 음성 전송을 막고, LAN을 통한 TCP 통신 방식으로 강사의 음성을 전달한다. 일대일 대화 상대인 클라이언트 이외의 모든 클라이언트의 사운드카드의 Mixer의 Wave와 Mic를 음소거한다. 이렇게 함으로써 특정 학생의 음성만 서버로 전송된다. 다른 학생들은 대화를 들을 수 없게 된다.

순차 모니터링

자동 순차 모니터링 기능도 LAN을 통한 TCP 통신 방식으로 구현 가능하다. 일정한 시간 간격으로 일대일 대화 상대 학생만 바꾸어 주면 된다.

강사와 학생간 일대다 대화

강사와 학생간 일대다 대화도 가능하다. 일대일 대화의 경우와 비슷하지만 LAN을 통한 TCP 방식이 아니라 UDP 방식으로 강사 음성을 해당 학생들에게 멀티캐스팅한다. 멀티캐스팅은 TCP와는 달리 데이터를 한번만 보내기 때문에 네트웍의 부하를 크게 줄일 수 있다. 대화 상대인 클라이언트 이외의 모든 클라이언트의 사운드카드의 Mixer의 Wave와 Mic를 음소거한다. 이렇게 함으로써 대화 상대 학생들의 음성만 서버로 전송된다. 다른 학생들은 대화를 들을 수 없게 된다.

자유대화

모든 학생 및 강사 사이의 자유대화가 가능하다. 기본적으로 모든 클라이언트 LINE OUT이 서버 LINE IN으로 들어가서 다시 서버 LINE OUT으로 나와 모든 클라이언트 LINE IN으로 실시간으로 들어가기 때문에 자유대화 기능은 기본적으로 가능하다.

다자간 자유대화

2자간, 3자간 등 다자간 대화가 가능하다. 특정 그룹에 포함되는 클라이언트들 사이에 자유대화를 허용하고, 대화내용을 전체 클라이어언트들에게 멀티캐스팅하는 것이 가능하다. 대화에 참여하는 클라이언트들 이외의 나머지 클라이언트들의 사운드카드 Mixer의 Wave와 Mic를 음소거함으로써 대화에 참여하는 클라이언트로부터의 음성만 서버로 전송되고, 다시 서버로부터 모든 클라이언트로 대화 내용이 전송된다.

매체 전송 중에 강사 음성 전송 및 소거

매체 전송 중에도 강사 음성이 자동으로 전송되게 되어 있다. 매체 전송 중에 필요 없는 잡음을 방지하기 위하여 서버의 사운드카드 Mixer의 Wave와 Mic를 음소거하면 강사의 음성이 전송되는 것을 막을 수 있다.

학생 음성 막기

학생의 음성이 기본적으로 서버 쪽으로 전송되게 되어 있다. 이 경우 대화가 필요하지 않는 경우 또는 매체 재생 중에 불필요한 잡음이 생길 수 있으므로 클라이언트의 사운드카드 Mixer의 Wave와 Mic를 음소거하면 학생들의 음성이 서버 쪽으로 전송되는 것을 막을 수 있다.

기타 기능

기타 다양한 애플리케이션의 구현이 가능하다. 예를 들어 전자칠판 기능을 구현할 수 있다. 강사 PC의 화면을 캡처하여 LAN을 통해 클라이언트로 브로드캐스팅 가능하다.

기존의 멀티미디어 어학실습 시스템 구성 방법은 오디오 및 비디오의 실시간 동시 전송 및 완벽한 음질 및 화질을 위해서 아날로그 신호를 그대로 모니터로 전송하는 방법을 사용하였다. 따라서 동영상이나 음성의 조작이 불가능하여 진정한 멀티미디어 기능의 구현이 어려웠다. 또한 아날로그 신호 증폭기, 분배기, 오디오허브 등 고가의 하드웨어 장비를 사용함으로써 시스템 구축 비용이 비싸지는 문제가 있었다.

본 발명에서는 저렴한 영상캡처보드를 사용함으로써 비용도 크게 줄이고, 아날로그 비디오 신호를 디지털 비디오 신호로 실시간 변환함으로써 동영상에 대한 다양한 멀티미디어 조작이 가능해져 여러가지 다양한 기능이 구현이 가능해 졌다. 또한 음성의 경우도 기존에 오디오 허브에 의한 하드웨어적 음성 전송 제어 방식을 사용하였는데 이로 인해 향후 변경이 불가능하고 전용 하드웨어로 비용이 많이 드는 문제가 있었다. 본 발명에서는 사운드카드를 통한 소프트웨어적인 방식으로 음성 전송을 제어함으로써 다양한 요구 사항에 대처가 가능한 매우 유연한 시스템이 가능해 졌다.

Claims

멀티미디어를 지원하는 PC와 하나의 HUB를 공유하는 LAN, 각 PC에 설치되는 영상캡처보드, 오디오/비디오 케이블을 이용하여 하나의 서버에서 여러 대의 클라이언트에 음성/동영상 신호를 실시간에 동시 전달하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 어학실습 시스템 구성 방법.
제 1항에 있어서, 실시간 오디오/비디오 전송을 위한 오디오 및 비디오 케이블의 구성 방법.
제 1항에 있어서, 아날로그 동영상 신호를 디지털 포맷으로 실시간 변환하여 비디오 화면을 자유롭게 조작하고 제어하기 위한 영상캡처보드의 사용.
제 1, 2항에 있어서, LAN을 통하여 TCP 방식으로 강사의 음성을 전송하고, 클라이언트의 사운드카드를 선택적으로 제어함으로써 어학실습실의 강사와 학생간 일대일 상호대화, 순차 모니터링 기능 등을 구현하는 방법.
제 1, 2항에 있어서, LAN을 통하여 UDP 방식으로 강사의 음성을 멀티캐스팅하고, 클라이언트의 사운드카드를 선택적으로 제어함으로써 어학실습실의 강사와 학생들간 일대다 대화 기능을 구현하는 방법.
제 1, 2항에 있어서, LAN을 통하여 클라이언트의 사운드카드를 선택적으로 제어함으로써 어학실습실의 다자간 자유대화 기능을 구현하는 방법.
제 1, 2항에 있어서, LAN을 통하여 클라이언트의 사운드카드를 선택적으로 제어함으로써 필요에 따라 강사와 학생의 음성 전송을 선택적으로 제어하는 방법.