KR100776680B1 - Ｓｖｃ 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류방법과 이를 이용한 ｒｔｐ 패킷화 장치 및 그 방법 - Google Patents

Ｓｖｃ 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류방법과 이를 이용한 ｒｔｐ 패킷화 장치 및 그 방법 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류 방법과 이를 이용한 RTP 패킷화 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 SVC 비트스트림에 대한 RTP 패킷화 적용 과정에서 RTP 패킷화를 위한 패킷타입 분류 방법과 이를 기반으로 한 RTP 패킷 생성 방법까지를 포함하는 RTP 패킷화 방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류 방법에 있어서, 확장계층의 NAL 단위 헤더에 정의되어 있는 필드 정보로부터 각 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보를 유도하는 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계; SVC의 계층구조에 대한 복합 스케일러빌리티 부호화 적용을 통해 부호화 정보 유형을 파악하는 부호화 정보 유형 파악 단계; 및 상기 유도한 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보와 상기 파악한 부호화 정보 유형을 이용하여 해당 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 RTP 패킷타입을 결정하는 RTP 패킷타입 결정 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 멀티미디어 시스템 등에 이용됨.
SVC, 비디오 압축, 패킷 타입, RTP 패킷화

Description

ＳＶＣ 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류 방법과 이를 이용한 ＲＴＰ 패킷화 장치 및 그 방법{Method for packet type classification to SVC coded video bitstream, and RTP packetization apparatus and method}
도 1은 RTP 패킷화 모드별 지원 가능한 패킷타입을 나타낸 도표,
도 2는 NAL_unit_type별 NAL 단위에 포함되는 내용을 정리한 도표,
도 3은 STAP-A 타입을 위한 RTP 페이로드 포맷 구조를 나타낸 설명도,
도 4는 FU-A 타입을 위한 RTP 페이로드 포맷 구조를 나타낸 설명도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVC의 기본계층과 확장계층에서 사용되는 NAL 단위의 헤더 구조를 나타낸 설명도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVC의 복합 스케일러빌리티 부호화를 위한 화면 및 계층 구조를 나타낸 설명도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVC 화면의 부호화 순서와 각 화면에 속하는 기본계층 및 확장계층의 NAL 단위들에 대한 설명도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 RTP 패킷화 방법을 나타낸 상세 흐름도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 SVC 비트스트림에 대한 RTP 패킷화 장치를 나타낸 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : SVC 부호화기 120 : RTP 패킷화 장치
130 : 패킷 타입 분류기 140 : 패킷 생성기
본 발명은 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류 방법과 이를 이용한 RTP 패킷화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SVC 비트스트림에 대한 RTP 패킷화 적용 과정에서 RTP 패킷화를 위한 패킷타입 분류 방법과 이를 기반으로 한 RTP 패킷 생성 방법까지를 포함하는 RTP 패킷화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
H.264의 확장형 부호화 기술인 SVC는 기존의 MPEG-2, MPEG-4 등에서 시도한 계층 부호화 기반의 스케일러빌리티가 갖는 문제점인 낮은 압축효율, 복합 스케일러빌리티 지원 불가, 높은 구현 복잡도의 문제를 한꺼번에 해결하기 위하여 개발된 새로운 확장형 부호화 기법이다.
SVC는 여러 개의 비디오 계층을 하나의 비트열로 부호화한다. SVC의 계층은 하나의 기본계층(base layer)과 기본계층 위에 연속적으로 쌓을 수 있는 확장계층(scalable layer)으로 이루어진다.
각 확장계층은 하위 계층 정보를 기반으로 각각에게 주어진 최대의 비트율(bit-rate), 화면율(frame rate), 및 해상도(resolution)까지 표현할 수 있다.
SVC에서는 확장계층을 연속적으로 많이 쌓을수록 다양한 비트율, 화면율, 및 해상도의 지원이 가능하므로, 이종(heterogeneous)의 망 환경에서 발생하는 대역폭의 다양성 문제, 수신 단말기 성능과 해상도의 다양성 문제, 콘텐츠 소비자의 다양한 선호도 문제 등을 복합적으로 해결할 수 있는 UMA(Universal Multimedia Access) 환경의 멀티미디어 콘텐츠 서비스에 적합한 부호화 기술이다.
SVC 부호기의 VCL(Video Coding Layer) 계층에서는 기본계층(base layer) 부호화 정보와 확장계층(scalable layer)의 스케일러빌리티 부호화 정보를 슬라이스 단위로 생성하게 된다.
각 슬라이스는 NAL(Network Abstraction Layer) 계층에서 NAL 단위(NAL unit)로 생성되어 SVC 비트스트림에 저장된다.
