KR100378718B1 - 데이터패킷들의송신방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터 패킷의 입력 스트림(TS1)으로부터 패킷들의 출력 스트림(TS)으로 데이터 패킷들(P11, P12, P13)을 송신하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 다수의 전송 스트림(TS1, TS2)이 멀티플렉싱될 때, 패킷 지터는 디코더 버퍼들이 오버플로우 또는 언더플로우할 수 있는 범위까지 도입될 수 있다. 이것은 시간 윈도우(LTW)를 데이터 패킷과 연관시키고 상기 윈도우 내의 상기 데이터 패킷의 위치에 대한 위치 정보(31 내지 36)를 패킷에 제공함으로써 방지된다.

Description

데이터 패킷들의 송신 방법 및 장치

1993년 12월 1일 Draft International Standard ISO/IEC CD 13818-1로서 공고된(이후, CD 13818-1로 불림) "정보 기술 - 동화상 및 관련 오디오 정보의 일반 코딩-파트 1: 시스템(Information technology - Generic coding of moving Pictures and associated audio information -Part 1: Systems)"에서, 시스템은 데이터뿐만 아니라 MPEG 인코딩 비디오 및 오디오 신호들을 송신하는 것으로 기술되어 있고, 데이터의 기본 MPEG 스트림들이 패킷화되어 있다. 패킷들은 프로그램 스트림 또는 전송 스트림을 형성하도록 멀티플렉싱된다. 이와 같이 전송 스트림은 패킷에 기초한 시간 멀티플렉스 송신 채널을 구성한다. 데이터는 각각 188 바이트의 전송 패킷들로 송신된다. 각각의 전송 패킷은 정확히 하나의 기본 스트림에 속해있다. 하나 이상의 기본 스트림들은 하나의 프로그램을 구성한다. 각각의 기본 스트림은 변하거나 일정할 수 있는 데이터율을 갖는다.

하나 이상의 기본 스트림들은 하나의 전송 스트림을 공유하고 전송 패킷의고정된 길이로 인한 양자화 효과 때문에, 하나의 기본 스트림의 전송 패킷들의 점유 공간(spacing)은 일정하지 않다. 이러한 효과를 "지터(jitter)"라고 부른다. 이것은 통상적인 전송 스트림의 예를 도시한 제 1 도에서 설명된다. 도면에 도시된 패킷들 P1, P2,.....은 하나의 기본 스트림으로부터의 패킷들이다. 지터로 인하여 페킷들은 균일한 공간을 차지하지 않는다.

지터를 보상하기 위해, 비디오 또는 오디오 디코더는 초과 크기(oversize)의 버퍼를 가져야 한다. CD 13818-1 의 15 페이지에, 상기 초과 크기의 버퍼는 디코더의 버퍼 크기의 부분으로서 규정된다. 지터는 타깃 디코더 내에서 버퍼의 언더 플로우(패킷이 너무 늦게 도착) 또는 오버플로우(패킷이 너무 일찍 도착)를 야기할 만큼 충분히 크지 않다. 상기 및 또 다른 요구를 충족시키는 전송 스트림은 "정당한(legal)" MPEG2 전송 스트림으로서 불린다.

많은 응용들에서, 전송 스트림의 리멀티플렉싱을 수행할 필요가 있다. 리멀티플렉싱 동작은 하나 이상의 정당한 MPEG2 전송 스트림을 입력 스트림으로서 가지며, 정당한 MPEG2 전송 스트림을 출력 스트림으로서 생성하는 임의의 동작을 의미한다고 이해될 수 있다. 리멀티플렉싱 동작들의 예는 다음과 같다. 즉,

