KR100547139B1 - ＩＥＴＦ ＱｏＳ 프로토콜을 이용한 ＭＰＥＧ 미디어데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

IETF QoS 프로토콜을 이용하여 MPEG 미디어 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치가 개시된다. MPEG 미디어 트래픽 인자를 IETF QoS 트래픽 인자에 매핑시킴으로써 MPEG 미디어 데이터를 패킷 단위로 IETF QoS 프로토콜을 사용하는 네트워크를 통해 전송할 수 있다. 최대비트율, 제 1 버퍼크기, 보장비트율, 제 2 버퍼크기의 4개의 인자로 표시되는 이중 리키 버킷 조건에 맞도록 MPEG 미디어 트래픽을 인코딩 또는 트랜스코딩함으로써 MPEG 미디어 트래픽 인자들을 QoS 트래픽 인자에 매핑시키는 과정없이 IETF QoS 프로토콜을 이용하여 전송할 수 있다.
RSVP, diffServ, 미디어 데이터, MPEG, QoS, IETF

Description

ＩＥＴＦ ＱｏＳ 프로토콜을 이용한 ＭＰＥＧ 미디어 데이터 전송 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DELIVERING MPEG MEDIA DATA USING IETF QoS PROTOCOLS}
도 1 은 본 발명이 적용되는 MPEG 단말기에 대한 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 MPEG 단말기 및 QoS 프로토콜을 인지하는 라우터들에 대한 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 는 본 발명이 적용되는 이중 리키 버킷 알고리즘에 대한 개념도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 변경된 MPEG-21 파일 포맷 및 QoS 변경 명령 패킷 포맷이다.
도 5 는 MPEG에서 변경할 수 있는 후보 인자들을 다른 표준에서의 관련있는 인자들과 비교해 놓은 표이다.
도 6 은 인코딩된 미디어 트래픽에 대한 비트율과 버퍼크기의 관계를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
102 : MPEG 단말기 104 : 네트워크
106 : 상대방 MPEG 단말기 110 : MPEG 미디어 처리부
112 : 네트워크 제어부 114 : 호제어부
116 : QoS 인자 매핑부 118 : 미디어 패킷 송수신부
202 : MPEG 단말기 204 : 에지 라우터
206 : 코어 라우터 208 : 대역폭 관리기
210 : QoS 제어 네트워크
본 발명은 IETF (Internet Engineering Task Force) QoS (quality of service) 프로토콜을 이용한 MPEG (Moving Pictures Expert Group) 미디어 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MPEG 표준에서 IETF의 QoS 프로토콜을 사용할 수 있도록 표준의 일부를 수정하고 IETF 표준에서도 MPEG 표준과 네트워크 계층 레벨에서 서로 호환성을 가질 수 있도록 정량적인 인자들을 수정하여, MPEG의 트래픽 및 QoS 기술자 (descriptor) 와 QoS 제어 절차 등을 IETF QoS 프로토콜에 매핑함으로써 MPEG 미디어 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 비디오 정보를 전송하기 위하여 1990년대 초에는 주로 회선 교환망을 이용하였으며, 이러한 회선 교환망에서 고정 대역폭으로 QoS는 보장된다. 1990년대 후반부터 인터넷의 활성화에 따라 패킷 교환망을 이용하는 것이 보편화되었으며, 이러한 패킷 교환망을 이용하면 대역폭은 가변적으로 이용할 수 있으나 QoS는 보장되지 않는다. 왜냐하면, 패킷 교환망은 모든 패킷을 구별하지 않고 네트워크 자원은 모든 사용자가 공유하는 best effort 프로토콜을 이용하기 때문이다.
비디오 정보의 전송을 위해서는 회선 교환과 패킷 교환의 장점이 모두 필요하다. 즉, 대역폭도 가변적으로 이용할 수 있어야 하고, QoS도 일부 (또는 완전히) 보장되어야 한다. IETF에서는 이러한 요구를 충족시키도록 QoS 프로토콜들을 표준화하였다. 현재 대다수의 라우터 회사들은 IETF QoS 프로토콜을 장착한 라우터를 이미 생산하고 있으며, Windows XP 이상 Windows 계열 운영체계와 Linux에도 IETF QoS 프로토콜을 이용하고 있다. 또한, 2010년대 이전에 보편화될 차세대 인터넷 (IPv6, Internet Next Generation) 은 실시간 멀티미디어 서비스가 인터넷 서비스 중에 중요한 서비스로 인식되기 시작한 1990년대에 표준화되었기 때문에, 기존의 인터넷 (IPv4) 과 비교하여 이러한 IETF QoS 프로토콜을 이용하는 것이 용이하다는 점에서 크게 구별된다. 세계적으로 연결되어 있는 차세대 인터넷은 현재 시험 운용중이며, 무선망에서 상용적으로 도입되어 사용될 것이다. 차세대 무선망 표준인 UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems) 는 QoS 제어 프로토콜과 호환성을 갖추고 있다. UMTS가 All-IP로 구현되면 IPv6와 QoS 프로토콜이 광범위하게 이용될 것이다.
