KR100415497B1 - 실시간 비디오 서비스를 갖는 이동 무선 원격 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

GPRS 또는 EDGE 또는 UMTS 시스템에 있어서, 실시간 비디오 서비스는 소수, 예를 들어 4개의, 비디오에 적용 가능한 소정의 채널 코딩 레이트들 중 하나를 선택하고, 애플리케이션 계층에서 비디오 데이터에 상기 레이트를 적용하고, 그 데이터를 무선 인터페이스를 통해 이동 시스템에, 각 버스트에 대해, 시간 흐름 표시자와 선택된 코딩 레이트를 나타내는 헤더와 함께, 전송함으로써 제공된다. 짧은 헤더는 비디오 페이로드(payload) 용량이 증가되도록 허용한다. 소정의 채널 코딩 레이트 중 하나는 1/1, 즉, 투명한 레이트(transparent rate)이다 .

Description

실시간 비디오 서비스를 갖는 이동 무선 원격 통신 시스템{Mobile radio telecommunication system with real-time video service}
본 발명은 GPRS(General Packet Radio Service), EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)과 같은 디지털 이동 원격 통신 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템들은 음성 사용자들 외에 데이터 사용자들에 적합하도록 개발되고 있다.
예를 들어 GPRS/EDGE와 같은 이러한 시스템들에 있어서, 7 계층 프로토콜 스택의 링크 계층(link layer)에서, 애플리케이션 패킷들은 또한 헤더를 포함하는 고정된 크기의 RLC(Radio Link Control) 블록들로 분할된다. RLC 블록들은 GPRS/EDGE 시스템에서 하나의 타임 슬롯을 점유하는 버스트들로 분산된다.
1999년 1월, ETSI Tdoc SMG2 WPA 127/99, WPB 003/99, "Two burst based link quality control proposal for EGPRS"에서, 주요한 원격 통신 회사들은 일반적인 데이터에 대한 스킴(scheme)에 합의하였다. 이 스킴에서, 변조 및 코딩 스킴들에 대한 몇 가지 조합들이 존재한다. 헤더 포맷들, 채널 코딩 및 인터리빙 기술들은 스킴마다 다르다.
비디오 데이터 스트림들은 다른 데이터 스트림들에 대해 다른 특성들을 갖는다. 비디오에서, 비트 레이트는 가변적이다. 레이트 제어기가 소정의 시간 간격에서 평균 비트 레이트를 안정화시키는데 사용될 수 있지만, 각 프레임 또는 화상 블록에서 발생된 비트들의 수는 현격하게 변화한다. 또한, 파라미터들의 에러 감도(error sensitivity)들 및 이러한 파라미터들내의 특정 비트들은 비트 스트림 내용(context)에 크게 의존한다.
또한, 비디오 비트 스트림내의 파라미터들은 가변 길이 코드들을 갖는다. 이것은 동기를 상실하게 할 수 있다. 이것은 단일 비트 에러가 버스트의 에러와 같을 수 있음을 의미한다. 기존의 인터리빙 스킴들을 사용하는 것은 비디오 비트 스트림 내에 에러를 퍼뜨려, 더 많은 손상을 야기시킨다.
본 발명의 목적은 이동 원격 통신 시스템에 의해 비디오 데이터 스트림들의 효율적인 전송을 허용하는 비디오 데이터 스트림들의 코딩 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 이동 원격 통신 시스템을 매우 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 7 계층 프로토콜 스택들을 도시한 도면.
도 3a은 다운링크 헤더를 도시한 도면.
도 3b는 업링크 헤더를 도시한 도면.
도 4a 및 4b는 코딩의 투명한 다운링크 및 업링크 모드들에 대하여 RLC/MAC 포맷을 도시한 도면.
도 4c 및 4e는 다운링크에 대한 다른 3가지 코딩 모드들에 대한 RLC/MAC 포맷을 도시한 도면.
