KR100584394B1

KR100584394B1 - 실시간 네트워크 감시에 의한 보코더 파라미터 제어 방법

Info

Publication number: KR100584394B1
Application number: KR1019980061021A
Authority: KR
Inventors: 조준우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2006-08-30
Also published as: KR20000044522A

Abstract

본 발명은 인터넷망에서 실시간 데이터 전송/제어 프로토콜을 이용하여 네트워크 상태를 실시간으로 모니터링하고, 모니터링된 네트워크 상태에 따라 각 보코더 파라미터를 제어하여 최적의 서비스 품질을 제공한다.

Description

실시간 네트워크 감시에 의한 보코더 파라미터 제어 방법

본 발명은 인터넷 폰의 음성 데이터를 처리하는 시스템에 관한 것으로, 특히 음성 품질의 향상을 위해 보코더 파라미터를 제어하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 인터넷 폰(Internet Telephone)은 인터넷망을 이용하여 전화 서비스를 제공하는 것이다. 이러한 인터넷 폰은 대역폭이 보장되지 않는 인터넷망을 이용하여 공중망과 가까운 서비스 품질을 제공하는 것이 가장 큰 과제이다.

일반적으로 인터넷 폰에서 서비스 품질은 네트워크 상태와 인터넷 폰 시스템 자체의 실행에 크게 좌우하게 된다. 이러한 서비스 품질의 향상에 필요한 보코더 제어 파라미터(vocoder parameter)는 싸일런스 서프레션(silence_suppression)유/무, 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size), 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate), 프레임 사이즈(Frame_size)의 4가지로 대별될 수 있다. 여기서 프레임 사이즈(Frame_size)는 IP 네트워크의 실행에 부담을 덜 주기 위하여 음성 패킷이 발생될때마다 송신하는게 아니라 음성 패킷을 모아서 보내는 크기를 말한다. 그리고, 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size)는 IP 네트워크의 속성인 지연과 패킷 손실(packet_loss)에 대처하기 위해서 미리 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size)만큼 버퍼링해서 수신하게 되면, 동기를 맞추는데 도움이 되므로 소리가 뚝뚝 끊기는 현상을 완화시킬 수 있다.

하지만, 이러한 4가지 파라미터들은 각각 독립적으로 사용되며, 서로 융화되지 못하는 문제점이 있다.

그리고, 현재 시판되고 있는 인터넷 폰 제품은 도 1에 도시된 것과 같이 대부분 음성 제어 파라미터를 고정하고 있으므로 음성 제어 파라미터를 제어할 수 없다.

예를 들어, 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate)를 높이고, 싸일런스 서프레션(silence_suppression)을 하지 않으면, 매순간의 음질은 깨끗하게 또렷해지나 네트워크상에서 많은 양의 데이터를 송수신해야 하므로 트래픽이 생길 때 지연이 늘어나고 실행이 떨어진다. 한편, 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate)를 낮추고, 싸일런스 서프레션(silence_suppression)을 하게 되면, 반대의 현상이 생긴다.

통계적으로 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate)과 싸일런스 서프레션(silence_suppression)유/무에 따라 양호한 네트워크 상황에서는 음질에 현저한 차이를 보인다.

