요약

DVR 및 NVR을 이용한 디지털 저장매체를 영상감시 시스템에서 활용하게 되면서 영상처리 모듈의 개발은 영상 보안 시장의 필수적인 요소다. 특히 네트워크 카메라의 등장은 기존 아날로그 방식의 CCTV를 대체하면서 영상처리 모듈 개발의 필요성을 더욱 부각시키고 있다.

본 논문에서는 움직임 감지 기법을 이용한 영상 감시 서버를 설계 및 구축하고 서버에서 처리되는 영상처리 결과를 실시간으로 모바일 디바이스에서 확인 가능한 영상감시 시스템을 개발했다.

영상처리를 위해 리눅스 기반의 서버에 오픈소스 오픈CV를 활용한 영상처리 모듈을 개발했고 네트워크 카메라로부터 전송되는 실시간 비디오 데이터를 저장 및 가공해 안드로이드 기반 모바일 기기에서 검색 가능한 영상감시 시스템을 구축했다.

서론

안전의식 강화 및 국가기반시설 방재요구가 사회 전반적으로 증가함에 따라 지능형 영상보안 시스템의 구축·개발이 활발하게 진행되고 있다. 최근 개발되고 있는 영상보안 시스템은 다양한 사용자 요구사항과 시스템 장비 개선으로 인해 단순 감시가 아닌 통합 영상보안 시스템의 개발을 필요로 하고 있는 실정이다.

또한 기존 단순한 CCTV 방식의 아날로그 영상장비에서 디지털 보안 장비로 확장되고 있으며 특히 인코더 등의 지능형 영상 기술을 부가한 장비 및 영상인식 기술개발과 함께 지속적인 성장 산업으로 확대되고 있으며 시장규모 또한 급속히 증가하고 있다.

아날로그 영상장비는 동영상 품질면에서 디지털 장비보다 우세한 장점을 갖고 있지만 실시간 영상 분석 측면에서 심각한 단점을 갖고 있다. 기존 영상보안 시스템에서 가장 많이 활용되고 있는 아날로그 방식의 CCTV는 [그림1]과 같이 VTR과 같은 아날로그 저장매체에 저장되며 실시간으로 사용자가 요구하는 영상분석이 불가능하다.

VTR처럼 아날로그 매체를 사용하지 않고 디지털 컨버터를 이용해 DVR 디지털 저장매체에 저장한후 영상가공 및 처리를 할 수 있는 시스템을 구축하기도 한다.

기존 CCTV 방식 영상보안 시스템의 가장 큰 단점은 실시간으로 영상 분석을 할 수 없다는 것이다. 아날로그 데이터의 특성상 이미지 분석 서버에서 데이터를 직접 활용할 수 없다. 아날로그 데이터를 가공해 디지털 매체로 저장하기 전까지는 실시간 분석이 불가능하다.

최근 HD급 네트워크 카메라 또는 IP 카메라로 일컫는 디지털 감시카메라 장비들이 영상보안 시장에 널리 활용되고 있다. 기존 아날로그 영상장비들의 화질보다는 다소 미흡하지만 영상보안의 목적에 충분히 만족할 만한 고화질 동영상을 제공하면서 동시에 디지털 데이터를 실시간으로 제공해 줄 수 있는 산업적 장점을 지니고 있다.

따라서 네트워크 카메라를 이용해 영상보안 시스템의 감시장비를 교체하고 이를 저장하기 위한 영상서버 및 영상처리 서버를 구축하면 실시간 영상분석이 가능한 영상보안 시스템을 구축할 수 있다.

본 논문에서는 네트워크 카메라를 활용한 영상보안 시스템을 설계 및 구현한다. 네트워크 카메라에서 전송되는 디지털 영상을 영상 저장서버에 보내고 이를 실시간으로 분석해 움직임 감지가 있는 영상을 추출해 데이터베이스로 구축하고 그 결과를 웹 인터페이스 및 모바일 인터페이스를 통해 제공해주는 영상보안 시스템을 설계 및 구현한다.

영상보안 시스템 개발 환경

네트워크 카메라 기반 영상보안 시스템 구조 = 본 논문에서 제안하는 네트워크 카메라 기반의 영상보안 시스템 구조는 [그림2]와 같다. 영상감시 장비는 기존 아날로그 데이터를 산출하는 CCTV 대신 네트워크 카메라를 활용한다.