도 5는 투명한 모드에 대한 인터리빙 및 맵핑을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12; 이동국 16; 무선망
17; 강화된 게이트 웨이 GPRS 지원 노드
18; 강화된 서빙 GPRS 지원 노드
19; 매체 게이트 웨이
본 발명에 따른 원격 통신 시스템에서, 실시간 비디오 데이터 서비스를 공급하는 방법은, 비디오 데이터에 적용 가능한, 1/1 코딩 레이트를 포함하는 복수의 채널 코딩 레이트들을 규정하는 단계와, 상기 레이트들 중 하나를 선택하여 그것을 비디오 데이터에 적용하는 단계와, 상기 코딩된 비디오 데이터를 링크를 통해 비디오 수신기로 송신하는 단계를 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따라, 이동 무선 원격 통신 시스템은 코어 망(core network), 적어도 하나의 지원 노드, 적어도 하나의 무선 망 제어기 및 적어도 하나의 이동국을 포함하며, 상기 시스템은 실시간 비디오 서비스를 상기 이동국에 공급하도록 배열되며, 상기 시스템은 1/1 비율을 포함하는 복수의 채널 코딩 레이트들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 레이트를 비디오 신호에 적용하고, 코딩된 신호를 상기 이동국에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 일례로서 기술되어질 것이다.
도 1의 GPRS 시스템(10)에서, 랩탑 컴퓨터, 모뎀, 비디오 카메라 등과 같은 단말 장치(TE)(14)로의 유선 접속(R)을 갖는 이동국(mobile station)(MS)(12)은 무선 인터페이스(Um)를 통해 무선 망 제어기(RNC)(16)에 접속된다. RNC(16)는 무선 인터페이스(Iu-ps)를 통해 강화된 게이트웨이 GPRS 지원 노드(E-GGSN)(17)에 접속되고, E-GGSN을 통해 강화된 서빙 GPRS 지원 노드(E-SGSN)(18)에 접속된다. E-GGSN은 인터페이스(Gi)를 통해 매체 게이트웨이(19)에 접속되며, 그 다음 PSTN(Public Switched Telephone Network)(20)에 접속되고, 멀티미디어 인터넷 프로토콜(IP) 망(21)에도 접속된다.
RNC(16)은 이동국(20)이 위치하는 셀에 신호들을 송신한다. RNC(16) 및 MS(20) 사이의 통신들은 도 2의 7 계층 프로토콜 스택에 의해 제어된다. 가장 낮은 계층(22)은 또한 물리 계층으로 알려져 있으며, GSM 무선 주파수 계층을 포함한다. 2번째로 낮은 계층(24)은 무선 링크 제어/매체 액세스 제어(RLC/MAC) 계층이며, 그 위에 논리 링크 계층(LLC)(26)이 있다. 보다 높은 계층들(28)은 본 발명과 관련이 없다.
도 1의 시스템 및 도 2의 프로토콜 스택은 표준적인 배열들이지만, 본 발명의 실행을 허용하기 위해 변경된 영역들이 음영으로 도시된다.
도 3a는 본 발명에 따른 비디오 데이터 스트림들과 함께 사용하기 위해 RLC/MAC 헤더를 도시한다. 헤더는 3개의 필드들, 즉 업링크 상태 플래그(USF)(30), 시간 흐름 식별자(TFI)(32) 및 코딩 스킴들(CS)(34)을 포함한다.
USF는 3비트의 길이이고, TFI는 7비트의 길이이다. 둘 다 ETSI, EN301 349, GSM 4.60 Version 6.3.0, 1999-04로 규정된다.
본 발명에 따른 헤더는 종래 기술의 표준 헤더를 비교하면 실질적으로 길이가 짧다는 것을 알 수 있을 것이다. 최종 블록 표시 또는 시퀀스 카운터가 제거된다. 이 기능은 비디오 비트 스트림내의 EOS(End of Sequence)를 사용함으로써 달성된다.
