KR100455496B1 - 압축비디오신호들을수신하는방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 네트워크(3)를 통하여 비디오-온-디맨드 서버(1)에서 MPEG 인코드된 텔레비전 신호들의 수신에 관한 것이다. "일시 정지(pause)" 및 "재개(resume)"와 같은 비선형 재생 기능들은 네트워크 레이턴시와 같은 대표적인 네트워크 특징들을 고려하면, 비트 스트림의 매우 정확한 제어를 필요로 한다. 수신기(2)는 재생이 중단된 동안 전달된 신호를 저장하는 레이턴시 버퍼(latency buffer)(24)를 포함한다. 사용자로부터의 "일시 정지" 명령 및 "재개" 명령은, 레이턴시 버퍼가 미리 결정된 충전량(fullness)에 도달할 때까지 서버로 전송되지 않는다. 이것에 의해 수신기는 일시 정지 후 완전한 신호 재생을 재개할 수 있다.

Description

압축 비디오 신호들을 수신하는 방법
MPEG-2 표준에 규정된 소위 "전송 스트림"(Transport stream)과 "프로그램 스트림"은 MPEG 압축 오디오 및 비디오(A/V) 정보의 전송 및 저장을 위해 표준화된 메커니즘(mechanism)을 제공한다. 두 스트림들은, 디코더들의 데이터 버퍼들이 선형 재생 동안 오버플로우(overflow) 또는 언더플로우(underflow)하지 않도록 전달된 오디오 및 비디오 정보의 디코딩과 표시에 동기하는 시간 스탬프(time stamp)들을 갖는다. 게다가, 이 시간 스탬프들은 스트림 그 자체를 정확하게 전달하기 위해 사용된다. MPEG 전송 스트림은, 중대한 에러가 발생할 수 있는 상황에서 디지털 데이터의 하나 이상의 프로그램들의 전송 및 저장에 적합하다. 이러한 상황들로는 예를 들어, 지상 및 위성 방송 채널들, 케이블 채널들 및 다른 원격 통신 네트워크들이 있다. MPEG 프로그램 스트림은, 에러들이 발생할 가능성이 없고, 시스템 코딩의 소프트웨어 처리가 중요한 상황에서, 디지털 데이터의 1개의 프로그램의 전송 및저장에 적합하다. 이러한 상황들로는 예를 들어, 광학 및 자기적 저장 매체를 갖는 PC들이 있다.
지난 몇 년간, 프로그램 스트림 및 전송 스트림의 선형 재생 및 전송을 포함하는 응용분야에 상당한 노력이 기울어져 왔다. 예를 들면, MPEG-2 인코드된 프로그램들의 방송은 무한 길이의 전송 스트림들의 분배를 포함한다. 그러나, 비디오 서버들에서의 MPEG 전송 스트림들 및 프로그램 스트림들의 비선형 재생은 동일 레벨의 어텐션(attention)으로 수신받지 않았다. 비선형 재생은 스트림의 중단(interruption) 및 계속(continuation)을 포함하며, 기본적으로 모든 종류의 트릭 모드(trick mode)들에 필요하다. 트릭 모드들은 스트림들의 정확한 제어를 필요로 한다. 로컬 디스크 기반 시스템(local disc-based system)들에 대해서, 일시 정지, 슬로 모션(slow motion), 및 빠른 전송과 같은 트릭 모드들을 지원하기 위한 해결책들이 알려져 있다. 그러나, 알려진 해결책들은 네트워크 환경들에 적용될 수 없는데, 그 이유는 네트워크들이 2가지 점들에서 로컬 시스템들과 상이하기 때문이다.
첫 번째 점은 디코더-네트워크-서버-네트워크-디코더의 지연이다. 네트워크 레이턴시(latency)라고도 불리는 이러한 지연은 일정하지 않으며, 1초까지의 크기를 가질 수 있다. 네트워크 레이턴시의 결과, 최종 사용자가 일시 정지를 요구한 후(그 결과 디코딩과 디스플레이 처리가 중단되며 일시 정지 명령이 서버에 전송된다), 네트워크는 소정 기간 동안 디코더로 비트들을 계속 전달할 것이다. 스트림의 순차 연속도 네트워크 레이턴시에 의해 복잡해진다. 즉, 네트워크 레이턴시 때문에, 서버에 대한 '재개(Resume)' 명령의 전송과 디코더에 요구된 비트들의 도달사이에 상당한 지연이 존재한다. 일시 정지 명령 후 전달된 비트들과 재개 명령후 비트들의 일시적인 결핍은, 디코더가 그 디코딩과 디스플레이 처리를 완전히 재개할 수 있는 방식으로 디코더에 의해 처리되어야 한다.