1) 하나의 프로그램 내지 멀티프로그램 전송 스트림을 포함하는 몇몇 전송 스트림들을 결합함

2) 하나의 프로그램을 멀티프로그램 전송 스트림에 더하여 새로운 전송 스트림을 발생시킴

3) 멀티프로그램 전송 스트림으로부터 몇몇 프로그램들을 선택하여 새로운전송 스트림을 발생시킴

4) 멀티프로그램 전송 스트림으로부터 선택된 하나의 프로그램을 기록

리멀티플렉싱 동작에서의 문제점은 리멀티플렉서가 임의의 기본 스트림에 속한 임의의 전송 패킷의 원래 스케쥴링 순간을 알 수 없다는 것이다. 리멀티플렉서가 그 출력 스트림을 발생할 때, 올바른 위치로 패킷을 스케쥴링할 수 없다. 그 다음에, 리멀티플렉서는 패킷을 좀더 빠르게 스케쥴링할 것인지 또는 느리게 할 것인지를 선택해야만 한다. 양자의 경우, 패킷의 지터가 변한다. 리멀티플렉서가 원래의 스케쥴링 순간을 알지 못하므로, 출력 스트림은 정당한 것으로 확신할 수 없다.

또한, draft MPEG2 systems standard CD 13818-1은 가변 비트율을 갖는 기본 스트림들의 송신을 허용한다. 임의의 수의 리멀티플렉싱 단계 후, 각각의 단계에 의해 부가된 지터는 예측할 수 없는 방식으로 기본 스트림의 순간 비율을 변화시킨다. 임의의 패킷의 원래 스케쥴링 순간에 대한 정보가 사용될 수 없기 때문에 원래의 비율로 재구성할 수 없다.

발명의 목적 및 개요

본 발명은 상기 언급된 문제점들이 완화되는 데이터 패킷들을 송신하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 데이터 패킷들의 기본 스트림으로부터 데이터 패킷들의 출력 스트림으로 데이터 패킷들을 송신하는 방법은, 시간 윈도우를 데이터 패킷과 연관시키고 상기 윈도우내의 상기 데이터 패킷의 위치에 대한 위치 정보를 상기 패킷 내에 제공하는 단계를 포함한다. 그 다음에 패킷은 버퍼 강제조건(bufferconstraint)들을 침해하지 않고 상기 윈도우내의 어느 곳이나 스케쥴링될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 위치 정보는 예를 들어 윈도우의 시작에 관한 패킷 시작의 오프셋을, 상기 데이터 패킷 내에 포함된 파라미터형으로 취한다.

각각의 패킷 내의 오프셋 파라미터의 송신은 매우 많은 오버헤드를 발생한다. 따라서, 또 다른 실시예에서, 위치 정보는 동일한 기본 스트림으로부터 연속적인 데이터 패킷들과 연관된 시간 윈도우들 사이의 거리를 나타내는 또 다른 파라미터를 포함한다. 다른 패킷들의 위치 정보는 그 다음에 계산될 수 있다.

본 발명은 데이터 패킷들을 송신하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전송 스트림(transport stream) 내의 기본 MPEG 스트림으로부터 데이터 패킷들을 송신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

제 1 도는 이미 언급된 본 발명의 문제점을 설명한 도면.

제 2도는 본 발명에 따른 방법을 실행하는 장치를 도시한 도면.

제 3 도는 제 2 도에 도시된 장치의 동작을 설명하는 타이밍도.

제 4 도는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예를 설명하는 타이밍도.

제 2 도는 채널을 통해 다수의 시청각(audiovisual)프로그램들을 송신하는 장치를 도시한 것이다. 이 장치는 제 1 비디오 신호를 나타내는 기본 스트림 ES1(V) 및 이에 관련된 제 1 오디오 신호를 나타내는 기본 스트림 ES1(A)을 수신하는 제 1 패킷타이저(packetizer)(100)를 포함한다. 제 1 패킷타이저는 제 1 전송 스트림 TS1 을 제공한다. 제 2 패킷타이저(200)는 제 2 비디오 신호를 나타내는 기본 스트림 ES2(V)및 이에 관련된 제 2 오디오 신호를 나타내는 기본 스트림 ES2(A)를 수신한다. 제 2 패킷타이저는 제 2 전송 스트림 TS2 을 제공한다. 전송 스트림 TS1 및 TS2 는 188 바이트의 길이를 갖는 패킷들로 구성된다. 이들 패킷들은 리멀티플렉서(300)에 인가되며, 이 리멀티플렉서(300)는 전송 스트림 TS1 과 TS2 을 조합하여 출력 전송 스트림 TS을 출력한다. 또한, 입력 전송 스트림 TS3, TS4,.......는 리멀티플렉서에 인가되며 다수의 리멀티플렉서가 캐스케이드로 접속될 수 있다.