MS(12)에서 BTS(18)로의 업링크에서, USF(30)은 필요하지 않으며, 업링크 헤더는 도 3b에 도시되어 있고, 이는 TFI 필드(32') 및 CS 필드(34')를 포함한다.
CS 필드(34)는 비디오 페이로드에 대한 채널 코딩 레이트를 지정한다. 4개의 옵션들이 제공되는데, 즉,
CS 코딩율
00 1/1
01 2/3
10 1/2
11 1/3
CS가 00인 경우, 어떠한 채널 코딩도 실행되지 않으며, 이것은 투명한 모드로 불릴 것이다. 이 모드에서, 비디오 데이터는 채널 코딩 스킴들에 의해 전혀 보호되지 않는다. 이 모드는 전파 상태(propagation condition)들이 양호한 경우 사용될 수 있다.
4개의 코딩 레이트들에 대응하는 4개의 모드들이 보다 상세히 설명될 것이다.
투명한 모드에 있어서 RLC/MAC 포맷이 도 4a에 도시되며, 8개의 스틸링 비트들(stealing bits)(38)이 존재하고, 이는 페이로드가 비디오 데이터를 포함하는 것을 나타내는데 사용된다. USF(30)에서, (36, 3) 블록 코드가 적용되고, 대응하는 블록(40)내에 36개의 비트들이 존재한다. TFI(32) 및 CS(34)는 헤더 블록(H) 내에 결합되고, 9개의 헤더 비트들 외에 3개의 테일링 비트들이 존재하며, (1/3, 4) 컨벌루션 코딩이 적용되고, 헤더 블록(42)은 36개의 비트들을 갖는다. 비디오 페이로드(VP)는 그 블록(44)내에 1312개의 비트들을 갖는다. 총 블록 길이는 1392 비트들이다.
도 4b는 투명한 모드 업링크에 대한 RLC/MAC 포맷을 도시한다. 8개의 스틸링 비트들(50)이 존재한다. 헤더(H)(46)는 TFI 및 CS에 대한 9개의 비트들 및 3개의 테일링 비트들을 갖는다. (1/3, 4) 컨벌루션 코딩이 적용되고, 블록(52)은 36 비트들을 갖는다. 비디오 페이로드(VP)(48)는 1312개의 비트들을 갖고, 블록(54)으로 전송된다. 시간 다이버시티(TD; time diversity) 블록이라 불리는 부가 블록(56)은 36 비트들을 가지며, 1392 비트들의 총 블록 길이를 제공한다. 블록(56)내의 36 비트들은 시간 다이버시티를 적용하여 헤더(46)의 반복을 허용하고, 이는 점선(TD)에 의해 표시된다. 반복은 에러들을 감소시킬 수 있으며, 그렇지 않으면 에러 정정이 행해질 수 없을 때 두 블록들(52,56)이 손상을 입게 된다.
도 4c, 4d 및 4e는 다른 3개의 CS 코드들에 대해 RLC/MAC 다운링크 포맷들만을 도시한다. 동일한 코딩 스킴들은 대응하는 업링크들에 대해 사용된다.도 4c에서, CS 필드는 01이고 코딩 레이트 2/3이고, 블록(60)내에서 8개의 스틸링 비트들이 존재한다. (36,3) 블록 코드는 3 비트 USF에 적용되고, 블록(62)내에는 36 비트들이 존재한다. 9 비트들의 헤더(H)는 다시 추가적인 3개의 테일링 비트들을 갖고, (1/3, 4) 컨벌루션 코딩이 적용되고, 블록(64)은 36 비트들을 갖는다. 비디오 페이로드(VP)는 432 비트들 및 6 테일링 비트들을 갖는다. (1/3, 7) 컨벌루션 코딩은 펑쳐링(puncturing) 2 비트들로 적용되며 블록(66)내에 1312 비트들을 제공한다. 도 4d에서 CS 필드는 10이며 코딩 레이트 1/2이고, 블록들(70, 72 및 74)은 도 4c의 블록(60, 62, 및 64)과 유사하다. 비디오 페이로드(VP)는 650 비트들 및 6개의 테일링 비트들을 갖는다. (1/3, 7) 컨벌루선 코딩은 펑쳐링 656 비트들로 적용되며 블록(76)내에 1312 비트들을 제공한다.