따라서, 본 발명의 목적은 실시간 네트워크를 모니터링하여 네트워크 상태를 파악하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 실시간으로 변동하는 네트워크 상황에 최적인 보코더 파라미터를 제어하는 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 네트워크 상태에 따른 트래픽 정도를 단계별로 수치화한 네트워크 상태 데이터베이스를 가지는 시스템에서 보코더 파라미터를 제어하는 방법에 있어서, 인터넷망에서의 실시간 데이터 전송/제어 프로토콜을 이용하여 네트워크 상태를 실시간 모니터링 하는 과정과, 상기 네트워크상태 데이터베이스를 통해 상기 모니터링 된 네트워크 상태의 단계를 판단하는 과정과, 상기 판단된 네트워크 상태의 단계에 따라 음질 및 지연 요소 중 적어도 하나에 가중치를 준 보코더 파라미터들을 도출하는 과정과, 상기 도출된 보코더 파라미터들에 따라 송수신 패킷의 파라미터를 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 네트워크 모니터링 과정에서는 인터넷망에서의 실시간 데이터 전송/제어 프로토콜인 알티피/알티씨피(RTP/RTCP)의 헤더 필드(header_field)인 타임 스탬프(time_stamp), 패킷 시퀀스 넘버(packet_sequence_number)를 이용하여 네트워크 상태를 실시간으로 모니터링한다. 이때 타임 스탬프(time_stamp)에 의해 엔드 투 엔드(End_to_End)간의 통신 지연을 측정하고, 패킷 시퀀스 넘버(packet_sequence_number)에 의해 아웃 오브 스퀀스(out_of_sequence)와 패킷 로스(packet_loss)를 측정한다. 여기서, 네트워크 상황을 트래픽이 심하다/아니다라고 단순하게 구분하는 것이 아니라 통계 및 표본 조사와 시뮬레이션을 통해 트래픽 정도를 수치화하여 데이터베이스를 확보한다. 예를 들어, 트래픽 정도는 10단계로 구분할 수도 있다.

이렇게 모니터링된 네트워크 상황이 정해진 단계중 최악이면, 지연 요소만 고려된 보코더 파라미터를 산출한다. 여기서 산출된 파라미터들은 각각 싸일런스 서프레션(silence_suppression) 유, 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size) 최대, 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate) 최소, 프레임 사이즈(Frame_size) 최대이다. 한편, 네트워크 상황이 정해진 단계중 최고 양호하면, 위와 반대의 파라미터들을 산출한다.

이처럼 본 발명은 상기한 최적화단계에 의해 얻어지는 파라미터들인 싸일런스 서프레션(silence_supression)유/무, 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size), 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate)를 현재 네트워크 상황에 가장 최적인 보코더 제어를 수행하여 대역폭이 보장되어 있지 않는 인터넷상에서의 서비스 품질을 향상시키고자한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 인터넷 폰 서비스를 수행하기 위한 네트워크를 실시간으로 감시하여 보코더 파라미터를 제어하는 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 실시간 네트워크에 의한 보코더 파라미터를 제어하는 시스템의 동작을 설명한다. 먼저, 본 발명에 따른 통계 데이터베이스(200)는 코덱 비트 레이트(codec_bit_rate), 프레임 사이즈(frame_size), 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size), 싸일런스 서프레션(silence_suppression)유/무의 파라미터에 대해 음질, 지연, 패킷 손실, 아웃 오버 시퀀스(out_of_sequence)에 대한 만족도 통계치를 데이터베이스화한다. 네트워크 모니터(210)는 H.323 어플리케이션(130)으로부터 타임 스탬프(Time_Stamp)와 패킷 시퀀스 넘버(Packet_Sequence_number)를 입력받아 실시간으로 네트워크 상황을 감시하고, 통계 데이터베이스(200)의 데이터베이스를 근거로 네트워크 상황을 판단한다. 즉, 네트워크 모니터(210)는 RTP 헤더의 타임 스탬프(Time_Stamp)로 지연을 측정하고, RTP 헤더의 시퀀스 넘버(Sequence_number)로 아웃 오버 시퀀스(out_of_sequence)를 측정하므로써 네트워크의 상황을 파악한다. 최적화추론기(220)는 가중치 목적 함수를 이용하여 현재의 네트워크 상황에 가장 적절한 음성 제어 파라미터를 도출한다. 즉, 최적화추론기(220)는 현재의 네트워크 상황에 따라 네트워크에 부하가 많을때에는 매순간의 음질(momentary_quality)은 안 좋아지더라도 지연을 향상시키는 방향으로 또는 네트워크에 부하가 적을때에는 매순간의 음질을 좋게하는 방향으로 가중치를 산정하여 보코더 제어 파라미터를 구한다. 보코더 파라미터 제어기(230)는 송수신되는 패킷의 파라미터를 제어한다.

