영상 품질의 저하 없이 대역폭을 최저화한다

보쉬시큐리티시스템즈의 인텔리전트 다이내믹 노이즈 감쇠 기술

메가픽셀 카메라는 매우 세밀한 이미지와 유용한 정보를 제공하지만, 그만큼 가격이 비싼 점이 선뜻 구매를 망설이게 한다. 또한, 이러한 이미지를 전송하고 저장하는데 필요한 데이터 용량은 현저히 증가했으며, 대역폭이 요구하는 네트워크 인프라 및 높은 스토리지 용량은 IP 시스템의 전체적인 가격을 대폭 상승시킨다. 그러므로 IP 시스템의 가장 비용이 많이 드는 요소 중 하나인 스토리지는 프로젝트의 성공 여부를 좌우할 수 있는 맹점이기도 하다. 그리고 이러한 비용을 줄이기 위한 최적의 방법은 바로 카메라에 있다.

│보쉬시큐리티시스템즈(www.boschsecurity.co.kr)│

보쉬시큐리티시스템즈는 고화질을 유지하면서 데이터의 양을 줄이기 위해 아래와 같은 다양한 접근 방식을 시도하고 있다.

- 노이즈를 제거하기 위한 내용기반 영상기술(CBIT)

- 중요한 정보를 타겟팅하는 구역 우선순위 부여 기술

- 압축 비율을 증가시키기 위한 최적화된 인코더 효율

이 기술들의 조합은 스토리지와 네트워크 비용에 직접적으로 비례하며, 비트 레이트/화질 비율에 높은 영향을 주게 된다.

내용기반 영상기술(CBIT), 노이즈 제거의 핵심

노이즈는 화면 내 픽셀의 임의의 패턴이다. 일정 양의 노이즈는 신호를 전송하거나 수신하는 전자 장치에 항상 존재할 수 있다. 그러나 영상의 노이즈는 영상수집 제품의 측면에서 바람직하지 않고, 주어진 영상의 비트 레이트를 과장하여 인코딩 과정에 직접적인 악영향을 끼칠 수 있는 가장 불리한 요소이다. 메가픽셀 카메라는 센서의 픽셀이 더 작고 많은 빛을 수집할 수 없기 때문에 노이즈에 더 민감할 수밖에 없다. 신호를 증폭하게 되면 노이즈가 더 발생하게 되며, 저조도 화면 또한 노이즈 레벨을 증가시키는데 기여한다.

보안 업계에서는 최초로 보쉬시큐리티시스템즈가 이미지 처리과정을 제어하기 위한 새로운 기술을 소개했다. 바로 내용기반 영상기술(CBIT). 이 기술은 비디오 이미지의 실제 내용을 검사하고 이미지 처리를 다시 조정해 디지털 프로세서(DSP)에 피드백을 제공하는 지능형 영상분석 시스템이다. 혁신적인 플랫폼인 CBIT는 센서, 이미지처리 그리고 IVA를 하나의 모듈로써 작동하게 해준다. CBIT가 근본적으로는 많은 분야에서 화질을 향상 시키지만, 노이즈를 줄이기 위해 사용될 경우 더욱더 큰 효과를 누릴 수 있다.

인텔리전트 다이내믹 노이즈 감쇠 기술(iDNR)의 핵심

통상의 노이즈 감쇠는 2가지 형식이 있다. 공간적 노이즈 감쇠는 하나의 프레임 내의 픽셀들을 평균화하여 노이즈를 줄인다. 또 다른 하나인, 시간적 노이즈 감쇠는 여러 개의 프레임에 걸쳐서 픽셀들을 평균화하여 인공적인 노이즈들을 제거하는 것이다. 인텔리전트 다이내믹 노이즈 감쇠(iDNR)는 이 두 가지 기술을 조합해 조도 레벨과 화면 내에서 이동하는 물체를 CBIT 분석에 근거하여 두 기술을 다이내믹하게 조정하는 새로운 방법이다.

시간적 노이즈 감쇠는 정적인 이미지에 매우 효과적이지만 화면상에 움직임이 있을 때는 문제점이 생길 수 있다. 만약 시간적 노이즈 감쇠가 움직이는 물체에 적용되면 화면상에서 물체가 흐릿하게 번지거나 겹쳐지는 고스트 현상이 나타날 수 있다. CBIT 분석은 이러한 프레임들을 확인해 움직임이 있으면, 이러한 정보를 DSP로 다시 전달해 분석된 정보를 기반으로 시간적 노이즈 감쇠를 적용하는 것이다. 따라서 iDNR은 시간적, 공간적 노이즈 제거를 제어하기 위하여 다음의 세 가지 요소를 사용한다.