한편, 무선 인터넷에서는 요금 책정을 패킷단위로 하고 있으며, 서비스별로, 시간대별로 패킷전송 가격이 다르다. 유선 인터넷에서도 IETF의 RSVP와 diffServ 프로토콜이 사용되면 패킷별로 우선 순위를 차별화할 수 있게 되어 우선 순위가 높고 낮은 것에 대한 차별화가 필요하게 되어 과금을 패킷단위로 할 수 있 다. 또한 유선 인터넷망과 무선 인터넷망을 동시에 이용하는 서비스가 더욱 활성화될 수 있을 것이다. 이렇게 패킷당 과금을 책정하게 되면 같은 서비스를 할 때 전송하는 패킷의 수를 얼마나 줄일 수 있는가, 또한 되도록 높은 우선순위의 패킷수를 줄이면서도 품질을 유지할 수 있는가가 매우 중요한 문제로 대두된다.
MPEG과 인터넷의 사용이 확대된다는 것은 의심의 여지가 없으며, 현재 개인별로 휴대하는 통신기기에 두 가지가 모두 사용되고 있다. MPEG에서는 멀티미디어 압축과 처리를 위한 다양한 표준을 정하였고, 한편 IETF에서는 인터넷을 이용하여 다양한 정보를 전송하는 방법에 대하여 표준을 정하였다. 두 기구에서 정한 표준을 이용하면 매우 효율적으로 멀티미디어를 전송할 수 있으나, 두 기구가 정한 표준간에는 최소한의 인터페이스만 가능하므로 많은 표준들이 아직 효과적으로 이용되지 못하고 있는 실정이다. 특히, IETF에서는 RSVP, diffServ, intServ, MPLS 등의 QoS 프로토콜을 수년 전에 제정하여 멀티미디어를 전송할 때 QoS를 제어할 수 있게 하였으나, MPEG에서는 이를 이용하는 방법에 대해 고려하지 않고 있다. 즉, MPEG에서는 현재 인터넷에서 사용되는 best effort 프로토콜인 패킷 교환망을 이용하는 것만 가정하여 네트워크 계층과 아무런 인터페이스도 정의하고 있지 않으므로, 네트워크 상의 라우터와는 인터페이스가 불가능하다. 따라서, 망이 혼잡할 때 서비스 품질이 떨어지는 것, 즉 네트워크가 혼잡한 경우 QoS가 매우 나빠질 수 있는 문제점이 있다.
한편, 멀티미디어 서비스가 제대로 이루어지려면 손실과 지연이 소정의 범위 내에 있도록 보장해주는 메커니즘이 필요하다. 이러한 메커니즘의 구현을 위하 여 패킷의 우선순위 부여, 자원의 예약 등의 기능을 이용하게 되며, 이러한 기능을 가진 라우터와 운영체계는 이미 생산되고 있다. 그러나, MPEG에서는 이러한 메커니즘을 이용하는 것을 가정하지 않았으므로 이러한 기능을 이용할 수 없다. 따라서, 이러한 기능을 효과적으로 이용하기 위해서는 네트워크 자원과 멀티미디어 품질의 상관관계를 정량적으로 정의하는 값들에 대해 MPEG과 IETF간 합의가 이루어져야될 필요성이 있다.
이에 따라, MPEG과 IETF QoS 프로토콜이 효율적으로 호환되기 위해서 서로 교환해야하는 정보에 대한 종류와 정의를 통일하여 표준화해야하며, 정보를 교환하고 필요한 조치를 취하는 절차에 대한 표준이 마련되어야 한다. 교환해야하는 정보는 트래픽 기술자 (descriptor) 와 QoS 정보로 나누어진다. MPEG에서 트래픽 관련 기술자는 ISO/IEC 14496-1 MPEG-4 시스템에 있는 DecoderConfigDescriptor, QoS_Descriptor와 ISO/IEC 14496-6 MPEG-4 DMIF 시스템에 있는 QoS_metrics에서 찾아볼 수 있으며 (그러나, 이들간의 호환도 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다), 이들 트래픽 관련 기술자는 IETF의 표준인 RSVP의 Sender_Tspec과 FlowSpec에 있는 인자들과 일치하도록 통일되어야할 필요성이 있다.
또한, 현재의 인터넷 QoS 프로토콜이 널리 이용되기 위해서는 트래픽 기술자에 대한 정의 중에 정성적인 것들이 정량적인 것으로 바꾸어 줄 필요가 있다. 예를 들어, 인터넷에서 패킷의 우선순위가 8등급으로 되어있고, flow label이 트래픽의 특성을 결정할 수 있는 수단으로 정의되어 있지만 이를 이용하는 방법과 어떤 숫자가 얼마의 자원량을 예약하는지에 대해서는 완전하게 표준화되어 있지 않다.
한편, 현재 유선 인터넷에서는 월정액으로 과금이 되지만 앞으로 인터넷은 패킷단위로 과금이 될 것이며, 무선 인터넷에서는 이미 패킷단위로 과금이 되고 있다. 따라서, 전달하는 패킷수와 우선순위를 최소화하면서 미디어 품질은 유지할 수 있는 방법이 필요하다.
