KR100211053B1

KR100211053B1 - 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100211053B1
Application number: KR1019960057781A
Authority: KR
Inventors: 이창범; 하경봉; 박래홍
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사; 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980038852A; US5848057A

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

ATM망 비디오 트래픽 처리 기술중 등가대역폭 예측 장치 및 방법.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

ATM망에서의 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽의 효율적인 연결승인제어를 수행할 수 있는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치 및 그 방법을 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

비디오 트래픽을 각각의 프레임을 분리하는 트래픽 분리 수단; 제1 중첩 프레임 트래픽을 근사화하여 등가대역폭을 계산하는 프레임 트래픽 연산 수단; 제2 및 제3 중첩 프레임 트래픽을 결합하는 프레임 트래픽 결합 수단; 결합된 중첩 프레임 트래픽의 결과 모멘트를 근사화하는 근사화 수단; 결합된 중첩 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제1 등가대역폭 연산 수단; 및 계산한 두 등가대역폭을 합산하는 제2 등가대역폭 연산 수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

ATM망의 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽의 등가대역폭 예측에 이용됨.

Description

가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치 및 그 방법

본 발명에서는 비동기 전달모드(ATM)망에서의 가변비트율 MPEG(Moving Pictures Expert Group) 비디오 트래픽의 등가대역폭을 정확히 예측하는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

제1도는 종래의 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치의 구성예시도이다.

종래의 등가대역폭 예측방법에서 전체 등가대역폭 C는 가우시안 근사화를 이용하여 구한 상한 값 m+ 를 이용하여 아래의 수학식 1과 같이 예측하였다.

상기 수학식 1에서와는 각각 I, B, P 프레임 중첩 트래픽의 평균과 표준편차를 의미하며, FT는 I, B와 P 프레임중 하나를 나타낸다.는 상수이며와 같이 주어지고,는 목표 오버플로우 확률을 나타낸다. 상기 가우시안 근사화는 전체 대역폭의 과예측(overestimation)을 방지하기 위하여 사용된다.

이러한 종래의 등가대역폭 예측방법에서는 전체 등가대역폭을 종래의 가우시안 근사화 방법을 이용하여 MPEG 비디오 트래픽을 I, B, P 프레임 중첩 트래픽으로 나누어 개별적인 등가대역폭을 단순 합산하여 전체 등가대역폭을 구한다.

따라서, 이러한 종래의 등가대역폭 예측방법은 전체 대역폭이 과예측되어 통계적 다중화 이득을 정확히 계산하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 비동기 전달모드(ATM)망에서의 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽의 효율적인 연결승인제어를 위하여 MPEG 비디오 트래픽을 I, B, P 프레임 트래픽으로 분리하여 각각의 프레임 트래픽에 적합한 방법을 사용하여 등가대역폭을 계산하고 다시 전체 트래픽의 등가대역폭을 계산하여 중첩 비디오 트래픽의 대역폭을 정확히 예측함으로써 종래 방법에 비해 대역폭을 크게 증가시켜 비동기 전달모드(ATM)망의 활용도를 더욱 향상시킬 수 있는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치의 구성예시도.

제2도는 본 발명에 따른 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치의 일실시예 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽 등가대역폭 예측방법에 대한 일실시예 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 트래픽 분리부 2 : I 프레임 트래픽 계산부

