 |
||
회사소개
비주얼리서치는 문자발생기 및 온 방송그래픽 시스템 등을 개발하는 기업이다. 다양한 정보를 전달하는 뉴스 프로그램부터 가족이 함께 즐기는 예능 프로그램까지, 방송국에서 제작된 모든 영상물은 최종적으로 문자발생기를 통해 자막과 그래픽이 영상에 입혀지는 최종 단계를 거쳐야 한다.
비주얼리서치의 방송그래픽 제품들은 이러한 여러 형태의 방송 프로그램에 사용되며 언제나 시청자와 함께하고 있다. 1995년 설립이래 뛰어난 기술력과 끊임없는 경영혁신으로 국내 방송 그래픽의 발전에 크게 기여해온 비주얼리서치는 지속적인 연구와 개발을 통해 국내 방송환경의 변화를 이끌고 있으며 최근에는 일본을 포함한 20여 나라에 방송그래픽 소프트웨어를 수출하고 있다.
 |
||
| ▲ 국내 최초의 4K UHD 60/30P 문자발생기 | ||
개발 배경
2012년에 개시된 4K UHDTV 실험방송을 계기로 방송관계자들 사이에서 4K UHD 방송에 대한 관심이 늘었고, 2014 인천아시안게임 실험방송을 앞둔 시점 삼성, LG 등의 제조사에서 4K 60P TV를 출시하면서부터는 방송 관계자들뿐 아니라 시청자들까지도 고선명 UHD에 대한 관심이 높아졌다.
이에 HD 화질을 넘어서는 새로운 고선명 방송환경으로의 변화에 대응하기 위해 Tornado2 4K UHD를 개발하게 되었다.
그 결과 KOBA 2014에서는 업계 최초로 4K UHD 60P/30P 송출되는 제품을 출품할 수 있었으며, 2014 아시안게임 4K 실험방송에 4K CG로 최초 투입되어 뛰어난 화질과 성능을 입증할 수 있었다.
UHDTV란
4K, 8K 화질의 고품질 영상을 제공하는 차세대 TV규격으로 종류는 QFHD(Quad Full HD 3840×2160), 4K Digital Cinema(4096×2160), 8K Super Hi-Vision(7680×4320) 등이 있다.
 |
||
 |
||
| ▲ 4K 신호 출력 – Quad Full HD | ||
 |
||
| ▲ 디지털 TV 신호 규격 비교 | ||
개발 과정
개발 당시 환경은 좋지 않았다. 개발 당시 UHD 방송신호 표준이 정의되지 않아 대부분의 방송장비 제조사들이 각자 다른 방식의 신호를 지원했었는데, 예를 들면 같은 3G-SDI 신호를 지원한다고 해도 3G Level A, Level B의 Stream 방식, Level B의 Link 방식을 지원하는 등 제각각이던 상황이었다. 신호의 표준 정의가 되어있지 않았기 때문에 2014 아시안게임 실험방송 준비기간에는 방송장비 업체들과 장비 간의 신호 수용을 위한 개발이 많이 필요했다.
4K UHD 신호 연결
기존 HD 신호의 8배의 데이터를 송출하면서 성능을 유지하는 것이 관건이었는데, 그래픽 엔진의 성능 향상을 위해 데이터 처리 구조의 변화가 필요했고, 동시에 많은 양의 데이터를 실시간으로 처리하기 위한 고사양의 하드웨어가 필요했다. 여러 부품 간의 성능 조화도 잘 이뤄져야 했다.
 |
||
실시간 3D 4K 그래픽 처리구조
초당 12Gb의 이상의 속도로 4K 크기의 프레임 이미지를 실시간으로 전송하기 위해서는 CPU와 관계 없이 장치가 직접 하드웨어에 데이터를 전송할 수 있는 DMA(Direct Memory Access)를 사용하는 것이 필수적이다. DMA 방식의 장점은 이미지를 전송하는 과정에 CPU가 사용되지 않으므로 동시에 다른 이미지에 대한 CPU 연산 처리가 가능하다는 것이다. Tornado2는 DMA를 이용하여 그래픽을 전송하여 CPU 부담을 최소화하였으며 화면이 커졌기 때문에 증가한 그래픽의 효과적으로 처리하기 위해 네이티브 64bit 실행파일로 만들어졌다.
