Tel. 02-517-0985
E-mail.mg25frame@gmail.com
Addr. 10-11 Sapyeong-daero, 55-gil, Seocho-gu, Seoul, Republic of Korea

ALL RIGHTS RESERVED BY MG25

ELECTRONICSPTZ 카메라 구매 가이드

2022-09-28
조회수 2043

코로나19로 인해, 사회 대부분의 분야에서 비대면 활동이 증가하게 되었고, 이에 따라 PTZ 카메라에 대한 수요가 급증했다. PTZ 카메라가 생소한 분들도 있기 때문에, 이번 글에서 PTZ 카메라의 주요 특징과 용도에 맞는 제품 선택에 대해 설명하고자 한다. 다음 호에서는 ‘PTZ 카메라 활용 가이드’를 통해, PTZ 카메라 사용에 도움이 되는 Tip들을 소개하겠다.


PTZ 카메라란?


PTZ 카메라는 추가적인 장비 없이 카메라 자체적으로 Pan, Tilt, Zoom 기능이 가능하도록 제작한 카메라 시스템을 말한다. 방송용 카메라는 전문적으로 양성된 카메라 크루(Camera Crew)에 의해 운용되며, 수동으로 Pan, Tilt, Zoom을 조작한다.

방송용 카메라처럼 크고 무거우며, 매우 고가의 카메라와 숙달된 전문 운용 인력을 활용할 수 없는 경우, PTZ 카메라가 좋은 대안이 될 수 있다. 전문 카메라 운용 인력이 없어도 될 정도로 조작이 쉽고, 스튜디오 밖이나 혹은 매우 멀리 떨어진 곳에서도 원격으로 카메라를 조작할 수 있기 때문이다. 따라서 PTZ 카메라는 원격 중계, 원격 촬영, 원격 학습, 원격 회의, 원격 진료 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.






PTZ 카메라 구매 가이드



모든 제품들이 그렇지만, PTZ 카메라 역시 구매할 때, 다양한 스펙들을 검토해서 용도에 맞는 제품을 선택해야 한다. 최신의 PTZ 카메라에는 여러가지 낯선 용어들이 등장하는데, 주요 스펙에 대해 간략하게 설명하겠다.



1)  Image Sensor가 커지면 벌어지는 현상


일반적으로 카메라의 Image Sensor가 커지면, 더 높은 해상도를 지원할 수 있고, 수광 능력도 좋아져 화질 향상에 유리하다. 그래서 촬영 전문가들이나 카메라 사용자들은 점점 더 큰 Image Sensor를 장착한 카메라로 업그레이드하고 싶어 한다. 하지만, Image Sensor가 커지면, 당연히 카메라도 커지고 무거워져 기동성이 떨어지고, 조작이 어려워 부가적인 장비가 필요하게 된다. 또한, 카메라 뿐만 아니라, Lens나 Battery, Tripod 등의 주변장비도 더 크고 고가의 고성능 제품들을 사용해야 하기 때문에, 더 많은 예산을 필요로 한다.

이미지 출처: Wikipedia


PTZ 카메라는 최신의 고해상도 제품이 1” Image Sensor를 사용하기도 하지만, 보통은 1/2.5~1/2.8”의 작은 Image Sensor가 많이 사용된다. Pan/Tilt/Zoom이 가능하면서도 충분히 작고 저렴하게 만들기 수 있기 때문이다.

카메라의 Image Sensor가 커지면 달라지는 이런 기본적이고 상식적인 차이 말고, 우리가 종종 놓치는 포인트가 있는데, 바로 초점이 맞는 거리, DoF(Depth of Field)라는 개념이다. DoF를 한 마디로 말하자면, 초점(Focus)이 맺히는 거리가 얼마나 긴 지를 뜻한다. 인물을 촬영할 때, 얼굴은 선명하게 나오지만, 그 뒤의 배경이 흐릿하게 나오는 경우를 사진이나 영상에서 종종 봤을 것이다. DoF가 약 30~50cm 정도인 경우라면, 인물 뒤의 배경이 아주 멋있게 흐려지면서 멋진 느낌을 주게 된다. 반대로, 멀고 가까운 여부와 관계없이 모든 피사체들이 선명하게 촬영되었다면, DoF가 매우 긴 경우라고 보면 되겠다.

DoF에 영향을 미치는 요소는 3가지인데, 첫 번째가 Image Sensor의 크기이다. Image Sensor가 클수록 초점이 맞는 거리가 짧고, Image Sensor가 작아지면, 초점이 맞는 거리가 길어진다. Image Sensor가 작으면, 가까이에 있는 피사체나 멀리 있는 피사체가 모두 선명하게 촬영된다. 반면에 Image Sensor가 커질수록 초점이 맞는 거리가 짧아져서 초점이 잘 맞도록 수동 혹은 자동으로 초점 조절을 잘해야 한다.

