HD-SDI 케이블과 광HD중계설비

1) HD-SDI 신호 전송을 위한 케이블과 커넥터

지난호까지 CCTV 카메라와 DVR 장비를 포함한 다양한 영상장비와 음향장비간을 연결해주는
비디오케이블과 오디오케이블 및 각종 커넥터들에 대해서 알아보았습니다.

최근 CCTV 카메라 시장에서는 기존 최고급 CCTV 인 HD급 메가픽셀 (1280*720) 보다 화질이
한단계 높은 풀HD급 화질에 방송국에서 사용되는 HD-SDI 포맷의 디지털 영상신호가 출력되는
HD-CCTV 카메라가 출시되어 고해상도가 요구되는 수요에 대응하고 있습니다.
이에 가장 높은 등급의 영상포맷인 HD-SDI 를 전송하기 위한 케이블에 대해서 살펴보겠습니다.



위 그림은 고정배선용 75옴 동축케이블 입니다. 케이블의 중심에서부터 신호선과 신호선을
둘러싸고 있는 절연체, 그리고 외부도체(실드), 외피 등으로 구성되어 있습니다.

동축케이블에는 높은 전압전류의 신호를 전송해주는 RF 통신용 50옴 임피던스 동축케이블이
있으며 HD-SDI 와 같은 영상신호는 낮은 Vp-p 신호임으로 전송될 시 신호감쇄가 적은
75옴 임피던스의 동축케이블을 사용하게 됩니다.


(전송선로의 특성임피던스가 75옴 일때 신호감쇄가 최소로 됩니다)

몇가지 영상신호 주파수대역을 보겠습니다.

HD-SDI 의 경우 1.495Gbps 의 고속데이터의 신호로서 1/2 Clock Freq 가 750MHz 가 됩니다.
일반 아날로그 비디오신호인 4.2MHz 의 180배 정도로도 높은 주파수의 신호입니다.

모든 전송선로에는 표면효과 (Skin Effect) 라고 하여, 신호의 주파수가 높아질수록
신호는 도체의 중심에서 바깥쪽으로만 흐르려는 특성을 갖게 됩니다.

예로써 일반 5C 동축케이블의 경우 1GHz 주파수의 신호를 전송하게 되면
신호선 단면중 바깥쪽 10% 만을 사용하게 됩니다. 그러므로 전송되는 면적에 반비례하여
저항값은 커지게 되며, 신호감쇄는 주파수가 낮을때보다 더욱 커지게 되는 것입니다.


(Skin Depth 구하는 공식, 주파수가 높을수록 중심부로는 신호가 흐르지 않습니다)

아날로그 비디오케이블과 HD-SDI 비디오케이블이 별도로 있는 것은 아니지만
동일한 케이블 사용시에는 높은 주파수 신호를 전송할 때 전송거리가 짧아지게 됩니다.

결론적으로 HD-SDI 신호를 장거리 전송하고 싶으시다면, 신호선의 단면적이 넓은
즉, 신호선이 더욱 굵은 상위급의 75옴 동축케이블을 사용하면 됩니다.


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




위의 표를 보면 영상포맷에 따라, 손실값을 얼마에 두느냐에 따라 최대 전송거리가
달라지는 것을 볼 수 있습니다. HD-SDI 신호 뿐만 아니라 아날로그 비디오신호를 전송하는
케이블 사용시에도 케이블 제조사를 통해 각 영상포맷별 최대전송거리를 확인하여
케이블 배선작업을 진행한다면 이후 상위 영상포맷의 CCTV 카메라로 교체를 하여도
동축케이블 배선은 그대로 사용할 수 있습니다.

HD-SDI 신호전송 동축케이블 선택시 몇가지 주의사항 입니다.
75옴 임피던스를 유지하기 위해서는 신호선의 외경, 절연체의 유전율, 절연체 외경 등이
중요한 요소입니다. 만약 케이블이 외부 충격에 의해 꺽이거나 형태가 찌그러지게 된다면
고유 임피던스 유지가 어려워집니다.