여기서 보고더 파라미터는 싸일런스 서프레션(silence_suppression)유/무, 코덱 비트 레이트(codec_bit_rate), 프레임 사이즈(Frame_size), 지터 버퍼링 사이즈(jitter_buffering_size)이다. 상기 싸일런스 서프레션(silence_suppression)유/무는 보코더 드라이버(vocoder dirver;110)에 입력되어 보코더 프로세스(vocoder processor;100)를 제어함으로써 수행된다. 상기 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate)는 보코더 드라이버(110)에 입력되어 보코더 프로세스(100)를 제어함으로써 수행된다. 이때, 코덱 비트 레이트(codec_bit_rate)에 따른 음질과 지연은 도 4에 도시된 것과 같이 서로 상반된 특성은 나타낸다. 상기 프레임 사이즈(Frame_size)는 RTP/RTCP 엔코더(120)에 입력되어 보코더 프로세스(100)를 제어함으로써 수행된다. 이러한 프레임 사이즈(frame_size)에 따른 음질과 지연도 역시 도 5에 도시된 것과 같이 서로 상반된 특성을 나타낸다. 다시 말하면, 음질과 지연은 코덱 비트 레이트(codec_bit_rate), 프레임 사이즈(frame_size)의 증감에 따라 상반된 특성을 보인다. 상기 지터 버퍼링 사이즈(jitter_buffering_size)는 지터 버퍼(jitter_buffer:150)에 지터 버퍼링 사이즈(jitter_buffering_size)만큼 버퍼링을 해서 디코딩한 음성 패킷을 PCM 하이웨이상으로 보낸다.

이하 본 발명에 따른 최적화추론기의 연산을 설명한다.

먼저, 각 파라미터는 다음과 같이 정의한다.

x1 Frame_size

x2 Codec_bit_rate

x3 jitter_buffer_size

x4 silence_suppression 유/무

각 제약 조건식은 다음과 같이 정의된다.

K1_min ≤ x1 ≤ K1_max (식1)

K2_min ≤ x2 ≤ K2_max (식2)

K3_min ≤ x3 ≤ K3_max (식3)

각 목적함수는 다음과 같다.

F1(x1) : x1에 대한 지연의 만족도 함수

F1(x2) : x2에 대한 지연의 만족도 함수

F1(x3) : x3에 대한 지연의 만족도 함수

F2(x1) : x1에 대한 momentary_quality의 만족도 함수

F2(x2) : x2에 대한 momentary_quality의 만족도 함수

F2(x3) : x3에 대한 momentary_quality의 만족도 함수

네트워크상황 판단 데이터베이스의 변수는 다음과 같다.

t1 : End1 point의 time_stamp

t2 : End2 point의 time_stamp

|Seq| : 원하는 Packet_sequence_number와 수신된 Packet_sequence_number의 차이

T_delay : | t1 - t2 |에 기인한 지연

S_delay : |Seq|에 기인한 지연

T1_min ≤ | t1 - t2 | ≤ T1_max : T_delay 최고양호 (T_delay 1단계)

·

Tn_min ≤ | t1 - t2 | ≤ Tn_max : T_delay 최악 (T_delay n단계)

S1_min ≤ | Seq | ≤ S1_max : S_delay 최고양호 (S_delay 1단계)

·

Sn_min ≤ | Seq | ≤ Sn_max : S_delay 최악 (S_delay n단계)

| t1 - t2 | + | Seq |로 네트워크의 트래픽을 n개의 단계로 파악

최종 목적 함수(사용자의 종합 만족도)

네트워크 트래픽 1단계(최고 양호)

μ(x1,x2,x3) = Max { F2(x1) + F2(x2) + F2(x3)} ∧ (식1) (식2) (식3)

네트워크 트래픽 2단계

μ(x1,x2,x3) = Max {((n-1)/n)( F2(x1) + F2(x2) + F2(x3)) + (1/n)(F1(x1) + F1(x2) + F1(x3))} ∧ (식1) (식2) (식3)

