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HD-SDI 케이블과 광HD 중계설비

CCTV뉴스l승인2009.11.04 00:00:00

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지난호까지 CCTV 카메라와 DVR 장비를 포함한 다양한 영상장비와 음향장비간을 연결해주는 비디오케이블과 오디오케이블 및 각종 커넥터들에 대해서 알아보았다. 최근 CCTV 카메라 시장에서는 기존 최고급 CCTV인 HD급 메가픽셀 (1280×720) 보다 화질이 한 단계 높은 Full HD급 화질에 방송국에서 사용되는 HD-SDI 포맷의 디지털 영상신호가 출력되는 HD-CCTV 카메라가 출시되어 고해상도가 요구되는 수요에 대응하고 있다. 이에 가장 높은 등급의 영상포맷인 HD-SDI를 전송하기 위한 케이블에 대해서 살펴보도록 한다.



1) HD-SDI 신호전송 위한 케이블과 커넥터


  


위 그림은 고정배선용 75옴 동축케이블이다. 케이블의 중심에서부터 신호선과 신호선을 둘러싸고 있는 절연체, 그리고 외부도체(실드), 외피 등으로 구성되어 있다. 동축케이블에는 높은 전압전류의 신호를 전송해주는 RF 통신용 50옴 임피던스 동축케이블이 있으며, HD-SDI와 같은 영상신호는 낮은 Vp-p 신호임으로 전송될 시 신호감쇄가 적은 75옴 임피던스의 동축케이블을 사용하게 된다.

  

전송선로의 특성임피던스가 75옴 일 때 신호감쇄가 최소화 된다

몇 가지 영상신호 주파수대역을 살펴본다. 

HD-SDI의 경우 1.495Gbps의 고속데이터의 신호로서 1/2 Clock Freq가 750MHz가 된다. 일반 아날로그 비디오신호인 4.2MHz의 180배 정도로도 높은 주파수의 신호이다. 든 전송선로에는 표면효과 (Skin Effect) 라고 하여, 신호의 주파수가 높아질수록 신호는 도체의 중심에서 바깥쪽으로만 흐르려는 특성을 갖게 된다.

예로써 일반 5C 동축케이블의 경우 1GHz 주파수의 신호를 전송하게 되면 신호선 단면 중 바깥쪽 10 만을 사용하게 된다.  그러므로 전송되는 면적에 반비례하여 저항 값은 커지게 되며, 신호감쇄는 주파수가 낮을 때보다 더욱 커지게 되는 것이다.

  


Skin Depth 구하는 공식, 주파수가 높을수록 중심부로는 신호가 흐르지 않는다

아날로그 비디오케이블과 HD-SDI 비디오케이블이 별도로 있는 것은 아니지만 동일한 케이블 사용시에는 높은 주파수 신호를 전송할 때 전송거리가 짧아지게 된다. 결론적으로 HD-SDI 신호를 장거리 전송하고 싶다면, 신호선의 단면적이 넓은 즉, 신호선이 더욱 굵은 상위급의 75옴 동축케이블을 사용하면 된다.

  

HD-SDI 장거리 전용인 카나레 L-7CHD, HD-SDI 신호를 200M 가까이 전송할 수 있다

  


위의 표를 보면 영상포맷에 따라, 손실 값을 얼마에 두느냐에 의해 최대 전송거리가 달라지는 것을 볼 수 있다. HD-SDI 신호 뿐 만 아니라 아날로그 비디오신호를 전송하는 케이블 사용시에도 케이블 제조사를 통해 각 영상포맷 별 최대전송거리를 확인하여 케이블 배선작업을 진행한다면 이후 상위 영상포맷의 CCTV 카메라로 교체를 하여도 동축케이블 배선은 그대로 사용할 수 있다.

HD-SDI 신호전송 동축케이블 선택 시 주의사항

75옴 임피던스를 유지하기 위해서는 신호선의 외경, 절연체의 유전율, 절연체 외경 등이 중요한 요소이다. 만약 케이블이 외부 충격에 의해 꺾이거나 형태가 찌그러지게 된다면 고유 임피던스 유지가 어려워진다. 이를 Crush Resistance 라 하며 임피던스 불 평형으로 인해 신호감쇄가 발생하게 된다. 750MHz의 높은 주파수를 사용하는 HD-SDI 신호의 경우 영향은 좀 더 클 수 있다.