MPEG은 멀티미디어를 압축해서 저장하는 표준으로 시작했지만 이제 인터넷을 통해 실시간으로 전송되는 것이 가장 중요한 서비스가 되고 있다. 따라서, MPEG 트래픽 전송에 있어서 인터넷 프로토콜에서 가능한 모든 수단을 이용하여 차별화된 서비스를 받을 수 있는 방법을 모색할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MPEG 표준에서 IETF의 QoS 프로토콜을 사용할 수 있도록 표준의 일부를 수정하고 IETF 표준에서도 MPEG 표준과 네트워크 계층 레벨에서 서로 호환성을 가질 수 있도록 정량적인 인자들을 수정하여, MPEG의 트래픽 및 QoS 기술자 (descriptor) 와 QoS 제어 절차 등을 IETF QoS 프로토콜에 매핑함으로써 MPEG 미디어 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 MPEG 미디어 트래픽의 전송을 위해 대역폭과 버퍼를 경로상에 있는 라우터에 예약함으로써 망이 혼잡해지더라도 QoS를 보장 받을 수 있는 MPEG 미디어 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 예약을 할 때 우선순위와 예약하는 자원의 양 (대역폭, 버퍼 크기 등) 을 자유롭게 설정할 수 있으므로, 서비스 품질을 사용자가 사전에 결정할 수 있는 MPEG 미디어 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, MPEG 미디어 데이터 전송 장치에 있어서, MPEG의 압축된 미디어 리소스, 트래픽 인자 및 QoS 인자를 포함하는 MPEG 미디어 트래픽을 판독하여 이를 네트워크 계층에서 사용하는 인자와 매핑하는 QoS 인자 매핑부; 및 상기 매핑된 신호를 수신하여 MPEG 미디어 패킷을 실시간으로 송신하는 미디어 패킷 송수신부을 포함한다.
한편, 본 발명은, MPEG 미디어 데이터 전송 방법에 있어서, MPEG 압축 미디어 리소스, 트래픽 인자 및 QoS 인자를 포함하는 MPEG 미디어 트래픽을 판독하는 단계; 상기 판독된 MPEG 미디어 트래픽을 네트워크 계층에서 사용하는 인자와 매핑하는 단계; 및 상기 매핑된 신호를 이용하여 MPEG 미디어 패킷을 네트워크 상으로 전송하는 단계를 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 단말기 (102) 가 접속되어 있는 라우터에서만 예약 상황을 기억하는 RSVP/diffServ 프로토콜 방식을 사용하여 MPEG 미디어 데이터를 전송하는 것으로 한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 MPEG 단말기 (102) 는 네트 워크 제어부 (112), 호제어부 (114), QoS 인자 매핑부 (116), 미디어 패킷 송수신부 (118) 및 MPEG 미디어 처리부 (110) 를 포함하며, 네트워크 (104) 를 통해 상대방 MPEG 단말기 (106) 와 연결될 수 있고, 단대단 (end-to-end) 통신 (134) 을 통해 직접 상대방 MPEG 단말기 (106) 와 연결될 수도 있다.
호제어부 (114) 는 MPEG 단말기 (102, 106) 간의 호설정과 호제어를 담당한다. 상대방 단말기와 교환하는 제어신호인 호설정과 호제어 신호 (134) 를 통해 시간에 따라 변하는 단말기 능력 (capability) 에 대한 정보, 즉 서로의 인터넷 주소 및 포트번호, 서비스 선택, 터미널의 능력 교환 (capabilityExchange), 와 RTCP (Realtime Transmission Control Protocol) 를 이용한 단대단 (end-to-end) QoS 특정 인자 등을 교환하고, 사용자의 요구사항을 전달하게 된다. 이 때, 이러한 신호는 단대단 (end-to-end) 신호로서 네트워크에서는 읽을 필요가 없다. 한편, 이 신호에 포함된 정보 중에 필요한 것은 호제어부 (114) 에서 네트워크 제어부 (116) 로 전달되어 네트워크 제어 신호 (136) 에서 이용될 수 있게 한다. 예를 들면, MP4 파일에서 OD (object descriptor) 내용 중 일부는 네트워크에서 트래픽을 약속하는 정보로 이용될 수 있다.
QoS 인자 매핑부 (116) 는 MPEG 압축 미디어 리소스와 트래픽 인자 및 QoS 인자들을 읽고 네트워크 계층에서 사용하는 인자와 우선순위 (priority) 번호에 따라 매핑한다. 그리고, MPEG에서 사용하는 인자들 중에서 네트워크 자원 예약을 위해 필요한 인자 (미디어 스트림의 개수, 미디어 스트림별로 요구하는 자원의 양) 및 예약의 성사 여부를 나타내는 신호 (124) 를 호제어부 (114) 와 교환한다.