3 : B/P 프레임 트래픽 결합부 4 : 2-상태 MMPP 근사화부

5 : B/P 등가대역폭 계산부 6 : 전체 등가대역폭 계산부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 외부로부터 가변비트율 비디오 트래픽을 입력받아 각각의 프레임을 중첩 프레임 트래픽으로 분리하는 트래픽 분리 수단; 상기 트래픽 분리 수단으로부터 제1 중첩 프레임 트래픽을 입력받아 근사화를 수행하여 상기 제1 중첩 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 프레임 트래픽 연산 수단; 상기 트래픽 분리 수단으로부터 제2 중첩 프레임 트래픽과 제3 중첩 프레임 트래픽을 입력받아 결합하는 프레임 트래픽 결합 수단; 상기 프레임 트래픽 결합 수단으로부터 입력받은 결합된 중첩 프레임 트래픽의 결과 모멘트를 근사화하는 근사화 수단; 상기 근사화 수단에서 출력되는 파라미터를 입력받아 결합된 중첩 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제1 등가대역폭 연산 수단; 및 상기 프레임 트래픽 연산 수단에서 계산한 등가대역폭과 제1 등가대역폭 연산 수단에서 계산한 등가대역폭을 합산하여 가변비트율 비디오 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제2 등가대역폭 연산 수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 방법은, 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치에 적용되는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 방법에 있어서, 새로운 호의 연결 접속을 요구받으면 연결이 요구된 트래픽을 I, B, P 프레임 트래픽으로 분리하는 제1단계; 상기 제1단계에서 분리된, I 프레임 트래픽에 대하여 가우시안 근사화 방법을 사용하여 I 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제2단계; 상기 제1단계에서 분리된, B 프레임 트래픽과 P 프레임 트래픽에 대하여 두 프레임 트래픽을 결합하여 2-상태 MMPP 근사화를 수행한 다음에 MEC 방법을 사용하여 중첩된 B/P 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제3단계; I 프레임 트래픽의 등가대역폭과 중첩된 B/P 프레임 트래픽의 등가대역폭을 합하여 전체 등가대역폭을 계산한 후에 계산된 전체 등가대역폭을 링크 용량과 비교하는 제4단계; 및 상기 제4단계의 비교 결과, 등가대역폭이 링크 용량보다 큰 경우에는 새로운 호의 수용 요구를 거절하고 이전의 중첩 트래픽의 모멘트 값을 유지한 후에 상기 제1단계부터 반복 수행하고, 링크 용량이 등가대역폭 이하인 경우에는 새로운 호를 수용하고 중첩 트래픽의 모멘트를 갱신한 후에 상기 제1단계부터 반복 수행하는 제5단계를 포함한다.

이하, 첨부된 제2도 이하를 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치의 구성도로서, 도면에서 1은 트래픽 분리부, 2는 I 프레임 트래픽 계산부, 3은 B/P 프레임 트래픽 결합부, 4는 2-상태 MMPP 근사화부, 5는 B/P 등가대역폭 계산부, 6은 전체 등가대역폭 계산부를 각각 나타낸다.

각 구성요소의 구성과 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 트래픽 분리부(1)는 외부로부터 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽을 입력받아 각각 I, B, P 프레임 중첩 트래픽으로 분리한다.

I 프레임 트래픽 계산부(2)는 상기 트래픽 분리부(1)로부터 중첩 I 프레임 트래픽을 입력받아 가우시안 근사화를 수행하여 I 프레임의 등가대역폭을 계산한다.

B/P 프레임 트래픽 결합부(3)는 상기 트래픽 분리부(1)로부터 중첩 B 프레임 트래픽과 중첩 P 프레임 트래픽을 입력받아 두 프레임 트래픽을 결합한다.

여기서, 중첩 (B+P) 프레임 트래픽의 통계적 특징값은,

와 같이 계산되며, 여기서 아래첨자 ∑B와 ∑P는 각각 중첩 B 프레임 트래픽과 중첩 P 프레임 트래픽을 나타낸다. 마찬가지로 아래첨자 ∑(B+P)는 중첩 (B+P) 프레임 트래픽을 의미한다.

2-상태 MMPP 근사화부(4)는 상기 B/P 프레임 트래픽 결합부(3)로부터 입력받은 중첩 (B+P) 프레임 트래픽의 결과 모멘트들을 중첩 트래픽의 모델링에 널리 사용되고 있는 2-상태 MMPP(Markov Modulated Poission Process)의 파라미터로 근사화 변환한다.

이러한 2-상태 MMPP 파라미터 계산에서 중첩 트래픽의 통계적 특성은 아래와 같이 구한다.

먼저, 프레임의 시작 위치는 엇갈리게 조정되며, 중첩 트래픽의 평균,

2차와 3차 중심모멘트는 각각

와 같이 구해진다.