이미지 출처: PNGegg


DoF에 영향을 미치는 또 다른 2가지 요소는 조리개 값과 Zoom의 배율이다. 조리개를 최대한 개방할수록 Zoom을 최대한 많이 당길수록 초점이 맺히는 거리가 짧아진다. 즉, DoF가 낮아지게 된다. 반대로, 조리개를 조일수록 Zoom을 하지 않을수록 초점이 맺히는 거리가 길어진다. 예를 들어, 35mm Full Frame Image Sensor가 탑재된 Canon 5D 카메라에 조리개를 최대 개방했을 때의 값이 f/2.8인 24-70mm Zoom Lens를 장착했다고 가정해보겠다. 풍경을 촬영할 때는 최대 광각인 24mm(수평 화각 약 74도)에 조리개는 약 f/8~f/11 정도로 조여 줄 것이다. 인터뷰 사진을 촬영한다면, 2m 정도의 거리에서 Zoom은 약 35~50mm 정도로 놓고, 조리개는 최대인 f/2.8까지 개방하고 싶을 것이다. 이보다 더 느낌 있는 인물 사진을 촬영하고 싶으면, 아마도 조금 더 뒤로 물러선 후에 Zoom을 70mm로 최대한 당긴 상태에서 조리개도 f/2.8로 최대한 개방해서 인물의 뒷배경을 날리고자 할 것이다.

이미지 출처: capturetheatlas.com


이렇게 Image Sensor가 클수록, 조리개를 많이 개방할수록, Zoom을 많이 당길수록, 더 예술적인 느낌의 촬영이 가능해진다. 그러나 규모가 큰 영화를 촬영할 때는 카메라의 초점만을 전문적으로 맞춰 주는 포커스 풀러(Focus Puller)를 따로 고용해야 할 정도로 정확히 초점을 맞추는 것이 어렵다. 영화 촬영에 사용하는 카메라들은 Image Sensor가 크고, 고성능 Lens를 사용하여 조리개 개방도 많이 해야 할 상황이 있으므로, 인물을 촬영할 때에는 DoF가 매우 짧은 경우가 대부분이기 때문이다. 하지만, Image Sensor가 충분히 작다면, 초점을 맞추기 위해 수동 조작을 할 필요가 별로 없고, Auto Focus 기능이 있을 경우에는 훨씬 빠르고, 정확하게 초점을 잘 잡아준다.



2) Zoom 배율과 함께 꼭 살펴봐야 할 스펙은?


PTZ 카메라의 선택할 때, 보통 해상도와 함께 몇 배 Zoom을 지원하는 지를 가장 먼저 확인하게 된다. Pan과 Tilt 성능도 중요하지만, Zoom 성능이 PTZ 카메라의 활용 범위에 중요한 영향을 미치기 때문이다. 물론, Zoom 배율이 높을수록 더 비싼 Zoom 모듈을 채용해야 하므로, 당연히 원가도 상승한다.

PTZ 카메라의 스펙에서 Zoom 배율만큼 중요한 것이 또 있는데, 바로 화각(Field of View)이다. 같은 20배 Zoom이더라도 최대 광각(Wide)일 때의 화각과 최대 망원(Tele)일 때의 화각이 다른 경우가 많다. 중요한 것은 내가 사용하고자 하는 공간의 크기와 피사체들이 배치된 상태를 고려해서 화각을 선택해야 한다. 예를 들어, 강의실의 뒷벽에 설치해서 강의실의 전체적인 모습을 모니터링하려고 할 때, 강의실이 가로로 넓거나 부채꼴 모양이라면, 70도 이상의 넓은 수평 화각을 가진 PTZ 카메라를 선택해야한다. 반면에 강사를 전담해서 촬영할 PTZ 카메라는 50~60도 정도의 화각을 가진 것이 오히려 낫다. Zoom을 많이 하지 않더라도 강사를 적절한 구도와 초점으로 촬영할 수 있기 때문이다.