네트워크 제어부 (112) 는 MPEG 단말기 (202) 와 에지 라우터(204) 간의 호설정 및 호제어를 담당하며 (도 2 참조), 호설정과 호제어는 IETF 표준인 RSVP (Resource reSerVation Protocol) 프로토콜에 따라서 수행된다. 이 때, 네트워크 제어부 (112) 는 네트워크 (104) 와 자원을 예약하고 중간에 자원이 변경되는 것에 대한 정보에 대한 신호 (136) 를 교환한다. 이에 따라, MPEG-4 DMIF (14496-6) 에서는 RSVP에 따라서 호설정과 호제어를 하는 절차를 포함해야 한다. 그리고, MPEG-21에서도 호설정시 터미널간 능력교환 (capabilityExchange) 하는 절차는 터미널간뿐만 아니라 터미널과 네트워크간에까지 확대되어야 한다. 이 때, 호설정과 호제어를 위해 RSVP의 PATH 패킷과 RESV 패킷이 이용된다. 즉, PATH 패킷이 먼저 서버에서 클라이언트로 가면서 들르는 라우터마다 지원가능한 트래픽 양에 대해 확인한 후 클라이언트에 도착하면, 각 라우터에 대해 확인한 결과는 PATH에 적혀있게 되고, 이에 대해 클라이언트의 능력을 RESV 패킷에 적어 서버로 전송하게 되며, 이에 따라 서버는 RESV 패킷을 확인하여 서비스를 시작할 것인지를 결정하게 된다. 트래픽 인자의 구체적인 매핑방법은 이후 상세히 설명한다. 또한, 네트워크 제어부 (112) 는 MPEG 인자를 인터넷 표준에 맞는 인자로 매핑한 신호 및 예약의 성사 여부를 나타내는 신호 (122) 를 QoS 인자 매핑부 (116) 와 교환한다.
한편, MPEG 비디오를 IETF 프로토콜을 이용하여 송수신할 때 사용되는 우선순위는 데이터의 중요도에 의해서 결정된다. 예를 들어, MPEG 비디오에서는 인트라 프레임 또는 인트라로 코딩된 매크로 블록들은 단방향 예측 코딩된 것들보다 중요하며, 단방향 예측된 것은 양방향 예측 인코딩된 것보다 중요하다. 또한, 인트라 코딩에서는 DC 값이 DCT 계수보다 더 중요하며, 예측 코딩에서는 움직임 벡터 데이터가 DCT 계수보다 중요한 데이터이다. 그리고, 계층화된 비디오에서는 하부 계층이 상부 계층보다 더 중요한 데이터이다. 이렇게, 중요도에 따라 인터넷 IP 헤더의 DSCP 값을 다르게 설정한다. DSCP 값을 3비트를 이용하여 표시하면 중요도를 8등급을 하여 표시된다. MPEG-21의 트래픽 기술자의 우선순위 필드의 값은 DSCP와 같은 값으로 한다. 향후 인터넷에서는 우선순위에 따라 패킷 전송가격이 달라지게 될 것이다. 참고로, 3GPP에서는 우선순위를 6등급으로 나누어서 표시하고 있으며, MPEG과 IETF에서 사용하는 우선순위는 3GPP에서 사용되는 우선순위 값과 같은 의미를 가지고 있어야 할 것이다. 즉, 우선순위가 1인 경우가 가장 중요하고 숫자가 커질수록 우선순위가 떨어진다. 우선순위가 높을수록 라우터에서 우선적으로 처리되며, 우선순위가 낮은 패킷은 라우터 버퍼가 넘칠 때 우선적으로 버린다. 우선순위는 지연우선순위와 손실우선순위로 나눌 수 있으며, 예를 들어 TOS나 DSCP와 같이 3비트로 8개의 레벨로 구분할 때, 1, 2, 3은 손실우선순위의 등급으로, 4, 5, 6은 지연우선순위의 등급으로 사용할 수 있다.
미디어 패킷 송수신부 (118) 는 미디어 패킷 (138) 을 실시간으로 송수신하는 역할을 한다. 이 때, 미디어 패킷의 헤더에는 소정의 스트림 인식자를 넣는다. 예를 들어, 차세대 인터넷 (IPv6) 에서는 트래픽 클래스 (traffic class) 와 플로우 라벨 (flow label) 필드를 이용하여 스트림 인식자를 넣게 된다. 또 한, 미디어 패킷 송수신부 (118) 에서는 트랜스포트 계층의 QoS 제어방식인 FEC (Forward Erasure Correction) 와 인터리빙이 이루어진다.
그리고, 미디어 패킷 송수신부 (118) 에서는 RTP (Realtime Transmission Protocol) / RTCP (Realtime Transmission Control Protocol) 를 이용하여 네트워크의 패킷손실율 및 RTT (Round Trip Time) 를 측정하여 네트워크 제어부 (112) 를 통하여 호제어부 (114) 로 전송 (122, 124, 126) 하며, 이를 수신한 호제어부 (114) 에서는 네트워크 QoS의 변화에 따라 MPEG-21의 QoS 기능을 이용하여 QoS 변경을 위한 조치를 취한다. 한편, 수신측 또는 송신측에서 사용자가 QoS 변경을 요청하는 경우 호제어부 (114) 에서는 필요한 조치를 신호 (122, 124, 126) 를 통해서 미디어 패킷 송수신부 (118) 로 전송한다.
