Ⅰ. 서 론

최근 고속도로 교통정보 애플리케이션 및 모바 일 교통정보 홈페이지 서비스를 시작하여 스마트폰 과 휴대폰을 이용해 실시간으로 고속도로 교통정보 를 확인할 수 있는 서비스가 제공되고 있다. 고속도 로 교통정보 애플리케이션은 스마트폰에서 운영되 는 프로그램으로 전국 고속도로의 주요 정체 구간 500여 곳의 CCTV 화면을 정지영상 및 동영상으로 실시간 확인할 수 있으며, 각 노선별 정체 상황과 구간별 속도 및 고속도로 주유소 정보도 확인할 수 있다[1]. 그러나 이러한 CCTV 영상 전송 방법은 CCTV가 고정형으로 설치되어 있어서 고속도로에 서 차량의 고장이나 사고 등 인적 재난 발생시 이 동성이 없고 사각지대에 대한 영상정보를 취득할 수 없는 단점이 있어 이를 보완할 수 있는 휴대형 영상전송 장비가 필요하다.

또한, 기존의 CCTV는 음성 전송 기능이 없어 현 장 음을 들을 수 없으며 쌍방향 통신이 어려워 현 장에 대한 자세한 상황을 파악하기 위해서는 한계 가 있다. 영상 전송 방식도 광 케이블을 이용한 유 선망을 주로 사용하고 있으며 무선망을 사용하는 경우에는 WiFi 무선 데이터 대역을 사용하는 IP 방 식이 아닌 기존 영상 케이블 연결 카메라를 활용하 여 케이블 구축이 어려운 구간에만 무선으로 전송 하는 기술을 사용하고 있어서 영상 신호의 압축률 이 낮아 화질이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.

본 논문에서는 고속도로 현장에서 휴대 및 차량 에 탑재가 가능한 이동형 동영상 전송 장비를 제작 하고 Wibro망을 이용하여 고속 주행 시에도 끊김이 없이 HD급 동영상 전송이 가능한 실시간 동영상 전송 시스템을 구축하여 이를 실험하였다.

Ⅱ. 휴대형 동영상 전송장비

<그림 1>은 본 논문에서 개발한 휴대형 영상 전송 장비의 블록 다이어그램이다. 영상 전송 장비는 크게 멀티미디어 접속부, 음성 및 영상 신호처리부, 주변 시스템 연결부, 전력 관리부, 저장 장치부 그리고 센 서 및 네트워크 연결부 등으로 구성되어 있다.

멀티미디어 접속부는 HD-SDI, HDMI 커넥터를 사 용하여 일반 영상 촬영용 카메라를 연결하여 카메라 의 영상 신호와 오디오 신호를 영상 장비에 전달하도 록 되어 있다[2]. 또한, 카메라를 조작하는 촬영자가 관제 시스템에서 영상을 시청하는 운용자와 음성으 로 통신할 수 있도록 추가적으로 헤드셋을 연결할 수 있는 오디오 인터페이스를 갖는다. 그리고 관제 시스 템에서 전송된 영상을 모니터링하는 운용자가 원하 는 영상을 보기위하여 원격으로 카메라를 제어할 수 있도록 RS485 단자를 통해서 카메라의 PTZ (Pan, Tilt, Zoom) 제어를 할 수 있도록 하였다.

음성 및 영상 신호를 압축하고 복원하기 위한 신 호처리를 위하여 MPEC-4기반의 H.264 CODEC 프 로세서인 모빌리젠의 MG3500를 사용하였으며 1920x1080 화질을 갖는다.

필요에 따라 영상 데이터를 저장할 수 있도록 외 부 저장 장치와 연결할 수 있으며 저장 장치부에 임베디드 리눅스 기반의 OS를 탑재하여 영상 장비 를 구동하도록 하였다[3-4].

센서 및 네트워크 연결부에는 RS232C 연결부를 통 해서 영상 전송 장비의 현재의 위치를 파악할 수 있 도록 GPS 수신기와 연결하였으며 필요에 따라 온도 및 습도 등 추가적인 센싱이 가능하도록 각종 센서들 을 연결하여 메타 데이터 들을 수집할 수 있도록 하 였다. 또한, 영상 전송 장비의 동작 상태 및 배터리의 잔량을 나타내 주는 표시 패널을 LED로 구현하였다.