SVC의 NAL 단위를 RTP 유료부하에 싣기 위한 RTP 페이로드 포맷은 현재 인터넷 드래프트(draft) 문서 "draft-wenger-avt-rtp-svc-02.txt"로 공개되고 있지만, SVC의 경우 하나의 비트스트림에 H.264와 호환이 되는 기본계층 부호화 정보뿐만 아니라, SNR 스케일러빌리티, 시간적(temporal) 및 공간적(spatial) 스케일러빌리티의 부호화 정보를 동시에 저장하는 복잡한 구조이기 때문에, SVC의 RTP 페이로드 포맷을 지원할 수 있는 효과적인 RTP 패킷화 방법에 대해서는 아직 발표된 연구결과가 없다.
SVC의 NAL 단위에 대한 RTP 패킷 타입은 SNU(Single Nal Unit), STAP- A(Simple-Time Aggregation Packet-A), STAP-B, MTAP16(Multi-Time Aggregation Packet 16), MTAP24, FU-A(Fragmentation Unit-A) 및 FU-B 등 총 7가지가 존재한다.
SNU 타입은 하나의 RTP에 하나의 NAL 단위만을 실을 수 있고, STAP는 하나의 RTP 패킷에 동일한 화면 표현 시점(presentation time instant)에 속하는 다수의 NAL 단위를 동시에 실을 수 있는데, 복호화 순서와 동일한 순서로 NAL 단위들을 RTP 패킷에 싣게 되는 STAP-A 타입과 인터리빙을 목적으로 복호화 순서를 고려하지 않고 NAL 단위들을 RTP 패킷에 싣는 STAP-B 타입으로 나누어진다.
MTAP는 하나의 RTP 패킷에 서로 다른 화면 표현 시점에 속하는 다수의 NAL 단위를 한꺼번에 실을 수 있는 동시에 기본적으로 인터리빙을 지원하며, 각 NAL 단위들 간의 화면 표현 시간의 차이를 표시하기 위한 타임 오프셋(time offset) 필드 구간의 크기에 따라 16비트 타임 오프셋을 지원하는 MTAP16 타입과 24비트를 지원하는 MTAP24 타입으로 나누어진다.
이러한 7가지 RTP 패킷 타입 중 응용 분야에 따라 필요한 패킷 타입만을 묶어서 크게 세 가지 형태의 RTP 패킷 모드로 구분하는데, 도 1에 SNU 모드, 비인터리브(non-interleaved) 모드, 인터리브(interleaved) 모드 등 세 가지 형태의 RTP 패킷 모드별로 지원이 가능한 RTP 패킷 타입을 나타내었다.
이러한 도 1의 SNU 모드는, 다음의 도 2에 도시된 1~23까지의 "NAL_unit_type"을 갖는 하나의 NAL 단위만을 RTP 패킷에 실을 수 있는 SNU 타입만 지원이 가능하여 그 응용분야가 매우 제한적이다.
이에 반해, 비인터리브 모드는 SNU 타입뿐만 아니라 STAP-A와 FU-A까지 지원이 가능하므로 현실적으로 적용 가능한 응용 범위가 넓다.
그리고 인터리브 모드는, 비인터리브 모드에 인터리빙 기능을 추가한 방식인데 SNU 타입을 지원하지 못하는 단점이 있다. 이와 같은 인터리브 모드의 인터리빙 기능에 의해 RTP 패킷에 실리게 되는 NAL 단위의 순서가 복호화 순서와 다르게 배치됨으로써 채널에서의 집단 오류(burst error)에 대해서는 효과적으로 대처할 수 있지만, RTP 패킷화 및 역패킷화(de-packetization), 그리고 SVC 복호화 과정이 매우 복잡해진다.
따라서 구현복잡도와 적용가능한 응용범위를 고려할 때 상용 SVC 스트리밍 서비스에서 필수적으로 지원이 가능해야 하는 RTP 패킷화 모드는 비인터리브 모드가 적합하며, 인터리브 모드는 채널오류가 높은 환경에서의 서비스를 위한 선택사항(option) 등으로 고려될 수 있다.
비인터리브 모드의 SNU 타입은 도 2에 나타난 1~23까지의 "NAL_unit_type"을 갖는 하나의 NAL 단위를 하나의 RTP 패킷에 싣게 된다.
다시 말해, 비인터리브 모드의 STAP-A 타입은 도 3에 도시된 RTP 페이로드 포맷 구조를 가지며, 동일 화면 표현 시점에 해당되는 여러 개의 NAL 단위를 묶어서 하나의 RTP 패킷에 싣는 방식이다.