두 번째 점은 네트워크의 MPEG-2 리멀티플렉서(remultiplexer)가 존재할 수 있다는 것이다. 리멀티플렉서들의 존재는 트릭 모드에 대한 지원을 어렵게 하는데, 그 이유는 리멀티플렉서들로 인해 전송 스트림에서 상이한 PID들을 갖는 패킷들이 리오더(reorder)되기 때문이다. PID는 MPEG-2 표준에 규정된 패킷 식별자(Packet Identifier)이다. 실제로 이것은 패킷들이 서버에 의해 전송된 순서와 동일한 순서로 디코더에 입력되지 않음을 의미한다. 리멀티플렉서들의 존재로 인해, 1개의 PID만을 갖는 전송 스트림, 예를 들어 비디오에 대한 트릭 모드 지원이 어렵게 되는데, 그 이유는 리멀티플렉서들이 1개의 PID내 패킷들을 리오더하는 것을 허용하지 않기 때문임을 유념하라.
본 발명은 압축 텔레비전 신호들을 수신하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하는 장치, 특히 비디오-온-디맨드 서버(video-on-demand server)로부터 MPEG 압축 비디오 및 오디오 신호들을 수신하는 디지털 셋톱 박스(digital set top box)와 같은 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수신기와 비디오-온-디맨드(Video-On-Demand) 서버를 포함하는 시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 비디오-온-디맨드 서버에 의해 전송된 텔레비전 신호의 예를 도시한 도면.
도 3은 서버와 수신기에 의해 수행되는 동작 단계들을 도시한 플로우-차트.
도 4는 수신기의 동작을 도시한 타이밍도.
도 5는 도 1에 도시된 레이턴시 버퍼의 충전량을 도시한 도면.
본 발명의 목적은 네트워크 환경에서 MPEG-2 전송 스트림 및 프로그램 스트림에 대한 트릭 모드 지원(trick mode support)을 제공하는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명은 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 방법에 있어서,
상기 신호를 디코딩하고 재생하기 전에 상기 수신된 신호를 레이턴시 버퍼(latency buffer)에 저장하는 단계와;
상기 신호의 재생을 일시 정지(pause) 명령에 따라 중단하는 단계와;
상기 일시 정지 명령 후, 상기 레이턴시 버퍼의 미리 결정된 제 1 점유량에 도달하면, 상기 신호의 전송을 중단하도록 상기 송신기에 요구를 전송하는 단계와;
상기 신호의 재생을 재개(resume) 명령에 따라 재개하는 단계와;
상기 재개 명령 후, 상기 레이턴시 버퍼의 미리 결정된 제 2 점유량에 도달하면, 상기 신호의 전송을 재개하도록 상기 송신기에 요구를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 방법을 제공한다.
이에 의해, 디코더는 '일시 정지' 명령이 나온 후 네트워크에 의해 전달된 모든 비트들을 디코더가 받아들이게 된다. 스트림의 성공적인 연속을 위해, 디코더는 스트림이 정지한 위치와 동일한 위치에서 스트림을 연속하도록 요구한다. 이것은 MPEG-2 데이터를 일치시키도록 하는데 필요하다. 버퍼 용량은 '일시 정지' 명령 후, 디코더에 전달된 모든 비트들을 받아들일 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 게다가, 재개 명령 후, 버퍼는, 비트들이 서버로부터 도달할 때까지, 디코딩 처리에 충분한 비트들을 제공하도록 충분히 커야 한다. 이것은 버퍼가 최악의 경우의 네트워크 레이턴시의 2배를 수용할 수 있을 만큼 커야 함을 의미한다.