본 영상 전송 장비는 리튬이온 전지를 사용하도 록 되어 있으며 영상 전송 장비에 내장하여 휴대가 간편하도록 설계하였다. 영상 전송 장비의 전력 공 급을 원활하고 안정되게 공급하기 위하여 충전회로 및 보호회로를 추가하였다. 리튬이온 배터리는 탈 착식으로 설계하였으며 충전 후 10시간 이상 촬영 이 가능하다.

본 논문에서 설계한 영상 전송 장비는 유무선 네 트워크의 사용이 모두 가능하도록 설계하였으며 RJ45 단자를 통하여 Ethernet 10/100 Base-T급으로 영상 전송이 가능하며 무선 네트워크는 IEEE 802.11b/g/n 기반으로 2.4 GHz 동작 주파수와 20~40 MHz 대역폭을 갖으며 반경 25~60 m의 전송 거리 특성을 갖는 WiFi 모듈을 탑재하였다. 본 영상 전송 장비의 WiFi 모듈을 이용하여 전송 거리 내에 사용 가능한 무선 통신 네트워크와 연결이 가능한 단말 기가 있을 경우 이 단말기를 통해 사용 이동통신망 (WiBro, LTE 등) 또는 위성통신망과의 연결이 가능 하여 현재 사용망과의 호환성이 뛰어나도록 설계하 였다. <표 1>은 영상 전송 장비의 규격을 보여준다.

Ⅲ. 네트워크 전송

<그림 2>는 소프트웨어 컴포넌트들의 관계도이며 네트워크 전송부에서 이들 컴포넌트들의 상호 연관 관계를 나타낸다. 먼저 영상 신호와 음성 신호를 각 각 영상 인코더와 음성 인코더에서 인코딩하고 이 신호들을 합쳐준다. 이때 네트워크 상태를 감지하고 있다가 네트워크의 접속 상태가 나빠서 접속이 끊어 지면 인코딩 된 신호들을 저장하도록 한다.

그리고 다시 네트워크가 접속이 되면 저장했던 신호들을 전송하며 이들은 순차적으로 스트리밍하 게 되며 이때 부가적인 데이터인 메타 데이터들을 믹싱하여 전송할 수 있으며 이 기능들에 대한 제어 는 웹상에서 프로그램으로 제어가 가능하다[5-6]. 신호 전송 시 필요에 따라 암호화를 통해 전송 신 호들의 보안 기능을 추가 할 수 있다. 통신이 잘 되 지 않거나 장비가 네트워크에 잘 연결되지 않을 떄 이 장비가 이상하다는 것을 출발호스트에게 알려주 어서 운영체재에서 오류 메시지를 전송 받도록 하 는 ICMP (Internet Control Message Protocol)를 사용 하여 신호들의 인코딩을 제어할 수 있도록 하였다.

Ⅳ. 휴대형 동영상 전송시스템

본 논문에서 개발한 실시간 동영상 전송 시스템의 구성도는 그림 3과 같으며 기존의 유선 또는 무선망 또는 SNG 차량을 이용한 영상 전송 기술과 비교하여 이동성, 실시간성, 고화질 영상정보 외 메타 데이터 전송 그리고 저비용의 장점을 갖도록 하였다.

전송 시스템은 동영상 전송 장비, 무선 및 위성 단말기, 사용 기기지국, 디코더, 관제 시스템, 스트 리밍 서버 등으로 구성되어 있다.

본 시스템은 실시간 휴대형 동영상 전송 시스템 으로 카메라의 영상을 입력받아 H.264 고효율 압축 코덱을 이용하여 영상을 압축하고 압축된 영상을 무선 다중접속에 의한 실시간 동영상 송수신 방법 을 통해 충분한 대역을 확보하여 네트워크의 환경 에 알맞게 초당 1.2~3 Mbps의 속도로 전송 장비에 탑재되어 있는 Wifi 모듈을 통하여 사용 무선통신 망인 Wibro, LTE 망 또는 위성망을 통해서 전송이 가능하도록 설계하였다.