비인터리브 모드의 STAP-A 타입은, 도 3에 도시된 바와 같이, SNU 타입과는 달리 1바이트 크기의 RTP 페이로드 헤더(STAP-A NAL HDR)가 추가로 삽입되는데, 이 페이로드 헤더의 F 필드는 함께 실리게 되는 NAL 단위들의 헤더에 각각 표시된 F 필드가 "1" 값을 갖는 NAL 단위가 하나라도 존재할 경우 그 값이 "1"로 세팅된다.
페이로드 헤더의 NRI 필드는 함께 실리게 되는 NAL 단위들의 헤더에 각각 표시된 NRI 필드 값 중 최대값으로 세팅된다.
페이로드 헤더의 "Type" 필드에는 STAP-A 타입임을 나타내기 위하여 도 3으로부터 "24"번의 "NAL_unit_type"이 세팅된다.
또한, 페이로드 헤더 정보와는 별도로 실리게 되는 각 NAL 단위의 크기를 나타내는 2바이트의 "NALU_Size" 필드가 각 NAL 단위의 앞부분에 삽입된다.
비인터리브 모드의 FU-A 타입은 하나의 NAL 단위의 크기가 네트워크의 MTU(Maximum Transmission Unit) 크기를 초과할 경우, 전송 도중에 라우터나 게이트웨이에서 패킷분할(fragmentation)이 발생하는 것을 미리 방지하기 위하여, NAL 단위를 MTU 크기를 초과하지 않도록 두 개 이상으로 분할하여 각각의 분할된 단위를 개별적인 RTP 패킷에 나누어 싣는 방식이다.
도 4에는 FU-A 타입을 위한 RTP 페이로드 포맷의 구조를 도시하였는데, RTP 페이로드 헤더는 각각 1바이트 크기를 갖는 "FU_indicator"와 "FU_header"에 의해 총 2바이트로 구성된다.
"FU_indicator"의 F 필드와 NRI 필드에는 NAL 단위의 헤더에 표시된 값이 그대로 적용된다.
"FU_indicator"의 "Type" 필드에는 FU-A 타입임을 나타내기 위하여 도 1로부터 "28"번의 "NAL_unit_type"이 세팅된다.
"FU_header"의 S 필드와 E 필드는 분할되어 실리게 될 부분이 각각 NAL 단위 의 처음 시작 부분인지 또는 끝 부분인지를 나타내기 위하여 사용된다.
"FU_header"의 "Type" 필드에는, 도 2에 도시한 바와 같이, NAL 단위에 포함된 부호화 내용을 표시하는 "NAL_unit_type" 값이 세팅된다.
즉, 전술한 바와 같이, SVC 비트스트림에 저장된 NAL 단위에 대한 RTP 패킷 타입의 종류는 표준으로 분류가 되어 있지만, 주어진 NAL 단위를 적합한 패킷 타입으로 결정하는 기준과 방법 등은 아직까지 제안되지 못하고 있다.
따라서 본 발명에서는 SVC의 NAL 단위를 RTP 페이로드 포맷의 규정을 유지하면서 RTP 유료부하에 효과적으로 실을 수 있는 실용적인 RTP 패킷화 알고리듬을 제안하고자 한다.
따라서 본 발명은 SVC 비트스트림에 대한 RTP 패킷화 적용 과정에서 RTP 패킷화를 위한 패킷타입 분류 방법과 이를 기반으로 한 RTP 패킷 생성 방법까지를 포함하는 RTP 패킷화 방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류 방법에 있어서, 확장계층의 NAL 단위 헤더에 정의되어 있는 필드 정보로부터 각 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보를 유도하는 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계; SVC의 계층구조에 대한 복합 스케일러빌리티 부호화 적용을 통해 부호화 정보 유형을 파악하는 부호화 정보 유형 파악 단계; 및 상기 유도한 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보와 상기 파악한 부호화 정보 유형을 이용하여 해당 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 RTP 패킷타입을 결정하는 RTP 패킷타입 결정 단계를 포함한다.
여기서, 상기 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계는, 확장계층 NAL 단위 헤더의 마지막 옥텟에 정의된 시간적, 공간적, SNR 스케일러빌리티에서 각 계층 간의 관련 체계 값(TL, DID, QL)의 조합을 통해 이루어진다.
이때, 상기 부호화 정보 유형 파악 단계는, 기본계층 및 확장계층에 속한 각각의 NAL 단위의 "NAL _unit_type" 값, 즉 부호화 내용을 표시하는 "NAL _unit_type" 값의 분석을 통해 이루어진다.