앞서 설명한 바와 같이 Zoom을 많이 하면, 작은 Image Sensor의 카메라라 하더라도 배경을 흐려주는 효과가 나타날 수 있다. 따라서 강사를 촬영하는 카메라가 Zoom In을 많이 하게 되면, 강사 뒤에 있는 칠판이 잘 안 보일 수 있다. 칠판을 같이 보여줘야 하는 경우에서 강사 전담 카메라를 너무 멀리 배치해서 Zoom을 당기기 보다는 상대적으로 가까이에 놓고 Zoom을 최소화하는 것이 유리하다. 아래와 같은 PTZ 카메라의 스펙을 살펴보겠다. Image Sensor 크기는 1/2.8”이고 해상도는 약 2.4MP이므로, Full HD 해상도(1920x1080)를 지원한다는 것을 알 수 있다. Lens 부분의 스펙을 보면, f=4.9~98mm라고 되어 있는데, Zoom을 하지 않은 최대 광각에서 초점거리가 4.9mm이고, 최대 망원에서 98mm라는 뜻이다. 이 초점거리는 Image Sensor 크기에 따라 다르기 때문에, 일반적인 카메라는 보통 35mm Full Frame Image Sensor의 초점거리로 환산한 값을 같이 표기해준다. PTZ 카메라 업체들은 이 초점거리 변화로 인한 구도의 차이를 보다 직관적으로 알 수 있도록 화각으로 표기해 주는 것이 대부분이다. 아래의 PTZ 카메라는 최대 광각에서 60도, 최대 망원에서 3.2도의 수평 화각을 보여준다.

이미지 출처: DVNEST


이렇게 수평 화각으로 표기해도 잘 이해가 되지 않는 분들이 많을 것이다. 보통 인물 촬영을 할 때, Full Frame Image Sensor의 카메라 기준으로 35mm나 50mm Lens를 많이 사용한다. 이 때의 수평 화각이 각각 54.4도와 39.6도이다. 따라서 이 PTZ 카메라의 최대 광각인 60도는 Full Frame Image Sensor의 카메라에서 35mm Lens를 장착했을 때보다 살짝 넓은 화각이 나온다고 보면 되겠다. 다시 말해, 일정한 거리에서 그냥 광각인 상태에서 촬영했을 때, 인물을 촬영하기에 자연스러운 화각이 나온다는 뜻이다.

3도 시야=대략 손가락 3개 넓이


한편, 최대 망원일 때의 화각에 대해서 감이 잘 오지 않을 수 있다. 보통 손을 쭉 뻗어 엄지손가락을 치켜 올렸을 때, 엄지손가락의 넓이가 대략 1도 정도의 시야각이 된다. 3.2도라고 하면, 손을 뻗었을 때, 대략 손가락 3개 정도의 넓이라고 보면 되겠다.

아래의 표는 Full Frame Image Sensor의 초점거리에 따른 화각을 보여준다. 앞서 예를 들었던 PTZ 카메라는 최대 광각에서 60도, 최대 망원에서 3.2도의 화각을 보여주므로, Full Frame Image Sensor에 약 32~600mm Zoom Lens를 장착한 것과 유사한 화각이라는 것을 알 수 있다.


이미지 출처: shotkit.com


아래 그림은 여러 종류의 PTZ 카메라의 Image Sensor 크기와 Zoom 배율, 그리고 이에 따른 수평 화각의 차이를 보여준다. 모델에 따라 최대 광각이 56도, 80.4도, 120도로 다양하다. 용도에 따라 적절한 화각과 Zoom 배율을 가진 카메라를 선택하는 것이 좋다.

이미지 출처: DVNEST



3) 영상 인터페이스의 선택


컴퓨터 모니터를 위한 인터페이스는 Analog 15-pin D-sub에서 DVI로, 그리고 다시 DP(DisplayPort)로 진화해 가고 있다. 방송장비도 이제 BNC 케이블 기반의 SDI(Serial Digital Interface)에서 점차 Optical과 Ethernet(IP)으로 업그레이드되고 있다. PTZ 카메라는 SDI, HDMI, USB, Ethernet(IP) 등 4가지 인터페이스를 통해 영상을 출력해준다. 아직까지는 주변기기나 장비와의 호환성 문제로 SDI와 HDMI가 대부분을 차지하고 있지만, 개인방송이나 화상회의 등 직접 송출을 하는 경우에 USB를 많이 활용하기도 한다. 또한, 설치 비용의 절감과 유연한 시스템을 구현하기 위해 Ethernet 기반으로 전체 시스템을 구축하는 방식이 최근 크게 증가하고 있다.