신호선에는 단심 신호선(solid) 과 연심 신호선(strand)이 있다. 대부분은 배관배선용의 단심 신호선 동축케이블이다. 이 신호선을 굽혔다 펴기를 반복할 경우 신호선은 철사와 같이 굽힌 형태가 남게 되고 절연체도 손상시킨다. 이는 케이블 수명을 짧게 하고 신호감쇄도 크게 한다.
만약 노이즈를 차폐해주는 알루미늄 랩 쉴드가 손상된다면 노이즈 차폐성능도 떨어지게 된다.

  

RG-59 타입의 고정용 75옴 비디오동축케이블, 카나레 L-4CFB

이와는 대조적으로 이동용 케이블의 경우 유연성을 강조하기 위해 중심도체가 여러 가닥으로 구성된 연심 신호선 동축케이블이 사용된다. 이때 노이즈를 막아주는 실드차폐는 알루미늄 랩실드가 아닌 그물망 형태의 편조실드(Braided Shield) 만을 사용하여 이동 및 중계용도에 적합하도록 해줘야 한다.

  

RG-59B/U 타입의 이동용 75옴 비디오동축케이블, 카나레 LV-61S

단심 신호선 동축케이블이 연심 신호선 동축케이블보다 전송성능이 30 정도 우수하지만 용도와 설치환경을 고려하지 않는다면 오히려 성능저하, 케이블 사용수명단축 등의 문제가 발생한다. 이는 HD-SDI 신호 외에도 SDI신호와 RGB신호, CCTV용 아날로그비디오 신호, VGA신호, 방송중계용 Triaxal까지 모든 비디오케이블에 적용된다.

HD-SDI 신호를 위해서는 75옴 동축케이블에 75옴 비디오커넥터를 사용해줘야 한다.

  


위 그래프는 동축케이블과 비디오커넥터간의 임피던스 차이로 인해 생긴 반사손실을 나타낸 것이다. 만약 임피던스가 맞지 않으면 진행파와 반대방향의 반사파가 생겨 신호손실이 발생된다. HD-SDI 신호의 경우 손실 값은 더욱 크게 된다.

  

HD-SDI 를 입출력하는 모든 비디오신호 전송에는 75옴 임피던스 커넥터를 사용한다

HD-SDI 신호를 전송하는 동축케이블은 BNC 비디오커넥터를 사용하게 된다.

  

방송용 RG-59 75옴 동축케이블 전용 BNC커넥터, 카나레 BCP-C4F

  


SMPTE 292M의 HD-SDI 신호를 전송하기 위한 BNC 커넥터는 미군 국방규격인 MIL-C-39012를 준수해야 하며, 750MHz의 HD-SDI 신호 전송 시에도 최대 3배수의 2.25 GHz 에서도 26dB 반사손실 (정제파 전압비 VSWR 1.1 이하) 을 유지해야만 HD-SDI 신호를 전송하는데 안정적이다.

동축케이블과 BNC커넥터 작업에도 주의해야 한다. 현 아날로그 비디오신호의 CCTV 카메라용 BNC케이블은 주로 납땜식으로 작업을 한다. 납땜은 납(Pb)이라는 금속이 추가 된다. 이는 접합부의 저항 값을 증가시키고 앞서 설명한 임피던스 불평형을 가져와 신호손실이 일으킨다.

HD-SDI 전송용 BNC 케이블에는 반드시 압착식 BNC 커넥터를 사용하도록 해야한다.

  

방송용 75옴 동축케이블과 압착식 BNC 커넥터 작업방법


2) 광HD중계 케이블 - 광복합 카메라 케이블


기본 Hybrid Fiber Optical 설계

현재 CCTV 카메라가 HD-SDI 포맷을 처음 채택하는 단계라면, 방송분야에서는 이미 상당부분 종전 SD-SDI에서 HD-SDI 전환이 진행되어 있다. 국내에서는 2012년 디지털전환을 앞두고 방송국 뿐만 아니라 공연장, 경기장 등의 신축, 개보수시에는 HD카메라 연결을 위한 광HD중계 시스템을 도입, 설치하고 있다. 이에 차세대 방송용 HD카메라 중계를 위한 광HD중계 시스템에 대해서 살펴보도록 한다.

HD-SDI는 높은 주파수대역과 신호감쇄로 인해 최대전송거리에 제한을 받게 된다.

  


이에 HD-SDI의 전기적 신호를 光신호로 변환하여 전송 하는 것이 일반적이며, 기본 광SC 코드 2회선 외에 전원공급 및 제어를 위한 전원, 제어선 등을 포함하고 있다.