또한, 상기 RTP 패킷타입 결정 단계에서 결정되는 패킷 타입은, 비인터리브 모드의 SNU, FU-A, 및 STAP-A 타입 중 어느 한 패킷 타입이다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷화 방법에 있어서, 상기 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대해 패킷 타입을 분류하는 패킷 타입 분류 단계; 및 상기 분류한 패킷 타입에 대응되도록 상기 SVC 비디오 압축 비트스트림을 분할하여 RTP 패킷에 탑재하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷화 장치에 있어서, 상기 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대해 패킷 타입을 분류하기 위한 패킷 타입 분류기; 및 상기 패킷 타입 분류기에 의해 분류된 패킷 타입에 대응되도록 상기 SVC 비디오 압축 비트스트림을 분할하여 RTP 패킷에 탑재시켜 패킷을 생성하기 위한 패킷 생성기를 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVC의 기본계층과 확장계층에서 사용되는 NAL 단위의 헤더 구조를 나타낸 설명도이다.
SVC 부호화에 의해 생성된 부호화 정보는 NAL 단위로 비트스트림에 저장이 되는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 기본계층에서 생성된 NAL 단위와 확장계층에서 생성된 NAL 단위의 헤더 구조는 서로 다르다.
도 5의 (a)는 H.264와 호환이 되는 기본계층에서 생성된 NAL 단위에 대한 헤더 구조를 나타내고, 도 5의 (b)는 확장계층에서 생성된 NAL 단위에 대한 헤더 구 조를 나타낸다.
도 5의 (a)와 도 5의 (b)에서 "Type" 필드는 NAL 단위에 포함된 부호화 정보의 내용에 대한 정보를 나타내는 "NAL_unit_type"을 의미하며, 전술한 도 2의 각 "NAL_unit_type"별로 NAL 단위에 포함된 부호화 정보의 종류가 나타나 있다.
기본계층의 NAL 단위에서 사용 가능한 "NAL_unit_type"은 1~5번까지이며, 확장계층에서는 20과 21번의 "NAL_unit_type"이 사용 가능하다. 나머지 "NAL_unit_type"은 부호화 정보가 아닌 부가정보를 포함하는 NAL 단위를 표시하기 위하여 사용된다.
본 발명에서는 확장계층의 각 NAL 단위의 헤더에 정의되어 있는 (TL, DID, QL) 필드 정보로부터 각 NAL 단위에 대한 시공간적 계층 관계를 유도할 수 있다.
도 5의 (b)에서 마지막 옥텟인 (TL, DID, QL) 필드는 각각 시간적, 공간적, SNR 스케일러빌리티에서 각 계층 간의 관련 체계를 나타낸다. 즉, TL(temporal_level)은 시간적 스케일러빌리티를 위한 시간적 계층 간의 체계(hierarchy)를 나타내고, DID(dependency_id)는 공간적 스케일러빌리티의 계층 간 예측(inter-layer prediction)에 있어서 상/하위 확장계층 간의 종속 체계(dependency hierarchy)를 나타내며, QL(quality_level)은 SNR 스케일러빌리티 지원을 위한 FGS 계층 간의 체계를 나타낸다.
TL, DID, QL 값은 모두 "0" 이상의 정수이며, 이 값들의 조합으로부터 NAL 단위의 시공간적 계층 관계를 유도해 낼 수 있다.
이처럼 분석된 (TL, DID, QL) 정보들과 "NAL_unit_type"을 기반으로 SVC의 복합 스케일러빌리티에 효과적으로 적용할 수 있는 실용적인 RTP 패킷화 알고리듬이 제안된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 적용되는 SVC의 복합 스케일러빌리티 부호화를 위한 화면 및 계층 구조의 예를 나타낸다.
도 6에는, SVC 스트림의 시작 부분인 IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 화면과 첫 번째 GOP(Group Of Picture) 화면만이 나타나는데, 하나의 GOP는 16장의 화면으로 구성되며, 도면에 도시되지 않은 나머지 GOP들 또한 GOP 크기가 16인 구조를 가진다.
기본계층에서 지원 가능한 화면 해상도는 QCIF이고 공간적 확장계층에서 지원 가능한 화면 해상도는 CIF이다.
서로 다른 공간적 계층에서의 서로 다른 해상도를 표시하기 위하여 도 5의 (b)의 (TL, DID, QL) 필드 중 DID 값을 이용한다.
즉, 도 6에서 DID=0을 갖는 NAL 단위는 해상도가 QCIF인 화면을 의미하며, DID=1로 설정된 NAL 단위는 해상도가 CIF인 화면을 나타낸다.
시간적 스케일러빌리티 제공을 위해서 계층적 B-픽처(hierarchical B-picture) 방식이 적용되며, 지원 가능한 화면율을 표시하기 위하여 (TL, DID, QL) 필드 중 TL 값을 이용한다.
도 6에서 TL 값은 사각형으로 표시된 각 화면의 가운데 부분에 표시가 되어 있다. TL=0인 키 픽처(key picture)만을 전송할 경우 1.875fps까지 지원이 가능하며, TL=1인 B-픽처를 포함하여 전송할 경우 3.75fps까지 지원이 가능하다.
