네트워크 디바이스 인터페이스(NDI) 기반의 실시간 방송 중계 시스템 설계와 구현에 관한 연구 = A Study on the Design and Implementation of a Real-Time Broadcast Relay System Based on Network Device Interface(NDI)

국문 초록 (Abstract)

네트워크 디바이스 인터페이스(NDI) 기반의 실시간 방송 중계 시스템 설계와 구현에 관한 연구 본 연구에서는 전통적 SDI 기반 중계 환경이 지닌 고비용·경직성·확장성 한계를 극 복하고, IP 네트워크 상에서 소프트웨어 정의 방식으로 제작–송출을 통합하는 NDI(Network Device Interface) 기반 실시간 방송 중계 시스템의 설계와 구현 방안을 제시했다. 세부 내 용으로는 UHD/다중 플랫폼 시대의 핵심 과제인 지연(latency)·지터(jitter)·패킷 손실에 대 응하기 위해서 QoS·FEC 등 네트워크 적응형 제어를 전제로 품질을 보장하는 제작 파이 프라인 구성을 목표로 했다. 이를 통해 고대역폭 콘텐츠의 안정적 송출, 모듈식 확장, 비 용 절감, 방송–OTT/모바일 간 융합을 달성할 수 있는 기술 대안을 제안하고자 한다. 연구의 범위는 ①입력–네트워크–방송 서버–출력/송출의 계층 구조 설계 ②스위처·음 향·자막/CG·저장·송출·출력으로 모듈화한 서버 내부 구성 ③수신(S410)→저장(S420)→ 오디오 처리(S430)→자막 처리(S440)→스위칭(S450)→송출(S460)→(선택적)출력(S470)으로 이어 지는 방법 절차 정의 ④다중 플랫폼(RTMP/SRT 등) 맞춤 변환과 중앙 복제·분배 구조 확 립으로 요약할 수 있다. 이 구조는 단일 프로그램 신호를 중앙에서 복제·분배하되, 플 랫폼 특성별로 해상도·압축률·프로토콜을 최적화하는 ‘중앙 통제–말단 최적화’의 원 리를 따른다. 네트워크 아키텍처 측면에서는 ‘서버–허브’ 중심의 단일망 위에 SDI/HDMI–NDI 브 릿지를 배치해서 기존 장비의 단계적 편입을 허용하고, 클라우드/원격 제작 및 다중 플랫 폼 송출로 자연스럽게 확장되도록 했다. 이때 중앙 구간은 NDI 단일망으로 단순화하고, 말단 구간은 플랫폼별 QoS 지표·동기화 기준을 분리 관리해서 품질 일관성과 운영 효율 을 동시에 확보하도록 했다. 품질 보장을 위해서는 FEC/ARQ, 버퍼링, 동기화 기준 관리, 실시간 모니터링과 결합 된 오류 감지·복구 체계를 도입했다. 해당 체계는 송출 연속성과 영상·음향 동기 정합 을 유지하도록 설계했고, 운영 단계에서는 지연·지터·손실의 임계치 기반 경보와 자동 복구를 통해 장애 대응력을 높이도록 했다. 이러한 설계 원리는 ‘NDI 기반 전송, QoS/FEC, 동기화 및 지연 저감’과 ‘오류 감지·복구 메커니즘’ 부분에서 그 기술적 근거를 제시했다. 이러한 연구 결과는 특허 출원으로 연결시켰다. 출원명세서는 ①시스템 ②방법 ③프 로그램(컴퓨터 판독 가능한 기록매체)의 삼면 구조로 청구항을 구성했고, 시스템 항에서는 IP 단일 네트워크 제작·송출 구조와 서버 내부 모듈화를, 방법 항에서는 S410~S470의 절차 를, 프로그램 항에서는 방법 구현 프로그램의 기록매체화를 규정했다. 본 특허기술 청구 체계는 연구에서 확립한 ‘모듈·신호 흐름·운용 단계’의 기술 개념을 권리 문서로 구 조화한 것이다. 본 연구의 산업적 의미는 ①SDI/HDMI—NDI 브릿지를 통한 단계적 IP 전환으로 도입 위험과 비용을 낮추고 ②중앙 복제·분배 기반의 다중 플랫폼 동시 송출로 운영 효율·품 질 일관성을 확보하며 ③클라우드/원격 제작과의 자연스러운 연계로 프로젝트 단위 확장 성이 향상됨을 확인하는 것이다. 나아가 ‘모듈형 트레일러 기반 이동형 제작 환경과의 접합 가능성’을 검토해서, ‘플러그앤플레이’ 설치·병렬 통신·원격 제어/분산처리와 결합할 때 현장 전개 속도와 복원력이 증대할 수 있을 것으로 본다. 한편, 단일망 멀티 스트림 운영에서의 네트워크 품질 의존과 전문 인력 수요, 무선/임 시망에서의 대역폭 한계와 같은 현실적인 한계도 있을 것으로 예상한다. 이를 해결하기 위한 후속 연구는 프리뷰–프로그램 이원 경로, QoS/버퍼링, FEC/ARQ 를 통합한 파일럿–벤치마크–표준화 로드맵을 구축해서 재현성·신뢰성을 정량적으로 검증 하고, 표준(ST 2110 등) 및 지식재산 전략과 연계한 확장·개량 발명으로 외적 타당성을 강 화할 수 있을 것으로 예상한다. 결론적으로 본 연구는 NDI 기반 단일망 제작–송출 구조, 모듈형 서버 설계, 네트워크 품질 보장·오류 복구 절차, 다중 플랫폼 분배 전략을 통합한 참조 아키텍처를 제안하고 이를 특허 청구 체계로 제도화한 것이다. 이 성과는 지상파·케이블/위성·OTT·모바 일·웹 등 다종 플랫폼을 포괄하는 차세대 실시간 제작–송출의 기술적 기반을 제공하고, 이동형/클라우드 제작의 현장 적용성을 높여서 중계방송 인프라의 비용 효율과 접근성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대한다. [주요어] 실시간 방송 중계, NDI, QoS, FEC/ARQ, 동기화, 단일망 제작–송출, 다중 플랫폼 송출, SDI/HDMI–NDI 브릿지, 클라우드/원격 제작, 특허 청구 구조.