패킷타이저들(100, 200)은 유사한 구조를 가지며 그 중 한 패킷타이저가 후술될 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 패킷타이저(100)는 기본 비디오 스트림 ES1(V)을 일시적으로 저장하는 버퍼(101) 및 기본 오디오 스트림 ES1(A)을 일시적으로 저장하는 버퍼(102)를 포함한다. 버퍼들은 통신 버스(130)를 통해 제어 회로(120)에 의해 패킷처럼(packetwise) 판독된다. 또한 제어 회로는 통신 버스를 통해 버퍼들 내의 데이터를 처리하도록 적응된다. 버퍼들로부터 판독된 패킷들은 멀티플렉서 (110)에 인가된다.

결국, 전송 스트림(TS1, TS2)은 MPEG2 디코더(도시되지 않음)에 의해 디코딩 된다. MPEG2 표준 방식에 의해 설명된 바와 같이, 상기 디코더는 입력 버퍼를 포함한다. CD 13818-1 은 멀티플렉싱를 위해 할당된 입력 버퍼의 부분을 규정한다. 버퍼의 초과 크기 및 순간적인 비트율은 제어 회로(120)가 타이밍 윈도우를 설정하도록 하는데, 여기서 상기 타이밍 윈도우의 현재 패킷은 송신되어야 한다. 만일, 패킷이 상기 윈도우 밖에서 송신된다면, 디코더 입력 버퍼의 오버플로우 및 언더플로우가 발생할 수도 있다.

제 3 도는 제 1 패킷타이저에 의해 공급된 전송 스트림 TS1 내의 패킷들(P11, P12, P13, ......)과 이들 패킷이 송신되는 윈도우사이의 시간 관계를 설명한 것이다. 만일, 이 요구조건이 충족된다면, 전송 스트림 ES 은 "정당함(legal)"으로 불린다. 이러한 점에서, 윈도우들은 또한 정당한 시간 윈도우(legal time window)로서 불려진다. 제 3도에서, 이러한 윈도우들을 LTW로 나타낸다. 도시된 예에서, 모든 윈도우들은 연속적이고 동일한 길이를 갖는다. 그러나, 이것은 실제로 필수적인 것은 아니다.

제 2 도에 도시된 바와 같이, 다수의 전송 스트림은 리멀티플렉서(300)에서 리멀티플렉싱된다. 리멀티플렉싱 동작은 그 각각의 윈도우들에 대해 패킷들(P11, P12, P13, ......; 제 3 도 참조)의 포지티브 또는 네거티브 시프트, 즉, 지터를 도입한다. 리멀티플렉서(300)가 그 각각의 윈도우 외측의 패킷을 송신한다면, 디코더 입력 버퍼의 오버플로우 또는 언더플로우가 발생할 수도 있다. 그때, 전송 스트림은 더 이상 정당하지가 않다.

이러한 상황을 피하기 위해 리멀티플렉서(300)를 지원하는데 있어, 패킷타이저(100)내의 제어 회로(120)는 각각의 LTW 내에 송신된 패킷들의 위치를 결정하며 패킷 내에 상기 위치를 나타내는 데이터를 포함한다. 예를 들어, 제 3 도는 윈도우의 시작점과 이에 관련된 패킷의 시작점사이의 오프셋 LTWoffs(31, 33, 35)를 도시하고 있다. 패킷의 오프셋은 제어 회로(120)에 의해 상기 패킷 내에 제공된다.

리멀티플렉서(300)의 구조는 제 2 도에 도시되어 있다. 리멀티플렉서는 각각의 수신된 전송 스트림(TS1, TS2,...)에 대해 입력 버퍼(301, 302,....)를 포함한다. 버퍼들은 패킷처럼 판독되며 제어 회로(320)의 제어 하에 멀티플렉서(310)에 인가된다. 제어 회로(320)는 통신 버스(330)를 통해 패킷 내에 제공된 오프셋 LTWoffs를 판독 및 변경하는데 사용된다.

