AVoIP는 최신 FPGA 및 프로그래머블 SoC 플랫폼의 성능과 유연성을 활용하여 시청각 데이터의 전송방식을 혁신하고 있다.
AVoIP의 새로운 기회
오디오-비디오 네트워킹 기술인 AVoIP(AV-over-IP)는 케이블 길이나 데이터 속도가 제한되어 있거나 SDI, HDBase-T, DisplayPort, HDMI와 같은 전통적인 포인트-투-포인트(Point-to-Point) 비디오 인터페이스로 연결이 제한된 환경에서 전문 미디어 워크플로우와 방송 애플리케이션을 구현할 수 있다.
AV 신호를 패킷화하고, 목적지 주소 및 시퀀스와 같은 헤더 정보를 각 패킷에 추가함으로써 다른 IP 트래픽과 동일한 방식으로 AV 컨텐츠를 전송할 수 있기 때문에 네트워크 인프라를 유연하게 사용하고, 손쉽게 확장할 수 있다. 이 IP 네트워크는 HDMI 2.0(TMDS 사용)에서 HDMI 2.1(FRL)로 전환하여 사용할 때처럼 시그널링 및 케이블링을 근본적으로 변경하는 것이 아니라 오디오 및 비디오 형식에 구애받지 않고 4K에서 8K까지 확장이 가능하기 때문에 더 많은 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 또한 중앙 센터에서 원격 모니터링 및 장애해결, 제어가 가능하기 때문에 IT 방식으로 관리가 가능하다. 이 네트워크는 애플리케이션에 따라 사설 LAN이나 전용 이더넷 케이블, WAN, 또는 5G 무선과 같은 모든 IP 인프라를 이용할 수 있다.
일반적인 전문 미디어 애플리케이션은 스튜디오나 프로덕션 현장의 모든 사설 네트워크를 비롯해 오피스, 공장 또는 스포츠바 및 쇼핑몰과 같은 장소에서 배포되는 AV가 포함된다. 이러한 유형의 시장은 일반적으로 비용에 민감한데, AVoIP는 대기시간과 타이밍, 보안 및 QoS(Quality-of-Service)를 적절히 관리하여 다른 데이터와 함께 여러 미디어 스트림을 동일한 케이블로 처리할 수 있어 집적을 통한 비용 절감이 가능하다. 반면에 타이밍 동기화를 적절히 관리하기 위해 IP 스위치와 같은 새로운 인프라에 대한 투자가 요구되기도 한다.
방송 분야에서 AVoIP는 소프트웨어 앱과 IP-주소지정 하드웨어를 네트워크나 클라우드 상의 어느 지점에든 구축할 수 있는 분산 및 가상화 아키텍처를 지원한다. 이를 통해 관련 업계는 변경이 불가능하고, 융통성이 없는 전통적인 capex 모델에서 보다 민첩하고, 액세스 가능한 개방형 접근방식으로 전환함으로써 필요 시에만 또는 지불방식으로 서비스되는 고부가가치의 전문 툴을 만들 수 있다.
적용상의 어려움
한편 AVoIP는 추가적인 유연성 및 확장성과 함께 복잡성이 가중된다. 더 많은 소프트웨어 레이어가 포함됨에 따라 연결 관리 및 설정을 위해 기존의 플러그&플레이 포인트-투-포인트 연결에서는 요구되지 않았던 IT 지식과 전문기술이 필요할 수 있다.
더욱이 AVoIP 표준은 성숙 과정이 더 필요하다. 시장에서 어떠한 표준이 우위를 점하게 될지 기다리는 동안 방송 분야에서의 개발은 거의 중단된 상태이다. 현재 업계는 전송 및 타이밍을 위해 상호 운용이 가능한 개방형 프로토콜인 SMPTE ST 2110으로 나아가고 있다. 하지만 AVoIP는 필요한 곳에 컨텐츠를 전송할 수 있도록 간단하고 빠르게 케이블을 연결할 수 있는 간편한 플러그&고(Plug and Go) 솔루션을 아직 제공하지 못하고 있다. 예를 들어, 새로운 뉴스 기사를 다루는 외부 방송 팀의 경우에는 SDI와 같은 기존의 포인트-투-포인트 프로토콜 및 연결 방식이 가장 빠르고, 쉽고, 가장 신뢰할 수 있는 솔루션일 것이다. 이러한 상황은 학습 과정과 적용 사례가 늘어나면서 분명 개선될 것이다.