- CBIT 움직임 분석

- 화면의 조도 레벨

- 사용자 설정 레벨

이러한 과정들을 결합함으로써, iDNR은 카메라의 시야 내에서 중요한 물체의 움직임을 분석하여 노이즈 감쇠 조정으로 대역폭을 최적화시키는 것이다. 화면에 움직임이 없을 때에는 대역폭이 최소화되지만, 중요한 물체가 감지되었을 때, 최대한 상세한 화면을 잡을 수 있도록 대역폭을 증가시킨다. iDNR의 진보된 알고리즘은 특정 화면에서는 영상 품질의 저하 없이 최대 50%까지 필요한 대역폭 및 스토리지 소모를 줄여줄 수 있다.

iDNR vs. VBR vs. CBR, 어떤 의미인가?

몇몇의 메가픽셀 카메라는 기본적으로 자신의 대역폭을 제한한다. 이는 보통 고정 비트 레이트(CBR)를 통해서 이뤄진다. CBR은 임의로 고정된 수준의 비트 레이트를 유지하는 인코딩 방법이다. 이러한 방식은 항상 높은 비트 레이트에서 발생하는데, 만일 낮은 비트 레이트로 제한될 경우에는 화질을 저하시킬 수도 있다. 반면에 가변 비트 레이트(VBR)는 화면에 움직임이 있을 지라도 미리 설정된 화질 수준을 보장해주며, 비트 레이트는 화면에 따라 변한다. iDNR은 VBR과 같은 원리로 작동하지만, 화면상에 움직임의 존재여부를 기반으로 스마트한 결정을 내리는 지능이 추가되었다.

구역 우선순위 기능

iDNR 뿐만 아니라, 구역 우선순위 기능은 여러 구역에 대한 인코더의 압축 비율을 적용함으로써 비트 레이트를 더 줄여 줄 수 있다.

상대적으로 중요하지 않은 지역은 더 많이 압축하도록 설정해 비트 레이트를 줄이며, 중요한 구역은 낮은 압축률을 통해 더 자세히 볼 수 있도록 할 수 있다. 하지만, 이러한 감쇠는 일반적인 화면에서도 지속적인 낮은 압축률을 필요하게 할 수 있다. 중요 구역을 신중하게 선택함으로써, 화면 내에서 중요하지 않은 구역과 일반 구역에 대해서 적합한 압축률을 적용할 수 있으며, 이로 인해 특정 화면에 대해서 평균적으로 낮은 비트 레이트를 달성할 수 있다.

iDNR과 구역 우선순위 기능의 테스트 결과

추가된 iDNR과 구역 우선순위 기능을 활용한다면 관리자가 원하는 부분의 선명한 화질은 유지하되, 대역폭 및 스토리지 절감을 동시에 누릴 수 있게 된다. 인코더 압축 알고리즘의 높은 효율을 가진 이 기능은 다음의 두 예시와 같은 주목할 만한 테스트 결과를 만들어 낸다.

알아서 대역폭, 스토리지 비용까지 절감

보쉬시큐리티시스템즈는 화면에 기반한 영상을 세부 조정할 수 있는 엔지니어링 능력을 보유하고 있다. 이에 따른 결과로, 움직임과 조도 레벨에 기반해 화면 내의 노이즈를 감쇠하기 위한 인텔리전트 다이내믹 노이즈 감쇠(iDNR) 기능을 적용할 수 있게 된 것이다. 일반적으로 iDNR은 움직임이 없는 화면상에서 표준 VBR 대비 최대 50%까지 비트 레이트를 줄여서 전송할 수 있다.

비트 레이트는 언제나 감소시킬 수 있다는 것을 기억하자. 하지만, 일반적으로 이는 화질에 악영향을 끼치게 되지만, iDNR과 구역 우선순위 기능의 핵심 이점은 화질의 손상 없이 대역폭을 대폭 감소시킬 수 있다는 것이다. 궁극적으로, 가장 낮은 대역폭과 스토리지로 최고급 화질을 제공하는 보쉬시큐리티시스템즈의 메가픽셀 카메라야말로 고객에게 있어 최고의 선택이 되어줄 것이다.

[월간 시큐리티월드 통권 제200호(sw@infothe.com)]

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