KR100686635B1

KR100686635B1 - 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법

Info

Publication number: KR100686635B1
Application number: KR1020040097116A
Authority: KR
Inventors: 이영환; 조평동
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2007-02-23
Also published as: KR20060057922A

Abstract

본 발명은 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 특히 시스템 변수가 정의되면(S1), 버퍼(20)에 있는 데이터의 양(B(t))을 산출하는 제 2 단계(S2); 버퍼(20)의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X)을 산출하는 제 3 단계(S3); 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하인지의 여부를 판단하여(S4), 이하이면(YES), "X" 값 만큼의 데이터(C(t))를 버퍼(20)에서 통신망으로 전송하는 제 5 단계(S5); 및 비디오 서비스가 종료되었는지의 여부를 판단하여(S6), 종료되지 않으면(NO) 다시 상기 제 2 단계(S2)로 진행하는 한편, 종료되면(YES) 데이터 전송을 중단하는 제 6 단계(S6)로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명은 버퍼초과 현상을 방지하고, 더 나아가 네트웍 자원의 효율적인 이용이 가능하도록 해준다는 뛰어난 효과가 있다.

비디오 데이터 전송 시스템, 버퍼용량, 버퍼초과 현상, MPEG 인코더,

Description

버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법{VIDEO DATA TRANSMISSION METHOD CONSIDERING BUFFER CAPACITY}

도 1은 종래 비디오 데이터 전송 방식을 설명하기 위한 개념도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법을 설명하기 위한 개념도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법을 나타낸 동작 플로우챠트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : MPEG 인코더 20 : 버퍼

본 발명은 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매 시간마다 전송 데이터의 양, 즉 전송 대역폭을 비디오 트래픽 특 성에 맞게 설정해 줌으로써 버퍼초과 현상을 방지하고, 더 나아가 네트웍 자원의 효율적인 이용이 가능하도록 해주는 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

주지하다시피, 현재 이용되거나 개발되고 있는 주문형 비디오 전송 시스템은 주로 고정 대역폭 혹은 고정비트율(Constant Bit Rate)을 갖는 비디오 전송방식을 사용하고 있다. 이러한 비디오 전송 시스템은 먼저 MPEG(Moving Picture Expert Group) 코더(coder)에서 비디오 데이터가 생성되고, 생성된 비디오 데이터는 버퍼에 저장된다.

이하, 종래 비디오 전송 시스템의 비디오 데이터 전송 방식에 대해 도 1을 참조하여 보다 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 비디오 사용자는 MPEG 인코더(1)를 이용하여 자신의 비디오 정보를 압축하게 되고, 압축된 비디오 정보는 매 시간(t) 마다 E(t) 만큼의 패킷(packet) 혹은 셀(cell)을 발생시킨다. 이 때, E(t)를 "t" 시점에서 발생되는 인코딩 비디오 데이터 양이라 부른다. 한편, 상기 MPEG 인코더(1)에서 발생되는 비디오 데이터는 바로 통신망으로 전송되지 않고 일단 버퍼(2)에 저장된다. 이와 관련된 시스템 변수를 다음과 같이 정의한다. 도 1의 B(t)는 "t" 시점에서 상기 버퍼(2)에 저장되어 있는 비디오의 양(패킷 혹은 셀의 수)을 의미하며, 이 때 "t"시점에서의 버퍼(2)에 있는 비디오 데이터의 양은 하기의 [수학식 1]에 의하여 구해질 수 있다.

B(t) = B(t-1) + E(t) - C

여기에서 "C"는 고정 대역폭 기반 비디오 전송 방식에서의 고정 대역폭을 의미한다. 즉, "t" 시점에서의 버퍼(2)에 있는 비디오 데이터의 양은 "t-1" 시점에서의 버퍼(2)에 남아 있는 비디오 데이터의 양에 새로이 발생되어 버퍼(2)에 들어오는 인코더 데이터 양(E(t))를 더하고, "t"시점에서 통신망으로 전송되는 데이터 양 "C"를 뺀 값으로 정의된다.