전문 미디어 분야는 표준화에 크게 의존하지 않고 있다. 네트워크 기획자는 폐쇄형 시스템으로 이를 고려할 수 있기 때문에 다양한 표준이나 독점적 포맷들이 상호 운용성 보장에 대한 시장의 압력 없이 공존할 수 있다. 그러나 QoS 메트릭 및 대역폭 관리 등을 규정하는 단일의 지배적인 공개 표준이 없다면, 사용자는 전문 비디오를 간단하게 이더넷 IP 네트워크로 전송하고, 선택한 수신기와 연결하고, 장비가 AVoIP 트래픽을 감지하고, 컨텐츠를 디스플레이하는 것을 기대할 수 없을 것이다.
실리콘 통합
프로 AV 또는 방송 애플리케이션을 위한 AVoIP 네트워크를 구현하는데 필요한 인프라 제품은 AV 업계의 포맷과 이더넷/IP 도메인 간의 변환을 위한 실리콘 통합이 기반이 되어야 한다.
전문 미디어 분야에서 현재 개발되는 대부분의 AVoIP는 AVB/TSN, SDVoE, Dante AV와 같은 경쟁 포맷을 기반으로 하고 있다. 하지만 이러한 각기 다른 독점적 프로토콜을 모두 처리할 수 있고, SDI, HDMI, DisplayPort와 같은 기존 표준과 브리지할 수 있는 상용 인터페이스 칩은 아직 공급되지 못하고 있다.
이러한 상황은 일반적인 실리콘 설계 주기보다 빠른 속도로 진화하고 있는데다, 단일의 지배적인 공개 표준이 등장하지 않으면서 변화의 가능성은 매우 낮은 것으로 전망되고 있다. 특정 표준의 실리콘을 다른 표준에 적용하기 위해서는 재패킷화를 비롯한 비디오 파이프라인의 근본적인 변경이 필요하며, 이는 ASSP로는 비용 효율적으로 구현할 수 없다. 또한 각기 다른 다양한 압축 알고리즘과 스케일링 요소 및 지원되는 채널 수의 유연성에 대한 시장의 요구는 전문 미디어 애플리케이션을 위한 AVoIP ASSP의 출현을 가로막는 추가적인 장애요소가 되고 있다.
방송 시장에서 사실상의 표준 프로토콜로 ST 2110이 폭넓게 적용되고는 있지만, 수요가 상대적으로 적기 때문에 ASSP로 대응하기에는 어려운 측면이 있다. 이로 인해 FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 프로그래머블 SoC(System-on-Chip) 플랫폼이 AV 업계의 변화하는 요구에 부응할 수 있는 핵심 시스템 컴포넌트로 부상하고 있다.
베이스밴드 비디오를 패킷화된 비디오로 변환하는데 필요한 기본적인 IP(Intellectual Property)는 잘 알려져 있다. 아래 그림에 나타낸 것처럼, FPGA 또는 프로그래머블 SoC는 기존의 비압축 UHD 비디오 전송속도를 지원하는 고속 트랜시버와 이더넷 MAC 코어를 활용하여 실시간 AV 프로세싱 파이프라인 및 코덱과 함께 다중 채널 AVoIP 물리층을 호스트할 수 있으며, 동일한 디바이스에 ARM 프로세서를 통합함으로써 필요한 비디오 포맷 및 네트워크 관리, 케이블 드라이버와 같은 요소들을 적용할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어 유연성을 모두 제공한다.
결론
AVoIP는 AV 컨텐츠 전송방식의 근본적인 변화와 함께 IP 기반 전송으로의 전환을 통해 통신 및 네트워킹 산업의 IP 혁명과 같은 동일한 방식으로 지원 가능한 서비스 유형을 혁신하고 있다.
전문 미디어 시장의 다양한 경쟁 프로토콜과 방송 분야의 낮은 수요는 저렴한 표준 인터페이스 IC의 등장을 어렵게 함으로써 적용 속도를 지연시키고 있다. FPGA 및 프로그래머블 SoC 플랫폼은 재구성이 가능한 하드웨어를 기반으로 상위 프로토콜 레이어를 호스트할 수 있는 유연성을 제공함으로써 미디어 배포 및 방송 애플리케이션에서 실질적인 AVoIP를 구현할 수 있는 상업적으로 실현 가능한 방안을 제시하고 있다.
글_
롭 그린(Rob Green), 자일링스 Pro AV 및 방송 부문 수석 매니저