그 동작은 제 3 도를 참조하여 설명될 것이다. 이 도면은 또한 패킷타이저(200(제 2 도))로부터 수신된 제 2 전송 스트림 TS2 및 그 결과의 전송 스트림 TS을 도시하고 있다. 여기서, 명확하게 나타내기 위해 입력과 출력 스트림들 사이의 전체 지연은 나타내지 않았다. 유사하게, 제 2 전송 스트림 TS2 의 패킷들(P21, P22,.....)에 관련된 오프셋들과 LTW도 나타내지 않았다.

제어 회로(320)는 각각의 수신된 패킷의 오프셋 파라미터 LTWoffs를 판독하여 그 패킷이 재송신되어야 할 시간 주기를 인식한다. 예를 들어, LTW 길이를 4ms로 하자, 입력 전송 스트림 내의 임의의 패킷이 그 LTW 의 시작 후 0.1ms로 도착한다면(LTWoffs = 0.1), 제어 회로(320)는 다음을 인식한다. 즉,

이 패킷이 0.1ms 일찍, 또는, 3.9ms 늦게 스케쥴링된다면, 그 결과의 스트림은 여전히 정당한 것이다.

이 패킷과 LTWoffs = 3.9 인 패킷사이에 충돌이 있을 때, 후자에 우선 순위가 주어져야 한다.

만일, 임의의 기본 스트림의 원래의 순간적인 비율로 재생할 필요가 있다면, 그 기본 스트림에 속한 출력 패킷들은 모두 동일한 LTWoffs를 달성하도록 스케쥴링 될 수 있다.

제 3 도의 실시예에서, 제어 회로는 패킷 P11 내에 포함된 오프셋(31)으로부터, 그 LTW 에 관한 상기 패킷들의 포지티브 지연이 허용되지 않도록 한다. 패킷(P11)이 나중에 송신된다면, 더 이상 그 해당 LTW 에서 시작되지 않는다. 따라서, 전송 스트림 TS1로부터의 패킷 P11은 지연 없이 재송신되며 그 재송신된 패킷 내에 제공된 오프셋(32)은 변경되지 않는다. 그러나, 패킷(P12)은 제 2 전송 스트림(TS2)으로부터 패킷(P21)의 송신에 대한 우선 순위가 주어지므로 그 LTW 에 대해 지연된다. 따라서, 제어 회로는 수신된 패킷 P12 내에 제공된 오프셋(33)을 재송신 패킷 P12 내의 다른 오프셋(34)으로 변경한다. 오프셋(35)을 갖는 패킷 P13 에 대해 동일하게 적용된다. 이 패킷 P13 에는 본 예에서 네거티브 지연(즉, 전체 지연보다 더 작은)이 주어지며, 새로운 오프셋(36)이 발생된다.

이제, 패킷들 내의 적절한 파라미터들을 제공하는 방법이 주어질 것이다. Draft International Standard CD 13818-1의 2.3 장에 설명된 신택스(syntax)가 사용된다. 적절한 파라미터들은 CD 13818-1 의 테이블 2.6 에서 도시된 전송 스트림 적응 필드 내에 제공된다. 테이블 I 는 adaptation_field_extension flag를 포함하는 적절한 신택스를 나타낸다.

테이블 I

여기서, 오프셋 파라미터 LTWoffs 는 ltw_offset 으로 표시된다. 이것은 LTW 의 시작으로부터 이 패킷의 제 1 바이트의 오프셋(시스템 시간 클럭의 90KHz 부분의 유닛들로 카운팅 됨)을 포함하는 12 비트 필드이며, 그 특성은 다음과 같다. 즉,

1. 기본 스트림에 대해 고정 길이를 갖는다. 이 길이는 표준으로 MPEG2 내에 규정되거나 디스크립터(descriptor)에 의해 운반된 것일 수 있다.

2. 이 패킷의 제 1 바이트가 그 LTW 내 어느 곳이나 스케쥴링된다면, 버퍼 침해(buffer violation)가 발생하지 않는다.