예를 들어, 야구 중계와 같은 실시간 라이브 서비스인 경우에는 MPEG 미디어 처리부 (110) 에도 제어 신호 (132) 가 전달된다. 이러한 제어 신호 (132) 는 미디어 스트림의 특성을 읽고 필요한 경우 트래픽 양의 변경을 요청하는 신호로, 이에 따라 MPEG 미디어 처리부 (110) 에서는 이중 리키 버킷 조건에 맞게 압축된 미디어 트래픽 (130) 을 생성한다. 이미 인코딩된 미디어를 스트리밍하는 서비스인 경우에는 MPEG 미디어 처리부 (110) 대신 파일 서버가 존재하며, 미디어를 선택하여 트래픽 쉐이핑을 하기 위해서 제어 신호 (132) 가 이용된다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 MPEG 단말기 및 QoS 프로토콜을 인지하는 라우터들에 대한 구성일예도시이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 에지 라우터 (204)는 MPEG 단말기 (202) 가 연결된 라우터이며 네트워크 (210) 로 들어가는 관문의 역할을 한다. 전체적으로 IETF 표준의 RSVP/diffServ 프로토콜을 기반으로 QoS 제어를 하므로, 에지 라우터 (204) 는 MPEG 단말기 (202) 가 보내는 RSVP 패킷을 읽고 내부 라우터로 포워딩 (forwarding) 한다. 네트워크 (210) 내에 대역폭관리기 (bandwidth broker) (208) 가 존재하면 호수락 여부를 문의할 수 있다. 대역폭관리기 (208) 는 트래픽 클래스별로 네트워크 점유정도를 합산하며, 에지 라우터 (204) 에서 요청시 가용한 자원의 양을 알려준다. 만약 요청한 자원이 가용한 범위를 넘어서면 호수락을 거부한다. 대역폭관리기 (208) 에는 실시간 서비스와 비실시간 서비스를 구분하고, 실시간 서비스에서는 서비스클래스의 등급을 구분한다. 이 때에도 가용한 자원을 에지 라우터 (204) 에 알려주어 에지 라우터 (204) 가 수정된 요청을 할 수 있게 한다. 호수락은 서비스별로 이루어지거나 하나의 서비스 내에 미디어 스트림별로 이루어진다. 호설정이 이루어지면 MPEG 단말기 (202) 는 미디어 패킷을 전송하게 되고, 이에 따라 에지 라우터 (204) 는 MPEG 단말기 (202) 로부터 도착한 미디어 패킷의 헤더에 적혀있는 정보를 읽고 스트림을 확인 (identification) 한 후, 미디어 패킷 헤더에 diffServ와 관련한 트래픽 클래스 (traffic class) 를 기입하여 포워딩한다. 만약, MPLS 프로토콜을 이용한다면 적절한 라벨을 붙인다. 한편, 대역폭 관리기 (208) 는 각 비트 스트림 별로 약속된 자원을 사용하고 있는지 여부를 판단하고, 스트림별로 과금계산을 한다. 과금계산에는 패킷의 개수, 패킷의 우선순위, 현재의 네트워크 혼잡도, 패킷의 크기, 보안 및 보호의 정도 등 변수들이 이용된다. 과금시 약속된 자원을 절약하여 사용하지 않은 부분에 대해서는 크레딧을 저장하며, 과금계산의 결과는 서비스 도중 수시로 MPEG 단말기에 알려주고 서비스가 끝난 후 최종적으로 결산하여 알려준다. 무선 인터넷인 경우에는 에지 라우터 (204) 가 홈 에이전트 (home agent) 와 엑세스 포인트 (access point) 로 구분된다. 홈 에이전트는 최초로 호설정을 한 에지 라우터를 말하며, 엑세스 포인트는 이동시 이동단말기가 속한 통화 셀의 기지국에 존재하는 에지 라우터를 말한다. 엑세스 포인트가 홈 에이전트로부터 서비스를 넘겨받아서 서비스가 중단되지 않고 이루어질 수 있도록 호제어를 계속하며, 홈 에이전트는 해당 서비스가 끝날 때까지 호제어를 지원한다. 이 때, 핸드오프가 일어날 경우 호끊김 (call drop)이 일어나지 않도록 신속하게 경로와 자원이 확보되어야 한다.
도 3 는 본 발명이 적용되는 이중 리키 버킷 알고리즘에 대한 개념도이다. 도 3 에 도시된 이중 리키 버킷 (leaky bucket) 알고리즘은 다음과 같다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 이중 리키 버킷은 [최대비트율 (p) (304), 제 1 버퍼크기 (bp) (306)], [보장비트율 (r) (308), 제 2 버퍼크기 (b) (310)] 의 4개의 인자로 정의된다. 가변 비트율 트래픽 (302) 에 대한 비트율은 일정한 시간 간격 내에서 평균한 비트율의 최대 허용치 및 허용치를 넘을 데이터를 버퍼에 저장할 때 넘치지 않을 최소 버퍼의 크기로 정의된다. 첫 번째 리키 버킷의 비트율은 보통 수 십 ms이내의 짧은 시간 간격으로 평균을 내었을 때, 해당 미디어의 최대 평균 비트율 (304) 을 의미하며, 이 평균비트율로 전송을 하고 이 비트율이 넘을 때는 버퍼에 저장했다가 전송한다고 할 때 버퍼가 넘치지 않는 최소의 버퍼크기가 제 1 버퍼크기 (306) 가 된다. 304와 306은 도 6에서 각각 p와 bp에 해당한다. 두 번째 리키 버킷의 비트율은 보통 100∼200 ms이내의 긴 시간 간격으로 평균을 내었을 때 해당 미디어의 최대 평균 비트율 (308) 을 의미하며, 이 평균 비트율로 전송을 하고 이 비트율이 넘을 때는 버퍼에 저장했다가 전송한다고 할 때 버퍼가 넘치지 않는 최소의 버퍼 크기가 제 2 버퍼 크기 (310) 가 된다. 308와 310은 도 6에서 각각 r와 b에 해당한다.