여기서, FT 는 I, B와 P 프레임중 하나를 나타내며, N_FT는 FT 타입 프레임의 GOP(Group Of Picture)내의 프레임수를 나타낸다. 아래첨자 ∑FT 는 FT 타입 프레임의 중첩 트래픽을 나타낸다. N_GOP는 하나의 GOP내의 프레임의 수를 나타낸다.

2-상태 MMPP의 파라미터를라 할 때, 평균 m, 분산 v, 3차 모멘트를 이용하여 2-상태 MMPP 파라미터를

와 같이 구한다.

여기서,와는 각각 하이(high) 상태와 로우(low) 상태에서 빠져나올 확률을 나타내며,와는 각각 하이(high) 상태와 로우(low) 상태에 있을 때의 도착 트래픽의 량을 나타내고,이고,를 나타낸다.는 중첩 트래픽의 비트율의 분산을 나타내고,는 시정수를 나타낸다.

B/P 등가대역폭 계산부(5)는 상기 2-상태 MMPP 근사화부(4)에서 출력되는 파라미터를 입력받아 MEC(Modified Equivalent Capacity) 방법을 사용하여 B/P 프레임의 등가대역폭을 계산한다.

상기 MEC 값는

와 같이 정의되며, 여기서 X는 버퍼용량을 의미하고, 상수 y와는

와 같이 주어진다.

전체 등가대역폭 계산부(6)는 상기 I 프레임 트래픽 계산부(2)의 결과와 B/P 등가대역폭 계산부(5)의 결과를 입력받아 합산하여 전체 중첩 트래픽의 등가대역폭을 계산한다.

중첩 MPEG 트래픽의 등가대역폭 C는

와 같고, 여기서는 중첩 (B+P) 프레임 트래픽의 MEC 값을 나타낸다.와는 각각 중첩 I 프레임 트래픽의 평균과 표준편차를 의미한다.

제3도는 본 발명에 따른 가변비트율 MPEG 비디오 트래픽 등가대역폭 예측방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

연결승인제어를 위해 새로운 호의 연결 요구를 기다린다. 새로운 호의 연결 접속을 요구받으면(31) 연결이 요구되는 트래픽을 I, B, P 프레임 트래픽으로 분리한 후에(32) I 프레임 트래픽에 대해서는 가우시안 근사화 방법을 사용하여 I 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하고(33), B 프레임 트래픽과 P 프레임 트래픽에 대해서는 두 프레임 트래픽을 결합하여 2-상태 MMPP 근사화를 수행한 다음에(34) MEC 방법을 사용하여 중첩된 B/P 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산한다(35).

이후, I 프레임 트래픽의 등가대역폭과 중첩된 B/P 프레임 트래픽의 등가대역폭을 합하여 전체 등가대역폭을 계산한다(36). 계산된 전체 등가대역폭을 링크 용량과 비교하여(37) 등가대역폭이 링크 용량보다 큰 경우에는 새로운 호의 수용 요구를 거절하고 이전의 중첩 트래픽의 모멘트 값을 유지한 후에 상기 새로운 호의 접속 요구 수신 과정(31)부터 반복 수행하고(38), 링크 용량이 등가대역폭 이하인 경우에는 새로운 호를 수용하고(39) 중첩 트래픽의 모멘트를 갱신한 후에(40) 상기 새로운 호의 접속 요구 수신 과정(31)부터 반복 수행한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, MPEG 비디오 트래픽을 I, B, P 프레임 트래픽으로 분리하여 각각의 프레임 트래픽에 적합한 방법을 사용하여 등가 대역폭을 계산하고, 다시 전체 트래픽의 등가대역폭을 계산함으로써, I, B, P 프레임 트래픽에 대해 단순 합산만으로 전체 중첩 트래픽의 필요 대역폭을 예측하는 종래의 등가대역폭 예측 방법보다 필요 대역폭을 정확히 예측할 수 있다.