각 패킷 내의 오프셋 파라미터 송신은 너무 많은 오버헤드를 발생시킨다. 따라서, 오프셋은 동일한 기본 스트림의 연속적인 패킷들의 LTW 사이의 시간 거리에 대한 정보와 함께, 선택 패킷들(remux_field_flag 가 '1'로 설정된 패킷들)내에 삽입된다. 동일한 기본 스트림의 연속적인 패킷들의 LTW 사이의 거리는 DIST로 불려진다. 제 4 도에 실시예가 도시되어 있다. 오프셋 LTW offs(P0) 및 패킷 P0 의 도착 시간 t(P0)를 알 수 있으므로, 다음 패킷 P1 의 오프셋 LTWoffs(P1)가 다음 식에 의해 그 도착 시간 t(P1)로부터 계산될 수 있다.

LTWoffs(P1) = [t(P1)-t(P0)] - [DIST - LTWoffs(P0)]

거리 DIST는 선택 패킷들 내에 제공된 또 다른 파라미터(momentary_ rate_ratio(테이블 I를 참조))로부터 도출될 수 있다. 상기 파라미터 momentary_rate_ratio 는 12 비트 필드이며, 이것은 이 필드를 포함하도록 이 패킷으로 시작되고 다음 패킷 바로 전에 종료하는 윈도우전반에 대해 계산된 이 기본 스트림의 순간적인 비트율을 설명한다. 순간적인 비트율 Rm(바이트/초)는 다음과 같이 계산될 수 있다. 즉,

여기서, k 는 이제 결정될 인수이다. 통상적으로, k = 1.2 가 고려된다. Res(max)는 가변 비율의 기본 스트림의 최대 비트율 또는 일정 비율의 기본 스트림의 비트율이다. 거리 DIST 는 이제 다음과 같이 규정된다.

마지막으로, 상기 인코딩된 정보를 이용한 몇몇 응용들이 설명된다. 제 1 응용은 리멀티플렉싱이다. 통상적인 리멀티플렉스 동작에서, 몇몇 입력 전송 스트림들은 출력 전송 스트림을 형성하도록 혼합된다. 출력된 전송 스트림내의 임의의 시간 슬롯에 대해, 충돌이 발생할 수도 있으며, 최악의 경우, 모든 입력 스트림이

스케쥴링을 위해 패킷들을 준비해 두었을 수도 있다. 본 발명의 방법을 이용하여, 리멀티플렉서는 어떤 패킷들이 소정의 우선 순위를 가졌는지를 용이하게 결정한다.

제 2 응용은 가변 비트율을 갖는 스트림들의 송신이다. 송신 체인의 마지막을 수신한 후, 각각의 기본 스트림의 순간 비트율은 누적된 지터(jitter)로 인하여 원래의 순간적인 비트율로부터 상당히 벗어날 것이다. 본 발명의 방법은 수신기가 원래의 비트율을 재생하도록 한다. 이것은 예를 들어 임의의 가변 비율의 비디오 인코딩 계획들에서 중요한 것일 수 있다.

제 3 응용은 시간-임계(time-critical) 데이터 전송에 관한 것이다. 예를 들어, TV 프로그램 자막들인 몇몇 응용들에 있어서, 비디오 또는 오디오가 아닌 데이터 도착의 의도된 순간에 수신 단에서 재구성 가능해야 한다. 본 발명에 따른 방법은 그러한 재구성을 가능하게 한다.

제 4 응용은 기록 및 재생이다. 단지 한 프로그램만을 포함하는 전송 스트림을 기록할 때, 가장 간단한 방법은 단지 그 프로그램을 만드는 기본 스트림들에 속한 모든 전송 패킷들을 순차적으로 저장하는 것이다. 그러나, 재생에 있어서, 리코더는 출력 전송 스트림내의 각 패킷을 위치시킬 때를 알아야 한다. 출력 패킷에 의해 점유되지 않은 임의의 시간 슬롯은 널(null) 패킷으로 채워져야 한다. 상기 제공된 정보는 거의 수고하지 않고도 정당한 전송 스트림을 재구성할 수 있다.