·

네트워크 트래픽 중간단계

μ(x1,x2,x3) = Max {(1/2)( F2(x1) + F2(x2) + F3(x3)) + (1/2)(F1(x1) + F1(x2) + F1(x3))} ∧ (식1) (식2) (식3)

·

네트워크 트래픽 마지막 단계(최악)

μ(x1,x2,x3) = Max { F1(x1) + F1(x2) + F1(x3)} ∧ (식1) (식2) (식3)

이와 같이 본 발명은 네트워크 트래픽이 최고 양호한 경우 싸일런스 서프레션(Silence_Suppression) 파라미터를 디스에이블(disable) 상태로 하고, 네트워크 트래픽이 점차 악화되어 중간 단계부터 싸일런스 서프레션(Silence_Suppression) 파라미터를 인에이블(enable) 상태로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 보코더 파라미터를 제어하기 위한 절차를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 보코더 파라미터를 제어하는 방법을 설명한다. 제(300)단계에서 패킷을 수신하면, 제(310)단계에서 네트워크 모니터(210)는 네트워크 상태를 모니터링한다. 제(320)단계에서 네트워크 모니터(210)는 통계 데이터베이스(200)로부터 네트워크 상태에 따른 경우를 판단 및 도출한다. 제(330)단계에서 최적화추론기(220)는 네트워크 모니터(210)에서 도출된 경우에 따른 가중치 목적함수를 실시한다. 이때, 최적 보코더 파라미터(vocoder parameter)를 도출하게 된다.

제(340)단계에서 보코더 파라미터 제어기(230)는 RTP/RTCP엔코더(120)를 제어하여 최적화추론기(220)로부터 상기 가중치 목적함수의 실시에 의해 구해진 보코더 파라미터에 의해 프레임 사이즈(frame_size)에 따라 엔코딩된 패킷(encoding packet)을 네트워크 전송한다.

제(350)단계에서 보코더 파라미터 제어기(230)는 RTP/RTCP디코더(140)를 제어하여 상기 가중치 목적함수의 실시에 의해 구해진 보코더 파라미터에 의해 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size)에 따라 디코딩(decoding)된 패킷을 지터 버퍼링(jitter buffering)한다.

제(360)단계에서 보코더 파라미터 제어기(230)는 네트워크 상태가 양호한지의 여부를 판단한다. 상기 네트워크 상태가 양호한 것으로 판단되면, 제(370)단계에서 보코더 파라미터 제어기(230)는 싸일런스 서프레션 디스에이블(silence suppression disable)시킨다. 이와 달리, 상기 네트워크 상태가 양호하지 않은 것으로 판단되면, 제(380)단계에서 보코더 파라미터 제어기(230)는 싸일런스 서프레션 인에이블(silence supperession enable)시킨다. 제(390)단계에서 패킷을 전송한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 대역폭이 보장되지 않는 인터넷망을 이용한 음성 전송시에 시시각각으로 변동하는 네트워크의 타임 스탬프(time_stamp)와 패킷 스퀀스 넘버(Packet_Sequence_number)를 피드백받아 현재의 네트워크 상황을 판단하고, 미리 산정된 데이터베이스에 의해서 최적화 추론을 거쳐 현재 네트워크 상황하에서의 가장 최적인 보코더 제어 파라미터를 도출하여 최적의 서비스 품질을 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 인터넷 폰 서비스를 수행하기 위한 네트워크의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 인터넷 폰 서비스를 수행하기 위한 네트워크 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보코더 파라미터를 제어하기 위한 절차도.

도 4는 코덱 비트 레이트에 따른 음질과 지연의 만족도를 나타내는 도면.

도 5는 프레임 크기 변환에 따른 음질과 지연의 만족도를 나타내는 도면.