추가적으로 TL=2인 B-픽처를 전송할 경우 7.5fps까지 지원할 수 있으며, TL=3과 TL=4로 표시된 B-픽처를 추가적으로 전송하게 되면 각각 15fps와 30fps까지 화면율 지원이 가능하다.
도 6의 경우, 기본계층에서 최대의 TL 값은 3이므로 QCIF 규격으로 최대 15fps까지 지원할 수 있고, 공간적 확장계층에서 최대의 TL 값은 4이므로 CIF 규격으로 최대 30fps까지 지원할 수 있다.
기본계층과 공간적 확장계층에 속하는 동일한 시점에서의 화면이 서로 같은 TL 값을 갖게 될 경우 도면에서 점선으로 표시된 화살표 방향으로 계층 간 예측부호화가 실행이 되는데, DID=0인 QCIF 규격의 기본계층 화면의 해상도가 업샘플링 되어 DID=1인 CIF 규격의 확장계층 화면의 예측부호화에 활용될 수 있다.
한편, 도 6에서는 SNR 스케일러빌리티 지원을 위하여 화면마다 FGS 계층을 하나씩 생성하고 있으므로, 각 FGS 계층의 부호화 정보를 포함하는 NAL 단위는 모두 QL=1로 설정된다.
도 7은 도 6의 화면 및 계층 구조에 대하여 SVC 복합 스케일러빌리티 부호화를 적용할 경우, 화면의 부호화 순서와 각 화면에 속하는 기본계층 및 확장계층의 NAL 단위들에 대한 "NAL_unit_type"과 (TL, DID, QL) 필드 정보를 순차적으로 나타내고 있다.
도면을 참조하여 살펴보면, 가장 먼저 IDR 픽처가 부호화가 발생됨을 알 수 있는데, 기본계층에서는 도 5의 (a)의 헤더 구조를 갖는 기본계층 NAL 단위 1개가 생성되고 확장계층에서는 도 5의 (b)의 헤더 구조를 갖는 확장계층 NAL 단위 3개가 생성된다.
확장계층에서 생성되는 3개의 NAL 단위는 구체적으로 기본계층에 대한 FGS 확장을 위한 NAL 단위 1개, 공간적 확장계층을 위한 NAL 단위 1개, 그리고 공간적 확장계층에 대한 FGS 확장을 위한 NAL 단위 1개 등이다.
IDR 픽처에서 가장 먼저 생성되는 NAL 단위는 기본계층에서 생성되며, NAL 단위의 헤더는 도 5의 (a)의 구조를 따르고, 이는 IDR 픽처이므로 이 헤더의 "NAL_unit_type"은 전술한 도 2에 의하여 "5"로 설정됨을 도 8을 통해 확인할 수 있다.
IDR 픽처에서 두 번째로 생성되는 NAL 단위는 기본계층에 대한 FGS 확장을 위한 NAL 단위로서, "NAL_unit_type"은 도 2에 의하여 "21"로 설정되고 QL=1로 설정되어 (TL, DID, QL)은 (0, 0, 1)이 된다.
IDR 픽처에서 세 번째로 생성되는 NAL 단위는 공간적 확장계층을 위한 NAL 단위로서, "NAL_unit_type"은 "21"로 설정되고 DID=1로 설정되어 (TL, DID, QL)은 (0, 1, 0)이 된다.
IDR 픽처에서 마지막으로 생성되는 NAL 단위는 공간적 확장계층에 대한 FGS 확장을 위한 NAL 단위로서, "NAL_unit_type"은 "21"로 설정되고 QL=1로 설정되어 (TL, DID, QL)은 (0, 1, 1)이 된다.
이상과 같이 IDR 픽처에 대한 부호화가 완료되면 I 또는 P-픽처인 화면번호 16번 화면이 부호화되는데, 이는 IDR 픽처와 달리 비(非) IDR 픽처이므로 "NAL_unit_type"이 기본계층에서는 "1"로, 확장계층에서는 "20"으로 설정된다.
16번 화면의 부호화 완료 후에는 B-픽처인 화면번호 8번 화면이 부호화되는데, 이때 생성되는 4개의 NAL 단위에 대한 TL 값이 모두 "1"로 설정이 되어 3.75fps의 화면율 지원이 가능하게 된다.
그 다음으로 화면번호 4번 및 12번 화면은 TL=2로 설정되어 7.5fps의 화면율 지원이 가능하다.
2, 6, 10, 14번 화면은 15fps의 화면율 지원을 위하여 생성되는 4개의 모든 NAL 단위에 대하여 TL=3으로 설정한다.