단말기가 호설정시나 호제어시 호수락을 하는 조건은 모든 실시간 트래픽들의 p값의 합이 링크의 최대 대역폭을 넘지 않도록 해야 한다는 것이다. 실시간 트래픽의 p에서 r값을 뺀 p-r 만큼의 대역폭은 비실시간 서비스를 위해서 사용할 수 있다.
MPEG 미디어의 압축과 트랜스코딩에 대해서 기존의 고정 비트율 제어가 아닌 QoS 프로토콜에서 사용하고 있는 이중 리키 버킷 기반의 비트율 제어가 이루어진다. 그러나, 현재 MPEG의 트래픽 기술자는 이러한 이중 리키 버킷과 호환성이 없으므로, MPEG 트래픽 기술자들을 [p, bp], [r, b]과 호환되도록 변경해주어야 한다. 이러한 변경에 대해서는 이후 상세히 설명한다.
도 4 는 본 발명에 따른 변경된 MPEG-21 파일 포맷 및 QoS 변경 명령 패킷 포맷이다. MPEG 미디어 데이터 디코딩 프로그램과 트랜스코딩 프로그램은 압축된 미디어 데이터와 함께 또는 따로 전송될 수 있다. 도 4 에 도시된 MPEG-21 파일 포맷은 디코딩 프로그램과 트랜스코딩 프로그램 (401, 402) 이 끼워넣어진 구조를 보여주며, 디코딩 프로그램과 트랜스코딩 프로그램 (401, 402) 은 QoS 신호와 함께 전송될 수도 있다. 이 프로그램들은 신뢰도가 있는 프로토콜 (예: TCP)로 전송되는 것이 바람직하다. 또한, 프로그램이 자바 언어로 되어있으면 컴퓨터의 종류에 상관없이 실행 파일에 끼워 넣기가 가능하다. 이 프로그램들에 사용되는 알고리즘은 표준을 따르지 않고, 해당 미디어 특성에 맞게 이용자가 임의로 만든 알고리즘이라도 상관없으나, 임의의 알고리즘이라는 것을 인식하는 기술자가 MPEG에 포함되어야 한다.
도 5 는 MPEG에서 바꿀 수 있는 후보 인자들을 다른 표준에서의 관련있는 인자들과 비교해 놓은 표이다. 예를 들어, 비동기 전송 모드 (ATM) 에서는 [p, bp] = [PCR, CDVT], [r, b] = [SCR, BT+CDVT] 와 같이 대응되며, 3GPP의 UMTS (유럽식 IMT-2000 표준) 에서는 [p, bp] = [maximum bitrate, maximumSDUsize], [r, b] = [guaranteed bitrate, k * maximumSDUsize] 와 같이 대응된다. RSVP의 Sender_Tspec에서는 [p, bp] = [peak rate, maxPacketSize], [r, b] = [tokenBucketrate, tokenBucketSize]와 같이 대응된다.
한편, MPEG-4 시스템 (ISO/IEC 14496-1) 과 관련하여, 바꿀 수 있는 후보 인자들로는 DecoderConfigDescrTag와 QoS_Descriptor가 있다. DecoderConfigDescrTag에서는 bufferSizeDB, maxBitrate, avgBitrate가 있는데, maxBitrate는 최대비트율 (p)에 대응하지만, 나머지 3인자 bp, r, b는 bufferSizeDB와 avgBitrate에서 유도할 수 없다. QoS_Descriptor에는 MAX_AU_SIZE, AVG_AU_SIZE, MAX_AU_RATE 등이 가장 관련있는 후보 인자들이지만 p, bp, r, b와 호환성이 보장되려면 변수의 정의를 수정해야 한다. 그리고, MPEG-4 DMIF (ISO/IEC 14496-6) 의 QoS_mtrics도 PIORITY, MAX_AU_SIZE, AVG_BITRATE, MAX_BITRATE로 이루어져 있으나, 이 또한 p, bp, r, b와 호환성이 없다. 따라서, 현재의 MPEG-4의 DecoderConfigDescrTag와 QoS_Descriptor와 QoS_metrics 인자들을 p, bp, r, b와 의미가 같은 인자들로 바꾸어야 한다. 한편, MPEG-21 DIA의 NetworkCondition 기술자는 AvailableBandwidth, minimum. maximum, average, interval 등 인자들을 포함하고 있으나, 이들 기술자들도 p, bp, r, b와 의미가 같은 인자들로 바꾸어야 한다. 이는 MPEG 표준을 변경해야 하는 것으로, 이러한 MPEG 기술자들에 대한 RSVP 인자들로의 매핑에 대해서는 아래의 실시예에서 언급하도록 한다.
한편, MPEG, IETF 및 3GPP 트래픽 기술자가 모두 p, bp, r, b로 통일 된다면 도 1 에 도시된 호제어부 (114) 는 QoS 인자 매핑부 (116) 를 거치지 않고 바로 네트워크 제어부 (112) 와 연결될 수 있다.