 |
||
| ▲ 실시간 3D 4K 문자발생기 시스템 내부(64bit os) | ||
그래픽 프레임 처리 구조
Tornado2는 시스템을 구성하는 CPU, GPU(Graphic Processing Unit)와 I/O 보드의 처리장치가 동시에 최고의 성능으로 동작할 수 있도록 설계되었다. 2D 렌더링 및 애니메이션 처리는 컴퓨터의 CPU에서 처리되며, 3D 모델과 텍스트를 렌더링하여 3D 장면을 그려내는 작업은 GPU, 그리고 영상의 전송과 색공간 전환은 I/O 보드에서 이루어지며, 이러한 작업은 동시에 처리된다.
 |
||
쓰레드 파이프라인 최적화
Tornado2 시스템을 구성하는 각 처리장치가 동시에 효율적으로 일을 하려면, 버퍼의 사용이 필수적이다. Tornado2는 수십 프레임의 이미지 버퍼를 두고 이를 파이프라인 방식으로 처리한다. CPU가 처리를 마친 이미지는 VGA 카드로 전달되어 그래픽 렌더링에 사용되고, 그 결과는 I/O 보드로 전달되어 송출을 위해 준비된다. 이때 Tornado2는 각 장치로 작업을 효율적으로 분배하도록 설계되어 있어 시스템의 성능을 복잡한 4K 3D 그래픽 애니메이션과 효과를 실시간으로 송출해 낼 수 있게 되었다.
 |
||
픽셀 쉐이더를 이용한 키 처리
또한 Tornado2는 4K의 실시간 처리를 위해 시스템 전반에 대해 여러 가지 최적화를 했다. 그중에 가장 중요한 성능 개선 요소는 동시에 색상과 키를 처리하는 부분이다. 문자발생기는 다른 방송용 그래픽 장비와는 달리 색상의 합성 정도를 나타내는 키 정보를 가지고 있다. 기존의 시스템은 색상과 키를 처리하기 위해 그래픽의 렌더링을 두 번씩 처리했다. 이는 처리량이 일반그래픽에 대해 거의 2배에 달하는 양이고, 이는 4K 실시간 송출에 큰 걸림돌이었다.
Tornado2에서는 최신 GPU들이 제공하는 하드웨어 가속 픽셀셰이더 기술을 이용하여 색상과 키를 한 번의 처리로 렌더 및 추출이 가능하도록 개선하여, 약 30%의 성능 향상을 이루어낼 수 있었다.
 |
||
하드웨어 버퍼링
 |
||
– 순간 적인 부하 발생 시 화면 프레임 드롭 현상을 방지
– 파이프라인 처리를 통한 병렬 처리 가능
4K 그래픽 시스템의 또 다른 과제는 순간적인 부하를 어떻게 처리하는가 이다. Tornado2 4K 문자발생기 시스템은 송출 중에 디자인 수정이 가능하며, 동시에 16개의 레이어를 송출하는 기능을 가지고 있다. 이때 복잡한 장면을 송출하거나 하는 도중에 편집작업이 일어나거나, 많은 양의 리소스를 한 번에 읽어 들이거나 하는 경우에는 시스템에 순간적인 부하가 발생하고 이는 최종 그래픽 신호 출력에 지연을 주어, 결과적으로 프레임 드롭 현상이 발생하게 된다.
이를 개선하기 위해 Tornado2는 I/O 보드 내에 하드웨어 버퍼를 두어, 시스템이 순간적인 부하상황에 빠져들 때에도 I/O 보드에 의해 사전에 준비해 둔 프레임 이미지가 송출되도록 해서, 프레임 드롭 현상을 방지했다.