한편, CIF 규격으로만 30fps를 지원하기 위하여, 공간적 확장계층에서는 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15번 화면을 부호화한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 여기서 기본계층에 속하는 NAL 단위는 존재하지 않으며 확장계층에 속하는 NAL 단위 2개만 존재한다.
30fps 지원을 위하여 TL=4로 설정되며, 모든 NAL들이 공간적 확장계층에 속하므로 공통적으로 DID=1로 설정된다.
공간적 확장계층을 위한 NAL 단위일 경우 QL=0으로 설정되며, 공간적 확장계층에 대한 FGS 확장을 위한 NAL 단위는 QL=1로 설정된다.
도 7에 도시된 바와 같이, SVC의 복합 스케일러빌리티에서는 NAL 단위의 "NAL_unit_type"과 (TL, DID, QL) 필드를 분석하면, "NAL_unit_type" 값을 통해 NAL 단위에 포함되어 있는 부호화 정보의 유형을 알 수 있고, (TL, DID, QL) 값을 통해 NAL 단위들 간의 시공간적 계층 관계를 유도해 낼 수 있다.
이러한 정보는, 적당한 크기로 SVC 스트림을 잘라서 RTP 패킷에 싣는 RTP 패 킷화 방식을 효과적으로 디자인하는데 매우 유용하게 활용될 수 있다.
비인터리브 모드에서는, 전술한 도 1에 도시된 바와 같이, SNU, FU-A, STAP-A 등의 3가지 패킷타입을 지원한다.
일반적으로 기본계층에 속하는 NAL 단위는 확장계층에 속하는 NAL 단위보다 전송 시 우선순위가 높으며, 확장계층 정보와는 별도의 채널 부호화 등을 통해 오류에 강인하도록 처리된다. 따라서 기본계층의 NAL 단위를 확장계층의 NAL 단위와 혼합하여 RTP 패킷에 싣지 않고 독립적으로 RTP 패킷에 싣는다.
이에 따라, 기본계층의 NAL 단위에 대해서는 확장계층의 NAL 단위와 함께 묶을 수 있는 STAP-A 패킷타입을 적용하지 않고, NAL 단위의 길이를 고려하여 SNU와 FU-A 중 하나의 타입을 선택하여 RTP 패킷에 싣게 된다.
확장계층에 속하는 NAL 단위들에 대해서는 SNU, FU-A, STAP-A 등의 3가지 패킷 타입을 모두 적용하게 된다.
이들 중에서 SNU, FU-A는 NAL 단위의 길이에 따라 선택 적용하게 되며, STAP-A는 동일한 화면번호에 속하는 여러 개의 확장계층 NAL 단위들을 MTU 크기를 초과하지 않는 범위 내에서 하나로 묶어서 RTP 패킷에 탑재하게 된다.
이하에서는 STAP-A 타입이 적용될 확장계층 NAL 단위들을 판별하기 위한 룩-어헤드(look-ahead) 방식 기반의 알고리듬에 대해 설명하고자 한다.
지금 현재 알고리듬의 루프에 입력되는 NAL 단위인
Figure 112006091290641-pat00001
의 (TL, DID, QL) 정보를
Figure 112006091290641-pat00002
로 표시하고, 룩-어헤드 방식에 의해 한 단계 미리 분석될 다음 의 NAL 단위는
Figure 112006091290641-pat00003
로 표시하며
Figure 112006091290641-pat00004
의 (TL, DID, QL) 정보는
Figure 112006091290641-pat00005
로 표시한다.
STAP-A 타입의 적용 여부를 판단하기 위하여
Figure 112006091290641-pat00006
의
Figure 112006091290641-pat00007
정보를 미리 추출하여 비교하게 되는데,
Figure 112006091290641-pat00008
를
Figure 112006091290641-pat00009
와 묶어서 하나의 RTP 페이로드에 추가하기 위해 만족되어야 할 순차적인 조건은 다음과 같다.
i.
Figure 112006091290641-pat00010
이 기본계층에 속하는 NAL 단위가 아니어야 한다.
ii.
Figure 112006091290641-pat00011
는
Figure 112006091290641-pat00012
와 동일한 TL 값을 가져야 한다.
iii. RTP 페이로드에
Figure 112006091290641-pat00013
까지 누적된 NAL 단위의 크기에
Figure 112006091290641-pat00014
의 크기를 합하였을 때의 총합이 MTU의 크기보다 작아야 한다(인터넷의 경우 일반적인 MTU 크기는 1500 바이트이다). MTU보다 큰 RTP 패킷을 전송할 경우 망을 통한 전송 도중에 라우터나 게이트웨이의 절단(fragmentation) 기능에 의해 여러 개의 패킷으로 분할되게 되어 망과 클라이언트에 부담을 주게 된다.
iv.