아래는 왼쪽벽 단자함에서 부터 오른쪽벽 단자함까지 100미터 거리를 광복합 카메라 케이블로 설치한 예이다. 왼쪽 단자함 쪽에는 HD카메라가 위치하게 되며, 오른쪽 단자 함에는 주조정실이 위치하고 있다.

  



광복합카메라케이블 (설비용 카나레 LF-2SM9)

  


100M 전송은 HD중계설비에서 가장 많이 사용되는 9.2mm HD광복합 카메라 케이블, 카나레 LF-2SM9이다. 내부의 싱글 모드 광케이블이 높은 Bit rate 신호를 전송해주며, 전원선, 제어선, 꺽임에 의한 내부신호선 손상방지를 위한 텐션맴버(강선) 등이 포함되어 있다. 외피는 원활한 배관배선을 위한 염화비닐을 채용했으며, 외부중계용은 기계적 강도가 우수한 엘라스토마를 사용한다.

  

방송국 공개홀과 스튜디오 등에는 카메라 페데스털 바퀴에 케이블이 말리는 것을 방지하기 위해 외피를 이중인 16mm로 제작한다(방송규격인 SMPTE 304M 과 일본 ARIB규격 (BTA S-10005B) 제품)

광복합 단자 연결박스 (FCE 시리즈)

HD 광복합 카메라 케이블 전용 단자함 박스로써 SC코드 융착접속 공사시에 접속부를 보호하고 수납하기 위한 연결박스이다.

  


광카메라 케이블 내에 있는 세부 케이블들을 SC코드와 전원선, 제어선 등으로 분리해주는 역할을 해준다. 소형크기로써 어떤 공간이나 설치가 용이하며 설치 후에 케이블 보수 등의 작업 시 편리하다.

광카메라 리셉터클 케이블

  


Hybrid 광복합 In 카메라&패치 리셉터클로써 HD-SDI의 신호전송용 HDTV카메라 및 중계차 중계용 광카메라 케이블, 스튜디오 설비용 등에 사용된다. 주된 용도는 광 단자함에서 출력되는 SC 코드와 나일론커넥터를 연결하여 벽부형 마운트 광복합 카메라 케이블 단자로 만들어주는 역할을 한다.

  


광카메라 커넥터 패널

  

국내 HD중계설비 표준, 카나레 COU, COP 시리즈

광카메라 커넥터 패널은 광 카메라 커넥터와 광 복합 단자연결박스가 일체화 된 것이다.

  


단자함이나 랙에 설치하여 광 카메라 케이블에 의한 HD 중계 회선 설비에 사용한다. 광복합 카메라 케이블의 접속은 광복합 단자 연결함 내의 융착 접속으로써 연결함은 본체로부터 분리할 수 있어 넓은 공간에서 작업성이 상당히 편리하다.

  



광복합카메라 접속케이블

  

라인형 광복합 카메라 단자 숫놈과 암놈을 장착한 9.2㎜ 광복합 카메라 케이블 기본형

※ 접속케이블은 두 가지로 분류된다.

1) 배관배선용으로 사용되는 9.2mm 광복합 카메라 케이블, 카나레 LF-2SM9 에 광파이버에 보강재를 추가하고 외피에 기계적강도를 추가한 9.2mm 중계용, 카나레 LF-2SM9R

2) 스튜디오내에서 카메라 페데스털에 감기거나 찍힘을 방지하기 위해 이중외피를 채용한 16mm 중계용, 카나레 LF-2SM16


  


위 그림은 대형공연장이나 문예회관, 대형교회 등에서 HD카메라로 촬영한 신호를 HD중계설비를 통해 최종 중계차까지 전송해주는 시스템 예 이다. HD카메라와 벽면 광판넬 사이와 중계차 CCU와 외부단자함 사이에는 이 같은 어셈블리 HD카메라케이블을 사용하게 된다.

여기까지 방송시스템에서 HD카메라의 광신호를 전송하기 위한 기본설계와 기본 구성품들 이다. 향후 CCTV 카메라의 해상도가 더욱 고해상도화되어 HD-SDI 포맷이 일반화되고 전송거리 또한 장거리화 된다면 도입이 가능한 광HD중계 시스템이다.

최근에는 전국 문예회관이나 공연장, 대형교회, 경기장 등에도 필수적으로 도입되기 때문에 CCTV 설치공사를 포함한 정보통신 공사를 전문적으로 하게 된다면 조만간 접하게 될 시스템이므로 기본 개념과 구성품에 대해서 미리 알아두면 유익할 것이다.




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