Claims

네트워크 상태에 따른 트래픽 정도를 단계별로 수치화한 네트워크 상태 데이터베이스를 가지는 시스템에서 보코더 파라미터를 제어하는 방법에 있어서,

인터넷망에서의 실시간 데이터 전송/제어 프로토콜을 이용하여 네트워크 상태를 실시간 모니터링 하는 과정과,

상기 네트워크 상태 데이터베이스를 통해 상기 모니터링 된 네트워크 상태의 단계를 판단하는 과정과,

상기 판단된 네트워크 상태의 단계에 따라 음질 및 지연 요소 중 적어도 하나에 가중치를 준 보코더 파라미터들을 도출하는 과정과,

상기 도출된 보코더 파라미터들에 따라 송수신 패킷의 파라미터를 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 모니터링 과정은

인터넷망에서의 실시간 데이터 전송/제어 프로토콜인 알티피/알티씨피(RTP/RTCP) 헤더 필드(header_field)인 타임 스탬프(time_stamp), 패킷 시퀸스 넘버(packet_sequence_number)를 이용하여 네트워크 상태를 실시간 모니터링 함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제2항에 있어서, 상기 모니터링 과정은

상기 타임 스탬프에 의해 종단(end-to-end)간의 통신 지연을 측정하는 것을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제2항에 있어서, 상기 모니터링 과정은

상기 패킷 시퀀스 넘버에 의해 아웃 오버 스퀀스와 패킷 로스를 측정하는 것을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 도출 과정은

상기 모니터링된 네트워크 상태가 데이터베이스화 된 단계중 최악이면, 지연 요소만 고려된 보코더 파라미터를 산출하는 단계와,

상기 모니터링된 네트워크 상태가 데이터베이스화 된 단계중 중간단계이면 상기 통신 지연 요소 및 음질 요소 각각에 가중치를 둔 보코더 파라미터를 산출하는 단계와,

상기 모니터링된 네트워크 상태가 데이터베이스화 된 단계중 최상이면 통신 지연 요소만 고려된 보코더 파라미터를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 지연 요소만 고려된 보코더 파라미터들은,

싸일런스 서프레션(silence_suppression) 유, 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size) 최대, 코덱 비트 레이트(Codec_bit_rate) 최소, 프레임 사이즈(Frame_size) 최대로 제어되는 것을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
네트워크 상태에 따른 트래픽 정도를 단계별로 수치화한 네트워크 상태 데이터베이스를 가지는 시스템에서 보코더 파라미터를 제어하는 방법에 있어서,

인터넷망에서의 실시간 데이터 전송/제어 프로토콜을 이용하여 네트워크 상태를 실시간 모니터링 하는 과정과,

상기 네트워크 상태 데이터베이스를 통해 상기 모니터링 된 네트워크 상태의 단계를 판단하여, 상기 판단된 네트워크 상태의 단계에 따라 음질 및 지연 요소 중 적어도 하나에 가중치를 준 보코더 파라미터들을 도출하는 과정과,

패킷 수신 시 상기 패킷을 상기 도출된 보코더 파라미터에 따른 지터 버퍼 사이즈(jitter_buffer_size)만큼 버퍼링 하여 수신하는 과정과,

패킷 송신 시 상기 패킷을 상기 도출된 보코더 파라미터에 따른 프레임 사이즈(frame_size)로 네트워크 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 도출 과정은

상기 네트워크의 상태가 부하가 많은 것으로 판단되면 매순간의 음질은 안 좋아지더라도 지연을 향상시키는 방향으로 가중치를 산정하여 보코더 파라미터를 도출함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 도출 과정은

상기 네트워크의 상태가 부하가 적은 것으로 판단되면 매순간의 음질을 좋게 하는 방향으로 가중치를 산정하여 보코더 파라미터를 도출함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.
제7항에 있어서,

상기 모니터링된 네트워크의 상태가 양호한 것으로 판단되면, 싸일런스 서프레션(silence suppression) 디스에이블시키는 과정과,

상기 모니터링된 네트워크의 상태가 양호하지 않은 것으로 판단되면, 싸일런스 서프레션(silence suppression) 인에이블시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 보코더 파라미터 제어 방법.