Figure 112006091290641-pat00015
의 대소관계에 따라서 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.
(a)
Figure 112006091290641-pat00016
인 경우는 FGS 계층의 개수(quality level)가 증가하는 것을 의미하며, 이러한 현상은 동일한 화면번호 내에 속하는 NAL 단위에 대해서만 발생하므로 STAP-A의 조건에 부합된다. 따라서
Figure 112006091290641-pat00017
과
Figure 112006091290641-pat00018
를 RTP 페이로드에 함께 실을 수 있다.
(b)
Figure 112006091290641-pat00019
인 경우는 FGS 계층의 개수가 증가하지 않음을 의미한다. 이러한 현상이 발생하는 상황은
Figure 112006091290641-pat00020
인 상황과 그렇지 않은 상황으로 구분할 수 있다.
Figure 112006091290641-pat00021
인 상황은 항상 동일한 화면번호 내에 존재하는 NAL 단위들에 대해서만 발생하므로
Figure 112006091290641-pat00022
와
Figure 112006091290641-pat00023
는 STAP-A의 대상이 되지만,
Figure 112006091290641-pat00024
인 경우는 화면번호가 서로 다른, 즉 화면 표현 시점이 서로 다른 NAL 단위들 간에 발생하므로 STAP-A의 대상이 되지 못한다.
결론적으로 STAP-A 타입으로 RTP 패킷화를 하기 위해서
Figure 112006091290641-pat00025
와
Figure 112006091290641-pat00026
는 위의 조건 중 i, ii, iii, iv-(a)를 순차적으로 모두 만족시키거나, i, ii, iii, iv-(b) 를 순차적으로 모두 만족시켜야 한다.
위의 STAP-A 패킷타입으로 결정하기 위한 조건을 기반으로 SNU, FU-A, STAP-A 패킷타입을 결정하여 RTP 패킷화를 수행하기 위한 제안된 알고리듬의 흐름도는 도 8에 나타나 있다.
도 8에 도시된 바와 같은 흐름도는 각 GOP 단위마다 수행이 되며, 도 7을 통해 설명하였듯이, 하나의 GOP 내에 존재하는 모든 NAL 단위의 "NAL_unit_type"인 NUTypei와 (TL, DID, QL) 정보인
Figure 112006091290641-pat00027
를 기반으로 RTP 패킷타입을 결정하게 된다.
STAP-A로 판정하기 위한 조건인 i, ii, iii, iv-(a), iv-(b) 는 도 8의 해당되는 블록에 각각 표시를 하였다.
도 8에서 N은 현재 진행중인 패킷화 과정이 RTP 페이로드에 NAL 단위를 N 번 째로 싣는 과정에 있음을 의미한다. 도면에 도시된 알고리듬은 STAP-A 타입 조건을 비교하기 위하여
Figure 112006091290641-pat00028
를 미리 조사하는 룩-어헤드 방식으로 동작하므로, N=1인 상태에서 STAP-A로 판정된 경우에는
Figure 112006091290641-pat00029
와
Figure 112006091290641-pat00030
을 동시에 RTP 페이로드에 싣게 되고, N>1인 상태에서 STAP-A로 판정된 경우에는
Figure 112006091290641-pat00031
만 RTP 페이로드에 싣게 된다.
N=1인 상태에서 STAP-A로 판정되지 않은 경우에는
Figure 112006091290641-pat00032
의 크기가 MTU를 초과하는지의 여부를 따져 SNU 또는 FU-A 타입으로 결정하면 되고, N>1인 상태에서 STAP-A로 판정되지 않은 경우에는, 현재까지 RTP 페이로드에 누적된 N 개의 NAL 단위들을 하나의 RTP 패킷에 실어서 전송한 후 새로운 RTP 패킷 생성을 위하여 변수 N 과 I 값을 업데이트한 후 전체 과정을 반복하게 된다.
이때, RTP 패이로드에 실리게 되는 N 개의 NAL 단위의 시작 위치와 끝 위치를 나타내기 위하여 변수 I와 J를 사용하였다. 한편 Si는
Figure 112006091290641-pat00033
의 크기를 의미하고, Pi는
Figure 112006091290641-pat00034
를 포함하여 RTP 페이로드에 누적된 총 패킷의 크기를 의미하며, RTP 페이로드에 누적된 총 패킷의 크기가 MTU를 초과하는지 여부를 검사하기 위해 사용된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 SVC 비트스트림에 대한 RTP 패킷화 장치를 나타낸 구성도이다.
도 9를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 SVC 비트스트림에 대한 RTP 패킷화 장치(120)는, 입력되는 SVC 비트스트림에 대해 패킷 타입을 분류하 기 위한 패킷 타입 분류기(130), 및 패킷 타입 분류기(130)에 의해 분류된 패킷 타입에 대응되도록 SVC 비트스트림을 분할하여 RTP 패킷에 탑재시켜 RTP 패킷을 생성하기 위한 패킷 생성기(140) 등을 포함한다.