도 4e에서 CS 필드는 11이고 코딩 레이트 1/3이며, 블록들(80, 82, 84)은 블록들(60, 62, 64)과 유사하다. 비디오 페이로드(VP)는 868 비트들이고, 6개의 테일링 비트들이 존재한다. (1/3, 7) 컨벌루션 코딩은 펑쳐링 1310 비트들로 적용되며 블록(86)내에 1312 비트들을 제공한다.
비디오 데이터에 대한 비트 레이트는 다음과 같다.
코딩 레이트 비디오 비트 레이트(kbps)
1/1 65.6
2/3 43.4
1/2 32.5
1/3 21.6
투명한 모드는 이전에 가능했던 것보다 더 높은 비디오 비트 레이트가 원격 통신 시스템을 통하여 송신되도록 허용한다.
4개의 CS 중 선택된 하나는 도 1의 TE(14)내의 비디오 인코더에 의해 비디오 데이터 스트림에 적용된다. 비디오 인코더는 당연히 비디오에 적합한 자신의 에러 보호 스킴들을 실행한다. 실제로, 도 2에서 RLC/MAC 계층(24)은 투명하고, 채널 코딩은 물리 계층(22)내에서 실행된다. 채널 코딩 오버헤드는 망의 모든 부분들에 계속 존재한다. 그러나, 주된 대역폭 한계가 공기 인터페이스내에 있기 때문에, MS(12) 및 RNC(16) 사이의 효율을 극대화하는 것이 바람직하다. 코딩 레이트의 선택은 그러므로 비디오 서비스 품질 또는 채널 상태들에 따라 비디오 인코더에 의해 행해진다. 예를 들어, 만약 채널이 매우 불량하다면, 더 강한 채널 코딩 스킴이 선택된다.
도 4c 내지 4e에서, 채널 코딩에 영향을 받는 RLC 블록의 모든 비트들은 또한 통상적으로 EDGE 시스템에 적용되는 바와 같이 인터리빙되며, 4개의 버스트(burst)들로 맵핑된다. 그러나, 도4a 및 4b의 투명한 모드내의 페이로드는 전혀 인터리브되지 않는다.
하나의 옵션은 투명한 모드에 의해 비디오 데이터를 전송할 때 표준 EDGE 인터리버를 디스에이블할 것이다. EDGE 인터리버는 도 1의 MS(12)내의 물리 계층에 위치한다. 그러나, 이것은 기존의 이동 단말들(mobiles)에 대해 비현실적이거나 가능하지 않다.
대안적인 발명의 방법이 제안되었다. 페이로드는 우선 EDGE 인터리버 내에서 다음의 인터리빙 처리를 취소하기 위해 디-인터리빙된다. 배열은 도 5에 도시된다. 블록(38) 및 헤더 블록(42)의 스틸링 비트들은 실선들에 의해 도시된 바와 같이 4개의 버스트들(90, 92 ,94 ,96)의 각각에 대해 인터리브된다. 그러나, 비디오 페이로드(44)는 4개의 부분들(A, B, C, D)로 분할되고, 한 부분은 점선들로 도시된 바와 같이 각각의 버스트에 공급된다. 그러므로 부분(A)은 버스트(90)에 공급되고, 부분(B)은 버스트(92)에 공급되며, 즉 (A, B, C, D)의 부분들은 차례대로 버스트들(90, 92, 94, 96)에 맵핑된다.