상술한 바에서 알 수 있듯이, MPEG 비디오 트래픽은 매 시간 "t" 마다 다른 데이터 양(E(t))을 생성시킴에도 불구하고, 종래의 방식에서는 시간에 관계없이 항상 "C"만큼의 데이터 양을 전송하게 된다. 이러한 고정 대역폭 방식은 그 만큼 네트웍 관리가 용이하다는 장점이 있지만, 비디오 트래픽 특성을 반영하지 못하여 버퍼초과 현상을 유발할 수 있다. 즉, "t" 시점에서의 버퍼(2)에 있는 비디오 데이터의 양이 버퍼크기를 초과하는 경우에 버퍼초과(buffer overflow) 현상이 발생하고, 이 때 초과분 만큼의 비디오 데이터가 손실되어, 그 만큼의 비디오 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 비디오 데이터 전송 방식에 의하면, MPEG 코더에서 발생하는 E(t)의 양이 많거나 적거나 간에 항상 일정한 비디오 양을 전송하므로 전체적으로 볼 때 버퍼(2) 및 대역폭 등의 네트웍 자원의 이용측면에서 비효율성을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 매 시간마다 전송 데이터의 양, 즉 전송 대역폭을 비디오 트래픽 특성에 맞게 설정해 줌으로써 버퍼초과 현상을 방지하고, 더 나아가 네트웍 자원의 효율적인 이용이 가능하도록 해주기 위한 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법은, MPEG 코더에서 생성된 비디오 데이터를 버퍼에 잠시 저장하였다가 통신망으로 전송하는 비디오 전송 시스템의 비디오 데이터 전송 방법에 있어서,

채널용량(C*), 이전 시점의 버퍼용량(B(t-1)), "t" 시점마다 버퍼에 유입된 양(E(t)), 버퍼용량(B(t)), 목표 버퍼 용량(Btarget), t 시점마다 버퍼로부터 전송되는 데이터 양(C(t)) 등의 시스템 변수을 정의하는 제 1 단계;

현재 시점 "t"에서 "E(t)" 만큼의 비디오 데이터가 상기 MPEG 코더에서 상기 버퍼로 유입되면, 상기 버퍼에 있는 데이터의 양(B(t))을 산출하는 제 2 단계;

상기 버퍼의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X)을 산출하는 제 3 단계;

상기 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하인지의 여부를 판단하는 제 4 단계;

상기 제 4 단계에서 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하이면, 상기 버퍼의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X) 만큼의 데이터(C(t))를 상기 버퍼에서 통신망으로 전송하는 제 5 단계; 및

비디오 서비스가 종료되었는지의 여부를 판단하여, 종료되지 않으면 다시 상기 제 2 단계로 진행하는 한편, 종료되면 데이터 전송을 중단하는 제 6 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 적용된 MPEG 비디오 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 다음 세 가지 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 첫째 MPEG 인코더(10)를 이용하여 비디오 데이터를 생성하는 부분과, 둘째 생성된 비디오 데이터를 통신망으로의 전송을 위해 버퍼(20)에 임시적으로 저장하는 버퍼 부분, 그리고 셋째 상기 버퍼(20)에서 통신망으로 비디오 데이터를 전송하는 부분이다. 본 발명은 이 중에서 마지막 부분인 비디오 데이터 전송방식 기술에 속하는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법을 나타낸 동작 플로우챠트이다. 먼저, 현재 시간이 "t"라고 가정하면, 비디오 전송을 위해 다음과 같은 시스템 변수가 정의된다(S1). 즉, "C*"는 채널용량( 각 "t"에서 최대로 전송할 수 있는 비디오 데이터의 양), "B(t)"는 버퍼 용량, "B(t-1)"는 이전 시점의 버퍼용량, "E(t)"는 "t" 시점마다 버퍼에 유입된 양, "Btarget"은 버퍼최대크기의 1/2의 수준(버퍼에 저장되는 데이터의 양을 버퍼크기의 절반 수준으로 유지하고자 함), 및 "C(t)"는 "t" 시점마다 상기 버퍼(20)로부터 전송되는 데이터 양 등으로 정의되는 것이다. 위와 같은 시스템 변수는 비디오 서비스 시작에서 끝까지 동일한 값을 갖게 된다.

이제 현재 시점 "t"에서 E(t) 만큼의 비디오 데이터가 상기 MPEG 코더(10)에서 상기 버퍼(20)로 유입된다고 하고, 만약 "t" 시점에서 "C(t)" 만큼의 대역폭으로 비디오 데이터를 전송하다고 가정하면, 하기의 [수학식 2]에 의해 상기 버퍼(20)에 있는 데이터의 양(B(t))이 결정된다(S2).

B(t) = B(t-1) + E(t) - C(t) = Btarget

이때, E(t) 만큼의 비디오 데이터가 상기 MPEG 코더(10)에서 상기 버퍼(20)로 유입시에는 가변비트율(VBR: Variable Bit Rate)을 사용하여 전송하며 가변비트율의 속성상, 입력되는 데이터의 양(비율)은 평균적으로(통계적으로) 일정 수준 이하임을 보장할 수 있게 되어 과도하게 데이터가 버퍼로 입력되어 버퍼가 초과되는 현상은 통계적으로 발생하지 않도록 한다.

이 때, 본 발명에서는 매 시점마다 버퍼(20) 안에 있는 데이터의 양을 목표수준(Btarget) 수준으로 유지시키는 것이 목적이므로, 이를 위해 통신망으로 전송되어야 하는 비디오 데이터 전송양(C(t))은 하기의 [수학식 3]에 의해 산출된다.