패킷 타입 분류기(130) 및 패킷 생성기(140)와 같은 각각의 구성요소에 대한 상세한 기능의 설명은, 전술한 도 5 내지 도 8의 설명을 통해 대신하는 것으로 한다.
미설명된 도면부호 110은, 입력 비디오 시퀀스를 부호화(encoding)함으로써 SVC 비트스트림을 패킷 타입 분류기(130)로 제공하는 SVC 부호화기(110)를 나타낸다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 롬, 램, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, SVC 비트스트림에 대해 효율적인 패킷 타입 분류 및 이를 통한 RTP 패킷화를 수행할 수 있는 효과가 있다.
이로써, 본 발명은 SVC 비디오 압축 비트스트림을 인터넷 등의 IP망을 통해 보다 효율적으로 전송할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷타입 분류 방법에 있어서,
    확장계층의 NAL 단위 헤더에 정의되어 있는 필드 정보로부터 각 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보를 유도하는 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계;
    SVC의 계층구조에 대한 복합 스케일러빌리티 부호화 적용을 통해 부호화 정보 유형을 파악하는 부호화 정보 유형 파악 단계; 및
    상기 유도한 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보와 상기 파악한 부호화 정보 유형을 이용하여 해당 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 RTP 패킷타입을 결정하는 RTP 패킷타입 결정 단계
    를 포함하는 패킷타입 분류 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계는,
    확장계층 NAL 단위 헤더의 마지막 옥텟에 정의된 시간적, 공간적, SNR 스케일러빌리티에서 각 계층 간의 관련 체계 값(TL, DID, QL)의 조합을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 패킷타입 분류 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부호화 정보 유형 파악 단계는,
    기본계층 및 확장계층에 속한 각각의 NAL 단위의 "NAL _unit_type" 값, 즉 부호화 내용을 표시하는 "NAL _unit_type" 값의 분석을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 패킷타입 분류 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RTP 패킷타입 결정 단계에서 결정되는 패킷 타입은,
    비인터리브 모드의 SNU, FU-A, 및 STAP-A 타입 중 어느 한 패킷 타입인 것을 특징으로 하는 패킷타입 분류 방법.
  5. SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷화 방법에 있어서,
    상기 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대해 패킷 타입을 분류하는 패킷 타입 분류 단계; 및
    상기 분류한 패킷 타입에 대응되도록 상기 SVC 비디오 압축 비트스트림을 분할하여 RTP 패킷에 탑재하는 단계
    를 포함하는 RTP 패킷화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 패킷 타입 분류 단계는,
    확장계층의 NAL 단위 헤더에 정의되어 있는 필드 정보로부터 각 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보를 유도하는 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계;
    SVC의 계층구조에 대한 복합 스케일러빌리티 부호화 적용을 통해 부호화 정보 유형을 파악하는 부호화 정보 유형 파악 단계; 및
    상기 유도한 NAL 단위들 사이의 시공간적 계층 관계 정보와 상기 파악한 부호화 정보 유형을 이용하여 해당 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 RTP 패킷타입을 결정하는 RTP 패킷타입 결정 단계
    를 포함하는 RTP 패킷화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시공간적 계층 관계 정보 유도 단계는,
    확장계층 NAL 단위 헤더의 마지막 옥텟에 정의된 시간적, 공간적, SNR 스케일러빌리티에서 각 계층 간의 관련 체계 값(TL, DID, QL)의 조합을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTP 패킷화 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 부호화 정보 유형 파악 단계는,
    기본계층 및 확장계층에 속한 각각의 NAL 단위의 "NAL _unit_type" 값, 즉 부호화 내용을 표시하는 "NAL _unit_type" 값의 분석을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTP 패킷화 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RTP 패킷타입 결정 단계에서 결정되는 패킷 타입은,
    비인터리브 모드의 SNU, FU-A, 및 STAP-A 타입 중 어느 한 패킷 타입인 것을 특징으로 하는 RTP 패킷화 방법.
  10. SVC 비디오 압축 비트스트림에 대한 패킷화 장치에 있어서,
    상기 SVC 비디오 압축 비트스트림에 대해 패킷 타입을 분류하기 위한 패킷 타입 분류기; 및
    상기 패킷 타입 분류기에 의해 분류된 패킷 타입에 대응되도록 상기 SVC 비디오 압축 비트스트림을 분할하여 RTP 패킷에 탑재시켜 패킷을 생성하기 위한 패킷 생성기
    를 포함하는 RTP 패킷화 장치.
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