네트워크 카메라에서 전송되는 영상 데이터는 실시간으로 영상조회가 가능하도록 사전처리 없이 직접 모바일 장비로 전송돼 질수 있도록 구현됐다(그림2의 ⑤). 카메라의 줌 및 틸트 기능 및 데이터 전송 등의 제어는 네트워크 카메라 자체적으로 지원하는 웹서버를 이용해 컨트롤된다.

움직임 감지와 같은 고급 영상처리를 위해서 영상데이터는 우선 대용량 영상 스토리지 서버로 전송돼 저장 관리된다(그림2의 ②). 영상 스토리지 서버는 제온칩의 2.4㎓ CPU와 8GB 메인 메모리를 탑재한 페도라(Fedora) 계열 리눅스 서버를 이용해 구축했다. 저장장치로는 NAS 스토리지를 클러스터화해 4테라바이트 이상 저장 가능하도록 구축했다.

저장된 영상데이터는 영상처리를 위해 [그림2]의 ③과 같이 영상처리 모듈 입력데이터로서 전송된다. 영상처리 모듈에서는 움직임 감지와 같은 영상인식 처리를 한 후 그 결과를 별도로 가공저장해 영상보안 시스템 관리 서버 및 모바일 장치에서 조회가 가능하도록 웹 서비스 준비를 하게 된다(그림2의 ④).

최종적으로 [그림2]의 ⑤와 같은 모바일 단말기에서 영상처리 결과를 조회해 확인할 수 있도록 한다. 영상처리 결과 조회 인터페이스는 웹 서비스 기반으로 구축했으므로 모바일 장비뿐만 아니라 데스크톱 컴퓨터 등 웹 접속을 지원하는 모든 장비에서 결과확인이 가능하다.

본 논문에서 구현한 영상보안 시스템을 통해 [그림2]의 ①에서 전송되는 실시간 데이터를 조회 가능하고 ③에서 처리되는 영상처리 결과를 ④에서 제공하는 웹 서버를 통해 임의의 장비에서 즉시 조회가능 하도록 구현됐다.

네트워크 카메라의 영상전송 및 제어 방식 = 최근 카메라 기술의 발전에 따라 네트워크 카메라가 고화질 영상을 제공함과 동시에 디지털 데이터를 직접 전송할 수 있다는 장점을 보이면서 영상보안 시스템 시장에서 CCTV를 대체하고 있을 만큼 많은 관심을 받는 장비다.

본 논문에서 사용하는 네트워크 카메라는 IEEE 802.11b/g/n을 이용한 무선 접속 액세스 포인트를 제공하므로 클라이언트에서 직접 카메라에 대한 접근이 가능하다. 또한 웹 서버를 내장해 HTTP 프로토콜을 이용해 네트워크 카메라 PTZ(Pan, Tilt Zoom)에 대한 제어 모듈을 호출해 제어할 수 있게 한다.

이와 함께 PTZ 제어뿐만 아니라 카메라의 MJPEG, H264, MPEG 등의 비디오 스트림에 대한 전송 제어와 간단한 이미지 관리 제어를 HTTP 프로토콜을 이용해 할 수 있다. 네트워크 카메라에서 전송하는 데이터를 수신하고 제어할 수 있는 일반적인 네트워크 카메라 제어의 구조도는 [그림 3]과 같다.

또한 네트워크 카메라가 HTTP 프로토콜에 의해 일반적으로 지원하는 제어 명령어는 [표 1]과 같이 정리 할 수 있다. 네트워크 카메라를 HTTP 프로토콜로 제어하기 위해 제공되는 웹 CGI 프로그램들은 대부분 [표 1]의 제공되는 기능을 기본적으로 포함한다.

기본 제공 CGI들은 크게 정지 영상을 캡처하는 기능과 실시간으로 영상을 전송하는 비디오 스트리밍 기능, 카메라의 줌인 및 줌아웃 그리고 화면을 하는 틸트 등의 제어를 위한 기능으로 구분돼 제공된다.

CGI 프로그램들은 보안의 목적으로 카메라 설치시 기본적으로 설정된 유저, 패스워드 매개변수를 포함한다. 영상 캡처를 위해서는 파일명을 제공하기 위해 next_url 매개변수를 이용하고 비디오 스트리밍에서는 화면의 해상도와 데이터 전송속도를 조정하기 위해 해결(resolution)과 비율(rate)이라는 매개변수를 이용한다.

카메라 제어에서는 커맨드(command)라는 매개변수를 사용해 매개변수 값에 따라 다양한 명령어를 수행할 수 있도록 한다.

영상보안 시스템의 설계 및 구현