C(t) = B(t-1) + E(t) - Btarget

즉, 상기 버퍼(20)의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위해서는 하기의 [수학식 4]에 의해 산출된 "X"값 만큼의 비디오 데이터를 전송하는 것이 바람직하다(S3).

X = B(t-1) + E(t) - Btarget

이 때, 이러한 "X" 값은 전송 가능한 채널용량 범위 내에 있어야 한다. 따라서, 상기 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하인지의 여부를 판단하여(S4), 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하이면(YES), 상기 버퍼(20)의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X) 만큼의 데이터를 상기 버퍼(20)에서 통신망으로 전송한다(S5).

그런후, 비디오 서비스가 종료되었는지의 여부를 판단하여(S6), 종료되지 않으면(NO) 다시 상기 제 2 단계(S2)로 진행하는 한편, 종료되면(YES) 데이터 전송을 중단한다.

반면에, 상기 제 4 단계(S4)에서 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 보다 크면(NO), 채널용량(C*) 만큼의 데이터를 상기 버퍼(20)에서 통신망으로 전송한다(S7). 따라서, 위와 같은 방식이 매 시점 "t" 마다 적용된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법에 의하면, 비디오 트래픽 특성을 반영하여 버퍼에 저장되는 데이터의 양을 항상 안전한 수준으로 유지함으로써 버퍼초과 현상을 방지하며, 전송 대역폭이 매 시점마다 변하게 됨으로 다른 비디오 서비스 사용자가 많은 대역폭을 필요로 할 때에는 해당 사용자가 전송 대역폭을 빌려줄 수도 있고, 반대로 해당 사용자가 많은 대역폭을 필요로 할 때에는 다른 사용자로부터 대역폭을 빌려오는 이른바 유연한 대역폭 사용 효과를 얻을 수 있으며, 이로 인해 네트웍 자원의 효율적 이용을 도모할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims

MPEG 코더에서 생성된 비디오 데이터를 버퍼에 잠시 저장하였다가 통신망으로 전송하는 비디오 전송 시스템의 비디오 데이터 전송 방법에 있어서,

채널용량(C*), 이전 시점의 버퍼용량(B(t-1)), "t" 시점마다 버퍼에 유입된 양(E(t)), 버퍼용량(B(t)), 목표 버퍼 용량(Btarget), t 시점마다 버퍼로부터 전송되는 데이터 양(C(t)) 등의 시스템 변수을 정의하는 제 1 단계;

현재 시점 "t"에서 "E(t)" 만큼의 비디오 데이터가 상기 MPEG 코더에서 상기 버퍼로 유입되면, 상기 버퍼에 있는 데이터의 양(B(t))을 산출하는 제 2 단계;

입력되는 데이터의 양(B(t))을 통계적으로 통신 선로가 수용할 수 있는 일정 수준 이하인지의 여부를 판단하는 제 3 단계;

상기 제 3 판단 단계에서 판단하여 입력되는 데이터의 양(B(t))이 통신 선로가 수용할 수 있는 일정 수준 이하인 경우면, 상기 버퍼의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X)을 산출하는 제 4 단계;

상기 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하인지의 여부를 판단하는 제 5 단계;

상기 제 5 단계에서 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 이하이면, 상기 버퍼의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X) 만큼의 데이터(C(t))를 상기 버퍼에서 통신망으로 전송하는 제 6 단계; 및

비디오 서비스가 종료되었는지의 여부를 판단하여, 종료되지 않으면 다시 상기 제 2 단계로 진행하는 한편, 종료되면 데이터 전송을 중단하는 제 7 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 단계에서 목표 버퍼 용량(Btarget)은, 버퍼용량(B(t))의 1/2인 것을 특징으로 하는 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 2 단계에서 버퍼에 있는 데이터의 양(B(t))은, 하기의 [수학식 2]를 통해 산출 가능함을 특징으로 하는 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법.

[수학식 2]

B(t) = B(t-1) + E(t) - C(t) = Btarget
제 1항에 있어서,

상기 제 5 단계에서 상기 버퍼의 수준(B(t))을 목표수준(Btarget)으로 유지하기 위한 비디오 데이터 전송값(X)은, 하기의 [수학식 4]을 통해 산출 가능함을 특징으로 하는 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법.

[수학식 4]

X = B(t-1) + E(t) - Btarget
제 1항에 있어서,

상기 제 4 단계에서 비디오 데이터 전송값(X)이 채널용량(C*) 보다 크면, 채널용량(C*) 만큼의 데이터를 상기 버퍼에서 통신망으로 전송한 후 상기 제 7 단계로 진행하는 제 8 단계가 더 추가로 포함됨을 특징으로 하는 버퍼 용량을 고려한 비디오 데이터 전송 방법.