이를 Crush Resistance 라 하며 임피던스 불평형으로 인해 신호감쇄가 발생하게 됩니다.
750MHz 의 높은 주파수를 사용하는 HD-SDI 신호의 경우 영향은 좀 더 클 수 있습니다.

신호선에는 단심 신호선(solid) 과 연심 신호선(strand) 이 있습니다. 대부분은 배관배선용의
단심 신호선 동축케이블 입니다. 이 신호선을 굽혔다 펴기를 반복할 경우 신호선은 철사와
같이 굽힌 형태가 남게되고 절연체도 손상시킵니다. 이는 케이블 수명을 짧게 하고 신호감쇄도
크게 합니다. 만약 노이즈를 차폐해주는 알루미늄랩 쉴드가 손상된다면 노이즈 차폐성능도
떨어지게 됩니다.


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

이와는 대조적으로 이동용 케이블의 경우 유연성을 강조하기 위해 중심도체가 여러가닥으로
구성된 연심 신호선 동축케이블이 사용됩니다. 이때 노이즈를 막아주는 실드차폐는 알루미늄
랩실드가 아닌 그물망 형태의 편조실드(Braided Shield) 만을 사용하여 이동 및 중계 용도에
적합하도록 해줘야 합니다.


(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
발생합니다.. 이는 HD-SDI 신호 외에도 SDI신호와 RGB신호, CCTV용 아날로그비디오
신호, VGA신호, 방송중계용 Triaxal 까지 모든 비디오케이블에 적용됩니다.


HD-SDI 신호을 위해서는 75옴 동축케이블에 75옴 비디오커넥터를 사용해줘야 합니다.



위 그래프는 동축케이블과 비디오커넥터간의 임피던스 차이로 인해 생긴반사손실을
나탸낸 것입니다. 만약 임피던스가 맞지 않으면 진행파와 반대방향의 반사파가 생겨
신호손실이 발생됩니다. HD-SDI 신호의 경우 손실값은 더욱 크게 됩니다.


(HD-SDI 를 입출력하는 모든 비디오신호 전송에는 75옴 임피던스 커넥터를 사용합니다)

HD-SDI 신호를 전송하는 동축케이블은 BNC 비디오커넥터를 사용하게 됩니다.

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


SMPTE 292M 의 HD-SDI 신호를 전송하기 위한 BNC 커넥터는 미군 국방규격인
MIL-C-39012 를 준수해야 하며, 750MHz 의 HD-SDI 신호 전송시에도 최대 3배수의
2.25GHz 에서도 26dB 반사손실 (정제파전압비 VSWR 1.1 이하) 을 유지해야만
HD-SDI 신호를 전송하는데 안정적입니다.

동축케이블과 BNC커넥터 작업에도 주의해야 합니다. 현 아날로그 비디오신호의 CCTV 카메라
용 BNC케이블은 주로 납땜식으로 작업을 합니다. 납땜은 납(Pb)이라는 금속이 추가가 됩니다.

이는 접합부의 저항값을 증가시키고 앞서 설명한 임피던스 불평형을 가져와 신호손실이
일으킵니다. HD-SDI 전송용 BNC 케이블에는 반드시 압착식 BNC 커넥터를 사용하도록
해야 합니다.

(방송용 75옴 동축케이블과 압착식 BNC 커넥터 작업방법)





2) 광HD중계 케이블 - 광복합카메라케이블

기본 Hybrid Fiber Optical 설계

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

HD-SDI 는 높은 주파수대역과 신호감쇄로 인해 최대전송거리에 제한을 받게 됩니다.


이에 HD-SDI 의 전기적 신호를 光신호로 변환하여 전송하는것이 일반적이며, 기본 광SC 코드
2회선 외에 전원공급 및 제어를 위한 전원, 제어선 등을 포함하고 있습니다.

아래는 왼쪽벽단자함에서부터 오른쪽벽단자함까지 100미터 거리를 광복합카메라케이블로
설치한 예입니다. 왼쪽단자함쪽에는 HD카메라가 위치하게 되며, 오른쪽단자함에는
주조정실이 위치하고 있습니다.