본 발명의 이점들은 RLC 블록의 헤더가 종래의 장치들보다 훨씬 작아 비디오 페이로드 용량이 증가된다는 것이다. 보다 중요하게, 투명한 모드가 사용되고, 채널 보호가 애플리케이션 계층에서 실행될 때, 비선택인 1/3 컨벌루션 코딩에 의해 제공되는 동일한 레벨의 보호가 1/2보다 작은 레이트에서 달성될 수 있다. 이용 가능한 여분의 용량은 에러 회복 또는 비디오 품질 또는 둘 다를 향상시키는데 사용될 수 있다.
본 발명이 이동 원격 통신 시스템에 관련하여 설명되었지만, 실시간 비디오 서비스들이 공급되는 경우, 고정된 패킷 교환 원격 통신 망 내에서 적용된다.

Claims (9)

  1. 원격 통신 시스템에서, 실시간 비디오 데이터 서비스를 공급하는 방법에 있어서, 비디오 데이터에 적용 가능한, 1/1 코딩 레이트를 포함하는 복수의 채널 코딩 레이트들을 규정하는 단계와, 상기 레이트들 중 하나를 선택하여 그것을 비디오 데이터에 적용하는 단계와, 상기 코딩된 비디오 데이터를 링크를 통해 비디오 수신기로 송신하는 단계를 포함하며,
    상기 원격 통신 시스템은 이동 무선 원격 통신 시스템이며, 상기 코딩된 비디오 데이터는 무선 링크를 통해 이동 시스템의 비디오 수신기에 송신되고,
    선택된 채널 코딩 레이트를 각각의 송신된 무선 버스트와 함께 헤더내의 코딩 스킴 필드(CS)로서 송신하는 단계를 포함하며,
    상기 헤더는 상기 코딩 스킴 필드(CS) 및 시간 흐름 표시자(TFI; temporary flow indicator) 필드를 포함하고,
    상기 채널 코딩 레이트가 1/1인 경우, 상기 헤더, 비디오 페이로드(VP) 및 상기 헤더의 반복을 송신하기 위해 업링크 모드에서 시간 다이버시티를 상기 헤더(H)에 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 채널 코딩 레이트들은 레이트들 1/1, 2/3, 1/2 및 1/3을 포함하는, 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 실시간 비디오 서비스는 인터리빙을 갖는 원격 통신 시스템에서 제공되고,
    비디오 페이로드의 각 블록을 복수의 부분들로 분할하는 단계와,
    각 부분을 무선 전송을 위한 연속 버스트들에 차례로 공급하는 단계와,
    상기 페이로드에 대한 헤더 필드들을 각 버스트에 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    페이로드가 실시간 비디오 데이터를 포함하는 것을 나타내도록 배열된, 각 헤더내의 복수의 스틸링 비트들(stealing bits)을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 코어 망, 적어도 하나의 지원 노드(17, 18), 적어도 하나의 무선 망 제어기(16), 및 적어도 하나의 이동국(12)을 포함하는 이동 무선 원격 통신 시스템(10)으로서, 상기 시스템은 실시간 비디오 서비스를 상기 이동국에 공급하도록 배열되며, 상기 시스템은 1/1 레이트를 포함하는 복수의 채널 코딩 레이트들 중 하나를 선택하고 상기 선택된 레이트를 비디오 신호에 적용하고 코딩된 신호를 상기 이동국에 전송하도록 배열되고, 또한 선택된 채널 코딩 레이트를 각각의 송신된 신호 버스트와 함께 헤더내의 코딩 스킴 필드로서 송신하도록 배열되며, 상기 헤더는 상기 코딩 스킴(CS) 필드 및 시간 흐름 표시자(TFI) 필드를 포함하고, 상기 채널 코딩 레이트가 1/1인 경우 상기 헤더, 비디오 페이로드(VP) 및 상기 헤더의 반복을 송신하기 위해 업링크 모드에서 시간 다이버시티를 헤더(H)에 적용하도록 배열되는, 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    실시간 비디오 신호에 대한 채널 코딩은 통상적인 7 계층 원격 통신 프로토콜의 애플리케이션 계층에 적용되는, 시스템.
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