이러한 접근법에서, '일시 정지' 명령 및 '재개' 명령의 전송은 레이턴시 버퍼의 충전에 제약을 받는다. 레이턴시 버퍼는 비트 레이트 0＜ R ＜Rmax bits/s의 디코팅 처리에 의해 비워지게 된다. 디코딩 처리가 행해지면, 버퍼의 충전은 시간에 대해서 일정하다. 디코딩 처리가 중단되면, 버퍼 충전량은 R bits/s의 레이트로증대한다. 버퍼 충전량(buffer fullness)이 수위(watermark)의 절반을 초과하면, '일시 정지' 명령이 서버에 전송된다. '일시 정지' 명령은 '즉시 일시 정지' 명령일 수 있으며 또는 '현재 값에 최악의 경우의 네트워크 레이턴시 값을 더한 값'과 동일한 값의 시간 코드를 지정할 수 있다. 네트워크 레이턴시 때문에, 버퍼는 서버가 비트들의 전송을 중단할 때까지 채워진다. 버퍼의 충전량은 시간에 대해 일정하다. 디코딩 처리가 계속되면, 버퍼의 충전량은 감소한다. 수위가 아래로 떨어지면, '재개' 명령이 서버로 전송된다. 버퍼의 충전량은 제 1 비트들이 네트워크로부터 전달될 때까지 계속해서 감소된다.
본 발명은 2개의 트릭 모드들, 즉, '일시 정지/계속'과 '슬로 모션'에 중점을 두고 있다. '일시 정지 및 계속'에 요구되는 기능은, 사용자가 시간에 대해 임의의 포인트에서 디스플레이를 정지할 수 있고, 그 후 완전히 계속할 수 있는 것이다. 바람직하게는, 예를 들어 현재 디스플레이되는 프레임/필드에서 즉시 중단되며, 임의의 결핍 또는 중복된 프레임들 없이 다음 프레임에서 계속 발생해야 한다. '일시 정지 및 계속'은 스트림을 정지하고 계속하기 위해 디코더에서 서버로 '일시 정지' 및 '재개' 명령들의 전송을 포함한다. '슬로 모션'에 요구되는 기능은 사용자가 통상적인 재생 속도보다 느린 속도로 스트림을 볼 수 있도록 하는 것이다. 디코더는 슬로 모션 모드와 통상적인 재생 모드 사이를 전환할 수 있어야 한다. 이러한 전환은 임의의 분실 또는 중복된 프레임들 없이 즉시 실시되어야 한다. '슬로 모션'은 또한 스트림을 정지하고 계속하기 위해 디코더에서 서버로 '일시 정지' 메시지와 '재개' 메시지의 전송을 포함한다.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 하기에 기술된 실시예들을 참고하여 명백해지며 명확해질 것이다.
도 1은 비디오-온-디맨드 서버(VOD)(1) 및 네트워크(3)를 통해 접속된 셋톱 박스(set top box; STB)(2)를 포함하는 시스템을 도시한다. VOD 서버는 저장 매체(11)와 VOD 제어기(12)를 포함한다. STB는 MPEG 디코더(21), STB 제어기(22), (원격) 제어 유닛(23)을 포함하며, 재생 디바이스(4)에 접속된다. 레이턴시 버퍼(24)는 셋톱 박스 입력부와 MPEG 디코더(21) 사이에 접속된다. 버퍼의 충전량(F)은 STB 제어기(22)에 인가된다. 원격 제어 유닛(23)에서의 사용자 명령들은 또한 STB 제어기(22)에 인가되며, 상기 명령들이 서버에 의해 수행되는 동작들을 요구하는 한, 제어 신호(CTRL)로서 네트워크(3)를 통해 VOD 제어기(12)에 전송된다. 선택된 텔레비전 프로그램은 MPEG 전송 스트림(TS)의 형태로 서버(1)에서STB(2)로 전송된다.
다수의 텔레비전 프로그램들은 보통 하드디스크들의 어레이인 저장 매체(11)에 저장된다. STB의 관점에서 본다면, 서버는 원격 비디오 레코더로서 작용한다. 저장된 텔레비전 프로그램들은 여러 속도들로 재생될 수 있으며, 일시 정지되고 재개될 수 있다. 일반적으로, 프로그램이 일시 정지되고 재개될 수 있는 위치들은 신호가 물리적으로 어떻게 저장되는지에 따라 제한된다. 예를 들어, 그 위치들은 디스크 섹터 또는 디스크 실린더 경계들과 대응해야 한다. 신호가 압축되기 때문에, 즉, 디스크 공간의 양이 화상마다 변하기 때문에, 재생 시간 동안 재개 위치들은 불규칙하게 분포된다.