이미지 출처: DVNEST


예산 측면에서 보면, 일반적으로 HDMI만을 지원하는 방송장비에 비해, SDI를 전용으로 지원하거나 HDMI와 SDI를 모두 지원하는 방송장비들이 좀 더 비싸다. 시스템 구축의 용이성면에서는 SDI가 HDMI에 비해 훨씬 멀리 전송이 가능하고, 커넥터에 끼운 후에 잠금(Lock)을 할 수 있기 때문에, 연결 유지면에서도 안전하다. 3G-SDI 기준으로 최대 150m 정도까지 전송할 수 있다. 만약, 이것보다 더 먼 거리의 장비들과 연결해야 할 경우에는 SFP나 Ethernet을 사용해야 한다. 각각의 호환되는 장비, 전송거리, 설치의 편리성과 경제성, 유지 보수 및 운영의 유연성 등에서 각기 장단점이 있으므로, 전문가의 도움을 받는 것이 좋다.



4) 어떤 코덱을 선택해야 하나?


코덱은(Codec) 영상이나 음성 파일을 압축(Compression)하거나 압축을 푸는(Decompression) 것의 줄인 말이다. 즉, 파일의 크기가 너무 크면, 송수신에 너무 많은 대역폭이 필요하게 되므로, 그 크기를 줄여서 작은 대역폭으로 많은 영상을 보내고 받을 수 있도록 하기 위한 것이다. 영상 파일의 크기를 줄이는 방법은 여러가지가 있는데, 우리가 흔히 사용하는 영상 파일들은 대부분 원본 영상의 1/100 내외로 압축한다. MPEG-2, MPEG-4, MPEG-5 등의 코덱이 대표적이다.

아래의 표에서 볼 수 있듯이 최신의 코덱일수록 압축률이 대폭 높아지고, 대신 가벼워진 만큼 더 복잡한 알고리즘을 사용하기 때문에, 더 많은 프로세싱 파워와 시간이 필요하다. 참고로 아래 표에 있는 AVC/H.264 코덱을 정확하게 표기하자면, ITU-T H.264이며, ISO/IEC 14496-10-MPEG-4 Part 10 AVC와 동일한 표준이다. 즉, H.264 = MPEG-4이다. MPEG-2 역시 ISO/IEC의 표준 문서 번호이고, ITU 표준으로는 ITU-T H.262이다. 또 한가지 참고할 것은 압축 코덱의 명칭과 그 압축 파일을 담고 있는 컨테이너(Container)의 명칭이 동일한 경우도 있고, 그렇지 않은 경우도 있다는 것이다. 예를 들어, MP4는 압축 코덱 MPEG-4에서 나온 약자지만, 파일 컨테이너의 확장자(mp4)이다. 이 mp4 컨테이너에는 MPEG-2, MPEG-4, MPEG-5(MPEG-H HEVC) 등의 압축 코덱을 모두 담을 수 있다. 따라서 MPEG-4 압축 코덱은 mp4 파일에 담기지만, mp4 파일이라고 해서 압축 코덱이 항상 MPEG-4인 것은 아니다.

이미지 출처: TTA


지난 10년간 많은 방송국들이 SDI 기반에서 IP 기반으로 워크플로우를 바꾸고자 노력해 왔다. 하지만, 높은 품질의 화질과 지연 없는 송수신이 요구되었기 때문에, 압축 코덱과 그 송수신 프로토콜에 대한 표준화작업이 상당히 오래 걸렸다. 이제는 SMPTE ST-2110으로 표준화가 되었지만, 실제 현장에 활용되기에는 여전히 많은 난관이 있다. 가장 큰 문제는 역시 무압축에 따른 높은 대역폭이다. UHD의 2160 60p는 고사하고, FHD의 1080 60p를 구현하고자 해도 3~4개의 영상이 하나의 케이블로 왔다 갔다 하려면, 10G 네트워크로도 부족하다. 그렇다고 10G 이상으로 네트워크를 확충하려면, 그 비용이 상당하고, 특히 12G-SDI를 대체하여 UHD 방송을 하려는 경우에는 40G 네트워크를 구축해야 하는 엄청난 투자를 해야 한다.

이에 따라, 최근에는 JEPG-XS와 같은 많이 압축된 코덱도 표준에 포함되었으나, 기존에 1G 네트워크가 깔려 있는 인프라에서 작동하기에는 여전히 파일 크기가 너무 크다. 이러한 문제를 해결하고, 좀더 가볍게 IP 방송을 할 수 있도록 한 것이 바로 NewTek社에서 개발한 NDI(Network Device Interface)라는 솔루션이다. NDI는 ProRes와 같은 압축 방식을 사용하는 것으로 알려져 있는데, ProRes보다는 압축을 많이 해서 훨씬 가볍다. Delay도 짧은 편이고, Bit Rate도 최대 250Mbps이기 때문에, SDI에서 IP로의 전환에 크게 기여하고 있다. 그런데 이 정도도 무겁다며 더 가벼운 코덱을 요구하는 고객들이 생겨났고, 결국 NewTek社는 NDI-HX를 발표하게 된다. NDI-HX는 NDI(High Bandwidth NDI 혹은 Full NDI)에 비해 파일 크기는 훨씬 줄었지만, 압축 알고리즘이 복잡해지면서 Delay가 더 길어졌다. 압축 코덱은 최근 가장 많이 사용되고 있는 MPEG-4(H.264)와 MPEG-5(H.265 or HEVC)를 사용하기 때문에, 파일 컨테이너만 바꿔주면 쉽게 일반 NLE용 코덱으로 변환이 가능하다.