목차 (Table of Contents)

• 목 차(Table of Contents)
• 국문 초록· ii
• 목차 v
• 그림목차· vii
• 표목차 viii
• 약어표· x
• 제1장. 서론
• 제1절. 개발 기술의 개요 1
• 제2절. 해결과제 및 목적과 필요성
• 1. 기존 기술의 제한점과 해결 과제 3
• 2. 개발 기술의 필요성과 목적· 5
• 제2장. 선행 연구 검토
• 제1절. 선행 기술 문헌
• 1. 국내 연구 자료 8
• 2. 해외 연구 자료· 16
• 제2절. 선행 기술 특허
• 1. 국내 선행 기술 특허 25
• 2. 해외 선행 기술 특허 33
• 제3장. 기술개발 연구의 과정
• 제1절. 기본 설계 과정
• 1. 연구 기획 단계· 49
• 2. 기본 설계 53
• 제2절. 상세 기술 설계
• 1. 입력 신호 처리 및 인터페이스 구조 62
• 2. 네트워크 전송 및 동기화 체계 79
• 3. 방송 서버 및 소프트웨어 정의 모듈 구성 105
• 4. 출력 및 송출 시스템 설계 132
• 5. 안정성·확장성 확보 및 장애 대응 전략 160
• 제4장. 결론과 특허출원
• 제1절. 결론
• 1. 연구 설계의 결론· 189
• 2. 산업적 적용 가능성 191
• 제2절. 출원한 기술특허의 내용
• 1. 특허 개요와 기술의 주요부 설명· 197
• 2. 기술특허의 상세 내용과 특허 청구 내용 199
• 제3절. 기대효과와 한계 및 후속 연구 계획
• 1. 기대효과와 한계 249
• 2. 후속 연구 계획 251
• 참고문헌 255
• Abstract 265
• <부록 1> 특허출원 완료 공문
• <부록 2> 특허출원번호 통지서
• <부록 3> 특허출원서
• 그림 목차(List of Figures)
• [그림 1] 기존 방송 중계 시스템의 구성도 203
• [그림 2] 네트워크 디바이스 인터페이스(NDI)를 이용한 실시간 방송 중계 시스템의 구성도 204
• [그림 3] 방송 서버(200)의 상세 구성도 205
• [그림 4] NDI를 이용한 실시간 방송 중계 방법의 흐름도 207
• 표 목차(List of Tables)
• <표 1> All-IP 및 AV over IP 기반 방송 제작 기술 비교· 15
• <표 2> 인터넷 및 이동통신망 기반 중계 기술 국내 특허 비교 27
• <표 3> IPTV 및 양방향 서비스 관련 국내 특허 비교· 30
• <표 4> 개인·모바일 방송 시스템 관련 국내 특허 비교· 32
• <표 5> NDI/메자닌 IP 비디오 관련·연동 해외 특허 비교 36
• <표 6> 실시간 스트리밍 품질/지터·동기 제어 관련 해외 특허 비교 39
• <표 7> IP 기반 제작·중계 및 클라우드·원격 제작 관련 해외 특허 비교· 42
• <표 8> 차세대 무선·그룹캐스트, 저지연 전송(5G 등) 관련 해외 특허 비교 45
• <표 9> 콘텐츠 유통 / 플랫폼 EFP 장비 연동 해외 특허 비교 47
• <표 10> 다중 입력 장치(카메라, 마이크, 외부 소스)의 신호 획득 구조 요약 70
• <표 11> NDI 기반 신호 변환 및 네트워크 인터페이스 설계 요약 78
• <표 12> 단일 IP 네트워크에서의 멀티 스트림 전송 구조 요약 87
• <표 13> 대역폭 관리 및 지연(latency)·지터(jitter) 보정 요약 96
• <표 14> 동기화(Sync) 및 타임코드 처리 요약 104
• <표 15> 중앙 제어부의 구조 및 기능 통합 방식 요약 114
• <표 16> 영상 스위칭·오디오 믹싱·자막/CG 삽입 모듈 기능 요약 123
• <표 17> 저장·출력·오류 감지 및 복구(FEC 등) 모듈 기능 요약· 131
• <표 18> 프리뷰·프로그램 출력 및 모니터링 체계 요약 141
• <표 19> 멀티 플랫폼(지상파·OTT·모바일·웹) 동시 송출 구조 요약· 150
• <표 20> 클라우드 백업 및 분배 경로 설계 요약· 159
• <표 21> 핫스탠바이 및 모듈 교체형 구조 요약 169
• <표 22> 장거리 전송 및 비용 효율성 확보 방안 요약 178
• <표 23> 보안, QoS(Quality of Service), 규제 준수 고려 요약 187
• <표 24> 특허명세서의 청구항 내용 요약· 233