둘째, 중첩 트래픽이 필요로 하는 필요 대역폭을 정확히 예측하므로 연결승인제어에 사용할 경우에 더 많은 호를 수용할 수 있으므로 통신 링크를 보다 더 효율적으로 사용하고, 활용도를 높일 수 있다.

셋째, 필요 대역을 예측하는 경우에 적은 수의 곱셈과 덧셈만으로 필요 대역을 계산할 수 있으므로 실시간 연결승인제어에 사용할 수 있다.

Claims

외부로부터 가변비트율 비디오 트래픽을 입력받아 각각의 프레임을 중첩 프레임 트래픽으로 분리하는 트래픽 분리 수단; 상기 트래픽 분리 수단으로부터 제1 중첩 프레임 트래픽을 입력받아 근사화를 수행하여 상기 제1 중첩 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 프레임 트래픽 연산 수단; 상기 트래픽 분리 수단으로부터 제2 중첩 프레임 트래픽과 제3 중첩 프레임 트래픽을 입력받아 결합하는 프레임 트래픽 결합 수단; 상기 프레임 트래픽 결합 수단으로부터 입력받은 결합된 중첩 프레임 트래픽의 결과 모멘트를 근사화하는 근사화 수단; 상기 근사화 수단에서 출력되는 파라미터를 입력받아 결합된 중첩 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제1 등가대역폭 연산 수단; 및 상기 프레임 트래픽 연산 수단에서 계산한 등가대역폭과 제1 등가대역폭 연산 수단에서 계산한 등가대역폭을 합산하여 가변비트율 비디오 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제2 등가대역폭 연산 수단을 포함하여 이루어진 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치.
제1항에 있어서, 상기 프레임 트래픽 연산 수단은, 상기 트래픽 분리 수단으로부터 중첩 I 프레임 트래픽을 입력받아 가우시안 근사화를 수행하여 I 프레임의 등가대역폭을 계산하도록 구성한 것을 특징으로 하는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치.
제2항에 있어서, 상기 근사화 수단은, 상기 프레임 트래픽 결합 수단으로부터 입력받은 중첩 (B+P) 프레임 트래픽의 결과 모멘트를 중첩 트래픽의 모델링에 널리 사용되고 있는 2-상태 MMPP(Markov Modulated Poission Process)의 파라미터로 근사화하도록 구성한 것을 특징으로 하는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 등가대역폭 연산 수단은, 상기 근사화 수단에서 출력되는 파라미터를 입력받아 MEC(Modified Equivalent Capacity) 방법을 사용하여 B/P 프레임의 등가대역폭을 계산하도록 구성한 것을 특징으로 하는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치.
가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 장치에 적용되는 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 방법에 있어서, 새로운 호의 연결 접속을 요구받으면 연결이 요구된 트래픽을 I, B, P 프레임 트래픽으로 분리하는 제1단계; 상기 제1단계에서 분리된, I 프레임 트래픽에 대하여 가우시안 근사화 방법을 사용하여 I 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제2단계; 상기 제1단계에서 분리된, B 프레임 트래픽과 P 프레임 트래픽에 대하여 두 프레임 트래픽을 결합하여 2-상태 MMPP 근사화를 수행한 다음에 MEC 방법을 사용하여 중첩된 B/P 프레임 트래픽의 등가대역폭을 계산하는 제3단계; I 프레임 트래픽의 등가대역폭과 중첩된 B/P 프레임 트래픽의 등가대역폭을 합하여 전체 등가대역폭을 계산한 후에 계산된 전체 등가대역폭을 링크 용량과 비교하는 제4단계; 및 상기 제4단계의 비교 결과, 등가대역폭이 링크 용량보다 큰 경우에는 새로운 호의 수용 요구를 거절하고 이전의 중첩 트래픽의 모멘트 값을 유지한 후에 상기 제1단계부터 반복 수행하고, 링크 용량이 등가대역폭 이하인 경우에는 새로운 호를 수용하고 중첩 트래픽의 모멘트를 갱신한 후에 상기 제1단계부터 반복 수행하는 제5단계를 포함하여 이루어진 가변비트율 비디오 트래픽 등가대역폭 예측 방법.