일반적으로, 텔레비전 프로그램들은 비디오 신호, 몇몇 오디오 신호들, 및 특히 여러 언어들로 된 서브타이틀에 대한 추가 데이터를 포함한다. 설명을 간단히 하기 위해, 서버에서 STB로 전송된 텔레비전 프로그램들이 하나의 오디오 신호(A)와 하나의 비디오 신호(V)만을 포함한다고 가정한다. 따라서, 전송 스트림은 오디오 패킷들과 비디오 패킷들을 포함한다.
도 2는 서버에 의해 STB로 전송된 전송 스트림(TS)의 예를 도시한다. 전송 스트림은 오디오 패킷들(A1, A2, A3 등)과 비디오 패킷들(V1, V2, V3 등)을 포함한다. 각각의 패킷은 헤더와 페이로드(payload)를 포함한다. 헤더는 패킷이 오디오 데이터 또는 비디오 데이터를 운반하는지를 식별하는 패킷 식별자(PID)를 포함한다. 전송 스트림(TS)은 여러 텔레비전 프로그램들을 포함할 수 있음을 유념하라. 프로그램 맵 테이블(Program Map Table)은 PID가 관련 프로그램을 구성하는지를 표시하기 위해 전송된다. 본 발명의 예에서, 전송 스트림(TS)은 선택된 텔레비전 프로그램만을 전달한다.
서버와 STB의 동작은 이제 도 3을 참조하여 함께 설명될 것이며, 도 3은 STB(도면의 좌측)와 서버(도면의 우측)에 의해 수행된 동작 단계들의 플로우 차트를 도시한다. 단계(31)에서, t=t1에서, STB는 일시 정지 명령을 수신하고, 신호의 재생을 중단한다. 즉, 비디오 디스플레이는 정지하게 되며, 오디오 재생도 중단된다. 한편, 네트워크는 비트들을 전달하고, 레이턴시 버퍼 충전량(F)은 증대한다.
단계(32)에서, STB 제어기는 버퍼 충전량이 소정의 값, 예를 들어, F=½B(여기서 B는 버퍼 용량)를 취하는지를 검사한다. 만약 그렇다면, 제어기는 t=t2에서 일시 정지 명령을 서버로 전송한다. 서버는 단계(33)에서 t=t3에서 네트워크의 레이턴시로 인해, 지연 τ1을 갖는 일시 정지 명령을 수신한다. 일시 정지 명령에 응답하여, 서버는 신호의 전송을 순간적으로 중단한다. 단계(34)는 t=t4에서 네트워크의 레이턴시 τ2로 인해 수신단에서의 신호 수신의 중단을 나타낸다.
단계(35)에서, t=t5에서 STB는 사용자로부터의 재개 명령에 응답하여, 신호의 재생을 재개한다. 그 결과, 레이턴시 버퍼의 충전량(F)은 감소한다.
단계(36)에서, STB 제어기가 버퍼 충전량이 소정의 값, F=½B를 취하는지를 검사한다. 만약 그렇다면, 제어기는 t=t6에서 재개 명령을 서버로 전송한다. 서버는단계(37)에서, t=t7에서 지연 τ3을 갖는 재개 명령을 수신한다. 재개 명령에 응답하여, 서버는 신호의 전송이 중단된 위치에서 신호의 전송을 순간적으로 재개한다. 단계(38)는 t=t8에서 지연 τ4을 갖는 수신단에서 재개된 신호의 수신을 나타낸다. 지연들 τ1- τ4은 반드시 동일한 것은 아님에 유념해야 한다. 지연들은 또한 시간 내내 일정할 필요는 없다.