2022년 봄에 발표된 NDI-HX3는 NDI의 낮은 Delay와 NDI-HX의 높은 압축률을 절충한 것이다. HX3는 HX와 마찬가지로 H.264를 기반이지만, H.264가 I, B, P 프레임으로 구성되어 있는데 비해, HX3는 I와 P 프레임만을 사용한다. 이 덕분에 HX보다 용량은 늘어나지만, 화질은 개선되고, Delay는 줄어드는 장점이 있어, 향후 가장 애용되는 NDI 코덱이 될 가능성이 있어 보인다.


이미지 출처: DVNEST


이미지 출처: DVNEST


아래의 그래프는 NDI와 NDI-HX의 대역폭을 비교한 것이다. NDI-HX가 NDI에 비해 대략 10배 정도 더 가볍다는 것을 알 수 있다. 참고로 NDI는 압축 코덱도 NDI이고, 파일 포맷도 NDI이고, 전송 프로토콜도 NDI라고 부른다. 그래서 NDI라고 했을 때, 정확히 어떤 것을 뜻하는 지 주의해서 볼 필요가 있다.

이미지 출처: magewell


NDI의 어떤 버전을 사용할 것인지는 용도와 예산에 따라 달라질 수밖에 없다. 예를 들어, 기존에 깔려 있는 1G 네트워크를 그대로 사용해야 하며, 주로 인터넷을 통한 스트리밍 서비스를 해야 하는 경우에는 약간의 Delay는 크게 문제되지 않을 것이다. 이 경우는 NDI-HX1, HX2가 지원되는 PTZ 카메라를 사용해야 한다. 반면에 양방향 소통이 필요한 프로그램이나 서비스는 최소한의 Delay만 있어야 하기 때문에, NDI 혹은 NDI-HX3를 선택하는 것이 좋다. 물론, 화질면에서도 장점이 있지만, 파일은 좀 더 무거워진다. PTZ 카메라의 모델에 따라 지원하는 NDI의 버전이 모두 다르므로, 유의 깊게 살펴봐야 한다.


5) Ethernet 케이블로 전기까지 공급한다?

SDI가 아닌 IP를 사용하는데 있어서 또다른 장점 중에 하나가 배선이 정말 간결해진다는 점이다. SDI는 꽂기만 하면 바로 영상이 나오기 때문에, 너무 쉽고 편리하다. 대신에 전송거리에 제한이 있고, 무겁고, 비싼 케이블을 설치하거나 연결해 주는 것이 큰 일이다. NDI와 같이 Ethernet을 활용하는 솔루션은 그냥 LAN 케이블 하나만 꽂아 주면 끝이다. IP 설정을 하는 부분이 조금 어려울 수 있으나 전원도 따로 넣어 줄 필요가 없다는 점은 설치와 유지 보수 입장에서 매우 큰 장점이다.

이를 가능하게 해 주는 것이 바로 PoE(Power over Ethernet) 기술이다. 현재 PoE, PoE+, PoE++ 등 3가지 표준이 사용되고 있는데, 일일이 전원을 끌어서 꽂아주고, 배선을 감추는 일이 없어서 정말 편리하다. PTZ 카메라 등 사용하는 장비의 소비 전력과 수량 등에 맞는 적절한 소비 전력이나 최대 공급 전력을 계산해서 선택하면 된다. PTZ 카메라만을 고려했을 때, 거의 대부분의 제품들이 PoE+를 지원하는 Ethernet Hub를 선택하면, 충분히 운용이 가능하다.



이미지 출처: Wikipedia * PD: Powered Device(Device powered by PoE)


 



0

MG REVIEW

MG25 세미나 및 다양한 신제품 및 최신 디지털 정보에 대한 기사가 업데이트됩니다. 


BEST

MOTIONLAB 

PROGRAM


Get the latest news and various benefits here. 

Subscribe

Tel. 02-517-0985
E-mail.mg25frame@gmail.com
Addr. 10-11 Sapyeong-daero, 55-gil, Seocho-gu, Seoul, Republic of Korea

ALL RIGHTS RESERVED BY MG25