우선순위에 대해서도 인자들의 정의와 정량적인 의미가 통일되어야 한다. 3GPP UMTS에서 사용하는 6단계 우선순위로 통일하는 것이 한 방법이다. 6단계는 지연 우선 순위 3단계와 손실 우선 순위 3단계로 나눌 수 있다. 비디오 전송의 경우 DC 값, 움직임 벡터값, 인트라 프레임, 기본 계층 (base layer) 데이터는 손실우선순위를 높여서 네트워크 혼잡(congestion)시에도 전송이 보장되도록 한다. 화상회의, 영상전화, 라이브 방송같은 서비스는 지연우선순위를 높여서 지연이 적어지도록 한다.
실시예
트래픽 기술자 매핑을 위해서 이미 인코딩된 미디어 트래픽에 대해서는 p, bp, r, b 인자들을 계산할 수 있다. 만일 고정 비트율 트래픽이라면 p = r = 평균 비트율이고, bp = b = 0이다. 인코딩된 가변 비트율 미디어 트래픽에서는 리키 버킷 테스트를 이용하여 비트율과 버퍼크기가 1:1로 대응하는 상관관계를 구할 수 있다. 이 상관관계는 세로축은 버퍼크기, 가로축은 비트율인 그래프로 표시될 수 있으며, 도 6 에 도시되어 있다. 이 그래프는 미디어 스트림마다 다르게 나타나지만 항상 단조 감소하는 그래프이다. 따라서, 평균 비트율보다 크고 최대 비트율보다 작은 비트율 범위에서 구한 버퍼 크기 그래프를 비트 스트림 헤더 또는 MP4 파일 포맷에서 OD에 저장해놓으면 p, bp, r, b 값을 상황에 맞게 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 보장 비트율 r은 p와 평균 비트율 사이의 값으로 결정된다. 한편, 이중 리키 버킷이 더 일반적이지만 p와 r을 같게 하고, bp와 b를 같게 놓으면 단일 리키 버킷으로 표시하는 것과 같다.
한편, 라이브 서비스인 경우에는 정해진 이중 리키 버킷 제한 조건을 만족하도록 미디어를 실시간으로 인코딩하고, 트랜스코딩할 수 있어야 한다 (그러나, 인코딩 알고리즘과 트랜스코딩 알고리즘은 MPEG에서의 표준화의 대상이 아니다). 비디오 데이터의 경우 인코딩한 프레임의 최대 크기를 정해놓고 이를 프레임 시간 (1초에 20프레임이면 50ms) 으로 나눈 것을 p로 할 수 있다. 버퍼크기 bp는 p를 프레임 시간으로 곱한 것의 5% 정도로 하면 적당하다. GOP (group of pictures, 보통 10-15 프레임이므로 0.2-0.5초 정도) 의 평균 비트율을 r로 한다. 버퍼크기 b는 r을 GOP 시간으로 곱한 것의 5% 정도로 하면 적당하다. GOP는 연속되므로, 인코딩 또는 트랜스코딩시 누적된 버퍼량이 b를 넘지 않도록 하기 위해 서, 양자화 값을 제어하거나, 매크로블록을 건너뛰거나, 프레임을 건너뛰는 (frame skip) 방법을 사용한다. 만일 비디오 시퀀스가 단순하여 평균 비트율 r로 했을 때 지나치게 양자화 인덱스, 즉 Q값이 작아진다면 소정의 값 이하 (바람직하게는, Q≤4) 로 Q값을 내리지 않는다. 이렇게 함으로써, 비트율이 평균 비트율보다 훨씬 떨어지게 되어 그만큼 패킷전송 비용을 절약할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, MPEG 미디어 데이터를 IETF QoS 프로토콜을 이용하여 전송함으로써 MPEG 미디어 데이터를 네트워크 상황에 맞게 효율적으로 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, MPEG 미디어 데이터를 패킷 단위로 인터넷을 통해 전송함으로써 우선순위에 따른 차별적인 전송이 가능하여 효율적으로 멀티미디어 서비스가 이루어지며 또한 과금이 이루어질 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 지불하는 만큼 좋은 서비스를 받을 수 있게 되어 인터넷 시장을 더욱 활성화시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않으며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능함은 물론이고, 그와 같은 변형은 본 발명의 특허청구범위 내에 있을 것이다.