Claims (6)

1. 데이터 패킷들의 입력 스트림으로부터 데이터 패킷들의 출력 스트림으로 데이터 패킷들을 송신하는 방법에 있어서,

   상기 입력 스트림에서의 입력 시간 윈도우와 연관하여 상기 입력 스트림에서 데이터 패킷을 수신하는 단계;

   상기 입력 시간 윈도우에 대한 상기 데이터 패킷의 위치를 나타내는 데이터 패킷에서 위치 정보를 제공하는 단계와;

   상기 출력 스트림에서의 출력 시간 윈도우 내에서 상기 데이터 패킷을 송신하는 단계로서, 상기 출력 시간 윈도우는 상기 입력 시간 윈도우에 대응하는, 상기 송신 단계를 포함하는 데이터 패킷들의 송신 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치 정보는 상기 데이터 패킷에 포함된 제 1 파라미터의 형태를 취하는, 데이터 패킷들의 송신 방법.
3. 데이터 패킷들의 입력 스트림으로부터 데이터 패킷들의 출력 스트림으로 데이터 패킷들을 송신하기 위한 방법에 있어서,

   상기 입력 스트림에서의 시간 윈도우에 연관하여 상기 입력 스트림에서의 데이터 패킷을 수신하는 단계;

   상기 시간 윈도우에 대한 상기 데이터 패킷의 위치에 관하여 상기 데이터 패킷에서의 위치 정보를 수용하는 단계로서, 상기 위치 정보는 상기 데이터 패킷에 포함된 제 1 파라미터를 포함하고, 상기 위치 정보는 상기 입력 스트림으로부터 연속하는 데이터 패킷들과 연관된 복수의 시간 윈도우들 사이의 거리를 표현하는 제 2 파라미터를 더 포함하는, 상기 수용 단계와;

   상기 출력 스트림에서의 대응하는 시간 윈도우 내에서 상기 데이터 패킷을 송신하는 단계를 포함하는 데이터 패킷들의 송신 방법.
4. 데이터 패킷들의 입력 스트림으로부터 데이터 패킷들의 출력 스트림으로 데이터 패킷들을 송신하기 위한 장치에 있어서,

   상기 입력 스트림에서의 입력 시간 윈도우와 연관하여 상기 입력 스트림에서의 데이터 패킷을 수신하고, 상기 입력 시간 윈도우에 대한 상기 데이터 패킷의 위치를 나타내는 상기 데이터 패킷에서의 위치 정보를 제공하기 위한 수단과;

   상기 출력 스트림에서의 출력 시간 윈도우 내에서 상기 데이터 패킷을 송신하기 위한 수단으로서, 상기 출력 시간 윈도우는 상기 입력 시간 윈도우에 대응하는, 상기 송신 수단을 포함하는 데이터 패킷들의 송신 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 위치 정보는 상기 데이터 패킷에 포함된 제 1 파라미터의 형태를 취하는, 데이터 패킷들의 송신 장치.
6. 데이터 패킷들의 입력 스트림으로부터 데이터 패킷들의 출력 스트림으로 데이터 패킷들을 송신하기 위한 장치에 있어서,

   상기 입력 스트림에서의 시간 윈도우와 연관하여 상기 입력 스트림에서 데이터 패킷을 수신하기 위한 수단;

   상기 시간 윈도우에 대한 상기 데이터 패킷의 위치에 관하여 상기 데이터 패킷에서 위치 정보를 수용하기 위한 수단으로서, 상기 위치 정보는 상기 데이터 패킷에 포함된 제 1 파라미터를 갖고, 상기 위치 정보는 상기 입력 스트림으로부터 연속하는 데이터 패킷들과 연관된 복수의 시간 윈도우들 사이의 거리를 표현하는 제 2 파라미터를 더 포함하는, 상기 수용 수단과;

   상기 출력 스트림에서의 대응하는 시간 윈도우 내에서 상기 데이터 패킷을 송신하기 위한 수단을 포함하는 데이터 패킷들의 송신 장치.