애니메이션 시 최소 업데이트
 |
||
– 매 프레임 발생하는 애니메이션 시 영향을 받는 부분만 실제 계산을 수행하여 성능 향상
Tornado2는 텍스트, 도형, 2D/3D 및 다양한 효과가 복합적으로 처리되는 그래픽 시스템이다. 따라서 사소한 텍스트 변경 및 애니메이션의 수정이 결과적으로는 많은 양의 데이터 변화로 확장되어, 시스템의 성능 저하로 연결될 수 있다. Tornado2에서는 어떠한 그래픽 정보의 변경의 유발하는 파급 효과를 최대한 줄일 수 있도록 최적화 되어있다. 이를 위해 Tornado2 4K의 애니메이션 처리는 4K 그래픽의 실시간 처리를 위해 어떠한 데이터 변경은 최소한의 영향만을 미치도록 처음부터 재설계 및 구현되었다.
Tornado2 4K UHD 주요기능
ㆍ쉽고 편리한 사용자 인터페이스
ㆍ뛰어난 2D 그래픽 품질
ㆍ3D텍스트 및 도형 자체 제작
ㆍ다양한 3D 재질 표현 및 매핑효과
ㆍ키 프레임 애니메이션
ㆍ파티클, 렌즈플레어 등 고급 효과
ㆍ4K 60P 실시간 송출
ㆍ응용 개발용 SDK 제공
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
V-Series
Tornado2 4K UHD를 기반으로 다양한 방송환경에서 사용 가능한 V-Series는 뉴스, 기상, 홈쇼핑, 스포츠, 증권, NPS 등 다양한 분야에서 활용된다. V-Series는 각 방송의 목적에 부합하는 형태의 그래픽을 표출할 수 있도록 특화된 UI를 제공하고, 단시간 내에 데이터가 연동된 그래픽을 필요로 하는 환경에서 쉽고 편리하게 콘텐츠를 제작할 수 있다.
홈쇼핑 전용 코더
홈쇼핑 방송은 제품정보, 가격, 배송일 등의 다양한 내용을 표출한다. 방송 특성상 많은 양의 정보를 다루기 때문에 화면 내의 일부 내용이 자주 바뀌는 개별 제어를 해야 하는데 홈쇼핑용 애플리케이션을 사용하면 장비 한 대로 16개의 서로 다른 자막들이 원하는 시점에 자동 및 수동으로 제어할 수 있어서 편리하게 방송할 수 있다.
 |
||
스포츠, 기상 코더
스포츠나 기상예보 방송은 매번 내용을 갱신해야 하며, 인력이 많이 투입되는 방송 형태 중의 하나이다. 수작업으로 제작하다 보면 오타도 나기 쉽고 하루에도 몇 번씩 있는 방송 때마다 내용을 수정해야 하는 번거로움이 있다. 예를 들면 날씨 아이콘, 위성사진, 기온 등이 그렇다. 제작이 까다롭다 보니 날씨나 스포츠경기 등의 방송 환경에선 데이터를 자동으로 처리할 수 있는 전용 제품을 사용하고 있다.
 |
||
 |
||
증권방송용 그래픽 시스템
증권방송용 그래픽 시스템은 끊임없이 수신되는 실시간 증권 데이터를 정확히 처리하면서 한 치의 오차 없이 실시간으로 Full 3D 그래픽을 입혀 처리할 수 있다. 기존 문자그래픽 시스템에서는 주기적으로 전체 그래픽을 교체해야 하는 단점이 있었으나 Tornado2 4K UHD는 객체 단위로 수정 가능하다. 이 외에도 다양한 방송환경에 대응할 수 있는 다수의 제품을 보유하고 있다.
마치며
비주얼리서치의 목표는 단기적으로는 빠르게 변화하는 방송환경에 대응하고 외산 제품들과의 경쟁에서 우위를 점할 수 있도록 지속적으로 신기술을 개발하고 제품의 품질을 더욱 향상시키는 것이고, 장기적으로는 저희가 개발한 방송그래픽 시스템을 세계적으로 널리 사용되도록 하는 것이다.