Claims (18)

  1. MPEG 미디어 데이터 전송 장치에 있어서,
    MPEG 압축된 미디어 리소스, 트래픽 인자 및 QoS 인자를 포함하는 MPEG 미디어 트래픽을 판독하여 이를 네트워크 계층에서 사용하는 인자와 매핑하는 QoS 인자 매핑부; 및
    상기 매핑된 신호를 수신하여 MPEG 미디어 패킷을 상기 네트워크 상으로 실시간으로 송신하는 미디어 패킷 송수신부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    타 MPEG 미디어 데이터 전송 장치와의 호설정 및 호제어를 수행하며, 타 MPEG 미디어 데이터 전송 장치 사용자로부터의 QoS 변경 요청 또는 상기 네트워크 환경의 변화 등에 따른 QoS 변경 요청을 수신하여 상기 수신된 QoS 변경 요청을 상기 QoS 인자 매핑부를 거쳐 상기 미디어 패킷 송수신부로 전송하는 호제어부; 및
    상기 미디어 패킷 송수신부로부터의 제어 신호에 따라 변경된 MPEG 미디어 트래픽을 생성하는 MPEG 미디어 처리부를 더 포함하며,
    상기 미디어 패킷 송수신부는 상기 호제어부로부터의 QoS 변경 요청을 수신하여 MPEG 미디어 처리부로 상기 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변경된 MPEG 미디어 트래픽은 이중 리키 버킷 조건에 따라 인코딩하여 생성되는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이중 리키 버킷은 최대비트율, 제 1 버퍼크기, 보장비트율, 제 2 버퍼크기의 4개의 인자로 표시되는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 MPEG 미디어 트래픽이 MPEG 인코딩된 미디어 트래픽인 경우,
    고정 비트율 미디어 트래픽에 대해서 상기 최대비트율과 보장비트율은 평균 비트율과 동일하게 결정되고, 상기 제 1 버퍼크기 및 제 2 버퍼크기는 0으로 결정되며,
    가변 비트율 미디어 트래픽에 대해서 상기 최대비트율과 상기 제 1 버퍼크기 및 상기 보장비트율과 상기 제 2 버퍼크기가 각각 대응되며, 상기 보장 비트율은 상기 최대비트율과 평균비트율 사이의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 최대비트율과 상기 제 1 버퍼크기 및 상기 보장비트율과 상기 제 2 버퍼크기에 대한 대응관계를 상기 MPEG 미디어 트래픽의 헤더에 포함시키는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 MPEG 미디어 트래픽이 실시간 비디오 트래픽인 경우,
    상기 최대비트율은 인코딩할 프레임의 최대 크기를 프레임 시간으로 나눈 값으로, 상기 제 1 버퍼크기는 상기 최대비트율에 프레임 시간을 곱한 값의 5% 값으로, 상기 보장비트율은 GOP (group of pictures) 의 평균 비트율로, 그리고 상기 제 2 버퍼크기는 상기 보장비트율을 GOP 시간으로 곱한 것의 5% 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MPEG 미디어 패킷에 상기 변경된 MPEG 미디어 트래픽을 디코딩하기 위한 프로그램과 트랜스코딩 프로그램을 추가하여 상기 네트워크 상으로 전송하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 계층에서 사용하는 인자는 IETF 표준과 호환성이 있는 패킷 우선순위와 IETF QoS 프로토콜 인자인 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전 송 장치.
  10. MPEG 미디어 데이터 전송 방법에 있어서,
    MPEG 압축 미디어 리소스, 트래픽 인자 및 QoS 인자를 포함하는 MPEG 미디어 트래픽을 판독하는 단계;
    상기 판독된 MPEG 미디어 트래픽을 네트워크 계층에서 사용하는 인자와 매핑하는 단계; 및
    상기 매핑된 신호를 이용하여 MPEG 미디어 패킷을 상기 네트워크 상으로 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    타 사용자에 의한 요청 또는 상기 네트워크 환경 변화에 따른 QoS 변경 요청에 따라 변경된 MPEG 미디어 트래픽을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 변경된 MPEG 미디어 트래픽은 이중 리키 버킷 조건에 따라 인코딩하여 생성되는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이중 리키 버킷은 최대비트율, 제 1 버퍼크기, 보장비트율, 제 2 버퍼크기의 4개의 인자로 표시되는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 MPEG 미디어 트래픽이 MPEG 인코딩된 미디어 트래픽인 경우,
    고정 비트율 미디어 트래픽에 대해서 상기 최대비트율과 보장비트율은 평균 비트율과 동일하게 결정되고 상기 제 1 버퍼크기 및 제 2 버퍼크기는 0으로 결정되며,
    가변 비트율 미디어 트래픽에 대해서 상기 최대비트율과 상기 제 1 버퍼크기 및 상기 보장비트율과 상기 제 2 버퍼크기가 각각 대응되며, 상기 보장 비트율은 상기 최대비트율과 평균비트율 사이의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 최대비트율과 상기 제 1 버퍼크기 및 상기 보장비트율과 상기 제 2 버퍼크기를 결정하기 위해 필요한 비트율과 버퍼크기에 대한 대응관계를 상기 MPEG 미디어 트래픽의 헤더에 포함시키는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 MPEG 미디어 트래픽이 실시간 비디오 트래픽인 경우,
    상기 최대비트율은 인코딩할 프레임의 최대 크기를 프레임 시간으로 나눈 값으로, 상기 제 1 버퍼크기는 상기 최대비트율에 프레임 시간을 곱한 값의 5% 값으로, 상기 보장비트율은 GOP (group of pictures) 의 평균 비트율로, 그리고 상기 제 2 버퍼크기는 상기 보장비트율을 GOP 시간으로 곱한 것의 5% 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  17. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MPEG 미디어 패킷에 상기 변경된 MPEG 미디어 트래픽을 디코딩하기 위한 프로그램과 트랜스코딩 프로그램을 추가하여 상기 네트워크 상으로 전송하는 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 네트워크 계층에서 사용하는 인자는 IETF QoS 프로토콜 인자인 것을 특징으로 하는 MPEG 미디어 데이터 전송 방법.
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