도 4는 시스템의 여러 포인트들의 신호들의 타이밍도이다. 특히, TS1은 서버에 의해 전송된 전송 스트림을 나타내며, TS2는 STB에 의해 수신된 전송 스트림을 나타내고, DSP는 재생된 신호를 나타낸다. 참조 번호 40은 비트 스트림의 수신과 레이턴시 버퍼에 도입된 그 재생간의 지연을 나타낸다. 버퍼 용량은 12개의 패킷들이라고 가정한다. 이 정상(stationary) 상황에서 4개의 패킷들이 버퍼에 존재한다고 가정한다.
t=t1에서, 버퍼 충전량이 증대되도록 재생이 일시 정지된다. t=t2에서, 2개 이상의 패킷들이 버퍼에 들어오면, 버퍼 충전량은 그 용량의 절반과 같으며, 일시 정지 명령은 서버로 전송된다. t=t3에서, 서버가 일시 정지 명령을 수신하며, t=t4에서 수신단에 나타나게 되는 신호 전송을 중단한다. 버퍼 충전량은 이제 일정하게 된다.
t=t5에서, STB가 재개 명령을 수신하며, 버퍼 충전량이 감소되도록 재생을 재개한다. 참조 번호 41은 이제 디코드되고 재생되는 패킷들을 나타낸다. t=t6에서,5개의 패킷들이 버퍼로부터 판독되면, 버퍼 충전량은 다시 그 용량의 절반과 같으며, 재개 명령은 서버로 전송된다. t=t7에서, 서버가 재개 명령을 수신하며, t=t8에서 수신단에 나타나게 되는 신호 전송을 재개한다. 참조 번호 42는 비트 스트림의 수신과 재생의 재개 후 재생간의 지연을 나타낸다. 이제 지연은 1 패킷과 대응한다.
완전을 기하기 위해, 도 5는 상기에 설명된 예에 대한 레이턴시 버퍼 충전량을 도시한다. 이 도면의 추가 설명은 필요하지 않다.
요약하면, 본 발명은 네트워크(3)를 통하여 비디오-온-디맨드 서버(1)에서 MPEG 인코드된 텔레비전 신호들의 수신에 관한 것이다. "일시 정지(pause)" 및 "재개(resume)"와 같은 비선형 재생 기능들은 네트워크 레이턴시와 같은 대표적인 네트워크 특징들을 고려하면, 비트 스트림의 매우 정확한 제어를 필요로 한다. 수신기(2)는 재생이 중단된 동안 전달된 신호를 저장하는 레이턴시 버퍼(latency buffer)(24)를 포함한다. 사용자로부터의 일시 정지 명령 및 재개 명령은, 레이턴시 버퍼가 미리 결정된 충전량(fullness)에 도달할 때가지 서버로 전송되지 않는다. 이것에 의해 수신기는 일시 정지 후 완전한 신호 재생을 재개할 수 있다.

Claims (4)

  1. 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    상기 신호를 디코딩하고 재생하기 전에 상기 수신된 신호를 레이턴시 버퍼(latency buffer)에 저장하는 단계와;
    상기 신호의 재생을 일시 정지(pause) 명령에 따라 중단하는 단계와;
    상기 일시 정지 명령 후, 상기 레이턴시 버퍼의 미리 결정된 제 1 점유량에 도달하면, 상기 신호의 전송을 중단하도록 상기 송신기에 요구를 전송하는 단계와;
    상기 신호의 재생을 재개(resume) 명령에 따라 재개하는 단계와;
    상기 재개 명령 후, 상기 레이턴시 버퍼의 미리 결정된 제 2 점유량에 도달하면, 상기 신호의 전송을 재개하도록 상기 송신기에 요구를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 점유량은 실질적으로 상기 레이턴시 버퍼의 용량의 절반에 대응하는, 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 방법.
  3. 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 수신기에 있어서,
    상기 신호를 디코딩하고 재생하기 전에 상기 수신된 신호를 저장하는 레이턴시 버퍼와,
    제어 수단으로서,
    상기 신호의 재생을 일시 정지 명령에 따라 중단하고;
    상기 일시 정지 명령 후, 상기 레이턴시 버퍼의 미리 결정된 제 1 점유량에 도달하면, 상기 신호의 전송을 중단하도록 상기 송신기에 요구를 전송하고;
    상기 신호의 재생을 재개 명령에 따라 재개하고;
    상기 재개 명령 후, 상기 레이턴시 버퍼의 미리 결정된 제 2 점유량에 도달하면, 상기 신호의 전송을 재개하도록 상기 송신기에 요구를 전송하는, 상기 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 수신기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 점유량은 실질적으로 상기 레이턴시 버퍼의 용량의 절반에 대응하는, 송신기로부터 압축 텔레비전 신호를 수신하는 수신기.
KR1019970701767A 1995-07-21 1996-07-16 압축비디오신호들을수신하는방법 KR100455496B1 (ko)

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