광복합카메라케이블 (설비용 카나레 LF-2SM9)

100M 전송은 HD중계설비에서 가장 많이 사용되는 9.2mm HD광복합카메라케이블,
카나레 LF-2SM9 입니다. 내부의 싱글모드 광케이블이 높은 Bit rate 신호를 전송해주며,
전원선, 제어선, 꺽임에 의한 내부신호선 손상방지를 위한 텐션맴버(강선) 등이 포함되어
있습니다. 외피는 원활한 배관배선을 위한 염화비닐을 채용했으며,
외부중계용은 기계적 강도가 우수한 엘라스토마를 사용합니다.


※ 방송국 공개홀과 스튜디오 등에는 카메라 페데스털 바퀴에 케이블이 말리는 것을
방지하기 위해 외피를 이중인 16mm 로 제작합니다.
※ 방송규격인 SMPTE 304M 과 일본 ARIB규격 (BTA S-10005B) 제품입니다

광복합단자 연결박스 (FCE 시리즈)

HD 광복합카메라케이블 전용 단자함박스로서 SC코드 융착접속 공사시에 접속부를 보호하고
수납하기 위한 연결박스입니다. 광카메라케이블내에 있는 세부 케이블들을 SC코드와
전원선,제어선 등으로 분리해주는 역할을 해줍니다. 소형크기로서 어떤 공간이나 설치가
용이하며 설치후에 케이블 보수등의 작업시 편리합니다.

광카메라 리셉터클 케이블


Hybrid 광복합 In 카메라&패치 리셉터클로서 HD-SDI 의 신호전송용 HDTV카메라 및 중계차
중계용 광카메라케이블, 스튜디오 설비용 등에 사용됩니다. 주된 용도는 광단자함에서
출력되는 SC 코드와 나일론커넥터를 연결하여 벽부형 마운트 광복합카메라케이블 단자로
만들어주는 역할을 합니다


광카메라커넥터 패널

(국내 HD중계설비 표준, 카나레 COU, COP 시리즈)
광카메라커넥터 패널은 광카메라커넥터와 광복합단자연결박스가 일체화 된 것입니다.


단자함이나 랙에 설치하여 광카메라케이블에 의한 HD 중계회선설비에 사용합니다.
광복합카메라케이블의 접속은 광복합단자연결함내의 융착접속으로서 연결함은 본체로부터
분리할 수 있어 넓은 공간에서 작업성이 상당히 편리합니다.

※ KBS 공개홀에 설치된 12포인트 카나레 COP 광카메라커넥터 패널


H 홈쇼핑 HD부조실에 설치된 10포인트 카나레 COP 광카메라커넥터 패널


광복합카메라 접속케이블

라인형 광복합 카메라 단자 숫놈과 암놈을 장착한 9.2mm 광복합카메라케이블 기본형입니다.
접속케이블은 두가지로 분류됩니다.
1) 배관배선용으로 사용되는 9.2mm 광복합카메라 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



위에 그림은 대형공연장이나 문예회관, 대형교회 등에서 HD카메라로 촬영한 신호를
HD중계설비를 통해 최종 중계차까지 전송해주는 시스템 예 입니다. HD카메라와 벽면
광판넬 사이와 중계차 CCU 와 외부단자함 사이에는 이같은 어셈블리 HD카메라케이블을
사용하게 됩니다.

여기까지 방송시스템에서 HD카메라의 광신호를 전송하기 위한 기본설계와 기본 구성품들
입니다.

향후 CCTV 카메라의 해상도가 더욱 고해상도화되어 HD-SDI 포맷이 일반화되고 전송거리
또한 장거리화 된다면 도입이 가능한 광HD중계 시스템 입니다. 최근에는 전국 문예회관이나
공연장, 대형교회, 경기장 등에도 필수적으로 도입되기 때문에 CCTV 설치공사를 포함한
정보통신 공사를 전문적으로 하신다면 조만간 접하게 될 시스템이므로 기본 개념과
구성품에 대해서 미리 알아두시면 유익할 것입니다.