본 논문에서는 Wifi 모듈을 사용하여 무선망 활 용이 가능하도록 설계하였다. 분할 전송된 영상, 음 향, 메타 데이터를 병합 시스템을 통해 하나의 스트 림으로 만들어주었으며 릴레이서버의 디멀티플렉 서 모듈은 병합 시스템으로부터 전달된 영상, 음향, 메타 데이터가 합쳐진 스트림을 개별 스트림을 분 해한 후에 방송용, 관제용등 목적에 맞게 재전송을 할 수 있는 시스템을 구축하였다. 릴레이서버는 단 지 트래픽 효용성을 위해 사용되는 스트리밍 서버 이외에 다양한 단말을 지원하기 위한 트랜스 코딩 의 기능을 지원하며 전송된 영상은 추후 분석이 필 요할 수 있으므로 메타데이터와의 동기성을 보존하 기 위해 SMIL포맷으로 저장되고 검색할 수 있는 구조로 설계하였다.

본 논문에서 개발한 실시간 동영상 전송 시스템 의 동작 원리는 다음과 같다:

Ⅴ. 실험 결과

논문에 제안된 시스템을 이용하여 도로교통공사 가 있는 판교에서부터 둔내까지 이동하면서 영상의 실시간 전송 실험을 하였다.

이동 경로는 <그림 4>와 같으며 왕복 279,4km 거리에서 5시간 동안 시험하였으며 주행 중 영상 전송 및 휴게소에서 15분씩 영상 전송 테스트를 하 였다.

Wibro 망을 통하여 영상을 전송하였고, 중간에 일반적으로 많이 휴대하고 다니는 아이폰을 이용하여, 관제탑의 관리자에게 도로 현장영상을 전송하여, 제안한 장비와 비교 측정 하였다.

제안된 시스템의 경우 각 구간 별로 표 2와 같은 전송속도를 보였다. <그림 5>는 실제로 장비가 탑 재된 차량에서 관제 센터에 보내온 영상을 보여주 며 80 km/h로 이동 중임에도 불구하고 HD급 고화 질의 영상이 전송됨을 확인할 수 있다.

본 실험에서 영상 전송 딜레이는 1~8초 정도 발 생하였으며 무선망의 신호가 약해서 영상 전송 목 적 사이트까지의 왕복 시간이 많이 걸릴수록 딜레 이가 많이 생김을 알 수 있었다. 왕복 Latency가 50 ms 이상인 경우 2초정도의 딜레이가 발생하였으며 왕복 Latency가 300 ms 이상일 경우는 약 5~8초 정 도 발생하는 것으로 측정되었다.

1분간 영상 전송 지연 횟수가 2회이내 또는 10분 간 12회이내 여서 적절한 QoS를 보장함을 알 수 있 었으며 이를 초과할 경우 영상 정보에 대한 신뢰도 가 저하됨을 알 수 있다.

차량속도 100 km 까지도 영상 전송률의 변화는 육안으로 판별이 되지 않을 정도로 미세하였으며 도플러 효과에 의한 영상 및 음향이 이론적으로 변 형될 수 있으나 체감되지는 않았다.

영상 전송 에러가 발생하는 원인은 주로 Wibro망 의 핸드오버 시 발생하는 영상의 멈춤 또는 단절이 발생할 때 생기며 지형 특성상 무선망 신호가 약할 때 같은 현상이 발생하였다.

Ⅵ. 결 론

본 논문에서는 고속도로에서 발생한 차량의 고 장이나 사고 등의 현장을 중계 할 수 있는 휴대 및 차량탑재 형 실시간 동영상 전송 장비를 제작하였 고 이 장비를 이용하여 영상을 실시간으로 전송할 수 있는 전송시스템을 구축하였다.

실험 결과, 망의 상태 및 접속된 망에 따라 영상 의 해상도를 조절함으로써, 적은 딜레이로 영상을 전송함으로써 실시간 방송이 가능하며 적절한 QoS 를 유지할 수 있어서 전송된 영상의 분석을 통해 적절한 대응이 가능할 것으로 기대된다.

또한, 측정시 Wibro 망을 사용하였지만 제안된 시스템의 장비가 802.11 b/g/n을 지원하므로 LTE망 이나 위성망을 이용한 영상 전송도 가능할 것으로 기대된다.